KR100844504B1 - 외부에서 직접적인 마찰력을 가하여 탄소 나노튜브들의방향을 제어하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부에서 기계적인 마찰력을 직접 가하여 한 점에서 미리 고정된 기판 위의 탄소 나노튜브들을 원하는 방향으로 정렬시킬 수 있도록 한 탄소 나노튜브들의 방향 제어 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 구체적인 수단은 탄소 나노튜브들의 방향을 제어하기 위한 방법에 있어서, (a) 탄소 나노튜브를 섞은 혼합용액을 기판 위에 분포시켜 건조시키는 단계와; (b) 상기 (a)단계 후 상기 기판 위의 필요한 부분에 패턴을 배치시켜 그 패턴의 아래를 지나는 탄소 나노튜브들의 한쪽 끝을 움직이지 못하게 고정시키는 단계와; (c) 상기 (b)단계 후 마찰부재를 이용하여 기판 위를 원하는 방향으로 부드럽게 쓸어 주는 단계;를 포함하여 상기 패턴에 잡히지 않은 필요 없는 탄소 나노튜브들은 모두 쓸려나가고 패턴에 잡혀 한쪽 끝이 고정된 탄소 나노튜브들은 한 방향으로 정렬시키는 것을 특징으로 한다.

탄소 나노튜브, 패턴, 기판

Description

외부에서 직접적인 마찰력을 가하여 탄소 나노튜브들의 방향을 제어하는 방법{Direction control method of carbon nanotubes by external frictional forces}

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 탄소 나노튜브들의 방향을 제어하는 방법을 순차적으로 예시하는 도면으로서,

도 1은 탄소 나노튜브를 섞은 혼합용액을 기판 위에 분포시키는 예시도이고,

도 2는 기판 위 필요한 부분에 패턴을 배치시켜 탄소 나노튜브들의 한쪽 끝을 고정시키는 예시도이고,

도 3은 기판을 적절한 액체에 담근 후 마찰부재를 이용하여 기판 위를 원하는 방향으로 부드럽게 쓸어 주는 예시도이고,

도 4는 패턴에 잡히지 않은 필요 없는 탄소 나노튜브들은 모두 쓸려 나가고 패턴에 잡혀 한쪽 끝이 고정된 탄소 나노튜브들은 한 방향으로 정렬된 상태를 나타내는 예시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 탄소 나노튜브

10: 기판

20: 패턴

30: 마찰부재

본 발명은 탄소 나노튜브의 방향 제어 방법에 관한 것으로, 특히 외부에서 기계적인 마찰력을 직접 가하여 한 점에서 미리 고정된 기판 위의 탄소 나노튜브들을 원하는 방향으로 정렬시킬 수 있도록 한 탄소 나노튜브들의 방향 제어 방법에 관한 것이다.

종래, 탄소 나노튜브를 성장시키는 한 방법으로 연료 가스의 흐름 방향으로 기판을 위치시켜 탄소 나노튜브가 그 방향으로 자라도록 하는 것이 있다.

다른 방법으로 기판 위에 탄소 나노튜브를 뿌린 후 물 등의 액체를 강하게 한 방향으로 흘려서 탄소 나노튜브가 그 방향으로 위치를 바꾸어 정열된다.

또 다른 방법으로 기판의 특정한 위치에 작은 패턴의 틈새를 만들고 그 사이에 전기장을 걸어서 액체에 섞인 탄소 나노튜브가 그 틈새에 잡히게 하여 정열된다.

또 다른 방법으로 기판의 작은 패턴이나 탄소 나노튜브에 화학적인 처리를 하고 액체에 섞은 탄소 나노튜브들이 기판의 특정한 위치에 접착하여 정열된다.

그러나 이러한 종래의 탄소 나노튜브 성장 방법들은 넓은 면적에서 100%의 확률로 탄소 나노튜브들의 방향을 정렬할 수 없는 한계를 가지고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 제반적인 사정을 감안하여 창출된 것으로, 용매에 분산시킨 탄소 나노튜브의 농도를 조절하여 기판의 넓은 면에 뿌려 건조시킨 후, 처음 탄소 나노튜브를 고정하기 위한 패턴이 없는 부분에서는 필요 없는 탄소 나노튜브는 모두 쓸려나가게 하고, 마지막 탄소 나노튜브를 고정하기 위해 만드는 패턴과 첫 패턴 사이에는 항상 1개 이상의 탄소 나노튜브가 존재하도록 농도를 조절하면 넓은 기판 위에 만들어진 두 개의 패턴 사이에 항상 1개 이상의 탄소 나노튜브가 고정되도록 한 탄소 나노튜브들의 방향 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

탄소 나노튜브들의 방향을 제어하기 위한 방법에 있어서,

(a) 탄소 나노튜브를 섞은 혼합용액을 기판 위에 분포시켜 건조시키는 단계와;

(b) 상기 (a)단계 후 상기 기판 위의 필요한 부분에 패턴을 배치시켜 그 패턴의 아래를 지나는 탄소 나노튜브들의 한쪽 끝을 움직이지 못하게 고정시키는 단계와;

(c) 상기 (b)단계 후 마찰부재를 이용하여 기판 위를 원하는 방향으로 부드럽게 쓸어 주는 단계;를 포함하여 상기 패턴에 잡히지 않은 필요 없는 탄소 나노튜브들은 모두 쓸려나가고 패턴에 잡혀 한쪽 끝이 고정된 탄소 나노튜브들은 한 방향으로 정렬시켜서 달성된다.

또한 본 발명에 따르면,

상기 (c)단계는 기판을 액체에 담근 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면,

상기 (c)단계 후 탄소 나노튜브의 다른 쪽 끝에 패턴을 만들어 일단 고정시킨 후 다시 (a),(b),(c) 단계를 순차적으로 반복하여 다른 탄소 나노튜브들을 다른 방향으로 다시 정렬시키는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면,

상기 마찰부재는 스펀지, 면봉, 부직포 등 여러가지 재료 중의 어느 하나로 택일된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1과 같이 기판(10) 위에 용기(5)내 적절한 농도의 용매에 분산된 탄소 나노튜브(CNT)(1)를 고르게 뿌리고 건조시킨다.

이때 반도체 공정에서 사용하는 스핀 코팅(spin coating) 등의 방법을 사용 하면 매우 넓은 기판 위에 고른 농도로 뿌려 줄 수 있다. 또한 넓은 기판 위에 탄소 나노튜브를 직접 성장시켜서 이용해도 좋다. 이때 기판(10) 위에서 탄소 나노튜브의 밀도는 필요한 것보다 약간 높게 하는 것이 좋다.

다음, 탄소 나노튜브를 고정시키고 싶은 위치에 탄소 나노튜브의 한쪽 끝을 고정하기 위해 금속 등으로 제작된 패턴(20)을 구비한다. 도 2에 일 형태의 패턴(20)이 도시되어 있다.

상기 패턴(20)은 기판(10) 위에 도포된 탄소 나노튜브 위에 올려놓아 도 2와 같이 배치시킨다. 이같이 패턴(20)이 기판(10)위에 올려지게 되면 패턴(20)의 아래를 지나는 탄소 나노튜브들의 한쪽 끝을 움직이지 못하게 고정시키게 된다.

이때 기판 위에 뿌려진 탄소 나노튜브의 밀도를 조정하면 각 패턴(20)은 항상 1개 이상의 탄소 나노튜브를 잡을 수 있는 상태가 된다.

그 다음, 도 3과 같이 디클로로에탄(Dichloroethane) 등의 적절한 액체에 상기 기판(10)을 담근 후에 스펀지나 면봉 혹은 부드러운 천 등의 마찰부재(30)로 원하는 방향으로 쓸어준다. 도 3에서 쓸어주는 기구는 면봉을 나타내었다.

이때 액체를 쓸어주는 마찰부재(30)는 탄소 나노튜브를 펼칠 수 있을 만큼 충분한 강도를 가지는 것을 선택한다. 너무 강하게 하면 탄소 나노튜브가 끊어질 수 있으므로 주의한다. 액체에 담그지 않고도 잘 되면 액체를 생략할 수 있다.

이렇게 되면, 도 4와 같이 마지막으로 패턴(20)에 의해 고정되지 않은 필요 없는 탄소 나노튜브들은 모두 쓸려나가서 제거된다. 패턴(20)에 의해 고정된 탄소 나노튜브들은 패턴에 의해 한쪽은 그 자리에서 고정되고 고정되지 않은 자유로운 끝 부분이 한쪽 방향으로 정렬하게 된다.

이 후 한 방향으로 정렬된 탄소 나노튜브들의 다른 쪽 끝을 고정하기 위해 다른 패턴들을 만들면 탄소 나노튜브의 양끝은 두 개의 패턴에 의해 고정된다.

이와 같이 본 발명은, 처음 기판 위에 적절한 농도로 용매에 분산된 탄소 나노튜브를 고르게 뿌려 준 후 탄소 나노튜브를 고정시키고 싶은 위치에 패턴을 이용하여 탄소 나노튜브의 한쪽 끝을 고정하고, 마찰부재(스폰지, 면봉, 부드러운 부직포 등)를 이용하여 쓸어줌으로써 패턴에 의해 고정되지 않은 탄소 나노튜브들은 모두 쓸려나가고, 패턴에 의해 고정된 탄소 나노튜브들은 패턴에 의해 한쪽은 그 자리에서 고정되고 고정되지 않은 자유로운 끝 부분이 한쪽 방향으로 정렬하게 되는 것이다.

이 후 한 방향으로 정렬된 탄소 나노튜브들을 목적에 맞게 이용할 수 있다.

이 같은 정열방법을 다시 다른 방향으로 적용시키면 앞에서 양끝이 완전히 고정되지 않은 탄소 나노튜브들은 다른 방향으로 다시 정렬된다. 이렇게 하여 여러 방향으로 탄소 나노튜브들을 정렬시킬 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 따르면 여러 번의 적용으로 여러 방향으로 탄소 나노튜브들을 차례로 정렬시키는 것이 가능하고, 탄소 나노튜브의 길이나 굵기에 관계없이 모든 경우에 적용이 가능하고, 특히 넓은 면적에 적용 가능한 이점을 갖게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 외부에서 직접적인 마찰력을 가하여 탄소 나노튜브들의 방향을 제어하는 방법에 따르면, 기판이나 탄소 나노튜브에 별도의 화학적인 처리를 하지 않아도 된다. 또한 넓은 기판에 적용 가능하여 기존 다른 방법들보다 편리하다.

또한 외부에서 직접 기계적인 마찰력을 가하므로 충분히 힘이 크므로 탄소 나노튜브의 방향을 제어할 수 있는 확률을 높이게 된다. 또한 본 발명의 방법을 여러 차례 적용하여 여러 방향으로 탄소 나노튜브들을 배열할 수 있는 이점을 제공하게 된다.

Claims (5)

1. 탄소 나노튜브들의 방향을 제어하기 위한 방법에 있어서,

   (a) 탄소 나노튜브를 섞은 혼합용액을 기판 위에 분포시켜 건조시키는 단계와;

   (b) 상기 (a)단계 후 상기 기판상에 필요한 부분에 패턴을 배치시켜 그 패턴의 아래를 지나는 탄소 나노튜브들의 한쪽 끝을 움직이지 못하게 고정시키는 단계와;

   (c) 상기 (b)단계 후 마찰부재를 이용하여 기판 위를 원하는 방향으로 부드럽게 쓸어 주는 단계;를 포함하여 상기 패턴에 잡히지 않은 필요 없는 탄소 나노튜브들은 모두 쓸려 나가고 패턴에 잡혀 한쪽 끝이 고정된 탄소 나노튜브들은 한 방향으로 정렬시키는 것을 특징으로 하는 외부에서 직접적인 마찰력을 가하여 탄소 나노튜브들의 방향을 제어하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 (c)단계는 기판을 액체에 담근 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 외부에서 직접적인 마찰력을 가하여 탄소 나노튜브들의 방향을 제어하는 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 (c)단계 후 기판의 필요한 적절한 장소에 다시 패턴을 배치시켜 (a),(b),(c) 단계를 순차적으로 반복하여 탄소 나노튜브들을 다른 방향으로 다시 정렬시키는 것을 특징으로 하는 외부에서 직접적인 마찰력을 가하여 탄소 나노튜브들의 방향을 제어하는 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 마찰부재는 스펀지, 면봉 또는 부직포인 것을 특징으로 하는 외부에서 직접적인 마찰력을 가하여 탄소 나노튜브들의 방향을 제어하는 방법.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 액체는 디클로로에탄(Dichloroethane)인 것을 특징으로 하는 외부에서 직접적인 마찰력을 가하여 탄소 나노튜브들의 방향을 제어하는 방법.

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