KR100868755B1 - 금속입자 함유 카본나노튜브의 절단방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 입자 함유 카본나노튜브의 절단방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 마이크로 크기의 금속 입자를 함유하는 카본나노튜브를 0 ℃ 이하의 온도에서 기계적 절단하여 카본나노튜브의 전기 전도도를 크게 향상시킨 금속 입자 함유 카본나노튜브의 절단방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따라 생성된 금속 입자 함유 카본나노튜브는 저렴한 마이크로 크기의 금속 입자를 카본나노튜브에 혼입시켜 전기 전도도가 10배 이상 증가되었으며, 우수한 분산성을 갖게 된다. 이와 같은 본 발명에 따른 금속 입자 함유 카본나노튜브는 필드 에미터 뿐만 아니라, 연료전지용 촉매담체 등과 같은 다양한 활성물질을 담지 또는 캡슐화시켜 다양한 분야에 효과적으로 사용할 수 있다.

Description

금속입자 함유 카본나노튜브의 절단방법{Cutting process of carbon nanotube comprising metal particles}
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1의 단일벽 카본나노튜브 및 금속입자(Ag)의 저온 볼밀링 후 측정한 XRD(X-Ray Diffraction) 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 금속입자 함유 카본나노튜브의 절단방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 카본나노튜브의 전기 전도도 및 분산성을 개선한 금속입자 함유 카본나노튜브의 절단방법에 관한 것이다.
카본나노튜브는 이이지마(Iijima)에 의해 플러렌(fullerene) 합성반응의 부산물로서 1991년 처음 관찰되었다. 일반적으로 나노튜브는 양측단에서 캡핑(capping)된 동심 나노튜브의 다중층(통상적으로 2 - 50)으로 구성된다. 튜브는 6 각형 또는 5 각형으로 배열된 탄소원자의 시트들로 되어 있다. 튜브는 공동(hollow)의 코어를 50nm 까지, 100 - 200 ㎛의 길이에 걸쳐서 함유한다.
예를 들어, 아크 배출(arc discharge), 탄화수소의 촉매적 분해, 또는 레이저 절제에 의해서 큰 스케일로 생산될 수 있는 이들의 능력과 관련된 이들의 두드 러진 기계적 또는 전기적 특성, 예를 들어 독특한 결정구조와 전자구조로 인한 우수한 전기전도도 특성은, 왜 카본나노튜브가 현재 광범위하게 연구되는 것인지 설명해 준다.
이와 같은 카본나노튜브는 잠재적으로 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있는데, 예를 들면, 필드 방사, 전기 및 열 전도, 촉매담체, 수소 저장 및 분자체이다.
촉매담체, 수소 저장체 및 분자체와 같은 응용분야에서는, 카본나노튜브가 사용될 때 그 일차원적인 구조적 특성으로 인하여 반데르발스 결합에 의한 분산 곤란의 문제가 제기되어 왔다. 그 결과 카본나노튜브의 넓은 표면을 효율적으로 사용하는 것이 어려웠다. 이러한 문제를 극복하기 위해서, 이상적으로 짧고, 개방단(open end)을 가진 짧은 카본나노튜브의 이용이 제안되어 왔다. 즉, 긴 나노튜브로부터 짧은 카본나노튜브를 생산하는 것이 한 해결책이 될 수 있었다.
그러나 짧은 카본나노튜브를 생산하는 종래의 방법(산 처리방법, 볼 밀링 방법 등)은 카본나노튜브의 구조 파괴 및 표면 손상을 유발하고, 저 함량의 짧은 카본나노튜브 형성 등의 단점이 있었다.
또한 짧은 카본나노튜브는 고가의 가격을 유지하고 있어 이를 보다 경제적으로 제조하면서, 동시에 높은 전도도 등을 부여할 수 있는 새로운 방법이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 제1 기술적 과제는 저렴한 비용으로 높은 전기 전도도 및 우수한 분산성을 갖는 금속 함유 카본나노튜브의 제조방법을 제공하는 것 이다.
본 발명이 이루고자 하는 제2 기술적 과제는 상기 절단방법에 의하여 얻어진 카본나노튜브를 전계방출물질로 사용한 필드 에미터를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 제3 기술적 과제는 상기 절단방법에 의하여 얻어진 카본나노튜브를 채용한 촉매담체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 제4 기술적 과제는 상기 절단방법에 의하여 얻어진 카본나노튜브를 채용한 카본나노튜브 혼성 물질의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 제1 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
카본나노튜브 및 금속입자의 혼합물을 0 ℃ 이하의 온도에서 기계적 처리하는 단계를 포함하는 카본나노튜브와 금속입자의 절단방법을 제공한다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 금속 입자는 Ag, Au, Pt, Pd, Ni, Fe, Cu, Zn, Ti, In, Al 및 Ge 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것으로서, 그의 직경이 마이크로 크기인 것이 바람직하다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 온도는 -100 ℃ 내지 -200 ℃인 것이 바람직하다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 온도는 액화질소 또는 액화산소에 의해 얻어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 기계적 처리는 볼밀링 장치를 통하여 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 기계적 처리는 10분 내지 2 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 카본나노튜브는 평균길이가 약 0.5㎛ 내지 500㎛이다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 절단 공정에 의해 생성된 카본나노튜브의 평균길이는 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛이다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 절당 공정에 의해 생성된 금속입자의 평균 크기는 나노 수준이다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 카본나노튜브와 화학적으로 반응할 수 있는 반응물의 존재하에서 상기 원재료인 카본나노튜브와 금속입자의 혼합물을 기계적 처리하여, 생성된 카본나노튜브에 관능기를 도입할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 카본나노튜브에 도입되는 관능기는 -SH, -NH2, -NHCO, -OH, -COOH, -F, -Br, -Cl, -I, -NRH, -OR, -S-R, -CO, -COCl, 및 -SOCl로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상이다(식중 R은 알킬기, 또는 아릴기이다).
상기 제2 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
상기 절단방법에 의하여 얻어진 금속입자 함유 카본나노튜브를 포함하는 전계방출 에미터를 제공한다.
상기 제3 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
상기 절단방법에 의해 얻어진 금속입자 함유 카본나노튜브에 촉매금속이 담지된 촉매담체를 제공한다.
본 발명의 일구현예에 따르면 상기 촉매 금속은 백금 및/또는 루테늄이다.
상기 제4 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
상기 절단방법에 의해 얻어진 금속입자 함유 카본나노튜브 내부에 활성물질이 삽입된 카본나노튜브 혼성물질을 제공한다.
상기 활성물질은 플러렌, DNA, 올리고뉴클레오티드,압타머, PNA, 항체, 항원, 효소, 단백질, 항생제, 호르몬, RNA, 세포, 금속, 양자점 및 약물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
일반적으로 카본나노튜브는 상온에서 플렉시블한 특성을 가지므로, 이들을 상온에서 단순히 기계적 처리하면 짓이겨지면서 비정질 카본을 형성하게 되어 기계적 특성 및 표면 특성 등이 기계적 처리 이전의 카본나노튜브보다 오히려 저하된다. 이와 같은 비정질 탄소의 함량을 최소화시키면서, 적어도 하나의 개방단을 갖는 짧은 카본나노튜브를 제공하기 위해, 저온, 바람직하게는 극저온에서 이들을 기계적 처리할 수 있으며,. 이와 같은 저온 하에서 파쇄된 카본나노튜브는 고강도 특성을 유지하면서도, 상기 카본나노튜브의 벽 표면 상에 가해지는 손상도 최소화시킬 수 있고, 카본나노튜브의 고유한 특성인 전자구조에 미치는 영향도 거의 없어 카본나노튜브의 구조변화 및 표면개질을 보다 용이하게 달성할 수 있게 된다. 본 발명은 상술한 바와 같은 저온 기계적 처리에 의해 얻어지는 탄소나노튜브의 전기 전도성 및 분산성을 보다 개선하기 위하여, 절단 공정에서 원재료인 카본나노튜브에 미리 금속 입자를 함유시켜 카본나노튜브와 금속 입자를 동시에 저온 기계적 처리를 수행함으로써 전기전도성 및 분산성이 모두 개선된 금속 입자 함유 카본나노튜브를 제공하게 된다.
이와 같은 전기 전도도가 높고 분산성이 개선된 본 발명의 짧은 카본나노튜브를 얻기 위해서는, 저온, 예를 들어 0 ℃ 이하의 온도, 바람직하게는 -100 ℃ 이하, 보다 바람직하게는 -100 ℃ 내지 -200 ℃의 온도에서 카본나노튜브 및 금속입자의 혼합물을 기계적 처리할 수 있다. 상기 저온을 얻기 위한 하나의 예로서 액화 질소, 액화 산소 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 원료인 카본나노튜브 및 금속입자의 파쇄를 위하여 기계적 처리를 수행하는 바, 이와 같은 기계적 처리로서는, 예를 들어 볼밀링에 의한 충격력, 전단력, 마찰력, 압력 또는 절단력 등을 이용할 수 있다.
상기 기계적 처리의 수행 시간은 얻어지는 짧은 카본나노튜브의 길이를 제어하는데 중요한 역할을 수행하며, 기계적 처리 시간이 길어질수록 원료인 긴 카본나노튜브를 보다 작은 크기로 파쇄할 수 있게 되므로 이들을 보다 단편화시키는 것이 가능해진다. 이와 같은 기계적 처리 시간으로서는 10분 내지 2 시간 동안 수행할 수 있으며, 상기 처리 시간이 10분 미만이면, 원료인 긴 카본나노튜브의 충분한 파쇄를 얻을 수 없고, 2 시간을 초과하면 더 이상의 파쇄로 인한 경제적 이익을 얻을 수 없어 바람직하지 않다. 이와 같은 기계적 처리 시간의 경우, 원료 물질의 상태에 따라서 그 처리 시간이 달라질 수 있다. 즉, 얻고자 하는 짧은 카본나노튜브의 길이가 동일하다 하여도, 원료인 긴 카본나노튜브의 길이가 상이함에 따라 상술한 기계적 처리에 소요되는 시간은 상이할 수 있으며, 이와 같은 과정은 당업자라면 누구나 어려움없이 설정할 수 있음은 당연하다 할 것이다.
본 발명에서는 원료로서는 단일벽 카본나노튜브, 이중벽 카본나노튜브 혹은 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 특히 소정 길이 이상의 크기를 갖는 긴 카본나노튜브를 사용하는 바, 일반적으로는 평균 길이는 다발을 기준으로 0.5㎛ 내지 500㎛인 카본나노튜브를 사용할 수 있다. 이와 같은 원료로서의 긴 카본나노튜브는 분말 상태 그대로 기계적 처리하는 것도 가능하며, 이들을 용매, 예를 들어 알코올과 같은 유기 용매에 용해시킨 용액의 형태, 혹은 소정 용매에 분산된 형태로 사용하는 것도 가능하다.
상술한 바와 같은 원료인 긴 카본나노튜브를 기계적 처리하게 되면, 이들이 파쇄되어 짧은 카본나노튜브로 변화된다. 본 발명에 따른 생성물인 짧은 카본나노튜브는 10 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛의 평균길이를 갖게 된다. 이와 같은 카본나노튜브의 평균길이는 목적하는 용도에 따라 적합한 길이로 설정할 수 있으며, 상술한 바와 같이 기계적 처리 공정의 수행 시간을 적절히 조절함으로써 이들의 평균길이를 소정 크기로 조절할 수 있게 된다. 이와 같은 수행 시간은 목적하는 짧은 카본나노튜브의 길이가 동일하다 하여도 원료물질인 긴 카본나노튜브의 초기 길이에 따라 달라질 수 있음은 상술한 바와 같다.
또한, 본 발명에서는 원료인 금속 입자를 상기 카본나노튜브와 함께 사용하는데, 이는 소정 크기, 예를 들어 마이크로미터 단위의 직경을 갖는 전도성 금속 Ag, Au, Pt, Pd, Ni, Fe, Cu, Zn, Ti, In, Al 또는 Ge, 이들의 조합으로 사용 가능하다. 이와 같은 마이크로미터 단위의 전도성 금속은 상기 카본나노튜브와 함께 저온에서 기계적 처리되어 분쇄되는 공정을 거치게 된다. 즉 상기 저온 기계적 처리는 카본나노튜브의 길이를 짧게 하는 역할도 수행하면서 그와 동시에 금속 입자를 분쇄하여 이들의 크기를 감소시키는 역할도 수행하게 된다. 크기가 감소된 금속 입자는 카본나노튜브에 대한 흡착이 보다 용이해질 수 있으며, 추후 페이스트 형성 등의 공정에서 분산성이 보다 향상될 수 있어 바람직하다.
상기 전도성 금속의 원료로서 마이크로미터 단위의 전도성 금속이 아닌, 나노미터 수준의 전도성 금속을 사용하는 것도 가능하나, 기계적 처리에 의한 분쇄효과가 크지 않고, 원료의 구입비용도 증가하게 되어 경제성이 다소 저하될 수 있다. 따라서 이와 같은 나노미터 수준의 고가 금속 입자보다는 보다 경제적인 마이크로미터 단위의 금속 입자를 도입하여 이를 상기 기계적 처리에 의해 상기 카본나노튜브와 함께 동시 분쇄하여 나노미터 수준의 금속 입자로 변환시키는 것이 본 발명의 공정상 더욱 바람직하다. 따라서 상기 절단 공정에 의해 생성되는 금속입자의 평균 직경이 나노 수준이면 원료로서 사용되는 금속입자의 크기에 큰 제한은 없으나, 직경이 마이크로미터 크기, 특히 약 0.01 내지 100㎛인 금속입자가 바람직하다. 이외에도 상기 금속입자의 크기는 목적하는 카본나노튜브의 평균길이, 원료물질인 긴 카본나노튜브의 초기 길이, 기계적 처리 공정의 수행 시간 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 목적물인 금속입자 함유 짧은 카본나노튜브는 카본나노 튜브의 길이가 짧아짐으로써 분산성이 우수하게 되고, 금속입자의 크기가 나노수준으로 작아짐으로써 전기 전도도가 우수하게 되는 장점을 갖는다. 본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 본 발명에 따른 금속 입자 함유 카본나노튜브의 전기 전도도는 금속 입자 미함유 카본나노튜브와 비교하여 약 10배 이상 증가한다. 더불어, 마이크로 크기의 금속입자를 단순히 기계적 처리함으로써 가격이 비싼 나노 크기의 금속입자를 생성할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 제조방법에 따라 얻어진 금속 함유 카본나노튜브는 상술한 바와 같이 개선된 전기전도도를 나타내는 바, 100 kgf/cm2의 압력 조건 하에 30 mΩ/sq.이하 바람직하게는 5 내지 10 mΩ/sq.의 면저항을 나타낸다. 상술한 면저항은 상기 금속 함유 카본나노튜브 0.05g을 사용하여 지름 13mm의 디스크 형태의 몰드에 넣고 압력을 가하면서 4-프로브 방법을 사용하여 측정할 수 있다. 또한 본 발명의 제조방법에 따라 얻어진 금속 함유 카본나노튜브는 상술한 바와 같이 우수한 분산성을 나타낸다.
본 발명의 목적물인 금속입자 함유 카본나노튜브는 그 목적물 내에 다양한 길이를 갖는 카본나노튜브가 혼재될 가능성이 있어, 고순도 및 고균일도의 카본나노튜브가 요구되는 분야에서는 이들을 추가적으로 정제할 필요가 있게 된다.
본 발명의 다른 일구현예에 따르면, 카본나노튜브와 화학적으로 반응할 수 있는 반응물의 존재하에서 상기 원재료인 긴 카본나노튜브와 금속입자의 혼합물을 기계적 처리하여 생성된 짧은 카본나노튜브에 관능기를 도입할 수 있다. 이와 같은 관능화는 다양한 장점을 제공할 수 있으며, 예를 들어 카본나노튜브의 특정 폴리머와의 결합을 통해 새로운 구조를 갖는 복합재료를 형성함으로써 다양한 기술 분야에 활용하는 것이 가능해진다. 이와 더불어 카본나노튜브의 물리적, 기계적 특성을 이와 같은 관능화를 통해 향상시키는 것도 가능해지는 바, 예를 들어 카본나노튜브의 기체 저장 특성은 반데르발스 상호작용에 의해서 야기된 카본나노튜브의 자연적 응집을 제한함으로써 향상될 수 있으며, 그 결과 수소 또는 메탄과 같은 기체들이 나노튜브의 외면 뿐만 아니라, 내면에도 효과적으로 흡착될 수 있게 된다. 기계적 처리와 관능화의 동시 처리가 가능해지므로 별도의 공정이 요구되지 않는다.
상기 짧은 카본나노튜브에 도입되는 관능기로서는 -SH, -NH2, -NHCO, -OH, -COOH, -F, -Br, -Cl, -I, -NRH, -OR, -S-R, -CO, -COCl, 및 -SOCl로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상을 예로 들 수 있다(식중 R은 알킬기, 또는 아릴기이다).
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 제조방법에 의해 얻어진 관능화된 혹은 관능화되지 않은 짧은 카본나노튜브는 다양한 분야에 활용할 수 있다. 예를 들어 필드 에미터, 전기 및 열전도체, 수소 저장체, 촉매 담체 및 분자체로서 활용될 수 있다.
이와 같은 응용분야중 하나인 필드 에미터는 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 절단 방법에 의해 얻어진 금속 입자 함유 카본나노튜브를 포함하여 얻어질 수 있다.이는 기판 상에 전도성 물질을 도포하고, 그 위에 상기 절단방법에 의해 얻어 지는 금속입자 함유 카본나노튜브를 도포하여 열처리한 다음, 그 금속입자 함유 카본나노튜브 층에 대해 초음파 또는 접착성 있는 테잎 등을 사용하는 통상적 방법에 의하여 표면 처리를 실시함으로써 필드 에미터를 제조한다. 이와 같은 필드 에미터는 다양한 표시소자에 사용할 수 있으며, 예를 들어 유기전계 발광소자의 에미터로서 사용할 수 있다.
또한 상기 본 발명에 따른 절단 방법으로 얻어진 금속 입자 함유 카본나노튜브는, 촉매금속 이온, 예를 들어 백금 및/또는 루테늄 이온을 흡착시킨 후, 이를 환원시켜 촉매금속, 예를 들어 백금 또는 백금/루테늄 합금을 상기 카본나노튜브에 담지시킴으로써 촉매담체를 제공하게 된다. 상기 백금이온으로서는 예를 들어 H2PtCl6를 사용할 수 있으며, 상기 루테늄 이온으로서는 예를 들어 RuCl3를 사용할 수 있다. 이때 백금용액의 수소이온농도는 NaOH 등으로 pH=8로 고정시키고, 교반세척하여 고분자 전해질의 콜로이드형 분산용액을 카본페이퍼(가스확산층) 위에 도포 및 건조하여 고분자 전해질형 연료전지 및 직접메탄올 연료전지용 전극을 제조할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 금속 입자 함유 카본나노튜브는 그 내벽 안에 다양한 활성물질을 삽입(캡슐화)시켜 다양한 카본나노튜브 혼성 물질을 제조하는 것이 가능해진다. 즉 카본나노튜브의 물리적 특성 변화, 새로운 물질 형성 및 삽입된 내부물질의 수송 등이 가능해진다. 상기 본 발명에 따른 카본나노튜브의 내부에 삽입되는 활성물질로서는 특별한 제한은 없으나, 플러렌, DNA, 올리고뉴클레오티드, 압타머, PNA, 항체, 항원, 효소, 단백질, 항생제, 호르몬, RNA, 세포, 금속, 양자점 및 약물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예를 들어 보다 상세히 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
평균길이가 10 ㎛인 단일벽 카본나노튜브 (CNI, 601B) 50mg의 분말과 직경 5㎛의 Ag 금속입자 250 mg을 함께 섞은 혼합물을 볼밀링장치(상표명 Cryogenic Sample Crusher, Model JFC-1500, JAI Co., 일본)에 도입하고, 77K의 온도(액화질소 사용)에서 30분간 연속적으로 볼밀링하여 상기 카본나노튜브 및 금속입자를 파쇄함으로써, 평균길이가 1 ㎛ 인 적어도 하나의 개방단을 갖는 짧은 카본나노튜브에 약 33nm 크기의 Ag 금속입자가 혼합되어 있는 혼합물을 얻었다.
이와 같이 제조된 짧은 카본나노튜브의 면저항은 4-프로브법을 사용하여 측정시 8.99 mΩ/sq.이었다.
도 1은 저온 볼밀링 후 측정한 XRD(X-Ray Diffraction) 실험 결과이며, 이로부터 Ag 금속입자의 크기는 330 Å 임을 알 수 있다.
비교예 1
직경 5㎛의 Ag 금속입자를 첨가하지 않고 평균길이가 10 ㎛인 단일벽 카본나노튜브만을 볼밀링하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 짧은 카본나노튜브를 제조하였다. 이와 같이 제조된 짧은 카본나노튜브의 면저항은 119 mΩ/sq이었다.
상술한 실시예 1과 비교예 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 카본나노튜브와 금속입자의 저온 분쇄에 의해 생성된 카본나노튜브는 카본나노튜브만의 저온 분쇄에 의해 생성된 카본나노튜브에 비해 13배 증가된 전기 전도도를 나타냄을 알 수 있다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 얻어진 Ag금속입자 함유 짧은 카본나노튜브를 이용하여 필드 에미터를 제조하였다.
ITO 기판 상에 전도성 물질을 도포하고, 그 위에 실시예 1의 Ag 금속입자 함유 짧은 카본나노튜브를 도포하고 약 500℃에서 열처리하였다. 그런 다음, 초음파를 사용하여, Ag 금속입자 함유 카본나노튜브 층에 대해 표면 처리를 실시하여 필드 에미터를 완성하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 얻어진 Ag 금속입자 함유 짧은 카본나노튜브를 이용하여 촉매담체를 제조하였다.
우선, 상기 카본나노튜브 0.25 g을 100ml의 증류수와 100ml 에틸렌 글리콜에 넣고 초음파 분산을 수행하였다. 여기에 백금 전구체 용액을 섞고 110℃에서 교반하여 백금을 환원시켰다. 이어서 세척 및 여과하고, 80℃에서 24시간 동안 진공건조하여 Pt/C(카본나노튜브)를 제조하였다.
본 발명에 따른 짧은 카본나노튜브에 담지된 백금 촉매는 카본나노튜브의 외벽 뿐만 아니라 내벽과 끝단에도 많은 백금입자가 형성되어 있음을 확인하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서 얻어진 금속입자 함유 짧은 카본나노튜브를 이용하여 플러렌 (C60) 캡슐화 카본나노튜브 혼성 물질을 제조하였다.
우선, 상기 카본나노튜브 0.1 g을 플러렌 포화된 톨루엔 용액 30 mL에 넣고 5시간 동안 초음파 처리한 후 여과, 세척 및 건조를 수행하여 플러렌이 카본나노튜브의 내부에 삽입되어 있는 peapod 구조체를 얻었다. 카본나노튜브의 내벽 안에 플러렌 분자들이 채워져 있는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 짧은 카본나노튜브는 저렴한 마이크로 크기의 금속입자를 사용하여 전기 전도도가 13배 증가되었으며, 우수한 분산성을 가진다. 또한 필드 에미터 뿐만 아니라, 연료전지용 촉매담체 등과 같은 다양한 활성물질을 담지 또는 캡슐화시켜 다양한 분야에 효과적으로 사용할 수 있다.

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  13. 카본나노튜브 및 금속입자의 혼합물을 0 ℃ 이하의 온도에서 기계적 처리하는 단계를 포함하는 금속입자 함유 카본나노튜브의 절단방법에 의해 얻어지며,
    상기 기계적 처리에 의해 얻어진 금속입자의 직경이 1 내지 1,000nm이고,
    상기 기계적 처리에 의해 생성된 카본나노튜브가 10 ㎛ 미만의 평균길이를 갖는 것을 특징으로 하는 금속입자 함유 카본나노튜브.
  14. 제13항에 따른 금속입자 함유 카본나노튜브를 포함하는 필드 에미터.
  15. 제13항에 따른 금속입자 함유 카본나노튜브에 촉매금속을 담지시킨 것을 특징으로 하는 촉매담체.
  16. 제15항에 있어서, 상기 촉매금속이 백금 또는 루테늄인 것을 특징으로 하는 연료전지용 촉매담체.
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