KR100936774B1 - 촉매 공급 방법, 촉매 공급 장치 및 이를 갖는탄소나노튜브 합성 장치 - Google Patents

촉매 공급 방법, 촉매 공급 장치 및 이를 갖는탄소나노튜브 합성 장치 Download PDF

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Abstract

촉매 공급 방법, 촉매 공급 장치 및 이를 갖는 탄소나노튜브 합성 장치가 개시된다. 촉매 공급 방법에 있어서, 용기의 내부로 촉매 입자를 제공한다. 이 때, 자성을 제공하여 제공되는 촉매 입자를 용기 바닥면의 설정된 위치에 적층시킨다. 그리고, 용기에 진동을 가하여 자성이 작용하는 용기의 바닥면에 촉매 입자를 평탄하게 도포시키고, 용기에 도포된 촉매 입자를 반응 챔버로 공급한다. 따라서, 자성을 이용하여 촉매 입자를 용기의 특정 영역에 위치시켜 외부로 공급함으로써, 촉매 입자의 소비량을 감소시키고 탄소나노튜브 합성 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

촉매 공급 방법, 촉매 공급 장치 및 이를 갖는 탄소나노튜브 합성 장치{METHOD AND APPARATUS OF PROVIDING CATALYST PARTICLES AND APPARATUS OF COLLECTING CARBON NANO TUBE HAVING THE SAME}
본 발명은 촉매 공급 방법, 촉매 공급 장치 및 이를 갖는 탄소나노튜브 합성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자성을 이용하여 촉매를 특정 영역에 도포하 여 공급하기 위한 촉매 공급 방법, 촉매 공급 장치 및 이를 갖는 탄소나노튜브 합성 장치에 관한 것이다.
탄소동소체인 탄소나노튜브는 하나의 탄소 원자가 다른 탄소 원자와 육각형의 벌집 무늬로 결합되어 튜브 형태를 이루고 있는 물질로써, 수 나노미터(nm)의 직경을 갖는다. 특히, 탄소나노튜브는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 전계방출 특성, 고효율의 수소저장매체 특성 등을 갖는다. 그러므로, 탄소나노튜브는 항공우주, 생명공학, 환경에너지, 재료산업, 의약의료, 전자컴퓨터, 보안안전 등의 폭넓은 기술 분야에 그 적용이 가능하다.
상기 탄소나노튜브를 합성하기 위하여 반응 챔버가 합성 공간을 제공한다. 그리고, 촉매 입자가 상기 반응 챔버 내부로 제공되며, 상기 촉매 입자와 반응하기 위한 소스 가스가 상기 반응 챔버 내부로 제공된다. 따라서, 상기 반응 챔버의 내부에서 상기 촉매 입자와 상기 소스 가스가 반응하여 탄소나노튜브가 합성된다.
한편, 상기 촉매 입자는 외부에서 용기 및/또는 기판에 도포된 상태에서 상기 반응 챔버의 내부로 공급된다. 이 때, 상기 촉매 입자가 상기 용기 및/또는 기판의 원하지 않는 영역에 도포된 상태로 상기 반응 챔버로 공급되는 경우, 상기 원하지 않는 영역에서도 탄소나노튜브가 합성된다. 따라서, 회수 장비를 이용하여 탄소나노튜브를 회수하는 경우, 원하지 않는 영역에서 합성된 탄소나노튜브는 회수 장비에 의해 정상적으로 회수되기 어렵다. 따라서, 상기 탄소나노튜브가 회수 장비의 주변으로 떨어져서 주변 환경을 오염시키는 문제점이 발생한다. 결국, 원하는 양의 탄소나노튜브를 합성하기 위하여 촉매 입자의 소비량이 증가하고, 탄소나노튜브의 수율 및 순도가 저하되는 문제점이 발생한다.
본 발명의 일 목적은 자성을 이용하여 촉매 입자를 특정 영역에 도포하여 외부로 공급하기 위한 촉매 공급 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 언급한 방법을 용이하게 수행할 수 있는 촉매 공급 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 촉매 공급 장치를 포함하는 탄소나노튜브 합성 장치를 제공하는데 있다.
상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 촉매 공급 방법에 있어서, 먼저 용기의 내부로 촉매 입자를 제공하고, 자성을 제공하여 상기 제공되는 촉매 입자를 상기 용기 바닥면의 설정된 위치에 적층시킨다. 그리고, 상기 용기에 진동을 가하여 상기 자성이 작용하는 상기 용기의 바닥면에 상기 촉매 입자를 평탄하게 도포시킨다. 이어서, 상기 용기에 도포된 촉매 입자를 상기 촉매 입자를 이용하여 공정을 진행하기 위한 반응 챔버로 공급한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 촉매 입자를 제공하는 단계에서 상기 용기의 상부에서 하부 방향으로 상기 촉매 입자를 메시 구조를 갖는 분산망을 통하여 걸러서 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 촉매 입자를 적층시키는 단계에서 상기 용기의 하부에서 자성 물질을 이용하여 상기 용기의 바닥면에 자성을 발생시키고, 상기 자성을 이용하여 상기 용기의 바닥면에 적층시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 촉매 입자를 도포시키는 단계에서 상기 용기의 바닥면에 상기 자성이 작용하는 상태에서 상기 용기에 진동을 가하여 상기 촉매 입자를 상기 자성이 작용되는 영역까지 평탄하게 도포시킬 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 촉매 공급 장치는 촉매 수용부, 자성 제공부, 진동 제공부 및 이송부를 포함한다. 상기 촉매 수용부는 촉매 입자를 수용하기 위한 공간을 제공한다. 상기 자성 제공부는 상기 촉매 수용부의 하부에 배치되고, 상기 촉매 수용부의 바닥면에 자성을 제공하여 상기 촉매 입자를 상기 바닥면의 설정된 위치에 적층시킨다. 상기 진동 제공부는 상기 촉매 수용부에 인접하게 배치되고, 상기 촉매 수용부에 진동을 가하여 상기 자성이 작용하는 상기 촉매 수용부의 바닥면에 상기 촉매 입자를 평탄하게 도포시킨다. 상기 이송부는 그 바닥면에 상기 촉매 입자가 도포된 상기 촉매 수용부를 외부로 이송시킨다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 촉매 입자는 철, 코발트, 니켈 등의 전이 금속 계열이고, 상기 자성 제공부는 상기 촉매 입자에 자성을 제공하기 위한 고무 자석, 전자석 또는 이들이 혼합된 자성체를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 자성 제공부는 상기 촉매 수용부의 바닥면의 크기보다 작은 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 제공부의 크기는 상기 촉매 입자를 이용한 최종 합성물의 수율에 따라 상대적으로 정해진다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 자성 제공부는 상기 촉매 수용부의 하부면에 면접하게 배치되고, 상기 진동 제공부는 상기 자성 제공부의 하부에 배치될 수 있다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 탄소나노튜브 합성 장치는 반응 챔버, 촉매 공급부 및 소스 가스 제공부를 포함한다. 상기 반응 챔버는 외부로부터 제공된 열을 이용하여 그 내부에서 탄소나노튜브를 합성하기 위한 공간을 제공한다. 상기 촉매 공급부는 상기 반응 챔버 내부로 촉매 입자를 제공한다. 여기서, 상기 촉매 공급부는 촉매 수용부, 자성 제공부, 진동 제공부 및 이송부를 포함한다. 상기 촉매 수용부는 촉매 입자를 수용하기 위한 공간을 제공한다. 상기 자성 제공부는 상기 촉매 수용부의 하부에 배치되고, 상기 촉매 수용부의 바닥면에 자성을 제공하여 상기 촉매 입자를 상기 바닥면의 설정된 위치에 적층시킨다. 상기 진동 제공부는 상기 촉매 수용부에 인접하게 배치되고, 상기 촉매 수용부에 진동을 가하여 상기 자성이 작용하는 상기 촉매 수용부의 바닥면에 상기 촉매 입자를 평탄하게 도포시킨다. 상기 이송부는 그 바닥면에 상기 촉매 입자가 도포된 상기 촉매 수용부를 상기 반응 챔버의 내부로 이송시킨다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 촉매 입자는 철, 코발트, 니켈 등의 전이 금속 계열이고, 상기 자성 제공부는 상기 촉매 입자에 자성을 제공하기 위한 고무 자석, 전자석 또는 이들이 혼합된 자성체를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 자성 제공부는 상기 촉매 수용부의 바닥 면의 크기보다 작은 크기를 가지고, 상기 자성 제공부의 크기는 상기 촉매 입자를 이용한 최종 합성물의 수율에 따라 상대적으로 정해질 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 자성을 이용하여 전이 금속 계열의 촉매 입자를 원하는 영역에 도포시켜 외부로 공급함으로써, 촉매 입자가 원하지 않는 영역에 도포되거나 제공되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 촉매 입자의 소비량을 감소시키고 탄소나노튜브 합성 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 촉매 공급 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 촉매 공급 장치(100)는 촉매 수용부(200), 자성 제공부(300), 진동 제공부(400) 및 이송부(500)를 포함한다.
촉매 수용부(200)는 촉매 입자를 수용하기 위한 공간을 제공한다. 촉매 수용부(200)는 외부로부터 제공받은 촉매 입자를 수용하기 위한 바닥면(210)을 구비한 다. 예를 들어, 촉매 입자는 상부로부터 촉매 수용부(200)의 바닥면(210) 방향으로 제공된다. 즉, 촉매 입자는 상부에서 아래 방향으로 제공된다. 예를 들어, 촉매 수용부(200)의 바닥면(210)은 촉매 입자를 제공받아 도포되도록 펑탄하게 형성된다. 또한, 촉매 수용부(200)는 수용된 촉매 입자가 탈루되는 것을 방지하기 위한 측벽을 포함할 수 있다. 예를 들어, 촉매 입자는 철, 코발트, 니켈 등의 전이 금속 계열을 포함할 수 있다.
자성 제공부(300)는 촉매 수용부(200)의 하부에 배치된다. 예를 들어, 자성 제공부(300)는 촉매 수용부(200)의 하부면에 면접하게 배치된다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 자성 제공부(300)는 촉매 수용부(200)의 바닥면(210)의 크기보다 더 작은 크기를 갖는다. 또한, 자성 제공부(300)의 크기는 촉매 입자를 이용한 최종 합성물의 수율에 따라 상대적으로 정해진다. 예를 들어, 자성 제공부(300)의 크기는 최종 합성물, 즉 탄소나노튜브의 수율과 반비례할 수 있다. 이와 달리, 자성 제공부(300)의 위치, 크기 등은 제공되는 촉매 입자의 양, 종류 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
자성 제공부(300)는 자성을 제공한다. 예를 들어, 자성 제공부(300)는 자성을 제공할 수 있는 고무 자석, 전자석, 이들의 혼합된 자성체 등을 포함할 수 있다. 이와 달리, 자성 제공부(300)는 자성을 제공할 수 있는 다양한 자성체를 포함할 수 있다. 그러나, 자력이 발생하는 영구 자석은 자성 제공부(300)로서 사용되지 않을 것이다.
자성 제공부(300)는 촉매 수용부(200)의 바닥면(210)에 자성을 제공한다. 따 라서, 자성 제공부(300)가 자성을 이용하여 촉매 수용부(200)의 바닥면(210)에 제공되는 촉매 입자를 설정된 위치에 한하여 적층시킬 수 있다. 즉, 자성 제공부(300)는 상부에서 제공되는 촉매 입자를 촉매 수용부(200)의 바닥면(210)의 특정 영역에만 적층되도록 자성을 제공한다. 이는 촉매 입자가 전이 금속으로 이루어져 자성을 가지고 있으므로, 자성 제공부(300)가 제공하는 자성에 의해 촉매 입자를 끌어당길 수 있기 때문이다. 따라서, 자성 제공부(300)의 크기에 따라 촉매 입자가 바닥면(210)의 특정 영역에 한하여 적층될 수 있다. 그러므로, 자성 제공부(300)는 촉매 입자가 촉매 수용부(200)의 측벽 및/또는 촉매 수용부(200)의 외부에 적층되는 것을 방지할 수 있다.
진동 제공부(400)는 촉매 수용부(200)에 인접하게 배치된다. 예를 들어, 진동 제공부(400)는 촉매 수용부(200)에 진동을 효율적으로 제공할 수 있는 위치에 배치된다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 진동 제공부(400)는 자성 제공부(300)의 하부에 배치된다. 따라서, 진동 제공부(400)는 자성 제공부(300)를 통하여 촉매 수용부(200)에 진동을 제공할 수 있다.
촉매 입자가 자성 제공부(300)에 의해 촉매 수용부(200)의 바닥면(210)의 특정 영역에 적층되어 있는 경우, 진동 제공부(400)는 촉매 입자를 바닥면(210) 상에 도포시키기 위하여 진동을 제공한다. 예를 들어, 진동 제공부(400)의 바닥면(210)에 진동을 가하여 바닥면(210)의 특정 영역에 불균일하게 적층된 촉매 입자를 균일하게 적층시킨다. 즉, 진동 제공부(400)가 촉매 입자에 진동을 가하여 촉매 입자를 바닥면(210) 전체에 도포시킬 수 있다. 이 때, 자성 제공부(300)가 바닥면(210)에 자성을 계속적으로 제공하고 있으므로 촉매 입자는 자성 제공부(300)로부터의 자성이 작용하는 영역까지 도포될 수 있다. 즉, 진동 제공부(400)가 촉매 입자를 균일하게 도포시키고, 자성 제공부(300)가 촉매 입자의 도포 영역을 한정한다.
이송부(500)는 촉매 수용부(200)를 외부로 이송한다. 예를 들어, 이송부(500)는 그 바닥면(210)에 촉매 입자가 균일하게 도포된 촉매 수용부(200)를 반응 챔버(도 8의 600)로 이송한다. 이송부(500)는 촉매 수용부(200)를 이송시키기 위한 이송 로봇(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 특히, 이송부(500)는 촉매 수용부(200)를 후술할 탄소나노튜브 합성 장치의 상기 반응 챔버로 이송시킨다.
이와 같이, 촉매 공급 장치(100)는 자성을 이용하여 촉매 입자를 촉매 수용부(200)의 특정 영역에 적층시키기 위한 자성 제공부(300) 및 특정 영역에 적층된 촉매 입자에 진동을 제공하여 자성이 작용하는 영역까지 도포시키기 위한 진동 제공부(400)를 포함한다. 따라서, 촉매 공급 장치(100)는 촉매 입자가 촉매 수용부(200)의 측벽 및/또는 촉매 수용부(200)의 외부에 적층되는 것을 방지할 수 있다. 이에 촉매 입자의 소비량을 감소시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 촉매 공급 방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다. 도 3 내지 도 7은 도 2의 촉매 공급 방법을 구체적으로 설명하기 위한 구성도들이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 촉매 공급 방법에 있어서, 촉매 수용부의 내부로 촉매 입자를 제공하고(S100), 자성을 이용하여 상기 촉매 입자를 촉매 수용부의 바닥면 상의 설정된 위치, 즉 원하는 위치에 적층시킨다(S200). 그리고, 촉매 수용부에 진동을 가하여 촉매 수용부의 바닥면에 촉매 입자를 평탄하게 도포시킨다(S300). 그 후, 촉매 수용부의 바닥면에 도포된 촉매 입자를 반응 챔버로 공급한다(S400).
도 3을 참조하면, 외부로부터 촉매 공급관(110)을 통하여 전달된 촉매 입자를 분산망(120)을 통하여 촉매 수용부(200)에 제공한다. 분산망(120)은 촉매 입자가 촉매 수용부(200)의 일부 영역에만 집중적으로 제공되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 분산망(120)은 촉매 입자를 분산시키기 위한 다수의 분산홀을 구비할 수 있다. 이와 같이, 분산망(120)을 통하여 촉매 수용부(200)에 촉매 입자를 제공한다.
도 4를 참조하면, 촉매 입자가 분산망(120)을 통하여 촉매 수용부(200)에 제공되는 경우, 분산망(120)에 의해 촉매 입자가 원하지 않는 영역으로까지 분산되어 제공될 수 있다.
이 때, 촉매 수용부(200)의 하부에 배치된 자성 제공부(300)가 촉매 수용부(200)의 바닥면(210)에 자성을 제공한다. 따라서, 분산망(120)을 통하여 제공된 촉매 입자가 자성에 의하여 바닥면(210)의 특정 영역에 적층될 수 있다. 즉, 전이 금속 계열의 촉매 입자가 자성 제공부(300)으로부터의 자성에 의해 바닥면(210)에 접착될 수 있다. 따라서, 촉매 입자는 자성에 의해 바닥면(210)의 가장 자리까지 제공되지는 않는다. 이와 같이, 자성 제공부(300)는 촉매 입자가 원하지 않는 영역에 제공되는 것을 방지한다.
또한, 자성 제공부(300)가 자력이 큰 자성을 제공하는 경우, 촉매 입자는 바 닥면(210)의 중앙부에 집중될 수 있다. 또한, 자성 제공부(300)가 자력이 작은 자성을 제공하는 경우, 촉매 입자는 바닥면(210)의 가장 자리와 인접한 영역까지 제공될 수 있다. 이와 같이, 자성 제공부(200)는 촉매 입자가 적층되는 영역을 자력의 크기에 의하여 조절할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 진동 제공부(400)가 촉매 수용부(200)의 바닥면(210)에 진동을 제공한다. 따라서, 바닥면(210)의 중앙부에 집중되어 적층된 촉매 입자가 상기 진동에 의하여 바닥면(210)의 가장 자리 방향으로 유동할 수 있다. 따라서, 진동 제공부(400)는 바닥면(210) 상에 촉매 입자를 동일한 높이로 도포시킬 수 있다.
한편, 진동 제공부(400)가 진동을 제공하는 동안, 자성 제공부(300)가 촉매 수용부(200)의 바닥면(210)에 자성을 계속적으로 제공한다. 따라서, 바닥면(210)의 가장 자리 방향으로 분산되는 촉매 입자는 자성이 작용하는 영역까지에 한하여 도포된다. 따라서, 자성 제공부(300)와 진동 제공부(400)에 의하여 촉매 입자가 바닥면(210) 상에 자성이 작용하는 영역까지 평탄하게 도포될 수 있다.
언급한 바와 같이, 자성 제공부(300)가 촉매 입자가 도포되는 영역을 한정할 수 있다. 즉, 자성 제공부(300)의 크기에 따라 촉매 입자가 도포되는 영역이 결정된다. 예를 들어, 자성 제공부(300)가 큰 경우에 촉매 입자는 바닥면(210) 상에 넓게 도포되고, 자성 제공부(300)가 작은 경우에 촉매 입자는 바닥면(210) 상에 좁게 도포될 수 있다.
예를 들어, 자성 제공부(300)의 크기는 후술할 탄소나노튜브의 합성 수율과 반비례한다. 구체적으로, 촉매 입자가 좁게 도포되는 경우에는 후술할 소스 가스가 촉매 입자와 반응하여 탄소나노튜브로 합성되기 위한 나머지 공간이 충분하게 확보되어 탄소나노튜브의 수율이 향상된다. 이와 달리, 촉매 입자가 넓게 도포되는 경우에는 상기 소스 가스가 촉매 입자와 반응하여 탄소나노튜브로 합성되기 위한 나머지 공간이 충분하게 확보되지 못하므로 탄소나노튜브의 수율이 저하된다. 이와 같이, 자성 제공부(300)의 크기는 탄소나노튜브의 수율과 반비례할 수 있다.
도 7을 참조하면, 이송부(500)가 촉매 수용부(200)를 외부로 이송한다. 예를 들어, 이송부(500)는 촉매 수용부(200)를 이송시키기 위한 이송 로봇이 될 수 있다. 따라서, 이송부(500)는 그 바닥면(210)에 촉매 입자가 설정된 영역에 평탄하게 도포된 촉매 수용부(200)를 상기 반응 챔버로 이송한다. 이 때, 상기 반응 챔버는 촉매 입자를 이용하여 공정을 진행하기 위한 공간을 제공한다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 공정은 후술할 탄소나노튜브 공정을 포함할 수 있다.
이와 같이, 자성 및/또는 진동을 이용하여 촉매 입자를 촉매 수용부(200)의 특정 영역에 평탄하게 도포하여 외부로 공급할 수 있다. 따라서, 촉매 입자의 소비량을 줄일 수 있으며, 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 탄소나노튜브 합성 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 탄소나노튜브 합성 장치(1000)는 전술한 촉매 공급부(100)로부터 촉매 입자를 공급받는다. 이에 탄소나노튜브 합성 장치(1000)는 반응 챔버(600), 소스 가스 제공부(700), 가열부(750), 가스 배출 부(800) 및 압력 조절부(900)를 포함한다.
촉매 공급부(100)는 도 1 내지 도 7을 통하여 상세하게 설명한 촉매 공급 장치와 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
반응 챔버(600)는 외부로부터 제공된 열을 이용하여 탄소나노튜브를 합성하기 위한 공간을 제공한다. 예를 들어, 상기 열은 그 온도가 약 500 내지 1,100℃가 될 수 있다. 이에 반응 챔버(600)는 상기 열에 견딜 수 있는 재질로 형성된다. 예를 들어, 반응 챔버(600)는 석영, 그라파이트 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 반응 챔버(600)는 그 내부에 배치된 보트(610)를 포함한다. 보트(610)는 촉매 수용부(200)가 안착되는 공간을 제공한다. 따라서, 외부로부터 촉매 입자가 도포된 촉매 수용부(200)가 반응 챔버(600)의 내부로 제공되는 경우, 촉매 수용부(200)가 보트(610) 상에 안정적으로 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 반응 챔버(600)가 하나의 보트(610)를 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 보트(610)의 개수, 형상, 배치등은 다양하게 변경될 수 있을 것이다.
소스 가스 제공부(700)는 촉매 입자와 반응하기 위한 소스 가스를 반응 챔버(600)의 내부로 제공한다. 이 때, 소스 가스 제공부(700)는 소스 가스 제공관(710)을 통하여 반응 챔버(600) 내부로 소스 가스를 제공한다. 이 때, 소스 가스 조절 밸브(720)가 소스 가스 제공관(710)의 일 영역에 배치되어 제공되는 소스 가스의 양을 조절할 수 있다. 또한, 소스 가스 제공부(700)는 가스의 제공을 보다 용이하게 제어하기 위하여 가스 유량기(MFC : mass flow controller) 등을 더 포함할 수 있다.
가열부(750)는 반응 챔버(600)의 내부를 가열시킨다. 예를 들어, 가열부(750)는 반응 챔버(600)를 둘러싸면서 배치된다. 예를 들어, 가열부(750)는 반응 챔버(600)의 내부 온도를 약 500 내지 1,100℃ 정도의 온도로 가열할 수 있다. 이에 가열부(750)는 반응 챔버(600)를 둘러싼 히팅 코일을 포함할 수 있다.
가스 배출부(800)는 반응 챔버(600) 내부의 소스 가스등을 외부로 배출시킨다. 예를 들어, 가스 배출부(800)는 소스 가스 제공부(700)의 반대편에 위치한다. 예를 들어, 가스 배출부(800)는 배기 펌프를 포함할 수 있으며, 반응 챔버(600)와 연결된 가스 배출관(810) 및 상기 배기 펌프를 이용하여 소스 가스 및/또는 유도 가스를 반응 챔버(600)의 외부로 배출시킬 수 있다.
압력 조절부(900)는 반응 챔버(600)와 연결되어 반응 챔버(600) 내부의 압력 상태를 조절한다. 예를 들어, 압력 조절부(900)는 반응 챔버(600)내부의 압력 상태를 조절하기 위한 통로인 압력 조절관(910)과 압력 조절 밸브(920)를 포함한다. 이에 압력 조절부(900)가 반응 챔버(600)의 내부를 감압시켜 진공 상태로 유지할 수 있다.
또한, 탄소나노튜브 합성 장치(1000)는 합성된 탄소나노튜브를 회수하기 위한 회수부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 회수부는 반응 챔버(600)의 다른 영역에 배치될 수도 있으며, 탄소나노튜브 합성 공정이 종료된 후 별도의 장치를 이용하여 회수할 수도 있을 것이다.
이와 같이, 탄소나노튜브 합성 장치(1000)는 촉매 입자가 촉매 수용부(200) 의 특정 영역에 평탄하게 도포된 상태로 반응 챔버(600)의 내부로 제공되므로 탄소나노튜브를 효율적으로 합성할 수 있다. 따라서, 촉매 입자의 소비량을 감소시킬 수 있으며 탄소나노튜브의 수율 및 순도를 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 탄소나노튜브를 회수하는 경우, 회수부 및/또는 회수 장치가 원하지 않는 영역에서 합성된 탄소나노튜브를 회수하는 과정에서 오염이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 촉매 공급 장치는 자성을 이용하여 촉매 입자를 특정 영역에 적층시키고, 진동을 이용하여 촉매 입자를 평탄하게 도포시켜 외부로 공급할 수 있다. 따라서, 촉매 입자의 소비량을 감소시킬 수 있으며 상기 촉매 입자를 이용하여 합성된 탄소나노튜브의 수율 및 순도가 향상될 것이다. 따라서, 탄소나노튜브 합성 공정의 전체적인 효율이 크게 향상된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 촉매 공급 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 촉매 공급 방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.
도 3 내지 도 7은 도 2의 촉매 공급 방법을 구체적으로 설명하기 위한 구성도들이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 탄소나노튜브 합성 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 촉매 공급 장치 200 : 촉매 수용부
300 : 자성 제공부 400 : 진동 제공부
500 : 이송부 1000 : 탄소나노튜브 합성 장치
600 : 반응 챔버 610 : 보트
700 : 소스 가스 제공부 800 : 가스 배출부
900 : 압력 조절부

Claims (12)

  1. 용기의 내부로 촉매 입자를 제공하는 단계;
    자성을 제공하여 상기 용기 내부로 제공되는 촉매 입자를 상기 용기 바닥면의 설정된 위치에 적층시키는 단계;
    상기 용기에 진동을 가하여 상기 자성이 작용하는 상기 용기의 바닥면에 상기 촉매 입자를 평탄하게 도포시키는 단계; 및
    상기 용기에 도포된 촉매 입자를 상기 촉매 입자를 이용하여 공정을 진행하기 위한 반응 챔버로 공급하는 단계를 포함하는 촉매 공급 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 촉매 입자를 제공하는 단계는
    상기 용기의 상부에서 하부 방향으로 상기 촉매 입자를 메시 구조를 갖는 분산망을 통하여 걸러서 제공하는 것을 특징으로 하는 촉매 공급 방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 촉매 입자를 적층시키는 단계는
    상기 용기의 하부에서 자성 물질을 이용하여 상기 용기의 바닥면에 자성을 발생시키고, 상기 자성을 이용하여 상기 용기의 바닥면에 적층시키는 것을 특징으로 하는 촉매 공급 방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 촉매 입자를 도포시키는 단계는
    상기 용기의 바닥면에 상기 자성이 작용하는 상태에서 상기 용기에 진동을 가하여 상기 촉매 입자를 상기 자성이 작용되는 영역까지 평탄하게 도포시키는 것을 특징으로 하는 촉매 공급 방법.
  5. 촉매 입자를 수용하기 위한 공간을 제공하는 촉매 수용부;
    상기 촉매 수용부의 하부에 배치되고, 상기 촉매 수용부의 바닥면에 자성을 제공하여 상기 촉매 입자를 상기 바닥면의 설정된 위치에 적층시키기 위한 자성 제공부;
    상기 촉매 수용부에 인접하게 배치되고, 상기 촉매 수용부에 진동을 가하여 상기 자성이 작용하는 상기 촉매 수용부의 바닥면에 상기 촉매 입자를 평탄하게 도포시키기 위한 진동 제공부; 및
    그 바닥면에 상기 촉매 입자가 도포된 상기 촉매 수용부를 외부로 이송시키기 위한 이송부를 포함하는 촉매 공급 장치.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 촉매 입자는 철, 코발트 또는 니켈이며, 상기 자성 제공부는 상기 촉매 입자에 자성을 제공하기 위한 고무 자석, 전자석 또는 이들이 혼합된 자성체인 것을 특징으로 하는 촉매 공급 장치.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 자성 제공부는 상기 촉매 수용부의 바닥면의 크기보다 작은 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 촉매 공급 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 자성 제공부의 크기는 상기 촉매 입자를 이용한 최종 합성물의 수율에 따라 상대적으로 정해지는 것을 특징으로 하는 촉매 공급 장치.
  9. 제5 항에 있어서, 상기 자성 제공부는 상기 촉매 수용부의 하부면에 면접하게 배치되고, 상기 진동 제공부는 상기 자성 제공부의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 촉매 공급 장치.
  10. 외부로부터 제공된 열을 이용하여 그 내부에서 탄소나노튜브를 합성하기 위한 공간을 제공하는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내부로 촉매 입자를 공급하는 촉매 공급부; 및
    상기 촉매 입자와 반응하기 위한 소스 가스를 상기 반응 챔버의 내부로 제공하여 탄소나노튜브를 합성하기 위한 소스 가스 제공부를 포함하고,
    상기 촉매 공급부는
    상기 촉매 입자를 수용하기 위한 공간을 제공하는 촉매 수용부;
    상기 촉매 수용부의 하부에 배치되고, 상기 촉매 수용부의 바닥면에 자성을 제공하여 상기 촉매 입자를 상기 바닥면의 설정된 위치에 적층시키기 위한 자성 제공부; 및
    상기 촉매 수용부에 인접하게 배치되고, 상기 촉매 수용부에 진동을 가하여 상기 자성이 작용하는 상기 촉매 수용부의 바닥면에 상기 촉매 입자를 평탄하게 도 포시키기 위한 진동 제공부; 및
    그 바닥면에 상기 촉매 입자가 도포된 상기 촉매 수용부를 상기 반응 챔버 내부로 이송시키기 위한 이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 촉매 입자는 철, 코발트 또는 니켈이며, 상기 자성 제공부는 상기 촉매 입자에 자성을 제공하기 위한 고무 자석, 전자석 또는 이들이 혼합된 자성체인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.
  12. 제10 항에 있어서, 상기 자성 제공부는 상기 촉매 수용부의 바닥면의 크기보다 작은 크기를 가지고, 상기 자성 제공부의 크기는 상기 촉매 입자를 이용한 최종 합성물의 수율에 따라 상대적으로 정해지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020023522A (ko) * 2000-09-22 2002-03-29 최규술 탄소 나노튜브 합성 방법 및 이에 이용되는 탄소 나노튜브합성장치.
KR100342763B1 (ko) 2000-06-08 2002-07-02 김경균 탄소나노튜브 제조 설비 및 이에 따른 제조 방법
KR100721718B1 (ko) 2005-11-29 2007-05-25 세메스 주식회사 탄소 나노 튜브 생산 설비 및 방법
KR20070073398A (ko) * 2006-01-05 2007-07-10 세메스 주식회사 반응 챔버 및 이를 구비하는 탄소 나노 튜브 생성 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100342763B1 (ko) 2000-06-08 2002-07-02 김경균 탄소나노튜브 제조 설비 및 이에 따른 제조 방법
KR20020023522A (ko) * 2000-09-22 2002-03-29 최규술 탄소 나노튜브 합성 방법 및 이에 이용되는 탄소 나노튜브합성장치.
KR100721718B1 (ko) 2005-11-29 2007-05-25 세메스 주식회사 탄소 나노 튜브 생산 설비 및 방법
KR20070073398A (ko) * 2006-01-05 2007-07-10 세메스 주식회사 반응 챔버 및 이를 구비하는 탄소 나노 튜브 생성 시스템

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