KR100956352B1 - 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법 - Google Patents

탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100956352B1
KR100956352B1 KR1020070090527A KR20070090527A KR100956352B1 KR 100956352 B1 KR100956352 B1 KR 100956352B1 KR 1020070090527 A KR1020070090527 A KR 1020070090527A KR 20070090527 A KR20070090527 A KR 20070090527A KR 100956352 B1 KR100956352 B1 KR 100956352B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
plate
source gas
metal catalyst
reaction chamber
Prior art date
Application number
KR1020070090527A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090025571A (ko
Inventor
전종관
Original Assignee
세메스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세메스 주식회사 filed Critical 세메스 주식회사
Priority to KR1020070090527A priority Critical patent/KR100956352B1/ko
Priority to CN2008101355424A priority patent/CN101381078B/zh
Priority to TW097133793A priority patent/TWI391322B/zh
Priority to US12/231,637 priority patent/US7964151B2/en
Priority to JP2008228253A priority patent/JP4976352B2/ja
Publication of KR20090025571A publication Critical patent/KR20090025571A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100956352B1 publication Critical patent/KR100956352B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/16—Preparation
    • C01B32/162—Preparation characterised by catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B01J4/002—Nozzle-type elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1836—Heating and cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/842—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/842—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
    • Y10S977/843—Gas phase catalytic growth, i.e. chemical vapor deposition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/842—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
    • Y10S977/844—Growth by vaporization or dissociation of carbon source using a high-energy heat source, e.g. electric arc, laser, plasma, e-beam
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/89—Deposition of materials, e.g. coating, cvd, or ald
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/89—Deposition of materials, e.g. coating, cvd, or ald
    • Y10S977/891—Vapor phase deposition

Abstract

탄소나노튜브 제조장치는 반응 챔버 및 분산판을 구비한다. 분산판은 플레이트 및 플레이트 단부에 형성된 가스 유도부를 구비하고, 플레이트 중앙부에는 금속 촉매가 유입되는 촉매 공급홀이 형성된다. 가스 유도부는 소스 가스를 플레이트 중앙부 측으로 가이드하여 촉매 공급홀로부터 배출되는 금속 촉매를 특정 방향으로 부유시킨다. 이에 따라, 탄소나노튜브 제조장치는 금속 촉매의 유실을 방지하고, 공간 활용률을 향상시킬 수 있다.

Description

탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD OF PRODUCTING CARBON NANO TUBE}
본 발명은 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 촉매 입자를 유동시켜 탄소나노튜브를 생성하기 위한 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법에 관한 것이다.
탄소나노튜브(Carbon Nano tubes)는, 서로 이웃하는 세 개의 탄소 원자가 육각형의 벌집 무늬로 결합되어 탄소 평면을 이루고 탄소 평면이 원통형으로 말려서 튜브 형상으로 이루어진 것을 말한다.
탄소나노튜브는 그 구조에 따라 금속적인 도전성 또는 반도체적인 도전성을 나타내며, 여러 기술 분야에 폭넓게 응용될 수 있어 미래의 신소재로 각광을 받고 있다. 예컨대, 탄소나노튜브는 이차 전지, 연료 전지 또는 수퍼 커패시터와 같은 전기 화학적 저장 장치의 전극, 전자파 차폐, 전계 방출 디스플레이, 또는 가스 센서 등에 적용 가능하다.
탄소나노튜브는 고온의 반응기에 금속 촉매 입자와 탄화수소 계열의 가스를 분산 및 반응시켜서 생성된다. 구체적으로, 탄소나노튜브를 제조하는 장치는 반응 기, 반응기 안에 구비되어 금속 촉매를 제공하는 노즐, 및 반응기 안에 구비되어 탄소 성분의 가스를 분산시키는 분산판을 포함한다.
분산판은 노즐의 아래에 구비되고, 가스를 유입 및 분산하는 다수의 홀을 갖는다. 노즐로부터 제공된 금속 촉매는 분산판을 통해 제공되는 가스에 의해 반응기 안을 부유하고, 가스의 탄소 성분과 반응하여 탄소나노튜브를 성장시킨다.
이와 같이, 탄소나노 튜브 제조 장치는 노즐이 반응기 안에 구비되므로, 금속 촉매의 유동을 방해하고, 금속 촉매가 노즐에 적재될 수 있으므로, 금속 촉매가 유실된다. 또한, 분산판이 노즐의 아래에 구비되고, 가스가 특정한 방향성 없이 분산판의 상부로 분산되므로, 분산판의 상면에 금속 촉매가 적재되어 채널링을 유발한다. 또한, 분산판의 다수의 홀에 균일한 가스를 제공하는 가스 윈드 박스, 및 가스를 분해시켜 분산판에 제공하는 별도의 히터를 더 구비해야한다. 이로 인해, 공간 활용률이 저하된다.
본 발명의 목적은 금속 촉매의 손실을 감소시키고, 공간 활용률을 향상시킬 수 있는 탄소나노튜브 제조장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기한 탄소나노튜브 제조장치를 이용하여 탄소나노튜브를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 탄소나노 튜브 제조장치는, 반응 챔버 및 분산판으로 이루어진다.
반응 챔버는 탄소나노튜브가 형성되는 반응 공간을 제공한다. 분산판은 반응 챔버의 바닥면에 구비되고, 상기 탄소나노튜브를 생성하기 위한 소스 가스를 상기 반응 공간에 분산시킨다. 구체적으로, 분산판은 플레이트 및 가스 유도부를 포함한다. 가스 유도부는 상기 플레이트의 상면에서 단부에 구비되며, 외부로부터 상기 소스 가스를 제공받아 상기 소스 가스를 상기 플레이트의 중앙부 측으로 가이드한다.
또한, 플레이트는 중앙부에 금속 촉매가 주입되는 촉매 공급홀이 형성된다. 상기 금속 촉매는 상기 촉매 공급홀을 통해 상기 반응 공간으로 유입되고, 소스 가스와 반응하여 탄소나노튜브를 생성한다.
상기 가스 유도부는, 상기 플레이트와의 사이에 형성되어 상기 소스 가스가 1차적으로 유입되는 가스 저장공간, 및 상기 가스 저장공간에 유입된 상기 소스 가 스를 상기 플레이트의 중앙부 측으로 배출하는 가스 배출구를 갖는다.
구체적으로, 상기 가스 유도부는 제1 내지 제3 가이드면으로 이루어진다. 제1 가이드면은 상기 플레이트와 마주한다. 제2 가이드면은 상기 플레이트로부터 연장되어 상기 제1 가이드면 연결된다. 제3 가이드면은 상기 제1 가이드면으로부터 연장되어 상기 제2 가이드면과 마주하고, 상기 가스 배출구가 형성된다.
여기서, 상기 제3 가이드면은 상기 플레이트로부터 이격되어 상기 가스 배출구를 형성한다.
상기 플레이트의 상면은 상기 가스 유도부가 형성된 단부로부터 상기 촉매 공급홀 측으로 갈수록 점차 돌출된다.
또한, 상기 플레이트는 상기 가스 저장공간에 상기 소스 가스를 유입시키는 적어도 하나의 가스 유입홀을 갖고, 탄소나노튜브 제조장치는 상기 가스 주입홀을 통해 상기 소스 가스를 상기 가스 유도부로 제공하는 가스 공급라인을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가스 유도부는 평면상에서 볼 때 링 형상으로 이루어질 수도 있다.
또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 탄소나노 튜브 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 내부에 반응 공간이 형성된 반응 챔버를 가열하고, 반응 공간으로 금속 촉매 및 소스 가스를 유입시킨다. 금속 촉매가 상기 소스 가스에 의해 상기 반응 공간을 부유하면서 상기 소스 가스와 반응하여 탄소나노튜브를 생성한다.
상기 금속 촉매 및 상기 소스 가스가 유입되는 과정을 살펴보면, 먼저, 상기 반응 공간으로 상기 금속 촉매가 유입되고, 이와 동시에, 상기 반응 챔버의 하단부 측면으로 상기 소스 가스가 유입된다. 이어, 반응 챔버의 하단부 측면으로 유입된 상기 소스 가스를 상기 반응 챔버의 하단부 중앙으로 가이드한다.
본 발명에 의한 탄소나노튜브 제조장치에 따르면, 분산판은 금속 촉매를 반응 챔버로 유입시키고, 소스 가스를 가이드 하여 금속 촉매를 특정 방향으로 유동시킨다. 이와 같이, 탄소나노튜브 제조장치는 소스 가스와 금속 촉매가 모두 분산판을 통해 분산되므로, 금속 촉매의 공급을 위한 별도의 노즐과 소스 가스를 균일하게 분산시키기 위한 별도의 장치를 구비할 필요가 없다. 따라서, 탄소나노튜브 제조장치는 금속 촉매의 유실 및 채널링을 방지하고, 공간 활용률을 향상시킨다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 제조장치(100)는 반응 챔버(110), 분산판(120), 다수의 가스 공급라인(130), 히팅부(140) 및 배기 라인(150)을 포함한다.
상기 반응 챔버(110)는 탄소나노튜브의 제조 공정이 이루어지는 반응 공간(RS)을 제공한다. 상기 반응 챔버(110)는 원통 형상을 갖고, 바닥면이 개구되며, 열에 강한 재질, 예컨대, 스테인레스로 이루어진다.
상기 반응 챔버(110)의 바닥면에는 상기 분산판(120)이 구비된다. 상기 분산판(120)은 상기 탄소나노튜브를 생성하기 위한 소스 가스(SG)와 금속 촉매(MC)를 상기 반응 공간(RS)으로 유입 및 분산시킨다.
여기서, 상기 소스 가스(SG)로는 탄화수소 계열 가스, 예컨대, 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 수소 가스 등이 이용되고, 상기 금속 촉매(MC)로는 자성체를 갖는 유기금속 화합물, 예컨대, 철(Fe), 코발트, 니켈 등이 이용된다. 상기 소스 가스(SG)는 상기 반응 공간(RS) 내로 유입된 금속 촉매(MC)가 상기 분산판(120)에 떨어지지 않도록 부유시키고, 상기 금속 촉매(MC)와 반응하여 상기 금속 촉매(MC)에 상기 탄소나노튜브를 성장시킨다.
이와 같이, 상기 탄소나노튜브는 상기 금속 촉매(MC)가 상기 반응 공간(RS)을 부유하면서 생성되기 때문에, 상기 금속 촉매(MC)의 부유가 활성화될수록 상기 탄소나노튜브의 성장이 활성화된다.
이하, 도면을 참조하여 상기 분산판(120)의 구조에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 분산판을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 분산판을 나타낸 평면도이며, 도 4는 도 1의 'A' 부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 분산판(120)은 플레이트(121) 및 가스 유도부(122)를 포함한다. 본 발명의 일례로, 상기 플레이트(121)는 원형으로 이루어지나, 상기 플레이트(121)의 형상은 상기 반응 챔버(110)의 형상에 따라 변경된다. 상기 플레이트(121)는 상기 반응 챔버(110)의 개구된 바닥면에 구비되어 상기 반응 챔버(110)를 밀폐시킨다.
상기 플레이트(121)의 중앙부에는 상기 금속 촉매(MC)가 주입되는 촉매 공급홀(121a)이 형성되고, 상기 금속 촉매(MC)는 상기 촉매 공급홀(121a)을 통해 상기 반응 공간(RS)(도 1 참조)으로 유입된다.
상기 플레이트(121)의 상면은 단부로부터 상기 촉매 공급홀(121a)이 형성된 중앙부로 갈수록 점차 돌출되어 상기 가스 유도부(122)로부터 배출된 상기 소스 가스(SG)를 상기 플레이트(121)의 중앙부측으로 가이드한다. 즉, 상기 플레이트(121)의 상면은 상기 촉매 공급홀(121a)로부터 단부측으로 갈수록 점차 낮아지는 경사면으로 이루어지고, 이에 따라, 상기 플레이트(121)의 두께가 단부로부터 중앙부로 갈수록 점차 증가한다. 본 발명의 일례로, 상기 플레이트(121)의 경사면은 상기 소스 가스(SG)의 가이드 효율을 향상시키기 위해 아래로 오목한 곡면으로 이루어진다.
상기 가스 유도부(122)로부터 배출된 소스 가스(SG)는 상기 플레이트(121)의 경사진 상면을 따라 상승하면서 상기 플레이트(121)의 중앙부측으로 이동하고, 상기 촉매 공급홀(121a)로부터 배출되는 금속 촉매(MC)를 상기 반응 공간(RS)의 상측으로 부유시킨다.
한편, 상기 플레이트(121)의 단부에는 다수의 가스 유입홀(121b)이 형성된다. 상기 가스 유입홀들(121b)은 상기 가스 유도부(122)와 대응하는 영역에 형성되고, 상기 소스 가스(SG)는 상기 가스 유입홀들(121b)을 통해 상기 가스 유도부(122)로 유입된다. 상기 가스 유입홀들(121b)의 개수는 각 가스 유입홀의 크기 및 상기 플레이트(121)의 크기에 따라 달라진다.
상기 플레이트(121)의 상면에는 상기 가스 유도부(122)가 형성된다. 상기 가스 유도부(122)는 상기 플레이트(121)의 단부에 형성되고, 상기 가스 유입홀들(121b)을 통해 유입된 상기 소스 가스(SG)의 경로를 변경하여 상기 플레이트(121)의 중앙부측으로 가이드한다. 본 발명의 일례로, 상기 가스 유도부(122)는 평면상에서 볼 때 링 형상을 갖고, 상기 플레이트(121)와 일체로 형성된다.
구체적으로, 상기 가스 유도부(122)는 상기 가스 유입홀들(121b)을 통해 상기 소스 가스(SG)를 제공받아 저장하는 가스 저장공간(GS)을 형성한다. 또한, 상기 가스 유도부(122)는 상기 가스 저장공간(GS)으로 유입된 소스 가스(SG)를 상기 플레이트(121)의 중앙부 측으로 배출하는 가스 배출구(122d)를 갖는다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일례로, 상기 가스 유도부(122)는 제1 내지 제3 가이드면(122a, 122b, 122c)를 구비한다. 상기 제1 가이드면(122a)은 상기 플레이트(121)의 상면과 마주하고, 상기 제2 가이드면(122b)은 상기 플레이트(121)로부터 상기 가스 저장공간(GS)을 형성하도록 연장되어 상기 제1 가이드면(122a)과 연결된다. 상기 제3 가이드면(122c)은 상기 제1 가이드면(122a)으로부터 연장되어 상기 제2 가이드면(122b)과 마주하고, 상기 플레이트(121)로부터 이격 되어 상기 가스 배출구(122d)를 형성한다. 본 발명의 일례로, 상기 가스 배출구(122d)는 상기 제3 가이드면(122c)과 상기 플레이트(121)가 이격된 공간에 의해 정의되나, 상기 제3 가이드면(122c)이 일부분 제거되어 형성될 수도 있다.
상기 제1 내지 제3 가이드면(122a, 122b, 122c)은 상기 가스 저장공간(GS)으로 유입된 소스 가스(SG)의 경로를 변경하고, 경로가 변경된 소스 가스(SG)는 상기 가스 배출구(122d)를 통해 상기 플레이트(121)의 중앙부측으로 배출된다. 상기 가스 배출구(122d)를 통해 배출된 상기 소스 가스(SG)는 상기 플레이트(121)의 경사진 상면을 따라 상기 플레이트(121)의 중앙부 측으로 유도되고, 상기 촉매 공급홀(121a)을 통해 유입된 금속 촉매(MC)를 부유시킨다.
이와 같이, 상기 탄소나노튜브 제조 장치(100)는 상기 분산판(120)을 이용하여 상기 소스 가스(SG)와 상기 금속 촉매(MC)를 상기 반응 공간(RS)으로 유입시키고, 상기 소스 가스(SG)를 가이드하여 상기 금속 촉매(MC)를 특정 방향으로 이동시킨다. 이에 따라, 상기 탄소나노튜브 제조 장치(100)는 상기 금속 촉매(MC)를 제공하기 위한 별도의 노즐을 구비할 필요가 없고, 상기 노즐로 인한 상기 금속 촉매(MC)의 이동 방해 및 유실을 방지한다.
또한, 상기 탄소나노튜브 제조 장치(100)는 분산판에 제공되는 소스 가스(SG)를 균일하게 분산시키기 위한 별도의 장치 및 이를 위한 공간을 확보할 필요가 없으므로, 공간 활용도를 향상시키고, 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 상기 가스 유도부(122)가 상기 플레이트(121)의 단부에 구비되고, 상기 가스 유도부(122)로부터 배출된 소스 가스(SG)는 상기 플레이트(121)의 상면을 따라 이동한다. 이에 따라, 상기 탄소나노튜브 제조장치(100)는 상기 플레이트(121)에 상기 금속 촉매(MC)가 적재되는 것을 방지하고, 채널링을 방지한다.
다시, 도 1을 참조하면, 상기 분산판(120)의 아래에는 상기 다수의 가스 공급라인(130)이 구비된다. 상기 가스 공급라인들(130)은 상기 가스 유입홀들(121b)과 일대일 대응하여 연결되고, 가스 공급장치(미도시)로부터 상기 소스 가스(SG)를 제공받아 상기 가스 유입홀들(121b)을 통해 상기 가스 유도부(122)로 제공한다.
한편, 상기 반응 챔버(110)의 외측벽에는 상기 히팅부(140)가 구비된다. 상기 히팅부(140)는 상기 반응 챔버(110)를 가열한다. 이에 따라, 상기 반응 공간(RS)은 상기 소스 가스(SG)와 상기 금속 촉매(MC)의 반응을 활성화시키기 위한 적정 온도를 유지한다. 본 발명의 일례로, 상기 반응 공간(RS)은 상기 히팅부(140)에 의해 약 섭씨 500도 내지 섭씨 5000도의 고온으로 유지된다.
상기 반응 챔버(110)의 상단에는 상기 배기 라인(150)이 구비되고, 상기 배기 라인(150)은 상기 반응 챔버(110)의 상단에 형성된 배기홀(111)과 연결된다. 상기 배기 라인(150)에는 상기 반응 챔버(110) 안에 충진된 가스가 상기 배기홀(111)을 통해 유입되고, 상기 배기 라인(150)은 상기 가스를 외부로 배출한다. 즉, 상기 금속 촉매와 상기 소스 가스(SG)가 반응하는 동안, 상기 반응 공간(RS)에 충진된 가스는 상기 배기 라인(150)을 통해 외부로 배출된다. 이때, 상기 반응 공간(RS)에는 상기 소스 가스(SG)가 계속해서 유입된다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 탄소나노튜브 제조장치(100)는 상기 금속 촉매(MC)에 성장된 상기 탄소나노튜브를 외부로 배출하기 위한 탄소나노튜브 배기 라인을 구비한다. 상기 탄소나노튜브 배기 라인은 상기 반응 챔버(110)의 측벽에 연결되고, 상기 반응 공간(RS) 안에 형성된 상기 탄소나노튜브를 외부의 탄소나노튜브 포집 장치(미도시)로 배출한다.
이하, 도면을 참조하여 상기 반응 공간(RS)에서 상기 탄소나노튜브가 생성되는 과정을 구체적으로 설명한다.
도 5는 도 1에 도시된 탄소나노튜브 제조장치에서 금속 촉매를 분산시키는 공정을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 히팅부(140)는 상기 반응 챔버(110)를 가열하여 상기 반응 공간(RS)의 온도를 적정 온도로 상승시킨다.
상기 가스 공급라인들(130)은 상기 소스 가스(SG)를 상기 가스 유입홀들(121b)을 통해 상기 가스 유도부(122)의 가스 저장공간(GS)으로 제공한다. 여기서, 상기 금속 촉매(MC)를 부유시키기 위해 상기 가스 공급라인들(130)에는 적정 압력의 소스 가스(SG)가 제공된다.
상기 가스 유도부(122)는 상기 소스 가스(SG)의 경로를 상기 플레이트(121) 중앙부 측으로 변경시켜 상기 가스 배출구(122d)를 통해 배출한다. 상기 가스 배출구(122d)로부터 배출된 소스 가스(SG)는 상기 플레이트(121)의 경사진 상면을 따라 상승하면서 상기 플레이트(121)의 중앙부측으로 이동하여 상기 반응공간(RS)의 상부로 상승한다.
이와 동시에, 상기 금속 촉매(MC)가 상기 플레이트(121)의 촉매 공급홀(121a)을 통해 상기 반응 공간(RS) 내로 유입된다. 상기 촉매 주입구(121a)로부 터 배출된 금속 촉매(MC)는 상기 가스 유도부(122)로부터 상기 플레이트(121)의 중앙부로 가이드 된 소스 가스(SG)에 의해 상기 반응 공간(RS)의 상측으로 이동한다.
상기 반응 공간(RS)의 상측으로 이동된 금속 촉매(MC)는 상기 소스 가스(SG)의 흐름에 따라 상기 반응 공간(RS)을 부유하면서 상기 소스 가스(SG)와 반응하여 상기 탄소나노튜브를 생성한다. 여기서, 상기 반응 공간(RS)에 유입된 상기 소스 가스(SG)는 상기 플레이트(121)의 단부 -> 상기 플레이트(121)의 중앙부 -> 상기 반응 공간(RS)의 상부 -> 상기 반응 챔버(121)의 측벽 -> 상기 플레이트(121)의 단부 순으로 이동하면서 순환한다.
상기 금속 촉매(MC)에 성장된 상기 탄소나노튜브는 별도의 탄소나노튜브 배기 라인을 통해 상기 반응 챔버(110)로부터 배출되어 상기 탄소나노튜브 포집장치에 저장된다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 분산판을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 분산판을 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 1의 'A' 부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 탄소나노튜브 제조장치에서 금속 촉매를 분산시키는 공정을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 탄소나노튜브 제조장치 110 : 반응 챔버
120 : 분산판 121 : 플레이트
122 : 가스 유도부 130 : 가스 공급라인
140 : 히팅부 150 : 배기 라인

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 탄소나노튜브를 형성하는 반응 공간을 제공하는 반응 챔버; 및
    상기 반응 챔버의 바닥면에 구비되고, 상기 탄소나노튜브를 생성하기 위한 소스 가스를 상기 반응 공간에 분산시키는 분산판을 구비하고,
    상기 분산판은,
    플레이트; 및
    상기 플레이트의 상면에서 단부에 구비되고, 외부로부터 상기 소스 가스를 제공받아 상기 소스 가스를 상기 플레이트의 중앙부 측으로 가이드하는 가스 유도부를 포함하되,
    상기 플레이트는 중앙부에 상기 소스 가스와 반응하여 상기 탄소나노튜브를 생성하는 금속 촉매가 주입되는 촉매 공급홀이 형성되고,
    상기 금속 촉매는 상기 촉매 공급홀을 통해 상기 반응 공간으로 유입되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가스 유도부는,
    상기 플레이트와의 사이에 형성되어 상기 소스 가스가 1차적으로 유입되는 가스 저장공간, 및 상기 가스 저장공간에 유입된 상기 소스 가스를 상기 플레이트 의 중앙부 측으로 배출하는 가스 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가스 유도부는,
    상기 플레이트와 마주하는 제1 가이드면;
    상기 플레이트로부터 연장되어 상기 제1 가이드면 연결된 제2 가이드면; 및
    상기 제1 가이드면으로부터 연장되어 상기 제2 가이드면과 마주하고, 상기 가스 배출구가 형성된 제3 가이드면을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제3 가이드면은 상기 플레이트로부터 이격되어 상기 가스 배출구를 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 플레이트의 상면은 상기 가스 유도부가 형성된 단부로부터 상기 촉매 공급홀 측으로 갈수록 점차 돌출된 것을 특징으로 탄소나노튜브 제조장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 플레이트는 상기 가스 저장공간에 상기 소스 가스를 유입시키는 적어도 하나의 가스 유입홀을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가스 유입홀을 통해 상기 소스 가스를 상기 가스 유도부에 제공하는 가스 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조장치.
  9. 제3항에 있어서, 상기 가스 유도부는 평면상에서 볼 때 링 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조장치.
  10. 내부에 반응 공간이 형성된 반응 챔버를 가열하는 단계;
    상기 반응 공간에 금속 촉매 및 소스 가스를 분산시키는 단계;
    상기 금속 촉매가 상기 소스 가스에 의해 상기 반응 공간을 부유하면서 상기 소스 가스와 반응하여 탄소나노튜브를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 금속 촉매 및 상기 소스 가스를 분산시키는 단계는,
    상기 반응 공간으로 상기 금속 촉매가 유입되고, 이와 동시에, 상기 반응 챔버의 하단부 측면으로 상기 소스 가스가 유입되는 단계; 및
    상기 반응 챔버의 하단부 측면으로 유입된 상기 소스 가스를 상기 반응 챔버의 하단부 중앙으로 가이드하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조방법.
  11. 탄소나노튜브를 형성하는 반응 공간을 제공하는 반응 챔버; 및
    상기 반응 챔버의 바닥면에 구비되고, 상기 탄소나노튜브를 생성하기 위한 소스 가스를 상기 반응 공간에 분산시키는 분산판을 구비하고,
    상기 분산판은,
    그 중앙부에 금속 촉매가 주입되는 촉매 공급홀이 형성되고, 그 단부에 상기 소스 가스가 유입되는 가스 유입홀이 형성된 플레이트를 포함하되,
    상기 촉매 공급홀을 통해 상기 반응공간으로 유입된 금속 촉매는 상기 소스가스와 반응하여 상기 탄소나노튜브를 생성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 플레이트의 상면은
    상기 가스 유입홀이 형성된 단부로부터 상기 촉매 공급홀이 형성된 중앙부로 갈수록 상부로 점차 돌출된 것을 특징으로 탄소나노튜브 제조장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 플레이트는
    상기 가스 유입홀이 형성된 단부로부터 상기 촉매 공급홀이 형성된 중앙부로 갈수록 두께가 점차 두꺼워지는 것을 특징으로 탄소나노튜브 제조장치.
KR1020070090527A 2007-09-06 2007-09-06 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법 KR100956352B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070090527A KR100956352B1 (ko) 2007-09-06 2007-09-06 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법
CN2008101355424A CN101381078B (zh) 2007-09-06 2008-09-03 碳纳米管制备装置和方法
TW097133793A TWI391322B (zh) 2007-09-06 2008-09-03 製造碳奈米管的裝置及其方法
US12/231,637 US7964151B2 (en) 2007-09-06 2008-09-04 Apparatus and method for producing carbon nanotubes
JP2008228253A JP4976352B2 (ja) 2007-09-06 2008-09-05 炭素ナノチューブ製造装置及びその方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070090527A KR100956352B1 (ko) 2007-09-06 2007-09-06 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090025571A KR20090025571A (ko) 2009-03-11
KR100956352B1 true KR100956352B1 (ko) 2010-05-07

Family

ID=40432064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070090527A KR100956352B1 (ko) 2007-09-06 2007-09-06 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7964151B2 (ko)
JP (1) JP4976352B2 (ko)
KR (1) KR100956352B1 (ko)
CN (1) CN101381078B (ko)
TW (1) TWI391322B (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101177983B1 (ko) * 2007-10-11 2012-08-29 발렌스 프로세스 이큅먼트, 인코포레이티드 화학 기상 증착 반응기
EP2643268B1 (en) * 2010-11-25 2020-08-12 Ka Chun Tse System for hydrogen production
JP5897851B2 (ja) * 2011-09-12 2016-04-06 東洋炭素株式会社 粉体処理装置および粉体処理方法
CN103848412A (zh) * 2012-11-30 2014-06-11 海洋王照明科技股份有限公司 碳纳米球及其制备方法和应用
CN108285137A (zh) * 2018-04-28 2018-07-17 青岛科技大学 一种摩天轮式电弧分散碳纳米管的装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100281347B1 (ko) * 1995-12-28 2001-04-02 조안 엠. 젤사 열전달 및 물질 이동 효율이 높은 증기상 불균일 반응용 장치 및 방법
KR20060091993A (ko) * 2005-02-17 2006-08-22 (주)씨엔티 탄소나노튜브 대량합성장치 및 대량합성방법

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03212458A (ja) * 1990-01-17 1991-09-18 Nippon Steel Chem Co Ltd カーボンブラック製造方法および反応炉
US6080446A (en) * 1997-08-21 2000-06-27 Anelva Corporation Method of depositing titanium nitride thin film and CVD deposition apparatus
JP3314151B2 (ja) * 1998-01-05 2002-08-12 株式会社日立国際電気 プラズマｃｖｄ装置及び半導体装置の製造方法
AT407754B (de) * 1999-09-29 2001-06-25 Electrovac Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer nanotube-schicht auf einem substrat
US6302965B1 (en) * 2000-08-15 2001-10-16 Applied Materials, Inc. Dispersion plate for flowing vaporizes compounds used in chemical vapor deposition of films onto semiconductor surfaces
CN100457609C (zh) * 2000-11-13 2009-02-04 国际商业机器公司 单壁碳纳米管的制造方法及应用
US20030019428A1 (en) * 2001-04-28 2003-01-30 Applied Materials, Inc. Chemical vapor deposition chamber
US20030021595A1 (en) * 2001-07-16 2003-01-30 Mindi Xu Apparatus and method for vaporizing a liquid chemical
US7157066B2 (en) * 2001-12-05 2007-01-02 Tda Research, Inc. Combustion process for synthesis of carbon nanomaterials from liquid hydrocarbon
US6883733B1 (en) * 2002-03-28 2005-04-26 Novellus Systems, Inc. Tapered post, showerhead design to improve mixing on dual plenum showerheads
GB2418382A (en) * 2004-09-24 2006-03-29 Mortimer Tech Holdings Particle treatment in an expanded toroidal bed reactor
CN100434359C (zh) * 2005-01-05 2008-11-19 中国科学院大连化学物理研究所 一种连续生产纳米碳材料的方法及装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100281347B1 (ko) * 1995-12-28 2001-04-02 조안 엠. 젤사 열전달 및 물질 이동 효율이 높은 증기상 불균일 반응용 장치 및 방법
KR20060091993A (ko) * 2005-02-17 2006-08-22 (주)씨엔티 탄소나노튜브 대량합성장치 및 대량합성방법

Also Published As

Publication number Publication date
TWI391322B (zh) 2013-04-01
US7964151B2 (en) 2011-06-21
CN101381078B (zh) 2011-12-14
TW200911688A (en) 2009-03-16
CN101381078A (zh) 2009-03-11
KR20090025571A (ko) 2009-03-11
US20090068084A1 (en) 2009-03-12
JP4976352B2 (ja) 2012-07-18
JP2009062271A (ja) 2009-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100956352B1 (ko) 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법
KR100933028B1 (ko) 탄소나노튜브 제조 설비 및 이를 이용한 탄소나노튜브의제조 방법
US20070048211A1 (en) Apparatus and method for synthesizing a single-wall carbon nanotube array
KR101048822B1 (ko) 탄소나노튜브 합성 장치
JP5850236B2 (ja) カーボンナノチューブの製造装置及びカーボンナノチューブの製造方法
KR100954351B1 (ko) 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법
KR20140124457A (ko) 유동층 반응기 및 이를 이용한 카본나노구조물 제조방법
KR100976198B1 (ko) 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법
JP2013032248A (ja) カーボンナノチューブ形成用ｃｖｄ装置
KR100593423B1 (ko) 탄소나노튜브의 대량 생산을 위한 대량합성 장치
KR100985724B1 (ko) 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법
KR100933030B1 (ko) 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법
KR100938230B1 (ko) 자기장을 이용한 탄소 나노튜브 합성 장치
KR100905259B1 (ko) 탄소나노튜브 합성 방법 및 장치
KR101072252B1 (ko) 탄소나노튜브 합성 장치
KR100793172B1 (ko) 탄소나노튜브 제조 설비 및 이를 이용한 탄소나노튜브의제조 방법
KR101082833B1 (ko) 탄소나노튜브 합성 장치
KR101350198B1 (ko) 탄소나노튜브 합성 방법 및 장치
KR20090032291A (ko) 탄소나노튜브 제조장치 및 그 방법
KR100872874B1 (ko) 탄소나노튜브 합성 장비의 보트 이송 장치
KR101016031B1 (ko) 탄소나노튜브 합성 장치
CN110217778A (zh) 一种连续制备高质量碳纳米管的装置及其制备方法
CN213417007U (zh) 等离子流化床装置
JP4391900B2 (ja) カーボンナノファイバー製造装置
JP2011126718A (ja) カーボンナノチューブの製造方法および製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130418

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140416

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160406

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee