KR100972044B1 - 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치 - Google Patents

아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 챔버를 구성하고, 상기 챔버의 내부로 비소모성 탄소판을 이동시키면서 음전류를 공급하는 음극부를 구성하며, 상기 음극부와 대칭되도록 챔버 내부로 소모성 탄소봉을 이동시키면서 양전류를 공급하는 양극부를 구성하고, 상기 소모성 탄소봉을 복수개 내장하여 양극부로 한 개씩 연속으로 공급하는 탄소봉연속공급부를 구성하며, 상기 음극부와 양극부로 각각 인가되는 전류에 의해 소모성 탄소봉이 증발되어 챔버 내주면에 합성된 탄소나노튜브가 응집되도록 복수개의 수로로 유체를 공급하여 챔버를 냉각시키는 냉각부를 구성하고, 상기 냉각부에 의해 챔버 내주면에 합성된 탄소나노튜브를 회전하면서 긁어 수거하는 수거부를 구성하며, 상기 각 부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치에 관한 것이다.
본 발명 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치에 의하면, 탄소봉을 한 개씩 양극부에 연속으로 공급하여 대량으로 탄소나노튜브를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 음극부의 비소모성 탄소판과 양극부의 탄소봉 간격을 항상 일정하게 유지하므로써 균일한 탄소나노튜브를 생산할 수 있으며, 챔버 내벽에 형성된 복수개의 수로에 유체를 각각 이동시켜 챔버를 냉각시키므로 챔버의 냉각효율을 향상시킬 수 있음과 아울러 탄소나노튜브의 수율 및 순도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 챔버의 내주면에 형성된 탄소나노튜브를 스크레이퍼가 상.하부로 이동하면서 고.저순도 의 탄소나노튜브를 분리하여 수거할 수 있는 것이다.
Figure R1020070121569
아크 방전법, 탄소나노튜브,

Description

아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치{manufacturing equipment of carbon nanotube using electrical arc discharge methode}
본 발명은, 탄소나노튜브의 합성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아크 방전법을 이용하여 탄소나노튜브를 대량으로 생산하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치에 관한 것이다.
일반적으로 탄소나노튜브(Carbon NanoTube;CNT)란, 지구상에 다량으로 존재하는 탄소로 이루어진 탄소동소체로서 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있는 물질이며, 튜브의 직경이 나노미터(nm=10억분의 1미터) 수준이며, 이는 우수한 기계적특성, 전기적 선택성, 뛰어난 전계방출특성, 고효율의 수소저장매체특성 등을 지니고 있다.
상기 탄소나노튜브의 생성방법으로는 아크 방전법, 열분해법, 레이저증착법, 플라즈마 화학기상 증착법, 열화학기상 증착법, 전기분해방법, 프레임 합성방법 등이 있으며, 상기 아크 방전법은, 음극에 순수 탄소전극을, 양극에 금속첨가 탄소전 극을 사용하여 불활성가스, 혹은 불활성가스와 탄화가스의 혼합가스 분위기 중에서 이들 전극간에 아크 방전을 일으켜 양극에서 증발한 탄소가 음극 표면으로 이동하여 음극표면에서 합성된 탄소나노튜브를 얻는 방법이다.
상기 아크 방전법은, 도어를 회전시켜 챔버 내부를 개방시키고, 상기 챔버 내에 촉매가 충진된 양극 탄소봉을 장착시킨 후, 도어를 회전시켜 챔버 내부를 폐쇄시킨 상태에서 챔버 내부에 헬륨 등의 불활성기체를 투입하여 공정압력을 맞추고, 전극간의 간격을 조절하면서 아크 방전을 시켜 탄소나노튜브의 합성을 완료하며, 상기 도어를 회전시켜 탄소나노튜브를 수거하였다.
그러나 상기 아크 방전법은, 한 개의 탄소봉을 태우면 다시 탄소봉을 바꾸어야 하므로 탄소나노튜브의 연속공급이 불가능하므로 탄소봉의 교체시간 및 탄소봉 교체에 따른 챔버의 진공도달시간 등 소요시간이 늘어나 작업시간이 증가함과 아울러 작업능률이 저하되어 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 합성된 탄소나노튜브를 수거할 때, 챔버의 내부를 개방시킨 상태에서 수동으로 수거해야 하므로 수거율이 저하되면서도 균일한 탄소나노튜브를 얻을 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 제반결함을 감안하여 이루어진 것으로, 탄소봉을 연속으로 공급할 수 있도록 함과 아울러 양극부의 탄소봉과 음극부의 탄소판 간격을 일정하게 유지함으로써 균일한 탄소나노튜브를 생산하여 얻을 수 있는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 챔버 내벽에 형성된 복수개의 수로에 유체가 각각 공급되어 챔버의 냉각효율을 높일 수 있음과 아울러 챔버의 내면을 스크레이퍼가 상.하로 이동하면서 고.저순도의 탄소나노튜브를 분리하여 수거할 수 있는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치를 제공함을 목적으로 한다.
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또한, 본 발명 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치는,
챔버와;
상기 챔버의 내부로 비소모성 탄소판을 이동시키면서 음전류를 공급하는 음극부와;
상기 음극부와 대칭되도록 챔버 내부로 소모성 탄소봉을 이동시키면서 양전류를 공급하는 양극부와;
상기 소모성 탄소봉을 복수개 내장하여 양극부로 한 개씩 연속으로 공급하는 탄소봉연속공급부와;
상기 음극부와 양극부로 각각 인가되는 전류에 의해 소모성 탄소봉이 증발하면서 합성된 탄소나노튜브가 챔버 내주면에 응집되도록 복수개의 수로로 유체를 공급하여 챔버를 냉각시키는 냉각부와;
상기 냉각부에 의해 챔버 내주면에 응집된 탄소나노튜브를 회전하면서 긁어 수거하는 수거부와;
상기 각 부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 것이다.
본 발명 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치에 의하면, 탄소봉을 한 개씩 양극부에 연속으로 공급하여 대량으로 탄소나노튜브를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 음극부의 비소모성 탄소판과 양극부의 탄소봉 간격을 항상 일정하게 유지함으로써 균일한 탄소나노튜브를 생산할 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.
또한, 본 발명 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치에 의하면, 챔버 내벽에 형성된 복수개의 수로에 유체를 각각 이동시켜 챔버를 냉각시키므로 챔버의 냉각효율을 향상시킬 수 있음과 아울러 탄소나노튜브의 수율 및 순도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 챔버의 내주면에 형성된 탄소나노튜브를 스크레이퍼가 상.하부로 이동하면서 고.저순도의 탄소나노튜브를 분리하여 수거할 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.
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본 발명은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(100)가 구성되고, 상기 챔버(100)의 내부로 비소모성 탄소판(210')을 이동시키면서 음전류를 공급하는 음극부(200)가 구성되며, 상기 음극부(200)와 대칭되도록 챔버(100) 내부로 소모성 탄소봉(310')을 이동시키면서 양전류를 공급하는 양극부(300)가 구성되고, 상기 소모성 탄소봉(310')을 복수개 내장하여 양극부(300)로 한 개씩 연속으로 공급하는 탄소봉연속공급부(400)가 구성되며, 상기 음극부(200)와 양극부(300)로 각각 인가되는 전류에 의해 소모성 탄소봉(310')이 증발하면서 합성된 탄소나노튜브가 챔버(100) 내주면에 응집되도록 복수개의 수로(510)(510')로 유체를 공급하여 챔버(100)를 냉각시키는 냉각부(500)가 구성되고, 상기 냉각부(500)에 의해 챔버(100) 내주면에 응집된 탄소나노튜브를 회전하면서 긁어 수거하는 수거부(600)가 구성되며, 상기 각 부를 제어하는 제어부(700)가 구성되는 것으로, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 음극부(200)는, 상기 비소모성 탄소판(210')이 장착된 음극봉(210)이 구비되고, 상기 음극봉(210)과 동일 선상으로 형성되어 음극봉(210)의 이동을 안내하도록 외주면에 나사산이 형성된 음극봉이동안내부재(220)가 구비되며, 상기 음극봉이동안내부재(220)의 나사산에 체결공이 회전가능하게 체결되면서 모터(250)에 맞물리는 음극봉연결부재(230)가 구비되고, 상기 음극봉연결부재(230)의 회전을 안내하면서 음극봉연결부재(230)와 음극봉(210)을 일체로 고정시키는 음극봉고정부재(240)가 구비되며, 상기 음극봉고정부재(240)에 고정되어 음극봉연결부재(230)를 정.역방향으로 회전시키는 모터(250)로 구비된다.
상기 양극부(300)는, 상기 소모성 탄소봉(310')을 잡아 고정시키는 그리퍼(gripper)(311)가 장착된 양극봉(310)이 구비되고, 상기 양극봉(310)과 동일 선상으로 형성되어 양극봉(310)의 이동을 안내하도록 외주면에 나사산이 형성된 양극봉이동안내부재(320)이 구비되며, 상기 양극봉이동안내부재(320)의 나(사산에 체결공이 회전가능하게 체결되면서 모터(350)에 맞물리는 양극봉연결부재(330)가 구비되고, 상기 양극봉연결부재(330)의 회전을 안내하면서 양극봉연결부재(330)와 양극봉(310)을 일체로 고정시키는 양극봉고정부재(340)가 구비되며, 상기 양극봉고정부재(340)에 고정되어 양극봉연결부재(330)를 정.역방향으로 회전시키는 모터(350)로 구비된다.
상기 탄소봉연속공급부(400)는, 상기 양극부(300) 내부와 연통되는 몸체(411) 내부에 적어도 2개 이상의 소모성 탄소봉(310')을 저장하는 케이스(410)가 구비되고, 상기 케이스(410)에 저장된 소모성 탄소봉(310')을 그리퍼(311)로 고정하여 양극부(300) 내부로 이동시키는 이동부(420)로 구비된다.
상기 케이스(410)는, 상기 양극부(300)와 연통되는 몸체(411)가 형성되고, 상기 몸체(411) 내부에 경사지게 관통되어 소모성 탄소봉(310')을 적어도 2개 이상 저장하는 저장공간(412)이 형성되며, 상기 저장공간(412)을 폐쇄시키도록 몸체(411)의 단부에 장착하는 폐쇄부재(413)로 형성된다.
상기 이동부(420)는, 상기 케이스(410)로부터 공급되는 소모성 탄소봉(310')의 유동을 방지하면서 양극부(300)로 한 개씩 이동시키는 이동로드(421)가 형성되고, 상기 이동로드(421)가 양극부(300) 내부로 이동하도록 양극부(300)에 장착되어 지지하는 로드지지부재(422)가 형성된다.
상기 이동로드(421)의 선단에 내측으로 요입되어 소모성 탄소봉(310')이 안착되는 안착공간(421a)이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 탄소봉연속공급부(400)에서 공급되어 일정길이 이상 증발된 탄소봉(310")을 수거하도록 챔버(100) 하부에 제어부(700)의 제어에 따라 위치하는 탄소봉수거함(430)을 더 포함하여 구비할 수 있다.
또한, 상기 냉각부(500)는, 상기 챔버(100) 내벽에 입수공과 출수공이 연통 되도록 형성된 복수개의 수로(510)(510')가 구비되고, 상기 수로(510)(510')의 입수공과 출수공을 저장통(530)과 각각 연결하는 호스(520)가 구비되며, 상기 호스(520)에 연결되어 수로(510)(510')에 공급되는 냉각유체를 저장하는 저장통(530)이 구비되고, 상기 저장통(530)에 저장된 냉각유체를 강제로 순환시키는 순환펌프(540)로 구비된다.
상기 수거부(600)는, 상기 챔버(100)의 내주면에 합성된 탄소나노튜브를 스크레이퍼(611)로 긁어 분리시키는 분리부(610)가 구비되고, 상기 분리부(610)에서 분리되는 탄소나노튜브를 저장하는 저장트레이(620)로 구비된다.
상기 분리부(610)는, 상기 챔버(100)의 내주면에 밀착되면서 연결봉(611a)이 일체로 돌출된 스크레이퍼(611)가 형성되고, 상기 스크레이퍼(611)의 연결봉(611a)에 장착되어 스크레이퍼(611)를 회전시키는 회전모터(612)가 형성된다.
상기 저장트레이(620)는, 상기 분리부(610)의 스크레이퍼(611)에 의해 분리된 탄소나노튜브를 저장하면서 저면에 이송축(622)이 장착되는 축공이 관통된 수거함(621)이 형성되고, 상기 수거함(621)의 축공에 체결되어 이송모터(623)의 회전으로 수거함(621)을 챔버(100)의 하부에 위치시키는 이송축(622)이 형성되며, 상기 이송축(622)을 정.역방향으로 회전시키는 이송모터(623)가 형성되고, 상기 수거함(621)에 저장되는 탄소나노튜브를 가압하도록 수거함(621) 상부에 위치하는 가압부재(624)로 형성된다.
또한, 상기 챔버(100)의 내주면에 합성된 탄소나노튜브의 순도(純度)에 따라 선별하여 수거하는 선별수거부(630)를 더 포함하여 구비할 수 있으며, 상기 선별수거부(630)는, 상기 스크레이퍼(611)의 연결봉(611a)과 동일 선상으로 하우징(800) 상면에 형성되어 분리부(610)의 이동을 안내하도록 외주면에 나사산이 형성된 수거이동안내부재(631)이 형성되고, 상기 수거이동안내부재(631)의 나사산에 체결공이 회전가능하게 체결되면서 승하강모터(634)에 맞물리는 수거연결부재(632)가 형성되며, 상기 수거연결부재(632)의 회전을 안내하면서 수거연결부재(632)와 분리부(610)의 회전모터(612)를 일체로 고정시키는 수거고정부재(633)가 형성되고, 상기 수거고정부재(633)에 고정되어 수거연결부재(632)를 정.역방향으로 회전시키는 승하강모터(634)로 형성된다.
또한, 상기 선별수거부(630)의 형성에 따라 고.저순도의 탄소나노튜브를 분리하여 수거하는 저장트레이(620)의 수거함(621)(621')이 한 쌍으로 형성되는 것이 바람직함을 밝혀둔다.
상기 챔버(100)를 수용하면서 진공펌프에 의해 진공상태를 유지하는 하우징(800)을 더 포함하여 구성한다.
또한, 상기 음극부(200)의 비소모성 탄소판(210')과 양극부(300)의 탄소봉(310') 간격을 일정하게 유지하는 간격유지부(900)를 더 포함하여 구성할 수 있으며, 상기 간격유지부(900)는, 상기 음극부(200)의 비소모성 탄소판(210')과 소모되는 양극부(300)의 탄소봉(310') 간격을 측정하여 측정된 값이 설정된 값보다 높으면 양극부(300)의 소모성 탄소봉(310')을 챔버(100) 내부로 이송시키는 비젼센서(910)로 구비된다.
다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 작동과정을 상세히 설명한다.
먼저, 도 3a 내지 도 3l에 도시된 바와 같이, 양극부(300)와 연통되는 탄소봉연속공급부(400)의 케이스(410) 몸체(411)내부에 형성된 저장공간(412)의 일측으로 소모성 탄소봉(310')을 저장하는데, 상기 소모성 탄소봉(310')은 상기 저장공간(412)의 타측을 통과하여 이동부(420)의 이동로드(421) 안착공간(421a)에 안착됨과 동시에 상기 안착공간(421a)은 이동로드(421)의 선단에 내측으로 요입되게 형성되어 있으므로 소모성 탄소봉(310')의 유동을 방지하게 된다.
여기서 상기 저장공간(412)은 경사지게 관통되어 있으므로 소모성 탄소봉(310')이 중력에 의해 용이하게 이동할 수 있도록 되어 있는 것이다.
상기 소모성 탄소봉(310')이 이동로드(421)의 안착공간(421a)에 안착된 상태에서 상기 저장공간(412)으로 투입되는 소모성 탄소봉(310')은 외주면이 서로 밀착된 상태를 유지하면서 저장공간(412)에 저장된다.
상기의 과정으로 저장공간(412)에 적어도 2개 이상 복수개의 소모성 탄소봉(310')을 투입하여 저장한 상태에서 상기 저장공간(412)의 일측을 폐쇄부재(413)로 폐쇄시키고, 제어부(700)의 제어에 따라 탄소봉수거함(430)을 이동시켜 챔버(100)의 하부에 위치하도록 한 후, 진공펌프를 작동시켜 하우징(800) 내부를 진공상태로 변환시킨다.
또한, 상기 하우징(800) 내부가 진공상태로 변환되면, 제어부(700)의 제어에 따라 음극부(200)의 모터(250)를 시계반대방향으로 회전시킴과 동시에 모터축에 맞물린 음극봉연결부재(230)가 시계방향으로 회전하고, 상기 음극봉연결부재(230)의 체결공이 음극봉이동안내부재(220)의 나사산에 체결되어 있으므로 상기 음극봉연결부재(230)는 시계방향으로 회전하면서 음극봉이동안내부재(220)의 나사산을 따라 챔버(100)의 내측으로 이동하게 된다.
이때, 상기 음극봉연결부재(230)의 회전을 안내하는 음극봉고정부재(240)가 음극봉(210)의 단부에 고정되어 있으므로 음극봉고정부재(240)가 챔버(100) 방향으로 이동함에 따라 음극봉(210)이 챔버(100) 내측으로 이동하면서 음극봉(210)의 단부에 장착된 비소모성 탄소판(210')은 챔버(100)의 내측 중앙부에 위치하게 된다.
여기서 상기 음극봉(210)의 이동거리는, 음극봉이동안내부재(220)의 선.후단에 위치한 센서(미도시)를 통해 이동거리를 조절할 수 있으며, 다른 방법은 모터(250)의 회전수를 설정하여 음극봉(210)의 이동거리를 조절할 수 있는 것이다.
또한, 상기 음극봉(210)의 비소모성 탄소판(210')이 챔버(100)의 내측 중앙부에 위치하면, 탄소봉연속공급부(400)의 이동로드(421) 안착공간(421a)에 안착된 소모성 탄소봉(310')을 양극부(300) 내부로 이동시키는데, 상기 이동로드(421)는 제어부(700)의 제어에 따라 이동부(420)의 로드지지부재(422) 내측에서 이동로드(421)를 상향으로 이동시켜 양극부(300) 내부로 이동시킴과 동시에 이동로드(421)의 외주면이 저장공간(412)을 폐쇄시켜 저장공간(412)에 저장된 탄소봉(310')이 이동로드(421)로 이동되는 것을 방지하게 된다.
상기 이동로드(421)가 로드지지부재(422)에서 양극부(300) 내부로 돌출됨과 동시에 이동로드(421)의 안착공간(421a)에 안착된 소모성 탄소봉(310')은 양극봉(310)에 장착된 그리퍼(311)와 수평선상을 유지하게 되는데, 이는 음극부(200)의 비소모성 탄소판(210')가 직각을 유지하기 위함이며, 이 상태에서 제어부(700)의 제어에 따라 양극부(300)의 모터(350)를 시계반대방향으로 회전시키면서 모터축에 맞물린 양극봉연결부재(330)가 시계방향으로 회전하고, 상기 양극봉연결부재(330)의 체결공이 양극봉이동안내부재(320)의 나사산에 체결되어 있으므로 상기 양극봉연결부재(330)는 시계방향으로 회전하면서 양극봉이동안내부재(320)의 나사산을 따라 챔버(100) 방향으로 소정거리 이동한다.
이때, 상기 양극봉연결부재(330)의 회전을 안내하는 양극봉고정부재(340)가 양극봉(310)의 단부에 고정되어 있으므로 양극봉고정부재(340)가 챔버(100) 방향으로 소정거리 이동하여 소모성 탄소봉(310') 하부에 그리퍼(311)가 위치하면, 모터(350)의 회전을 정지시킴과 동시에 그리퍼(311)가 소모성 탄소봉(310')의 단부를 잡아 고정시킨다.
상기 그리퍼(311)가 소모성 탄소봉(310')을 단부를 잡아 고정시키면, 이동부(420)의 이동로드(421)는 로드지지부재(422) 내부에서 상향으로 이동한 거리만큼 하향으로 이동시키는데, 상기 이동로드(421)가 하향으로 이동하여 케이스(410) 저장공간(412)을 개방시키면서 이동로드(421)의 안착공간(421a)이 저장공간(412)과 수평으로 동일 선상을 유지하면, 상기 저장공간(412)에 저장된 소모성 탄소봉(310')이 배출됨과 동시에 안착공간(421a)에 저장되며, 상기 안착공간(421a)에 안착된 소모성 탄소봉(310')은 안착공간(421a)이 이동로드(421) 선단에 내측으로 요입되게 형성되어 있으므로 유동을 방지하게 되는 것이다.
이 상태에서 제어부(700)의 제어에 따라 모터(350)를 시계반대방향으로 회전시키면, 모터축에 맞물린 양극봉연결부재(330)가 시계방향으로 회전하고, 상기 양극봉연결부재(330)의 체결공이 양극봉이동안내부재(320)의 나사산에 체결되어 있으므로 상기 양극봉연결부재(330)는 시계방향으로 회전하면서 양극봉이동안내부재(320)의 나사산을 따라 챔버(100)의 내측으로 이동하게 된다.
이때, 상기 양극봉연결부재(330)의 회전을 안내하는 양극봉고정부재(340)가 양극봉(310)의 단부에 고정되어 있으므로 양극봉고정부재(340)가 챔버(100) 방향으로 이동함에 따라 양극봉(310)의 그리퍼(311)에 고정된 소모성 탄소봉(310')이 챔버(100)의 내측 중앙부에 위치하면서 소모성 탄소봉(310')과 비소모성 탄소판(210')이 3mm 내로 근접된다.
여기서 상기 음극부(200)의 음극봉(210)과 양극부(300)의 양극봉(310)으로 각각 공급되는 음전류와 양전류에 의해 음극봉(210)의 비소모성 탄소판(210')과 양극봉(310)의 소모성 탄소봉(310')에서 아크가 발생함과 동시에 소모성 탄소봉(310')이 증발하면서 온도가 상대적으로 낮은 챔버(100) 내주면에 합성된 탄소나노튜브가 응집되며, 상기 챔버(100) 내주면에 밀착된 탄소나노튜브는 챔버(100) 내벽에 형성된 복수개의 수로(510)(510')로 냉각유체가 공급되는 냉각부(500)에 의해 굳게 되는 것이다.
상기 냉각부(500)는, 저장통(530)에 저장된 냉각유체가 순환펌프(540)의 펌핑으로 호스(520)를 통해 각각의 수로(510)(510')로 공급됨과 동시에 상기 수로(510)(510')가 형성된 챔버(100)를 냉각시키는 과정을 반복수행하게 된다.
상기의 과정으로 소모성 탄소봉(310')이 소모됨과 동시에 소모성 탄소봉(310')과 비소모성 탄소판(210')의 간격을 간격유지부(900)의 비젼센서(910)에서 측정하는데, 상기 비젼센서(910)는 영상신호를 처리하는 장치로 모니터(미도시)를 통해 아크의 빛을 수신하고, 수신된 빛을 모니터에 구획된 픽셀의 간격을 통해 소모성 탄소봉(310')과 비소모성 탄소판(210')의 간격을 측정하고, 측정된 값이 3mm 이상이 될 경우, 제어부(700)의 제어에 따라 모터(350)를 회전시켜 양극봉연결부재(330)를 회전시키고, 양극봉연결부재(330)가 고정된 양극봉고정부재(340)를 양극봉이동안내부재(320)의 전방으로 이동시키면서 양극봉고정부재(340)의 후단부에 장착된 양극봉(310)을 챔버(100) 방향으로 이동시키는 과정을 실시간으로 반복하여 소모성 탄소봉(310')과 비소모성 탄소판(210')의 간격이 항상 1~3mm를 유지하도록 한다.
한편, 상기의 과정을 반복하면서 소모성 탄소봉(310')이 증발하여 양극봉(310)의 그리퍼(311)가 챔버(100)의 내측 중앙부에 위치하면서 비소모성 탄소판(210')과의 거리가 10mm 이내로 근접하면, 상기 소모성 탄소봉(310')의 단부를 고정시킨 그리퍼(311)가 펼쳐지면서 일정길이 이상 증발된 탄소봉(310")이 챔버(100)의 하부로 떨어져 탄소봉수거함(430)에 위치하게 된다.
상기 탄소봉수거함(430)에 탄소봉(310")이 위치하면, 제어부(700)의 제어에 따라 모터(350)가 시계방향으로 회전하여 양극봉연결부재(330)를 시계반대방향으로 회전시킴과 동시에 양극봉(310)이 챔버(100) 방향으로 이동한 거리만큼 챔버(100) 반대방향으로 이동시켜 원래의 위치로 복원시킴과 동시에 이동로드(421)의 안착공간(421a)에 안착된 소모성 탄소봉(310')을 상기의 과정을 반복하면서 탄소나노튜브를 합성하게 되는 것이다.
상기의 과정을 반복하여 탄소봉연속공급부(400)의 저장공간(412)에 저장된 소모성 탄소봉(310')을 전부 소진하면, 제어부(700)의 제어에 따라 탄소봉수거함(430)을 원래의 상태로 복원시킴과 동시에 음극부(200)의 모터(250)를 시계방향으로 회전시키고, 양극부(300)의 모터(350)를 시계방향으로 회전시켜 음극봉(210) 과 양극봉(310)을 원래의 상태로 복원시킨 상태에서 상기 챔버(100) 내주면에 응집된 탄소나노튜브를 수거부(600)에서 수거하게 된다.
이때, 상기 수거부(600)에서는 탄소나노튜브의 순도에 따라 고.저순도의 탄소나노튜브를 선별수거부(630)에서 선별하여 수거할 수 있는데, 상기 챔버(100)의 내주면 상단부에 위치한 탄소나노튜브를 고순도라 할 수 있고, 상기 챔버(100)의 내주면 하단부에 위치한 탄소나노튜브를 저순도라 할 수 있다.
상기 챔버(100)의 내주면 상단부에 위치한 고순도의 탄소나노튜브를 수거하려면, 제어부(700)의 제어에 따라 저장트레이(620)의 이송모터(623)를 정방향으로 회전시킴과 동시에 이송모터(623)의 회전에 따라 이송축(622)이 정방향으로 회전하고, 상기 이송축(622)에 장착된 축공이 이송축(622)을 따라 우측으로 이동하여 고순도수거함(621)은 챔버(100)의 하부에 위치하면서 저순도수거함(621')은 가압부재(624') 하부에 위치하게 된다.
상기 고순도수거함(621)이 챔버(100)의 하부에 위치하면, 분리부(610)의 회전모터(612)가 회전함과 동시에 회전모터(612)에 연결된 연결봉(611a)이 회전하면서 스크레이퍼(611)를 회전시키며, 상기 스크레이퍼(611)는 챔버(100)의 내주면에 밀착된 상태를 유지하면서 회전한다.
이때, 상기 스크레이퍼(611)가 챔버(100)의 내주면을 긁으면, 챔버(100) 내주면에 합성된 고순도의 탄소나노튜브가 챔버(100) 내주면에서 분리됨과 동시에 챔버(100)의 하부로 떨어져 고순도수거함(621)에 저장된다.
또한, 상기 챔버(100)의 내주면 하단부에 위치한 저순도의 탄소나노튜브를 수거하려면, 제어부(700)의 제어에 따라 저장트레이(620)의 이송모터(623)를 역방향으로 회전시킴과 동시에 이송모터(623)의 회전에 따라 이송축(622)이 역방향으로 회전하고, 상기 이송축(622)이 장착된 축공이 이송축(622)을 따라 좌측으로 이동하여 고순도수거함(621)은 가압부재(624)의 하부에 위치함과 동시에 저순도수거함(621')은 챔버(100)의 하부에 위치하게 된다.
이때, 상기 고순도수거함(621)에 수거된 고순도의 탄소나노튜브는 제어부(700)의 제어에 따라 가압부재(624)가 하강하면서 고순도수거함(621)에 수거된 고순도의 탄소나노튜브를 가압하여 압축한 후, 원래의 상태로 승강한다.
또한, 상기 저순도수거함(621')이 챔버(100)의 하부에 위치하면, 선별수거부(630)의 승하강모터(634)가 시계반대방향으로 회전함과 동시에 승하강모터(634)의 모터축에 맞물린 수거연결부재(632)가 시계방향으로 회전하고, 상기 수거연결부재(632)의 체결공이 수거이동안내부재(631)의 나사산에 체결되어 있으므로 상기 수거연결부재(632)는 시계방향으로 회전하면서 수거이동안내부재(631)의 나사산을 따라 챔버(100)의 내측 하부로 이동하는데, 상기 수거연결부재(632)의 회전을 안내하는 수거고정부재(633)가 분리부(610)의 회전모터(612)와 고정되어 있으므로 수거고정부재(633)가 챔버(100) 하단부로 이동하며, 상기 분리부(610)의 스크레이퍼(611)는 챔버(100)의 내주면에 밀착된 상태를 유지하면서 챔버(100) 하단부로 이동한다.
상기 챔버(100)의 하단부로 스크레이퍼(611)가 이동한 상태에서 분리부(610)의 회전모터(612)가 회전함과 동시에 회전모터(612)에 연결된 연결봉(611a)이 회전하면서 스크레이퍼(611)를 회전시키면, 상기 스크레이퍼(611)는 챔버(100)의 내주 면에 밀착된 상태를 유지하면서 회전한다.
이때, 상기 스크레이퍼(611)가 챔버(100)의 내주면을 긁으면, 챔버(100) 내주면에 응집된 저순도의 탄소나노튜브가 챔버(100) 내주면에서 분리됨과 동시에 챔버(100)의 하부로 떨어져 저순도수거함(621')에 저장된다.
상기 저순도수거함(621')에 저장된 저순도의 탄소나노튜브는 제어부(700)의 제어에 따라 저장트레이(620)의 이송모터(623)가 회전하여 저순도수거함(621')을 가압부재(624') 하부에 위치시킨 상태에서 하강하는 가압부재(624')가 저순도수거함(621')에 수거된 저순도의 탄소나노튜브를 가압하여 압축한 후, 원래의 상태로 승강하게 된다.
상기의 과정으로 고.저순도수거함(621)(621')에 각각 수거된 고.저순도 탄소나노튜브를 사용할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 정단면구성도
도 2는 본 발명의 측단면구성도
도 3a 내지 도 3l은 본 발명의 작동상태도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 챔버 200: 음극부
210: 음극봉 300: 양극부
310: 양극봉 220,320: 음.양극봉이동안내부재
230,330: 음.양극봉연결부재 240,340: 음.양극봉고정부재
250,350: 모터 400: 탄소봉연속공급부
410: 케이스 420: 이동부
430: 탄소봉수거함 500: 냉각부
510: 수로 520: 호스
530: 저장통 540: 순환펌프
600: 수거부 610: 분리부
620: 저장트레이 630: 선별수거부
700: 제어부 800: 하우징
900: 간격유지부 910: 비젼센서

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 챔버와;
    상기 챔버의 내부로 비소모성 탄소판을 이동시키면서 음전류를 공급하는 음극부와;
    상기 음극부와 대칭되도록 챔버 내부로 소모성 탄소봉을 이동시키면서 양전류를 공급하는 양극부와;
    상기 소모성 탄소봉을 복수개 내장하여 양극부로 한 개씩 연속으로 공급하는 탄소봉연속공급부와;
    상기 음극부와 양극부로 각각 인가되는 전류에 의해 소모성 탄소봉이 증발하면서 합성된 탄소나노튜브가 챔버 내주면에 응집되도록 복수개의 수로로 유체를 공급하여 챔버를 냉각시키는 냉각부와;
    상기 냉각부에 의해 챔버 내주면에 응집된 탄소나노튜브를 회전하면서 긁어 수거하는 수거부와;
    상기 각 부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  4. 제3항에 있어서, 음극부는,
    상기 비소모성 탄소판이 장착된 음극봉과;
    상기 음극봉과 동일 선상으로 형성되어 음극봉의 이동을 안내하도록 외주면에 나사산이 형성된 음극봉이동안내부재와;
    상기 음극봉이동안내부재의 나사산에 체결공이 회전가능하게 체결되면서 모터에 맞물리는 음극봉연결부재와;
    상기 음극봉연결부재의 회전을 안내하면서 음극봉연결부재와 음극봉을 일체로 고정시키는 음극봉고정부재와;
    상기 음극봉고정부재에 고정되어 음극봉연결부재를 정.역방향으로 회전시키는 모터로 구비되는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  5. 제3항에 있어서, 양극부는,
    상기 소모성 탄소봉을 잡아 고정시키는 그리퍼(gripper)가 장착된 양극봉과;
    상기 양극봉과 동일 선상으로 형성되어 양극봉의 이동을 안내하도록 외주면에 나사산이 형성된 양극봉이동안내부재와;
    상기 양극봉이동안내부재의 나사산에 체결공이 회전가능하게 체결되면서 모터에 맞물리는 양극봉연결부재와;
    상기 양극봉연결부재의 회전을 안내하면서 양극봉연결부재와 양극봉을 일체로 고정시키는 양극봉고정부재와;
    상기 양극봉고정부재에 고정되어 양극봉연결부재를 정.역방향으로 회전시키는 모터로 구비되는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  6. 제3항에 있어서, 탄소봉연속공급부는,
    상기 양극부 내부와 연통되는 몸체 내부에 적어도 2개 이상의 소모성 탄소봉을 저장하는 케이스와;
    상기 케이스에 저장된 소모성 탄소봉을 그리퍼로 고정하여 양극부 내부로 이동시키는 이동부로 구비되는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  7. 제6항에 있어서, 케이스는,
    상기 양극부와 연통되는 몸체가 형성되고, 상기 몸체 내부에 경사지게 관통되어 소모성 탄소봉을 적어도 2개 이상 저장하는 저장공간이 형성되며, 상기 저장공간을 폐쇄시키도록 몸체의 단부에 장착하는 폐쇄부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  8. 제6항에 있어서, 이동부는,
    상기 케이스로부터 공급되는 소모성 탄소봉의 유동을 방지하면서 양극부로 한 개씩 이동시키는 이동로드가 형성되고, 상기 이동로드가 양극부 내부로 이동하도록 양극부에 장착되어 지지하는 로드지지부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이동로드의 선단에 내측으로 요입되어 소모성 탄소봉이 안착되는 안착공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 탄소봉연속공급부에서 공급되어 증발된 탄소봉을 수거하도록 챔버 하부에 제어부의 제어에 따라 위치하는 탄소봉수거함을 더 포함하여 구비함을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  11. 제3항에 있어서, 냉각부는,
    상기 챔버 내벽에 입수공과 출수공이 연통되도록 형성된 복수개의 수로와;
    상기 수로의 입수공과 출수공을 저장통과 각각 연결하는 호스와;
    상기 호스에 연결되어 수로에 공급되는 냉각유체를 저장하는 저장통과;
    상기 저장통에 저장된 냉각유체를 강제로 순환시키는 순환펌프로 구비되는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  12. 제3항에 있어서, 수거부는,
    상기 챔버의 내주면에 합성된 탄소나노튜브를 스크레이퍼로 긁어 분리시키는 분리부와;
    상기 분리부에서 분리되는 탄소나노튜브를 저장하는 저장트레이로 구비되는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  13. 제12항에 있어서, 분리부는,
    상기 챔버의 내주면에 밀착되면서 연결봉이 일체로 돌출된 스크레이퍼와;
    상기 스크레이퍼의 연결봉에 장착되어 스크레이퍼를 회전시키는 회전모터가 형성되는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  14. 제12항에 있어서, 저장트레이는,
    상기 분리부의 스크레이퍼에 의해 분리된 탄소나노튜브를 저장하면서 저면에 이송축이 장착되는 축공이 관통된 수거함과;
    상기 수거함의 축공에 체결되어 모터의 회전으로 수거함을 챔버의 하부에 위치시키는 이송축과;
    상기 이송축을 정.역방향으로 회전시키는 이송모터와;
    상기 수거함에 저장되는 탄소나노튜브를 가압하도록 수거함 상부에 위치하는 가압부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 챔버의 내주면에 합성된 탄소나노튜브의 순도(純度)에 따라 선별하여 수거하는 선별수거부를 더 포함하여 구비하는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  16. 제15항에 있어서, 선별수거부는,
    상기 스크레이퍼의 연결봉과 동일 선상으로 하우징 상면에 형성되어 분리부의 이동을 안내하도록 외주면에 나사산이 형성된 수거이동안내부재과;
    상기 수거이동안내부재의 나사산에 체결공이 회전가능하게 체결되면서 승하강모터에 맞물리는 수거연결부재와;
    상기 수거연결부재의 회전을 안내하면서 수거연결부재와 분리부의 회전모터를 일체로 고정시키는 수거고정부재와;
    상기 수거고정부재에 고정되어 수거연결부재를 정.역방향으로 회전시키는 승하강모터로 형성되는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 선별수거부의 형성에 따라 고.저순도의 탄소나노튜브를 분리하여 수거하는 저장트레이의 수거함이 한 쌍으로 형성되는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  18. 제3항에 있어서,
    상기 챔버를 수용하면서 진공펌프에 의해 진공상태를 유지하는 하우징을 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  19. 제3항에 있어서,
    상기 음극부의 비소모성 탄소판과 양극부의 탄소봉 간격을 일정하게 유지하는 간격유지부를 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
  20. 제19항에 있어서, 간격유지부는,
    상기 음극부의 비소모성 탄소판과 소모되는 양극부의 탄소봉 간격을 측정하여 측정된 값이 설정된 값보다 높으면 양극부의 소모성 탄소봉을 챔버 내부로 이송시키는 비젼센서로 구비되는 것을 특징으로 하는 아크 방전법을 이용한 탄소나노튜브의 합성장치.
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