KR101103649B1 - 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법 - Google Patents

전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기규소화합물, 폴리머 전구체 및 용매를 혼합한 고분자 용액을 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 얻어진 고분자 용액을 전기방사시켜 나노섬유를 제조하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 얻어진 나노섬유를 산화시키는 단계(단계 3); 및 상기 단계 3에서 얻어진 나노섬유를 열처리하는 단계(단계 4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유는 실리콘이 첨가되어 전기전도성을 가지며, 전기방사법을 이용하여 상온에서 방사가 가능하고 제조공정이 간단한 탄화규소 나노섬유를 제공하므로 반도체 소자, 모터 및 센서 등의 전기적인 구성 요소들로 유용하게 사용할 수 있다.
유기규소화합물, 폴리머 전구체, 전기방사, 나노섬유

Description

전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법{Manufacturing method of electroconductive Silicon Carbide nanofiber}
본 발명은 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법에 관한 것이다.
탄화규소(SiC)는 대표적인 비산화물계 구조재료로서 약 88% 이상의 높은 공유결합성을 가지며, 탄소섬유(Carbon fiber)가 대기 중 내열성이 400 ℃ 수준인데 반하여 탄화규소 섬유는 대기 중 내열성이 1200 ℃ 수준으로 매우 우수하다. 탄화규소(SiC)는 1970년대에 미국 G.E.의 프로차즈카(Prochazka)에 의해 붕소(boron) 및 탄소(carbon)의 첨가로 상압소결 이 처음 성공한 이래, 탄화규소는 공유결합으로 이루어져 있어 밀도와 열팽창 계수가 작고, 기계적, 특성이 우수하며, 높은 온도에서도 안정하여 열병합 발전용 가스터빈 부품, 차세대 엔진 부품 및 핵융합로 구조재료 등의 고온 구조재료로서 기대되고 있다.
종래에 알려진 탄화규소섬유(SiC)를 제조하는 방법으로는 화학기상침착 법(CVI, Chemical Vapor Infiltration), 고분자 침투·열분해법(PIP, Polymer Impregnation and Pyrolysis), 용융 실리콘 침투법(LSI, Liquid Silicon Infiltration), 고온가압 소결법 (HP, Hot Press) 등이 있다. 화학기상침착법은 기체상의 금속유기화합물을 섬유 사이로 침투시키고 열분해 하여 섬유 둘레에 탄화규소를 증착함으로써 탄화규소 기지상을 제조하는 방법이고, 고분자 침투·열분해법은 폴리카르보실란(polycarbosilane) 등과 같은 유기화합물을 탄화규소 분말과 혼합하여 슬러리를 만든 후 이 슬러리를 탄화규소 섬유 프리폼에 침투시켜 열분해 함으로써 탄화규소 기지 상을 얻는 방법이다. 또한 용융 실리콘 침투법은 탄소와 탄화규소 분말을 프리폼에 채워 넣고 실리콘을 용융하여 침투시켜 탄소와 반응시킴으로써 탄화규소 기지 상을 제조하는 것이고, 고온가압 소결법은 탄화규소 분말과 소결조제가 혼합된 슬러리를 프리폼에 침투시킨 후 고온가압 하에서 소결하는 방법이다. 하지만 화학기상 침착법은 공정시간이 길고 잔류기공이 존재하며 제조단가가 비싼 단점이 있고, 고분자 침투·열 분해법은 화학정량비로 이루어진 결정상 탄화규소를 얻기 어렵고 열전도도가 낮으며, 열분해 시 부피수축으로 균열이 발생하기 때문에 6~10회 또는 그 이상의 반복 공정이 필요하다. 또한 용융 실리콘 침투법은 기공이 거의 없고 열전도도가 우수한 복합체를 제조할 수 있으나 미반응 실리콘의 잔류로 인해 내열 및 내방사선 특성이 상대적으로 좋지 않은 단점이 있고, 고온가압 소결법은 탄화규소를 소결하기 어려워 섬유가 손상되는 단점이 있다.
상기와 같은 종래의 탄화규소섬유(SiC)는 절연성을 가지고 탄화규소섬 유(SiC)가 형성되기까지 장시간이 소요되며, 공정이 복잡하고 처리가 까다로워 제조비용이 높은 단점이 있다.
이에 본 발명자들은 상온에서 방사가 가능하고 제조공정이 간단하며 전기전도성를 갖는 탄화규소섬유를 연구하던 중, 유기규소화합물, 폴리머 전구체 및 용매를 혼합한 고분자 용액을 제조하여 전기방사시켜 나노섬유를 제조한 후 상기 나노섬유를 산화시키고 열처리하여 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법에 의해 제조된 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 유기규소화합물, 폴리머 전구체 및 용매를 혼합한 고분자 용액을 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 얻어진 고분자 용액을 전기방사시켜 나노섬유를 제조하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 얻어진 나노섬유를 산화시키는 단계(단계 3); 및 상기 단계 3에서 얻어진 나노섬유를 열처리하는 단계(단계 4)를 포함하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 1 - 1.5 Ω/sq의 면저항과 0.05 - 2.0 Ωm의 전기전도도를 갖는 전기전도성이 우수한 탄화규소 나노섬유를 제공한다.
본 발명에 따른 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유는 실리콘이 첨가되어 전기전도성을 가지며, 전기방사법을 이용하여 상온에서 방사가 가능하고 제조공정 이 간단한 탄화규소 나노섬유를 제공하므로 반도체 소자, 모터 및 센서 등의 전기적인 구성 요소들로 유용하게 사용할 수 있다.
본 발명은 유기규소화합물, 폴리머 전구체 및 용매를 혼합한 고분자 용액을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 얻어진 고분자 용액을 전기방사시켜 나노섬유를 제조하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 얻어진 나노섬유를 산화시키는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 얻어진 나노섬유를 열처리하는 단계(단계 4);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 상기 탄화규소 나노섬유의 제조방법을 단계별로 더욱 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 상기 단계 1은 유기규소화합물, 폴리머 전구체 및 용매를 혼합하여 고분자 용액을 제조하는 단계이다.
상기 단계 1에서 유기규소화합물과 폴리머 전구체의 함량은 특별히 제한되지 않으나, 상기 폴리머 전구체의 함량은 유기규소화합물을 기준으로 1 - 20 중량%가 되도록 첨가하는 것이 바람직하며, 2 - 10 중량% 인 것이 더욱 바람직하다. 상기 폴리머 전구체의 함량이 상기 범위를 벗어나게 되면 탄화규소 나노섬유(SiC)를 제조할 수 없는 문제가 있다.
또한, 상기 유기규소화합물은 클로로실란, 디클로로실란, 에틸 디클로로실란, 디메틸디메톡시실란, 트리클로로실란, 메틸디클로로실란, 알콕시실란, 아미노실란, 불소알킬실란 등을 사용하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 폴리머 전구체는 폴리벤즈이미다졸, 폴리비닐클로라이드, 푸르프릴알콜, 페놀, 셀룰로오스, 석유계 핏치, 석탄계 핏치, 폴리이미드, 폴리아크릴로니트릴 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 용매는 벤젠, 톨루엔, 디메틸포름알데하이드, 핵산, 클로로포름 등의 유기용매 또는 물을 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 얻어진 고분자 용액을 전기방사시켜 탄화규소 나노섬유를 제조하는 단계이다.
상기 단계 2의 전기방사 조건은 1 - 40 kV 전압, 0.001 - 1 ㎖/min 유속으로 조절하는 것이 바람직하다.
상기 전압이 1 kV 미만인 경우에는 낮은 전압으로 인하여 충분한 정전기적 인력/척력이 발생하지 않아 전기방사되지 않고, 40 kV를 초과하는 경우에는 높은 전압으로 인하여 스파크가 발생하는 문제가 있다.
또한, 상기 유속이 분당 0.001 ㎖ 미만인 경우에는 너무 낮은 고분자 용액의 유속으로 인하여 생산성에 문제가 있고, 분당 1 ㎖를 초과하는 경우에는 너무 빠른 고분자 용액의 유속으로 인하여 용매의 휘발이 완전히 일어나지 않아 섬유화가 되지 않는 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 상기 단계 3은 상기 단계 2에서 얻어진 탄화규소 나노섬유를 산화시키는 단계이다.
상기 단계 3의 산화는 단계 2의 탄화규소 나노섬유에 대해 1 - 5 ℃/min의 속도로 승온시키고, 최종온도가 200 - 300 ℃ 범위에서 유지되도록 하면서 5 - 10시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
상기 단계 3의 승온속도를 1 ℃/min 이하에서 수행하는 경우, 느린 속도로 인하여 산화과정에서 폴리머 전구체에 포함된 질소 등이 제거되어 산소와 탄소가 반응하는 고리화반응이 원활하게 이루어지지 않아 섬유 수율이 떨어지는 문제가 있다. 반면, 승온속도를 5 ℃/min 이상에서 수행하는 경우, 빠른 반응속도로 인하여 나노섬유가 불안정해져 열처리시, 상기 전기방사 나노섬유가 녹거나 유리전이 되어 섬유형태를 유지할 수 없게 되는 문제가 있다.
또한, 상기 단계 3의 최종온도가 200 ℃보다 낮은 경우에는 산화반응이 불완전하여 열처리시, 전기방사 나노섬유가 녹거나 유리전이 되어 섬유형태를 유지할 수 없고, 탄소원자간의 축합반응이 원활하게 이루어지지 않는 문제가 있고, 최종온도가 300 ℃ 보다 높은 경우에는 반응 속도가 빨라지고 과산소 상태의 탄소-산소 결합으로 인해 고리화반응이 원활하게 이루어지지 않는 문제가 있다.
나아가, 상기 단계 3의 산화시간을 5시간보다 짧은 시간 동안 수행하는 경우에는 최종열처리 온도가 200 ℃보다 낮은 경우에서와 마찬가지로 산화반응이 불완전하여 열처리시, 전기방사 나노섬유가 녹거나 유리전이 되어 섬유형태를 유지할 수 없는 문제가 있고, 산화시간이 10시간보다 긴 시간 동안 수행하는 경우에는 불필요한 반응이 일어나게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 상기 단계 4는 상기 단계 2에서 얻어진 나노섬유를 열처리하는 단계이다.
상기 단계 4에서 상기 탄화규소 나노섬유는 5 - 10 ℃/min의 속도로 승온시키고, 열처리 온도는 1200 - 1600 ℃ 범위에서 0.5 - 5시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
상기 단계 4의 승온속도를 5 ℃/min 미만으로 수행하는 경우에는 반응시간이 길어지는 문제가 있고, 승온속도를 10 ℃/min 초과하여 수행하는 경우에는 휘발이 일어나 탄화규소 나노섬유의 수율이 낮아지게 되는 문제가 있다.
또한, 상기 단계 4의 열처리 온도를 1600 ℃를 초과하여 수행하는 경우에는 반응시간이 길어지는 문제가 있고 소요되는 에너지를 고려해 볼 때 1600 ℃ 이하에서 수행하는 것이 바람직하며, 열처리 온도를 1200 ℃ 미만에서 수행하는 경우에는 규소의 열분해가 완전하게 이루어지지 않는 문제가 있다.
나아가, 열처리 시간을 0.5 시간 미만으로 수행하는 경우에는 열분해가 충분히 이루어지지 않고, 5 시간 초과하여 수행하는 경우에는 불필요한 반응이 발생하 는 문제가 있다.
또한, 본 발명은 상술한 제조방법에 의해 제조되는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유를 제공한다.
상기 탄화규소 나노섬유는 1 - 1.5 Ω/sq 범위의 면저항을 가지며, 0.05 - 2.00 Ωm 범위의 전기전도도를 갖는다.
따라서, 본 발명에 따른 탄화규소 나노섬유는 우수한 전기전도성을 나타내므로 반도체 소자, 모터 및 센서 등의 전기적인 구성 요소들로 유용하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1> 탄화규소 나노섬유의 제조 1
폴리머 전구체인 폴리아크릴로니트릴을 디메틸포름알데히드에 2 : 8의 무게비로 용해하여 폴리아크릴로니트릴용액을 제조하였다. 상기 용액에 전기전도성을 향상시킬 목적으로 유기규소화합물인 폴리디메틸디메톡시실란을 폴리아크릴로니트 릴용액에 3 : 1의 무게비로 첨가하였다. 상기 고분자용액을 전기방사하여 나노섬유를 제조하였으며, 상기 전기방사의 조건은 전압 20 kV, 집속기와 주사기 팁과의 거리(TCD)는 15 ㎝, 실린지 펌프 유속 1.0 ㎖/h 및 집속기 속도 200 rpm이였다. 폴리디메틸디메톡시실란을 함유하는 전기방사된 나노섬유를 안정화하기 위하여 3 ℃/min의 속도로 승온시켜 최종적으로 250 ℃에서 5 시간 동안 산화시켰다. 상기 산화과정을 거친 폴리디메틸디메톡시실란을 함유하는 전기방사된 나노섬유를 7 ℃/min의 속도로 승온시켜 최종적으로 1600 ℃에서 3 시간 동안 열처리하였고, 불활성 기체인 아르곤가스를 10 cc/min의 속도로 주입하였다.
상기 실시예 1의 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유(SiC)를 2,000 및 80,000 배율 주사전자현미경(SEM)으로 분석한 결과, 탄화규소 나노섬유(SiC)의 직경은 약 280 ㎚인 것을 알 수 있다(도 2 참조).
<실시예 2> 탄화규소 나노섬유의 제조 2
폴리머 전구체인 폴리아크릴로니트릴을 디메틸포름알데히드에 1 : 9의 무게비로 용해하여 폴리아크릴로니트릴용액을 제조하였다. 상기 용액에 전기전도성을 향상시킬 목적으로 유기규소화합물인 폴리디메틸디메톡시실란을 폴리아크릴로니트릴용액에 3 : 1의 무게비로 첨가하였다. 상기 고분자용액을 전기방사하여 나노섬유를 제조하였으며 상기 전기방사의 조건은 전압 15 kV, 집속기와 주사기 팁과의 거리(TCD) 10 ㎝, 실린지 펌프 유속 1.0 ㎖/h 및 집속기 속도 200 rpm이었다. 폴리디메틸디메톡시실란을 함유하는 전기방사된 나노섬유를 안정화하기 위하여 3 ℃/min 의 속도로 승온시켜 최종적으로 250 ℃에서 5 시간 동안 산화하였다. 상기 산화과정을 거친 폴리디메틸디메톡시실란을 함유하는 전기방사된 나노섬유를 7 ℃/min의 속도로 승온시켜 최종적으로 1600 ℃에서 1 시간 동안 열처리하였고, 열처리시 불활성 기체인 아르곤가스를 10 cc/min의 속도로 주입하였다.
상기 실시예 2의 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유(SiC)를 2,000 및 80,000 배율 주사전자현미경(SEM)으로 분석한 결과, 탄화규소 나노섬유(SiC)의 직경은 약 310 ㎚인 것을 알 수 있다(도 3 참조).
<비교예 1>
상기 실시예 1에서 폴리머 전구체인 폴리아크릴로니트릴을 디메틸포름알데히드에 2 : 8의 무게비로 용해하여 폴리아크릴로니트릴용액을 제조하였고 이를 전기방사하여 나노섬유를 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소나노섬유를 얻었다.
상기 비교예 1의 탄소나노섬유를 2,000 및 80,000 배율 주사전자현미경(SEM)으로 분석한 결과, 탄소나노섬유의 직경은 약 260 ㎚인 것을 알 수 있다(도 4 참조).
<비교예 2>
상기 실시예 1에서 폴리머 전구체인 폴리디메틸디메톡시실란을 폴리아크릴로니트릴용액에 2 : 1의 무게비로 첨가하여 실리콘함량을 감소시킨 것을 제외하고 실 시예 1과 동일한 방법으로 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유(SiC)를 얻을 수 있었다.
<비교예 3>
상기 실시예 1에서 폴리먼 전구체인 폴리디메틸디메톡시실란을 폴리아크릴로니트릴용액에 1 : 1의 무게비로 첨가하여 실리콘함량을 감소시킨 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 실험방법으로 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유(SiC)를 얻을 수 있었다.
<실험예 1> 나노섬유의 에너지 분산형 X-선 분광기 측정
본 발명에 따른 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2, 3의 구성성분을 파악하기 위하여 에너지 분산형 X-선 분광기(Horiba, EX-250, 일본)로 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 원소
탄소(중량%) 산소(중량%) 규소(중량%) 합계
실시예 1 88 2 10 100
실시예 2 90 1 9 100
비교예 1 98 2 - 100
비교예 2 91 2 7 100
비교예 3 94 1 5 100
표 1을 참조하면, 규소의 함량은 폴리디메틸디메톡시실란의 함량이 많아질수록 증가하는 것을 알 수 있다.
<실험예 2> 탄화규소 나노섬유의 열적특성 분석
본 발명에 따른 실시예 1의 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유(SiC)의 열적특성을 알아보기 위해 열분석기(TA사, SDT Q-600, 미국)를 이용하여 열분석을 수행하고 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1의 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유(SiC)는 1,000 ℃에서도 높은 열안정성을 나타내는 것을 알 수 있다.
<실험예 3> 나노섬유의 면저항 측정
본 발명에 따른 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2, 3의 탄화규소 나노섬유(SiC)의 면저항 특성을 알아보기 위해 4탐침 측정기((주)AIT, CNT-SR200N, 국산)를 사용하였으며, 그 분석 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1, 2의 탄화규소 나노섬유의 면저항은 각각 1.0 및 1.3 Ω/sq으로서, 비교예 1, 2, 3의 면저항 2.8, 1.6 및 2.1 Ω/sq과 비교하여 저항값이 작은 것을 알 수 있다.
<실험예 4> 나노섬유의 전기전도도 측정
본 발명에 따른 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2, 3의 탄화규소 나노섬유의 전기전도도는 프루브 스테이션(Probe Station, Karl suss, ED/PMO) 장치를 사용하여 측정하고 그 결과를 도 7 및 도 8에 나타내었다. 도 7은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2, 3의 탄화규소 나노섬유의 전류-전압곡선을 나타낸 그래프이고, 도 8은 도 7의 결과로부터 얻은 나노섬유의 전기전도도 값을 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1, 2의 탄화규소 나노섬유의 전기전도도는 각각 0.14 및 0.11 Ω.cm이고, 비교예 1, 2, 3의 나노섬유는 각각 0.04, 0.1 및 0.08 Ω.cm의 전기전도도를 나타냄을 알 수 있다. 이로부터, 본 발명에 따른 실리콘이 첨가된 탄화규소 나노섬유는 우수한 전기전도성을 가짐을 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조공정 흐름도이고;
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1의 탄화규소 나노섬유의 2,000 및 80,000 배율 주사전자현미경 사진이고;
도 3은 본 발명에 따른 실시예 2의 탄화규소 나노섬유의 2,000 및 80,000 배율 주사전자현미경 사진이고;
도 4는 본 발명에 따른 비교예 1의 탄소 나노섬유의 2,000 및 80,000 배율 주사전자현미경 사진이고;
도 5은 본 발명에 따른 실시예 1의 탄화규소 나노섬유의 열적특성 분석 결과이고;
도 6는 본 발명에 따른 실시예 1, 2 및 상기 비교예 1, 2, 3의 나노섬유의 면저항 측정 결과를 나타낸 그래프이고;
도 7는 본 발명에 따른 실시예 1, 2 및 상기 비교예 1, 2, 3의 탄화규소 나노섬유의 전류-전압곡선을 나타낸 그래프이고;
도 8은 도 7의 결과로부터 얻은 나노섬유의 전기전도도 값을 나타낸 그래프이다.

Claims (14)

  1. 유기규소화합물, 폴리머 전구체 및 용매를 혼합한 고분자 용액을 제조하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 얻어진 고분자 용액을 전기방사시켜 나노섬유를 제조하는 단계(단계 2);
    상기 단계 2에서 얻어진 나노섬유를 산화시키는 단계(단계 3); 및
    상기 단계 3에서 얻어진 나노섬유를 열처리하는 단계(단계 4);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 1에서 상기 폴리머 전구체의 함량은 유기규소화합물에 대하여 1 내지 20 중량%가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단계1에서 상기 폴리머 전구체의 함량은 유기규소화합물에 대하여 2 내지 10 중량%가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단계 1에서 유기규소화합물은 클로로실란, 디클로로 실란, 에틸디클로로실란, 디메틸디메톡시실란, 트리클로로실란, 메틸디클로로실란, 알콕시실란, 아미노실란, 불소알킬 실란으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1이상인 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단계 1에서 폴리머 전구체는 폴리벤즈이미다졸, 폴리비닐클로라이드, 푸르프릴알콜, 페놀, 셀룰로오스, 석유계 핏치, 석탄계 핏치, 폴리이미드 및 폴리아크릴로니트릴로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단계 1에서 용매는 벤젠, 톨루엔, 디메틸포름알데하이드, 핵산 및 클로로포름으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 유기용매 또는 물인 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단계 3에서 탄화규소 나노섬유의 산화는 1 - 5 ℃/min 의 속도로 승온시키는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 단계 3에서 탄화규소 나노섬유의 산화는 최종온도 200 - 300 ℃ 범위에서 시키는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 단계 3에서 탄화규소 나노섬유의 산화는 5 - 10시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 단계 4에서 탄화규소 나노섬유의 열처리는 5 - 10 ℃/min의 속도로 승온시키는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 단계 4에서 탄화규소 나노섬유의 열처리는 최종온도 1200 - 1600 ℃ 범위에서 시키는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 단계 4에서 탄화규소 나노섬유의 열처리는 0.5 - 5시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유의 제조방법.
  13. 제1항의 제조방법에 의해 제조되고, 면저항이 1 - 1.5 Ω/sq이며, 전기전도도는 0.05 - 2.00 Ωｍ인 것을 특징으로 하는 전기전도성을 갖는 탄화규소 나노섬유.
  14. 삭제
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101385570B1 (ko) * 2012-03-08 2014-04-21 인하대학교 산학협력단 팽창흑연과 비정질 실리카를 이용한 탄화규소 나노섬유 제조방법

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101122253B1 (ko) * 2010-09-20 2012-03-20 인하대학교 산학협력단 초친수성 및 초소수성 실리카 코팅층 제조방법
KR101374246B1 (ko) * 2012-03-30 2014-03-13 숭실대학교산학협력단 환경 변화에 대한 안정성이 우수한 초발수성 나노섬유 및 그의 제조 방법
KR20140039456A (ko) * 2012-09-24 2014-04-02 가톨릭대학교 산학협력단 카본블랙을 함유한 전도성 나노섬유를 집전시킨 바이오 플라스틱 필름 및 이의 제조방법
CN104963096B (zh) * 2015-06-08 2017-04-26 中山市霞湖世家服饰有限公司 一种含碳化硅的隐形无纺布的制备方法
CN113471399B (zh) * 2021-06-24 2022-11-01 湖北工程学院 一种高电导率Si/C纳米膜的制备方法及应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006085479A1 (ja) * 2005-02-08 2006-08-17 National University Corporation Gunma University 炭化ケイ素系ナノ繊維の製造方法
KR100770656B1 (ko) 2006-04-05 2007-10-29 (주) 아모센스 탄소섬유 제조용 나노섬유 및 부직포의 산화 안정화 방법
US20080265469A1 (en) 2005-11-11 2008-10-30 Xinsong Li Device and Method for Preparing Filament Yarn of Composite Nanofibers
KR20080106504A (ko) * 2005-12-29 2008-12-08 바스프 에스이 열전기 나노물질

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006085479A1 (ja) * 2005-02-08 2006-08-17 National University Corporation Gunma University 炭化ケイ素系ナノ繊維の製造方法
US20080265469A1 (en) 2005-11-11 2008-10-30 Xinsong Li Device and Method for Preparing Filament Yarn of Composite Nanofibers
KR20080106504A (ko) * 2005-12-29 2008-12-08 바스프 에스이 열전기 나노물질
KR100770656B1 (ko) 2006-04-05 2007-10-29 (주) 아모센스 탄소섬유 제조용 나노섬유 및 부직포의 산화 안정화 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101385570B1 (ko) * 2012-03-08 2014-04-21 인하대학교 산학협력단 팽창흑연과 비정질 실리카를 이용한 탄화규소 나노섬유 제조방법

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