KR101154874B1 - 다중 촉매를 이용한 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법 - Google Patents

다중 촉매를 이용한 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명 전극용 고 전기전도성 단일벽 탄소나노튜브의 합성방법에 관한 것으로, 실린더형의 탄소봉에 흑연; 전이금속; 및 전이금속 황화물, 황(sulfur) 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 황화물;을 함유하는 촉매 조성물을 충전하여 아크방전 양극을 제조하는 단계 및 상기 제조된 아크방전 양극을 직류 아크 방전 장치에 장착하고, 아크방전에 의하여 탄소나노튜브를 제조하는 단계를 포함하는 투명 전극용 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 단일벽 탄소나노튜브는 기존의 단일벽 탄소나노튜브에 비해 전기 전도성이 높고, 제조공정에 있어서 비용이 저렴할 뿐만 아니라 대용량 합성에 유용하다.

Description

다중 촉매를 이용한 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법{Manufacturing method of Single-walled Carbon Nanotube Using Multiple Catalysts}
본 발명은 다중 촉매를 이용한 투명 전극용 고 전기전도성 단일벽 탄소나노튜브의 합성방법에 관한 것으로, 기존의 탄소나노튜브에 비해 전기 전도성이 높고, 분산이 용이하며, 제조공정에 있어서 비용이 저렴할 뿐만 아니라 대용량 합성이 가능한 탄소나노튜브의 제조방법에 관한 것이다.
탄소나노튜브는 1개의 탄소 원자가 3개의 다른 탄소 원자와 결합한 육각형 벌집 모양의 흑연면이 나노크기의 직경으로 둥글게 말린 형태로, 크기나 형태에 따라 독특한 물리적 성질을 갖는 거대 분자이다. 속이 비어 있어 가볍고 전기 전도도는 구리만큼 좋으며, 열전도도는 다이아몬드만큼 우수하고 인장력은 철강에 못지 않는 특성을 가지고 있다. 원통형을 이루는 결합구조에 따라 일부러 불순물을 넣지 않아도 튜브와 튜브가 상호 작용하면서 도체에서 반도체로 변한다. 말려진 형태에 따라서 단층벽 탄소나노튜브(single walled carbon nanotube, SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube, MWCNTs), 다발형 탄소나노튜브(rope carbon nanotube)로 구분되기도 한다.
탄소나노튜브는 수십 GPa급의 높은 강도와 1 TPa급의 탄성계수를 가지며, 기존의 탄소 섬유를 능가하는 우수한 전기전도도와 열전도도를 보이는 등 그 특성이 매우 뛰어나다.
최근에는 탄소나노튜브의 이러한 전기적 또는 기계적인 고유한 성질을 이용한 극미세영역(nanoscale)에서의 활용이 여러 산업에서 주목받고 있다. 탄소나노튜브의 여러 적용 분야에 대한 활용성을 높이기 위해 여러 가지 응용소재들이 개발되고 있으며 특히, 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 적절한 바인더와 혼합하여 제조한 잉크를 투명 전도성 박막으로 활용하고자 하는 산업적 연구가 활발히 이루어지고 있다.
이와 같은 산업적 활용을 위해서는 단일벽 탄소나노튜브를 대량으로 합성해야 하는데 기존 화학기상증착방법이나 레이저 융제(Laser Ablation)을 이용한 방법으로는 고 결정성 단일벽 탄소나노튜브를 얻기가 어렵고, 현재로서는 아크 방전을 이용한 합성방법이 상기 목적에 가장 적합하다.
그러나 기존에 공개된 촉매 조성 기술을 이용한 아크 방전 단일벽 탄소나노튜브 합성은 고순도 단일벽 탄소나노튜브를 충분히 얻기가 어렵고, 금속성 단일벽 탄소나노튜브의 함량에 한계가 있을 뿐만 아니라, 합성량 자체도 많지 않은 문제점이 있다. 이와 같은 이유로 기존 기술로 합성된 단일벽 탄소나노튜브는 투명 전도성 박막 재료로 활용하기에 충분하지 않다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다중 촉매를 이용한 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
보다 구체적으로 본 발명은 다중 촉매로서 흑연, 전이금속, 전이금속 황화물, 황(sulfur) 또는 이들의 혼합물을 함유하는 촉매조성물을 이용하여 기존의 탄소나노튜브에 비해 순도가 높고, 금속성 함량비율이 높으며, 전도성 필름의 투과도와 면저항에 유리하고, 제조공정에 있어서 비용이 저렴할 분만 아니라 대용량 합성에 유용한, 투명 전극용 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로, 다중 촉매를 이용한 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은 투명 전극용 단일벽 탄소나노튜브(single walled carbon nanotube, SWCNT)의 제조방법에 관한 것으로,
a) 실린더형의 탄소봉에 흑연; 전이금속; 및 전이금속 황화물, 황(sulfur) 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 황화물;을 함유하는 촉매 조성물을 충전하여 아크방전 양극을 제조하는 단계 및
b) 상기 아크방전 양극을 직류 아크 방전 장치에 장착하고, 아크방전에 의하여 탄소나노튜브를 제조하는 단계
를 포함한다.
상기 아크 방전 촉매 충전 시 사용되는 탄소 전극(양극)인 탄소봉은 탄소나노튜브 제조 시 공급되는 탄소 원자를 제공하기 위한 것으로, 탄소나노튜브의 제조를 위한 것이라면 특별히 한정되지는 않으나, 95% 이상의 순도와 일정 수준 이상의 전기전도도를 지닌 탄소봉을 사용하는 것이 합성 효율 및 순도를 향상시키는 측면에서 바람직하다. 또한, 탄소봉은 실린터 형태로, 내부가 원형으로 뚫린 형태를 말하며, 그 안에 촉매조성물을 투입하고 아크 방전 챔버에 장착 후 아크 방전으로 연소시켜 탄소나노튜브를 제조하게 된다. 이때, 방전 전류는 특정 값으로 고정시키는 것이 탄소나노튜브의 제조에 바람직하며, 방전 전류 200A ~ 300A, 방전 전압 20V에서 아크 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하며, 합성 시간은 1시간 내지 2시간이 적당하다. 방전 전류가 200A 이하이면 탄소나노튜브의 단위 시간당 합성량이 너무 적으며, 방전 전류가 300A 이상이면 탄소나노튜브의 순도가 떨어지는 단점이 있다.
또한 본 발명은 상기 b)에서 제조된 탄소나노튜브를 400-500 ℃로 열처리하여 불순물을 제거하는 단계를 더 포함한다. 상기 제조된 탄소나노튜브에 불순물을 제거하기 위하여 산소 기체를 흘린 상태에서 고온으로 열처리 하는 과정으로, 시료를 산화시켜 불순물을 제거하게 된다. 이때, 정제 온도가 400℃ 미만인 경우 불순물이 잘 제거되지 않으며, 정제 온도가 500℃ 이상인 경우 탄소나노튜브 자체를 연소시키게 되어 결과적으로 순도가 낮아지므로 바람직하지 못하다.
또한 상기 정제 공정에서 사용하는 산소 기체는 그 순도가 일정 수준 이상 일때 고온에서 발생할 수 있는 부 반응을 최대한 억제할 수 있고, 연소 반응 속도를 제어할 수 있는 99% 이상의 고순도 산소 기체를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 흑연은 일반적으로 유통되고 있는 것을 사용하지 않고, 순도 99%이상인 흑연 분말을 사용하는 것이 탄소나노튜브의 순도를 높이기 위해 바람직하며, 이 또한 탄소나노튜브를 제조하기 위한 탄소 원자 공급의 역할을 한다. 고순도 흑연의 함량은 전체 촉매 조성물 100 중량부에 대하여 55 ~ 75 중량부인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 58 ~ 70 중량부로 사용한다. 또한 촉매 조성물을 충분히 균일하게 하기 위하여 촉매 재료를 혼합한 후, 1분 이상 기계적으로 분쇄해 주는 것이 좋다.
또한 본 발명의 촉매 조성물 중, 상기 전이금속은 Fe, Co, Ni, Sc(스칸듐) 및 Y(이트륨)에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하며, 이러한 전이금속은 분말 형태로, 원소 또는 산화물 형태로 사용되어 질 수 있다. 또한, 전이금속 분말의 함량은 전체 촉매조성물 100 중량부에 대하여 25 ~ 40 중량부인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 30 ~ 35 중량부가 바람직하다. 전이금속의 함량이 25 중량부 미만이면 촉매 함량이 부족하여 탄소나노튜브의 합성 수율이 낮아지며, 40 중량부를 초과하면 단일벽 탄소나노튜브의 순도가 감소되어 바람직하지 못하다.
일반적으로 전이금속 원소는 아크 방전 탄소나노튜브의 합성 촉매로 가장 많이 활용되고 있으나, 큰 규모의 아크 장비로 대량 합성 시 실험실 수준의 소량 합성에 비해 전기적 특성이 떨어지는 제약이 있다.
따라서, 본 발명에서 상기 촉매 조성물은 흑연, 전이금속 및 전이금속 황화물의 조합;이거나 흑연, 전이금속 및 황(sulfur)의 조합인 것을 특징으로 하며, 기존에 사용되던 Fe, Co 또는 Ni의 전이금속 촉매 외에 Y 또는 Sc의 3족 금속 원소와 황(sulfur) 또는 전이금속 황화물을 더 첨가함으로써, 놀랍게도 기존의 단일벽 탄소나노튜브에 비해 전기 전도성이 매우 높으며, 분산이 용이하고, 제조공정에 있어서 비용이 저렴할 뿐만 아니라 대량 합성에 매우 우수한 단일벽 탄소나노튜브를 제조하게 되었다.
본 발명의 촉매 조성물의 황(sulfur)은 분말 형태의 성상을 지니고 있으면 특별히 제한하지는 않지만, 바람직하게는 분말의 황 원소 또는 전이금속 황화물에서 선택되며, 상기 황은 단일벽 탄소나노튜브 제조시 용융상태인 전이금속 촉매 합금에 탄소 원자가 재배열하여 탄소나노튜브로 흑연화(graphitization)되는 반응에서 준안정(meta-stable) 상태의 그래핀(graphene)을 안정화시키고 탄소나노튜브의 성장을 촉진 하게 된다.
또한 상기 전이금속 황화물은 FeS (Iron Sulfide), CoSO4 (Cobalt Sulfate), Ni3S2 (Nickel Sulfide) 및 NiSO4 (Nickel Sulfate)에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하며, 더욱 바람직하게는 FeS (Iron Sulfide) 또는 CoSO4 (Cobalt Sulfate)에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 전이금속 황화물, 황, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 황화물의 함량은 전체 촉매 조성물 100 중량부에 대하여 2 ~ 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3 ~ 7 중량부를 사용한다. 상기 함량이 2 중량부 미만이면 탄소나노튜브를 형성하기 위한 황의 양이 충분하지 않아 준안정 상태의 그래핀을 안정화시키기 어려워 탄소나노튜브의 수율이 낮고, 10 중량부 이상이면 전이금속 촉매의 역할이 부족하여 다중벽 탄소나노튜브를 합성시킬 수 있다는 문제점이 있다.
또한 본 발명은 상기의 제조방법으로 제조되는 투명 전극용 단일벽 탄소나노튜브를 제공하며, 이렇게 제조된 단일벽 탄소나노튜브는 순도가 높고 금속성의 함량 비율이 높아 기존의 단일벽 탄소나노튜브에 비해 투명 전도성 필름에 적용시 투과도와 면저항 측면에서 유리하며, 제조공정에 있어서 비용이 저렴하여 대량합성에 매우 적합하다.
또한 본 발명에 따라 제조된 단일벽 탄소나노튜브를 열정제 한 뒤 분산제(Sodium Dodecylbenzene Sulfomate 등의 수계분산제)가 포함된 수용액에 넣고 초음파처리 및 원심분리한 후 상등액을 자외선-가시광선 분광 광도계(UV-visible spectrometer)를 이용하여 흡수스펙트럼을 관찰함으로써, 단일벽 탄소나노튜브의 탄소-탄소 SP2 결합에서 π→π* 전이 에너지 띠(Energy band)에 해당하는 흡수 파장 영역을 확인하였다.
따라서 본 방법에 의해 제조된 단일벽 탄소나노튜브는 자외선-가시광선 분광광도계(UV-visible spectrometer)의 측정 결과를 이용한 하기의 식 1에 따라, 상대순도가 5.0 ~ 15.0 %를 갖는 것을 특징으로 한다. (도 3)
[식 1]
상대순도 = (αM11+αS22)/(αM11+βM11+αS22+βS22) × 100
[상기 식 1에서,
αM11 는 파장 600 ~ 810 nm (약 1.5 ~ 2.1 eV)에서 나타나는 금속성 흡광도 피크(peak)의 곡선에 대한 면적에서 βM11을 제외한 면적을 의미하고;
αS22 는 파장 810 ~ 1150nm (약 1.0 ~ 1.5 eV)에서 나타나는 반도체성 흡광도 피크(peak)의 곡선에 대한 면적에서 βS22 을 제외한 면적을 의미하며;
βM11 는 파장 600 ~ 810nm (약 1.5 ~ 2.1 eV)에서 나타나는 금속성 흡광도 피크(peak)의 베이스-라인(Base-line)에 대한 사다리꼴의 면적이고;
βS22 는 파장 810 ~ 1150nm (약 1.0 ~ 1.5 eV)에서 나타나는 반도체성 흡광도 피크(peak)의 베이스-라인(Base-line)에 대한 사다리꼴의 면적이다.]
또한, 상기 제조된 단일벽 탄소나노튜브는 자외선-가시광선 분광광도계(UV-visible spectrometer)의 측정 결과를 이용한 하기의 식 2에 따라, 금속성비율이 20.0 ~ 30.0 %를 갖는 것을 특징으로 한다.
[식 2]
금속성비율 = (αM11/(αM11+βM11))/{(αM11/(αM11+βM11))+(αS22/(αS22+βS22))}× 100
[상기 식 2에서,
αM11, αS22, βM11 및 βS22 는 상기 식 1에서의 정의와 동일하다.]
측정 결과를 통해, 제조된 단일벽 탄소나노튜브의 금속성과 순도가 기존보다 향상되었음을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따른 단일벽 탄소나노튜브는 기존 전이금속 원소 또는 3족 원소만을 촉매로 사용하여 합성된 단일벽 탄소나노튜브에 비해 전기 전도성이 높으며, 순도가 높고 제조공정에 있어서 비용이 저렴할 뿐만 아니라 대량 합성에 유리한 효과가 있다. 이러한 효과로 인해 본 발명에 따른 단일벽 탄소나노튜브는 투명 전극 재료 및 전자파 차폐 재료 등에 사용가능하다.
본 발명에 의해 제조된 단일벽 탄소나노튜브는 기존 단일벽 탄소나노튜브 대비 약 2배 이상의 금속성 CNT를 함유하고 있으며 전기전도도 또한 2배 이상의 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 단일벽 탄소나노튜브의 투과전자현미경 사진을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 단일벽 탄소나노튜브의 라만(Raman)분광 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3의 a는 단일벽 탄소나노튜브가 분산된 수용액을 자외선-가시광선 분광 광도계(UV-visible spectrometer)로 측정했을 때 나타나는 단일벽 탄소나노튜브의 금속성 및 반도체성을 나타내는 그래프이다.
도 3의 b는 비교예 1에 따라 제조된 단일벽 탄소나노튜브의 자외선-가시광선 분광 광도계(UV-visible spectrometer)의 분광 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3의 c는 실시예 3에 따라 제조된 단일벽 탄소나노튜브의 자외선-가시광선 분광 광도계(UV-visible spectrometer)의 분광 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 이는 발명의 구성 및 효과를 이해시키기 위한 것 일뿐, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
[실시예 1]
흑연 분말(입도:20μm, 순도:99.9%, 제조사:Sigma-Aldrich) 70g과 FeS, Co, Ni 분말(순도:99.9% 제조사:Cerac) 각각 8 g, 30 g, 9 g을 혼합한 뒤 분쇄하여 제1촉매조성물을 제조하였다. 제1촉매 조성물을 내부가 원형으로 뚫린 탄소봉(외경:15 내경:7.5, 깊이:200mm, 길이:300mm, 제조사:모던카본)에 투입하고 아크 방전 챔버(제조사:아텍)에 장착 후 방전 전압 20V , 방전 전류 250A에서 아크 플라즈마를 발생시켜 1시간 동안 SWCNT를 합성한다. 이렇게 합성된 SWCNT는 석영관에 2g을 넣고 관가마(tube-furnace)(제조사:아텍)를 이용하여 정제한다. 본 정제 공정은 산소기체를 유량 200sccm으로 흘려준 상태에서 450℃에서 100분 동안 정제하여 고 전기 전도성 SWCNT를 제조하였다.
[실시예 2]
흑연 분말(입도:20μm, 순도:99.9%, 제조사:Sigma-Aldrich) 60g과 Ni 분말(순도:99.9% 제조사:Cerac)와 Y2O3 분말 (입도:5μm, 순도:99.99%, 제조사:Sigma-Aldrich)를 각각 19g, 9g을 혼합한 뒤 S(황) 분말 (순도:99.9% 제조사:Sigma-Aldrich) 4g을 첨가한 후 분쇄하여 제2촉매 조성물을 제조하였다. 제2촉매 조성물을 내부가 원형으로 뚫린 탄소봉(외경:15 내경:7.5, 깊이:200mm, 길이:300mm, 제조사:모던카본)에 투입하고 아크 방전 챔버(제조사:아텍)에 장착 후 방전 전압 20V , 방전 전류 250A에서 아크 플라즈마를 발생시켜 1시간 동안 SWCNT를 합성한다. 이렇게 합성된 SWCNT는 석영관 에 2g을 넣고 관가마(tube-furnace)(제조사:아텍)를 이용하여 정제한다. 본 정제 공정은 산소기체를 유량 200sccm으로 흘려준 상태에서 450℃에서 100분 동안 정제하여 고 전기 전도성 SWCNT를 제조하였다.
[실시예 3]
흑연 분말(입도:20μm, 순도:99.9%, 제조사:Sigma-Aldrich) 60g과 Fe, Co, Ni 분말(순도:99.9% 제조사:Cerac) 각각 4 g, 14 g, 8g을 혼합한 뒤 S(황) 분말 (순도:99.9% 제조사:Sigma-Aldrich) 3g과 Y2O3 분말 (입도:5μm, 순도:99.99%, 제조사:Sigma-Aldrich) 1.5g을 첨가한 후 분쇄하여 제3촉매 조성물을 제조하였다. 제3촉매 조성물을 내부가 원형으로 뚫린 탄소봉(외경:15 내경:7.5, 깊이:200mm, 길이:300mm, 제조사:모던카본)에 투입하고 아크 방전 챔버(제조사:아텍)에 장착 후 방전 전압 20V , 방전 전류 250A에서 아크 플라즈마를 발생시켜 1시간 동안 SWCNT를 합성한다. 이렇게 합성된 SWCNT는 석영관 에 2g을 넣고 관가마(tube-furnace)(제조사:아텍)를 이용하여 정제한다. 본 정제 공정은 산소기체를 유량 200sccm으로 흘려준 상태에서 450℃에서 100분 동안 정제하여 고 전기 전도성 SWCNT를 제조하였다.
[비교예 1]
흑연 분말(입도:20μm, 순도:99.9%, 제조사:Sigma-Aldrich) 60g과 Fe, Co, Ni 분말(순도:99.9% 제조사:Cerac) 각각 4 g, 14 g, 8g을 혼합한 뒤 Y2O3 분말 (입도:5μm, 순도:99.99%, 제조사:Sigma-Aldrich) 1.5g을 첨가한 후 분쇄하여 촉매 조성물을 제조하였다. 촉매 조성물을 내부가 원형으로 뚫린 탄소봉(외경:15 내경:7.5, 깊이:200mm, 길이:300mm, 제조사:모던카본)에 투입하고 아크 방전 챔버(제조사:아텍)에 장착 후 방전 전압 20V , 방전 전류 250A에서 아크 플라즈마를 발생시켜 1시간 동안 SWCNT를 합성한다. 이렇게 합성된 SWCNT는 석영관 에 2g을 넣고 관가마(tube-furnace)(제조사:아텍)를 이용하여 정제한다. 본 정제 공정은 산소기체를 유량 200sccm으로 흘려준 상태에서 450℃에서 100분 동안 정제하여 SWCNT를 제조하였다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 단일벽 탄소나노튜브의 투과전자현미경 사진을 나타낸 것이다. 도 1에서 보이는 바와 같이 단일벽 탄소나노튜브의 직경은 약 1~2nm인 것을 확인 할 수 있었다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 단일벽 탄소나노튜브의 라만(Raman)분광 결과를 나타낸 것으로, 산란된 전자기파 파장 중 RBM(Radial Breathing Mode) 영역에 해당하는 부분을 측정한 것이다. 그 결과, 금속성과 반도체성에 해당하는 산란된 전자기파의 파장영역에 대한 면적으로 비교해 보면 실시예 2로 합성된 단일벽 탄소나노튜브의 금속성이 황 또는 황화물이 없는 비교예 1보다 금속성이 2배 이상 향상되었음을 확인할 수 있었다.
도 3의 (a)는 각각 단일벽 탄소나노튜브의 자외선-가시광선 분광 광도계(UV-visible spectrometer)의 일반적인 분광 결과를 나타낸 것이며, (b) 및 (c)는 각각 비교예 1 및 실시예 3에 따라 제조된 단일벽 탄소나노튜브의 자외선-가시광선 분광 광도계(UV-visible spectrometer)의 분광 결과를 나타낸 것으로, SWCNT의 탄소-탄소 SP2 결합에서 π→π* 전이 에너지 띠(Energy band)에 해당하는 흡수 파장 영역을 측정한 것이다.
도 3의 (b) 및 (c)는 각각 비교예 1과 실시예 3의 방법으로 제조된 단일벽 탄소나노튜브의 자외선-가시광선 분광 광도계의 결과로서, [식 1]과 [식 2]를 적용하여 분석한 결과, 비교예 1의 경우 상대순도는 약 4 %인데 반해, 실시예 1 내지 3의 경우 상대순도는 6.0 ~ 15.0%의 결과를 얻었으며, 금속성비율은 비교예 1의 경우는 약 12%에 불과하나 실시예 1 내지 3의 경우는 20% ~ 30%의 결과를 얻었다.
따라서 상기 실시예로 합성된 단일벽 탄소나노튜브의 금속성과 순도가 비교예 1 보다 향상되었음을 확인할 수 있었다.
M11 : RBM(Radial Breathing Mode)에서 금속성을 나타내는 산란된 전자기파의 관측 영역.
S33 : RBM(Radial Breathing Mode)에서 반도체성을 나타내는 산란된 전자기파의 관측 영역.
S44 : 단일벽 탄소나노튜브의 라만(Raman)분광 RBM(Radial Breathing Mode)에서 반도체성을 나타내는 산란된 전자기파의 관측 영역.
αM11 : 파장 600 ~ 810 nm (약 1.5 ~ 2.1 eV)에서 나타나는 금속성 흡광도 피크(peak)의 곡선에 대한 면적에서 βM11을 제외한 면적.
αS22 : 파장 810 ~ 1150nm (약 1.0 ~ 1.5 eV)에서 나타나는 반도체성 흡광도 피크(peak)의 곡선에 대한 면적에서 βS22 을 제외한 면적.
βM11 : 파장 600 ~ 810nm (약 1.5 ~ 2.1 eV)에서 나타나는 금속성 흡광도 피크(peak)의 베이스-라인(Base-line)에 대한 사다리꼴의 면적.
βS22 : 파장 810 ~ 1150nm (약 1.0 ~ 1.5 eV)에서 나타나는 반도체성 흡광도 피크(peak)의 베이스-라인(Base-line)에 대한 사다리꼴의 면적.

Claims (10)

  1. a) 실린더형의 탄소봉에 흑연; 전이금속; 및 전이금속 황화물, 황(sulfur) 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 황화물;을 함유하는 촉매 조성물을 충전하여 아크방전 양극을 제조하는 단계 및
    b) 상기 제조된 아크방전 양극을 직류 아크 방전 장치에 장착하고, 아크방전에 의하여 탄소나노튜브를 제조하는 단계를 포함하며,
    상기 b)에서 제조된 탄소나노튜브를 400-500 ℃로 열처리하여 불순물을 제거하는 단계를 더 포함하는 투명 전극용 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 b)의 아크방전은 전류 200 ~ 300 A에서 아크 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 투명 전극용 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전이금속은 Fe, Co, Ni, Sc 및 Y에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 투명 전극용 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전이금속 황화물은 FeS (Iron Sulfide), CoSO4 (Cobalt Sulfate) , Ni3S2 (Nickel Sulfide) 및 NiSO4 (Nickel Sulfate) 에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 투명 전극용 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전이금속은 전체 촉매 조성물 100 중량부에 대하여 25 ~ 40 중량부인 것을 특징으로 하는 투명 전극용 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전이금속 황화물, 황, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 황화물은 전체 촉매 조성물 100 중량부에 대하여 2 ~ 10 중량부인 것을 특징으로 하는 투명 전극용 단일벽 탄소나노튜브의 제조방법.
  8. 제 1항 및 제 3항 내지 제 7항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조되는 투명 전극용 단일벽 탄소나노튜브.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제조된 단일벽 탄소나노튜브는 자외선-가시광선 분광광도계(UV-visible spectrometer)의 측정 결과를 이용한 하기의 식 1에 따라, 상대순도가 5.0 ~ 15.0 %를 갖는 것을 특징으로 하는 투명 전극용 단일벽 탄소나노튜브.
    [식 1]
    상대순도 = (αM11+αS22)/(αM11+βM11+αS22+βS22) × 100
    [상기 식 1에서,
    αM11 는 파장 600 ~ 810 nm (약 1.5 ~ 2.1 eV)에서 나타나는 금속성 흡광도 피크(peak)의 곡선에 대한 면적에서 βM11을 제외한 면적을 의미하고;
    αS22 는 파장 810 ~ 1150nm (약 1.0 ~ 1.5 eV)에서 나타나는 반도체성 흡광도 피크(peak)의 곡선에 대한 면적에서 βS22 을 제외한 면적을 의미하며;
    βM11 는 파장 600 ~ 810nm (약 1.5 ~ 2.1 eV)에서 나타나는 금속성 흡광도 피크(peak)의 베이스-라인(Base-line)에 대한 사다리꼴의 면적이고;
    βS22 는 파장 810 ~ 1150nm (약 1.0 ~ 1.5 eV)에서 나타나는 반도체성 흡광도 피크(peak)의 베이스-라인(Base-line)에 대한 사다리꼴의 면적이다.]
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제조된 단일벽 탄소나노튜브는 자외선-가시광선 분광광도계(UV-visible spectrometer)의 측정 결과를 이용한 하기의 식 2에 따라, 금속성비율이 20.0 ~ 30.0 %를 갖는 것을 특징으로 하는 투명 전극용 단일벽 탄소나노튜브.
    [식 2]
    금속성비율 = (αM11/(αM11+βM11))/{(αM11/(αM11+βM11))+(αS22/(αS22+βS22))}× 100
    [상기 식 2에서,
    αM11, αS22, βM11 및 βS22 는 상기 식 1에서의 정의와 동일하다.]
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