KR101263687B1 - 탄소나노튜브 및 금속나노구조체을 이용한 전선 제조방법 - Google Patents

탄소나노튜브 및 금속나노구조체을 이용한 전선 제조방법 Download PDF

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Abstract

전선 제조방법에서, 베이스 기판 상에 제1 금속 촉매(metal catalyst)를 선택적으로 증착한다. 상기 제1 금속 촉매가 증착된 부분에 다발의 금속나노구조체 및 다발의 탄소나노튜브 중 어느 하나를 성장시킨다. 상기 베이스 기판 상에 잔류한 제1 금속 촉매를 제거한다. 상기 베이스 기판 상에 제2 금속 촉매(metal catalyst)를 선택적으로 증착한다. 상기 제2 금속 촉매가 증착된 부분에 다발의 금속나노구조체 및 다발의 탄소나노튜브 중 다른 하나를 성장시킨다. 상기 베이스 기판 상에 잔류한 제2 금속 촉매를 제거한다. 상기 금속나노구조체 다발 및 상기 탄소나노튜브 다발을 방사(spinning)하여 장방향으로 연결시킨다. 상기 장방향으로 연결된 금속나노구조체 다발 및 탄소나노튜브 다발을 연사(twisting)하여 금속나노구조체 케이블 및 탄소나노튜브 케이블을 포함한 복합 케이블(hybrid cable)을 형성한다.

Description

탄소나노튜브 및 금속나노구조체을 이용한 전선 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING AN ELECTRIC WIRE USING CARBON NANOTUBES AND METAL NANOSTRUCTURES}
본 발명은 전선 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브 및 금속나노구조체를 이용한 전선 제조방법에 관한 것이다.
탄소나노튜브(carbon nanotube: CNT)는 6각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 대롱 모양을 이루는 신소재로서 기계적, 전기적, 물리적 특성이 기존보다 우수하며, 내부 연결구조에 따라 도체, 반도체 또는 절연체로 활용될 수 있어 다양한 산업 분야에 활용이 증가되고 있다.
그러나, 종래의 탄소나노튜브는 연장방향으로는 전기적 성질이 상대적으로 우수하지만, 연장방향에 수직인 방향으로는 전기적 성질이 우수하지 못하였다. 또한, 탄소나노튜브 사이의 접합부분에서 전도성이 급격히 저하되어, 전체적인 방향성 및 탄소나노튜브 사이의 전자 이동에 따른 전도성 저하로 전기적인 특성에 문제점이 있어왔다.
이러한 문제를 해결하고자, 베이스 기판 상에 화학기상증착(chemical vapor deposition: CVD) 방법을 통해 탄소나노튜브를 성장시켜 탄소나노튜브 케이블(cable)을 형성하는 연구가 진행되고 있다. 그러나, 상기 화학기상증착 공정으로 형성된 탄소나노튜브 케이블은, 탄소나노튜브가 반데발스 결합(van der waals' bond)을 통해 서로 연결되므로, 전기적 특성이 저하된다. 그리하여, 전선(electric wire)으로서 사용되기 어려우며, 주로 섬유나, 케이블의 형태로 기계적, 물리적 특성을 위주로 사용되는 한계를 갖고 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 탄소나노튜브 및 금속나노구조체를 이용하여 전기적 특성을 향상시킨 전선 제조방법에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 전선 제조방법에서 베이스 기판 상에 제1 금속 촉매(metal catalyst)를 선택적으로 증착한다. 상기 제1 금속 촉매가 증착된 부분에 다발의 금속나노구조체 및 다발의 탄소나노튜브 중 어느 하나를 성장시킨다. 상기 베이스 기판 상에 잔류한 제1 금속 촉매를 제거한다. 상기 베이스 기판 상에 제2 금속 촉매(metal catalyst)를 선택적으로 증착한다. 상기 제2 금속 촉매가 증착된 부분에 다발의 금속나노구조체 및 다발의 탄소나노튜브 중 다른 하나를 성장시킨다. 상기 베이스 기판 상에 잔류한 제2 금속 촉매를 제거한다. 상기 금속나노구조체 다발 및 상기 탄소나노튜브 다발을 방사(spinning)하여 장방향으로 연결시킨다. 상기 장방향으로 연결된 금속나노구조체 다발 및 탄소나노튜브 다발을 연사(twisting)하여 금속나노구조체 케이블 및 탄소나노튜브 케이블을 포함한 복합 케이블(hybrid cable)을 형성한다.
일 실시예에서, 상기 금속나노구조체는 금속나노튜브(metal nanotube) 구조체, 금속나노와이어(metal nanowire) 구조체를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 금속나노구조체는 CVD-VLS법으로 성장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다발의 탄소나노튜브를 성장시키는 단계는, 상기 베이스 기판 상의 제1 금속 촉매 또는 제2 금속 촉매에 탄소가스를 주입할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 주입되는 탄소가스는 지방족 탄화수소(aliphatic hydrocarbon, CxHy)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다발의 금속나노구조체 또는 상기 다발의 탄소나노튜브를 성장시키는 단계는, 상기 베이스 기판과 접촉하는 부분과 반대인 상기 금속나노구조체의 끝단 또는 상기 탄소나노튜브의 끝단이 성장하는 팁(tip) 성장 방식일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 성장되는 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube: SWNT) 및 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube: MWNT)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 성장되는 탄소나노튜브의 길이는 1nm 내지 수mm일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복합 케이블을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 열처리하는 단계에서, 상기 복합 케이블 사이의 용매(solvent)를 제거하고, 상기 복합 케이블의 밀도를 증가시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 금속나노튜브 또는 금속나노와이어 등의 금속나노구조체가 성장한 베이스 기판 상에 탄소나노튜브를 성장시키거나, 이와 달리 탄소나노튜브가 성장한 베이스 기판 상에 금속나노구조체를 성장시킨 후, 금속나노구조체 케이블 및 탄소나노튜브 케이블을 포함한 복합 케이블을 형성함으로써 케이블의 전기적 특성을 향상시킬 수 있어, 전선으로 사용될 수 있다.
특히, 상기 복합 케이블을 열처리하여 밀도를 증가시킴으로써, 상기 금속나노구조체가 상기 복합 케이블의 전기 전도성을 포함한 전기적 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 복합 케이블은 전기적 성질 외에도 기계적, 물리적 성질이 우수하므로, 전도성을 갖는 전선의 강도 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1, 도 2a, 도 3, 도 5a, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 전선 제조방법을 나타낸 공정도들이다.
도 2b는 도 2a의 평면도이다.
도 4는 도 3의 'A' 부분을 확대하여 도시한 것으로, 화학기상증착방법을 통해 탄소나노튜브를 성장시키는 방법을 나타낸 개략도이다.
도 5b는 도 5a의 평면도이다.
도 8a는 도 7의 'B' 부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 8b는 도 7의 'B' 부분을 확대한 것으로, 후처리 공정으로 밀도가 증가되는 전선을 나타낸 개략도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 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 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1, 도 2a, 도 3, 도 5a, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 전선 제조방법을 나타낸 공정도들이다. 도 2b는 도 2a의 평면도이다. 도 4는 도 3의 'A' 부분을 확대하여 도시한 것으로, 화학기상증착방법을 통해 탄소나노튜브를 성장시키는 방법을 나타낸 개략도이다. 도 5b는 도 5a의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 전선 제조방법에서는, 우선 베이스 기판(10) 상에 제1 금속 촉매(metal catalyst, 20)를 선택적으로 증착(deposition)한다. 상기 제1 금속 촉매(20)는 후술할 금속나노구조체 또는 탄소나노튜브로 성장할 매개체로서 상기 베이스 기판(10)의 전면에 균일하게 증착되지 않고 선택적으로 증착됨으로써, 상기 금속나노구조체 또는 탄소나노튜브가 선(線)상체로 성장할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에서는 상기 베이스 기판(10) 상에 상기 제1 금속 촉매(20)를 매개로 금속나노구조체를 우선 성장시킨 후, 후술할 제2 금속 촉매(30)를 매개로 탄소나노튜브를 성장시키는 예를 설명한다. 이와 달리, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 베이스 기판(10) 상에 상기 제1 금속 촉매(20)를 매개로 탄소나노튜브를 우선 성장시킨 후, 후술할 제2 금속 촉매(30)를 매개로 금속나노구조체를 성장시킬 수 있다.
상기 제1 금속 촉매(20)는 액상(liquid state)으로 상기 베이스 기판(10) 상에 선택적으로 증착되는 것이 바람직하며, 그리하여 후술할 금속나노구조체가 상기 베이스 기판(10) 상에 임의의 위치에서 선택적으로 성장할 수 있게 된다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 제1 금속 촉매(20)가 증착된 부분에서 금속나노구조체(21)가 성장하여, 다발의 금속나노구조체(22)를 형성한다. 이와 달리, 이미 설명한 바와 같이 상기 금속나노구조체(21) 대신 탄소나노튜브를 먼저 성장시켜, 다발의 탄소나노튜브를 먼저 형성할 수도 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 베이스 기판(10) 상에 금속나노구조체(21)를 성장시켜 다발의 금속나노구조체(22)를 형성하는 것으로, 현재까지 베이스 기판 상에 금속나노튜브 또는 금속나노와이어 등을 성장시키는 방법으로 개발된 다양한 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속나노구조체(21)는 CVD-VLS(chemical vapor deposition-vapor liquid solid)법을 활용하여 성장시킬 수 있다. 이 경우 VLS법이란 상기 베이스 기판(10) 상에 상기 제1 금속 촉매(20)를 증착한 후 사염화 실리콘(silicon tetrachloride)이 가스를 흘려서 금속나노구조체(21)를 성장시키는 방법을 말한다. 이와 달리, 상기 금속나노구조체(21)는 템플릿(template)을 이용하여 상기 베이스 기판(10) 상에 성장시킬 수 있다.
상기 금속나노구조체(21)는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등과 같은 전도성이 우수한 금속재질을 포함하여 형성되며, 예를 들어, 튜브(tube) 형상으로 형성되는 금속나노튜브(metal nanotube), 와이어(wire) 형상으로 형성되는 금속나노와이어(metal nanowire) 등을 포함할 수 있다. 한편, 성장되는 금속나노구조체(21)는 튜브 형상이든 와이어 형상이든, 직경은 약 1nm 내지 수십 μm 범위일 수 있으며, 최종적으로 형성되는 길이는 약 1nm 내지 수mm 범위일 수 있다.
이와 같이, 상기 베이스 기판(10) 상에 상기 제1 금속 촉매(20)를 매개로 금속나노구조체 다발(22)을 형성한 후에는, 도시하지는 않았으나, 별도의 세정공정을 통해 상기 베이스 기판(10) 상에 또는 상기 금속나노구조체 다발(22) 사이에 잔류한 제1 금속 촉매(20)를 제거한다.
도 3을 참조하면, 상기 금속나노구조체 다발(22)이 부분적으로 형성된 베이스 기판(10) 상에 제2 금속 촉매(metal catalyst, 30)를 선택적으로 증착(deposition)한다. 상기 제2 금속촉매(30)는 후술할 탄소나노튜브(31)로 성장할 매개체로서 상기 베이스 기판(10)의 전면에 균일하게 증착되지 않고 선택적으로 증착됨으로써, 상기 탄소나노튜브가 선(線)상체로 성장할 수 있게 된다. 이 경우, 상기 제2 금속 촉매(30)는 상기 금속나노구조체 다발(22)이 형성되지 않은 부분, 즉, 상기 금속나노구조체 다발(22) 사이에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제2 금속 촉매(20)는 액상(liquid state)으로 상기 베이스 기판(10) 상에 선택적으로 증착되는 것이 바람직하며, 그리하여 후술할 탄소나노튜브가 성장할 수 있게 된다.
한편, 이미 설명한 바와 같이, 상기 베이스 기판(10) 상에 탄소나노튜브 다발이 먼저 성장된 경우라면, 상기 제2 금속 촉매(30)를 매개로 금속나노구조체를 성장시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제2 금속 촉매(30)가 증착된 상기 베이스 기판(10)에 탄소가스를 주입한다. 이 경우, 주입되는 탄소가스는 탄소의 함유량이 매우 풍부한 예를 들어, 지방족 탄화수소(CxHy)일 수 있다. 상기 지방족 탄화수소가 주입되면, 상기 지방족 탄화수소 내의 탄소와 수소는 분리되면서, 탄소만 상기 제2 금속 촉매(30)에 녹아들어간다. 이 후, 상기 제2 금속 촉매(30)에 녹아들어간 탄소의 양이 증가하여 상기 제2 금속 촉매(30)에 녹은 탄소의 양이 포화상태에 도달하면, 상기 제2 금속 촉매(30)의 표면에 튜브형태로 석출이 발생하면서 탄소나노튜브(31)로 성장된다. 따라서, 지속적으로 탄소가스를 주입하면, 상기 제2 금속 촉매(30)의 표면에 석출되는 양이 증가하면서 상기 탄소나노튜브(31)가 길이방향으로 성장하게 된다.
한편, 상기 탄소나노튜브(31)는 상기 베이스 기판(10)과 접하는 끝단에서 성장되는 베이스(base) 성장 방식과 상기 베이스 기판(10)과 접하는 반대쪽 끝단에서 성장되는 팁(tip) 성장 방식으로 구별될 수 있는데, 본 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이 팁(tip) 성장 방식으로 성장된다. 상기 팁(tip) 성장의 경우, 탄소가 상기 제2 금속 촉매(30)로 녹아들어가는 데 걸리는 시간이 빠르고, 시간이 경과함에 따라 탄소가 상기 제2 금속 촉매(30)로 녹아들어가는 양이 감소하지 않으므로, 상기 베이스(base) 성장과 비교하여, 상대적으로 장방향(longitudinal direction)으로 긴 탄소나노튜브(31)를 형성할 수 있기 때문이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기와 같이 제2 금속 촉매(30)를 매개로 성장된 탄소나노튜브(31)는 상기 금속나노구조체(21) 사이에 형성되며, 상기 탄소나노튜브(31) 및 상기 금속나노구조체(21)는 각각 탄소나노튜브 다발(32) 및 금속나노구조체 다발(22)을 형성하여 상기 베이스 기판(10) 상에 전체적으로 균일하게 형성된다.
구체적으로, 상기 탄소나노튜브(31) 및 상기 금속나노구조체(21)는 특정패턴없이 임의로 배열될 수 있으나, 상기 베이스 기판(10)의 단위 면적당, 상기 탄소나노튜브(31)의 밀도가 상기 금속나노구조체(21)의 밀도에 비해 높게 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 최종적으로 성장된 상기 탄소나노튜브(31)는 상기 금속나노구조체(21)의 길이와 비슷한 범위로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 약 1nm 내지 수mm 범위에서 다양하게 형성될 수 있다. 한편, 상기와 같이 형성된 탄소나노튜브(CNT) 다발(32)을 CNTs Forest라고도 일컫는다.
상기와 같이 탄소나노튜브(31)를 성장시켜 상기 탄소나노튜브 다발(32)을 형성한 이후에는, 도시하지는 않았으나, 세정 공정을 통해 상기 베이스 기판(10) 사이에 또는 상기 탄소나노튜브 다발(32) 사이에 잔류한 제2 금속 촉매(30)를 제거한다.
이와 같이, 상기 베이스 기판(10) 상에 다발로 형성된 금속나노구조체(22) 및 탄소나노튜브(32)는 도 5a 및 도 5b와 같이 복합(hybrid) 다발(42)로 형성된다.
한편, 도 4의 탄소나노튜브(31) 성장에서 성장되는 탄소나노튜브(31)는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube: SWNT) 및 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube: MWNT)를 모두 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 베이스 기판(10) 상에 형성된 다발의 금속나노구조체(22) 및 다발의 탄소나노튜브(32)를 포함하는 복합(hybrid) 다발(42)을 방사(spinning)한다. 구체저으로, 일 끝단이 상기 베이스 기판(10)에 연결된 복합 다발(42)의 다른 끝단을 제1 대향기판(11)에 고정한 후, 상기 제1 대향기판(11)을 상기 베이스 기판(10)으로부터 멀어지는 방향으로 이동시켜, 상기 복합 다발(42)을 인장시킨다. 이와 같이, 상기 복합 다발(42)을 기계적으로 인장시키면, 상기 복합 다발(42) 사이에서 분자간의 힘에 의한 반데발스 결합(van der waals' bond)이 발생하여 상기 금속나노구조체 다발(22) 및 상기 탄소나노튜브 다발(32)들이 장방향으로 서로 결합되어, 장방향으로 연속적으로 연장되는 복합 다발(42)이 형성된다.
도 7을 참조하면, 상기 베이스 기판(10) 상에서 장방향으로 연속적으로 연장된 복합 다발(42)을 연사(twisting)한다. 구체적으로, 일 끝단이 상기 베이스 기판(10)에 연결되어 장방향으로 연속적으로 연장된 상기 금속나노구조체 다발(22) 및 상기 탄소나노튜브 다발(32)을 포함하는 복합 다발(42)의 다른 끝단을 제2 대향기판(12)에 고정한 후, 상기 베이스 기판(10)은 고정하고 상기 제2 대향기판(12)을 회전시켜 상기 복합 다발(42)을 연사한다.
이와 같이, 상기 복합 다발(42)을 연사하면, 상기 복합 다발(42)의 중앙부부터 꼬이면서 금속나노구조체 케이블(cable)(23) 및 탄소나노튜브 케이블(cable)(33)을 포함하는 복합 케이블(hybrid cable)(43)을 형성하게 된다. 이 후, 상기 제2 대향기판(31)을 계속해서 회전시키면, 상기 복합 다발(42)은 양 끝단, 즉 상기 베이스 기판(10) 및 상기 제2 대향기판(12)에 인접한 부분까지 꼬이면서 복합 케이블(hybrid cable)(43)이 완성된다.
도 8a는 도 7의 'B' 부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 8a를 참조하면, 상기 공정을 통해 완성된 상기 복합 케이블(43)은 금속나노구조체 케이블(23) 및 탄소나노튜브 케이블(33)이 일 방향으로 서로 복합적으로 연결된 구조를 포함한다. 구체적으로는, 상기 탄소나노튜브 케이블(33)의 사이사이에 상기 금속나노구조체 케이블(23)이 배치된 구조로, 상기 탄소나노튜브 케이블(33)이 상기 금속나노구조체 케이블(23) 보다 높은 밀도로 배치되며, 전체저으로 한 방향으로 연장된 와이어(wire) 형상을 갖는다.
이와 같이, 상기 탄소나노튜브 케이블(33) 사이에 금속나노구조체 케이블(23)이 배치되는 구조를 갖기 때문에, 탄소나노튜브만으로 형성된 케이블에서 전기 전도성이 저하되는 문제점을, 전기 전도성이 우수한 금속나노구조체가 보완할 수 있어, 상기 복합 케이블(43)은 향상된 전기 전도성을 갖는다. 즉, 전기 전도성이 우수한 상기 금속나노구조체 케이블(23)이 상기 탄소나노튜브 케이블(33) 내부에서 반데발스 결합하는 부분에 배치될 수 있으므로, 반데발스 결합하는 부분에서의 상기 탄소나노튜브 케이블(33)의 전도성 저하를 방지하여 상기 탄소나노튜브 케이블(23)의 전기 전도성을 향상시킬 수 있기 때문이다.
도 8b는 도 7의 'B' 부분을 확대한 것으로, 후처리 공정으로 밀도가 증가되는 전선을 나타낸 개략도이다.
도 8b를 참조하면, 상기 복합 케이블(43)을 추가로 열처리한다. 구체적으로, 상기 방사(spinning) 및 연사(twisting) 공정으로 완성된 상기 복합 케이블(43)에 열을 가하여, 상기 금속나노구조체 케이블(23) 사이 또는 상기 탄소나노튜브 케이블(33) 사이에 존재하는 용매(solvent)를 제거하고, 상기 금속나노구조체 케이블(23) 및 상기 탄소나노튜브 케이블(33) 사이의 접합성을 향상시킨다.
특히, 상기 탄소나노튜브 케이블(33) 사이에 배치된 상기 금속나노구조체 케이블(23)은 상기 열처리 공정을 통해 녹는점 이상의 열이 가해지는 경우, 상기 탄소나노튜브 사이로 녹아 상기 탄소나노튜브들 사이의 전기 전도성을 향상시키게 된다.
이와 같은 열처리 공정을 통해 상기 복합 케이블(43)의 밀도가 증가하게 되어, 전기 전도성이 향상된다.
한편, 상기 복합 케이블(43)을 열처리하는 방법은 다양하게 적용될 수 있으며, 예를 들어, 열원(heat source)을 인접한 곳에 배치시켜 열을 제공하거나, 상기 복합 케이블(43)을 히팅 오븐(heating oven), 마이크로웨이브 오븐(microwave oven) 등의 열처리 챔버 내부에 배치시켜 열을 가하거나, 상기 복합 케이블(43)의 인접한 곳에서 광원(light lamp)을 비추어 열을 가하는 등의 방법이 가능할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 금속나노튜브 또는 금속나노와이어 등의 금속나노구조체가 성장한 베이스 기판 상에 탄소나노튜브를 성장시키거나, 이와 달리 탄소나노튜브가 성장한 베이스 기판 상에 금속나노구조체를 성장시킨 후, 금속나노구조체 케이블 및 탄소나노튜브 케이블을 포함한 복합 케이블을 형성함으로써 케이블의 전기적 특성을 향상시킬 수 있어, 전선으로 사용될 수 있다.
특히, 상기 복합 케이블을 열처리하여 밀도를 증가시킴으로써, 상기 금속나노구조체가 상기 복합 케이블의 전기 전도성을 포함한 전기적 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 복합 케이블은 전기적 성질 외에도 기계적, 물리적 성질이 우수하므로, 전도성을 갖는 전선의 강도 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전선 제조방법은 전기적 성질을 요구하는 장치 및 소자 분야에 활용될 수 있는 산업상 이용가능성을 갖는다.
10 : 베이스 기판 11, 12 : 대향기판
20 : 제1 금속 촉매 21 : 금속나노구조체 22 : 금속나노구조체 다발 23 : 금속나노구조체 케이블
30 : 제2 금속 촉매 31 : 탄소나노튜브
32 : 탄소나노튜브 다발 33 : 탄소나노튜브 케이블
42 : 복합 다발 43 : 복합 케이블

Claims (10)

  1. 베이스 기판 상에 제1 금속 촉매(metal catalyst)를 선택적으로 증착하는 단계;
    상기 제1 금속 촉매가 증착된 부분에 다발의 금속나노구조체 및 다발의 탄소나노튜브 중 어느 하나를 성장시키는 단계;
    상기 베이스 기판 상에 잔류한 제1 금속 촉매를 제거하는 단계;
    상기 베이스 기판 상에 제2 금속 촉매(metal catalyst)를 선택적으로 증착하는 단계;
    상기 제2 금속 촉매가 증착된 부분에 다발의 금속나노구조체 및 다발의 탄소나노튜브 중 다른 하나를 성장시키는 단계;
    상기 베이스 기판 상에 잔류한 제2 금속 촉매를 제거하는 단계;
    상기 금속나노구조체 다발 및 상기 탄소나노튜브 다발을 방사(spinning)하여 장방향으로 연결시키는 단계; 및
    상기 장방향으로 연결된 금속나노구조체 다발 및 탄소나노튜브 다발을 연사(twisting)하여 금속나노구조체 케이블 및 탄소나노튜브 케이블을 포함한 복합 케이블(hybrid cable)을 형성하는 단계를 포함하는 전선 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속나노구조체는 금속나노튜브(metal nanotube) 구조체, 금속나노와이어(metal nanowire) 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전선 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속나노구조체는 CVD-VLS법으로 성장되는 것을 특징으로 하는 전선 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 다발의 탄소나노튜브를 성장시키는 단계는, 상기 베이스 기판 상의 제1 금속 촉매 또는 제2 금속 촉매에 탄소가스를 주입하는 것을 특징으로 하는 전선 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 주입되는 탄소가스는 지방족 탄화수소(aliphatic hydrocarbon, CxHy)인 것을 특징으로 하는 전선 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 다발의 금속나노구조체 또는 상기 다발의 탄소나노튜브를 성장시키는 단계는, 상기 베이스 기판과 접촉하는 부분과 반대인 상기 금속나노구조체의 끝단 또는 상기 탄소나노튜브의 끝단이 성장하는 팁(tip) 성장 방식인 것을 특징으로 하는 전선 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 성장되는 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube: SWNT) 및 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube: MWNT)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전선 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 성장되는 탄소나노튜브의 길이는 1nm 내지 수mm인 것을 특징으로 하는 전선 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복합 케이블을 열처리하는 단계를 더 포함하는 전선 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 열처리하는 단계에서, 상기 복합 케이블 사이의 용매(solvent)를 제거하고, 상기 복합 케이블의 밀도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 전선 제조방법.
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