KR101396063B1 - Method for manufacturing graphitic carbon nano dot - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흑연상 탄소 나노점의 제조방법에 관한 것으로, 플라즈마 공정을 이용하여 흑연상 탄소 나노점 제조공정을 단순신속화 하여 양산성을 구비하게 하고자 한 것이다.
이에 따라 본 발명은, 금속 등의 모재 표면에 나노 사이즈 두께로 흑연 상 탄소 나노점을 PECVD로 형성하여 나노 사이즈의 흑연상 탄소 나노점을 제작하였다. The present invention relates to a method for producing a black sponge-like carbon nano-dot, and a method for manufacturing a black sponge-like carbon nano-dot using a plasma process is simplified so as to have mass productivity.
Accordingly, in the present invention, nano-sized carbon nanotubes are formed by forming graphitic carbon nanotubes on the surface of a base material such as metal by PECVD.

Description

흑연상 탄소 나노 점의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING GRAPHITIC CARBON NANO DOT}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a carbon nanotube,

본 발명은 탄소 나노점의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 나노 사이즈의 탄소 나노점을 플라즈마를 이용하여 생성하는 방법에 관한 것으로 비정질 탄소 매트릭스에 흑연상(graphitic) 탄소 나노 점을 생성 및 분포하게 하는 제조방법에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to a method of producing a nano-sized carbon nano-dot using a plasma, and more particularly, to a method of producing a graphitic carbon nano-dot in an amorphous carbon matrix And to a manufacturing method for distributing the same.

최근 탄소 양자점 제조기술로서 포도당을 태워 나노 사이즈의 양자점을 만드는 방법에 대해 디지털타임즈(2012년 5월 14일자) 등에서 보도하고 있다. 상기 기사를 인용하면 다음과 같다.Recently, in the Digital Times (May 14, 2012), we reported on how to make nanoscale quantum dots by burning glucose as a carbon quantum dot manufacturing technology. The above article is cited as follows.

『양자점은 빛을 흡수하거나 방출하고, 전기를 주면 빛을 내는 등 다양한 특성이 있는데, 특히 크기에 따라 방출하는 빛의 종류가 달라진다는 특징이 있다. 그러나 지금까지는 균일하게 합성하기 힘들고 흑연을 깨서 만드는 기존 방법으로는 크기별로 선별하는 과정이 필요해 산업화에 어려움이 있었다."Quantum dots have various characteristics such as absorbing or emitting light, emitting light when given electricity, and especially characterized by the type of light emitted according to size. However, until now, it is difficult to synthesize uniformly, and as an existing method of breaking graphite, it is difficult to industrialize because it requires a process of sorting by size.

연구팀은 계면활성제가 들어간 기름에 기름보다 적은 양의 포도당 수용액을 부은 후 휘저었다. 이렇게 하자 수 마이크로미터(㎛) 크기의 작은 포도당 수용액 액체방울(액적)이 기름 속에 수없이 만들어졌다. 이때 기름과 포도당 수용액의 양을 잘 조절함으로써 액체방울의 크기를 균일하게 만들 수 있었다.』The researchers poured a small amount of glucose solution into the oil containing the surfactant and then stirred. Thus, small droplets of aqueous glucose solution (droplets) of several micrometers (㎛) in size were made in the oil. By adjusting the amount of oil and glucose solution well, we were able to make the droplets uniform in size. "

탄소 양자 점은 일종의 탄소 나노 점이기도 하며, 상기 기사에 제시된 탄소 양자 점 제조방법은 포도당을 기름과 혼합하여 태우는 과정을 거쳐야 하므로 상당히 번거로운 점이 있으며, 양자점의 크기 제어에서도 액체방울의 크기를 조절하여야 하므로 실질상 원하는 수준으로 크기를 제어하기는 어렵다. The carbon quantum dots are a kind of carbon nano dots. The carbon quantum dots manufacturing method disclosed in the above article is troublesome because glucose is mixed with oil and burnt. Therefore, it is necessary to control the size of the liquid droplets even in controlling the size of the quantum dots In practice it is difficult to control the size to the desired level.

또한, 대한민국 등록특허 제10-0514347호에는 탄소 나노 점을 형성함에 있어 미리 금속 나노 점을 형성하고 그 위에 탄소 박막을 증착하여 탄소 나노 점을 복합체로 제공하는 방법을 기재하고 있다. 이러한 방법은 탄소 나노 점만으로 형성되지 않고 금속 나노 점을 먼저 형성하는 단계를 거치므로 공정의 단순화가 이루어지지 않으며 금속 나노 점의 형성단계에 탄소 나노 점의 형성이 의존되어 양산 공정에서는 중간 점검 단계를 요하고 불량률도 올라갈 수 있다. Korean Patent No. 10-0514347 discloses a method for forming carbon nano dots in advance to form metal nano dots and depositing carbon thin films thereon to provide carbon nano dots as a composite. This method is not formed only by the carbon nano-dots but through the step of first forming the metal nano-dots. Therefore, the process is not simplified and the formation of the carbon nano dots depends on the formation of the metal nano dots. And the defect rate can be increased.

따라서 본 발명의 목적은 좀 더 간편한 방법으로 전도성이 우수한 흑연상 탄소 나노 점을 제공하고자 하는 것이며, 탄소 나노점을 양산성 있게 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다. Therefore, an object of the present invention is to provide a carbon nanotube having excellent conductivity by a simpler method, and to provide a method for mass production of carbon nanotubes.

이에 따라, 본 발명은, Accordingly,

진공 챔버 안에 모재 기판을 장입하고,The base substrate is charged into the vacuum chamber,

진공 챔버 내부를 진공화하고 가열하며,The inside of the vacuum chamber is evacuated and heated,

탄화수소 가스와 비활성 가스를 진공 챔버 내에 넣고, 플라즈마를 생성하여 모재 기판 표면에 나노 사이즈 두께로 비정질 탄소 매트릭스에 흑연 상 탄소 나노점을 포함한 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노점의 제조방법을 제공할 수 있다.The present invention provides a method for producing a carbon nano-dot comprising: introducing a hydrocarbon gas and an inert gas into a vacuum chamber to generate a plasma to form a coating layer containing graphitic carbon nano-dots on an amorphous carbon matrix with a nanosize thickness on the surface of the substrate can do.

또한, 본 발명은, Further, according to the present invention,

진공 챔버 안에 모재 기판과 고체 탄소 타깃을 장입하고,The base substrate and the solid carbon target are charged into the vacuum chamber,

진공 챔버 내부를 진공화하고 가열하며,The inside of the vacuum chamber is evacuated and heated,

비활성 가스를 진공 챔버 내에 넣고, 플라즈마를 생성하여 모재 기판 표면에 나노 사이즈 두께로 비정질 탄소 매트릭스에 흑연 상 탄소 나노점을 포함한 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노점의 제조방법을 제공할 수 있다.A method of manufacturing a carbon nano-spot, wherein an inert gas is placed in a vacuum chamber, and a plasma is generated to form a coating layer containing graphitic carbon nano-dots on the amorphous carbon matrix with a nanosize thickness on the surface of the base substrate .

또한, 본 발명은, 상기 모재 기판은 금속, 합금, 세라믹 또는 유리인 것을 특징으로 하는 탄소 나노점의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a carbon nano-spot, wherein the base substrate is made of metal, alloy, ceramic or glass.

또한, 본 발명은, 상기 챔버 내 공정 온도를 200 내지 1000℃로 하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노점의 제조방법을 제공한다.Further, the present invention provides a method for producing a carbon nano-spot, wherein the temperature in the chamber is set to 200 to 1000 ° C.

또한, 본 발명은, 상기 챔버 내 공정 압력을 10-2 내지 10-6 Torr로 하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노점의 제조방법을 제공한다.Further, the present invention provides a method for producing a carbon nano-spot characterized by setting the process pressure in the chamber to 10 -2 to 10 -6 Torr.

또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, 플라즈마 생성 수단으로 이온 건을 사용하고, 상기 이온 건에는 이온 건 가열용 히터를 구비한 것을 특징으로 하는 탄소 나노점의 제조방법을 제공한다.Further, the present invention provides a method for producing a carbon nano-spot, wherein the ion gun is used as the plasma generating means and the ion gun is provided with a heater for heating the ion gun.

또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, 상기 코팅층의 두께는 1 내지 50nm인 것을 특징으로 하는 탄소 나노점의 제조방법을 제공한다.Further, the present invention provides a method for producing a carbon nano-spot, wherein the thickness of the coating layer is 1 to 50 nm.

본 발명은, 내식성을 높이게 되면 전도성이 떨어지는 일반적인 현상을 극복하고, 모재 기판에 비정질 탄소 매트릭스 및 흑연 상 탄소 나노 점을 나노 스케일 박막으로 단시간 내 코팅하여 비정질 탄소 매트릭스로 부터 내식성을 얻는 동시에 전도성을 구비한 흑연상 탄소 나노점을 단순화된 공정으로 양산성 있게 제공할 수 있다. The present invention overcomes the general phenomenon of poor conductivity when the corrosion resistance is enhanced and provides a method of obtaining corrosion resistance from an amorphous carbon matrix by coating an amorphous carbon matrix and graphitic carbon nano dots with a nanoscale thin film in a short time, One black carbon nanotube can be mass-produced in a simplified process.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 사용된 이온 건 가열용 히터의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 사용된 이온 건의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소 나노점의 제조방법을 나타내는 개략적인 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제작된 흑연상 탄소 나노점의 HR TEM 사진 이다. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a heater for ion gun heating used in a preferred embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing the construction of an ion gun used in a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing a carbon nano-dot according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a HR TEM photograph of an electron microscopic image of carbon nanotubes prepared according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 주요 특징은 플라즈마를 발생시키고 탄화수소 가스를 플라즈마 에너지를 이용하여 모재 기판에 흑연 상 탄소 층을 형성하여 나노 스케일의 흑연상 (graphitic)탄소 나노점을 제조하는 것이다. The main feature of the present invention is to produce a nano-scale graphitic carbon nano-dots by generating a plasma and forming a graphitic carbon layer on a base substrate by using hydrocarbon gas as a plasma energy.

이러한 나노 스케일의 흑연 상 탄소 나노 점을 코팅하기 위해서는, 원료가 되는 탄화수소 가스에 상당한 수준의 에너지를 부여할 필요가 있다. 즉, 고온 환경에서는 수소의 증발로 수소 분율이 낮아져 흑연 상 탄소층이 형성되는 데 유리하다. 이를 위해, 고밀도 고에너지 플라즈마를 생성할 수 있는 이온 건(200)을 사용하며, 반응 챔버 내 히터(미 도시)를 설치하여 공정 온도를 올려주는 것이 바람직하다. In order to coat such nano-scale graphitic carbon nano dots, it is necessary to impart a considerable level of energy to the hydrocarbon gas as a raw material. That is, in a high temperature environment, the hydrogen fraction is lowered due to evaporation of hydrogen, which is advantageous in forming a graphitic carbon layer. To this end, it is preferable to use an ion gun 200 capable of generating a high-density high-energy plasma and to increase the process temperature by installing a heater (not shown) in the reaction chamber.

또한, 특별히 상기 이온 건(200)에 히터(300, 400)를 장착하여 탄화수소 가스 및 플라즈마 이온들을 활성화시키는 것이 흑연 상 탄소 나노 점을 기판(100)에 형성하는데 더욱 유리하게 작용한다. In particular, activating the hydrocarbon gas and the plasma ions by attaching the heaters 300 and 400 to the ion gun 200 more advantageously works to form graphitic carbon nano-points on the substrate 100.

이온 건(200)에 히터(300, 400)를 장착한 상태를 도 1에 나타내었다. 즉, 도 1을 보면, 이온 건의 가스 공급관에 장착되어 공급 가스를 가열하는 히터(300)와 이온 건(200) 전단에 설치되어 플라즈마 발생 영역을 더욱 고온으로 가열하는 히터(400)가 나타나 있다. 이들 히터(300, 400)를 통하여 탄화수소 가스에 적절한 에너지가 부여되고, 이로써 기판(100) 상에 흑연 상 탄소 나노 점이 형성될 수 있게 된다. 그러나, 상기 히터(300, 400)를 설치하지 않고 챔버 내 별도의 히터에 의해서도 동일 목적을 이룰 수 있으므로 히터(300, 400)는 선택적이다.A state in which the heaters 300 and 400 are mounted on the ion gun 200 is shown in FIG. 1, there is shown a heater 300 mounted on a gas supply pipe of an ion gun for heating a supply gas, and a heater 400 installed at a front end of the ion gun 200 for heating a plasma generation region to a higher temperature. Appropriate energy is given to the hydrocarbon gas through these heaters 300 and 400, whereby graphitic carbon nano dots can be formed on the substrate 100. However, since the same object can be achieved by a separate heater in the chamber without installing the heaters 300 and 400, the heaters 300 and 400 are optional.

이온 건(200)의 전체 구성은 도 2에 좀 더 상세히 나타나 있다. 애노드(210) 및 캐소드(220)를 포함하고 마그넷을 포함한 이온 건(200)은 히터로 인해, 탄화수소 가스와 아르곤 가스 및 이들로부터 생성된 플라즈마의 에너지를 높여 더욱 활성화된 플라즈마 입자를 이용하여 흑연 상 탄소 나노 점을 형성한다. The overall configuration of the ion gun 200 is shown in more detail in FIG. The ion gun 200 including the anode 210 and the cathode 220 and the ion gun 200 including the magnet can increase the energy of the hydrocarbon gas and the argon gas and the plasma generated therefrom by the heater, Carbon nanotubes are formed.

도 3은 도 2의 이온 건(200)을 이용하여 기판(100)에 흑연 상 탄소 나노 점을 형성하는 모습을 나타내는 모식적인 단면 구성도이다. 히터(300, 400)가 장착된 이온 건(200)에 의하여 활성화된 탄소 이온이 생성된 플라즈마에 의한 플라즈마 필드의 작용으로 기판(100) 쪽으로 입사하면서 일부는 흑연 상 탄소 나노 점이 형성 된다. 상술한 바와 같이 히터(300, 400) 장착은 선택적으로 할 수 있다. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which graphite carbon nano dots are formed on the substrate 100 using the ion gun 200 of FIG. Graphite carbon nano-dots are formed as a part while being incident on the substrate 100 due to the action of the plasma field caused by the generated plasma of the carbon ions activated by the ion gun 200 equipped with the heaters 300 and 400. As described above, the mounting of the heaters 300 and 400 can be selectively performed.

흑연 상 탄소 나노 점을 포함한 코팅 층의 두께는 나노사이즈의 박막으로 형성하며, 이러한 얇은 두께의 형성은 단시간의 증착 공정으로 완성되므로 공정진행이 빨라 양산에 적합하다.The thickness of the coating layer including graphite carbon nanotubes is formed of a nano-sized thin film, and the formation of such a thin thickness is completed by a short time vapor deposition process, so that the process progress is fast and suitable for mass production.

공정 순서는 다음과 같다.The process sequence is as follows.

먼저, 스테인레스스틸로 된 모재 기판(100)을 깨끗이 세척하고, 챔버 안에 장입한다. 여기서 반드시 기판의 형태를 지닐 필요는 없으며, 필요에 따라 다른 형상의 모재를 사용할 수 있다. 또한, 모재는 스테인레스스틸 외에 합금을 포함한 각종 금속, 세라믹, 유리 등 다양하게 사용할 수 있다. First, the mother substrate 100 made of stainless steel is thoroughly cleaned and charged into the chamber. Here, it is not necessary to necessarily have the form of a substrate, and a base material having a different shape may be used as needed. In addition, the base material can be used in various kinds of metals including ceramics, glass, and the like including stainless steel in addition to stainless steel.

챔버 내부는 진공화하여 초기 진공도는 고 진공화하고, 이온 건(200) 가열 히터(300, 400)와 챔버 내 가열 히터를 동작시켜 온도와 압력 조건을 맞추어 공정 분위기를 구현한다.The inside of the chamber is evacuated, the initial degree of vacuum is made to be high vacuum, and the ion gun 200 and the heating heaters 300 and 400 and the heater in the chamber are operated to realize a process atmosphere by adjusting temperature and pressure conditions.

이온 건(200)을 통하여 먼저 비활성 가스, 예를 들면 아르곤(Ar) 가스를 주입하고, 이를 이용하여 모재 기판(100)을 세정하고 표면을 활성화하는 플라즈마 전처리 단계를 진행한다. An inert gas such as argon (Ar) gas is first injected through the ion gun 200, and the plasma pretreatment step of cleaning the substrate 100 and activating the surface is performed.

이온 건(200)을 통하여 탄화수소 가스를 주입하여 플라즈마를 생성시켜 탄소 층을 모재 기판(100)에 형성한다. 이때, 공정 실시 중 온도를 200 내지 1000 ℃, 공정 진행 중 챔버 진공도는 10-2 내지 10-6 Torr로 유지되도록 한다.Hydrocarbon gas is injected through the ion gun 200 to generate a plasma to form a carbon layer on the substrate 100. At this time, the temperature is maintained at 200 to 1000 ° C during the process, and the chamber vacuum is maintained at 10 -2 to 10 -6 Torr during the process.

흑연 상 탄소 나노 점을 포함한 코팅 층의 두께는 나노사이즈의 박막으로 하며 두께 제어는 증착 공정 시간을 제어하여 이루어지며, 수십 초 정도의 단시간에 공정이 완성된다. 흑연 상 탄소 층의 두께는 수 내지 수십 nm, 즉, 1 내지 50 nm 일 수 있으며, 상기 범위 안에서 경제성, 생산성 및 두께에 따른 물성 변화를 고려하여 아주 얇은 층으로 하거나 다소 두께를 갖는 층으로 할 수 있다. The thickness of the coating layer including graphite carbon nano-dots is made into a nano-sized thin film. The thickness control is performed by controlling the deposition process time, and the process is completed in a short time of several tens of seconds. The thickness of the graphitic carbon layer may be from several to several tens of nanometers, that is, from 1 to 50 nm. In consideration of economical efficiency, productivity, and physical property change depending on thickness, a very thin layer or a slightly thick layer have.

상기 공정은 플라즈마 이온 건(Plasma Ion Gun)을 이용한 공정이나, 이를 변형하여 PECVD 공정이나 스퍼터링으로 실시하여도 동일한 결과물을 얻을 수 있다. The above process may be performed by using a plasma ion gun or by modifying the process by a PECVD process or a sputtering process.

또한, 기판(100)에는 바이어스 전압을 인가하여 공정 효율을 더 높이고 박막의 품질도 더 높일 수 있다. In addition, a bias voltage may be applied to the substrate 100 to further increase the process efficiency and further increase the quality of the thin film.

또한, 상기 공정에서 플라즈마 발생에 필요한 전력의 인가는 DC 전원, AC 전원, 펄스 전원을 선택적으로 택할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 플라즈마 발생에 필요한 전압은 직류로 1000 내지 2500 V를 인가하였고, 바이어스 전압으로는 50 내지 350 KHz 주파수의 교류 전압으로 -50 내지 -200V를 인가하였다. 상기 수치는 예시적이며, 플라즈마 발생원의 전력 수치, 기판(100)에 인가하는 바이어스 전압의 수치 등은 필요에 따라 변경될 수 있으므로 특별히 한정하지 않으며, 경우에 따라서는 인가하지 않을 수도 있다. In addition, in the above process, the DC power, the AC power, and the pulse power can be selectively applied to the plasma generator. In an embodiment of the present invention, a voltage required for plasma generation is 1000 to 2500 V in direct current, and -50 to -200 V is applied in an alternating voltage of 50 to 350 KHz as a bias voltage. The numerical values are exemplary and the power value of the plasma generation source, the numerical value of the bias voltage applied to the substrate 100 and the like can be changed as needed, and thus are not particularly limited and may not be applied in some cases.

도 4는 NaCl 단결정 기판 위에 본 발명인 나노 두께의 탄소 코팅을 실시하여 HR TEM 분석을 이용하여 얻은 흑연상 탄소 나노점의 TEM 사진이다. FIG. 4 is a TEM photograph of the black carbon nanotubes obtained by applying the nano-thickness carbon coating of the present invention on an NaCl single crystal substrate using HR TEM analysis.

상기와 같이 형성된 나노사이즈의 흑연 상 탄소 나노 점은 10nm 이하의 크기를 가지면서 대체로 10nm 이하의 간격을 두고 비정질 경질 탄소 매트릭스에 분포되어 있어, 비정질 탄소 매트릭스로 인하여 기체 차단성이 우수하면서도 적정 간격을 두고 분포하는 흑연 상 탄소 나노 점들로 인하여 전체적으로는 우수한 전기전도성을 갖게 된다.The thus formed nano-sized graphitic carbon nano-dots have a size of 10 nm or less and are distributed in an amorphous hard carbon matrix at intervals of about 10 nm or less. The amorphous carbon matrix provides excellent gas barrier properties, Due to the graphitic carbon nano-dots that are distributed locally, they have excellent electrical conductivity as a whole.

본 발명의 일실시예에 따른 물성 향상을 아래 표 1에 나타내었다. The physical properties according to one embodiment of the present invention are shown in Table 1 below.

스테인레스 (STS 316L) 박판 표면에 본 발명의 15nm 두께의 탄소 코팅을 실시하기 전과 후의 접촉저항과 부식전류 비교Comparison of contact resistance and corrosion current before and after applying the 15 nm thick carbon coating of the present invention to a stainless steel (STS 316L) thin plate surface 코팅 전 (STS 316L 표면)Before coating (STS 316L surface) 코팅 후After coating 접촉저항(전도성 관련)Contact Resistance (Conductivity Related) 300.0
mΩ-cm2 @ 10kgf/cm2 300.0
m? -cm 2 @ 10 kgf / cm 2 19.5
mΩ-cm2 @ 10kgf/cm2 19.5
m? -cm 2 @ 10 kgf / cm 2 부식전류(내식성 관련)Corrosion current (corrosion resistance) 16.98 μA/cm2 @ 0.6V 16.98 μA / cm 2 @ 0.6 V 0.42 μA/cm2 @ 0.6V 0.42 μA / cm 2 @ 0.6 V

상기 표 1의 접촉저항과 부식전류 값은 각각 전도성과 내식성에 반비례하는 값으로, 그 값이 낮을수록 우수한 전도성과 내식성을 갖는다. The contact resistance and the corrosion current value in Table 1 are inversely proportional to the conductivity and the corrosion resistance, respectively, and the lower the value, the better the conductivity and the corrosion resistance.

따라서 표 1의 결과로부터 코팅 전과 비교하여 코팅 후 전도성 및 내식성이 크게 향상됨을 알 수 있다. 전체적으로 박막은 우수한 물성을 가지면서도 상기 공정은 제작상 단순화 및 신속성으로 양산성이 있다.
From the results shown in Table 1, it can be seen that the conductivity and corrosion resistance after coating are greatly improved as compared with before coating. Though the thin film as a whole has excellent physical properties, the above process is mass-producible with simplicity and rapidity in the production.

상술한 본 발명은 내식성이 우수한 비정질 탄소 매트릭스에 전도성이 우수한 흑연상 탄소 나노 점들을 적정 크기 및 분포도를 갖도록 함으로써 전체 박막은 전도성을 갖게 하는 것을 주요 특징으로 하므로, 흑연상 탄소 나노 점의 크기와 분포 제어 변수를 알아내는 것 또한 발명의 중요 구성요소가 된다. The present invention is characterized in that the amorphous carbon matrix having excellent corrosion resistance has an appropriate size and distribution of graphite carbon nano dots having excellent conductivity so that the entire thin film has conductivity. Therefore, the size and distribution of black carbon nano- Finding control variables is also an important component of the invention.

본 발명자들의 거듭된 실험과 분석에 따르면, 흑연상 탄소 나노 점의 크기 제어는 증착 공정에서 생성하는 양이온의 배열이 하나의 변수가 된다는 것을 알았다. According to the repeated experiments and analysis by the present inventors, it has been found that the size control of the black carbon nanotubes is a variable in the arrangement of the cations generated in the deposition process.

즉, 증착시 양이온들의 균일한 배열을 유도하여 박막 내 결정질의 분율을 높이는 방법으로 흑연상 탄소 나노 점을 키울 수 있다.That is, it is possible to grow black carbon nanotubes by inducing a uniform arrangement of the cations during the deposition to increase the crystalline fraction in the thin film.

또 다른 변수는 증착시 발생시킨 이온과 모재 표면에 주어지는 에너지가 된다.Another variable is the energy generated on the surface of the base material and ions generated during deposition.

즉, 증착시 발생 된 이온 및 모재 표면에 높은 에너지를 유발시키면, 비정질 탄소 매트릭스에 탄소(carbon) 핵 생성 --> 핵 성장 --> 흑연상 탄소 나노 점(graphitic nano dot)형성 과정이 일어난다. That is, when a high energy is generated on the surface of the ion and the base material generated during the deposition, carbon nucleation -> nucleation -> graphitic nano dot formation occurs in the amorphous carbon matrix.

흑연상 탄소 나노 점은 일종의 결정질로, 결정의 성장은 원자(및 이온)의 이동도 및 증착 시간(에너지 공급 시간)과 밀접한 관련이 있으며, 에너지 공급에 따라 나타나는 요인으로 증착 온도가 가장 큰 변수가 된다. Black carbon nanotubes are a kind of crystalline material. Crystal growth is closely related to the mobility of atoms (and ions) and the deposition time (energy supply time). do.

따라서 공정 온도 및 공정 시간 제어에 따라 흑연상 탄소 나노 점의 밀도(분율)에 차이가 있을 수 있다. 즉, 흑연상 탄소 나노 점의 크기 제어에서 가장 중요한 부분은 온도이며, 200 내지 1000℃, 바람직하게는 300~600℃가 된다. Therefore, there may be differences in density (fraction) of black carbon nanotubes depending on process temperature and process time control. That is, the most important part in controlling the size of the black carbon nanotubes is the temperature, which is 200 to 1000 ° C, preferably 300 to 600 ° C.

한편, 흑연상 탄소 나노 점 크기에 있어 또 다른 주요 변수로 박막 두께를 들 수 있다. 결정립은 성장과정에서 넓게 평면으로 퍼지는 것보다 표면적이 좁아지는 방향(원형 혹은 구형)으로 나타나는 성향이 있어 박막의 두께는 흑연상 탄소 나노 점의 크기 한계에 영향을 미치는 것으로 예측된다. On the other hand, the thickness of the thin film is another important parameter of the black carbon nanotube size. The crystal grains tend to appear in the direction of narrowing the surface area (circular or spherical) rather than spreading widely in the growth process, and the thickness of the thin film is predicted to affect the size limit of the carbon nanotubes.

따라서 박막의 두께가 흑연상 탄소 나노 점의 크기와 박막의 두께는 비슷하거나 다소 얇게 하는 것이 흑연상 탄소 나노 점의 크기를 키우는 데 유리하다. Therefore, it is advantageous to increase the size of the black carbon nanotubes by making the thickness of the thin film equal to or slightly thinner than that of the black carbon nanotubes.

결론적으로, 증착 온도와 박막 두께를 제어하여 흑연상 탄소 나노 점의 크기와 분포를 제어할 수 있다.
As a result, the size and distribution of black carbon nanotubes can be controlled by controlling the deposition temperature and thin film thickness.

본 발명의 탄소 나노점은 연료전지분리판, 태양전지, LED, OLED 및 의료용 시약 등에 다양하게 사용될 수 있다.
The carbon nano-dots of the present invention can be used variously in fuel cell separators, solar cells, LEDs, OLEDs, and medical reagents.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is capable of many modifications and variations within the scope of the appended claims. It is self-evident.

100: 모재 기판
200: 이온 건
210: 애노드
220: 캐소드
300, 400: 히터100: base material substrate
200: ion gun
210: anode
220: cathode
300, 400: heater

Claims (9)

진공 챔버 안에 모재 기판을 장입하고,
진공 챔버 내부를 진공화하고 가열하며,
탄소 나노 점의 원료가 되는 탄화수소 가스와 비활성 가스를 진공 챔버 내에 넣고, 플라즈마를 생성하여 모재 기판 표면에 나노 사이즈 두께로 비정질 탄소 매트릭스에 흑연 상 탄소 나노점을 다수 포함하여 전체적으로 전도성을 갖는 코팅층을 형성하며,
상기 흑연상 탄소 나노 점들의 크기 및 분포를 제어함으로써 전체 박막이 전도성을 갖게 하며, 상기 흑연상 탄소 나노 점들의 크기는 코팅층의 증착 온도, 코팅층의 두께 또는 코팅층의 증착 온도 및 코팅층의 두께를 제어하여 제어되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노점의 제조방법.The base substrate is charged into the vacuum chamber,
The inside of the vacuum chamber is evacuated and heated,
A hydrocarbon gas and an inert gas which are raw materials of carbon nano dots are placed in a vacuum chamber and a plasma is generated to form a coating layer having overall conductivity by including a plurality of graphitic carbon nano dots in an amorphous carbon matrix with a nano- In addition,
By controlling the size and distribution of the black sponge-like carbon nano-dots, the entire thin film has conductivity, and the size of the black sponge-like carbon nano dots is controlled by controlling the deposition temperature of the coating layer, the thickness of the coating layer, Wherein the carbon nanotubes are controlled in a controlled manner. 제1항에 있어서, 상기 모재 기판은 금속, 합금, 세라믹 또는 유리인 것을 특징으로 하는 탄소 나노점의 제조방법.The method of claim 1, wherein the base substrate is a metal, an alloy, a ceramic, or a glass. 제2항에 있어서, 챔버 내 공정 온도를 200 내지 1000℃로 하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노점의 제조방법.The method for producing a carbon nano-spot according to claim 2, wherein the process temperature in the chamber is 200 to 1000 占 폚. 제3항에 있어서, 챔버 내 공정 압력을 10-2 내지 10-6 Torr로 하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노점의 제조방법.The method for producing a carbon nano-spot according to claim 3, wherein the process pressure in the chamber is set to 10 -2 to 10 -6 Torr. 제4항에 있어서, 플라즈마 생성 수단으로 이온 건을 사용하고, 상기 이온 건에는 이온 건 가열용 히터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 탄소 나노점의 제조방법.The method for producing a carbon nano-spot according to claim 4, wherein an ion gun is used as the plasma generating means, and the ion gun further comprises a heater for heating the ion gun. 제1항에 있어서, 상기 코팅층의 두께는 1 내지 50nm인 것을 특징으로 하는 탄소 나노점의 제조방법.






The method of claim 1, wherein the thickness of the coating layer is 1 to 50 nm.






삭제delete 제1항에 있어서, 상기 코팅층의 두께를 흑연상 탄소 나노 점의 크기와 같거나 얇게 하여 흑연상 탄소 나노 점의 크기를 키우는 것을 특징으로 하는 탄소 나노점의 제조방법.




The method of claim 1, wherein the thickness of the coating layer is equal to or thinner than the size of the graphite carbon nanotubes to increase the size of the graphite carbon nanotubes.




삭제delete
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