KR101439788B1 - 전기화학적 방법을 이용한 3차원 탄소나노튜브 네트워크 기반의 금속 또는 산화금속 나노구조체 - Google Patents

전기화학적 방법을 이용한 3차원 탄소나노튜브 네트워크 기반의 금속 또는 산화금속 나노구조체 Download PDF

Info

Publication number
KR101439788B1
KR101439788B1 KR1020130099935A KR20130099935A KR101439788B1 KR 101439788 B1 KR101439788 B1 KR 101439788B1 KR 1020130099935 A KR1020130099935 A KR 1020130099935A KR 20130099935 A KR20130099935 A KR 20130099935A KR 101439788 B1 KR101439788 B1 KR 101439788B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
metal oxide
coating
dimensional network
silicon
Prior art date
Application number
KR1020130099935A
Other languages
English (en)
Inventor
박준원
이해원
조석진
이문근
조용덕
서정은
Original Assignee
주식회사 포스코
포항공과대학교 산학협력단
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코, 포항공과대학교 산학협력단, 한양대학교 산학협력단 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020130099935A priority Critical patent/KR101439788B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101439788B1 publication Critical patent/KR101439788B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0095—Manufacture or treatments or nanostructures not provided for in groups B82B3/0009 - B82B3/009
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/84—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/85—Chromium, molybdenum or tungsten
    • B01J23/88—Molybdenum
    • B01J23/881—Molybdenum and iron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 실리콘 기판의 일면에 실리콘 필러(pillar)구조를 형성하는 단계; 상기 실리콘 필러구조가 형성된 실리콘 기판을 촉매 용액에 침지시키는 단계; 상기 침지시킨 실리콘 기판에 탄소소스 기체를 공급하여 상기 실리콘 필러 사이에 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 형성하는 단계; 상기 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 코팅하는 단계; 및 상기 코팅 후 금속 또는 산화금속을 전기화학 증착하는 단계를 포함하는 금속 또는 산화금속 나노구조체 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 전기화학방법으로 증착하여 표면적이 넓고 계층구조를 갖는 3차원 탄소나노튜브 네트워크 기반의 금속 또는 산화금속 나노 구조체를 제공할 수 있다.

Description

전기화학적 방법을 이용한 3차원 탄소나노튜브 네트워크 기반의 금속 또는 산화금속 나노구조체{Fabrication of three dimensional network of carbon nanotubes oriented metal or metal oxide nano-structures by electrochemical method}
본 발명은 전기화학적 방법을 이용한 3차원 탄소나노튜브 네트워크 기반의 금속 또는 산화금속 나노 구조체에 관한 것으로, 보다 구체적으로 전기화학 증착법을 이용하여 표면적이 넓고 응용성이 높은 나노구조체를 제조하는 것이다.
태양전지(Solar Cell), LED, OLED 등의 소자의 전극에 사용되는 기판의 경우, 3차원 금속 기판을 이용하면 2차원 평면기판보다 넓은 표면적을 제공한다. 이에 따라 단위 면적당 구현되는 소자의 효율이 증가하여 고효율 소자를 만들 수 있다.
또한 바이오센서(Biosensor)에 사용되는 기판의 경우, 기판의 표면에 증착된 금속에 접촉하는 센싱 타겟(sensing target) 물질이 반응하여 감지 신호(sensing signal)가 발생이 되는데, 3차원 금속 기판을 이용하면 평면 기판보다 넓은 표면적으로 인하여 더 큰 감지 신호를 발생시킬 수 있으므로, 민감한 센서(sensor)를 제조하는데 유리하다.
에너지 저장소자로 쓰이는 산화금속 물질들 역시 3차원 산화금속 기판을 이용하게 되면 기존의 평면기판보다 화학 반응을 할 수 있는 면적이 크게 증가하기 때문에 더 큰 에너지 저장량을 가진다. 따라서 최근 이러한 금속 또는 산화금속 나노구조체에 대한 요구가 커지고 있다.
본 발명은 전기화학방법으로 증착하여 표면적이 넓고 계층구조를 갖는 3차원 탄소나노튜브 네트워크 기반의 금속 또는 산화금속 나노 구조체를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 고가의 장비를 요구하지 않고, 공정시간이 짧은 나노 구조체 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 액상에서 증착을 수행하여 다양한 나노 구조체를 제조하고자 한다.
본 발명은 실리콘 기판의 일면에 실리콘 필러(pillar)구조를 형성하는 단계; 상기 실리콘 필러구조가 형성된 실리콘 기판을 촉매 용액에 침지시키는 단계; 상기 침지시킨 실리콘 기판에 탄소소스 기체를 공급하여 상기 실리콘 필러 사이에 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 형성하는 단계; 상기 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 코팅하는 단계; 및 상기 코팅 후 금속 또는 산화금속을 전기화학 증착하는 단계를 포함하는 금속 또는 산화금속 나노구조체 제조방법에 관한 것이다.
상기 촉매는 Fe-Mo 촉매일 수 있다.
또한, 상기 탄소소스 기체는 메탄, 에틸렌, 아세틸렌, 벤젠, 헥산, 에탄올, 메탄올 및 프로판올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 코팅은 백금, 구리 및 크롬으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상에 의해 코팅될 수 있다.
상기 코팅은 이온 스퍼터 또는 원자층 증착법으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 코팅은 10 내지 20mA로 100 내지 200초간 수행되는 것이 바람직하다.
상기 전기화학 증착은 정전압 및 정전류 장치, 펄스 장치 및 순환전압 장치로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나에 의해 수행될 수 있다.
상기 전기화학 증착은 상온에서 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전기화학 증착은 0.01 내지 0.2M 농도의 용액에서 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전기화학 증착은 pH 4 내지 8 에서 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전기화학 증착은 전류밀도 2∼4mA/cm2에서 2 내지 4분 수행되는 것이 바람직하다.
한편 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 금속 또는 산화금속 나노구조체를 제공한다. 또한, 상기 금속 또는 산화금속 나노구조체를 포함하는 전자소자 또는 센서소자를 제공한다.
본 발명에 따르면 전기화학방법으로 증착하여 표면적이 넓고 계층구조를 갖는 3차원 탄소나노튜브 네트워크 기반의 금속 또는 산화금속 나노 구조체를 제공할 수 있다.
또한 고가의 장비를 요구하지 않고, 공정시간이 짧은 나노 구조체 제조방법을 제공할 수 있다.
또한 액상에서 증착을 수행하여 다양한 나노 구조체를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의해 탄소나노튜브 3차원 네트워크 구조를 전기화학적으로 증착하는 방법을 개략적으로 나타낸 그림이다
도 2는 실시예 1의 실리콘 필러 사이에 형성된 탄소나노튜브 3차원 네트워크 구조를 전자주사현미경으로 위에서 촬영한 사진이다.
도 3은 실시예 1의 실리콘 필러 사이에 형성된 탄소나노튜브 3차원 네트워크 구조를 전자주사현미경으로 촬영한 사진으로서, 20만 배율로 촬영한 사진이다.
도 4는 실시예 1의 실리콘 필러 사이에 형성된 탄소나노튜브 3차원 네트워크 구조를 전자주사현미경으로 촬영한 사진으로서, 100만 배율로 촬영한 사진이다.
도 5는 실시예 1의 실리콘 필러 사이에 형성된 탄소나노튜브 3차원 네트워크 구조 및 비교예 1의 실리콘 필러 사이에 형성된 탄소나노튜브 3차원 네트워크 구조를 전자주사현미경으로 촬영한 사진으로서, (a)는 실시예 1을 나타내고, (b)는 비교예 1을 나타낸다.
도 6은 실시예 1의 나노구조체를 전자주사현미경으로 촬영한 사진이다.
도 7은 비교예 1의 나노구조체를 전자주사현미경으로 촬영한 사진이다.
도 8은 비교예 2의 나노구조체를 전자주사현미경으로 촬영한 사진이다.
도 9은 실시예 1의 나노구조체를 X-선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy)으로 분석한 데이터이다.
도 10은 실시예 1의 탄소나노튜브 3차원 네트워크 구조 및 나노구조체를 라만분광법(Raman Spectroscopy)으로 분석한 데이터이다.
본 발명은 실리콘 기판의 일면에 실리콘 필러(pillar)구조를 형성하는 단계; 상기 실리콘 필러구조가 형성된 실리콘 기판을 촉매 용액에 침지시키는 단계; 상기 침지시킨 실리콘 기판에 탄소소스 기체를 공급하여 상기 실리콘 필러 사이에 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 형성하는 단계; 상기 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 코팅하는 단계; 및 상기 코팅 후 전기화학 증착하는 단계를 포함하는 금속 또는 산화금속 나노구조체 제조방법에 관한 것이다.
먼저 실리콘 기판의 일면에 실리콘 필러(pillar)구조를 형성한다. 실리콘 기판의 일면에 실리콘 필러를 형성하는 방법은 당업계에서 통상적으로 사용하는 방법인 한 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 전해화학 에칭(electrochemical etching), 포토리소그래피 또는 직접합성법에 의할 수 있다.
다음으로 상기 실리콘 필러구조가 형성된 실리콘 기판을 촉매 용액에 침지시킨다. 상기 침지에 의해 상기 실리콘 기판 표면에 촉매가 균일하게 흡착된다.
상기 촉매는 통상적으로 사용되는 촉매라면 특별히 제한하지 않으나, Fe-Mo 촉매를 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 침지시킨 실리콘 기판에 탄소소스 기체를 공급하여 상기 실리콘 필러 사이에 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 형성한다. 상기 탄소나노튜브는 표면적이 넓고, 계층구조를 가져, 단위면적당 높은 에너지 저장량을 갖는다. 이에 따라 상기 탄소나노튜브를 포함하는 소자의 단위 면적당 구현되는 효율이 증가하여 고효율 소자를 만들 수 있다
또한, 상기 탄소소스 기체는 메탄, 에틸렌, 아세틸렌, 벤젠, 헥산, 에탄올, 메탄올 및 프로판올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
다음으로 상기 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 코팅한다. 상기 코팅을 통해 탄소나노튜브 3차원 네트워크 구조의 전체적인 전기전도성을 고르게 할 수 있다. 상기 코팅을 하지 않을 경우, 증착 단계에서 전류가 상부에만 국한되어 흐르게 되어 편향된 증착이 되지만, 상기 코팅한 경우에는 전류가 균일하게 흐르게 되어 균일한 구조체 제작이 가능하게 된다.
상기 탄소나노튜브 3차원 네트워크의 코팅은 백금, 구리 및 크롬으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용하여 수행할 수 있다.
또한, 상기 코팅은 통상적으로 사용되는 방법이라면 특별히 한정하지 않으나, 이온 스퍼터 또는 원자층 증착법으로 수행될 수 있다. 상기 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 코팅하지 않고 전기화학 증착할 경우, 전류가 고르게 흐르지 못하여 편파적으로 증착되는 문제점이 있다.
또한, 상기 코팅은 10 내지 20mA로 100 내지 200초간 수행되는 것이 바람직하다. 상기 범위 미만일 경우 전도체가 충분히 제공되지 않아 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 충분히 코팅할 수 없고, 상기 범위 초과일 경우 불필요하게 과도한 코팅이 진행되어, 표면이 불균일하게 되는 문제점이 있다.
상기 코팅 후 금속 또는 산화금속을 전기화학 증착하여, 금속 또는 산화금속 나노구조체를 제조한다. 도 1은 본 발명에 의해 3차원 탄소나노튜브 구조를 전기화학적으로 증착하는 방법을 개략적으로 나타낸 그림이다. 도 1에 있어서, 작업전극(20)(Working Electrode)은 실제로 반응이 일어나는 부분이고, 상대전극(30)(Counter Electrode)은 작업전극으로부터 전자의 흐름이 연결되는 부분이다. 일반적으로 상대전극(30)은 화학적 반응이 잘 일어나지 않는 백금 전극을 사용하나 이에 한정하는 것은 아니다. 또한 기준전극(10)(Reference Electrode)은 정해진 표준전위를 기반으로 하여 다른 전극의 전위를 알수 있는 기준의 역할을 한다.
넓은 면적을 가지고 있으며, 계층구조를 가지고 있는 탄소나노튜브 3차원 구조에 상기 금속 또는 산화금속을 얇고 고르게 증착을 하여 산화환원반응을 이용한 전기화학적 성질이나 표면라만분광법 같은 광학적 성질을 최대화 하는 동시에 많은 양을 증착할 수 있다.
상기 전기화학 증착에 사용되는 상기 금속은 은, 금, 구리 등일 수 있고, 산화금속은 코발트, 망간, 니켈 등과 같은 금속의 산화물일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 금속 또는 산화금속은 작은 입자의 형태이거나 박막의 형태일 때 산화환원반응을 이용한 전기화학적 성질이나 표면라만분광법 같은 광학적 성질이 가장 잘 나타난다.
일반적으로 증착하는 방법으로는 원자층증착법(ALD), 기상화학증착법(CVD), 전기화학 증착법(ECD)이 있다. 이 중 상기 전기화학 증착법(ECD)은 원자층증착법이나 기상화학증착법 같이 진공장비나 고온의 상태를 요구하지 않고, 액상으로 다양한 물질을 사용할 수 있어, 보다 바람직하다.
상기 전기화학 증착은 통상적으로 사용되는 방법이라면 특별히 한정하지 않으나, 정전압 및 정전류 장치, 펄스 장치, 순환전압 장치로 수행될 수 있다.
또한, 상기 전기화학 증착은 상온에서 수행되는 것이 바람직하다. 용액의 온도가 너무 낮으면 이온의 활동성이 낮아 수월한 증착이 어렵고, 온도가 너무 높으면 수용액의 기화현상에 의해 증착의 어려움이 생긴다.
또한, 상기 전기화학 증착은 0.01 내지 0.2M 농도의 용액에서 수행되는 것이 바람직하다. 0.01M 미만일 경우 이온 수가 충분하지 않아 증착시 이온공급이 제대로 이루어지지 않아 균일한 증착이 어렵고, 0.2M 초과일 경우 이온 수가 과도하게 많아 빠른 증착이 일어나며 표면이 균일하지 않은 문제점이 있다.
또한, 상기 전기화학 증착은 pH 4 내지 8 에서 수행되는 것이 바람직하다. pH가 4 미만이 되면 산이온에 의한 구조가 무너지는 현상이 발생 할 수 있으며, pH가 8 보다 높게 되면 과도한 알칼리 이온들에 의해서 역반응이 일어나는 경우가 생길수 있다.
또한, 상기 전기화학 증착은 전류밀도 2 내지 4mA/cm2에서 2 내지 4분 수행되는 것이 바람직하다. 상기 범위 미만일 경우 시간에 따른 증착되는 양의 효율이 떨어지고, 상기 범위 초과일 경우 증착에서 소모되는 이온의 속도가 너무 빠르기 때문에 박리현상등이 발생이 되며 이온 확산이 충분히 이루어 지지 않아 증착이 제대로 이루어 지지 않을수 있다.
한편 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 금속 또는 산화금속 나노구조체를 제공한다. 또한, 상기 금속 또는 산화금속 나노구조체를 포함하는 전자소자 또는 센서소자를 제공한다.
또한 상기 금속 또는 산화금속 나노구조체는 전자소자, 태양전지, 바이오센서, 슈퍼캐패시터 등의 전극으로 사용될수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
탄소나노튜브 3차원 네트워크 합성
먼저 실리콘 기판의 일면에 포토리소그라피 공정을 거쳐 실리콘 필러구조를 형성하고 피라나 용액으로 클리닝 하였다. 철과 몰리브데늄의 이촉매(Bicatalyst) 용액에 한 시간 정도 담근 후 에탄올에 10분간 침지시켰다.
700℃의 열화학증착기(Thermal-CVD)에서 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 합성하였다. 700℃의 온도에서는 다중벽 탄소나노튜브(multiwall CNT)가 주로 생성이 되나 단일벽 탄소나노튜브 역시 동시에 생성이 된다. 본 발명에서 사용되는 탄소나노튜브는 반도체성이나 금속성에 대한 제한이 없으므로 이에 대한 특별한 처리나 분리 과정이 필요 없다.
상기 실리콘 필러 사이에 형성된 탄소나노튜브 3차원 네트워크 구조를 전자주사현미경으로 촬영하여 도 2 내지 도 4 및 도 5의 (a)에 나타내었다.
라만분광법(Raman Spectroscopy)을 통해서 탄소나노튜브의 결정성(G band)과 결함 정도(D band)를 확인하였고, 이를 도 10에 나타내었다. 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 단일벽 탄소나노튜브의 경우 튜브의 직경(RBM - Radial Breathing Mode: SWCNT)에서만 나타나는 독특한 피크를 확인할 수 있었다.
탄소나노튜브 3차원 네트워크 기반의 산화금속 구조체 합성
탄소나노튜브 3차원 네트워크를 기반의 산화금속 구조체를 제작하였다. 먼저 이온 스퍼터기를 이용하여 백금 입자를 코팅하였다. 상기 백금 입자로 코팅한 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 산화망간으로 전기화학 증착하여 탄소나노튜브 3차원 네트워크 기반의 산화금속 구조체를 형성하였다. 전기화학 증착시 2mA/cm2의 전류밀도로 증착을 하였다.
상기 형성된 탄소나노튜브 3차원 네트워크 기반의 산화금속 나노구조체를 전자주사현미경으로 촬영하였고, 이를 도 6에 나타냈다.
또한 상기 탄소나노튜브 3차원 네트워크 및 상기 산화금속 나노구조체를 X-선 광전자 분광법 및 라만분광법으로 분석하였고, 이를 각각 도 9 및 도 10에 나타내었다.
도 9에 나타난 바와 같이, 상기 산화금속 나노구조체를 X-선 광전자 분광법으로 분석하였고, 이에 대한 결과는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
전류인가/비인가 Mn 2p 3/2 (CPS) O 1s (CPS) Mn피크의 높이/O피크의 높이
Mn2O3 - - 1.15
1 5 / 30sec 36947.4 35753.9 1.03
2 1 / 30 sec 36240.4 35664.2 1.01
3 1 / 60 sec 37576.5 37612.8 0.99
MnO2 - - 0.95
전류를 인가하는 간격을 조절함으로써 특정한 산화수에 가까운 물질을 얻을 수 있다. 산화망간은 산화수와 캐패시터의 성능과 관련이 있고, 펄스 조절을 통해 간접적으로 산화수를 조절함으로써 캐패시터의 성능을 늘릴 수 있다.
비교예 1
이온 스퍼터로 코팅하지 않고 산화망간을 전기화학 증착한 단계를 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 산화금속 나노구조체를 제조하였다.
비교예 1에 의해 상기 실리콘 필러 사이에 형성된 탄소나노튜브 3차원 네트워크 구조를 전자주사현미경으로 촬영하여 도 5의 (b)에 나타내었다. 도 5의 (b)에 나타난 바와 같이 비교예 1은 탄소나노튜브끼리 뭉치는 현상이 나타났다.
또한 도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 비교예 1의 전자주사현미경 사진을 비교할 때, 실시예 1은 전류가 균일하게 흐르게 되어서 균일한 구조체 제작이 가능하지만, 비교예 1은 전류가 상부에만 국한되어 흐르게 되어 편향된 증착이 이루어짐을 확인할 수 있었다.
비교예 2
전기화학 증착시 5mA/cm2의 전기밀도로 증착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 산화금속 나노구조체를 제조하였다. 상기 산화금속 나노구조체를 전자주사현미경으로 촬영하였고 이는 도 8에 나타내었다. 도 8에 나타난 바와 같이 전류밀도가 너무 높을 경우 상부만 편파적으로 증착됨을 알 수 있었다.
10: 기준전극
20: 작업전극
30: 상대전극
40: 마개
50: 비커
60: 탄소나노튜브 3차원 네트워크
70: 정전압 또는 정전류 장치

Claims (13)

  1. 실리콘 기판의 일면에 실리콘 필러(pillar)구조를 형성하는 단계;
    상기 실리콘 필러구조가 형성된 실리콘 기판을 촉매 용액에 침지시키는 단계;
    상기 침지시킨 실리콘 기판에 탄소소스 기체를 공급하여 상기 실리콘 필러 사이에 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 형성하는 단계;
    상기 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 코팅하는 단계; 및
    상기 코팅 후 금속 또는 산화금속을 전기화학 증착하는 단계를 포함하는 금속 또는 산화금속 나노구조체 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 촉매는 Fe-Mo 촉매인 금속 또는 산화금속 나노구조체 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 탄소소스 기체는 메탄, 에틸렌, 아세틸렌, 벤젠, 헥산, 에탄올, 메탄올 및 프로판올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상인 금속 또는 산화금속 나노구조체 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 코팅은 백금, 구리 및 크롬으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상에 의해 코팅되는 것인 금속 또는 산화금속 나노구조체 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 코팅은 이온 스퍼터 또는 원자층 증착법으로 수행되는 것인 금속 또는 산화금속 나노구조체 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 코팅은 10 내지 20mA로 100 내지 200초간 수행되는 금속 또는 산화금속 나노구조체 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 전기화학 증착은 정전압 및 정전류 장치, 펄스 장치 및 순환전압 장치로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나에 의해 수행되는 금속 또는 산화금속 나노구조체 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 전기화학 증착은 상온에서 수행되는 금속 또는 산화금속 나노구조체 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 전기화학 증착은 0.01 내지 0.2M 농도의 용액에서 수행되는 금속 또는 산화금속 나노구조체 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 전기화학 증착은 pH 4 내지 8 에서 수행되는 금속 또는 산화금속 나노구조체 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 전기화학 증착은 전류밀도 2∼4mA/cm2에서 2 내지 4분 수행되는 금속 또는 산화금속 나노구조체 제조방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 의해 제조된 금속 또는 산화금속 나노구조체.
  13. 제 12항의 금속 또는 산화금속 나노구조체를 포함하는 전자소자 또는 센서소자.
KR1020130099935A 2013-08-22 2013-08-22 전기화학적 방법을 이용한 3차원 탄소나노튜브 네트워크 기반의 금속 또는 산화금속 나노구조체 KR101439788B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130099935A KR101439788B1 (ko) 2013-08-22 2013-08-22 전기화학적 방법을 이용한 3차원 탄소나노튜브 네트워크 기반의 금속 또는 산화금속 나노구조체

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130099935A KR101439788B1 (ko) 2013-08-22 2013-08-22 전기화학적 방법을 이용한 3차원 탄소나노튜브 네트워크 기반의 금속 또는 산화금속 나노구조체

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101439788B1 true KR101439788B1 (ko) 2014-09-15

Family

ID=51759942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130099935A KR101439788B1 (ko) 2013-08-22 2013-08-22 전기화학적 방법을 이용한 3차원 탄소나노튜브 네트워크 기반의 금속 또는 산화금속 나노구조체

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101439788B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160078569A (ko) 2014-12-24 2016-07-05 포항공과대학교 산학협력단 유도성장을 이용한 나노선 어레이 제조방법
KR101701917B1 (ko) * 2015-09-21 2017-02-02 한국과학기술연구원 가스센서의 제조방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006115453A1 (en) 2005-04-25 2006-11-02 Smoltek Ab Controlled growth of a nanostructure on a substrate, and electron emission devices based on the same
KR20090132488A (ko) * 2008-06-19 2009-12-30 한양대학교 산학협력단 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 포함하는 유무기 복합체, 그 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전자소자
KR101274522B1 (ko) 2010-11-30 2013-06-13 한양대학교 산학협력단 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 이용한 미세유체 필터 및 그 제조 방법
KR101293123B1 (ko) 2010-11-30 2013-08-12 한양대학교 산학협력단 고강도 탄소나노튜브 3차원 네트워크의 제조 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006115453A1 (en) 2005-04-25 2006-11-02 Smoltek Ab Controlled growth of a nanostructure on a substrate, and electron emission devices based on the same
KR20090132488A (ko) * 2008-06-19 2009-12-30 한양대학교 산학협력단 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 포함하는 유무기 복합체, 그 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전자소자
KR101274522B1 (ko) 2010-11-30 2013-06-13 한양대학교 산학협력단 탄소나노튜브 3차원 네트워크를 이용한 미세유체 필터 및 그 제조 방법
KR101293123B1 (ko) 2010-11-30 2013-08-12 한양대학교 산학협력단 고강도 탄소나노튜브 3차원 네트워크의 제조 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160078569A (ko) 2014-12-24 2016-07-05 포항공과대학교 산학협력단 유도성장을 이용한 나노선 어레이 제조방법
KR101686716B1 (ko) 2014-12-24 2016-12-29 포항공과대학교 산학협력단 유도성장을 이용한 나노선 어레이 제조방법
US9564318B2 (en) 2014-12-24 2017-02-07 Postech Academy-Industry Foundation Method of manufacturing nanowire array using induced growth
KR101701917B1 (ko) * 2015-09-21 2017-02-02 한국과학기술연구원 가스센서의 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107235472B (zh) 氮掺杂多孔垂直石墨烯纳米墙阵列及其制备方法与应用
Vikraman et al. Engineering MoSe2/WS2 hybrids to replace the scarce platinum electrode for hydrogen evolution reactions and dye-sensitized solar cells
Zhang et al. Encased copper boosts the electrocatalytic activity of N-doped carbon nanotubes for hydrogen evolution
Dasgupta et al. Recent advances in atomic layer deposition
Fan et al. WC nanocrystals grown on vertically aligned carbon nanotubes: an efficient and stable electrocatalyst for hydrogen evolution reaction
Tao et al. Plasma-engineered MoS 2 thin-film as an efficient electrocatalyst for hydrogen evolution reaction
US8699207B2 (en) Electrodes synthesized from carbon nanostructures coated with a smooth and conformal metal adlayer
US9150968B2 (en) Platinum-based electrocatalysts synthesized by depositing contiguous adlayers on carbon nanostructures
Zhuang et al. Electrochemical properties and applications of nanocrystalline, microcrystalline, and epitaxial cubic silicon carbide films
Muthurasu et al. Integration of cobalt metal–organic frameworks into an interpenetrated prussian blue analogue to derive dual metal–organic framework-assisted cobalt iron derivatives for enhancing electrochemical total water splitting
US9177745B2 (en) Organic/inorganic composite comprising three-dimensional carbon nanotube networks, method for preparing the organic/inorganic composite and electronic device using the organic/inorganic composite
Ng et al. Atomic layer deposition of SnO2-coated anodic one-dimensional TiO2 nanotube layers for low concentration NO2 sensing
Hai et al. TiO2 nanoparticles-functionalized two-dimensional WO3 for high-performance supercapacitors developed by facile two-step ALD process
WO2007052861A1 (en) Metal oxide supercapacitor having metal oxide electrode coated onto the titanium dioxide ultrafine and its fabrication method
Kulkarni et al. Catalytic efficiency of LDH@ carbonaceous hybrid nanocomposites towards water splitting mechanism: Impact of plasma and its significance on HER and OER activity
Ehsan et al. Hierarchical growth of CoO nanoflower thin films influencing the electrocatalytic oxygen evolution reaction
CN110462773A (zh) 具有硅纳米结构的片上超级电容器
Abraham et al. Electrocatalytic performance of palladium dendrites deposited on titania nanotubes for formic acid oxidation
WO2018162580A2 (en) Deposited carbon film on etched silicon for on-chip supercapacitor
Janáky et al. On the substantially improved photoelectrochemical properties of nanoporous WO 3 through surface decoration with RuO 2
Pastukhova et al. Atomic layer deposition for the photoelectrochemical applications
Liu et al. Facile preparation of amorphous Fe–Co–Ni hydroxide arrays: A highly efficient integrated electrode for water oxidation
US20130122646A1 (en) Dye-sensitized solar cell using nitrogen doped carbon-nano-tube and method for manufacturing the same
Wu et al. Highly dispersed MoO2 nanoparticles confined in N-doped porous carbon nanosheets for efficient hydrogen evolution in alkaline media
Gan et al. Integrated Co4MnFe3/Ti3C2: componential and structural engineering toward boosting electrocatalytic oxygen evolution

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170905

Year of fee payment: 4