KR101819707B1 - Device for manufacturing carbon nanotube aggregate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소 나노튜브 집합체 제조장치를 제안한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브 집합체 제조장치는 탄소 나노튜브 집합체의 합성이 이루어지는 공간을 구비한 합성로; 합성로 내부로 액상의 탄소 나노튜브 집합체 원료를 공급하는 원료 공급부; 합성로 내부로 이송 가스를 공급하는 가스 공급부; 일단부에 원료 공급부 및 가스 공급부가 연결되고, 하단부에 합성로가 연결되는 원료주입관; 및 합성로의 내부 공간을 가열하는 가열수단을 포함하고, 원료주입관은 곡선형으로 형성되고, 적어도 하나 이상의 변곡점을 포함한다.The present invention proposes an apparatus for producing a carbon nanotube aggregate. The apparatus for manufacturing a carbon nanotube aggregate according to an embodiment of the present invention includes: a synthesis furnace having a space for synthesizing a carbon nanotube aggregate; A raw material supply part for supplying the liquid carbon nanotube aggregate raw material into the synthesis furnace; A gas supply unit for supplying a transfer gas into the synthesis furnace; A raw material injection pipe to which a raw material supply unit and a gas supply unit are connected to one end and a synthetic furnace is connected to a lower end; And heating means for heating an internal space of the synthesis furnace, wherein the raw material injection pipe is formed in a curved shape and includes at least one inflection point.

Description

탄소 나노튜브 집합체 제조장치{DEVICE FOR MANUFACTURING CARBON NANOTUBE AGGREGATE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a device for manufacturing a carbon nanotube aggregate,

본 발명은 탄소 나노튜브 집합체 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing a carbon nanotube aggregate.

탄소 나노튜브 집합체는 탄소나노튜브가 모여서 이루어진 것을 일컫는 것으로서, 섬유와 필름 등의 형태로 존재한다. 또한 탄소나노튜브 집합체의 제조는 탄소 나노튜브에 고분자를 혼합하여 복합체로 만드는 것과 순수하게 탄소 나노튜브 만으로 제조되는 것이 있다. The carbon nanotube aggregate refers to aggregates of carbon nanotubes, and exists in the form of fibers and films. Also, the preparation of carbon nanotube aggregates is made by mixing polymers with carbon nanotubes to form a composite, and pure carbon nanotubes alone.

전자의 경우는 기지 물질인 고분자를 용매 또는 열로 녹인 후에 입자형태의 탄소 나노튜브와 혼합하여 복합재료로 제조하는 것으로서, 탄소 나노튜브의 분산기술이 핵심기술이다.In the case of the former, the polymer is dissolved in a solvent or heat and then mixed with the carbon nanotubes in the form of particles to prepare a composite material. The carbon nanotube dispersion technique is a key technology.

후자의 경우는 망상구조를 갖는 탄소 나노튜브를 합성하는 방법을 일컫는 것으로서, 기판 위에 탄소 나노튜브를 합성한 후에 집합체를 형성하는 것과 기판없이 집합체를 형성하는 방법들이 있다. 기판을 사용하는 방법은 불연속 공정이므로 생산비가 높으며, 기판을 사용하지 않는 직접방사법은 연속적으로 탄소 나노튜브 집합체를 형성하므로 생산비가 낮다.The latter method refers to a method of synthesizing carbon nanotubes having a network structure. There are methods of forming an aggregate after synthesizing carbon nanotubes on a substrate and forming aggregates without a substrate. Since the method of using the substrate is a discontinuous process, the production cost is high, and the direct spinning method without using a substrate forms a continuous carbon nanotube aggregate, resulting in a low production cost.

한편, 이와 관련하여 대한민국등록특허 제10-1415078호(발명의 명칭: 탄소 나노튜브 섬유제조장치)에서는, 내측으로 탄소 나노튜브 섬유의 합성이 이루어지는 공간을 제공하는 합성로; 합성로 내부로 액상의 탄소 나노튜브 섬유 원료를 공급하는 원료 공급부; 합성로 내부로 이송 가스를 공급하는 가스 공급부; 관 형상으로서 상기 합성로의 내측 상단에 배치되고 공급되는 섬유 원료가 내주면을 타고 흐르는 보조 합성로; 원료 공급부에 의해 공급되는 섬유 원료를 보조 합성로의 내벽에 대하여 분사하는 노즐; 합성로 외주를 따라 배치되는 히터를 포함하는 구성을 개시하고 있다.On the other hand, Korean Patent Registration No. 10-1415078 (entitled "Carbon Nanotube Fiber Production Apparatus") relates to a synthetic furnace that provides a space in which carbon nanotube fibers are synthesized inside; A raw material supply part for supplying the liquid carbon nanotube fiber raw material into the inside of the synthesis furnace; A gas supply unit for supplying a transfer gas into the synthesis furnace; A secondary synthetic furnace disposed at an inner upper end of the synthesis furnace in a tubular shape and supplied with a fiber raw material flowing on an inner peripheral surface thereof; A nozzle for spraying the fiber raw material supplied by the raw material supply unit to the inner wall of the auxiliary synthesis furnace; And a heater disposed along the outer periphery of the synthetic furnace.

하지만, 이러한 종래의 탄소 나노튜브 섬유제조장치는 직선형의 주입관을 사용하여, 합성로의 열에너지가 원료주입부에 바로 전달되어 노즐의 수명이 짧으며, 탄소 나노튜브 섬유의 균제도를 향상시키기 어렵다는 문제점이 있다.However, in the conventional apparatus for manufacturing carbon nanotube fibers, it is difficult to improve the homogeneity of carbon nanotube fibers because the thermal energy of the synthesis furnace is directly transferred to the raw material injection portion by using a straight injection tube, .

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 균제도가 향상된 탄소 나노튜브 집합체를 합성할 수 있는 탄소 나노튜브 집합체 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an apparatus for producing a carbon nanotube aggregate capable of synthesizing a carbon nanotube aggregate having improved uniformity.

또한, 원료공급부의 노즐이 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있는 탄소 나노튜브 집합체 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a carbon nanotube aggregate production apparatus capable of preventing the nozzles of a raw material supply unit from being damaged by heat.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.It is to be understood, however, that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described technical problems, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브 집합체 제조장치는 탄소 나노튜브 집합체의 합성이 이루어지는 공간을 구비한 합성로; 합성로 내부로 액상의 탄소 나노튜브 집합체 원료를 공급하는 원료 공급부; 합성로 내부로 이송 가스를 공급하는 가스 공급부; 일단부에 원료 공급부 및 가스 공급부가 연결되고, 하단부에 합성로가 연결되는 원료주입관; 및 합성로의 내부 공간을 가열하는 가열수단을 포함하고, 원료주입관은 곡선형으로 형성되고, 적어도 하나 이상의 변곡점을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for producing a carbon nanotube aggregate according to an embodiment of the present invention, including: a synthesis chamber having a space for synthesizing a carbon nanotube aggregate; A raw material supply part for supplying the liquid carbon nanotube aggregate raw material into the synthesis furnace; A gas supply unit for supplying a transfer gas into the synthesis furnace; A raw material injection pipe to which a raw material supply unit and a gas supply unit are connected to one end and a synthetic furnace is connected to a lower end; And heating means for heating an internal space of the synthesis furnace, wherein the raw material injection pipe is formed in a curved shape and includes at least one inflection point.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 곡선형의 원료주입관을 이용하여, 원료용액을 완충하는 역할을 함으로서, 균제도가 좋은 탄소 나노튜브 집합체를 합성할 수 있는 효과가 크게 향상될 수 있다.According to the present invention, the effect of synthesizing a carbon nanotube aggregate having a good uniformity can be greatly improved by using a curved raw material injection tube to buffer the raw material solution.

또한, 합성로의 내부 열에너지가 직접적으로 원료공급부에 접근하는 것을 차단하여, 원료공급부의 노즐이 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.Further, it is possible to prevent the inner heat energy of the synthesis furnace from directly approaching the raw material supply portion, thereby preventing the nozzle of the raw material supply portion from being damaged by heat.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브 집합체 제조장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브 집합체 제조장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원료주입관의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원료주입관의 사시도이다.
도 5의 (a)는 종래의 수직형 원료주입관을 이용하여 제조된 탄소 나노튜브 집합체의 사진이며, 도 5의 (b)는 본 발명의 곡선형의 원료주입관을 이용하여 제조된 탄소 나노튜브 집합체의 사진이다.
도 6은 본 발명의 원료주입관의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 원료주입관의 변곡점 개수에 따른 탄소 나노튜브의 순도 및 탄소전환율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원료 주입관의 온도에 따른 라만분석에서의 IG/ID 변화를 나타내는 그래프이다.
1 is a perspective view of an apparatus for producing a carbon nanotube aggregate according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of an apparatus for producing a carbon nanotube aggregate according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view of a raw material injection tube according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of a raw material injection tube according to an embodiment of the present invention.
5 (a) is a photograph of a carbon nanotube aggregate manufactured using a conventional vertical feed pipe, and FIG. 5 (b) is a photograph of a carbon nanotube aggregate manufactured using the curved feed pipe of the present invention. It is a photograph of the tube assembly.
6 is a view showing various embodiments of the raw material injection tube of the present invention.
7 is a graph showing changes in purity and carbon conversion rate of carbon nanotubes according to the number of inflection points of a raw material injection tube according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing changes in IG / ID in Raman analysis according to temperature of a raw material injection tube according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

본원은 탄소 나노튜브 집합체 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing a carbon nanotube aggregate.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브 집합체 제조장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브 집합체 제조장치의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원료주입관의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원료주입관의 사시도이고, 도 5의 (a)는 종래의 수직형 원료주입관을 이용하여 제조된 탄소 나노튜브 집합체의 사진이며, 도 5의 (b)는 본 발명의 곡선형의 원료주입관을 이용하여 제조된 탄소 나노튜브 집합체의 사진이고, 도 6은 본 발명의 원료주입관의 다양한 실시예를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 원료주입관의 변곡점 개수에 따른 탄소 나노튜브의 순도 및 탄소전환율 변화를 나타내는 그래프이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원료 주입관의 온도에 따른 라만분석에서의 IG/ID 변화를 나타내는 그래프이다FIG. 1 is a perspective view of an apparatus for producing a carbon nanotube aggregate according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of an apparatus for producing a carbon nanotube aggregate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view of a raw material injection tube according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 (a) is a plan view of a raw material injection tube according to an example of the present invention. FIG. 5 (b) is a photograph of a carbon nanotube aggregate manufactured using the curved raw material injection tube of the present invention, and FIG. 6 is a view showing various embodiments of the raw material injection tube of the present invention And FIG. 7 is a graph showing changes in purity and carbon conversion rate of carbon nanotubes according to the number of inflection points of a raw material injection tube according to an embodiment of the present invention. FIG. Temperature dependent The graph shows the IG / ID of the change in ten thousand minutes seats

우선, 본원의 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브 집합체 제조장치(100)(이하, '탄소 나노튜브 집합체 제조장치(100)'라 함)에 대해 설명한다.First, an apparatus 100 for manufacturing a carbon nanotube aggregate according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as a 'apparatus for manufacturing a carbon nanotube aggregate 100') will be described.

도 1 및 도 2를 참조하면, 탄소 나노튜브 집합체 제조장치(100)는 합성로(110), 원료 공급부(120), 가스공급부(130), 원료 주입관(140), 및 가열수단(150)을 포함한다.1 and 2, a carbon nanotube aggregate production apparatus 100 includes a synthesis furnace 110, a raw material supply unit 120, a gas supply unit 130, a raw material injection pipe 140, and a heating unit 150, .

본 발명에 따른 제조장치(100)에 의한 탄소 나노튜브 집합체 제조 방법은 공개특허 제2012-0090383호에 기재되어 있는 방법에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 탄소 나노튜브 집합체의 제조 공정에 대한 상세한 설명은 생략한다.The method for producing the carbon nanotube aggregate by the manufacturing apparatus 100 according to the present invention can be carried out by the method described in JP-A-2008-0090383. Therefore, detailed description of the production process of the carbon nanotube aggregate is omitted.

합성로(110)는 내부에 탄소 나노튜브 집합체의 합성이 이루어지는 공간이 구비된다. 또한, 합성로(110)는 원통형일 수 있지만, 그 형태와 크기는 사용자의 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있다.The synthesis furnace 110 is provided with a space for synthesizing the carbon nanotube aggregate therein. In addition, although the synthesis furnace 110 may be cylindrical, its shape and size may be variously set according to the needs of the user.

가열수단(150)은 합성로(110)의 외주면상에 배치되어, 합성로(110)를 가열한다. 예시적으로 가열수단(150)은 가스 가열식, 전기 가열식 등 다양한 수단이 사용될 수 있으나, 이에 한하지 않는다. 또한, 가열수단(150)의 가열 온도는 800 내지 1500 도일 수 있다.The heating means 150 is disposed on the outer circumferential surface of the synthesis furnace 110 to heat the synthesis furnace 110. Illustratively, the heating means 150 may be, but not limited to, gas heating, electric heating, and the like. In addition, the heating temperature of the heating means 150 may be 800 to 1500 degrees.

원료 공급부(120)는 탄소 나노튜브 집합체 합성을 위한 원료를 합성로(110)로 공급한다. 이때, 공급되는 원료는 액상 상태인 것이 바람직하다.The raw material supply unit 120 supplies a raw material for synthesizing the carbon nanotube aggregate to the synthesis furnace 110. At this time, it is preferable that the raw material to be supplied is in a liquid state.

또한, 원료 용액은 탄소공급원, 촉매, 조촉매로 구성될 수 있다. 탄소공급원은 아세톤(Acetone), 에탄올(Ethanol), 부탄올(Butanol)과 같은 유기용매를 포함하며, 촉매는 페로세인(Ferrocene)과 같은 메탈로세인(metallocene)을 포함하고, 조촉매는 싸이오펜(Thiophene) 또는 이황화탄소(CS2)을 포함할 수 있다. 또한, 탄소원료인 용액조성은 제조하고자 하는 탄소 나노튜브의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 일반적으로 페로세인(ferrocene)은 0.1 내지 4.0wt%, 싸이오펜(thiophene)은 0.05 내지 3.0wt% 비율로 조성할 수 있다.Further, the raw material solution may be composed of a carbon source, a catalyst, and a cocatalyst. The carbon source includes organic solvents such as acetone, ethanol, and butanol, the catalyst includes a metallocene such as ferrocene, and the cocatalyst includes thiophene Thiophene) or carbon disulfide (CS2). The composition of the solution, which is a raw material of carbon, may vary depending on the type of carbon nanotubes to be produced. In general, 0.1 to 4.0 wt% of ferrocene and 0.05 to 3.0 wt% of thiophene are used. can do.

또한, 원료 공급부(120)는 합성로(110)로 공급하는 원료의 양을 필요에 따라 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하며, 이를 위해 유량 조절 밸브가 배치될 수 있다.The raw material supply unit 120 may be configured to adjust the amount of the raw material supplied to the synthesis furnace 110 as needed. For this purpose, a flow control valve may be disposed.

가스공급부(130)는 탄소 나노튜브 집합체 합성을 위해 공급된 원료가 기화된 후, 기화된 원료의 이송을 용이하게 하는 이송용 가스를 공급한다. 이때, 이송용 가스는 수소가스일 수 있으며, 300 내지 4000sccm으로 공급될 수 있다.The gas supply part 130 supplies a transfer gas for facilitating transfer of the vaporized raw material after the raw material supplied for synthesis of the carbon nanotube aggregate is vaporized. At this time, the transfer gas may be hydrogen gas, and may be supplied at 300 to 4000 sccm.

또한, 가스공급부(130)는 합성로(110)로 공급하는 가스의 양을 필요에 따라 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하며, 이를 위해 유량 조절 밸브가 배치될 수 있다. 이때, 가스의 양 조절은 원료의 공급량 조절과 독립적으로 수행될 수 있다.The gas supply unit 130 is preferably configured to adjust the amount of gas supplied to the synthesis furnace 110 as needed, and a flow control valve may be provided for the gas supply unit 130. At this time, the control of the amount of gas can be performed independently of the control of the feed amount of the raw material.

원료 주입관(140)은 일단부에 원료 공급부(120) 및 가스공급부(130)가 연결되고, 하단부에 합성로(110)가 연결된다. 즉, 원료 공급부(120)로부터 공급된 원료용액이 원료 주입관(140)을 통해 합성로(110)로 공급될 수 있다.The raw material supply pipe 140 is connected to the raw material supply unit 120 and the gas supply unit 130 at one end and the synthesis path 110 is connected to the lower end. That is, the raw material solution supplied from the raw material supply unit 120 may be supplied to the synthesis furnace 110 through the raw material injection pipe 140.

또한, 원료 공급부(120)는 액상의 탄소 나노튜브 집합체 원료를 분사하는 분사부(121)를 포함할 수 있다. 즉, 원료 공급부(120)는 원료용액의 기화 및 미립화가 용이하도록, 분사부(121)를 이용하여 원료용액을 안개 상태로 분사할 수 있다.The raw material supply unit 120 may include a spraying unit 121 for spraying a liquid carbon nanotube aggregate raw material. That is, the raw material supply unit 120 can spray the raw material solution in a mist state using the spray unit 121 so as to facilitate vaporization and atomization of the raw material solution.

도 1을 참조하면, 원료 주입관(140)은 곡선형으로 형성되고, 적어도 하나 이상의 변곡점을 포함하도록 형성된다.Referring to FIG. 1, the raw material injection tube 140 is formed in a curved shape, and is formed to include at least one inflection point.

또한, 원료 주입관(140)은 나선형상으로 형성될 수 있다. 즉, 원료 주입관(140)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 소정의 높이 및 반지름을 갖는 원기둥의 외주면을 따라 나선형태로 감긴 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상부에서 원료 주입관(140)을 보면, 소정의 반지름을 갖는 원형 형상을 갖는 것을 확인할 수 있다. 이때, 원료 주입관(140)의 내경과 원료 주입관(140)의 나선 형상에 의하여 형성되는 원의 반지름 간의 비율, 원료 주입관(140)의 입구와 출구 사이의 거리 등을 적절히 선택하여 최적의 원료 주입관(140)을 설계할 수 있다.In addition, the raw material injection tube 140 may be formed in a spiral shape. That is, as shown in FIG. 4, the raw material injection tube 140 may be formed in a spiral shape along the outer circumferential surface of a cylinder having a predetermined height and radius. Accordingly, it can be confirmed that the raw material injection pipe 140 has a circular shape with a predetermined radius when viewed from above. The ratio between the inner diameter of the material injection tube 140 and the radius of the circle formed by the spiral shape of the material injection tube 140 and the distance between the inlet and the outlet of the material injection tube 140 are appropriately selected, The raw material injection pipe 140 can be designed.

다시 말해, 원료 주입관(140)은 2차원 평면 상에서 굴곡지게 형성되거나 3차원에 나선형상으로 형성될 수도 있다.In other words, the raw material injection tube 140 may be formed to be bent on a two-dimensional plane or may be formed into a three-dimensional spiral shape.

또한, 도 1을 참조하면, 원료 주입관(140)은 원료 및 이송 가스가 유입되는 직선형의 입구부(141), 입구부(141)로부터 연장 형성되고, 곡선형으로 형성된 곡선부(142), 및 곡선부(142)로부터 연장 형성되고, 원료 및 이송 가스가 합성로(110)로 토출되는 직선형의 출구부(143)를 포함할 수 있다.1, the raw material injection pipe 140 includes a linear inlet 141 into which the raw material and the transfer gas are introduced, a curved portion 142 formed to extend from the inlet 141 and formed into a curved shape, And a linear outlet portion 143 extending from the curved portion 142 and discharged from the synthesis furnace 110 to the raw material and the transfer gas.

상세하게는, 원료공급부(120)에서 공급된 원료 및 가스공급부(130)에서 공급된 이송가스는 원료 주입관(140)의 곡선부(142)를 통과하면서 버퍼링되어 균일한 양의 원료가 출구부(143)를 통해 균일한 양의 원료가 합성로(110)의 내부로 공급될 수 있다.Specifically, the raw material supplied from the raw material supply unit 120 and the transfer gas supplied from the gas supply unit 130 are buffered while passing through the curved portion 142 of the raw material injection pipe 140, A uniform amount of the raw material can be supplied to the inside of the synthesis furnace 110 through the through-

도 5는 아세톤(Acetone) 98wt%, 페로세인(Ferrocene) 0.4wt%, 싸이오펜(Thiophene) 1.6wt%, 수소가스 1000sccm, 합성로(110)의 온도 1200℃, 원료주입관의 내경 10mm, 원료주입속도 11ml/h의 실험환경에서, 직선형 원료 주입관(140)과 곡선형 원료 주입관(140)을 이용하여 제조된 탄소 나노튜브 집합체의 사진이다.Fig. 5 is a graph showing the relationship between the temperature of the synthesis furnace 110, the temperature of the synthesis furnace 110, the inner diameter of the raw material feed pipe 10 mm, the feed rate of the feedstock 1 is a photograph of a carbon nanotube aggregate manufactured using a linear feed pipe 140 and a curved feed pipe 140 in an experimental environment of an injection rate of 11 ml / h.

도 5의 (a)를 참조하면, 직선형의 원료 주입관을 사용할 경우, 원료용액의 액적이 원료 주입관에서 기화되기 전에 합성로(110) 내부로 수직으로 낙하하는 경우가 발생하여, 균일한 기화가 이루어지지 않기 때문에 균제도가 떨어짐을 볼 수 있다.Referring to FIG. 5 (a), when a linear raw material injection tube is used, a droplet of the raw material solution may vertically fall into the synthesis furnace 110 before being vaporized in the raw material injection tube, It can be seen that the uniformity is decreased.

반면, 도 5의 (b)를 참조하면, 곡선형의 원료 주입관(140)을 사용할 경우, 원료 주입관(140)의 내부에서 원료용액의 액적이 기화되고 미립화되며, 기화된 원료가 버퍼링되어서 균일한 양의 원료가 합성로(110) 내부로 공급된다. 이에 따라, 곡선형의 원료 주입관(140)을 사용할 경우, 균제도가 우수한 탄소 나노튜브 집합체를 제조할 수 있다.5 (b), when the curved raw material injection tube 140 is used, the droplet of the raw material solution is vaporized and atomized inside the raw material injection tube 140, and the vaporized raw material is buffered And a uniform amount of raw material is supplied into the synthesis furnace 110. Accordingly, when the curved raw material injection tube 140 is used, a carbon nanotube aggregate having excellent uniformity can be produced.

도 6을 참조하면, 원료 주입관(140)은 나선형 구조뿐 만 아니라 곡선 형태 또한 가질 수 있다. 원료 주입관(140)은 적어도 하나 이상의 변곡점을 가질 수 있다. 즉, 도 6의 (a)에 도시된 것과 같이, 하나의 변곡점을 가진 곡선 형상을 갖거나, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 두개의 변곡점을 가진 S 자형의 곡선 형상을 갖거나, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 3개의 변곡점을 가진 곡선 형상을 갖도록 할 수 있다. 하지만 이에 한하지 않고, 원료 주입관(140)의 변곡점 개수는 4개 이상일 수 있다.Referring to FIG. 6, the raw material injection pipe 140 may have a curved shape as well as a spiral structure. The raw material injection pipe 140 may have at least one inflection point. That is, as shown in Fig. 6 (a), it may have a curved shape having one inflection point, an S-shaped curved shape having two inflection points as shown in Fig. 6 (b) It is possible to have a curved shape having three inflection points as shown in Fig. 6 (c). However, the number of inflection points of the raw material injection tube 140 may be four or more.

또한, 도 6을 참조하면, 원료 주입관(140)은 변곡점의 개수가 증가함에 따라 버퍼 효과가 더욱 향상되어 탄소 나노튜브 집합체의 순도 및 균제도가 증가한다.Referring to FIG. 6, as the number of inflection points increases, the buffering effect is further improved and the purity and homogeneity of the carbon nanotube aggregate are increased.

다시 말해, 원료 주입관(140)의 변곡점이 증가할수록, 원료 주입관(140)의 내부에서 버퍼 효과가 더욱 향상되어, 합성로(110) 내부로 더 균일하게 탄소용액이 공급되며, 이에 따라, 탄소나노튜브 집합체의 순도 및 탄소전환율이 증가한다.In other words, as the inflection point of the material injection tube 140 is increased, the buffer effect is further improved inside the material injection tube 140, and the carbon solution is supplied more uniformly into the synthesis furnace 110, The purity and carbon conversion of the carbon nanotube aggregate increases.

아울러, 원료 주입관(140)은 내부에서 효율적으로 기화되도록, 원료 주입관(140)의 내경, 길이, 곡선부(142)의 굴곡된 각도를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 예시적으로, 곡선부(142)의 굴곡된 각도는 90도 내지 180도일 수 있다.In addition, it is preferable to appropriately select the inner diameter, the length, and the bent angle of the curved portion 142 of the raw material injection pipe 140 so that the raw material injection pipe 140 is efficiently vaporized from the inside. By way of example, the curved angle of the curved portion 142 may be between 90 degrees and 180 degrees.

다시 말해, 원료 주입관(140)의 내경이 작을 경우, 원료용액이 기화되지 않고 합성로(110) 내부로 투입될 수 있으며, 원료 주입관(140)의 내경이 큰 경우, 기화된 원료의 이동이 원활히지 않은 문제점이 있다. 예시적으로, 원료 주입관의 내경은 1 내지 50mm일 수 있으며, 바람직하게는 약 10mm일 수 있다.In other words, when the inner diameter of the raw material injection pipe 140 is small, the raw material solution can be injected into the synthesis furnace 110 without vaporization, and when the inner diameter of the raw material injection pipe 140 is large, There is a problem that this is not smooth. Illustratively, the inner diameter of the feed inlet can be between 1 and 50 mm, and preferably about 10 mm.

또한, 원료 주입관(140)의 길이가 길수록 버퍼역할이 더 효율적으로 일어나는 장점이 있으나, 합성로(110) 내부에서 원료용액이 기화될 수 있을 만큼의 열이 원료 주입관(140)으로 전달되지 않아, 원료용액이 액체상태에서 원료 주입관(140)의 내벽을 타고 흘러, 촉매가 내벽에 석출되어 탄소나노 튜브 집합체의 품질이 일정하지 않게 된다. 예시적으로, 도 4를 참조하면, 원료 주입관(140)은 일단부에서 하단부까지의 거리(L)가 100 내지 1000mm일 수 있으며, 바람직하게는 300mm일 수 있다. 상술한 원료 주입관(140)의 일단부에서 하단부까지의 거리(L)는 원료 주입관(140)의 일단부가 위치하는 평면에서 원료 주입관(140)의 하단부가 위치하는 평면까지의 직선거리 일 수 있다.Further, the longer the length of the raw material injection tube 140 is, the more efficient the buffer acts, but the heat enough to vaporize the raw material solution in the synthesis furnace 110 is not transferred to the raw material injection tube 140 The raw material solution flows on the inner wall of the raw material injection pipe 140 in the liquid state, and the catalyst is deposited on the inner wall, so that the quality of the carbon nanotube aggregate is not constant. Illustratively, referring to FIG. 4, the distance L from one end to the lower end of the raw material injection pipe 140 may be 100 to 1000 mm, and preferably 300 mm. The distance L from one end of the raw material injection pipe 140 to the lower end of the raw material injection pipe 140 is a straight line distance from the plane where one end of the raw material injection pipe 140 is located to the plane where the lower end of the raw material injection pipe 140 is located .

또한, 원료 주입관(140)의 곡선부(142)의 굴곡된 각도가 큰 경우, 원료 주입관(140)을 통해 합성로(110) 내부의 열에너지가 유입되어 분사부(121)가 손상될 수 있으며, 원료 주입관(140)의 곡선부(142)의 굴곡된 각도가 작은 경우, 원료용액이 원료 주입관(140)의 내벽에 부딪혀 흐름성이 저하되어 곡선부(142)에 고이게 되는 문제점이 있다.When the bent angle of the curved portion 142 of the raw material injection pipe 140 is large, the thermal energy in the synthesis furnace 110 flows through the raw material injection pipe 140 to damage the injection portion 121 If the bent angle of the curved portion 142 of the raw material injection pipe 140 is small, the raw material solution collides with the inner wall of the raw material injection pipe 140, have.

도 1을 참조하면, 탄소 나노 튜브 집합체 제조장치(100)는 원료 주입관(140)의 내부를 가열하는 관 가열부(160)를 더 포함할 수 있다. 예시적으로, 관 가열부(160)는 원료 주입관(140)의 외주를 감싸는 밴드 히터일 수 있다.Referring to FIG. 1, the carbon nanotube aggregate production apparatus 100 may further include a tube heating unit 160 for heating the interior of the raw material injection tube 140. For example, the tube heating unit 160 may be a band heater that surrounds the outer periphery of the raw material injection tube 140.

또한, 관 가열부(160)는 60도 내지 200도로 원료 주입관(140)의 내부를 가열할 수 있으며, 공급되는 탄소공급원의 기화점에 따라 적절히 선택하는 것이 바람직하다.Also, the tube heating unit 160 may heat the inside of the material injection tube 140 at 60 to 200 degrees, and it is preferable that the tube heating unit 160 is appropriately selected according to the vaporization point of the carbon source to be supplied.

도 8을 참조하면, 원료 주입관(140)의 온도를 20 내지 80도까지 설정하여, 탄소 나노튜브 집합체의 결정 완성도를 나타내는 지표인 IG/ID의 변화를 분석하였다.Referring to FIG. 8, the temperature of the raw material injection tube 140 was set to 20 to 80 degrees, and the change in the IG / ID, which is an index indicating the degree of crystallization of the carbon nanotube aggregate, was analyzed.

도 8의 그래프를 살펴보면, 원료 주입관(140)의 온도가 증가할수록, IG/ID가 점점 증가하는 것을 볼 수 있으며, 원료 주입관(140)의 60 내지 80도에서 IG/ID의 4.0이상으로 안정적인 것을 알 수 있다. 또한, IG/ID는 아세톤의 기화점 이상인 80도에서 가장 크다.8, it can be seen that the IG / ID gradually increases as the temperature of the raw material injection tube 140 increases. It is preferable that the raw material injection tube 140 has an IG / ID of 4.0 or more at 60 to 80 degrees It can be seen that it is stable. Also, the IG / ID is the largest at 80 ° C above the vaporization point of acetone.

다시 말해, 원료 주입관(140)의 온도는 공급되는 탄소공급원의 기화점에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예시적으로, 상술한 바와 같은 탄소공급원이 아세톤일 경우, 원료 주입관(140)의 온도는 아세톤의 기화점보다 높은 80도일 수 있다. 또한, 탄소공급원이 1-부탄올일 경우, 원료 주입관(140)은 1-부탄올의 기화점보다 높은 120도로 가열될 수 있다.In other words, the temperature of the raw material injection tube 140 can be appropriately selected according to the vaporization point of the carbon source to be supplied. Illustratively, when the carbon source as described above is acetone, the temperature of the feed tube 140 may be 80 degrees higher than the vaporization point of acetone. In addition, when the carbon source is 1-butanol, the raw material injection tube 140 can be heated to 120 degrees higher than the vaporization point of 1-butanol.

이하, 탄소 나노튜브 합성체 제조장치(100)의 동작 방법에 대해서 설명한다.Hereinafter, an operation method of the carbon nanotube composite manufacturing apparatus 100 will be described.

작업자는 탄소 나노튜브 집합체 제조장치(100)를 동작시킨다.The operator operates the carbon nanotube aggregate production apparatus 100.

탄소 나노튜브 집합체 제조장치(100)를 작동 시, 우선적으로 가열수단(150) 및 관 가열부(160)를 동작하여 합성로(110) 및 원료 주입관(140)을 예열하는 것이 바람직하다.It is preferable that the synthesis furnace 110 and the material injection tube 140 are preheated by operating the heating means 150 and the tube heating unit 160 in operation of the apparatus 100 for producing a carbon nanotube aggregate.

이후, 원료 공급부(120)를 통해 탄소 나노튜브 집합체의 제조에 사용되는 원료 용액이 공급되고, 가스공급부(130)를 통해서는 이송용 가스가 공급된다. 이때, 원료 용액은 분사부(121)를 통해 원료 주입관(140)으로 분사될 수 있다.Thereafter, the raw material solution used for producing the carbon nanotube aggregate is supplied through the raw material supply unit 120, and the transfer gas is supplied through the gas supply unit 130. At this time, the raw material solution may be injected into the raw material injection pipe 140 through the injection part 121.

이때, 소정의 온도로 예열된 원료 주입관(140)로 분사된 원료용액은 기화 및 미립화되어, 균일한 양의 원료가 합성로(110) 내부로 공급될 수 있다.At this time, the raw material solution injected into the raw material injection pipe 140 preheated to a predetermined temperature is vaporized and atomized, so that a uniform amount of raw material can be supplied into the synthesis furnace 110.

또한, 분사부(121)는 합성로(110)의 내부로 직접 분사하지 않고, 원료 주입관(140)을 통해 합성로(110)의 내부로 원료를 주입함에 따라, 합성로 내부의 열에너지가 분사부로 직접 닿는 것을 방지하여 손상을 방지할 수 있다.The injection part 121 injects the raw material into the synthesis furnace 110 through the raw material injection pipe 140 without spraying directly into the interior of the synthesis furnace 110, It is possible to prevent direct contact with the carcass to prevent damage.

합성로(110) 내부로 공급된 기화된 원료는 이송용 가스와 함께 이송되면서 탄소 나노튜브 집합체로 합성될 수 있다.The vaporized raw material supplied into the synthesis furnace 110 can be synthesized into a carbon nanotube aggregate while being transported together with the transfer gas.

[실시예][Example]

다음은 탄소 나노튜브 집합체를 합성하기 위한 조건을 보여주는 실시예로서 탄소원으로 아세톤을 사용하였다.Next, acetone was used as a carbon source as an example showing conditions for synthesizing carbon nanotube aggregates.

아세톤(Acetone) 98wt%, 페로세인(Ferrocene) 0.4wt%, 싸이오펜(Thiophene) 1.6wt%, 수소가스 1000sccm, 합성로(110)의 온도 1200℃, 원료주입관(140)의 내경 10mmThe temperature of the synthesis furnace 110 was 1200 占 폚, the inner diameter of the raw material injection tube 140 was 10 mm, and the temperature of the synthesis furnace 110 was set at 100 占 폚.

상기의 조건으로 합성된 용액을 11ml/h 속도로 합성로(110) 내부로 공급하였으며, 곡선형의 원료주입관(140)을 사용하였다.The solution synthesized under the above conditions was fed into the synthesis furnace 110 at a rate of 11 ml / h, and a curved feed pipe 140 was used.

도 5의 (b)는 상기 조건에서 제조된 탄소 나노튜브 집합체의 광학현미경사진이다. 이를 통해, 본 발명의 탄소 나노튜브 집합체 제조장치(100)를 통해 제조된 탄소 나노튜브 집합체는 균제도가 우수한 것을 알 수 있다.5 (b) is an optical microscope photograph of the carbon nanotube aggregate produced under the above conditions. Thus, it can be seen that the carbon nanotube aggregate produced through the apparatus 100 for producing a carbon nanotube aggregate of the present invention has excellent uniformity.

또한, 도 7을 참조하면, 탄소 나노튜브 집합체 제조장치(100)는 3개의 변곡점을 가진 원료 주입관(140)을 사용할 경우 약 1.2%의 탄소전환율을 가지며, 90%이상의 순도 높은 탄소 나노튜브 집합체를 제조할 수 있다.Referring to FIG. 7, the carbon nanotube aggregate production apparatus 100 has a carbon conversion rate of about 1.2% when using the raw material injection tube 140 having three inflection points, and a carbon nanotube aggregate Can be produced.

또한, 원료 주입관(140)은 일단부에서 하단부까지의 거리가 300mm일 수 있다.In addition, the distance from one end to the lower end of the raw material injection pipe 140 may be 300 mm.

아울러, 탄소 나노튜브 집합체 제조장치(100)는 관 가열부(160)로 원료 주입관(140)의 온도를 80도로 가열할 경우, IG/ID가 약 4.5로 매우 높은 것을 볼 수 있다. 이러한 결과는 원료용액을 원료 주입관(140)에서 기화시켜, 기화된 원료를 합성로(110)에 공급하여 합성하였기 때문에 가능하다.In addition, when the temperature of the material injection tube 140 is heated to 80 ° C. by the tube heating unit 160, the carbon nanotube aggregate production apparatus 100 can have a very high IG / ID of about 4.5. This result is possible because the raw material solution is vaporized in the raw material injection tube 140 and the vaporized raw material is supplied to the synthesis furnace 110 and synthesized.

본 발명에 따른 장치에 의해 제조된 탄소나노튜브 집합체는 탄소나노튜브가 가지는 고유의 성질을 그대로 활용하여, 전자파차폐, 전자기파 흡수, 센서, 밧데리, 의료용, 파워케이블, 스마트의류, 전계방출소자, 태양전지전극, 압전소자, 초경량복합재료 등의 다양한 응용분야에 사용될 수 있다.The carbon nanotube aggregate produced by the apparatus according to the present invention can be applied to various fields such as electromagnetic wave shielding, electromagnetic wave absorption, sensor, battery, medical use, power cable, smart clothing, field emission device, And can be used in various applications such as a battery electrode, a piezoelectric element, and an ultra lightweight composite material.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

100 : 탄소 나노튜브 집합체 제조장치
110 : 합성로
120 : 원료공급부 121 : 분사부
130 : 가스공급부
140 : 원료주입관 141 : 입구부
142 : 곡선부 143 : 출구부
150 : 가열수단
160 : 관 가열부
100: Carbon nanotube aggregate manufacturing apparatus
110:
120: raw material supply unit 121:
130: gas supply unit
140: raw material injection tube 141: inlet part
142: Curved portion 143:
150: Heating means
160: tube heating section

Claims (8)

탄소 나노튜브집합체 제조장치에 있어서,
내부에 탄소 나노튜브 집합체의 합성이 이루어지는 공간이 구비된 합성로;
상기 합성로 내부로 액상의 탄소 나노튜브 집합체 원료를 공급하는 원료 공급부;
상기 합성로 내부로 이송 가스를 공급하는 가스 공급부;
일단부에 상기 원료 공급부 및 가스 공급부가 연결되고, 하단부에 상기 합성로가 연결되고, 상기 액상 탄소 나노튜브 집합체 원료가 기화되는 원료주입관;
상기 원료주입관의 내부를 가열하는 관 가열부; 및
상기 합성로의 내부 공간을 가열하는 가열수단을 포함하고,
상기 원료주입관은
나선형상으로 형성되고, 적어도 하나 이상의 변곡점을 포함하도록 형성된 것인 탄소 나노튜브 집합체 제조장치.
In a carbon nanotube aggregate production apparatus,
A synthetic furnace having a space for synthesizing the carbon nanotube aggregate therein;
A raw material supply unit for supplying a liquid carbon nanotube aggregate raw material into the synthesis furnace;
A gas supply unit for supplying a transfer gas into the synthesis furnace;
A raw material injection pipe connected to the raw material supply part and the gas supply part at one end thereof and connected to the synthesis path at a lower end thereof and to vaporize the liquid carbon nanotube aggregate raw material;
A pipe heating unit heating the inside of the raw material injection pipe; And
And heating means for heating the inner space of the synthesis furnace,
The raw material injection pipe
Wherein the carbon nanotube aggregate is formed in a spiral shape and is formed to include at least one inflection point.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 원료주입관은
일단부에서 하단부까지 거리가 100 내지 1000mm이고,
내경이 1 내지 50mm인 것인 탄소 나노튜브 집합체 제조장치.
The method according to claim 1,
The raw material injection pipe
The distance from one end to the lower end is 100 to 1000 mm,
Wherein the inner diameter is 1 to 50 mm.
제1항에 있어서,
상기 원료주입관은
상기 원료 및 이송 가스가 유입되는 직선형의 입구부,
상기 입구부로부터 연장 형성되고, 곡선형으로 형성된 곡선부; 및
상기 곡선부로부터 연장 형성되고, 상기 원료 및 이송 가스가 상기 합성로로 토출되는 직선형의 출구부를 포함하는 것인 탄소 나노튜브 집합체 제조장치.
The method according to claim 1,
The raw material injection pipe
A straight inlet portion through which the raw material and the transfer gas are introduced,
A curved portion extending from the inlet portion and formed in a curved shape; And
And a rectilinear outlet portion extending from the curved portion and discharging the raw material and the transfer gas to the synthesis furnace.
제1항에 있어서,
상기 원료 공급부는 액상의 탄소 나노튜브 집합체 원료를 분사하는 분사부를 포함하는 것인 탄소 나노튜브 집합체 제조장치.
The method according to claim 1,
Wherein the raw material supply part includes a spray part for spraying a liquid carbon nanotube aggregate raw material.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 관 가열부는
60도 내지 200도로 원료 주입관의 내부를 가열하는 것인 탄소 나노튜브 집합체 제조장치.
The method according to claim 1,
The tube heating section
Wherein the inside of the raw material feed pipe is heated from 60 to 200 degrees.
제1항에 있어서,
상기 원료 공급부와 상기 가스 공급부는 공급량을 조절 가능하게 구성되는 것인 탄소 나노튜브 집합체 제조장치.
The method according to claim 1,
Wherein the raw material supply unit and the gas supply unit are configured to be adjustable in amount of supply.
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