KR102144097B1 - 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체 및 이의 제조방법 - Google Patents

단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유, 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함하는 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 섬유형 트랜지스터 및/또는 섬유형 트랜지스터를 포함하는 웨어러블 디바이스에 대한 것이다.

Description

단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체 및 이의 제조방법{Single walled carbon nanotube fiber aggregates and method for preparing the same}
본 발명은 금속성 및/또는 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유를 포함하는 섬유 집합체, 이의 제조방법 및 섬유 집합체를 포함하는 섬유형 트랜지스터에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 금속성 탄소 나노튜브로 제작한 소스-드레인 섬유 및 게이트 섬유를 포함하고, 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브를 반도체로 사용한 섬유형 트랜지스터에 관한 것이다.
탄소 나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)는 나노기술의 빌딩블럭으로 주목받으며 물리적, 화학적 특성 규명 및 다양한 응용분야에 관한 연구가 수행되고 있다. CNT는 완벽한 구조와 기계적, 물리적, 전기적 및 열적 특성을 갖고 있으며, 전기전자, 정보통신, 에너지, 바이오 등 폭 넓은 분야에서 응용가능성이 제시되고 있다.
CNT는 튜브형상을 이루는 벽의 수에 따라 단일벽(Single-walled, SWCNT), 이중벽(Double-walled, DWCNT), 다중벽(Multi-walled, MWCNT)으로 구분할 수 있다.
SWCNT의 경우 직경이 1㎚ 수준에 불과한 반면 길이는 수 ㎛에서 수 ㎜에 이르는 구조이고 SWCNT사이의 큰 반데르발스(Van der Waals) 인력에 의한 응집현상이 발생하여 합성 시 단독으로 존재하지 못하고 수 십 내지 수 백 ㎚의 번들 형상으로 존재한다. 나노튜브의 응집현상은 물리, 화학적으로 다루기에 매우 어려운 상황이며, 나노튜브 응용에 있어 분산기술은 반드시 극복해야 할 요소 기술이라 할 수 있다.
탄소 나노튜브 섬유는 그 최종상태에 따라 크게 순수한 탄소 나노튜브 섬유(Neat CNT Fiber)와 탄소 나노튜브 복합체 섬유(CNT Composite Fiber)로 나눌 수 있다.
전자의 경우는 기판 위에 탄소 나노튜브를 생성 후에 후 공정을 통하여 필라멘트를 만드는 방법이 대표적이며, 후자의 경우 탄소 나노튜브를 기지 물질인 고분자를 용매 또는 열로 녹인 후 탄소 나노튜브와 혼합하여 복합재료로 제조하여 탄소 나노튜브의 분산기술이 핵심기술이다.
최근 웨어러블 전자소자가 시대의 패러다임으로 자리 잡으면서 옷과 같은 섬유에 전자소자의 기능이 결합된 전자섬유(Electronic Textile)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 섬유는 유연하고 편안하기 때문에 사람이 하루 종일 입고 다녀도 피로감을 덜 느껴 웨어러블 전자소자의 이상적인 플랫폼으로 주목받고 있다.
다양한 전자소자 중에서 트랜지스터는 센서, 디스플레이 등 전자소자 구동에 있어 기본이 되는 스위칭 소자로, 섬유형 전자소자 구현에 있어 필수적인 부품이다.
웨어러블 스마트 기기에 사용되는 정보측정 센싱 기술은 주변의 물리/화학적 변화를 감지 하거나 구분 및 계측하여 신호로 알려주는 소재나 부품, 외부로부터 입력신호를 전기 신호로 변환하는 소자를 중심으로 착용시 부담이 적도록 부피, 무게, 유연성을 확보하여야 하고, 웨어러블 스마트 기기에 사용될 전자회로는 기본적으로 적은 부피를 차지하고 가볍고 유연성이 확보되어야 한다. 따라서 전도성 섬유를 이용하여 전자부품간 연결을 쉽게 적용하고 착용시 움직임에 대한 내구성을 높이는 것이 중요하다.
초기에는 탄소 나노튜브의 분산 및 매트릭스 간 접착의 어려움으로 인해 기계적 물성 향상 보다는 전기적, 열적 특성 등 기타 물성에 초점을 둔 연구가 진행 되었으나, 최근에는 초고강도, 초경량 복합재료 분야 등에서 탄소 나노튜브를 충전재로 사용하여 복합재료의 내열성, 난연성, 내마모성, 내충격성, 내침성 등 다기능성을 향상 시키는데 주요 연구를 수행하고 있고 응용연구도 활발히 진행중이다.
다만 복합재료의 경우, 순수한 탄소 나노튜브에 비하여 고분자 물질이 혼합되어 있어 탄소 나노튜브의 고유의 우수한 성질이 발현되지 못하는 경우가 있다. 일례로, 탄소 나노튜브를 이용하여 웨어러블 기기에 응용하는 경우 기능성을 부여하기 위하여 도전성 섬유 위에 나노입자 또는 활성층을 도입하나, 이 경우 실생활에 사용함에 있어 마찰, 세탁 등에 의해 전자기기의 기능을 저하시킬 수 있다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0049558호
본 발명의 일 과제는 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 섬유 집합체를 포함한 섬유형 트랜지스터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유, 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함하는 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유의 일부는 절연체로 둘러싸일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유와 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유는 교차하여 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체는 직물, 편물, 레이스, 펠트 및 부직포로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체는 합성섬유를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체는 직물이고, 상기 직물의 날실은 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유이고, 상기 직물의 씨실은 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유, 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 합성섬유가 교번하여 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 섬유의 직경은 50㎛ 내지 500㎛일 수 있다.
본 발명의 일 양태는 상기 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체를 포함하는 섬유형 트랜지스터를 제공한다.
본 발명의 다른 일 양태는 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유로 이루어지고, 이격되어 배치되어 소스 전극 또는 드레인 전극으로 작용하는 복수의 소스-드레인 섬유; 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유로 이루어지고, 표면이 절연체로 감싸진 게이트 전극을 포함하는 게이트 섬유; 및 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유로 이루어지는 활성 섬유를 포함하고, 상기 소스-드레인 섬유 및 상기 게이트 섬유가 상호 교차되어 형성되는 섬유형 트랜지스터를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 섬유형 트랜지스터는 합성섬유가 추가로 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 소스-드레인 섬유는 절연체로 둘러싸일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 소스-드레인 섬유는 합성섬유에 의하여 이격될 수 있다.
본 발명의 일 양태는 상기 섬유 트랜지스터를 포함하는 웨어러블 디바이스를 제공한다.
본 발명의 일 양태는 단일벽 탄소 나노튜브로부터 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 및 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브를 선택적 분리하는 단계; 상기 분리된 금속성 단일벽 탄소 나노튜브, 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나를 이용하여 섬유를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 섬유를 이용하여 섬유 집합체를 제조하는 단계;를 포함하는 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 선택적 분리하는 단계는 계면 활성제 사용 분리법, 전기영동법, 펄스형태의 전압 인가법, 황산 및 질산의 혼산용액 기반 분리법 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나를 통하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 선택적 분리하는 단계 이후에, 분리된 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 또는 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브를 열적 또는 화학적으로 정제하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 섬유를 제조하는 단계는 습식 방사로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 섬유를 제조하는 단계 이후에 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브를 이용하여 제조된 섬유중 일부를 절연층으로 코팅하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 절연층은 이온젤, 합성섬유 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는, 상기 섬유 집합체를 제조하는 단계는 상기 섬유를 제조하는 단계에서 수득된 상기 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브섬유, 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 합성섬유를 교번하여 배치시켜 씨실로 하고, 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유를 날실로 하여 직물을 제조하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체는 화학적 및/또는 물리적 내구성이 뛰어나면서도, 집적회로, 트랜지스터 등의 전기적 기능까지 나타낼 수 있다.
상기 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체를 이용한 전자 장치는 여러 환경적인 요인에도 기기 성능의 저하 없이 실생활에 적용 가능하고, 스마트 의류 등 웨어러블 디바이스에 응용할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 탄소 나노튜브로부터 선택적 분리를 통하여 분리된 본 발명의 일 실시예에 사용되는 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 및 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브의 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체를 이용한 단위 트랜지스터의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 가닥을 이용한 단위 트랜지스터의 전달곡선 및 출력곡선의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일벽 탄소 나노튜브 섬유를 이용한 단위 트랜지스터의 전달곡선 및 출력곡선의 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서 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 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 양태는 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유, 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함하는 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체를 제공한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "단일벽 탄소 나노튜브(Single-walled Carbon Nanotube, SWCNT)"는 이중 또는 다중벽을 가지는 것이 아닌 단일벽으로 구성된 수평형 탄소 나노튜브를 의미한다.
상기 단일벽 탄소 나노튜브는 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 및 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브를 포함한다(도 1). 상기 금속성/반도체성 단일벽 탄소 나노튜브는 튜브의 직경과 튜브 벽이 뒤틀려 말린 각도, 즉 구조적 비대칭성(Chirality) 등에 따라 구별되는 물성에 따라 구별된다.
상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브는 입자를 이루는 단일벽 탄소 나노튜브가 카이럴벡터에 대하여 자유전자의 운동이 완전히 자유로워 금속처럼 반응하므로 전도성을 가지는 탄소 나노튜브를 의미한다.
상기 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브는 입자를 이루는 단일벽 탄소 나노튜브가 카이럴벡터에 대하여 밴드갭(Band Gap)이 형성되어 전자가 이동하기 위해서는 이를 극복해야 할만큼의 에너지가 외부에서 공급되어야 하므로 반도체성을 가지는 탄소 나노튜브를 의미한다.
상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 및/또는 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브는 상기 단일벽 탄소 나노튜브로부터 선택적 분리를 통하여 분리될 수 있다.
상기 선택적 분리는 당 분야에서 제공되는 일반적인 방법으로 할 수 있으며, 예를 들어 하기 기술된 방법에 의해 수행 가능하다. 이러한 선택적 분리 방법은 하기 기술된 방법에 제한되지 않고 종래 기술로 공지된 모든 기술을 적용하는 것이 가능하다.
예를 들어, 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유는 계면 활성제 사용 분리법(계면 활성제, 예컨대, ODA(octadecylamine)를 사용하는 방법), 전기영동법(용액 속에 탄소 나노튜브를 분산시킨 후 전기영동법을 써서 금속성 탄소 나노튜브만을 전극에 붙여 선별하는 방법), 펄스형태의 전압 인가법(탄소 나노튜브의 양단을 전극에 병렬로 연결시킨 후 일정 온도 범위에서 펄스형태의 전압을 인가함으로써 특정 키랄성을 갖는 탄소 나노튜브를 제거하고 원하는 탄소 나노튜브만을 얻는 방법), 황산 및 질산의 혼산용액 기반 분리법(탄소 나노튜브와 황산 및 질산을 혼합한 혼산용액을 혼합하여 분산용액을 교반하고, 분산용액을 여과한 후 여과된 탄소 나노튜브를 가열하는 방법) 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나를 통하여 단일벽 탄소 나노튜브로부터 분리될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 상기 금속성 탄소 나노튜브로 제조된 섬유를 금속성 탄소 나노튜브 섬유로, 상기 반도체성 탄소 나노튜브로 제조된 섬유를 반도체성 탄소 나노튜브 섬유로 지칭한다.
상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유의 일부는 절연체로 둘러싸일 수 있다.
상기 절연체는 자유롭게 움직일 수 있는 전도전자가 존재하지 않아 일반적인 조건의 외부 전기장을 가하더라도 전류가 흐르지 않는 물질이다. 도체인 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유를 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및/또는 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 와 서로 맞닿지 않게 이격하는 역할을 한다.
상기 절연체로는 절연 특성이 있으면서 동시에 유연한 성질을 함께 가지는 고분자 절연 재료가 사용될 수 있다. 상기 고분자 절연 재료는 폴리에틸렌계 고분자, 고무계 재료, 에틸렌 공중합체, 불소계 고분자, 폴리염화비닐계 고분자, 실리콘계 고분자 또는 열가소성 탄성체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적인 예시로서, 상기 절연체는 가교 폴리에틸렌(cross linkingpolyethylene:XLPE), 천연고무, 에틸렌 비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene), 1,3,5-트리비닐-1,3,5-트리메틸 사이클로트리실록산(1,3,5-trivinyl-1,3,5-trimethyl cyclotrisiloxane), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride) 또는 에폭시 수지일 수 있다.
상기 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체는 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유와 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유가 교차하여 배치됨으로써 제조될 수 있다.
상기 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체는 합성섬유를 추가로 포함할 수 있다.
상기 합성섬유는 석유, 석탄, 천연가스 따위를 원료로 하여 화학적으로 합성한 섬유로서, 절연체의 역할을 한다. 상기 합성섬유는, 예를 들어, 나일론 등의 폴리아미드계 섬유, 비닐론 등의 폴리비닐알코올계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 폴리아크릴로니트릴계 섬유, 폴리프로필렌계 섬유, 폴리염화비닐계 섬유, 폴리염화비닐리덴계 섬유, 폴리에틸렌계 섬유, 폴리우레탄계 섬유, 폴리아릴레이트 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체는 직물, 편물, 레이스, 펠트 및 부직포로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 형태, 예를 들어, 직물의 형태일 수 있다
예를 들어, 상기 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체는 직물일 수 있다. 이 경우, 상기 직물의 날실은 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유이고, 직물의 씨실은 상기 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유, 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 합성섬유 중 어느 하나가 선택적으로 배치되는 것일 수 있으며, 또는 상기 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유, 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 합성섬유가 순차적으로 나열되어 배치되는 것일 수 있다. 본 명세서에서, 상기 씨실 및 날실은 섬유의 직조 방향을 구별하기 위한 것으로, 상기 씨실 및 날실이 상호변경되는 것을 포함한다.
상기 단일벽 탄소 나노튜브 섬유의 직경은 50㎛ 내지 500㎛, 예를 들어, 100㎛ 내지 300㎛, 예를 들어, 180㎛ 내지 220㎛ 일 수 있다. 상기 섬유의 직경이 50㎛ 미만이면 강력이 약하여 직물을 형성하는 과정에서 파손될 우려가 있고, 500㎛ 초과이면 일반 섬유와의 두께 차이로 인해 직물의 형태가 온전하지 않을 수 있으며 기능적으로 부합하지 않을 수 있다.
상기 단일벽 탄소 나노튜브 섬유는 1개 내지 50개, 예를 들어 5개 내지 20개, 예를 들어 10개의 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 가닥을 꼬아서 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 씨실 및/또는 날실의 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유의 일부는 절연체로 둘러싸일 수 있다. 상기 절연체에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
상기 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체는 섬유형 트랜지스터에 포함되어 활용될 수 있다.
본 발명의 일 양태는 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유로 이루어지고, 이격되어 배치되어 소스 전극 또는 드레인 전극으로 작용하는 복수의 소스-드레인 섬유; 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유로 이루어지고, 표면이 절연체로 감싸진 게이트 전극을 포함하는 게이트 섬유; 및 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유로 이루어지는 활성 섬유를 포함하고, 상기 소스-드레인 섬유 및 상기 게이트 섬유가 상호 교차되어 형성되는 섬유형 트랜지스터를 제공한다.
상기 트랜지스터(transistor)는 증폭 작용과 스위칭(switching) 역할을 하는 반도체 소자로서 변화하는 저항을 통해 신호를 변환하는 전자소자이다. 트랜지스터는 크게 접합형 트랜지스터(Bipolar Junction Transistors: BJT)와 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistors: FET)로 구분되는데, 전계효과 트랜지스터는 게이트 전극에 전압을 걸어 채널의 전기장에 의하여 전자 또는 정공의 주요 반송자(major carrier)가 흐르는 관문(게이트)이 생기게 하는 원리로 소스, 드레인의 전류를 제어하는 트랜지스터이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 트랜지스터는 전계효과 트랜지스터 중 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors: MOSFET)일 수 있다. 따라서, 상기 섬유형 트랜지스터의 구성은 일반적인 MOSFET 구조를 구성하는 소스 전극, 드레인 전극, 게이트 전극, 절연층과 대응하도록 이루어져 있어야 트랜지스터로서의 구동이 가능할 수 있다.
상기 게이트 전극은 절연체에 의해 표면이 감싸질 수 있는데, 상기 절연체는 추후구성되는 섬유형 트랜지스터에서 누설 전류(leakage current)를 차단시키며 게이트 전극과 소스 및 드레인 전극의 단락을 방지할 수 있는 층으로, 일반적인 MOSFET 구조에서는 산화물이 사용된다. 하지만, 본 발명의 트랜지스터에 절연체로서 산화물이 사용되면 산화물은 유연한 성질을 갖고 있지 않아, 추후 직물형 집적 회로의 구현이 어려울 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 절연체로는 절연 특성이 있으면서 동시에 유연한 성질을 함께 가지는 고분자 절연 재료가 사용될 수 있다. 상기 고분자 절연 재료는 폴리에틸렌계 고분자, 고무계 재료, 에틸렌 공중합체, 불소계 고분자, 폴리염화비닐계 고분자, 실리콘계 고분자 또는 열가소성 탄성체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적인 예시로서, 상기 절연체는 가교 폴리에틸렌(XLPE), 천연고무, 에틸렌 비닐아세테이트, 폴리테트라플루오르에틸렌, 1,3,5-트리비닐-1,3,5-트리메틸 사이클로트리실록산, 폴리비닐클로라이드 또는 에폭시 수지일 수 있다.
상기 섬유형 트랜지스터는 합성섬유를 추가로 포함할 수 있다.
상기 합성섬유는 석유, 석탄, 천연가스 따위를 원료로 하여 화학적으로 합성한 섬유로서, 절연체의 역할을 한다. 상기 합성섬유는, 예를 들어, 나일론 등의 폴리아미드계 섬유, 비닐론 등의 폴리비닐알코올계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 폴리아크릴로니트릴계 섬유, 폴리프로필렌계 섬유, 폴리염화비닐계 섬유, 폴리염화비닐리덴계 섬유, 폴리에틸렌계 섬유, 폴리우레탄계 섬유, 폴리아릴레이트 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 합성섬유는 상기 게이트 섬유 및/또는 활성섬유와 같은 방향으로 나열될 수 있다. 상기 합성섬유는 상기 게이트 섬유 및/또는 활성 섬유들 사이에 배치되어 절연체의 역할을 할 수 있다.
상기 소스-드레인 섬유는 상기 게이트 섬유, 활성섬유 및/또는 합성섬유와 교차하여 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 소스-드레인 섬유는 모두 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유일 수 있다(도 3의 (a)). 복수의 소스-드레인 섬유 중 전원의 연결 상태에 따라 소스 전극 및/또는 드레인 전극으로 기능할 섬유가 선택될 수 있다.상기 복수의 소스-드레인 섬유가 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유인 경우, 상기 트랜지스터의 섬유 구조, 예를 들어 직물 구조상 상기 소스 섬유와 드레인 섬유는 서로 접촉되지 않고 이격 되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 있어서, 상기 소스 섬유 또는 드레인 섬유는 절연체로 추가로 둘러 쌓일 수 있다(도 3의 (b)).
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 절연체는 상기 게이트 섬유, 상기 소스 섬유 및 상기 드레인 섬유와 직접적으로 접지 되는 것을 막기 위한 일종의 보호층일 수 있다. 따라서, 상기 절연층은 전류가 흐르지 않는 절연 재료가 사용되어야 하며, 특히 전국이 구동될 때 발생하는 열에 의해 변화 또는 변형이 일어나지 않는 내열성이 우수한 재료가 사용되어야 한다.
상기 내열성을 가지는 고분자 절연 재료는 불소계 고분자, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 고분자, 폴리페닐렌계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리아미드이미드계 고분자 또는 파릴렌을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적인 예시로서, 상기 피복층은 파릴렌(parylene), 테프론(Teflon), 비스페놀 에이(bisphenol A), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리아미드이미드(polyamide imide)가 사용될 수 있다.
상기 절연체로 둘러싸는 것은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정을 통해 형성될 수 있는데, 상기 방법으로 제한되는 것은 아니며 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 등의 증착 공정 중 적어도 어느 하나의 방법을 선택하여 상기 절연체를 형성할 수 있다.
아울러, 상기 절연체가 상기 소스 섬유 및 상기 드레인 섬유를 완전히 감싸면 전극과 전원이 연결될 수 없어 본 발명의 섬유형 트랜지스터가 구동될 수 없을 수 있으므로, 상기 절연체는 상기 소스 섬유 및 상기 드레인 섬유의 일부 끝 부분을 제외하고 표면에 감싸질 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 있어서, 상기 소스 섬유 및 상기 드레인 섬유는 상기 소스 섬유와 상기 드레인 섬유 사이에 합성섬유를 추가로 포함하여 이격될 수 있다.
본 발명의 일 양태는 섬유형 트랜지스터를 포함하는 웨어러블(wearable) 디바이스를 제공한다.
상기 웨어러블(wearable) 디바이스는 의류, 안경, 신발 등과 같은 의류 패션제품은 물론, 신체에 부착하여 컴퓨팅 행위를 할 수 있는 모든 전자기기를 지칭하며, 일부 컴퓨팅 기능을 수행할 수 있는 어플리케이션까지 포함한다.
본 발명의 일 양태는 단일벽 탄소 나노튜브로부터 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 및 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브를 선택적 분리하는 단계; 상기 분리된 금속성 단일벽 탄소 나노튜브, 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나를 이용하여 섬유를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 섬유를 이용하여 섬유 집합체를 제조하는 단계;를 포함하는 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체의 제조방법을 제공한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체의 제조방법은 단일벽 탄소 나노튜브로부터 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 및 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브를 선택적으로 분리하는 단계를 포함한다.
상기 선택적 분리하는 단계는 당 분야에서 제공되는 일반적인 방법으로 할 수 있으며, 예를 들어 하기 기술된 방법에 의해 수행 가능하다. 이러한 선택적 분리 방법은 하기 기술된 방법에 제한되지 않고 종래 기술로 공지된 모든 기술을 적용하는 것이 가능하다.
예를 들어, 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유는 계면 활성제 사용 분리법(계면 활성제, 예컨대, ODA(octadecylamine)를 사용하는 방법), 전기영동법(용액 속에 탄소 나노튜브를 분산시킨 후 전기영동법을 써서 금속성 탄소 나노튜브만을 전극에 붙여 선별하는 방법), 펄스형태의 전압 인가법(탄소 나노튜브의 양단을 전극에 병렬로 연결시킨 후 일정 온도 범위에서 펄스형태의 전압을 인가함으로써 특정 키랄성을 갖는 탄소 나노튜브를 제거하고 원하는 탄소 나노튜브만을 얻는 방법), 황산 및 질산의 혼산용액 기반 분리법(탄소 나노튜브와 황산 및 질산을 혼합한 혼산용액을 혼합하여 분산용액을 교반하고, 분산용액을 여과한 후 여과된 탄소 나노튜브를 가열하는 방법) 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나를 통하여 단일벽 탄소 나노튜브로부터 분리될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 선택적 분리하는 단계 이후에 분리된 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 또는 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브를 열적 또는 화학적으로 정제하는 단계를 추가로 포함하여 수득률을 높일 수 있다.
상기 열적 또는 화학적으로 정제하는 단계는, 예를 들어 상기 탄소 나노튜브를 이산화 탄소를 포함하는 초임계 유체용매, 물과 알코올의 혼합용매인 보조용매 및 계면 활성제를 함유하는 초임계 혼합물과 접촉시켜 탄소 나노튜브의 불순물을 추출 제거하는 방법을 수행 될 수 있다.
상기 섬유를 제조하는 단계는 건식 방사 또는 습식 방사로 수행할 수 있다.
상기 건식 방사는, 예를 들어, 탄소 나노튜브가 지니는 반데르발스력을 이용하여 탄소 나노튜브가 자발적으로 섬유상을 형성하도록 하여 탄소 나노튜브 섬유를 제조하는 방법; 기타 매질을 사용하지 않고 탄소 나노튜브 합성과 동시에 이를 연속적으로 방적하는 섬유 형성 원리를 이용하여 순수 탄소 나노튜브 섬유를 제조하는 방법; 중 어느 하나의 방법을 포함 할 수 있다.
상기 습식 방사는, 예를 들어 단일벽 탄소 나노튜브를 초산(super acid)에 4 내지 20wt%농도로 용해시켜 탄소 나노튜브 섬유를 제조하는 방법; 질산을 이용하여 섬유축 방향으로 높은 배향성을 지니는 탄소 나노튜브 섬유를 제조하는 방법; 중 어느 하나의 방법을 포함할 수 있다.
상기 섬유를 제조하는 단계 이후에 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브를 이용하여 제조된 섬유 중 일부를 절연체로 코팅하는 단계를 추가할 수 있다.
상기 절연체는 자유롭게 움직일 수 있는 전도전자가 존재하지 않아 일반적인 조건의 외부 전기장을 가하더라도 전류가 흐르지 않는 물질이다. 도체인 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유를 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및/또는 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브 섬유 와 서로 맞닿지 않게 이격하는 역할을 한다.
상기 섬유 집합체를 제조하는 단계는 상기 섬유를 제조하는 단계에서 수득된 상기 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유, 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 합성섬유를 교번하여 배치시켜 씨실로 하고, 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유를 날실로 하여 직물을 제조함으로써 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체는 직물일 수 있다. 이 경우, 상기 직물의 날실은 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유이고, 직물의 씨실은 상기 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유, 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 합성섬유 중 어느 하나가 선택적으로 배치되는 것일 수 있으며, 또는 상기 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유, 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 합성섬유가 순차적으로 나열되어 배치되는 것일 수 있다. 본 명세서에서, 상기 씨실 및 날실은 섬유의 직조 방향을 구별하기 위한 것으로, 상기 씨실 및 날실이 상호변경되는 것을 포함한다.
상기 씨실과 날실이 교차하는 지점에서 전도성 페이스트, 예를 들어, 은(Ag) 페이스트를 이용하여 상기 씨실과 날실을 고정할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예
제조예 1. 탄소 나노튜브의 분리
금속성 단일벽 탄소 나노튜브 및 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브는 "계면 활성제 사용 분리법(계면 활성제로서 ODA(octadecylamine를 사용함), 황산 및 질산의 혼산용액 기반 분리법(탄소 나노튜브와 황산 및 질산을 혼합한 혼산용액을 혼합하여 분산용액을 교반하고, 분산용액을 여과한 후 여과된 탄소 나노튜브를 가열함)"을 통해 분리하였다.
분리한 탄소 나노튜브는 pH 농도를 중성으로 맞추기 위해 여러 번 증류수로 씻어 내었다. 각각의 탄소 나노튜브를 가열하여 탄소 이외의 불순물(ODA 포함)을 제거하였다.
실험 결과, 떠있는 탄소 나노튜브로서 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브, 가라앉은 탄소 나노튜브로서 금속성 단일벽 탄소 나노튜브를 수득하였다(도 1). 광전자 분광학(UPS: ltraviolet photoelectron spectroscopy)와 순환 전압 전류법(CV: cyclic voltammetry)을 통해 분리된 단일벽 탄소 나노튜브를 확인하였다.
실시예 1. 탄소 나노튜브 섬유의 제조
클로로 황산(chlorosulfonic acid)을 이용하여 각각 15 wt% 탄소 나노튜브 분산액을 만든 다음, 아세톤(acetone) 응고욕(coagulation bath)에 방사시켜 탄소 나노튜브 섬유 가닥을 제조하였다.
상기 탄소 나노튜브 섬유 가닥 10개를 병렬로 겹쳐놓고 꼬아 탄소 나노튜브 섬유를 제조하였다.
실시예 2. 섬유 집합체의 직조
상기 실시예 1에서 수득한 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유와 합성섬유를 순차적으로 배치시켜 씨실로 하고, 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유를 날실로 하여 직조하였다(도 3의 (a)).
실시예 3. 섬유 집합체의 직조
상기 실시예 1에서 수득한 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유와 합성섬유를 순차적으로 배치시켜 씨실로 하고, 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유와 합성섬유를 교번적으로 배치시켜 날실로 하여 직조하였다(도 3의 (b)).
실험예 1. 섬유의 특성 확인
본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 트랜지스터의 전기적 특성을 평가하기 위해, 상기 실시예 1에서 수득한 탄소 나노튜브 섬유 가닥 및 섬유를 소스, 드레인 및 게이트 섬유로 기능할 섬유에 전원을 연결한 후, 드레인에 -1V 전압을 가했을 때 게이트 전압에 따른 전류를 측정하였다.
실험 결과, 상기 탄소 나노튜브 섬유 가닥 및 탄소 나노튜브 섬유의 전달곡선 및 출력곡선을 각각 도 4 및 도 5에 나타내었다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 절대값 변화에 따라 트랜지스터가 on/off 기능을 하며, 마찬가지로 전류-전압 출력 곡선에서도 게이트 전압이 다른 곡선들이 드레인 전압에 따라 드레인 전류가 바뀌는 것을 확인할 수 있었다.
이러한 결과를 바탕으로, 상기 섬유형 트랜지스터는 게이트 전극에 전압이 인가되면 소스와 드레인 사이의 반도체영역에서 채널이 형성되며 이 채널을 통해 주요 반송자(main carrier)들이 이동이 일어나는 원리로 전류의 흐름이 발생하는 MOSFET의 성능을 구현해내는 것으로 판단할 수 있었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유, 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 합성섬유를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    직물 형태이고,
    상기 직물의 날실은 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유이고, 상기 직물의 씨실은 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유, 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 합성섬유가 교번하여 배치되는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유의 일부는 절연체로 둘러싸인 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 섬유의 직경은 50㎛ 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체.
  8. 제 1항의 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체를 포함하는 섬유형 트랜지스터.
  9. 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유로 이루어지고, 이격되어 배치되어 소스 전극 또는 드레인 전극으로 작용하는 복수의 소스-드레인 섬유;
    금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유로 이루어지고, 표면이 절연체로 감싸진 게이트 전극을 포함하는 복수의 게이트 섬유; 및
    반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유로 이루어지는 복수의 활성 섬유를 포함하고,
    상기 소스-드레인 섬유 및 상기 게이트 섬유가 상호 교차되어 형성되는 섬유형 트랜지스터.
  10. 제 9항에 있어서,
    합성섬유를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유형 트랜지스터.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 소스-드레인 섬유는 절연체로 둘러싸인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유형 트랜지스터.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 소스-드레인 섬유는 합성섬유에 의하여 이격된 것을 특징으로 하는 섬유형 트랜지스터.
  13. 제 8항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 섬유형 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블(wearable) 디바이스.
  14. 단일벽 탄소 나노튜브로부터 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 및 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브를 선택적 분리하는 단계;
    상기 분리된 금속성 단일벽 탄소 나노튜브, 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나를 이용하여 섬유를 제조하는 단계; 및
    상기 제조된 섬유를 이용하여 섬유 집합체를 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 섬유 집합체를 제조하는 단계는 상기 섬유를 제조하는 단계에서 수득된 상기 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유, 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 및 합성섬유를 교번하여 배치시켜 씨실로 하고, 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 섬유를 날실로 하여 직물을 제조하는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체의 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 선택적 분리하는 단계는 계면 활성제 사용 분리법, 전기영동법, 펄스형태의 전압 인가법, 황산 및 질산의 혼산용액 기반 분리법 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나를 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체의 제조방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 선택적 분리하는 단계 이후에, 분리된 금속성 단일벽 탄소 나노튜브 또는 반도체성 단일벽 탄소 나노튜브를 열적 또는 화학적으로 정제하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체의 제조방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 섬유를 제조하는 단계는 습식 방사로 수행되는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체의 제조방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 섬유를 제조하는 단계 이후에, 상기 금속성 단일벽 탄소 나노튜브를 이용하여 제조된 섬유 중 일부를 절연체로 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브 섬유 집합체의 제조방법.
  19. 삭제
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050095938A1 (en) * 2003-10-29 2005-05-05 Rosenberger Brian T. Carbon nanotube fabrics
JP2008100901A (ja) * 1997-05-29 2008-05-01 William Marsh Rice Univ 単層カーボンナノチューブ類から形成された炭素繊維類
US8400053B2 (en) 2001-07-25 2013-03-19 Nantero Inc. Carbon nanotube films, layers, fabrics, ribbons, elements and articles
KR101501003B1 (ko) 2013-06-27 2015-03-10 한국기계연구원 단일벽 탄소나노튜브의 분리방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1612187A1 (en) * 2004-06-30 2006-01-04 E.I. du Pont de Nemours and Company Carbon nanotube microfibers
KR20060077982A (ko) * 2004-12-30 2006-07-05 주식회사 효성 탄소 나노튜브 섬유의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된섬유
KR20180049558A (ko) 2016-11-03 2018-05-11 한국과학기술연구원 섬유형 트랜지스터 및 이의 제조 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008100901A (ja) * 1997-05-29 2008-05-01 William Marsh Rice Univ 単層カーボンナノチューブ類から形成された炭素繊維類
US8400053B2 (en) 2001-07-25 2013-03-19 Nantero Inc. Carbon nanotube films, layers, fabrics, ribbons, elements and articles
US20050095938A1 (en) * 2003-10-29 2005-05-05 Rosenberger Brian T. Carbon nanotube fabrics
KR101501003B1 (ko) 2013-06-27 2015-03-10 한국기계연구원 단일벽 탄소나노튜브의 분리방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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