KR20040042791A - 섬유형 고체 탄소 집합체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초미소 그라파이트 필라멘트의 수를 더욱 증가시킨 섬유형 고체 탄소 집합체 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 탄화한 섬유형체(8)의 표면, 섬유형체(8)의 내부 및 섬유형체(8)와 섬유형체(8)의 사이에 수많은 초미소 그라파이트 필라멘트(6)를 성장시킨 것을 특징으로 한다.

Description

섬유형 고체 탄소 집합체 및 그의 제조 방법 {FIBROUS SOLID CARBON MANIFOLD ASSEMBLY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은, 예를 들면 전계 방출 전자원(구체적으로는 전자총의 바늘), 각종 가스의 흡착재, 전지의 전극재, 초미소 완충재, 초미소 탄성체 등 폭넓은 기술분야에서 적용이 가능한 섬유형 고체 탄소의 집합체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 전계를 방출하는 전자총 등의 바늘은 하나의 형상으로 되어 있었다. 이 때문에, 사용 도중에 전자총의 바늘이 파손되면 바늘을 교환할 수밖에 없었다.
탄소로 이루어진 나노 튜브형 섬유의 생성핵이 되는, 예를 들면, 철 등의 금속을 주성분으로 하는 금속 기판에 다수의 관통 구멍을 형성하고, 상기 금속 기판의 표면 및 관통 구멍의 주벽(周壁)에 탄소 나노 튜브형 섬유의 피막을 형성한 것을 전계 방출 전자원으로서 이용하는 것이 제안되어 있다(특허문헌 1: 특개 2001-229806호 공보 참조). 또한, 탄소 나노 튜브형 섬유의 제조 방법에 대해서는 특허문헌 2∼4 등에 기재되어 있다(특허문헌 2: 특개2000-203820호 공보, 특허문헌 3: 특개2000-327317호 공보 및 특허문헌 4: 특개2001-48510호 공보).
상기한 바와 같이 금속 기판의 표면에 탄소 나노 튜브형 섬유를 성장시킨 것은 여러 가지 우수한 성능을 갖고 있지만, 본 발명은 탄소 나노 튜브형 섬유 등의 초미소 그라파이트 필라멘트의 수를 더욱 증가시킨 섬유형 고체 탄소 집합체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 고체 탄소의 집합체를 제조하는 장치의 단면도.
도 2는 본 발명에서 사용하는 섬유 기재의 형태를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에서 사용하는 섬유 기재의 형태를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에서 사용하는 섬유 기재의 형태를 설명하기 위한 도면.
도 5는 그라파이트 필라멘트의 성장 과정을 설명하기 위한 모식도.
도 6은 섬유형체의 표면에 그라파이트 필라멘트가 성장한 상태를 나타내는 모식도.
도 7은 섬유형체의 내부에 그라파이트 필라멘트가 성장한 상태를 나타내는 모식도.
도 8은 섬유형체와 섬유형체의 사이에 그라파이트 필라멘트가 성장한 상태를 나타내는 모식도.
도 9는 필라멘트 집합체층을 형성한 중간체의 단면도.
도 10은 섬유형 고체 탄소 집합체를 이용하여 구성한 표시 장치의 단면도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매 잉크를 인쇄한 기체(基體)의 상면도(上面圖).
도 12는 상기 촉매 잉크를 인쇄한 기체의 단면도이다.
도 13은 상기 기체 상에 그라파이트 필라멘트를 성장시킨 상태를 나타내는 단면도.
<도면의 부호에 대한 설명>
1: 섬유 기재2: 반응실
3: 프레임 부재4: 지지 부재
5: 자계 발생 수단6: 그라파이트 필라멘트
7: 촉매8: 섬유형체
9: 가스 도입구10: 가스 배출구
11: 서포트(support) 부재12: 수용성 접착제층
13: 필라멘트 집합체14: 전극
15: 진공층16: 형광체층
17: 유리층18: 기체(基體)
19: 촉매 잉크
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 수단은, 탄화한 섬유형체의 표면, 섬유형체의 내부 및 섬유형체와 섬유형체의 사이에 수많은 초미소 그라파이트 필라멘트를 성장시킨 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제2 수단은, 탄화한 섬유형체의 표면, 섬유형체의 내부 및 섬유형체와 섬유형체의 사이에 성장시킨 수많은 초미소 그라파이트 필라멘트, 및 훈탄 가루(carbonized chaff powder), 또는 셀룰로오즈의 미소 결정 구조를 포함하는 해조류나 세균류를 담지시킨 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제3 수단은, 상기 제1 수단 또는 제2 수단에 있어서,
상기 초미소 그라파이트 필라멘트가 중공(中空)형의 필라멘트인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제4 수단은, 섬유형체의 표면, 섬유형체의 내부 및 섬유형체와 섬유형체의 사이에, 예컨대 함침법 또는 이온 교환법 등으로 촉매 미립자를 부착하는 공정, 및 상기 촉매 미립자가 부착된 섬유형체를 무산소의 고온 하에서, 예를 들면 메탄 등의 탄화수소 가스와 접촉시킴으로써 상기 섬유형체를 탄화하는 동시에, 섬유형체의 표면, 섬유형체의 내부 및 섬유형체와 섬유형체의 사이에 수많은 초미소 그라파이트 필라멘트를 생성·성장시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제5 수단은, 섬유형체를 별도의 장소에서 탄화시키거나 또는 동일 반응로 내에서 전처리 공정으로서 섬유형체를 탄화하는 공정,
상기 탄화시킨 섬유형체의 표면, 섬유형체의 내부 및 섬유형체와 섬유형체의 사이에 촉매 미립자를 부착하는 공정, 및
상기 촉매 미립자가 부착된 섬유형체를 고온 하에서 탄화수소 가스와 접촉시킴으로써, 탄화한 섬유형체의 내부 및 섬유형체와 섬유형체의 사이에 수많은 초미소 그라파이트 필라멘트를 생성·성장시키는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제6 수단은, 상기 제4 수단 또는 제5 수단에 있어서,
상기 촉매가 예를 들면 니켈 등의 금속 미립자로 이루어지고,
상기 촉매 미립자가 부착된 섬유형체에 탄화수소 가스를 접촉시켜 초미소 그라파이트 필라멘트를 생성·성장시키는 공정에서, 상기 섬유형체에 대하여 자계를 부여하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제7 수단은, 상기 제4 수단 또는 제5 수단에 있어서,
상기 그라파이트 필라멘트의 헤드(head)부에 부착되어 있는 촉매 미립자를, 예를 들면 연마 등으로 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제8 수단은, 상기 제4 수단 또는 제5 수단에 있어서,
상기 그라파이트 필라멘트를 성장시킨 섬유형체 및 이를테면 고분자 등의 바인더와의 혼합물을 이용하여 필라멘트 집합층을 형성하는 공정, 및
상기 필라멘트 집합층의 표면을 연마하여 그라파이트 필라멘트를 노출시키는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제9 수단은, 상기 제8 수단에 있어서,
상기 필라멘트 집합층을 형성하는 공정에서, 예를 들면 금속판 등의 서포트 부재 상에 섬유형체 및 바인더의 혼합물을 도포 또는 접착하여 필라멘트 집합층을 형성하고,
상기 필라멘트 집합층의 표면을 연마한 후에 서포트 부재를 필라멘트 집합층으로부터 박리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제10 수단은, 상기 제9 수단에 있어서,
상기 서포트 부재 상에, 예를 들면 폴리비닐 알코올 등의 수용성 접착제층을 형성하고, 상기 수용성 접착제층 상에 섬유형체 및 바인더의 혼합물을 도포 또는 접착하여 필라멘트 집합층을 형성하고,
상기 서포트 부재를 필라멘트 집합층으로부터 박리하는 공정에서, 상기 수용성 접착제층을 물로 용해하여 서포트 부재를 필라멘트 집합층으로부터 박리하는 것을 특징으로 하는 것이다.
(실시예)
이하, 본 발명의 일 실시예를 도면과 함께 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 고체 탄소의 집합체를 제조하기 위한 장치의 단면도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명에서 사용하는 섬유 기재의 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 그라파이트 필라멘트의 성장 과정을 설명하기 위한 모식도이고, 도 6은 섬유형체의 표면에 그라파이트 필라멘트가 성장한 상태를 나타내는 모식도이고, 도 7은 섬유형체의 내부에 그라파이트 필라멘트가 성장한 상태를 나타내는 모식도이고, 도 8은 섬유형체와 섬유형체의 사이에 그라파이트 필라멘트가 성장한 상태를 나타내는 모식도이고, 도 9는 필라멘트 집합체층을 형성한 중간체의 단면도이며, 도 10은 섬유형 고체 탄소 집합체를 이용하여 구성한 표시 장치의 단면도이다.
하기 할 그라파이트 필라멘트의 담체가 되는 섬유 기재(1)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 폭이 넓은 것을 소용돌이 형상으로 감아서 상하로 프레스하여 전체적으로 평판형으로 한 것, 도 3에 나타낸 바와 같이 지정된 넓이로 잘라낸 것을 여러 장 겹쳐 상하로 프레스하여 전체적으로 평판형으로 한 것, 도 4에 나타낸 바와 같이 폭이 넓은 것을 교대로 접어 상하로 프레스하여 전체적으로 평판형으로 한 것 등이 이용된다.
상기 섬유 기재(1)는 합성 섬유, 천연 섬유 또는 무기 섬유 등의 직포, 부직포, 종이, 펠트류, 식모체(植毛體), 골판지형 등으로 구성되어 있다.
상기 합성 섬유를 예시하면, 폴리아미드계, 폴리에스테르계, 폴리에틸렌 테레프탈레이트계, 아크릴로니트릴계, 폴리비닐 알코올계 등의 합성 섬유를 들 수 있다. 상기 천연 섬유를 예시하면, 목면, 마, 비단, 양모 등을 들 수 있다. 상기 무기 섬유를 예시하면, 유리 섬유, 알루미나 섬유, 실리카·알루미나 섬유, 탄소 섬유 등을 들 수 있다.
이 외에, 왕겨를 탄화하여 분쇄한 훈탄 가루, 또는 셀룰로오즈의 마이크로피브릴(microfibril)(미소 셀룰로오즈 분자 결정구조)을 포함한 해조류나 세균류 등과의 하이브리드를 이용할 수도 있다.
상기 섬유 기재(1)의 표면 및 내부에, 그라파이트 필라멘트의 생성핵이 되는 촉매가 담지된다. 이러한 촉매를 예시하면, 니켈, 코발트, 철, 구리, 몰리브덴의 단독 또는 이들의 합금(예를 들면, Ni-Co, Ni-Fe-Co, Ni-Mo, Fe-Ni-Mo 등), 또는 이들에 백금, 로듐, 은 등의 귀금속을 첨가한 것을 들 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면 저급 알코올과 아세트산 니켈의 혼합 용액 등이 이용되고, 상기 용액에 섬유 기재(1)를 침투시켜 건조함으로써, 함침법 또는 이온 교환법에 의해 섬유 기재(1)의 표면 및 내부의 거의 전체에 미립자형 촉매 금속을 담지한다.
상기 촉매가 부착된 섬유 기재(1)를 도 1에 나타낸 반응실(2) 내에 세팅한다. 반응실(2) 내에는, 프레임 부재(3), 및 그 위에 탑재된 철망이나 망상 금속판 등으로 이루어지는 통기성이 좋은 지지 부재(4)가 다단으로 설치되고, 각 단에 촉매가 부착된 섬유 기재(1)가 탑재된다.
반응실(2)의 하부에는 가스 도입구(9)가, 상부에는 가스 배출구(10)가 각각 설치되어 있다. 또한, 반응실(2)의 상부에 단일 또는 적층 구조의 자석 등으로 이루어지는 자계 발생 수단(5)이 설치되고, 이 자계 발생 수단(5)에 의해 반응실(2) 내의 상하 방향으로 자계 자속이 형성된다. 또한, 반응실(2) 내부는 가열 히터(도시하지 않음)에 의해 고온 상태로 유지된다. 반응 온도는 500℃∼900℃가 바람직하고, 특히 650℃ 이상의 온도가 적절하다.
가스 도입구(9)로부터는 가스형의 탄화수소 또는 가스형의 탄화수소를 포함하는 혼합물이 반응실(2) 내로 도입된다. 상기 탄화수소로는, 예를 들면 알칸, 알켄, 알킨의 사슬형 탄화수소, 지환식 탄화수소, 방향족 탄화수소 등이 이용된다. 또한, 탄화수소를 포함하는 혼합물로는, 예를 들면 천연 가스나 석유 가스 등을 이용할 수 있다. 아울러, 필요에 따라, 아르곤이나 질소 등의 비활성 가스를 혼합할 수도 있다.
탄화수소로서 메탄 가스를 이용하는 경우, 상기한 촉매 존재 하에서 하기의 화학 반응이 발생하여, 6원환(그라펜)의 다층 구조를 갖는 단결정, 다결정 또는 검댕형의 그라파이트 필라멘트가 생성·성장한다. 이러한 화학 반응은 메탄의 직접적인 분해 반응이면서, 동시에 순수한 수소를 부생하는 반응이기도 한다.
CH4→ C + 2H2
도 5는 그라파이트 필라멘트가 생성·성장하는 모양을 모식적으로 나타내는 도면이다. 우선, 미립자형의 촉매 금속이 그라파이트 필라멘트의 생성핵으로서 작용하고, 고온으로 인해 용융 상태에 가까운 촉매(7)가 탄소 원자를 받아들이고, 상기 촉매(7)로부터 탄소 원자가 튜브형으로 밀려 나와 중공형의 그라파이트 필라멘트(6)가 생성되기 시작한다. 이와 같이 촉매(7)를 통한 탄소 원자의 취입과 압출을 반복함으로써 중공형 그라파이트 필라멘트(6)가 서서히 성장한다. 상기한 형태 이외의 형태를 갖는 그라파이트 필라멘트도 성장한다.
촉매(7)로는 상기한 바와 같이 Ni, Co, Fe, Ni-Co, Ni-Fe-Co, Ni-Mo, Fe-Ni-Mo 등과 같이 자성을 갖는 것을 이용하며, 도 1에 나타낸 바와 같이 자계 발생 수단(5)에 의해 일정 방향으로 자계가 형성되어 있는 경우, 이 자계의 영향으로 그라파이트 필라멘트(6)가 일정 방향(자계 방향)으로 성장하여, 그라파이트 필라멘트(6)의 방향성을 일치시킴과 동시에, 그 성장을 촉진할 수 있다.
또한, 금속은 통상, 퀴리 온도(예를 들면, Fe: 800℃, Ni: 350℃)에 도달하면 자성을 상실할 가능성이 있다. 그러나, 물질은 원자 레벨에서는 미세하게 진동하고 있기 때문에 자기 공명 현상 등이 존재하고, 상기한 바와 같은 고온 조건 하에서는 금속 미립자로 이루어진 촉매(7)는 자계의 영향을 받으므로, 그라파이트 필라멘트(6)가 일정 방향으로 성장하고 있다고 생각된다.
자계를 형성하는 방법에 의해서, 그라파이트 필라멘트(6)를 거의 직선형으로 성장시키거나, 또는 코일 스프링형, U자형, S자형, W자형, 9자형, 원호(圓弧)형 등의 비직선형으로 성장시키는 것이 가능하다. 코일 스프링형 등의 비직선형으로 성장시킨 그라파이트 필라멘트(6)의 집합체는 미소한 탄성을 가지고 있기 때문에, 미소 스프링 등의 미소 완충재나 미소 탄성재로 사용할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 그라파이트 필라멘트(6)의 생성ㆍ성장 모양을 모식적으로 나타낸 도면이다. 상기 그라파이트 필라멘트(6)의 담체로서 사용되는 섬유 기재(1)는 반응실(2) 내의 고온 및 무산소 상태에 의해 이미 탄화되어 있다. 그리고, 도 6에 나타낸 바와 같이 섬유 기재(1)를 구성하고 있는 탄화한 개개의 섬유형체(8)의 표면에, 도 7에 나타낸 바와 같이 섬유형체(8)의 내부에, 및 도 8에 나타낸 바와 같이 섬유형체(8)와 섬유형체(8)의 사이 등에 수많은 그라파이트 필라멘트(6)가 생성ㆍ성장하고 있다.
이들 도면에서는 거의 직선형으로 성장한 그라파이트 필라멘트(6)를 나타내고 있지만 자계를 형성하는 방법을 고안함으로써, 직선형으로 성장한 그라파이트 필라멘트(6) 중에 비직선형으로 성장한 그라파이트 필라멘트(6)를 혼재시키거나, 비직선형으로 성장한 그라파이트 필라멘트(6)를 주체로 하는 것도 가능하다.
도 6 내지 도 8은 섬유형체(8)의 표면, 내부, 섬유형체(8)와 섬유형체의 사이 상태를 따로 나타내었지만, 실제로는 동일한 섬유 기재(1)가 있는 곳에 도 6 내지 도 8에 나타낸 상태로 수많은 그라파이트 필라멘트(6)가 성장하고 있다.
상기 그라파이트 필라멘트(6)의 길이는 대략 1 ㎛∼100 ㎛ 정도이고, 굵기는 대략 1O ㎚ 이상에서 1 ㎛ 미만 정도이다.
본 실시예에서는, 섬유 기재(1)를 반응실(2) 내에서 탄화시켰지만, 반응실(2) 내에 세팅하기 전에 별도의 공정 또는 동일 반응로 내의 전처리 공정으로서 미리 무산소의 고온 상태에서 섬유 기재(1)를 탄화시킬 수도 있다.
1회 째의 반응 후, 상기한 바와 동일한 촉매 처리를 하여 두 번째의 성장 반응을 수행한다. 상기 그라파이트 필라멘트(6)는 길이 방향의 성장을 계속하면서, 동시에 전체를 확대시키는 성장도 일어난다. 이러한 성장이 필요하면, 상기한 촉매 처리 및 그라파이트 필라멘트(6)의 생성 반응을 복수 회 반복하면 된다. 반응 회수는 그라파이트 필라멘트(6)의 최종 상태에 의존하지만, 통상 1∼2회가 적당하다.
그라파이트 필라멘트(6)의 생성 반응에 의해 배출된 수소 가스는 도 1에 나타낸 가스 배출구(10)로부터 인출된다. 수소 가스에 의한 폭발을 방지하기 위해, 원료로 공급되는 탄화수소 가스에 미리 적당량의 비활성 가스(Ar, N2) 등을 혼입해 둘 수 있다.
이어서, 상기와 같이 하여 수많은 그라파이트 필라멘트가 성장·담지된 섬유 기재를 이용하여 표시 장치용 전자총의 바늘을 제조하는 방법을 설명한다.
상기 그라파이트 필라멘트를 성장·담지한 섬유 기재를 기계적으로 압착 분쇄하여 미세 입자로 하고, 상기 입자에 바인더로서 고분자(예를 들면, 에폭시 수지나 자외선 경화성 수지 등) 또는 유리 물질을 함침 또는 혼련한다. 이후의 연마 공정에 견딜 수 있도록 금속판이나 세라믹판 등으로 이루진 판형의 서포트 부재를 이용하고, 이 서포트 부재 상에 상기 혼련물을 시트형으로 인장하여 고체화시켜, 필라멘트 집합체층을 형성한다. 이 때, 서포트 부재의 표면에 미리 폴리비닐 알코올(PVA)이나 카르복시메틸셀룰로오즈(CMC) 등의 수용성 접착제를 도포하고 건조한 뒤, 그 위에 필라멘트 집합체층을 도포하여 고체화시킨다.
도 9는 상기 필라멘트 집합체층을 형성한 중간체를 나타내는 단면도이다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 서포트 부재(11)상에 수용성 접착제층(12)을 통하여 지정된 두께를 갖는 필라멘트 집합체층(13)이 형성되어 있다.
상기한 예에서는 그라파이트 필라멘트를 성장·담지한 섬유 기재를 분쇄하여 사용했지만, 이 외에 그라파이트 필라멘트를 성장·담지한 섬유 기재를 기계적으로 눌러 압착한 판형 등의 지정된 형상으로 하고, 이 섬유 기재 내부 및 표면에 바인더로서 고분자 또는 유리 물질을 함침 또는 혼련하여 이를 상기 서포트 부재의 표면에 고착하는 것도 가능하다.
또한, 수용성 접착제층(12) 대신 양면 점착 테이프를 사용할 수도 있다.
이어서, 필라멘트 집합체층(13)의 표면을 지석(砥石)으로 연마하여, 바인더로 덮여 있지 않는 그라파이트 필라멘트를 표면에 노출시킨다. 이렇게 하여 노출된 수많은 그라파이트 필라멘트는 전자총의 바늘이 된다. 이 때, 표면의 거칠기는 수십 ㎛ 정도이면 충분하다. 이것은 전자총 바늘(노출된 그라파이트 필라멘트)의 선단부가 들어가는 진공층의 두께가 약 10O ㎛ 전후이기 때문이다. 이처럼, 진공층을 비교적 두껍게 한 것은 진공층을 형성하기 위해 스페이서로서 개재하는 세라믹볼(예를 들면, 유리 중공(中空)볼)의 비용을 저감하기 위해서이다.
본 실시예에서는 지석에 의해 필라멘트 집합체층(13)을 연마하였으나, 다이싱 소(Dicing Saw) 등과 같은 다른 수단을 이용할 수도 있다. 또한, 필라멘트 집합체층(13)을 연마하는데, 예를 들면 반도체 관련 연마 기술인 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 등의 초정밀 연마법을 사용하여 정밀 가공을 수행하고, 상기 진공층을 더욱 얇게 하는 것도 가능하다.
전극과의 접촉이 필요하기 때문에, 도 9에 나타낸 중간체의 서포트 부재(11)를 박리하여, 필라멘트 집합체층(13)의 이면을 가볍게 연마하고, 그 이면에도 그라파이트 필라멘트를 노출시킨다. 전술한 바와 같이 서포트 부재(11)와 필라멘트 집합체층(13)은 수용성 접착제층(12)으로 일체화되어 있기 때문에, 물로 수용성 접착제층(12)을 용해함으로써 서포트 부재(11)를 용이하게 박리할 수 있다.
도 10은 상기 전자총을 이용한 표시 장치의 단면도이다. 도면 중의 (14)는 지정된 형상으로 패터닝된 전극, (13)은 전극(14) 상에 설치된 필라멘트 집합체층으로, 표면에는 수많은 그라파이트 필라멘트(6)가 노출되어 있고, 각 그라파이트 필라멘트(6)가 전자총의 바늘로서의 기능을 수행한다. 그라파이트 필라멘트(6)는 서로 접촉해 있거나, 또는 탄화한 섬유형체(8)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다.
도 10에서 15는 진공층, 16은 형광체층, 17은 유리층이다. 필라멘트 집합체층(13)과 형광체층(16)의 사이에는 스페이서로서 세라믹볼(도시하지 않음)이 개재되어 있고, 상기 세라믹볼에 의해 진공층(15)의 두께가 확보되어 있다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 본 실시예에서는, 예를 들면 세라믹이나 금속 등으로 이루어지는 기체(基體)(18) 상에, 도 11과 도 12에 나타낸 바와 같이 촉매 잉크(19)를 사용하여 원하는 패턴 또는 모양 등을 인쇄하여 형성한다. 촉매 잉크(19)는, 예를 들면 알코올류 등의 유기 액체 또는(및) 물 용매에, 예를 들면 아세트산니켈 등의 촉매 성분을 포함한 화합물을 용해한 것으로, 용액중의 촉매 함유율이 5∼30 중량% 정도인 것이 바람직하다.
촉매 잉크(19)를 부착한 기체(18)를 도 1에 나타낸 지지 부재(4)상에 탑재시켜, 고온 상태에서 탄화수소 가스와 접촉시킴으로써, 도 13에 나타낸 바와 같이 기체(18) 상에 그라파이트 필라멘트(6)를 성장시키고 필라멘트 집합체층(13)을 형성한다. 성장한 그라파이트 필라멘트(6)는 자계 발생 수단(5)에 의해 형성되는 자계의 영향으로 그 성장 방향이 거의 모두 동일하게 되어 있다. 또한, 형성된 필라멘트 집합체층(13)의 평면 형상은 인쇄된 촉매 잉크(19)의 패턴과 동일하다.
상기 실시예에서는 그라파이트 필라멘트를 성장·담지한 섬유 기재를 분쇄하여 미립자형으로 하고, 상기 미립자 및 바인더를 혼합하여 성형했지만, 용도에 따라서는 상기의 그라파이트 필라멘트를 담지한 섬유 기재를 분쇄하지 않은 그대로 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 섬유형 고체 탄소 집합체는 전계 방출 전자원 이외에, 예를 들면, 수소 가스를 비롯한 각종 가스의 흡착·흡장체, 탈취제, 필터, 연료 전지나 태양 전지 등의 전지용 전극, 전자파 흡수체(또는 차단체), 프로브(probe), 미소완충체, 미소 탄성체 등 각종 산업 분야에 적용 가능하다.
전술한 바와 같이 본 발명은, 섬유형체의 표면, 섬유형체의 내부 및 섬유형체와 섬유형체의 사이에 수많은 초미소 그라파이트 필라멘트를 성장시킨 것을 특징으로 하는 것이다. 이 섬유형체는 그 표면, 내부 및 인접하는 섬유형체의 사이 등의 도처에 촉매 미립자를 담지할 수 있기 때문에, 그라파이트 필라멘트의 수를 크게 증가시킬 수 있게 된다.
이처럼, 그라파이트 필라멘트의 수가 증가하면, 그 기능의 향상, 예를 들면, 균일한 전계 전자 방출, 가스 흡착·흡장량의 증가, 전자파 흡수(또는 차단) 기능의 향상 또는 미소 완충체나 미소 탄성체의 실현 등을 도모할 수 있다.
또한, 그라파이트 필라멘트에 자계를 부여함으로써, 그라파이트 필라멘트를 직선형 또는 비직선형 등의 임의의 형태로 조절할 수 있다.

Claims (10)

  1. 탄화한 섬유형체의 표면, 섬유형체(纖維形體)의 내부 및 섬유형체와 섬유형체의 사이에 수많은 초미소 그라파이트 필라멘트를 성장시킨 섬유형 고체 탄소 집합체.
  2. 상기 탄화한 섬유형체의 표면, 섬유형체의 내부 및 섬유형체와 섬유형체의 사이에,
    성장한 수많은 초미소 그라파이트 필라멘트 및 훈탄 가루(carbonized chaff powder) 또는 셀룰로오즈의 미소 결정 구조를 포함한 해조류나 세균류를 담지시킨 섬유형 고체 탄소 집합체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초미소 그라파이트 필라멘트가 중공형의 필라멘트인 섬유형 고체 탄소 집합체.
  4. 상기 섬유형체의 표면, 섬유형체의 내부 및 섬유형체와 섬유형체의 사이에 촉매 미립자를 부착하는 공정; 및
    상기 촉매 미립자가 부착된 섬유형체를 무산소의 고온 하에서 탄화수소 가스와 접촉시킴으로써 상기 섬유형체를 탄화하는 동시에, 섬유형체의 표면, 섬유형체의 내부 및 섬유형체와 섬유형체의 사이에 수많은 초미소 그라파이트 필라멘트를 생성·성장시키는 공정
    을 포함하는 섬유형 고체 탄소 집합체의 제조 방법.
  5. 섬유형체를 탄화하는 공정;
    상기 탄화한 섬유형체의 표면, 섬유형체의 내부 및 섬유형체와 섬유형체의 사이에 촉매 미립자를 부착하는 공정; 및
    상기 촉매 미립자가 부착된 섬유형체를 고온 하에서 탄화수소 가스와 접촉시킴으로써, 탄화한 섬유형체의 내부 및 섬유형체와 섬유형체의 사이에 수많은 초미소 그라파이트 필라멘트를 생성·성장시키는 공정
    을 포함하는 섬유형 고체 탄소 집합체의 제조 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 촉매가 금속 미립자로 이루어지고,
    상기 촉매 미립자가 부착된 섬유형체에 탄화수소 가스를 접촉시켜 초미소 그라파이트 필라멘트를 생성·성장시키는 공정에서, 상기 섬유형체에 대하여 자계를 부여하는
    섬유형 고체 탄소 집합체의 제조 방법.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 그라파이트 필라멘트의 헤드부(頭部)에 부착되어 있는 촉매 미립자를 제거하는 공정
    을 포함하는 섬유형 고체 탄소 집합체의 제조 방법.
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 그라파이트 필라멘트를 성장시킨 섬유형체 및 바인더의 혼합물을 이용하여 필라멘트 집합층을 형성하는 공정; 및
    상기 필라멘트 집합층의 표면을 연마하여 그라파이트 필라멘트를 노출하는 공정
    을 포함하는 섬유형 고체 탄소 집합체의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 필라멘트 집합층을 형성하는 공정에서 서포트 부재 상에 섬유형체 및 바인더의 혼합물을 도포 또는 접착하여 필라멘트 집합층을 형성하고,
    상기 필라멘트 집합층의 표면을 연마한 후에 서포트 부재를 필라멘트 집합층으로부터 박리하는 공정
    을 포함하는 섬유형 고체 탄소 집합체의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 서포트 부재 상에 수용성 접착제층을 형성하고, 상기 수용성 접착제층상에 섬유형체 및 바인더의 혼합물을 도포 또는 접착하여 필라멘트 집합층을 형성하고,
    상기 서포트 부재를 필라멘트 집합층으로부터 박리하는 공정에서, 상기 수용성 접착제층을 물로 용해하여 서포트 부재를 필라멘트 집합층으로부터 박리하는
    섬유형 고체 탄소 집합체의 제조 방법.
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