KR20060060144A - 탄소나노튜브 박막의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산처리한 상업용 탄소나노튜브 분말을 초음파 처리(sonication)를 통하여 물에 분산시킴과 아울러, 물에 미량의 계면활성제를 첨가함으로써 탄소나노튜브의 표면 전기적 상태를 변환시키고, 그 결과 얻은 전구용액을 EASP(Electrostatic Aerosol Spray Pyrolysis) 장치를 이용하여 전기전도성, 전기부전도성 기판상에 전기적으로 분산시킴으로써 탄소나노튜브 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 간단한 공정에 의해 탄소나노튜브 박막을 용이하게 제조할 수 있고, EASP 장치에서 전구용액 조성의 제어, 분산 조건의 제어를 통하여 탄소나노튜브 박막의 두께를 자유롭게 제어할 수 있고, 균일한 표면형상을 가지면서 결합제를 사용하지 않으며, 반복 재연성이 우수한 박막을 제조할 수 있다.

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Description

탄소나노튜브 박막의 제조방법{The fabrication method of carbon nanotube thin film}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 박막의 제조방법에서 사용되는 EASP 장치의 구체적 구성을 도시하는 구성도

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 박막의 제조방법의 공정을 구체적으로 나타낸 순서도

도 3a,3b,3c는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 박막의 제조방법에 따라 제조한 박막의 표면 형상을 관찰하기 위하여 SEM 측정한 결과를 나타내는 사진

도 4a,4b,4c는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 박막의 제조방법에 따라 제조한 박막의 두께 변화를 관찰하기 위하여 SEM 측정한 결과를 나타내는 사진

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 박막의 제조방법에 따라 제조한 탄소나노튜브 후막(厚膜)의 특성을 관찰하기 위하여 SEM 측정한 결과를 나타내는 사진

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 전자식 유속 제어기 2 : 주사기

3 : 기판 4 : 금속 기판 지지대

5 : 온도조절기 6 : 히터

7 : 고전압 직류전원 8 : 거리제어장치

본 발명은 탄소나노튜브 박막의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산처리한 탄소나노튜브 분말을 초음파 처리를 통하여 물에 분산시킴과 아울러, 물에 미량의 계면활성제를 첨가함으로써 탄소나노튜브의 표면 전기적 상태를 변환시키고, 그 결과 얻은 전구용액을 EASP 장치를 이용하여 전기전도성, 전기부전도성 기판상에 전기적 분사시킴으로써 탄소나노튜브 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 탄소나노튜브는 준 일차원적인 양자구조를 가지고 있어 저차원에서 특이한 여러 양자현상이 관측되었고, 특히 역학적 견고성, 화학적 안정성, 열전도성이 우수할 뿐만 아니라 구조에 따라 도체 또는 반도체의 성질을 띠는 독특한 특성을 나타낸다.

또한, 탄소나노튜브는 그 속이 비어있고 직경이 수 nm 내지 수십 nm이며 길이가 수십 ㎛ 내지 수백 ㎛이다.

상기와 같은 특성 때문에 탄소나노튜브는 각종 장치의 이미터(emitter), 진공 형광 디스플레이(VFD:Vacuum Fluorescent Display), 백색광원, 전계 방출 디스 플레이(FED:Field Emission Display), 에너지저장소재(예를 들어, 2차전지, 연료전지 또는 초고용량 캐패시터의 전극), 나노 와이어, AFM(Atomic Force Microscope) 또는 STM(Scanning Probe Microscope)의 팁(Tip), 단전자 소자, 가스 센서, 의공학용 미세부품, 고기능 복합체 등에서 무한한 응용가능성을 가지고 있다.

그런데, 상기와 같은 다양한 응용분야에서 실용화되기 위해서는 나노 크기의 박막화가 필수적이므로, 현재 탄소나노튜브의 생성 방법과 더불어 탄소나노튜브 박막의 제조 방법에 대하여 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재, 일반적으로 사용되고 있는 탄소나노튜브 박막의 제조방법은 탄소나노튜브를 생성함과 동시에 박막으로 제조하는 화학 기상 증착법(CVD:Chemical Vapor Deposition)과 탄소나노튜브 분말을 용매에 분산시켜 박막을 제조하는 방법으로 나눌 수 있다.

화학 기상 증착법은 알루미늄 박막이나 유리 위에 나노 크기의 금속 촉매를 스퍼터링(sputtering)하거나 혹은 AAO(Anodic Aluminium Oxide)를 형판으로 한 후, 탄소 소오스 가스를 높은 온도에서 열분해하여 열화학 기상 증착법으로 수직 정렬되도록 탄소나노튜브를 성장시키는 방법이다.

이는 주로 FED 소자에서 주로 응용되고 있는 방법이나 통상적인 화학 기상 증착법이 700~900℃의 높은 온도에서 수행되고 있어, 박막에 열적 결함 가능성이 커지는 바, 탄소나노튜브를 적용하는 증착온도를 낮추기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다(Science vol.282, 6, 1998).

이러한 시도의 일환으로, 공개특허 2001-0103274에서는 저온에서 탄소나노튜 브를 고르게 성장시킬 수 있는 박막 제조방법을 제시하고 있다.

한편, 탄소나노튜브의 분말을 용매에 분산시켜 제조하는 방법에는 증발법, 여과법, Airbrushing법, 코팅액을 이용한 기판 피복법 등이 있다.

증발법은 탄소나노튜브를 알코올계 용액에 분산시키고 그 분산용액을 금속 기판 위에 떨어뜨린 후 가열하여 용액을 증발시켜 박막을 제조하는 방법이고, 여과법은 여과 필터를 이용하여 탄소나노튜브가 분산된 용액을 여과시키고 여과 후 잔류하는 탄소나노튜브를 건조시켜 탄소나노튜브 페이퍼 형태로 박막을 제조하는 방법이다(Science vol.305, 1273, 2004), (Nanotechnology vol.15, 379, 2004).

또한, Airbrushing법은 탄소나노튜브가 분산된 용액을 아르곤과 같은 비활성 가스의 압력을 이용하여 뜨겁게 가열된 기판 위에 분사시켜 박막을 제조하는 방법이다(Applied Physics Letters vol.76, 1668, 2000).

기판 피복법은 탄소나노튜브 분말을 포함하는 코팅액을 기판에 도입하고 상기 도입된 코팅액을 기계적 힘으로 일방향으로 펴 주어 상기 탄소나노튜브가 일정한 방향으로 배향되도록 유도하여 박막을 제조하는 방법이다(공개특허 2003-0011398).

그러나, 상기와 같은 방법들은 탄소나노튜브 박막 제조시 두께와 질량을 조절하기가 어려울 뿐만 아니라, 용액을 이용하는 경우 고른 박막의 증착이 어렵고, 특히 재연성이 떨어진다는 문제점을 가지고 있다.

또한, 대부분의 경우 결합제를 혼합하여 박막을 제조하고 있어 탄소나노튜브의 고유한 특성을 저하시키는 결과를 야기하여 소자로서의 성능발현에 제약을 주게 되고, 또한 이러한 결합제를 제거하는 공정을 포함하는 경우 복잡한 제조과정으로 인하여 실용화에 어려움을 줄 수 있다.

특히, 이상의 문제점들 중 FED등 전계방출 디스플레이로써 탄소나노튜브 박막의 응용에 있어 중요하게 고려되어야 할 사항이 바로 박막 표면의 균일성이다.

이를 위해 주로 탄소나노튜브의 분산액을 이용하여 박막을 제작하는데 탄소나노튜브의 특성상 용매 내에서의 탄소나노튜브의 안정적 분산이 매우 어렵고, 용매의 표면장력의 영향으로 인해 액적의 모양으로 불균일하게 증착되는 경우가 대부분이다.

손쉬운 박막제조법으로 연구 중에 있는 Airbrushing법의 경우 역시 노즐에서 기판까지 에어로젤 상태의 분사액의 이동 중 용매 증발 정도에 따라 표면형태가 결정되므로 적정조건의 확립이 어려운 실정이다(Science vol.305, 1273, 2004).

본 발명은 탄소나노튜브 박막을 제조함에 있어 인가된 전기장에 의하여 분사액을 에어로젤상태의 매우 작은 액적 형태로 분무시키고, 이 액적이 기판 상에 도착 후 표면장력에 의한 액적 응집 영향이 최소화될 수 있도록 함으로써, 나아가 대전된 기판 위에 균일한 형태로 증착을 가능하게 하는 EASP(Electrostatic Aerosol Spray Pyrolysis) 장치를 이용하고 분사되는 전구용액의 조성 제어, 분사 조건의 제어를 통하여 탄소나노튜브 박막의 두께를 자유롭게 조절함으로써 결합제를 사용하지 않으면서, 반복 재연성이 우수한, 균일한 표면 형상을 가지는 탄소나노튜브 박막의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예는, EASP 장치를 이용하여 탄소나노튜브 박막을 제조하는 방법에 있어서, 상기 탄소나노튜브 분말을 산처리하는 단계 Ⅰ, 상기 탄소나노튜브 분말에 물과 미량의 계면활성제를 첨가한 후 초음파를 분사시켜 탄소나노튜브 분말을 용액내에 균일하게 분산하는 단계 Ⅱ, 상기 균일하게 분산된 용액을 EASP 장치를 이용하여 정전기적으로 기판상에 분사시킴으로써 탄소나노튜브 박막을 형성하는 단계 Ⅲ을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 박막의 제조방법을 제공한다.

상기 산처리하는 단계 Ⅰ은 상기 탄소나노튜브 분말을 강산의 수용액에 담그는 단계 (a), 상기 강산의 수용액을 여과기를 통해 여과시키는 단계 (b), 상기 여과된 탄소나노튜브를 증류수를 이용하여 세정하는 단계 (c)를 포함하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 세정하는 단계 (c) 다음에, 상기 세정된 탄소나노튜브에 열을 가하여 수분을 증발시켜 분말 형태로 만드는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 단계 (a)에서 상기 강산의 수용액을 60∼90℃로 유지하고, 상기 강산의 수용액 중에서 상기 탄소나노튜브 분말을 2∼6시간 동안 산처리하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 강산의 수용액은 황산, 질산, 염 산 또는 이들의 혼합물로 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 단계 Ⅱ에서 첨가되는 계면활성제는 모든 종류의 양이온 계면활성제를 포함하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 단계 Ⅱ에서 상기 분산된 용액을 에탄올, 메탄올, 이소프로판 알코올, 및 이들의 혼합물 등 알코올계 용액과 혼합한 후 교반시키는 단계를 더 포함하도록 구성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 교반하여 균일하게 혼합한 용액에 글리세린 또는 메틸 셀룰로오즈 등의 첨가제를 미량 첨가하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 기판은 Pt 박(foil), Si 위에 Pt가 증착된 웨이퍼, 탄소 페이퍼(carbon paper)와 같은 탄소재 기판, 알루미늄이나 마그네슘 박막과 같은 금속 박판재(plate), SiO₂나 Al₂O₃와 같은 금속 산화물재, 유리, 석영(quartz)으로 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 기판은 온도조절기에 의하여 100∼200 ℃ 정도의 온도 범위로 유지하는 것이 바람직하다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 박막의 제조방법에서 사용되는 EASP 장치의 구체적 구성을 도시하는 구성도이다.

이하, EASP 장치의 구성에 대하여 도 1을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 EASP 장치는 국내 공개번호 특2002-0032053호에 개시된 바와 같은 공지된 장치로서, 탄소나노튜브 분말이 분산되어 있는 전구용액을 분사하는 주사기(2), 상기 전구용액이 분사되어 박막 형성되는 기판(3), 상기 기판(3)을 지지하며 기판(3)을 가열하기 위해 내부에 할로겐 램프 혹은 저항 열선(6)을 포함하는 기판 지지대(4), 상기 기판 지지대(4)와 주사기(2)에 연결된 고전압 직류전원 장치(7), 상기 기판 지지대(4)와 주사기(2) 사이의 거리를 조절하는 거리조절장치(8), 상기 기판 지지대(4)의 온도를 조절하는 온도조절기(5), 주사기 피스톤의 이동속도를 정밀하게 조절함으로써 분사량을 정확히 제어하는 전자식 유속 조절기(1)를 포함하도록 구성된다.

상기 주사기(2)는 분사량을 정확히 제어할 수 있는 것으로서, 피스톤의 이동 속도를 조절할 수 있는 전자식 유속 조절기(1)가 장착되어 있다.

주사기(2)의 바늘은 기판 지지대(4)와 전기적으로 연결되어 있으며, 고전압 직류전원 장치(7)가 둘 사이에 연결되어 주사기(2)와 기판 지지대(4) 사이에 강한 전기장을 형성한다.

그리고, 상기 기판 지지대(4) 내부에 할로겐 램프 혹은 저항 열선(6)이 장착되어 있고, 할로겐 램프 혹은 저항 열선(6)의 발열로 인해 기판 지지대(4)가 가열되고, 상기 온도조절기(5)는 상기 가열되는 기판 지지대(4)의 온도가 일정하게 유지되도록 조절한다.

본 발명에 의하면, 상기와 같은 EASP 장치를 이용하여 탄소나노튜브 분말이 균일하게 분산된 전구용액을 정전기적 인력에 의해 기판상에 분사시키고, 분사된 탄소나노튜브 입자가 기판상에 증착되어 탄소나노튜브 박막을 형성할 수 있다.

자세하게는 인가된 전기장의 영향으로 분사시 노즐에서부터 용매의 표면장력을 극복할 수 있는 매우 작은 액적 상태로 분사되어 전기장을 따라 이동하게 되고 (-)로 대전된 기판에 매우 고르게 증착되게 할 수 있는 방법이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 박막의 제조방법의 공정을 구체적으로 나타낸 순서도이다.

먼저, 탄소나노튜브 박막을 제조하기 위하여는 탄소나노튜브 분말을 준비한다.

여기서, 탄소나노튜브 분말이라 함은 단층 탄소나노튜브 또는 다층 탄소나노튜브를 모두 포함하는 광의의 개념이다.

그러나, 일반적으로 탄소나노튜브 분말은 소수성을 나타내므로, 물과 같은 수용액에 분산되지 않는 성질을 나타낸다.

이하 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따라 탄소나노튜브 박막을 제조하는 순서를 상세히 설명한다.

첫번째 단계는 탄소나노튜브 분말을 산처리 하는 단계이다(S10).

이러한 산처리 공정은 탄소나노튜브 분말을 강산의 수용액에 담금으로써 탄소나노튜브 분말 제조시에 포함된 금속 촉매를 강산으로 녹여 제거함은 물론, 물과 같은 용매에 분산되지 않는 소수성 특성을 나타내는 탄소나노튜브 분말의 표면에 관능기를 야기시켜 탄소나노튜브 친수성을 부여함으로써 탄소나노튜브 분말이 용매내에 용이하게 분산될 수 있도록 하기 위함이다.

상기 산처리 단계를 보다 구체적으로 설명하면, 황산, 질산, 염산, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 강산의 수용액에 탄소나노튜브 분말을 적정량 넣고 열을 가하여 60~90℃ 정도의 온도에서 2~6 시간 동안 산처리한다.

그 다음, 산처리된 수용액을 여과기를 통해 여과시키고 여과된 탄소나노튜브를 증류수를 이용하여 수회 세정한다.

그리고, 상기 세정된 탄소나노튜브에 열을 가하여 수분을 증발시켜 다시 분말 상태로 만든다.

두번째 단계는 탄소나노튜브 분말을 분산시키는 단계이다(S20).

상기 분말 상태의 탄소나노튜브에 물과 미량의 계면활성제를 첨가한 후 초음파를 분사시켜 탄소나노튜브 분말을 용액내에 균일하게 분산시킨다.

이 때 사용되는 계면활성제는 상기 산처리 단계에서 탄소나노튜브 분말의 표면에 야기된 관능기에 작용하여 표면전하를 변화시키는 기능을 한다.

특히, EASP 장치의 바닥 기판은 음으로 대전되기 때문에 분사된 전구용액내의 탄소나노튜브 입자가 기판상에 균일하게 증착될 수 있도록 하기 위하여 양이온 계면활성제를 첨가하는 것이 바람직하다.

주로 사용되는 양이온 계면활성제는ODCB(ortho dichloro benzene), DPC(dodecyl pyridinium chloride), DTAB(dodecyl trimethyl ammonium bromide), TTAB(tetradecyl trimethyl ammonium bromide) 및 CDEAB(cetyl dimethyl ethyl ammonium bromide) 등을 들 수 있다.

그러나, 상기 예시한 양이온 계면활성제에 한정되는 것은 아니고 탄소나노튜브 분말의 표면에 형성된 관능기에 작용하여 표면전하를 양으로 변화시킬 수 있는 모든 종류의 양이온 계면활성제를 사용할 수 있다.

세번째 단계는 탄소나노튜브가 균일하게 분산된 용액을 알코올계 용액과 혼합시키는 단계이다(S30).

즉, 상기와 같이 초음파 처리하여 탄소나노튜브가 균일하게 분산된 용액을 에탄올, 메탄올, 이소프로판 알코올, 또는 이들의 혼합물 등 알코올계 용액과 혼합한 후 교반시킨다.

이와 같이, 상기 분산된 용액을 알코올계 용액과 혼합하는 이유는 다음과 같다.

물이 주성분인 용액을 EASP 장치를 통하여 분사시킬 경우 용액이 원활하게 증발되지 않아 탄소나노튜브 입자가 에어로졸 상태로 기판상에 증착되지 않게 되고, 그 결과 기판상에 형성된 박막의 특성 또한 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명에서는 상기 분산된 용액을 상대적으로 끓는점이 낮은 알코올계 용액과 혼합하여 EASP 장치에서 사용함으로써 탄소나노튜브 입자가 에어로졸 상태로 기판상에 증착될 수 있도록 한 것이다.

그러나, 상기 예시한 알코올계 용액에 한정되는 것은 아니고 탄소나노튜브 분산액이 전기장 하에서 에어로젤 상태로 잘 분사 되도록 하는 모든 종류의 알코올계 용액을 사용할 수 있다.

네번째 단계는 상기 교반하여 균일하게 혼합한 용액에 미량의 첨가제를 첨가시키는 단계이다(S40).

이상과 같이, 용액에 첨가제를 미량 첨가함으로써 용액내 탄소나노튜브의 분산력을 증대시킬 수 있음은 물론, 탄소나노튜브 박막의 기판과의 접착력을 향상시킬 수 있다.

첨가제로는 글리세린이나 메틸 셀룰로오즈 등을 이용할 수 있다.

그러나, 상기 예시한 첨가제에 한정되는 것은 아니고 탄소나노튜브와 기판사이의 접착력을 향상시킬 수 있는 모든 종류의 첨가제를 사용할 수 있다.

다섯번째 단계는 탄소나노튜브 분말이 균일하게 분산된 용액을 EASP 장치를 이용하여 정전기적으로 기판상에 분사시키는 단계이다(S50).

이 때 사용할 수 있는 기판으로는 Pt 박(foil), Si위에 Pt가 증착된 웨이퍼(wafer), 탄소 페이퍼(carbon paper)와 같은 탄소재 기판, 알루미늄이나 마그네슘 박막과 같은 금속 박판재(plate),SiO₂나 Al₂O₃와 같은 금속 산화물재, 유리, 석영(quartz) 등 다양한 기판을 사용할 수 있다.

EASP 장치를 도시하고 있는 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 고전압 전원장치(7)를 주사기(2)와 기판 지지대(4) 사이에 연결하여 주사기 끝단을 (+)로, 기판 지지대(4)와 접하고 있는 기판(3)을 (-)로 대전시킨다.

주사기(2)를 통하여 탄소나노튜브가 균일하게 분산되어 있고 계면활성제의 작용에 의해 탄소나노튜브 분말의 표면 전하가 양으로 변화된 전구용액을 적정량 주입하면, 전기장에 의한 정전기적 인력에 의해 탄소나노튜브를 포함한 액적(liquid droplet) 입자가 (-)로 대전된 기판을 향하여 에어로졸 형태로 분사 되고, 전기장을 따라 이동한 후 증착되어, 기판상에 탄소나노튜브 박막을 형성하게 된다.

이 경우, 온도조절기를 통하여 상기 기판의 온도가 100~200℃ 정도로 유지될 수 있도록 한다.

이는 100℃ 이하로 설정할 경우에는 주입된 전구용액중에 포함된 수분이 모두 증발되지 않아 에어로졸 상태로 기판상에 증착되지 않게 되어 박막의 특성을 저하시키게 되고, 200℃ 이상으로 설정할 경우에는 주입된 전구용액중에 포함된 수분이 기판에 도착하기도 전에 액적 상태의 용액이 증발하게 되어 가벼운 탄소나노튜브 입자들이 공중으로 날아가 버리므로 실질적으로 기판에 증착되는 양이 매우 적게 되기 때문이다.

도 3a 내지 3c는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 박막의 제조방법에 따라 제조한 박막의 표면형상을 관찰하기 위하여 SEM(Scanning Electron Microscopy) 측정한 결과를 나타내는 사진이다.

도 3a는 박막 제조전에 탄소나노튜브 분말을 배율 5만배로 촬영한 사진이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따라 제조한 탄소나노튜브 박막의 정면을 배율 5만배로 촬영한 사진이고, 도 3c는 본 발명의 실시예에 따라 제조한 탄소나노튜브 박막의 단면을 배율 5만배로 촬영한 사진이다.

도 3b의 정면 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 탄소나노튜브가 다공성 구조를 이루면서 기판상에 균일하게 증착되어 있음을 알 수 있다.

또한, 도 3b의 단면 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 표면이 균일하면서도 탄소나노튜브 박막의 표면부로 갈수록 탄소나노튜브가 단순히 적층된 것이 아니라 다공성 구조를 이루면서 균일한 3차원 구조로 증착되어 있음을 알 수 있다.

도 4a 내지 4c는 본 발명의 실시예인 탄소나노튜브 박막의 제조방법에 따라 제조한 박막의 두께 변화를 관찰하기 위하여 SEM 측정한 결과를 나타내는 사진이다.

도 4a, 4b, 4c는 상기 전구용액을 각각 2ml, 4ml, 6ml씩 분사하여 제조한 박막의 단면을 촬영한 사진들이다.

아래의 표 1은 EASP 장치에서 분사한 전구용액의 양 및 무게와 그 각각에 대응하여 형성된 박막의 두께를 측정하여 표로 나타낸 것이다.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 탄소나노튜브 박막의 두께는 분사된 전구용액의 양과 무게에 비례하여 증가하고 있음을 알 수 있다.

또한, 아래의 표 2는 본 발명에 따라 제조한 탄소나노튜브 박막의 반복 재연 성을 보여주기 위하여 동일한 배합의 전구용액을 제조하고, 동일한 환경 및 조건에서 분사했을 때 형성된 박막의 무게와 두께를 표로 나타낸 것이다.

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 탄소나노튜브 박막을 동일한 환경 및 조건에서 제조한다면, 횟수에 상관없이 비슷한 무게 및 두께를 가진 박막을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

이는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 박막의 제조방법이 우수한 반복 재현성을 가짐을 의미한다.

도 5는 본 발명의 실시예인 탄소나노튜브 박막의 제조방법에 따라 제조한 탄소나노튜브 후막(厚膜)의 특성을 관찰하기 위하여 SEM 측정한 결과를 나타내는 사진이다.

도 5의 박막의 단면 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 탄소나노튜브 박막 뿐만 아니라 매우 두꺼운 후막까지도 균일한 표면형상을 가진 상태로 용이하게 제조할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 간단한 공정에 의해 탄소나노튜브 박막을 용이하게 제조할 수 있고, EASP장치에서 전구용액을 분사시키는 양을 조절하여 탄소나노튜브 박막의 두께를 자유롭게 제어할 수 있으며, 나아가 반복 재연성이 우수한 박막을 제조할 수 있다.

특히, 균일한 표면형상을 가지면서, 결합재를 사용하지 않고, 기판과의 흡착력이 강한 다공성 구조의 박막을 제조하므로, 에너지 저장소재(2차전지, 연료전지, 슈퍼캐패시터의 전극 극판), 전계 방출 디스플레이(Field Emission Display), 여과막, 전자 증폭기, 화학검출기, 가스 센서 등에서의 활용성이 매우 크다고 할 수 있다.

Claims (10)

1. EASP 장치를 이용하여 탄소나노튜브 박막을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 탄소나노튜브 분말을 산처리하는 단계 Ⅰ;

   상기 탄소나노튜브 분말에 물과 미량의 계면활성제를 첨가한 후 초음파를 분사하여 탄소나노튜브 분말을 용액내에 균일하게 분산시키는 단계 Ⅱ;

   상기 균일하게 분산된 용액을 EASP 장치를 이용하여 정전기적으로 기판상에 분사시킴으로써 탄소나노튜브 박막을 형성하는 단계 Ⅲ;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 박막의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 산처리하는 단계 Ⅰ은 상기 탄소나노튜브 분말을 강산의 수용액에 담그는 단계 (a), 상기 강산의 수용액을 여과기를 통해 여과시키는 단계 (b) 및 상기 여과된 탄소나노튜브를 증류수를 이용하여 세정하는 단계 (c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 박막의 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 세정하는 단계 (c) 다음에, 상기 세정된 탄소나노튜브에 열을 가하여 수분을 증발시켜 분말 형태로 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 박막의 제조방법.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 단계 (a)에서 상기 강산의 수용액을 60~90℃로 유지하고, 상기 강산의 수용액 중에서 상기 탄소나노튜브 분말을 2~6시간 동안 산처리하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 박막의 제조방법.
5. 청구항 2 또는 4에 있어서, 상기 강산의 수용액은 황산, 질산, 염산 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 박막의 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 단계 Ⅱ에서 첨가하는 계면활성제는 모든 종류의 양이온 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 박막의 제조방법.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 단계 Ⅱ 다음에, 상기 분산된 용액을 에탄올, 메탄올, 이소프로판 알코올, 및 이들의 혼합물 등 알코올계 용액과 혼합한 후 교반시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 박막의 제조방법.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 교반하여 균일하게 혼합한 용액에 글리세린 또는 메틸 셀룰로오즈 등의 첨가제를 미량 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 박막의 제조방법.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 기판은 Pt 박(foil), Si 위에 Pt가 증착된 웨이퍼, 탄소 페이퍼(carbon paper)와 같은 탄소재 기판, 알루미늄이나 마그네슘 박막과 같은 금속 박판재(plate), SiO₂나 Al₂O₃와 같은 금속 산화물재, 유리, 석영 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 박막의 제조방법.
10. 청구항 1 또는 9에 있어서, 상기 기판은 온도조절기에 의하여 100~200℃ 정도의 온도 범위로 유지되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 박막의 제조방법.

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