KR20060100019A - A method for fabrication of highly crystallized carbon nanotube using the thermal plasma chemical vapor deposition method - Google Patents

A method for fabrication of highly crystallized carbon nanotube using the thermal plasma chemical vapor deposition method Download PDF

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Abstract

본 발명은 열플라즈마 화학기상증착법 (thermal plasma chemical vapor deposition)에 의한 탄소나노튜브의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따라 발생된 열플라즈마의 고온을 이용하여 주입된 탄소원 기체나 액체를 열분해시켜 원자화하고 열플라즈마 플레임 내에 내열성 물질을 위치시킨 후, 열플라즈마 플레임에 편승하여 아음속의 속도를 가지고 흐르는 탄소원자 빔을 내열성 물질에 충돌시켜 탄소나노튜브를 제조하는 것으로 구성되며; The present invention heat relates to a method of producing carbon nanotubes by plasma chemical vapor deposition (thermal plasma chemical vapor deposition), by thermal decomposition of the injected using a high temperature of the thermal plasma generating carbon source gas or liquid in accordance with the present invention atomization and the thermal plasma after placing the heat-resistant material in a flame, by piggybacking a thermal plasma flame collide with the carbon atom beam flows with a subsonic speed of the heat-resistant material, and consists in manufacturing the carbon nanotube; 탄소원을 연속적으로 공급할 수 있기 때문에 탄소나노튜브를 연속 및 대량 생산하는 것이 가능하며, 금속촉매를 사용하지 않으므로 정제공정을 생략할 수 있으며, 발생된 열플라즈마가 수천 내지 수만 도의 고온을 구현할 수 있으므로 고결정성을 갖는 고품질의 탄소나노튜브를 제조할 수 있으며, 또한 플라즈마 플레임 내에 위치된 내열성 물질과 탄소플라즈마와의 충돌시간을 조절하여 탄소나노튜브의 직경을 조절할 수 있다. Caking can be continuous and mass production of carbon nanotubes, because supplying a carbon source in a row, and can omit the purification process does not use a metal catalyst, and the generated thermal plasma to implement a high-temperature thousands to tens of thousands of degrees, so can be produced a high-quality carbon nanotubes with a crystalline, may also by controlling the heat-resistant material and the impact time of the plasma and the carbon located in the plasma flame to control the diameter of the carbon nanotubes.
탄소나노튜브, 열플라즈마 화학기상증착, 탄소원자 빔 Carbon nanotubes, the thermal plasma chemical vapor deposition, the carbon atom beam

Description

열플라즈마 화학기상증착법을 이용한 고결정 탄소나노튜브 제조방법 {A method for fabrication of highly crystallized carbon nanotube using the thermal plasma chemical vapor deposition method} And determining the carbon nanotube manufacturing method using a thermal plasma chemical vapor deposition {A method for fabrication of highly crystallized carbon nanotube using the thermal plasma chemical vapor deposition method}

도 1은 열플라즈마 화학기상증착 장치 (TPCVD, thermal plasma chemical vapor deposition)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing the structure of a thermal plasma chemical vapor deposition apparatus (TPCVD, thermal plasma chemical vapor deposition).

<도면 부호의 설명> <Description of reference numerals>

1. 전원 공급기. 1. Power supply.

2. 플라즈마 가스 주입구. 2. The plasma gas inlet.

3. 탄화수소계 물질 주입구. 3. The hydrocarbon-based material inlet.

4. 열플라즈마 플레임. 4. thermal plasma flame.

5. 내열성 물질. 5. The heat-resistant material.

6. 배기구. 6. vents.

7. 플라즈마 음극. 7. The plasma cathode.

8. 플라즈마 양극 노즐. 8. The plasma anode nozzle.

도 2는 본 발명에 따라 TPCVD법으로 제조된 탄소나노튜브의 FESEM (field emission scanning electron microscopy) 사진들이다. Figure 2 are FESEM (field emission scanning electron microscopy) photograph of carbon nanotube prepared in TPCVD method in accordance with the present invention.

<도면 부호의 설명> <Description of reference numerals>

1. 탄소나노튜브. 1. carbon nanotubes.

도 3은 본 발명에 따라 제조된 탄소나노튜브의 HRTEM (high resolution transmission electron microscopy) 사진들이다. Figure 3 shows HRTEM (high resolution transmission electron microscopy) photograph of carbon nanotube prepared in accordance with the present invention.

도 4는 Raman scattering과 XRD (X-ray diffraction) 분석을 통해 본 발명에 따라 제조된 탄소나노튜브가 고결정성 특성을 가짐을 보여준다. Figure 4 shows that the carbon nanotubes prepared according to the invention through a Raman scattering and XRD (X-ray diffraction) analysis has a highly crystalline nature.

<도면 부호의 설명> <Description of reference numerals>

1. Raman scattering 분석 결과 1. Raman scattering analysis

2. XRD 분석 결과 2. XRD analysis

도 5는 본 발명에 따라 합성된 탄소나노튜브의 순도를 TGA (thermo gravimetric analysis)로 분석한 결과이다. Figure 5 is a result of analyzing the purity of the carbon nanotubes according to the present invention by TGA (thermo gravimetric analysis).

본 발명은 열플라즈마 화학기상증착법 (thermal plasma chemical vapor deposition)에 의한 탄소나노튜브의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기상 및 액상의 탄화수소계 물질로부터 열플라즈마의 고온으로 열분해시켜 탄소원자를 생성하고 이를 열플라즈마 플레임에 편승시켜 탄소원자 빔을 특정온도로 유지시킨 후, 열플라즈마 플레임 내에 위치된 내열성 물질에 충돌시켜 탄소나노튜브를 성장시키는 열플라즈마화학기상증착법에 의한 탄소나노튜브의 제조방법에 관한 것이다. The present invention was thermally decomposed to be, more particularly, gas phase and high temperature of the thermal plasma from the hydrocarbon-based material of the liquid relates to a method for producing carbon nanotubes by thermal plasma chemical vapor deposition (thermal plasma chemical vapor deposition) and the resulting a carbon atom piggybacking it on a thermal plasma flame was then maintaining the carbon atom beam to a certain temperature, to collide with the heat resistant material located within a thermal plasma flame relates to a method for producing carbon nanotubes by thermal plasma chemical vapor deposition method for growing carbon nanotubes will be.

탄소나노튜브는 (CNT, carbon nanotube) 하나의 탄소원자에 이웃하는 세 개의 탄소 원자들이 결합되어 있으며, 상기 탄소 원자들간의 결합에 의해서 육각 환형이 이루어지고, 이들이 벌집형태로 반복된 평면이 말려서 원통형 튜브구조를 이룬 물질이다. Carbon nanotubes (CNT, carbon nanotube) one of which is the three carbon atoms adjacent to carbon atoms are bonded, a hexagonal ring is made by a bond between the carbon atoms, and the they are repeated in a honeycomb shape plane dried cylindrical a material achieved a tube structure. 상기와 같은 CNT는 그 구조에 따른 전기적 특성의 변화, 열적, 화학적 및 기계적 안정성 등이 우수한 특성과 다양한 응용 가능성이 제시되고 있으며, 그 응용 분야는 나노전자소자, 전계방출 에미터, 수소 및 이온 저장, 복합재 (composite), 센서 등으로 광범위하다. Change in the CNT has electrical characteristics corresponding to the above structure, thermal, chemical and mechanical stability, and is provided with excellent characteristics and a variety of possible applications, the applications are nano-electronic devices, field emission emitter, hydrogen, and an ion storage , is widespread in composite material (composite), sensor or the like. 이와 같은 CNT를 제조하기 위해 개발된 방법은 크게 다음과 같이 분류된다. The methods developed for the production of such CNT is classified as follows: 즉, 초기의 전기방전 방법과 레이저 증발법으로 CNT의 구조 및 전기적 특성 연구를 위한 소량의 탄소나노튜브를 제조하였고, 이후 CNT를 제조하기 위하여 개발된 주요 방법으로는 아크방전법 (arc discharge), 레이저기화법 (laser evaporation), 열화학기상증착법 (thermal chemical vapor deposition), 플라즈마합성법(plasma) 등이 제시되고 있다 [미국특허 제5,424,054호; In other words, as was the initial electric discharge method and a laser evaporation method of manufacturing a small amount of carbon nanotubes for the structure and electrical properties studies of CNT, the main methods developed to manufacture a CNT since the arc discharge method (arc discharge), laser-based speech (laser evaporation), these have been suggested, such as thermal chemical vapor deposition method (thermal chemical vapor deposition), plasma synthesis method (plasma) [US Patent No. 5,424,054; Chem. Chem. Phys. Phys. Lett. Lett. 243, 1.12 (1995); 243, 1.12 (1995); Science, 273, 483-487 (1996); Science, 273, 483-487 (1996); 미국특허 제6,210,800호; U.S. Patent No. 6.2108 million; 미국특허 제6,221,330호; U.S. Patent No. 6.22133 million; WO 00/26138]. WO 00/26138]. 이러한 방법들은 복잡한 반응공정에서 탄소나노튜브를 제조하고, 또 제조되는 양이 소량이므로 연속공정을 통한 대량생산 공정이 거의 불가능한 실정이며, 금속촉매를 이용하여 탄소나노튜브를 제조하므로 정제공정이 추가적으로 수행되어야한다. These methods produce a carbon nanotube complex reaction process, and further because the amount produced is a small amount and the situation is almost impossible for mass production process with a continuous process, using a metal catalyst so produced carbon nanotubes do the purification process further It should be.

이에, 본 발명자들 열플라즈마 플레임에 의해 구현되는 특정의 온도 하에서 기상 및 액상의 탄화수소계 물질을 원자로 열분해 시킨 후 이를 열플라즈마 플레임에 편 승시켜 탄소원자 빔을 만들고, 열플라즈마 플레임 내에 위치된 내열성 물질에 충돌시켜 탄소나노튜브를 제조하는 방법을 개발하였다. Thus, to create a carbon atom beam by piece W in the thermal plasma flame it was reactor thermal cracking of a hydrocarbon-based material in the gas phase and the liquid at a particular temperature are implemented by the inventors of the thermal plasma flame, the heat-resistant material located in the thermal plasma flame to collide with the developed a method for producing a carbon nanotube. 본 발명은 탄소가스를 연속적으로 공급할 수 있기 때문에 탄소나노튜브를 연속 및 대량 생산하는 것이 가능하며, 금속촉매를 사용하지 않으므로 정제공정을 생략할 수 있으며, 발생된 열플라즈마가 수천 내지 수만 도의 고온을 구현할 수 있으므로 고결정성을 갖는 고품질의 탄소나노튜브를 제조할 수 있으며, 또한 플라즈마 플레임 내에 위치된 내열성 물질과 탄소원자 빔의 충돌시간을 조절하여 탄소나노튜브의 직경을 조절할 수 있다. The present invention can be continuous and mass production of carbon nanotubes, because supplying the carbon gas continuously and does not use a metal catalyst, and can omit the step of purification, the generation of thermal plasma is several thousands to tens of thousands of degrees temperature it can be implemented can be produced a high-quality carbon nanotube having high crystallinity, and can also adjust the time to collision of the heat-resistant material and a carbon atom located in the beam plasma flame to control the diameter of the carbon nanotubes. 따라서 본 발명을 통해 상기의 문제점들을 해결할 수 있을 것으로 여겨진다. Therefore it considered to be able to solve the above problem over the present invention.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열플라즈마 화학기상증착법을 이용한 탄소나노튜브의 제조방법은, (가) 고온의 열플라즈마 플레임을 플라즈마 가스를 주입하여 형성시키는 단계; To form by a method for producing carbon nanotubes using the thermal plasma chemical vapor deposition method according to the invention to achieve the above object, (a) the thermal plasma flame of high temperature gas injected into the plasma; (나) 형성된 열플라즈마의 고온을 이용하여 기상 또는 액상의 탄화수소계 물질을 플라즈마 플레임 내로 주입하여 원자화 시킨 후 열플라즈마에 편승시켜 아음속의 속도로 흐르게 하는 단계; (B) by taking advantage of a hydrocarbon-based material in the gas phase or liquid phase using a high temperature of the thermal plasma formed in the plasma column after injection and atomization into the plasma flame method comprising flowing at a rate of subsonic; (다) 열플라즈마 플레임 내에 내열성 물질을 위치시켜 아음속의 속도로 흐르는 탄소원자 빔을 내열성 물질에 충돌시키는 단계; (C) a step of heat by placing a heat-resistant material in a plasma flame hit the carbon atom beam flow to subsonic speed of the heat-resistant material; 및 (라) 내열성 물질과 탄소원자 빔의 충돌시간을 조절하여 제조하고자 하는 탄소나노튜브의 직경을 조절하는 단계;를 포함한다. And a; and (d) adjusting the diameter of the carbon nanotube to be manufactured by controlling the time to collision of the heat-resistant material and a carbon atom beam.

본 발명에 있어서, 상기 (가) 단계에서 상기 고온의 열플라즈마 플레임은 비이송식 또는 이송식 열플라즈마 토치 (torch)를 이용하여 형성 시키며, 플라즈마 토치의 양극 노즐의 직경은 2 ~ 15 mm의 크기이며, 4 ~ 6 mm가 바람직하다. In the present invention, wherein (a) the thermal plasma flame of the high temperature in the step is the diameter of the anode nozzle of thereby forming by using a non-transferred or a transferred thermal plasma torch (torch), the plasma torch is 2 ~ 15 mm size that is, 4 ~ 6 mm is preferred. 형성된 플라즈 마 플레임의 적당한 온도는 1000 ~ 20000 o C이며, 5000 ~ 10000 o C가 바람직하다. An appropriate temperature of the formed plasma flame is 1000 ~ 20000 o C, is 5000 ~ 10000 o C are preferred. 또한, 본 발명에 있어서, 상기 (나) 단계에서 플라즈마 플레임 내로 탄화수소계 물질을 주입하기 위한 주입구는 플라즈마 음극과 0 ~ 10 mm 거리 사이에 위치되며, 0 ~ 5 mm 사이가 바람직하다. In the present invention, the injection port for injecting a hydrocarbon-based material into the plasma flame in step (b) is positioned between the plasma cathode and 0 ~ 10 mm distance, it is preferred that between 0 ~ 5 mm. 사용되는 탄화수소계 물질은 메탄, 에틸렌, 아세틸렌 등의 가스 및 알콜류의 액상이 사용된다. Hydrocarbon-based material used is a liquid gas, and alcohols such as methane, ethylene and acetylene are used. 탄화수소계 물질의 양은 열플라즈마 플레임을 형성하기 위해 주입되는 플라즈마 가스의 양과 플라즈마 양극 노즐의 직경 및 주입구와 플라즈마 음극 사이의 거리를 고려하여 결정하며, 플라즈마 가스양과 비교하여 그 양이 많을수록 바람직하다. Determined in consideration of the distance between the diameter and the inlet of the hydrocarbon-based material amount plasma volume and the plasma anode nozzle of the gas to be injected in order to form a thermal plasma flame between the cathode and the plasma, as compared to plasma gas quantity and the more it is preferred that amount.

상기 (다) 단계에서 형성된 탄소플라즈마는 플라즈마 노즐 축방향으로 온도구배를 가지고 온도가 급격하게 저하되므로 4000 o C 이상의 온도를 갖는 부분에 내열성 물질을 위치시켜 충돌시켜야 함이 바람직하다. Carbon plasma is formed in the above (C) step is preferable to be collision by placing a heat-resistant material in the part so to have a temperature gradient the temperature is abruptly reduced to a plasma nozzle axial direction with a temperature of at least 4000 o C.

상기 (라) 단계는 내열성 물질과 탄소원자와의 충돌시간을 조절하여 제조하고자 하는 탄소나노튜브의 직경을 조절하는 단계로서, 충돌시간 조절은 내열성 물질을 회전 또는 탄소플라즈마를 펄스형태로 변형 시키는 것 중 어느 한 충돌공정에 또는 혼합 공정에 의해 이루어진다. The (d) step is a step of adjusting the diameter of the carbon nanotube to be manufactured by controlling the time to collision with the heat-resistant material and a carbon atom, the collision timing is to transform the rotation or carbon plasma with a pulse form of the heat-resistant material of it made by any of the impact or the compounding step in the process. 충돌시간은 0.01 ~ 1000 μ초 사이에서 이루어지며, 이들 시간에 따라 탄소나노튜브의 직경이 결정된다. The time to collision is done between 0.01 ~ 1000 μ sec, the diameter of carbon nanotubes is determined according to their time.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 열플라즈마 화학기상증착법을 이용한 탄소나노튜브의 제조방법을 상세하게 설명한다. Using a thermal plasma chemical vapor deposition method according to the present invention with reference to the drawings will be described in detail a method for producing carbon nanotubes.

본 발명은 기상 및 액상의 탄화수소계 물질을 열플라즈마의 고온으로 열분해 시켜 생성된 탄소원자를 탄소원으로 하고 이를 열플라즈마 플레임에 편승시켜 탄소원자 빔을 만든 후, 열플라즈마 플레임 내에 위치된 내열성 물질에 충돌시켜 탄소나노튜브를 제조하는 것을 특징으로 한다. The present invention is to collide with the heat resistant material located after, in the thermal plasma flame to ride on gas phase and liquid phase of the hydrocarbon-based material with the carbon atoms the resulting carbon by thermal decomposition at a high temperature of the thermal plasma to heat it a plasma flame created by the carbon atom beam It characterized in that for producing a carbon nanotube. 즉, 기상 및 액상의 탄화수소계 물질을 열플라즈마를 이용하여 원자화하고 이를 금속촉매 대신 내열성 물질을 플라즈마 플레임 내에 위치시켜 충돌시키므로 탄소클러스터가 생성되고 이로부터 탄소나노튜브가 제조된다. That is, it atomized using a thermal plasma of a hydrocarbon-based material of the vapor and liquid and because this conflict was placed in the plasma flame to heat resistance material rather than the metal catalyst is a carbon cluster is created and the carbon nanotubes are produced therefrom.

이와 같은 탄소나노튜브 제조 방법에 있어서, 고온의 반응온도를 구현할 수 있어 고결정성을 갖는 고품질의 탄소나노튜브를 제조할 수 있으며, 금속촉매를 사용하지 않으므로 정제공정을 생략할 수 있으며, 탄소원을 연속적으로 공급할 수 있기 때문에 탄소나노튜브를 연속 및 대량 생산을 가능하게 할 수 있다. In such carbon nanotube manufacturing method, it is possible to implement the reaction the temperature of the high temperature can be produced a high-quality carbon nanotube having high crystallinity, does not use a metal catalyst, and can omit the step of purification, subsequently the carbon source the continuous and mass production of carbon nanotubes because the supply may be enabled.

이러한 열플라즈마 화학기상증착법을 이용한 탄소나노튜브의 제조방법을 공정 단계별로 구체적으로 설명하면 다음과 같다. More specifically a method for producing carbon nanotubes using such a thermal plasma chemical vapor deposition process as a step-by-step as follows.

먼저, 열플라즈마 토치를 이용하여 고온의 열플라즈마 플레임을 형성 시킨다. First, to form a high-temperature thermal plasma flame of using a thermal plasma torch. 이때, 도 1에 도시한 바와 같이, 열플라즈마 토치는 비이송식 또는 이송식 열플라즈마 토치를 이용하여 형성 시키며, 플라즈마 토치의 양극 노즐의 직경은 2 ~ 15 mm의 크기이며, 4 ~ 6 mm가 바람직하다. At this time, as shown in FIG. 1, thereby forming by using a non-transferred or a transferred thermal plasma torch thermal plasma torch, the diameter size of 2 ~ 15 mm of the anode nozzle of the plasma torch, is 4 ~ 6 mm desirable. 형성된 플라즈마 플레임의 적당한 온도는 1000 ~ 20000 o C이며, 5000 ~ 10000 o C가 바람직하다. An appropriate temperature of a plasma flame formed is 1000 ~ 20000 o C, preferably in the 5000 ~ 10000 o C.

다음에, 기상 또는 액상의 탄화수소계 물질을 플라즈마 플레임 내로 주입하여 플라즈마의 고온으로 원자로 열분해 시킨 후 열플라즈마에 편승시켜 아음속의 속도로 흐르게 한다. Next, the gas phase or liquid phase of the hydrocarbon-based material injected into the plasma flame to ride on the thermal plasma after the pyrolysis reactor to the high temperature of the plasma to flow at a rate of subsonic. 이 공정에서 플라즈마 플레임 내로 탄화수소계 물질을 주입하기 위한 주입구는 플라즈마 음극과 0 ~ 10 mm 거리 사이에 위치되며, 0 ~ 5 mm 사이가 바람직하다. In this process, the injection port for injecting a hydrocarbon-based material into the plasma flame is located between the cathode plasma and 0 ~ 10 mm distance, it is preferred that between 0 ~ 5 mm. 사용되는 탄화수소계 물질은 메탄, 에틸렌, 아세틸렌 등의 가스 및 알콜류의 액상이 사용된다. Hydrocarbon-based material used is a liquid gas, and alcohols such as methane, ethylene and acetylene are used. 탄화수소계 물질의 양은 열플라즈마 플레임을 형성하기 위해 주입되는 플라즈마 가스의 양과 플라즈마 양극 노즐의 직경 및 주입구와 플라즈마 음극 사이의 거리를 고려하여 결정하며, 플라즈마 가스양과 비교하여 그 양이 많을수록 바람직하다. Determined in consideration of the distance between the diameter and the inlet of the hydrocarbon-based material amount plasma volume and the plasma anode nozzle of the gas to be injected in order to form a thermal plasma flame between the cathode and the plasma, as compared to plasma gas quantity and the more it is preferred that amount.

다음에, 도 1에 도시한 바와 같이, 열플라즈마 플레임 내에 내열성 물질을 위치시켜 아음속의 속도로 흐르는 탄소원자 빔을 내열성 물질에 충돌시킨다. Next, the collision with the carbon atom beam flowing at a rate of subsonic by placing a heat-resistant material in, thermal plasma flame as shown in Figure 1 a heat resistant material. 이 공정에서 형성된 탄소원자 빔은 플라즈마 노즐 축방향으로 온도구배를 가지고 온도가 급격하게 저하되므로 4000 o C 이상의 온도를 갖는 부분에 내열성 물질을 위치시켜 충돌시켜야 함이 바람직하다. Carbon atom beam formed in this step is preferable to be collision by placing a heat-resistant material in the part so to have a temperature gradient the temperature is abruptly reduced to a plasma nozzle axial direction with a temperature of at least 4000 o C.

다음에, 내열성 물질과 탄소원자 빔의 충돌시간을 조절하여 제조하고자 하는 탄소나노튜브의 직경을 조절한다. Next, to adjust the diameter of the carbon nanotube to be manufactured by controlling the time to collision of the heat-resistant material and a carbon atom beam. 이 공정을 통해 내열성 물질과 탄소원자 빔의 충돌시간을 조절하여 제조하고자 하는 탄소나노튜브의 직경을 조절할 수 있다. This process may adjust the diameter of the carbon nanotube to be manufactured by controlling the time to collision of the heat-resistant material and a carbon atom beam. 충돌시간 조절은 내열성 물질을 회전 또는 탄소원자 빔을 펄스형태로 변형 시키는 것 중 어느 한 충돌공정에 또는 혼합 공정에 의해 이루어진다. Collision time adjustment is made by any one of collision or a mixing step of the process it will be to transform the rotation into a pulse beam or a carbon atom form a heat-resistant material. 직경 조절 충돌시간은 0.01 ~ 1000 μ초 사이에서 이루어지며, 이들 시간에 따라 탄소나노튜브의 직경이 결정된다. Diameter adjustment is made of the time to collision between 0.01 ~ 1000 μ sec, the diameter of carbon nanotubes is determined according to their time.

이와 같이 제조된 탄소나노튜브를 다양한 방법으로 분석한 결과들이 도2, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된다. Analysis of the thus-prepared carbon nanotubes in a variety of ways to Figs. 2, 3, is shown in Figs. 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 제조된 탄소나노튜브는 고결정성을 가진다. As Figure 3 and shown in Figure 4, the produced carbon nanotube has a high crystallinity. 또한 도 5에 도시된 바와 같이, 상기의 공정을 통해 제조된 생성물에는 탄소나노튜브가 80 wt% 이상 고순도로 존재한다. Also present in, the product is manufactured, the carbon nanotubes than 80 wt% of high purity through the above process, as shown in FIG.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열플라즈마 화학기상증착법을 이용한 탄소나노튜브의 제조방법은, 고온의 열플라즈마 플레임을 플라즈마 가스를 주입하여 형성시키는 단계; As described above, the method of producing carbon nanotubes using the thermal plasma chemical vapor deposition method according to the invention, to form a thermal plasma flame of a high temperature by injecting a plasma gas; 형성된 고온의 열플라즈마 플레임을 이용하여 기상 또는 액상의 탄화수소계 물질을 플라즈마 플레임 내로 주입하여 원자화한 후 열플라즈마에 편승시켜 아음속의 속도로 탄소원자 빔을 흐르게 하는 단계; After the use of heat of the plasma flame formed by the high temperature atomizing gas phase or liquid phase of the hydrocarbon-based material injected into the plasma flame to ride on the thermal plasma method comprising flowing a carbon atom beam at a rate of subsonic; 열플라즈마 플레임 내에 내열성 물질을 위치시켜 아음속의 속도로 흐르는 탄소원자 빔을 내열성 물질에 충돌시키는 단계; Positioning a heat-resistant material in a thermal plasma flame collide with the carbon atom beam flow to subsonic speed of the heat-resistant material; 및 내열성 물질과 탄소원자 빔과의 충돌시간을 조절하여 제조하고자 하는 탄소나노튜브의 직경을 조절하는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 탄소나노튜브를 제조함으로써, 고온의 반응온도 구현을 통해 고결정성을 갖는 고품질의 탄소나노튜브를 제조할 수 있으며, 금속촉매를 사용하지 않으므로 정제공정을 생략할 수 있으며, 탄소가스를 연속적으로 공급할 수 있기 때문에 탄소나노튜브를 연속 및 대량 생산할 수 있다. And adjusting the diameter of the carbon nanotube to be manufactured by controlling the time to collision with the heat-resistant material and a carbon atom beam, by performing a process comprising preparing a carbon nanotube-bonding through the hot reaction temperature implemented crystalline possible to manufacture a high-quality carbon nanotubes with, and does not use a metal catalyst, and can omit the step of purification, and because it can supply the carbon gas continuously to produce a continuous and large amounts of carbon nanotubes.

Claims (5)

  1. (가) 상기 고온의 열플라즈마 플레임을 플라즈마 가스를 주입하여 형성시키는 단계; (A) forming by a thermal plasma flame of the high temperature gas injected into the plasma; (나) 상기 형성된 고온의 열플라즈마 플레임을 이용하여 기상 또는 액상의 탄화수소계 물질을 플라즈마 플레임 내로 주입하여 원자화 시킨 후 열플라즈마에 편승시켜 아음속의 속도로 탄소원자 빔을 흐르게 하는 단계; (B) step of jumping on thermal plasma then atomized by the gaseous or liquid hydrocarbon material by using the thermal plasma high-temperature flame of said formed injection into the plasma flame at a rate of flow through the carbon atom beam subsonic; (다) 상기 열플라즈마 플레임 내에 내열성 물질을 위치시켜 아음속의 속도로 흐르는 탄소원자 빔을 내열성 물질에 충돌시키는 단계; (C) placing by placing a heat-resistant material in the thermal plasma flame hit the carbon atom beam flow to subsonic speed of the heat-resistant material; 및 (라) 상기 내열성 물질과 탄소원자 빔의 충돌시간을 조절하여 제조하고자 하는 탄소나노튜브의 직경을 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열플라즈마 화학기상증착법을 이용한 탄소나노튜브의 제조방법. The method of producing a carbon nanotube using a thermal plasma chemical vapor deposition comprising: and (d) the heat-resistant material and the carbon-CNT adjusting the diameter of the atom to manufacture by controlling the time to collision of the beam .
  2. 제 1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 (가) 단계에서 상기 고온의 열플라즈마 플레임은 비이송식 또는 이송식 열플라즈마 토치 (torch)를 이용하여 형성 시키며, 상기 명시된 플라즈마 토치의 양극 노즐의 직경과 플라즈마 플레임의 온도 조건을 사용하는 것을 특징으로 하는 열플라즈마 화학기상증착법을 이용한 탄소나노튜브의 제조방법. In the step (a) the use of a temperature of the high-temperature thermal plasma flame is in the anode nozzle of thereby forming by using a non-transferred or a transferred thermal plasma torch (torch), the above mentioned plasma torch diameter and the plasma flame of the method of producing a carbon nanotube using a thermal plasma chemical vapor deposition method according to claim.
  3. 제 1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 (나) 단계에서 상기 명시된 탄화수소계 물질 주입구와 플라즈마 음극 사이의 거리 및 메탄, 에틸렌, 아세틸렌 등의 가스와 알콜류의 액상 탄화수소계 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 열플라즈마 화학기상증착법을 이용한 탄소나노튜브의 제조방법. Wherein (B) the above mentioned hydrocarbon-based material inlet and a plasma cathode distance and methane, ethylene, carbon using a thermal plasma chemical vapor deposition process characterized by using a liquid hydrocarbon-based material gas, and alcohols such as acetylene nano between at step method of manufacturing a tube.
  4. 제 1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 (다) 단계에서, 상기 탄소원자 빔을 내열성 물질에 충돌시키는 공정 및 상기 명시된 온도의 탄소원자 빔 부분에 내열성 물질을 위치시키는 것을 특징으로 하는 열플라즈마 화학기상증착법을 이용한 탄소나노튜브의 제조방법. The (c) step, the manufacturing method of the heat of carbon nanotubes using plasma-enhanced chemical vapor deposition method, comprising a step of positioning a heat-resistant material in the process, or a carbon atom beam part of the specified temperature at which collision with the carbon atom beam in the heat-resistant material .
  5. 제 1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 (라) 단계에서 내열성 물질과 탄소원자 빔의 충돌시간을 조절하여 제조하고자 하는 탄소나노튜브의 직경을 조절하는 것을 특징으로 하는 열플라즈마 화학기상증착법을 이용한 탄소나노튜브의 제조방법. The (D) The method of producing a carbon nanotube in the step using a thermal plasma chemical vapor deposition, characterized in that to control the diameter of the carbon nanotube to be manufactured by controlling the time to collision of the heat-resistant material and a carbon atom beam.
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