KR20060121518A - 탄소나노튜브 구조체 및 그 성형방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소나노튜브 구조체 및 그 성형방법을 개시한다. 본 발명에 따르면, 기판; 기판 상에 성장되며, 소정 형상으로 성형된 탄소나노튜브들; 및 탄소나노튜브들이 성형된 상태를 유지하도록, 탄소나노튜브들의 표면에 금속 물질로 형성된 금속층;을 구비함으로써, 높은 순도와 향상된 전도성을 지닐 수 있다.

Description

탄소나노튜브 구조체 및 그 성형방법{Carbon nanotube structure and method of shaping the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 구조체를 개략적으로 도시한 도면.
도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시된 탄소나노튜브 구조체의 성형방법을 설명하기 위한 도면들.
도 3a 및 도 3b는 탄소나노튜브 구조체를 성형하기 전후 상태를 각각 실제로 도시한 SEM 사진들.
〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉
100..탄소나노튜브 구조체 110..기판
120..탄소나노튜브 130..금속층
본 발명은 탄소나노튜브 구조체 및 그 성형방법에 관한 것이다.
탄소나노튜브(CNT; Carbon Nanotube)는 독특한 구조적, 전기적 특성이 알려진 이래로, 전계방출소자(FED; Field Emission Device), 액정 표시소자(LCD; Liquid Crystal Display)용 백라이트(back-light), 나노전자 소자(nanoelectronic device), 액츄에이터(actuator), 배터리(battery) 등 수많은 소자에 응용되고 있다.
이와 같은 탄소나노튜브를 형성하는 방법으로는, 페이스트(paste)를 이용한 스크린 프린팅법(screen printing)과, 화학기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition)이 있다. 그리고, 화학기상 증착법에는 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)과, 열 화학기상 증착법(Thermal CVD; Thermal Chemical Vapor Deposition)이 있다.
이러한 방법에 의해 탄소나노튜브는 기판 상에 다수 형성되어 구조체를 이루며, 이렇게 형성된 탄소나노튜브들은 각종 소자에 응용될 수 있도록, 별도의 표면 처리가 되거나, 표면 처리가 되는 한편 필요에 따라 소정 형상으로 성형된다. 이를 위해, 기계적 제거가공과 화학적인 제거가공을 하나의 가공 방법으로 혼합한 화학 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing), 에칭(etching) 등과 같은 방법이 이용될 수 있다.
그런데, 상기한 화학 기계적 연마의 경우에는 높은 비용이 소요되며, 탄소나노튜브 구조체가 손상될 수 있는 단점이 있다. 그리고, 에칭의 경우에도 탄소나노튜브 구조체가 변형될 수 있다. 또한, 전술한 방법들에 의하면, 탄소나노튜브 구조체에 불순물이 포함되어 탄소나노튜브 구조체의 순도가 낮아질 우려가 있으며, 공정 또한 복잡해지는 문제가 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비교적 단순화된 공정에 의해, 높은 순도와 향상된 전도성을 지닌 탄소나노튜브 구조체 및 그 성형방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄소나노튜브 구조체는,
기판;
상기 기판 상에 성장되며, 소정 형상으로 성형된 탄소나노튜브들; 및
상기 탄소나노튜브들이 성형된 상태를 유지하도록, 상기 탄소나노튜브들의 표면에 금속 물질로 형성된 금속층;을 구비한다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 구조체의 성형방법은,
기판 상에 탄소나노튜브들을 성장시키는 단계;
상기 탄소나노튜브들의 표면에 금속 물질로 금속층을 형성하는 단계;
상기 금속층을 형성한 탄소나노튜브들의 상부에 소정 패턴의 금형이 구비된 가열 압착 기구를 위치시키는 단계; 및
상기 가열 압착 기구의 금형 내로 상기 금속층을 형성한 탄소나노튜브들을 삽입시킨 후, 상기 가열 압착 기구에 의해 가열 및 압착하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 가열 압착 기구는 상기 금속층을 이루는 금속 물질의 녹는점 이상으로 열을 가하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 금속층을 이루는 금속 물질은 금, 은, 인듐, 및 금-주석 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 금속층은 스퍼터링법 또는 전자빔 증착법에 의하여 상기 탄소나노튜브들의 표면에 금속 물질을 증착시켜 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서는 설명의 명료성을 위하여 각 구성요소의 크기가 과장되어 도시되어 있을 수 있다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 구조체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 구조체(100)는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 성장된 다수의 탄소나노튜브(120)들과, 상기 탄소나노튜브(120)들의 표면에 금속 물질로 형성된 금속층(130)을 포함하여 구성되어 있다.
상기 탄소나노튜브(120)들은 소정 형상을 갖도록 성형되어 있다. 이러한 탄소나노튜브(120)들의 표면에 형성된 금속층(130)은, 상기한 바와 같이 탄소나노튜브(120)들이 성형된 상태가 유지될 수 있게 한다. 즉, 상기 탄소나노튜브(120)들은 유연성을 지니고 있어, 형태가 변하게 되면 복원하려는 경향을 크므로, 상기 금속층(130)은 탄소나노튜브(120)들이 변형된 상태로 유지될 수 있게 한다. 아울러, 상기 금속층(130)은 탄소나노튜브 구조체(100)의 전도성을 향상시키는데 기여할 수도 있다. 이와 같은 금속층(130)을 이루는 금속 물질로는 금, 은, 인듐(indium), 및 금-주석 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.
이하에서는 상기한 구조를 갖는 탄소나노튜브 구조체(100)를 성형하는 방법에 대하여 설명하기로 한다. 도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시된 탄소나노튜브 구조체의 성형방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저 도 2a를 참조하면, 기판(110) 상에 다수의 탄소나노튜브(120)들을 성장시킨다. 상기 탄소나노튜브(120)들을 성장시키는 방법으로는 일 예로서, 화학기상 증착법(CVD)이 이용될 수 있다. 여기서, 상기 화학기상 증착법(CVD)은 열 화학기상 증착법(Thermal CVD) 또는 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD)이 될 수 있다. 상기 열 화학기상 증착법(Thermal CVD)은 탄소나노튜브(120)들의 성장 균일도가 매우 우수하고, 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD)에 비해 작은 직경을 가지는 탄소나노튜브(120)들을 성장시킬 수 있으므로 전자방출 개시전압(turn on voltage)이 낮은 탄소나노튜브(120)들을 형성할 수 있다는 장점을 가진다. 반면, 상기 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD)은 탄소나노튜브(120)들을 기판(110)에 수직한 방향으로 성장시킬 수 있고 열 화학기상 증착법(Thermal CVD)보다 낮은 온도에서 합성이 가능하다는 장점을 가진다. 한편, 상기 탄소나노튜브(130)들을 성장시키는 방법으로는 전술한 방법이외에 페이스트(paste)를 이용한 스크린 프린팅법(screen printing) 등과 같은 여러 방법이 가능하다.
다음으로, 도 2b를 참조하면, 상기 기판(110) 상에 성장한 탄소나노튜브(120)들의 표면을 전체적으로 덮도록 금속 물질로 금속층(130)을 형성한다. 여기서, 상기 금속층(130)의 형성은 스퍼터링법(sputtering) 또는 전자빔 증착법(electron beam evaporation)에 의하여 금속 물질을 증착시킴으로써 수행될 수 있 다. 상기 금속 물질로는 금, 은, 인듐(indium), 및 금-주석 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.
다음으로, 도 2c를 참조하면, 상기 금속층(130)을 형성한 탄소나노튜브(120)들의 상부에 가열 압착 기구(140)를 위치시킨다. 상기 가열 압착 기구(140)에는 소정 패턴(142)의 금형(141)이 마련되어 있다. 상기 금형(141)의 패턴(142)은 만들고자 하는 탄소나노튜브(120)들의 형상에 상응하는 형상을 갖도록 형성되며, 이러한 금형(141)은 탄소나노튜브(120)들의 상부와 서로 마주보도록 위치된다. 상기 금형(141)의 패턴(142)은 오목한 홈으로 이루어질 수 있는데, 상기 홈의 형상은 도시된 바와 한정되지 않고, 만들고자 하는 탄소나노튜브(120)들의 형상에 상응하는 형상을 갖도록 다양하게 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 2d를 참조하면, 상기 가열 압착 기구(140)를 탄소나노튜브(120)들을 향해 이동시켜, 가열 압착 기구(140)에 마련된 금형(141)의 패턴(142) 내로 상부로부터 탄소나노튜브(120)들을 삽입시킨다. 상기 가열 압착 기구(140)는 금속층(130)이 형성된 탄소나노튜브(120)들의 상면이 금형(141)의 패턴(142)에 상응하는 형상을 가질 수 있을 정도로, 금속층(130)이 형성된 탄소나노튜브(120)들을 가열함과 동시에 압착한다. 이때, 상기 가열 압착 기구(140)는 금속층(130)을 이루는 금속 물질의 녹는점 이상으로 열을 가하여 금속 물질이 용융되게 함으로써, 탄소나노튜브(120)들의 형태가 용이하게 제어될 수 있게 한다. 이렇게 탄소나노튜브(120)들을 원하는 형태로 변화시킨 이후에는, 열을 제거하여 금속 물질의 녹는점 미만으로 냉각시킴으로써 용융되었던 금속 물질을 응고시킨다. 그 다음, 상기 가열 압착 기구(140)를 탄소나노튜브(120)들로부터 상부로 이동시켜 제거하게 되면, 상기 탄소나노튜브(120)들은 이들 사이에서 응고된 금속층(130)에 의해 변화된 형상을 그대로 유지하게 된다. 그 결과, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상면이 표면 처리되고 소정 형상으로 성형된 탄소나노튜브 구조체(100)가 얻어질 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 비교적 단순화된 공정들로 탄소나노튜브 구조체(100)가 성형될 수 있으며, 이렇게 성형된 탄소나노튜브 구조체(100)에는 불순물이 포함되지 않고 탄소나노튜브(120)와 금속층(130)만으로 구성됨에 따라 높은 순도를 지닐 수 있다. 그리고, 상기 탄소나노튜브 구조체(100)에는 금속층(130)이 더 포함되므로, 탄소나노튜브 구조체(100)의 전도성이 전체적으로 향상될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 성형 방법에 의해 탄소나노튜브 구조체가 성형되기 전후의 상태를 실제로 찍은 SEM 사진들이 도 3a 및 도 3b에 각각 도시되어 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브(120)들은 성장하게 되면 균일하지 않은 상태로 형성된다. 이렇게 형성된 탄소나노튜브(120)들을 본 발명에 따른 성형 방법에 의해 성형하게 되면, 도 3b에 도시된 바와 같이 탄소나노튜브(120)들이 금속층(130)에 의해 소정 높이로 정렬된 상태를 유지하며, 상면이 매끈하게 표면 처리된 상태를 갖는 탄소나노튜브 구조체(100)가 얻어지는 것을 확인해볼 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 비교적 단순화된 공정들로 탄소나노튜 브 구조체가 성형될 수 있다. 그리고, 이러한 공정들에는 탄소나노튜브 구조체에 불순물이 포함될 여지가 없게 되므로, 탄소나노튜브 구조체는 높은 순도를 지닐 수 있다. 게다가, 상기 탄소나노튜브 구조체에는 금속층이 더 포함되므로, 탄소나노튜브 구조체의 전도성이 전체적으로 향상되는 효과가 얻어질 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 성장되며, 소정 형상으로 성형된 탄소나노튜브들; 및
    상기 탄소나노튜브들이 성형된 상태를 유지하도록, 상기 탄소나노튜브들의 표면에 금속 물질로 형성된 금속층;을 구비하는 탄소나노튜브 구조체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 금속층을 이루는 금속 물질은 금, 은, 인듐(indium), 및 금-주석 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 구조체.
  3. 기판 상에 탄소나노튜브들을 성장시키는 단계;
    상기 탄소나노튜브들의 표면에 금속 물질로 금속층을 형성하는 단계;
    상기 금속층을 형성한 탄소나노튜브들의 상부에 소정 패턴의 금형이 구비된 가열 압착 기구를 위치시키는 단계; 및
    상기 가열 압착 기구의 금형 내로 상기 금속층을 형성한 탄소나노튜브들을 삽입시킨 후, 상기 가열 압착 기구에 의해 가열 및 압착하는 단계;를 포함하는 탄소나노튜브 구조체의 성형방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 가열 압착 기구는 상기 금속층을 이루는 금속 물질의 녹는점 이상으로 열을 가하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 구조체의 성형방법.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 금속층을 이루는 금속 물질은 금, 은, 인듐, 및 금-주석 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 구조체의 성형방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 금속층은 스퍼터링법(sputtering) 또는 전자빔 증착법(electron beam evaporation)에 의하여 상기 탄소나노튜브들의 표면에 금속 물질을 증착시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 구조체의 성형방법.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브들의 성장은 화학기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition)에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 구조체의 성형방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 화학기상 증착법(CVD)은 열 화학기상 증착법(Thermal CVD) 또는 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD; Plasma Enhanced CVD)인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 구조체의 성형방법.
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