KR20070065270A - 탄소나노튜브의 처리방법 - Google Patents

Abstract

본발명은, 탄소나노튜브의 처리방법에 관한 것이다. 본발명에 따른 탄소나노튜브의 처리방법은 탄소나노튜브를 산성 용액으로 처리하는 단계와, 처리된 탄소나노튜브를 중화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 플라스틱 등과의 밀착력이 우수한 탄소나노튜브가 제공된다.

Description

탄소나노튜브의 처리방법{TREATING METHOD OF CARBON NANO TUBE}

도 1은 본발명의 실시예에 따라 처리된 탄소나노튜브의 FT-RAMAN 측정 결과를 나타낸 그래프이다.

본 발명은, 탄소나노튜브의 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 탄소나노튜브를 산처리하여 관능기를 부여하는 탄소나노튜브의 처리방법에 관한 것이다.

최근 전자통신 산업의 급속한 발전과 함께 전자제품의 사용이 증가함에 따라 전자기기들의 전자파 차폐(electromagnetic interference shielding)는 중요한 환경문제로 대두되고 있다. 우리 인체는 기본적으로 전기가 통하고, 인체의 미약한 전기신호체계에 강한 전기장에 유도되면 비정상적인 전기가 흐르게 되며 사람의 체질에 따라 각종 질병을 유발시키는 것으로 알려지면서 전자파의 규제가 강화되고 있다.

이러한 추세에 따라 개발된 전자파 차폐(흡수)재는 구성물질의 도전성, 즉 이동가능 전하의 보유정도에 따라 전자파를 투과, 반사 또는 흡수하는 성질을 갖는 다. 전자파 차폐재가 이동전하를 갖지 않는 경우, 전자파는 차폐재를 투과하게 되고, 이동전하는 있으나 저항이 작아 주울 열로 에너지가 소모되지 않는 경우에는 반사되며, 저항이 적당히 큰 경우에는 전자파를 흡수한다.

종래 전자파 차폐 방법으로는 금속판을 설치하는 방법, 제품 제조시 금속물질을 첨가하는 방법, 금속물질을 표면에 코팅하는 방법 그리고 제품 제조시 탄소나노튜브를 첨가하는 방법 등이 있다.

현재 대부분의 전자 제품의 외장 재료는 소형화, 경량화 추세와 대량 생산에 의한 저렴한 가격 및 디자인의 용이성을 중요시하고 있다.

그런데 금속을 이용하여 전자파를 차폐하는 방법은 제품의 중량이 증가되며 재료선택에도 제한이 따른다. 또한 제품 제조 시 탄소나노튜브를 첨가하는 방법도 제품에 탄소나노튜브를 균일하게 분포시키는 과정이 용이하지 않은 문제가 있다.

따라서 본발명의 목적은 탄소나노튜브가 전자파 발생장치에 용이하게 적용될 수 있도록 탄소나노튜브를 처리하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 탄소나노튜브의 처리방법에 있어서, 탄소나노튜브를 산성 용액에서 처리하는 단계와, 처리된 탄소나노튜브를 중화하는 단계를 포함하는 것에 의하여 달성될 수 있다.

상기 산성 용액 처리는, 산성 용액이 담긴 용기에 탄소나노튜브를 넣고 상기 용기에 초음파(ultrasonic)를 인가하여 수행하는 것이 바람직하다.

상기 산성 용액은 황산과 질산을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 중화단계에서는 증류수를 이용하는 것이 바람직하다.

탄소나노튜브는 구조의 비등방성이 크며(직경은 수십 내지 수백 nm, 길이는 수십 내지 수백 ㎛), 단일벽(single wall), 다중벽(multiwall), 다발(rope) 등의 다양한 구조가 있다. 또한 감긴 형태에 따라 도체, 반도체의 성질을 띠며 직경에 따라 에너지갭이 달라지고, 준일차적인 구조를 가지고 있어 특이한 양자 효과를 나타낸다. 탄소나노튜브의 특이한 구조 및 물성이 보여주는 다기능성은 정보통신기기의 필수인 평면표시소자, 고집적 메모리소자, 2차 전기 및 초고용량 캐패시터(super capacitor), 수소저장 물질, 화학 센서, 고강도/초경량 복합재료, 정전기 제거 복합재료, 전자파 차폐 물질 등에 응용성이 뛰어나며 기존의 소자가 갖는 한계를 넘어설 가능성을 갖고 있다.

탄소나노튜브의 제조방법으로는 화학 증착법, 아크 방전법, 플라즈마 토치법, 이온 충격법(ion bombardment) 등이 개시되어 있다. 화학 증착법은 탄소나노튜브의 대량생산과 성장 제어에 있어 많은 가능성을 가진 방법으로 인식되고 있다. 촉매 화학증착법은, 상기 화학증착법에서 사용되고 있는 바와 같이 기질 위에 촉매 입자를 담지시킨 후 반응시키는 대신에 촉매를 함유한 물질을 사용하여 반응기 내부로 분사시켜 탄소나노튜브를 제조하는 것이다.

종래에는 이와 같은 탄소나노튜브를 플라스틱 등 전자기기의 케이싱을 형성하는 물질에 첨가하여 전자기파를 차폐하였다.

본발명에서는 탄소나노튜브에 카르복시기(-COOH) 또는 하이드록시기(-OH)와 같은 관능기(functional group)를 부여하여 플라스틱 등에 코팅(코팅)될 수 있도록 하는 방법을 제시한다. 탄소나노튜브를 코팅 방법으로 플라스틱 표면에 적용하면 제품의 중량 증가가 미미하며 공정이 간단해지는 장점이 있다.

이하 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 사용된 탄소나노튜브는 카본 나노텍사의 제품으로 다중벽 타입이다. 직경은 5 내지 20㎚, 길이는 10㎛ 이하, 가로세로비(aspect ratio)는 500 이상이다. 순도는 85중량% 이상이고, BET 방법으로 측정한 비표면적은 100 내지 700 ㎡/g, 벌크 밀도는 0.08 내지 0.12g/㎤이다.

<처리실험>

먼저 용기에 98% 황산과 70% 질산을 3:1로 혼합한 산성용액을 준비한다. 이후 탄소나노튜브를 산성용액에 담은 후 용기에 초음파(ultrasonication)를 가하여 8시간동안 처리한다. 용액 중의 탄소나노튜브의 농도는 4 내지 6 중량%이다. 이 후 증류수를 첨가하고 실온에 방치한 후 상층액을 분리하고 다시 증류수를 첨가하는 과정을 반복하여 산처리된 탄소나노튜브를 중화한다. 산처리된 탄소나노튜브를 중화하지 않으면 부식될 우려가 있다.

처리된 탄소나노튜브는 처리 전보다 길이가 짧아지고 카르복시기나 하이드록시와 같은 관능기를 포함한다. 또한 서로 엉켜 있던(번들 타입) 복수의 탄소나노튜 브는 서로 분리되어 넓은 비표면적의 장점을 살릴 수 있게 된다. 탄소나노튜브의 길이가 짧아지는 것은 투과전자현미경(TEM)으로 확인할 수 있으며, 관능기의 형성은 FT-라만으로 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 처리된 탄소나노튜브와 처리되지 않은 탄소나노튜브의 FT-라만 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 1700 내지 1725㎝-1의 피크가 카르복시기를 나타내는 피크인데 처리된 탄소나노튜브가 이 위치에서 피크 높이가 큰 것을 알 수 있다.

탄소나노튜브의 처리방법은 다양하게 변형될 수 있다. 산처리된 탄소나노튜브의 중화는 증류수가 아닌 알칼리계 용액, 예를 들어 수산화나트륨 수용액을 이용할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본발명에 따르면 탄소나노튜브가 전자파 발생장치에 용이하게 적용될 수 있도록 하는 처리 방법이 제공된다.

Claims (3)

1. 탄소나노튜브의 처리방법에 있어서,

   탄소나노튜브를 초음파를 이용하여 산성 용액에서 처리하는 단계와;

   처리된 탄소나노튜브를 중화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 처리방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 산성 용액은 황산과 질산을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 처리방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 중화단계에서는 증류수를 이용하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 의 처리방법.

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