KR20070116866A - 박막 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노튜브 제조 반응기에서 배가스가 나오면서 생산된 나노튜브 입자의 에어로졸 서스펜션에서 나노튜브 필름을 직접 형성하는 방법에 있어서: 상기 나노튜브 입자들을 에어로졸 서스펜션에서 필터 기판에 침착시키는 단계; 및 침착된 나노튜브 입자들을 두번째 기판에 접착하는 단계;를 포함하는 방법을 제공한다. 이때, 두번째 기판이 접착제로 코팅되고, 이 접착제는 유기물이나 파라핀을 포함하거나, 또는 왁스, 타르, 고분자, 생세라믹, 탄소슬러리, 슈거 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택된다. 또, 이 방법에 있어서, 접착제를 소정 무늬로 두번째 기판에 부착하여 침착된 입자들이 이 무늬대로 두번째 기판에 부착되게 한다. 본 발명에 있어서, 나노튜브 입자들이 자연 친화도로 두번째 기판에 접착된다. 또한, 본 발명의 방법은 침착된 나노튜브 입자들을 커버링하는 단계를 더 포함하기도 하는데, 이때 침착된 나노튜브 입자들을 필름으로 커버하기도 한다.

Description

박막 제조방법 및 제조장치{THIN FILM PRODUCTION METHOD AND APPARATUS}

본 발명은 필름에 관한 것으로, 구체적으로는 CNT(carbon nanotubes) 필름의 생산 방법에 관한 것이다.

이상적인 나노튜브는 카본 원자의 육각형 네트웍으로서, 이음매 없는 원통을 만들도록 둘둘 마는 (육각눈의) 철망과 비슷하다. 이런 원통은 직경이 1㎛이고 길이는 수십 ㎛ 정도이며, 양단부에는 풀러린분자로 씌워진다. 단일벽 나노튜브(SWNT; single-wall nanotube)가 기본 원통구조를 취하고, 이들이 모여서 이중벽 나노튜브(DWNT; double-walled nanotube)와 다중벽 나노튜브(MWNT; multi-walled nanotube)의 빌딩블록, 즉 동심 CNT 원통과 CNT 로프의 규칙배열을 형성한다.

CNT와 CNT 로프는 탄소나노튜브의 전도성과 작은 크기 때문에 컴퓨터에 사용되는 반도체나 집적회로와 같은 미세소자의 전기커넥터에 사용된다. CNT는 광학주파수의 안테나로 사용되기도 하고, STM(scanning tunneling microscope)이나 AFM(atomic force microscope)에 사용되는 탐침으로도 사용된다. 또, CNT는 연료전지나 리튬이온전지의 전극물질과 전자방출원으로 유용하고, 자동차 타이어의 카본블랙과 함께 사용되거나 대신 사용되기도 한다. CNT는 또한 공업적이나 화학적인 수소화 과정에 사용되는 촉매의 지지체로 사용되기도 하고, 이런 물질에 새로운 기 계적, 전기적, 열적 전도성을 부여하는 복합물질로 사용되기도 한다.

CNT를 생산하는 방법은 여러가지다. 풀러린 튜브인 CNT는 증발된 탄소에서 공모양의 풀러린인 버키볼(Buckyball)을 만드는 탄소아크 생산법으로 생산되지만, 이 방법만 다중벽 탄소나노튜브를 생산한다. 다른 방법에서는, 아크 방전장치의 양극에서 나오는 천이금속과 증발탄소 둘다를 이용해 DC 아크방전장치로 CNT를 생산한다.

"Carbon Fibers Formed From Singl-Wall Carbon Nanotubes"란 명칭의 PCT/US98/04513에 소개된 다른 CNT 생산법에서는 SWNT, 나노튜브 로프, 나노튜브 섬유 및 나노튜브 소자를 생산한다. 이 방법에서는 레이저빔으로 표적 물질을 증발시키는데, 이 물질은 6족이나 8족의 천이금속과 탄소의 혼합물을 포함하거나 구성된 물질이다. 표적에서 생긴 증기가 형성하는 CNT는 거의 SWNT이다. 이 방법에서는 상당량의 SWNT도 생성하는데, 이 SWNT는 로프처럼 배열되어 서로 평행하다.

또다른 방법이 "Gas-phase process for production of single-wall carbon nanotubes from high pressure CO"란 명칭의 PCT/US99/25702에 소개되었다. 이 방법에서는 30 대기압 정도의 고압 CO와 촉매 프리커서 개스(예; Fe(CO)₅)를공급하는데, 고압 CO는 1000도 정도로 예열되고 프리커서 개스는 촉매 프리커서 분해온도 밑으로 유지되는 CO 안에 있다. 혼합구역에서, 촉매 프리커서는 소정 온도까지 급속 가열되는데, 이 온도에서 (1) 프리커서가 분해되고, (2) 적당한 크기의 활성촉매금속원자 클러스터가 형성되며, (3) 이 촉매 클러스터에서 SWNT가 성장한다. 촉 매 클러스터 개스를 급속 반응시켜 대형의 불활성 입자 대신 만은 소형 활성 촉매입자를 형성하는데 촉매 클러스터 핵형성 작용을 이용한다. 이런 핵형성 작용들에 이용되는 보조금속 프리커서는 1차촉매보다 더 빨리 군집하거나, 클러스터 형성을 원하는 지점에 정확하게 조준된 펄스나 CW 레이저를 통해 추가로 에너지를 입력한다. 이런 조건에서, SWNT는 Boudouard 반응에 따라 핵을 형성하고 성장한다. 이렇게 형성된 SWNT는 바로 복구되거나 1000도 정도의 높은 온도로 유지되는 어닐링 구역을 통과하고, 이곳에서 튜브가 계속 성장하여 로프로 된다.

그러나, PCT/US98/04513과 PCT/US99/25702 어디에도 CNT 박막을 직접 형성하는 간단한 방법은 제시하고 있지 않는다.

CNT에서 박막을 만드는 방법에 대해 여러가지 앞에서 예를 들었다. 이들 예는 현장 생산방법이자 대량생산법이다. 현장생산법에서는 탄소증기를 이용해 특수하게 준비된 기판에서 CNT를 성장시켜야 하지만, 대량생산법에서는 CNT 분말을 표적기판에 균일하게 분산시켜 필름을 제작한다.

CNT 필름의 현장생산법은 문제가 많다. 첫째, 준비된 기판이 고온을 견뎌야만 하므로, 재료에 제한이 있다. 둘째, 준비된 기판에서 증기를 성장시키는데 사용되는 반응기가 기판을 수용할 정도로 충분히 커야 하는데, 이는 비실용적이다. 셋째, 증기를 기판에 균일하게 침착시키기가 어려운데, 특히 형상이 복잡하고 크거나 열역학적으로 가변 영역이 있을 때 그렇다. 끝으로, 현장생산법을 대형화하는데는 비용이 많이 든다.

CNT 필름의 대량생산을 위한 종래의 방법은 많은 문제를 더 갖고 있다. 대량 생산된 CNT 필름의 CNT는 제멋대로 배향된다. 또, 일단 필름을 만드는데 사용된 CNT들이 서로 접촉하면, 서로 합쳐져서 튜브집단을 만들고 이들 튜브는 서로 들러붙는 경향이 있다. 이런 튜브집단을 서로 분리한 다음 표적 기판을 코팅하기 위해 분산시켜야 하는데 이렇게 분리시키기는 아주 어렵거나 불가능하기까지 하다. 또, 일부 CNT는 표적 기판에 분산시켜 접착시킬 때의 비효율성 때문에 손실되기도 한다. 또, 대량생산법으로 생산된 제품의 특성이 박막 형성에 부적절하기도 하다. 예를 들어, "버키페이퍼(buckypaper)"로 알려진 CNT 호일는 액체내에 분산된 CNT 샘플로부터 고분자나 기타 적당한 필터 물질로 여과하여 형성된다. "버키페이퍼"는 취성을 보여, 두꺼운 CNT 필름의 생산에만 유용하다. 또, 위와 같이 형성된 "버키페이퍼"는 알콜과 같은 용매나 운반용액을 이용하는 2차 제조과정을 필요로 한다. 이차과정은 인력과 비용을 필요로 하고 제품에서 추후 모든 용매를 완전히 제거해야만 한다. 또, 반응실 부근에 있는 비다공성 기판에 침착하여 형성된 CNT 매트는 반응기와 수거 시스템의 설계상 많은 제약을 가지며, 심지어는 생산된 필름도 불균일한 물성을 보이는데, 이는 현가된 CNT의 불균일한 침착에 기인한다.

필터는 박막을 형성하기 위한 기판으로 사용되는바, 일반적으로 벨트 필터를 이용한 필터링은 비용이 많이 들고 엔드레스 벨트형 필터와 새 필터를 공급하는 공급롤러 둘다 필요로 하여(US4,057,437 참조), 필터가 공급측에서 목적지까지 움직여야 한다(US4,011,067 참조). 그러나, 이런 종래의 필터링 시스템에는 균일한 침착 특성은 놔두고 여과된 물질말 제거하는 수단이 없다. 여과된 물질을 필터에서 제거한 뒤의 방향이 필터시스템의 디자이너오 관련이 없으므로, 종래의 필터는 여 과된 물질의 물질구조를 침착된대로 보존하는 얇거나 두꺼운 필름 운반과정을 수용할 수 없다.

CNT 필름을 형성할 때 접착성 기판을 이용하는 것도 종래의 기술의 한계이다. R. Baughman 의 Science , 284, 1340 (1999)에 발표된 기사에는 "버키페이퍼" 층을 끈적한 접착테이프에 부착해 액튜에이터를 구성하는 방법이 소개되었다. 그러나, 이 버키페이퍼로 생산된 필름은 생산된 그대로의 CNT를 후처리하여 두꺼웠다. 둘째, 끈적한 접착테이프를 제거해 순수 CNT 구조를 만드려는 어떤 노력도 없었다. Chang의 미국특허 6,436,221에는 CNT 슬러리로 이루어진 얇은 나노튜브 필름에 접착테이프를 붙인 다음 이 테이프를 떼어내 약하게 부착된 CNT를 제거하는 방법이 소개되었다. 그러나, 이 방법의 목적은 원래의 기판에 남겨진 필름의 질(평활도)을 개선하는 것이지, 접착제에 부착된 나노튜브를 복구하는데 있지 않다.

따라서, 기판에 CNT 필름을 더 효과적으로 형성하는 방법이 필요하다.

발명의 요약

본 발명은 나노튜브 제조 반응기에서 배가스가 나오면서 생산된 나노튜브 입자의 에어로졸 서스펜션에서 나노튜브 필름을 직접 형성하는 방법에 있어서: 상기 나노튜브 입자들을 에어로졸 서스펜션에서 필터 기판에 침착시키는 단계; 및 침착된 나노튜브 입자들을 두번째 기판에 접착하는 단계;를 포함하는 방법을 제공한다. 이때, 두번째 기판이 접착제로 코팅되고, 이 접착제는 유기물이나 파라핀을 포함하거나, 또는 왁스, 타르, 고분자, 생세라믹, 탄소슬러리, 슈거 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택된다. 또, 이 방법에 있어서, 접착제를 소정 무늬로 두번째 기판에 부착하여 침착된 입자들이 이 무늬대로 두번째 기판에 부착되게 한다. 본 발명에 있어서, 나노튜브 입자들이 자연 친화도로 두번째 기판에 접착된다. 또한, 본 발명의 방법은 침착된 나노튜브 입자들을 커버링하는 단계를 더 포함하기도 하는데, 이때 침착된 나노튜브 입자들을 필름으로 커버하기도 한다.

또, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 침착된 나노튜브 입자를 필터 기판에서 분리하되 침착된 입자의 방향은 그대로 유지한다. 이런 본 발명의 방법은 연속 공정으로 이루어지는데, 이때 나노튜브 입자들을 움직이는 필터 기판에 침착하고, 움직이는 필터기판이 다공성 벨트를 포함하면서 에어로졸 서스펜션의 방향에 직각으로 향하는데, 한편으로는 움직이는 필터기판이 에어로졸 서스펜션의 방향에 직각이 아닌 방향으로 향하여, 나노튜브 입자들이 필터 기판에 침착된대로 정렬되게 하기도 한다. 또, 필터기판이 다공성 필터 물질을 포함하기도 하며, 나노튜브 입자들이 필터 기판에 침착되는 영역의 입자에 자기장이나 전기장을 걸어서 나노튜브 입자들을 배향하는 단계가 있기도 하다. 이런 나노튜브 입자는 탄소 나노튜브를 포함하며, 이때 나노튜브 입자를 CVD 반응기 안에서 형성하거나, 플라즈마 제트 반응기에서 형성한다. 또, 본 발명에 있어서, 필터기판에 나노튜브 입자를 침착하기 전에 상기 에어로졸 서스펜션을 열교환기에 통과시키면서 필터기판의 허용 온도범위까지 에어로졸 서스펜션을 냉각하기도 한다.

도 1은 필터에 의해 CVD 반응기의 배가스에서 CNT 필름을 제조하는 장치의 개략도;

도 2는 본 발명의 두번째 예에 따른 장치와 방법의 개략도;

도 3은 본 발명의 세번째 예에 따른 장치와 방법의 개략도;

도 4는 본 발명의 네번째 예에 따른 장치와 방법의 개략도;

도 5는 제조된 탄소나노튜브를 파라핀에 부착한 필름의 개략도;

도 6은 도 3과 비슷하면서, 에어로졸의 흐름 방향에서 필터를 급하게 기울이게 하여 에어로졸내에서 섬유를 일부 정렬시킨 시스템의 개략도;

도 7은 알루미늄 호일 기판에 접착된 DWNT 입자를 보여주는 사진;

도 8은 알루미늄 기판의 망구조를 보여주는 SEM 사진.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법과 장치의 개략도이다. 일반적으로, CNT 입자의 서스펜션인 에어로졸(3)은 CVD 반응기(1)를 나오면서 열교환기(5)의 챔버(4)로 들어간다. 열교환기(5)는 챔버(4)를 통과하는 에어로졸(3)을 냉각하기만 하면 어떤 디자인도 가능하다. CVD 반응기(1)는 종래의 구조를 취하므로, 자세한 설명은 생략한다. 에어로졸(3)은 열교환기(5)의 챔버(4)를 통과하면서 열에너지를 빼앗기고 마침내 열교환기(5)의 하류단의 필터(9)에 침착되어 CNT 필름(7)을 형성한다. 필터(9)에서 걸러진 입자와 에어로졸의 유체성분으로 이루어진 나머지 유체를 수거하거나 침착하기 위한 수단으로서 배가스(11)가 필터(9)를 지나 장치에서 배출된다.

구체적으로, CVD 장치와 같은 반응기(1)를 나간 유체는 CNT 입자의 서스펜션 인 에어로졸을 형성하고, 이 에어로졸은 CVD 반응기내 CNT를 생성하도록 채택된 촉매입자를 포함할 수도 있다. 에어로졸은 반응기의 반응구역을 300℃ 이상 1400℃ 이하의 온도로 빠져나간다. 에어로졸(3)의 이런 온도는 열교환기(5)의 챔버(4)를 지나면서 필터(9)의 손상이나 오작동을 방지할 정도로 충분히 낮아진다. 이때문에 고분자천과 같은 저렴하고 유연한 필터를 사용할 수 있다. 필터(9) 양측의 압력차는 반응기측의 정압, 즉 반응기로 들어가는 공급기체에서 생기는 정압에 좌우되거나, 또는 진공펌프(12)에서 생기는 배기측 부압에 좌우된다. 여기서는, 필름(9)이 저밀도 CNT로 이루어진 펠트와 같은 망으로서, 필터에 불균일하게 쌓이는 것이고, 최종 막두께는 반응기의 생산속도, 활성 필터면적, 및 공정 출력물에 대한 필터의 노출기간에 의존한다.

도 1의 CVD 반응기는 SWNT, DWNT 또는 MWNT를 만드는데 사용할 수 있지만, 당업계에 알려진 다른 종류의 반응기를 CVD 반응기 대신 사용해 도 1과 같이 본 발명의 탄소매트를 생산하는데 사용되는 서스펜션을 공급할 수도 있다. 따라서, 도 1과 다른 도면에 도시된 CVD 반응기를 다른 반응기로 대치하고 CNT나 다른 미세입자 에어로졸 서스펜션이 함유된 고온 배가스를 배출하도록 할 수도 있다. 또, 동일한 조직을 갖는 탄소매트를 생산할 필요는 없지만, 별도로 제조된 벌크 나노튜브 분말이나, (CNT 분말을 액체에 섞기 위해) 계면활성제와 초음파분해를 이용하거나 볼텍스 믹서를 사용하거나, (CNT 분말을 기체에 섞기 위해) 로터리믹서나 시프터나 개스 볼텍스믹서를 사용해 액체나 에어로졸 서스펜션일 수 있는 유체류에 나노튜브를 균일하게 분산시킨다. 이 경우 반드시 열교환기를 사용해야 하는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 다른 경우로서, 도 1과 같은 에어로졸(3)이 CVD 반응기(1)에서 나와 열교환기(5)의 챔버(4)로 들어간다. 에어로졸(3)은 열교환기(5)를 통과하면서 열에너지 감소를 겪고 필터(9)에 침착되어 CNT 필름(7)을 형성한다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 에어로졸의 유체성분을 함유한 배가스(11)가 장치를 나간다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서는 필터(9)가 두루마리 필터재료 롤(13)에 형성된다. 이 필터(9)가 열교환기(5) 하류측의 구멍(도시안됨) 밑을 움직이므로 CNT 에어로졸(3)을 필터에 직접 침착할 수 있다. 새로 형성된 CNT 필름(7)은 CNT 필름 롤(15)에 감긴다. 필터재료 롤(13)과 CNT 필름롤(15)은 이송기구를 형성하여 필터(9)가 연교환기(5)의 챔버(4)의 배출구 밑을 계속 움직이도록 하여 CNT 에어로졸(3)에 새로운 필터재료를 계속 노출시킨다. 필터(9)의 이동속도나 반응기(1)의 배출속도 또는 이들 둘다를 조절하면 CNT 필름의 두께를 바꿀 수 있다.

도 3에 본 발명의 세번째 예가 도시되었다. 이 장치는 첫번째와 두번째 예의 모든 특징 외에도 필터(9)에 침착된 CNT 필름(7)의 커버물질(17)을 특징으로 한다. (침착된 필름의 기본 접착도보다 큰 접착력이 필요하면) 접착층을 갖고 그 외에도 융점에 가깝게 가열된 저융점 금속이나 파라핀 왁스를 갖는 기다란 필름이나 테이프로 커버물질(17)을 이루므로, 이 물질은 CNT 필름(7)에 접착된채 롤(18)에서 공급된다. 한편, 열이나 화학처리로 끈적해지는 고분자나 수지 시트, 사전침윤된 탄소-탄소 복합천이나 접착테이프, 탄소슬러리, 슈거, 타르, 생세라믹,왁스, 고분자, 또는 이들의 조합으로 된 복합체를 커버물질(17) 뒷면에 붙일 수도 있다. 또, 필터(9)의 CNT의 방향을 결정하도록 접착제로 코팅된 커버물질(17)에 무늬나 홈을 새 길 수도 있다. 사용중에 커버물질(17)을 CNT 필름(7)에 부착한채 CNT 필름(7)을 롤러에 감는다. 이 경우, 필터(9)를 이동시키는 운송시스템에 필터재료 롤(13)의 롤러와 코팅된 CNT필름 롤(19)의 롤러가 포함될 수 있다.

커버물질(17)의 목적은 CNT 필름의 접착층을 이루는데 있다. 그러나, 커버물질(17)을 붙일 때 CNT 필름(7)에서 필터(9)가 벗겨지지 않고 오히려 코팅된 CNT필름 롤러(19)에 필터(9)가 감긴다. 따라서, 커버물질(17)과 필터(9)가 동시에 CNT 필름을 최종 목적지까지 안전하게 운반하는 안전 운송수단으로 기능하게 된다. 그러나, 세번째 예의 장치와 방법의 결과물이 반드시 두루마리 형태일 필요는 없고 CNT 필름(7)에 커버물질(17)을 붙인 것을 특정 용도에 맞는 형상으로 재단한 형태도 가능하다.

도 4는 본 발명의 네번째 예를 보여준다. 본 실시예에서는 전술한 바와 같은 CVD 반응기(1), CNT 에어로졸(3), 챔버(4)를 갖춘 열교환기(5) 및 배가스(11)를 이용하지만, 두루마리 형태의 필터 재료 대신 연속 컨베이어 벨트(25) 형태의 필터를 이용하고, 이 벨트는 열교환기의 침버(4)의 배출구 밑을 지나간다. 필터(9)와 마찬가지로 컨베이어 벨트(25)에 CNT 에어로졸(3)을 침착시켜 CNT 필름(7)을 형성한다. 일단 CNT 필름(7)이 형성되면 접착제가 코통된 커버물질(21)을 CNT 필름(7)에 붙이는데, CNT 필름을 컨베이어 벨트(25)에서 들어올린 다음 커버물질(21)쪽으로 옮기면 된다. 도 3에서 설명한 바와 같이, 접착제가 코팅된 커버물질은 뒷면이나 앞면의 끈적한 물질층이므로, CNT 필름(7)을 커버물질(21)에 붙인 뒤, 컨베이어 벨트(25)를 벗겨내면 커버물질(21)에 CNT 필름이 남아있게 된다. 이어서, CNT 필름과 함께 커버물질(21)이 롤(23)에 감긴다. 한편, CNT 필름(7)을 더 안정시키기 위해 CNT 필름의 노출면도 접착제로 코팅할 수 있다.

필요하면 컨베이어 벨트(25)에 남아있는 CNT 필름의 무늬의 네거티브 영상을 굵어내 없애기도 한다. 또는, 네거티브 영상이 유용한 무늬를 이룰 경우, 이 영상을 무늬없는 다른 접착테이프를 이용해 벨트에서 그대로 들어올려 두번째 무늬필름을 형성할 수 있다.

도 5는 도 3에서 설명한 예에 맞게 만들어진 (Parafilm이란 상표의) 파라핀 박막에 부착된 CNT의 사진이다.

일반적으로, 이상 설명한대로 제작된 CNT 필름은 부분적으로 정렬되는데, 이는 CNT 튜브가 필터면에서 제멋대로 배향되면서도 기본적으로는 필터면에 평평하게 놓이는 층을 이루는 경향이 있기 때문이다. 열과 전기의 전도를 포함한 여러 목적을 위해, 이렇게 만들어진 필름은 충분히 정렬되게 제작된다. 그러나, 필터의 각도를 열교환기(5)의 챔버(4)에서 나오는 CNT 에어로졸(3)의 방향에 직각인 각도로부터 조절하면 필터(9)에 침착되는 CNT 에어로졸(3)의 유동속도가 적어도 하나의 벡터를 갖도록 할 수 있고, 이때의 속도는 훨씬 더 크다. 이렇게 되면 필름(7)의 CNT가 최대 유동속도의 방향에 평행한 방향으로 필터(9)에서 정렬된다. 이런 유동속도차로 CNT가 침착되면서 필터(9)에서 CNT가 정렬된다.

또, 필터 수집영역에 설정된 (도 1에 30으로 표시한) 전기장이나 자기장을 이용해 나노튜브들이 평면상에서 서로 평행하게 하도록 나노튜브를 정렬할 수 있다.

본 발명에 따라 만들어진 CNT 필름을 원하는 층수로나 원하는 인장도로 압출하거나 접을 수 있다. 이렇게 하여 CNT 필름 전체에 CNT를 골고루 분산시킬 수 있고, 기계적 압출 전단력을 이용해 CNT 필름내의 CNT 정렬상태를 바꿀 수 있다. CNT 필름을 서스펜션 성능과 특성을 갖는 복합물질로 만들 수도 있다.

놀랍게도, 본 발명에 의해 만들어진 탄소 나노튜브 필름은 광역접착성을 보이므로, 미처리 금속, 플라스틱, 유리를 포함한 거의 어떤 재료로도 만들 수 있는 원래의 기판에서 필름을 그대로 떼어낼 수 있다. 따라서, 이상 설명한 어떤 실시예도 기판에 접착제를 추가하지 않고 나노튜브 필름의 고유 접착성을 대체할 수 있다.

본 발명은 또한, RF 금속 증발기를 이용해 본 발명에 의한 필름을 금속층으로 코팅해 만들어진 복합필름 구조를 만드는 것도 관련된다. 침착된 필름의 밀도가 아주 낮아, 나노튜브 묶음으로 충분히 코팅을 하는 것이 실용적인데, 이때 금속을 나노튜브 필름에 코팅하는 깊이는 유용한 두께 범위에 걸쳐 조절할 수 있다. 이런 필름은 한쪽면의 나노튜브는 코팅되지 않고 다른 면의 나노튜브만 금속으로 충분히 코팅한다. 이렇게 되면 필름내의 튜브와의 전기접촉성은 간단하면서도 크게 좋아지므로 일종의 "나노접착" 테이프나 필름을 만들 수 있다.

실시예 1

CVD 반응기에서 나오는 배가스는 DWNT 입자가 함유된 고온 배가스를 스테인리스 스틸 망으로 된 캐니스터 필터에 침착한다. 반응기의 배가스(DWNT 입자 35 ㎎/hr)로 30분동안 DWNT를 침착할 수 있었다. 캐니스터 필터에 침착된 코팅은 알루미 늄 호일 기판으로 전사되었고, 이 기판은 스테인리스스틸 망으로 된 캐니스터 필터보다 DWNT 매트에 더 높은 친밀도를 보인다. 이런 전사는 캐니스터 필터에 처음 접착되었던 필름에 알루미늄 호일을 통해 균일한 압력을 가해 이루어졌다. 캐니스터에서 알루미늄 호일을 조심스럽게 풀어 DWNT 층이 0.7㎛ 정도의 두께로 코팅된 알루미늄 호일 기판을 만들었다(도 7 참조). 고해상도 전자주사현미경을 사용해 찍은 영상을 통해, DWNT 망의 밀집구조를 볼 수 있었다(도 8 참조).

본 발명은 공정이 연속인 곳에 장점이 있으며, CNT 필름을 정지시키거나 취급하지 않고도 필름을 바로 생산할 수 있다. 또, 생산된 CNT 필름의 밀도도 종래의 필름보다 낮다.

Claims (30)

1. 나노튜브 제조 반응기에서 배가스가 나오면서 생산된 나노튜브 입자의 에어로졸 서스펜션에서 나노튜브 필름을 직접 형성하는 방법에 있어서:

   상기 나노튜브 입자들을 에어로졸 서스펜션에서 필터 기판에 침착시키는 단계; 및

   침착된 나노튜브 입자들을 두번째 기판에 접착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 두번째 기판이 접착제로 코팅된 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 접착제가 유기물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 접착제가 파라핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 접착제가 왁스, 타르, 고분자, 생세라믹, 탄소슬러리, 슈거 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 접착제를 소정 무늬로 두번째 기판에 부착하여 침착된 입자들이 이 무늬대로 두번째 기판에 부착되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 나노튜브 입자들이 자연 친화도로 두번째 기판에 접착되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 침착된 나노튜브 입자들을 커버링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 침착된 나노튜브 입자들을 필름으로 커버하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 침착된 나노튜브 입자를 필터 기판에서 분리하되 침착된 입자의 방향은 그대로 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 연속 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 나노튜브 입자들을 움직이는 필터 기판에 침착하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 움직이는 필터기판이 다공성 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제12항에 있어서, 움직이는 필터기판이 에어로졸 서스펜션의 방향에 직각으로 향하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제12항에 있어서, 움직이는 필터기판이 에어로졸 서스펜션의 방향에 직각이 아닌 방향으로 향하여, 나노튜브 입자들이 필터 기판에 침착된대로 정렬되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제1항에 있어서, 필터기판이 다공성 필터 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제1항에 있어서, 상기 나노튜브 입자들이 필터 기판에 침착되는 영역의 입자에 자기장을 걸어서 나노튜브 입자들을 배향하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제1항에 있어서, 상기 나노튜브 입자들이 필터 기판에 침착되는 영역의 입자에 전기장을 걸어서 나노튜브 입자들을 배향하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제1항에 있어서, 상기 나노튜브 입자가 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 나노튜브 입자를 CVD 반응기 안에서 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제19항에 있어서, 탄소 나노튜브를 플라즈마 제트 반응기에서 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제1항에 있어서, 필터기판에 나노튜브 입자를 침착하기 전에 상기 에어로졸 서스펜션을 열교환기에 통과시키면서 필터기판의 허용 온도범위까지 에어로졸 서스펜션을 냉각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제22항에 있어서, 기판에 코팅을 약하게 접착하여 필름을 표면에 붙인 뒤 기판을 제거하는 장치
24. 제22항에 있어서, 코팅을 기판에 영구적으로 접착하는 장치
25. 제22항에 있어서, 왁스, 타르, 고분자, 생세라믹, 탄소슬러리, 슈거, 또는 이들의 조합체에서 선택된 접착제를 이용해 기판에 코팅을 접착하는 장치.
26. 제22항에 있어서, 천연 친화도로 기판에 코팅을 접착하는 장치.
27. 제22항에 있어서, 기판이 다공성 물질인 장치.
28. 제27항에 있어서, 직경이 1 내지 20 나노미터인 입자 제거를 위해 필터로 사용되는 복합소자를 나노튜브 코팅 다공성 기판에 포함시키는 장치.
29. 제15항에 있어서, 탄소나노튜브가 플라즈마 제트 반응기에서 형성되는 방법.
30. 제3항에 있어서, 접착제가 파라핀을 포함하는 방법.

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