KR20080006814A - 전기도금에 의한 탄소나노튜브 전계방출소자의 제조 방법및 그로부터 제조된 탄소나노튜브 전계방출소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기도금에 의한 탄소나노튜브 전계방출소자의 제조 방법 및 그로부터 제조된 탄소나노튜브 전계방출소자에 관한 것으로, 전기도금장치중의 금속 전해액에 탄소나노튜브를 분산시키고 전기 도금 방법에 의해 탄소나노튜브를 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트 형태로 금속 전극상에 성장시키고, 성장된 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트를 화학적으로 식각 처리하여 탄소나노튜브를 발현시킴으로써 탄소나노튜브와 금속 전극 간의 전기적/기계적 결합력 및 내구성이 우수하면서 전계방출 특성 또한 뛰어난 탄소나노튜브 전계방출소자의 제조를 가능케 한다.
탄소나노튜브, 전계방출소자, 전기 도금, 양이온성 계면활성제

Description

전기도금에 의한 탄소나노튜브 전계방출소자의 제조 방법 및 그로부터 제조된 탄소나노튜브 전계방출소자{Method for preparing carbon nanotubes for field emission devices by electrodoposition and carbon nanotube for field emission devices made thereby}
도 1은 본 발명에 사용되는 전기 도금 장치의 개략도이다.
도 2는 전기 도금에 의해 금속 전극에 성장된 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트 의 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 도 2의 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트를 화학적으로 식각 처리한 후의 상태를 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 화학적 식각 처리 후의 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트의 전계방출특성 그래프이다.
도 5는 화학적 식각 처리 후의 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트의 전계방출에 의한 애노드 포스포르(Anode Phosphor) 발광특성 사진이다.
본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자(Field Emission Devices)의 제조 방법 및 그로부터 제조된 탄소나노튜브 전계방출소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전기도금(Electro-deposition)을 이용하여 탄소나노튜브를 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트 형태로 금속 전극상에 성장시키고, 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트를 화학적으로 식각 처리하여 탄소나노튜브를 발현시킴으로써 실현되는 탄소나노튜브 전계방출소자의 제조 방법 및 그로부터 제조된 탄소나노튜브 전계방출소자에 관한 것이다.
전계방출소자를 제조함에 있어 현재 상용화되고 있는 분말 형태의 탄소나노튜브를 응용을 위해서는 금속 전극과 탄소나노튜브를 접합시키는 것이 반드시 필요하게 된다.
이를 위해 종래 탄소나노튜브를 이용한 전계방출소자의 제조 방법에서는 전극상에 촉매 금속을 증착시킨 후 증착된 촉매 금속위에 탄소나노튜브를 선택적으로 성장시켜 전계방출소자를 제조하는 화학기상증착법(CVD : Chemical Vapor Deposition)과 탄소나노튜브를 금속 입자와 혼합하여 페이스트를 제조하고, 제조된 페이스트를 전극에 도포하여 전계방출소자를 제조하는 방법 등이 제안되어 왔다.
그러나 CVD법의 경우 탄소나노튜브의 성장 온도가 매우 높기 때문에 사용할 수 있는 기판의 종류가 극히 제한적이며, 따라서 전계방출소자의 크기가 현재 시판되고 있는 기판의 크기내로 한정된다. 또한, 탄소나노튜브를 성장시키는데 많은 시간이 소요되고, 탄소나노튜브와 전극 간의 접착력이 약하기 때문에 전계방출시 소자의 내구성에도 상당한 문제점이 있음이 지적되어 왔다.
탄소나노튜브와 금속의 페이스트를 기판상에 도포하는 방법의 경우에는 기판의 종류 및 크기에는 제한받지 않으며, 전체 공정온도가 매우 낮아 디스플레이 업계에서 일반적으로 사용하고 있는 소다라임 유리를 직접 기판으로 사용할 수 있다는 장점을 지니고 있으나, 현재까지 탄소나노튜브 페이스트내에 탄소나노튜브, 금속 및 결합제를 균일하게 분산시키고 이를 재현하는데 커다란 문제점을 지니고 있다. 또한, 탄소나노튜브의 방출 특성을 향상시키기 위하여 별도의 공정을 필요로 하고, 이 후 결합제를 제거하기 위한 열처리 공정에서 탄소나노튜브가 산화 ? 파괴되어 탄소나노튜브의 밀도를 저하시키므로 필연적으로 전계방출소자의 특성에 좋지 않은 영향을 미치게 된다. 또한, 페이스트 도포 공정, 열처리 공정 및 피팅 공정 등의 다단계 공정이 필요하므로 인하여 탄소나노튜브 전계방출소자의 제조 비용의 증가되고, 이에 따라 생산 설비 투자 비용 증가 및 생산 기간의 장기화를 야기 시켜 왔다.
이에 본 발명자는 상기와 같은 종래 기술의 단점을 고려하여 전기도금장치중의 금속 전해액에 탄소나노튜브를 분산시키고 전기 도금 방법에 의해 탄소나노튜브를 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트 형태로 금속 전극상에 성장시키고, 성장된 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트를 화학적으로 식각 처리하여 탄소나노튜브를 발현시킴으로써 탄소나노튜브와 금속 전극 간의 전기적/기계적 결합력 및 내구성이 우수하면서 전계방출 특성 또한 뛰어난 탄소나노튜브 전계방출소자의 제조 방법을 제공함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브와 금속 전극 간의 전기적/기계적 결 합력 및 내구성이 우수하면서 전계방출 특성 또한 뛰어난 탄소나노튜브 전계방출소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에서는 이와 같은 목적을 전기도금장치중의 금속 전해액에 탄소나노튜브를 분산시키고 전기 도금 방법에 의해 탄소나노튜브를 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트 형태로 금속 전극상에 성장시키고, 성장된 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트를 화학적 식각 처리하여 탄소나노튜브를 발현시킴으로써 달성하였다.
본 발명은 전기 도금 방법에 의한 탄소나노튜브 전계방출소자의 제조 방법에 관한 것으로, 1) 전기도금 장치중의 금속 전해액에 탄소나노튜브를 분산시키는 단계, 2) 상기 전기도금 장치의 금속 전극과 상대 전극에 전류를 흘려 탄소나노튜브를 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트 형태로 금속 전극 상에 성장시키는 단계, 및 3) 상기 금속 전극 상에 성장된 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트를 화학적으로 식각 처리하여 탄소나노튜브를 발현시키는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 전계방출소자의 제조 방법 및 그로부터 제조된 탄소나노튜브 전계방출소자를 제공한다.
상기에서 탄소나노튜브를 분산을 보다 원활하게 하고 금속 전극상에 탄소나노튜브의 집적도를 향상시키기 위하여 양이온성 계면활성제를 첨가할 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 제조 방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 1에 도시한 전기도금장치의 전해조내의 금속 전해액에 탄소나노튜브 분말을 분산시킨다. 금속 전해액내의 탄소나노튜브 분말의 분산 정도는 이어지는 전기도금 단계에서 탄소나노튜브와 금속간의 조성비에 영향을 미쳐 최종적으로 제조되는 전계방출소자의 방출특성을 제한하기 때문에 탄소나노튜브 분말은 되도록 균일하게 분산시켜야 한다. 이를 위하여 양이온계 계면활성제를 첨가하는데, 양이온계 계면활성제로는 염화 벤잘 코니움(benzalkonium chloride), PAA(Poly Acrylic Acid)등을 사용할 수 있다. 양이온계 계면활성제의 사용은 탄소나노튜브 분말의 분산을 보다 원활하게 할 뿐만 아니라 이어지는 전기도금시에 탄소나노튜브가 금속 작동 전극쪽으로 보다 많이 포집되도록 하여 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트내의 탄소나노튜브의 조성을 증대시키는 역할을 하기도 한다.
이밖에, 금속 전해액내에서 탄소나노튜브를 보다 더 균일하게 분산시키기 위하여 초음속 처리를 수행할 수 있는데, 이는 응집되어 있는 탄소나노튜브를 보다 균일하게 분산시켜 줄 뿐 아니라, 탄소나노튜브 표면에 양이온계 계면활성제의 흡착 속도를 증가시킨다.
이어서, 상기 전기도금 장치의 금속 전극과 상대 전극에 전류를 흘려 전기도금을 실시한다. 이를 통해 도 2에 도시한 바와 같이 전해액에 분산되어 있는 탄소나노튜브 분말과 금속 입자들이 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트 형태로 서로 결착되어 금속 전극 상에 성장하게 된다. 이러한 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트는 탄소나노튜브와 금속 전극 간에 보다 신뢰할 만한 전기적/기계적 접합을 가능하게 하며, 이를 통해 전계방출시 전류 밀도의 신뢰성 및 전극과 탄소나노튜브 간의 접합의 내구성 의 향상을 기대할 수 있다.
마지막으로, 금속 전극 상에 성장된 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트를 화학적으로 식각 처리한다. 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트의 식각 처리 공정은 산에 화학적으로 안정한 탄소나노튜브와 산에 의해서 쉽게 식각되는 금속간의 높은 선택 비를 이용하게 되는데, 도 3에 도시한 바와 같이 식각 처리 후의 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트를 도 2의 것과 비교하면 금속이 제거되어 탄소나노튜브가 보다 많이 발현되어 있는 것을 보게 된다. 이렇게 발현된 탄소나노튜브는 전계방출소자에서 팁으로서의 역할을 수행하게 된다.
화학적 식각 처리 후 금속 전극에 결합되어 있는 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트의 전계 방출 특성을 도 4의 그래프로 나타내었으며, 전계방출에 의한 양극 형광체(Anode phosphor)의 발광 특성 사진을 도 5에 나타내었다.
본 발명은 탄소나노튜브와 금속 전극을 접합시키는데 있어서 전기도금 방법에 의해 탄소나노튜브를 금속 전극 상에 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트 형태로 성장시킴으로써 탄소나노튜브와 금속 전극의 전기적/기계적 접합을 향상시키고, 제조된 탄소나노튜브 전계방출소자는 높은 전류 방출 밀도를 갖고 비교적 저렴한 공정 비용으로 제조할 수 있다.

Claims (4)

1) 전기도금 장치중의 금속 전해액에 탄소나노튜브를 분산시키는 단계,
2) 상기 전기도금 장치의 금속 전극과 상대 전극에 전류를 흘려 탄소나노튜브와 금속 입자들을 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트 형태로 서로 결착시켜 금속 전극 상에 성장시키는 단계, 및
3) 금속 전극 상에 성장된 탄소나노튜브/금속 컴퍼지트를 화학적으로 식각 처리하여 탄소나노튜브를 발현시키는 단계
를 포함하는 탄소나노튜브 전계방출소자의 제조 방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계 1)에서 금속 전해액에 양이온계 계면활성제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전계방출소자의 제조 방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계 1)에서 금속 전해액을 추가로 초음속 처리하는 것을 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전계방출소자의 제조 방법.
제 1항에 따른 방법으로 제조된 탄소나노튜브 전계방출소자.
KR1020060066016A 2006-07-13 2006-07-13 전기도금에 의한 탄소나노튜브 전계방출소자의 제조 방법및 그로부터 제조된 탄소나노튜브 전계방출소자 KR20080006814A (ko)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100907044B1 (ko) * 2007-08-13 2009-07-09 울산대학교 산학협력단 나노탄소-금속 복합분말 제조방법
CN102888673A (zh) * 2011-07-19 2013-01-23 中国科学院金属研究所 一种纳米碳纤维的制备方法
US8593049B2 (en) 2009-01-08 2013-11-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Field electron emitter, field electron emission device including the same, and method of manufacturing the field electron emitter

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