KR20080104791A - 탄소나노튜브를 이용한 인장변형률 측정방법 및 그측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브의 전기적인 저항값 변화로서 인가된 인장변형률을 측정할 수 있는 측정방법 및 그 측정장치를 제공하기 위한 것으로, 일실시예로서 탄소나노튜브의는 인장변형률을 측정하기 위한 방법은, (a) 상기 탄소나노튜브를 인장력의 작용 방향과 일치되게 배치하는 단계와; (b) 상기 탄소나노튜브에 인장력을 작용시킴과 함께 탄소나노튜브의 양단에 전류를 인가시키는 단계와; (c) 상기 탄소나노튜브의 양단에서 변화되는 저항값을 멀티미터로 검출하는 단계와; (d) 상기 멀티미터에 검출된 저항값의 변화를 컴퓨터로 입력받아 인장변형률을 산출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

탄소나노튜브, 인장변형률, 인장, 나노조작기, 멀티메타

Description

탄소나노튜브를 이용한 인장변형률 측정방법 및 그 측정장치{Tensile strain measuring method and device using carbon nanotube}

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 인장변형률 측정장치의 개념도.

도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 인장변형률 측정방법의 흐름도.

도 3은 탄소나노튜브의 인장력 노출시간에 따른 저항값 선도.

도 4는 탄소나노튜브의 인장력 증가 반복 노출시간에 따른 저항값 변화 선도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 나노조작기

2: 텅스텐 팁

3: 탄소나노튜브

6: 멀티미터

7: 인장변형률 측정 컴퓨터

8: 나노조작용 컴퓨터

본 발명은 탄소나노튜브의 변화되는 저항값을 이용하여 인장변형률을 얻을 수 있도록 한 탄소나노튜브를 이용한 인장변형률 측정방법 및 그 측정장치에 관한 것이다.

탄소나노튜브의 특이한 구조 및 물성이 보여주는 다기능성은 정보통신기기의 필수인 평면표시소자, 고집적 메모리소자, 2차 전지 및 초고용량 캐패시터(supercapacitor), 수소저장 물질, 화학 센서, 고강도/초경량 복합재료, 정전기 제거 복합재료, 전자파 차폐(EMI/RFI shielding) 물질 등에 응용성이 뛰어나며 기존의 소자가 갖는 한계를 넘어설 가능성을 갖고 있다.

탄소나노튜브의 이러한 뛰어난 응용성을 확장시키기 위해 그 물리적 특성에 대한 연구가 계속 진행되고 있다.

이에 본 발명은 나노소자 등에 이용될 수 있는 나노소재 특히 탄소나노튜브의 전기적인 저항값 변화로서 인가된 인장변형률을 측정할 수 있는 측정방법 및 그 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다. 또 한 이러한 측정 시스템을 이용하여 나노 영역의 인장하중을 산출할 수 있는 시스템까지 발전할 수 있는데 그 목적이 있다.

나아가 본 발명은 이러한 측정방법 및 측정장치를 이용하여 나노스케일의 스트레인 게이지(strain gauge)나 고감도 압력센서 등으로 용용할 수 있는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

탄소나노튜브에 작용하는 인장변형률을 측정하기 위한 방법에 있어서,

(a) 상기 탄소나노튜브를 인장력 작용 방향과 일치되게 배치하는 단계와;

(b) 상기 탄소나노튜브에 인장력을 작용시킴과 함께 탄소나노튜브의 양단에 전류를 인가시키는 단계와;

(c) 상기 탄소나노튜브의 양단에서 변화되는 저항값을 멀티미터로 검출하는 단계와;

(d) 상기 멀티미터에 검출된 저항값의 변화를 컴퓨터로 입력받아 인장변형률값을 산출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면,

상기 (b) 단계에서 인장변형률은 탄소나노튜브의 탄성영역 내에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면,

상기 (b) 단계에서 인장변형률의 작용시간은 5분 이내에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 탄소나노튜브에 작용하는 인장변형률을 측정하기 위한 장치는

탄소나노튜브의 일단에 연결되어 인장변형률을 부여하는 나노조작기와;

상기 탄소나노튜브의 양단에 전기적으로 연결되어 탄소나노튜브의 전기 저항값을 측정하는 멀티미터와;

상기 멀티미터에 검출된 저항값의 변화를 입력받아 인장변형률값을 산출하는 인장변형률산출용 컴퓨터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 나노조작기에는 인장변형률을 변화시키기 위한 나노조작용 컴퓨터가 더 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1에 탄소나노튜브에 작용하는 인장변형률을 측정하기 위한 개략적인 시스템이 구성되어 있고, 도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 인장변형률 측정방법의 흐름도를 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이 나노조작기(1)에는 인장력 인가를 받는 탄소나노튜브(3)가 연결된다. 이때 탄소나노튜브(3)는 일측의 텅스텐 팁(2)을 통해 일직되게 배치되어 나노조작기(1)에 연결된다.

이때 텅스텐 팁(2)과 탄소나노튜브(3)의 연결은 전자 빔에 의해 이루어진다.

탄소나노튜브(3)의 타측에 연결된 텅스텐 팁(2)은 지그(4)를 통해 전자현미경 시편 스테이지(5)에 지지된다.

또한 탄소나노튜브(3)측 양단의 텅스텐 팁(2)(2)에는 전기저항을 측정하기 위한 멀티미터(multi-meter)(6)가 전기적으로 연결된다.

이때 시편 스테이지(5)로부터 나노조작기(1)로 연결되는 구성요소들은 SEM(주사전자현미경)장비에서 이루어질 수 있다.

상기 멀티미터(6)에는 멀티미터에서 검출된 저항값의 변화를 입력받아 인장변형률을 산출하는 인장변형률 산출용 컴퓨터(7)가 연결된다.

또한 상기 나노조작기(1)에는 탄소나노튜브(3)에 인가되는 인장변형률을 변화시키기 위한 나노조작용 컴퓨터(8)가 더 연결될 수 있다.

이와 같은 장치를 이용하여 탄소나노튜브에 작용하는 인장변형률을 측정하는 방법은 다음과 같다.

상기 탄소나노튜브(3)를 인장변형률 작용 방향과 일치되게 배치하여 나노조작기(1)에 연결한 상태에서, 나노조작기(1)를 조작시켜 상기 탄소나노튜브(3)에 인장변형률을 작용시킨다. 이와 동시에 탄소나노튜브(3)의 양단에 전류를 인가시킨다.

이때 나노조작기(1)를 통하여 작용하는 인장변형률은 인장변형률으로 탄소나노튜브(3)에 미치게 된다.

따라서 탄소나노튜브(3)는 물리적으로 탄성 변형이 일어나고, 이로 인해 멀티미터(6)에서는 탄소나노튜브의 양단에서 변화되는 저항값을 검출하게 된다.

또한 상기 멀티미터(6)에 검출된 저항값의 변화를 컴퓨터(7)로 데이타 저장하여 인장변형률값을 산출하게 된다. 이때 데이타 처리시에는 프로그램의 한 종류인 Labview가 이용될 수 있다.

이때 상기 탄소나노튜브(6)에 인가되는 인장변형률은 탄소나노튜브의 탄성영역내에서 이루어짐이 바람직하다.

이같이 탄성영역내에서 탄소나노튜브(6)에 인가되는 인장변형률을 측정하려면 설정 시간 이내에 함이 좋다. 바람직하게는 도 3에서와 같이 5분 이내가 바람직하다.

이는 도 3 에서와 같이 25 분을 가리키는 첫번째 화살표 부분(5 분 정도 인장변형력을 가했을 경우)에서는 그 직후 원래의 전기저항값으로 회복되었으나 45 분을 가리치는 두번째 화살표의 경우(10 분 정도 인장변형력을 가했을 경우) 그 직후 원래의 전기저항값으로 회복되지 않았기 때문이다.

도 4 는 인장 인장력을 4회에 걸쳐 증가시키면서 탄소나노튜브의 저항 변화값을 측정한 것이다.

도 4의 좌측 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 인장 인장력을 가하는 5분 이내에서는 처음 저항값으로 회복되어 나타남을 알 수 있고, 이렇게 4회를 실시한 후 탄소나노튜브(3)가 그의 길이 방향으로 파단될때까지 인장 인장력을 가했을 때의 전기저항 값의 변화가 선형적으로 나타냄을 도 4 의 우측 그래프에서 확인할 수 있다.

결국, 탄소나노튜브의 탄성영역 내에서는 인장 인장변형률을 가하는 정도에 따라 전기저항 값은 선형적인 영역 내에 있는 것이고, 탄소나노튜브의 원래 길이로 회복되었을 때 전기저항값은 원래 값으로 회복된다.

따라서 탄소나노튜브를 길이방향으로 인장력을 가하면서 실시간으로 전기저 항 값의 변화추이를 보면서 탄소나노튜브의 인장 인장변형률의 정도를 측정할 수 있는 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 탄소나노튜브를 이용한 인장변형률 측정방법 및 그 측정장치에 따르면, 탄소나노튜브를 길이방향으로 인장변형률을 가하면서 실시간으로 전기저항 값의 변화추이를 보면서 탄소나노튜브의 인장 인장변형 정도를 간단하게 측정할 수 있다.

또한 본 발명은 탄소나노튜브 뿐만 아니라 나노스케일의 나노소재에 대해서도 이러한 측정 기술을 이용해서 인장변형률을 측정할 수 있다.

또한 본 발명의 이러한 물성 측정결과를 이용해서 나노스케일의 스트레인 게이지(strain gauge)나 고감도 압력센서 등으로 응용할 수 있는 이점을 갖는다.

Claims (5)

1. 탄소나노튜브에 작용하는 인장변형률을 측정하기 위한 방법에 있어서,

   (a) 상기 탄소나노튜브를 인장력 작용 방향과 일치되게 배치하는 단계와;

   (b) 상기 탄소나노튜브에 인장변형률을 작용시킴과 함께 탄소나노튜브의 양단에 전류를 인가시키는 단계와;

   (c) 상기 탄소나노튜브의 양단에서 변화되는 저항값을 멀티미터로 검출하는 단계와;

   (d) 상기 멀티미터에 검출된 저항값의 변화를 컴퓨터로 입력받아 인장변형률값을 산출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 인장변형률 측정방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 (b) 단계에서 인장변형률은 탄소나노튜브의 탄성영역 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 인장변형률 측정방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 (b) 단계에서 인장력의 작용시간은 5 분 이내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 인장변형률 측정방법.
4. 탄소나노튜브에 작용하는 인장변형률을 측정하기 위한 장치에 있어서,

   상기 탄소나노튜브의 일단에 연결되어 인장변형률을 부여하는 나노조작기(1)와;

   상기 탄소나노튜브의 양단에 전기적으로 연결되어 탄소나노튜브의 전기 저항값을 측정하는 멀티미터(6)와;

   상기 멀티미터에 검출된 저항값의 변화를 입력받아 인장변형률을 산출하는 인장변형률 산출용 컴퓨터(7)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 인장변형률 측정방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 나노조작기(1)에는 인장력을 변화시키기 위한 나노조작용 컴퓨터(8)가 더 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 인장변형률 측정방법.

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