KR20090014759A - Apparatus of collecting carbon nano tube - Google Patents

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Abstract

An apparatus of synthesizing carbon nanotube is provided to enhance gas reaction rate and to improve composite yield by forming protrusions of a sawtooth shape at a surface wall of inside of a reaction chamber and dropping catalyst from a top side through rotation of the reaction chamber. An apparatus of synthesizing carbon nanotube comprises a rotatable reaction chamber(110) forming a plurality of protrusions(112) for increasing mobility of catalyst at an inner surface of a wall, a catalyst supply part supplying the catalyst(122) of a powder form to inside of the reaction chamber and a reacting gas supplying a reaction gas reacting to the catalyst and forming the carbon nanotube inside the reaction chamber. The reaction chamber has a cylindrical shape. The protrusions have a sawtooth shape.

Description

탄소나노튜브 합성 장치{APPARATUS OF COLLECTING CARBON NANO TUBE} Carbon Nanotube Synthesis Device {APPARATUS OF COLLECTING CARBON NANO TUBE}

본 발명은 탄소나노튜브 합성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 촉매와 반응 가스의 합성을 통해 탄소나노튜브를 형성하는 탄소나노튜브 합성 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon nanotube synthesis apparatus, and more particularly, to a carbon nanotube synthesis apparatus for forming carbon nanotubes through the synthesis of a catalyst and a reaction gas.

일반적으로, 지름이 나노미터 스케일인 탄소나노튜브(carbon nano tubes)는 하나의 탄소 원자에 이웃하는 세 개의 탄소 원자가 결합되어 육각 환형을 이루고, 이러한 육각 환형이 벌집 형태로 반복된 평면이 말려 원통형 또는 튜브를 이룬 형태를 갖는다.In general, carbon nanotubes having a diameter of nanometers (carbon nanotubes) are formed by combining three carbon atoms adjacent to one carbon atom to form a hexagonal ring. It has the form of a tube.

탄소나노튜브는 그 구조에 따라 금속적인 도전성 또는 반도체적인 도전성을 나타낼 수 있는 성질을 갖는다. 또한, 탄소나노튜브는 우수한 양자적, 전기적, 기계적, 화학적 특성을 가지고 있어, 각종 장치의 전자방출원, 이차전지, 수소저장 연료전지, 의학 및 공학용 미세 부품, 고기능 복합재료 정전기 및 전자파 차폐재 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.Carbon nanotubes have properties that can exhibit metallic conductivity or semiconductor conductivity depending on their structure. In addition, carbon nanotubes have excellent quantum, electrical, mechanical, and chemical properties, and can be used for a variety of devices including electron emission sources, secondary batteries, hydrogen storage fuel cells, medical and engineering micro components, high-performance composite materials, electrostatic and electromagnetic wave shielding materials, etc. Applicable to the field.

탄소나노튜브를 제조하는 방법으로는 아크방전법, 레이저증착법, 화학기상증착법 등이 제시되어 있다.As a method of manufacturing carbon nanotubes, an arc discharge method, a laser deposition method, a chemical vapor deposition method, and the like are proposed.

그러나, 아크방전법 및 레이저증착법으로 제조된 탄소나노튜브는 결정성은 양호하나, 합성 수율이 낮고 탄소나노튜브의 직경이나 길이의 조절이 어려우며, 장치의 구성상 연속 제조가 곤란하다는 문제가 있다.However, the carbon nanotubes prepared by the arc discharge method and the laser deposition method have good crystallinity, but have low synthesis yields, difficulty in controlling the diameter and length of the carbon nanotubes, and difficulty in continuous manufacturing due to the configuration of the device.

반면, 화학기상증착법은 먼저 기판상에 촉매 금속막을 형성한 후 식각 가스로 상기 촉매 금속막을 식각하는 방법으로 다수의 촉매 미립자를 형성한 상태에서 탄소 소스가스와 반응시켜 탄소나노튜브를 제조하는 방식이다. 이러한 화학기상증착법은 기판상에 형성하는 촉매 금속의 미세화 처리에 많은 시간과 비용이 소요되 며, 장치의 구성상 연속 제조가 곤란하다는 문제가 있다.On the other hand, chemical vapor deposition is a method of preparing carbon nanotubes by first forming a catalyst metal film on a substrate and then etching the catalyst metal film with an etching gas to react with a carbon source gas in a state where a plurality of catalyst fine particles are formed. . Such a chemical vapor deposition method takes a lot of time and cost for the miniaturization of the catalyst metal to be formed on the substrate, there is a problem that the continuous manufacturing of the device is difficult.

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명은 탄소나노튜브를 높은 효율로 연속 제조할 수 있는 탄소나노튜브 합성 장치를 제공한다.In view of the above problems, the present invention provides a carbon nanotube synthesis apparatus capable of continuously producing carbon nanotubes with high efficiency.

본 발명의 일 특징에 따른 탄소나노튜브 합성 장치는 반응 챔버, 촉매 공급부 및 반응 가스 공급부를 포함한다. 상기 반응 챔버는 회전 가능하고, 내부 벽면에 촉매의 유동성을 증가시키기 위한 다수의 돌기들이 형성되어 있다. 상기 촉매 공급부는 상기 반응 챔버 내부에 분말 형태의 촉매를 공급한다. 상기 반응 가스 공급부는 상기 촉매와 반응하여 탄소나노튜브를 형성하는 반응 가스를 상기 반응 챔버 내부에 공급한다. Carbon nanotube synthesizing apparatus according to an aspect of the present invention includes a reaction chamber, a catalyst supply and a reaction gas supply. The reaction chamber is rotatable and a plurality of protrusions are formed on the inner wall to increase the fluidity of the catalyst. The catalyst supply unit supplies a catalyst in powder form to the reaction chamber. The reaction gas supply unit supplies a reaction gas that reacts with the catalyst to form carbon nanotubes in the reaction chamber.

상기 반응 챔버는 원통 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 돌기들은 톱니 형상을 가질 수 있다.The reaction chamber may have a cylindrical shape. In addition, the protrusions may have a sawtooth shape.

상기 촉매 공급부는 상기 반응 챔버의 일측에 배치되고, 상기 반응 가스 공급부는 상기 반응 챔버의 타측에 배치될 수 있다.The catalyst supply unit may be disposed at one side of the reaction chamber, and the reaction gas supply unit may be disposed at the other side of the reaction chamber.

상기 반응 가스는 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 일산화탄소 및 이산화탄소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The reaction gas may include at least one of acetylene, ethylene, methane, benzene, xylene, carbon monoxide and carbon dioxide.

상기 탄소나노튜브 합성 장치는 상기 반응 챔버의 외측에 설치되어 상기 반응 챔버를 가열하는 가열부를 더 포함할 수 있다.The carbon nanotube synthesizing apparatus may further include a heating unit installed outside the reaction chamber to heat the reaction chamber.

이와 같은 탄소나노튜브 합성 장치에 따르면, 회전하는 원통형의 반응 챔버 내에 분말 형태의 촉매와 반응 가스를 투입하여 탄소나노튜브를 연속적으로 합성 및 배출시킴으로써, 탄소나노튜브를 저렴하게 대향 생산할 수 있다. 또한, 반응 챔버의 내부 벽면에 톱니 형상의 돌기들을 형성함으로써, 반응 챔버의 회전을 통해 촉매가 좀더 상부쪽으로부터 낙하되도록 하여 가스 반응율을 높이고 합성 수율을 향상시킬 수 있으며, 촉매가 고르게 분포된 상태에서 반응 가스와 반응함으로 탄소나노튜브의 직경 조절에 유리한 효과가 있다.According to such a carbon nanotube synthesis apparatus, by injecting a catalyst in the form of a powder and a reaction gas into a rotating cylindrical reaction chamber to continuously synthesize and discharge carbon nanotubes, carbon nanotubes can be produced at low cost. In addition, by forming sawtooth-shaped protrusions on the inner wall of the reaction chamber, the catalyst can be further dropped from the upper side through the rotation of the reaction chamber to increase the gas reaction rate and improve the synthesis yield, while the catalyst is evenly distributed The reaction with the reaction gas has an advantageous effect on the diameter control of the carbon nanotubes.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar components. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown in an enlarged scale than actual for clarity of the invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들 어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, and that one or more other features It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 반응 챔버의 내부를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 반응 챔버의 회전에 따른 탄소나노튜브 합성 과정을 나타낸 단면도이다.1 is a schematic view showing a carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view showing the inside of the reaction chamber shown in Figure 1, Figure 3 is a reaction shown in Figure 2 A cross-sectional view showing the carbon nanotube synthesis process according to the rotation of the chamber.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 탄소나노튜브 합성 장치(100)는 반응 챔버(110), 반응 챔버(110)의 일측에 배치된 촉매 공급부(120) 및 반응 챔버(110)의 타측에 배치된 반응 가스 공급부(130)를 포함한다.1 to 3, the carbon nanotube synthesis apparatus 100 is disposed at the reaction chamber 110, the catalyst supply unit 120 disposed at one side of the reaction chamber 110, and the other side of the reaction chamber 110. Reaction gas supply unit 130 is included.

반응 챔버(110)는 그 내부에서 탄소나노튜브를 합성하기 위한 공간을 제공한다. 반응 챔버(110)는 예를 들어, 원통 형상으로 형성되며, 촉매와 반응 가스의 반응율을 높이기 위하여 회전 가능하도록 설치된다. 탄소나노튜브의 합성은 통상적으로 약 500℃ ~ 1100℃의 고온에서 이루어지므로, 반응 챔버(110)는 고온에 견딜 수 있는 재질로 형성된다. 예를 들어, 반응 챔버(110)는 석영(quartz) 또는 그라파이트(graphite) 등과 같이 열에 강한 재질로 형성된다.The reaction chamber 110 provides a space for synthesizing carbon nanotubes therein. The reaction chamber 110 is formed, for example, in a cylindrical shape, and is installed to be rotatable to increase the reaction rate of the catalyst and the reaction gas. Since the synthesis of carbon nanotubes is typically made at a high temperature of about 500 ℃ to 1100 ℃, the reaction chamber 110 is formed of a material that can withstand high temperatures. For example, the reaction chamber 110 is formed of a heat resistant material such as quartz or graphite.

반응 챔버(110)의 내부 벽면에는 촉매(122)의 유동성을 증가시키기 위한 다수의 돌기들(112)이 형성되어 있다. 예를 들어, 돌기들(112)은 반응 챔버(110)의 길이 방향을 따라 연장되는 톱니 형상으로 형성된다. 이 외에도, 돌기들(112)은 반응 챔버(110)의 하부쪽에 주로 쌓여 있는 촉매(122)를 상부 방향으로 이동시킬 수 있는 다양한 형상을 가질 수 있다.A plurality of protrusions 112 are formed on the inner wall of the reaction chamber 110 to increase the fluidity of the catalyst 122. For example, the protrusions 112 are formed in a sawtooth shape extending along the longitudinal direction of the reaction chamber 110. In addition, the protrusions 112 may have various shapes capable of moving the catalyst 122 mainly stacked on the lower side of the reaction chamber 110 in an upward direction.

돌기들(112)은 반응 챔버(110)가 회전할 때, 촉매 공급부(120)로부터 공급된 촉매(122)를 보다 상부쪽으로 끌어올린 후 낙하시킨다. 이에 따라, 촉매(122)와 반응 가스(132)가 만날 수 있는 확률이 보다 증가되게 되어, 촉매(122)의 가스 반응율이 높아지게 되며, 촉매(122)가 반응 챔버(110) 내에 고르게 분포되어 탄소나노튜브의 직경 조절이 용이해진다.The protrusions 112 pull up the catalyst 122 supplied from the catalyst supply unit 120 upward when the reaction chamber 110 rotates, and then drop it. As a result, the probability that the catalyst 122 and the reaction gas 132 may meet is increased, thereby increasing the gas reaction rate of the catalyst 122, and the catalyst 122 is evenly distributed in the reaction chamber 110 to form carbon. It is easy to control the diameter of the nanotubes.

한편, 반응 챔버(110)는 촉매(122)와 반응 가스(132)의 합성에 의해 형성된 탄소나노튜브가 용이하게 배출될 수 있도록 촉매 공급부(120) 측으로부터 배출구(114) 방향으로 갈수록 소정 각도로 기울어지게 형성될 수 있다. 예를 들어, 반응 챔버(110)는 촉매 공급부(120) 측으로부터 배출구(114) 방향으로 갈수록 약 2ㅀ~ 5ㅀ의 각도로 기울어지게 형성된다.On the other hand, the reaction chamber 110 at a predetermined angle toward the outlet 114 from the catalyst supply unit 120 so that the carbon nanotubes formed by the synthesis of the catalyst 122 and the reaction gas 132 can be easily discharged. It may be inclined. For example, the reaction chamber 110 is formed to be inclined at an angle of about 2 ° to 5 ° toward the outlet 114 from the catalyst supply part 120 side.

촉매 공급부(120)는 반응 챔버(110)의 일측에 배치되어 반응 챔버(110)의 내부로 촉매(122)를 공급한다. 촉매(122)는 분말 형태의 금속 또는 산화물로 이루어진다. 예를 들어, 촉매(122)는 철, 백금, 코발트, 니켈, 이트륨 등의 전이 금속과 또는 이들의 합금 및 산화마그네슘(MgO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화실리콘(SiO2) 등의 다공성 물질을 포함할 수 있다. 촉매 공급부(120)는 반응 챔버(110)를 관통하도록 형성된 하나 이상의 촉매 공급관(124)을 통해 분말 형태의 촉매(122)를 반응 챔버(110) 내부에 공급할 수 있다. 한편, 반응 챔버(110) 내부로 공급되는 촉매(122)의 양은 촉매 공급관(124)에 연결된 촉매 조절 밸브(미도시)를 통해 조절될 수 있다.The catalyst supply unit 120 is disposed at one side of the reaction chamber 110 to supply the catalyst 122 into the reaction chamber 110. Catalyst 122 consists of a metal or oxide in powder form. For example, the catalyst 122 may include transition metals such as iron, platinum, cobalt, nickel, and yttrium, and alloys thereof, and magnesium oxide (MgO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), and the like. It may include a porous material of. The catalyst supply unit 120 may supply the catalyst 122 in powder form to the inside of the reaction chamber 110 through one or more catalyst supply pipes 124 formed to penetrate the reaction chamber 110. Meanwhile, the amount of the catalyst 122 supplied into the reaction chamber 110 may be controlled through a catalyst control valve (not shown) connected to the catalyst supply pipe 124.

반응 가스 공급부(130)는 반응 챔버(110)의 타측에 배치되어 반응 챔버(110)의 내부에 반응 가스(132)를 공급한다. 반응 가스(132)는 촉매(122)와 화학 결합되어 탄소나노튜브를 형성하기 위한 것으로써, 예를 들어, 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 일산화탄소, 이산화탄소 등을 포함할 수 있다. 반응 가스 공급부(130)는 반응 챔버(110)를 관통하도록 형성된 하나 이상의 가스 공급관(134)을 통해 반응 가스(132)를 반응 챔버(110) 내부에 공급할 수 있다. 한편, 반응 챔 버(110) 내부에 공급되는 반응 가스(132)의 유량은 가스 공급관(134)에 연결된 가스 조절 밸브(미도시)를 통해 조절될 수 있다.The reaction gas supply unit 130 is disposed at the other side of the reaction chamber 110 to supply the reaction gas 132 to the inside of the reaction chamber 110. The reaction gas 132 is chemically bonded to the catalyst 122 to form carbon nanotubes, and may include, for example, acetylene, ethylene, methane, benzene, xylene, carbon monoxide, carbon dioxide, or the like. The reaction gas supply unit 130 may supply the reaction gas 132 into the reaction chamber 110 through one or more gas supply pipes 134 formed to penetrate the reaction chamber 110. Meanwhile, the flow rate of the reaction gas 132 supplied into the reaction chamber 110 may be adjusted through a gas control valve (not shown) connected to the gas supply pipe 134.

탄소나노튜브 합성 장치(100)는 반응 챔버(110)의 외측에 설치되어 반응 챔버(110)를 가열하는 가열부(140)를 더 포함할 수 있다. 가열부(140)는 예를 들어, 반응 챔버(110)의 외벽을 감싸도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 가열부(140)는 반응 챔버(110)를 감싸는 히팅 코일을 포함할 수 있다.The carbon nanotube synthesis apparatus 100 may further include a heating unit 140 installed outside the reaction chamber 110 to heat the reaction chamber 110. The heating unit 140 may be formed to surround the outer wall of the reaction chamber 110, for example. For example, the heating unit 140 may include a heating coil surrounding the reaction chamber 110.

가열부(140)는 반응 가스(132)를 활성화시키기 위하여, 반응 챔버(110) 내부의 온도를 약 500℃ ~ 1100℃가 되도록 가열하고, 이 온도를 유지시킨다. 이에 따라, 반응 가스 공급부(130)로부터 반응 챔버(110) 내로 공급된 반응 가스(132)는 열분해에 의해 활성화되며, 이들이 촉매(122)와 반응하여 탄소나노튜브가 생성된다.In order to activate the reaction gas 132, the heating unit 140 heats the temperature inside the reaction chamber 110 to be about 500 ° C. to 1100 ° C., and maintains the temperature. Accordingly, the reaction gas 132 supplied from the reaction gas supply unit 130 into the reaction chamber 110 is activated by pyrolysis, and these react with the catalyst 122 to generate carbon nanotubes.

탄소나노튜브 합성 장치(100)는 가스 배기부(150)를 더 포함할 수 있다. 가스 배기부(150)는 촉매 공급부(120)가 설치된 반응 챔버(110)의 일측에 설치된다. 즉, 가스 배기부(150)는 반응 가스 공급부(130)의 반대측에 설치된다. 가스 배기부(150)는 반응 가스 공급부(130)로부터 공급된 반응 가스(132)의 흐름을 촉매 공급부(120) 쪽으로 유도함과 동시에, 반응하지 못한 반응 가스(132)를 반응 챔버(110)의 외부로 배기시킨다. 이를 위해, 가스 배기부(150)는 배기 펌프를 포함할 수 있다.The carbon nanotube synthesis apparatus 100 may further include a gas exhaust unit 150. The gas exhaust unit 150 is installed at one side of the reaction chamber 110 in which the catalyst supply unit 120 is installed. That is, the gas exhaust unit 150 is installed on the opposite side of the reaction gas supply unit 130. The gas exhaust unit 150 directs the flow of the reaction gas 132 supplied from the reaction gas supply unit 130 toward the catalyst supply unit 120, and simultaneously directs the unreacted reaction gas 132 from the outside of the reaction chamber 110. Exhaust to To this end, the gas exhaust unit 150 may include an exhaust pump.

한편, 도시되지는 않았으나, 탄소나노튜브 합성 장치(100)는 반응 챔버(110)를 통해 합성이 완료되어 배출구(114)를 통해 배출되는 탄소나노튜브를 연속으로 냉각시키도록 배출구(114) 측에 배치된 냉각 장치를 더 포함할 수 있다.On the other hand, although not shown, the carbon nanotube synthesis apparatus 100 is completed through the reaction chamber 110 to the outlet 114 side to continuously cool the carbon nanotubes discharged through the outlet 114. It may further comprise a cooling device disposed.

이와 같은 구성을 갖는 탄소나노튜브 합성 장치(100)를 이용하여 탄소나노튜브를 생산하는 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the process of producing carbon nanotubes using the carbon nanotube synthesis apparatus 100 having such a configuration as follows.

반응 챔버(110)의 일측에 배치된 촉매 공급부(120)를 이용하여 반응 챔버(110)의 일단에 촉매(122)를 공급하고, 반응 챔버(110)의 다른 일단으로는 반응 가스 공급부(130)에서 충분히 혼합 예열된 반응 가스(132)를 공급한다. 이렇게 공급된 반응 가스(132)는 원통 형상의 반응 챔버(110)를 경유하면서 반응 챔버(110)의 일단에서 공급된 촉매(122)와 반응한 후 가스 배기부(150)에 의하여 반응 챔버(110)의 다른 일단으로 배출된다. 이와 같이 촉매(122)와 반응 가스(132)의 흐름을 서로 반대 방향에서 공급하여 촉매(122)와 반응 가스(132)의 접촉 기회를 증가시킴으로써 반응의 효율을 증가시킬 수 있다.The catalyst 122 is supplied to one end of the reaction chamber 110 using the catalyst supply unit 120 disposed at one side of the reaction chamber 110, and the reaction gas supply unit 130 is supplied to the other end of the reaction chamber 110. In the reaction, a sufficiently mixed reaction gas 132 is supplied. The reactant gas 132 supplied as described above reacts with the catalyst 122 supplied from one end of the reaction chamber 110 via the cylindrical reaction chamber 110, and then the reaction chamber 110 by the gas exhaust unit 150. Is discharged to the other end of). As such, the efficiency of the reaction may be increased by supplying the flow of the catalyst 122 and the reaction gas 132 in opposite directions to increase the chance of contact between the catalyst 122 and the reaction gas 132.

반응 챔버(110)의 외측에 설치된 가열부(140)에 의하여 약 500℃ ~ 1100℃의 온도 범위로 가열된 반응 챔버(110)의 내부에 공급된 촉매(122)는 반응 챔버(110)의 회전에 의하여 반응 챔버(110)의 내부에서 길이 및 폭 방향으로 펼쳐지게 된다. 이때, 반응 챔버(110)의 내부 벽면에는 톱니 형상의 돌기들(112)이 형성되어 있으므로, 반응 챔버(110)가 회전할 때 톱니 형상의 돌기들(112)은 반응 챔버(110)의 하부쪽에 주로 위치하는 촉매(122)를 보다 상부쪽으로 끌어올린 후 낙하시키게 된다. 따라서, 촉매(122)와 반응 가스(132)가 만날 수 있는 확률이 돌기들(112)이 형성되지 않았을 경우보다 증가하게 되어, 촉매(122)의 가스 반응율이 높아지게 되며, 촉매(122)가 반응 챔버(110) 내에 보다 고르게 분포되어 탄소나노튜브의 직경 조절이 용이해진다.The catalyst 122 supplied to the inside of the reaction chamber 110 heated to a temperature range of about 500 ° C. to 1100 ° C. by the heating unit 140 installed outside the reaction chamber 110 is rotated in the reaction chamber 110. By the inside of the reaction chamber 110 is expanded in the length and width directions. At this time, since the sawtooth-shaped protrusions 112 are formed on the inner wall surface of the reaction chamber 110, the sawtooth-shaped protrusions 112 are located at the lower side of the reaction chamber 110 when the reaction chamber 110 rotates. The catalyst 122, which is mainly located, is pulled upward and dropped. Therefore, the probability that the catalyst 122 and the reaction gas 132 may meet increases when the protrusions 112 are not formed, thereby increasing the gas reaction rate of the catalyst 122, and the catalyst 122 reacts. It is more evenly distributed in the chamber 110 to facilitate the adjustment of the diameter of the carbon nanotubes.

한편, 톱니 형상의 돌기들(112)이 형성된 반응 챔버(110)의 회전에 의해 넓게 펼쳐진 촉매(122)는 일정한 각도로 배출구(114) 방향으로 기울어진 상태에서 회전하는 반응 챔버(110)에 의하여 배출구(114) 방향으로 점진적으로 이동하면서 반응 가스 공급부(130)에 의하여 배출구(114) 방향에서 공급되는 반응 가스(132)와 접촉하면서 연속적으로 합성 및 배출이 이루어지게 된다. 이때, 반응 챔버(110)의 내부에 펼쳐진 촉매(122)는 반응 챔버(110)의 회전에 의하여 폭 방향과 길이 방향으로 유동하면서 반응 가스(132)와 계속 접촉하며, 이러한 촉매(122) 및 반응 가스(132)의 접촉 반응에 의해 일정한 부피 이상으로 성장된 탄소나노튜브는 반응 챔버(110)의 회전에 의하여 허물어지면서 내외부가 뒤섞이게 되어 반응 효율이 극대화될 수 있다. Meanwhile, the catalyst 122 widely spread by the rotation of the reaction chamber 110 in which the sawtooth-shaped protrusions 112 are formed is rotated by the reaction chamber 110 which is inclined toward the outlet 114 at a predetermined angle. While gradually moving toward the outlet 114, the synthesis and discharge are continuously performed while contacting the reaction gas 132 supplied from the outlet 114 by the reaction gas supply unit 130. At this time, the catalyst 122 deployed in the reaction chamber 110 continuously contacts the reaction gas 132 while flowing in the width direction and the length direction by the rotation of the reaction chamber 110, and the catalyst 122 and the reaction are performed. The carbon nanotubes grown to a predetermined volume or more by the contact reaction of the gas 132 may be collapsed by the rotation of the reaction chamber 110 and mixed inside and outside, thereby maximizing the reaction efficiency.

따라서, 반응 챔버(110) 내부의 온도 분위기를 일정하게 유지하면서 촉매(122) 및 반응 가스(132)의 공급과 탄소나노튜브의 배출을 연속적으로 수행함으로써, 탄소나노튜브의 연속적인 대량 생산이 가능해진다.Therefore, by continuously supplying the catalyst 122 and the reaction gas 132 and discharging carbon nanotubes while maintaining a constant temperature atmosphere inside the reaction chamber 110, continuous mass production of carbon nanotubes is possible. Become.

본 발명의 탄소나노튜브 합성 장치에 의하면, 원통 형상의 반응 챔버가 회전할 때, 반응 챔버의 내부 벽면에 형성된 톱니 형상의 돌기들이 반응 챔버의 하부쪽에 주로 위치하는 촉매를 보다 상부쪽으로 끌어올린 후 낙하시키게 된다. 따라서, 촉매와 반응 가스가 만날 수 있는 확률이 돌기들이 형성되지 않았을 경우보다 증가하게 되어, 촉매의 가스 반응율이 높아지게 되며, 촉매가 반응 챔버 내에 보다 고 르게 분포되어 탄소나노튜브의 직경 조절이 용이해진다.According to the carbon nanotube synthesizing apparatus of the present invention, when the cylindrical reaction chamber rotates, the sawtooth-shaped protrusions formed on the inner wall of the reaction chamber pull up the catalyst mainly located in the lower side of the reaction chamber to the upper side and then drop it. Let's go. Therefore, the probability that the catalyst and the reactant gas meet is increased than when the protrusions are not formed, thereby increasing the gas reaction rate of the catalyst, and the catalyst is more evenly distributed in the reaction chamber, thereby facilitating the adjustment of the diameter of the carbon nanotubes. .

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the detailed description of the present invention described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art having ordinary knowledge in the scope of the invention described in the claims to be described later It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 is a schematic view showing a carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 반응 챔버의 내부를 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view showing the inside of the reaction chamber shown in FIG.

도 3은 도 2에 도시된 반응 챔버의 회전에 따른 탄소나노튜브 합성 과정을 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a carbon nanotube synthesis process according to the rotation of the reaction chamber illustrated in FIG. 2.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 탄소나노튜브 합성 장치 110 : 반응 챔버100: carbon nanotube synthesis apparatus 110: reaction chamber

112 : 돌기 114 : 배출구112: protrusion 114: outlet

120 : 촉매 공급부 130 : 반응 가스 공급부120: catalyst supply unit 130: reaction gas supply unit

140 : 가열부 150 : 가스 배기부140: heating unit 150: gas exhaust unit

Claims (6)

회전 가능하고, 내부 벽면에 촉매의 유동성을 증가시키기 위한 다수의 돌기들이 형성된 반응 챔버;A reaction chamber rotatable and having a plurality of protrusions formed on the inner wall to increase the fluidity of the catalyst; 상기 반응 챔버 내부에 분말 형태의 촉매를 공급하는 촉매 공급부; 및A catalyst supply unit supplying a catalyst in a powder form to the reaction chamber; And 상기 촉매와 반응하여 탄소나노튜브를 형성하는 반응 가스를 상기 반응 챔버 내부에 공급하는 반응 가스 공급부를 포함하는 탄소나노튜브 합성 장치.And a reaction gas supply unit supplying a reaction gas that reacts with the catalyst to form carbon nanotubes into the reaction chamber. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버는 원통 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.The carbon nanotube synthesizing apparatus according to claim 1, wherein the reaction chamber has a cylindrical shape. 제2항에 있어서, 상기 돌기들은 톱니 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.The apparatus of claim 2, wherein the protrusions have a sawtooth shape. 제3항에 있어서, 상기 촉매 공급부는 상기 반응 챔버의 일측에 배치되고, 상기 반응 가스 공급부는 상기 반응 챔버의 타측에 배치되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.The apparatus of claim 3, wherein the catalyst supply unit is disposed at one side of the reaction chamber, and the reaction gas supply unit is disposed at the other side of the reaction chamber. 제1항에 있어서, 상기 반응 가스는 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 일산화탄소 및 이산화탄소 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나 노튜브 합성 장치.The apparatus of claim 1, wherein the reaction gas comprises at least one of acetylene, ethylene, methane, benzene, xylene, carbon monoxide, and carbon dioxide. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버의 외측에 설치되어 상기 반응 챔버를 가열하는 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.The carbon nanotube synthesizing apparatus of claim 1, further comprising a heating unit installed outside the reaction chamber to heat the reaction chamber.
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