KR20090014761A - 탄소나노튜브 합성 방법 및 장치 - Google Patents

탄소나노튜브 합성 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

탄소나노튜브 합성 방법 및 장치가 개시되어 있다. 탄소나노튜브의 합성을 위하여, 반응 챔버 내부를 가열시키고, 반응 챔버의 내부에 분말 형태의 촉매를 공급한다. 그리고, 반응 챔버의 하부에 쌓여 있는 촉매의 상부에서 하부 방향으로 소스 가스를 공급하여 촉매를 유동시킴과 동시에, 탄소나노튜브를 합성한다. 이때, 소스 가스는 반응 챔버의 상부로부터 하부 방향으로 연장되어 있는 분사 노즐을 통해 반응 챔버의 내부에 공급된다. 따라서, 촉매와 반응 가스의 반응률이 향상되며, 촉매의 유동을 위한 유동 가스의 소모량을 감소시켜 생산 비용을 크게 절감할 수 있다.

Description

탄소나노튜브 합성 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF COLLECTING CARBON NANO TUBE}
본 발명은 탄소나노튜브 합성 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 촉매와 반응 가스의 합성을 통해 탄소나노튜브를 형성하는 탄소나노튜브 합성 방법 및 장치에 관한 것이다.
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.
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.
탄소나노튜브를 제조하는 방법으로는 레이저증착법, 플라즈마 화학기상증착법, 열화학 기상증착법, 플레임 합성법, 전기방전법 및 열분해법 등이 제시되어 있으나, 이중 열분해법이 가장 상용적으로 사용되는 방법이라 할 수 있다.
열분해법은 탄화수소 등의 반응 가스를 열분해하고, 이를 철 등의 전이 금속으로 이루어진 촉매와 반응시켜 탄소나노튜브를 형성하는 방법이다. 이러한 탄소나노튜브의 생산 방법은 대부분 수작업에 의존한 소량 생산으로 이루어진다. 특히, 합성 기판에 촉매를 도포하는 작업이나, 합성 기판을 반응 챔버에 로딩/언로딩하는 작업, 탄소나노튜브가 합성된 합성 기판을 반응 챔버에서 언로딩하여 합성 기판으로부터 탄소나노튜브를 회수하는 과정 등이 작업자에 의해 진행되기 때문에 연 속 공정 및 대량 생산이 어려우며 생산성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명은 탄소나노튜브의 생산성을 높이고, 생산 비용을 절감할 수 있는 탄소나노튜브 합성 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 탄소나노튜브 합성 방법을 수행하는 데 특히 적합한 탄소나노튜브 합성 장치를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 탄소나노튜브의 합성 방법에 의하면, 반응 챔버를 가열하고, 상기 반응 챔버의 내부에 분말 형태의 촉매를 공급한다. 그리고, 상기 반응 챔버의 하부에 쌓여 있는 상기 촉매의 상부에서 하부 방향으로 소스 가스를 공급하여 상기 촉매를 유동시켜 탄소나노튜브를 합성한다. 이때, 상기 소스 가스는 상기 반응 챔버의 상부로부터 하부 방향으로 연장되어 있는 분사 노즐을 통해 상기 반응 챔버의 내부에 공급될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 탄소나노튜브의 합성 장치는 반응 챔버, 촉매 공급부, 소스 가스 공급부 및 가스 분사부를 포함한다. 상기 반응 챔버는 그 내부에서 탄소나노튜브를 합성하기 위한 공간을 제공한다. 상기 촉매 공급부는 상기 반응 챔버 내부로 분말 형태의 촉매를 공급한다. 상기 소스 가스 공급부는 상기 촉매와 반응하여 탄소나노튜브를 형성하는 소스 가스를 상기 반응 챔버 내부에 공급 한다. 상기 가스 분사부는 상기 반응 챔버의 상부로부터 하부 방향으로 연장되며, 상기 소스 가스 공급부로부터 공급되는 상기 소스 가스를 상기 촉매에 분사하여 상기 촉매를 유동시킨다.
상기 반응 챔버의 하부는 상기 촉매 공급부로부터 공급된 상기 촉매가 중앙쪽으로 모이도록 깔대기 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 가스 분사부는 상기 반응 챔버의 깔대기 형상부의 바로 위까지 연장되도록 형성될 수 있다.
상기 소스 가스 공급부는 상기 촉매와 반응하여 실질적으로 탄소나노튜브를 형성하는 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부 및 상기 촉매를 상기 반응 챔버 내부에서 유동시키기 위한 유동 가스를 공급하는 유동 가스 공급부를 포함할 수 있다. 상기 반응 가스는 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 일산화탄소 및 이산화탄소 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 유동 가스는 불활성 가스를 포함할 수 있다.
상기 가스 분사부는 상기 소스 가스 공급부로부터 상기 반응 챔버 내부까지 연장되는 가스 공급관 및 상기 가스 공급관으로부터 분기되어 한 방향 이상으로 상기 소스 가스를 분사하는 하나 이상의 분사 노즐을 포함할 수 있다.
상기 촉매는 철, 백금, 코발트, 니켈, 이트륨, 산화마그네슘, 산화알루미늄 및 산화실리콘 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 탄소나노튜브 합성 장치는 상기 반응 챔버의 외측에 설치되어 상기 반응 챔버를 가열하는 가열부 및 상기 소스 가스를 상기 반응 챔버의 외부로 배기시키는 가스 배기부를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 탄소나노튜브 합성 방법 및 장치에 따르면, 반응 챔버의 하부에 쌓여 있는 분말 형태의 촉매의 상부에서 하부 방향으로 소스 가스를 공급하여 촉매를 유동시킴으로써, 반응 가스와의 반응율을 향상시킬 수 있다. 또한, 촉매의 유동화를 위한 가스 소모가 절감되어, 생산 비용이 절감되는 효과가 있다. 더욱이, 분사 노즐을 통해 간단히 촉매를 유동시킴으로써, 장치의 구성이 간단해지고 장치 제작 비용이 크게 절감될 수 있다.
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.
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 들어, 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.
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.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 소스 가스 공급부를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 탄소나노튜브 합성 장치(100)는 반응 챔버(110), 촉매 공급부(120), 소스 가스 공급부(130) 및 가스 분사부(200)를 포함한다.
반응 챔버(110)는 그 내부에서 탄소나노튜브를 합성하기 위한 공간을 제공한다. 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), 그라파이트(graphite) 등과 같이 열에 강한 재질로 형성된다.
반응 챔버(110)는 수직으로 세워진 통 형상을 갖도록 형성된다. 예를 들어, 반응 챔버(110)는 장축이 수직 방향인 원통 형상을 가질 수 있다. 또한, 반응 챔버(110)의 하부는 촉매 공급부(120)로부터 공급된 촉매(122)가 중앙쪽으로 모일 수 있도록 깔대기 형상을 갖는 것이 바람직하다.
촉매 공급부(120)는 반응 챔버(110)의 내부로 분말 형태의 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)의 측면을 관통하도록 형성된 하나 이상의 촉매 공급관(124)을 통해 분말 형태의 촉매(122)를 반응 챔버(110) 내부에 공급한다. 촉매 공급부(120)로부터 공급되는 촉매(122)는 반응 챔버(110)의 하부에 형성된 깔대기 형상부에 쌓이게 된다. 한편, 반응 챔버(110) 내부로 공급되는 촉매(122)의 양은 촉매 공급관(124)에 연결된 촉매 조절 밸브(미도시)를 통해 조절될 수 있다.
소스 가스 공급부(130)는 반응 챔버(110)의 내부에 소스 가스(132)를 공급한다. 소스 가스 공급부(130)는 반응 가스 공급부(136) 및 유동 가스 공급부(138)를 포함할 수 있다.
반응 가스 공급부(136)는 촉매(122)와 반응하여 실질적으로 탄소나노튜브를 형성하는 반응 가스를 공급한다. 반응 가스는 예를 들어, 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 일산화탄소, 이산화탄소 등을 포함할 수 있다. 반응 챔버(110) 내부에 공급되는 반응 가스의 유량은 제1 가스 조절 밸브(136a)를 통해 조절될 수 있다.
소스 가스 공급부(138)는 촉매(122)를 반응 챔버(110) 내부에서 유동시키기 위한 유동 가스를 공급한다. 유동 가스는 예를 들어, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈 등의 불활성 가스를 포함할 수 있다. 반응 챔버(110) 내부에 공급되는 유동 가스의 유량은 제2 가스 조절 밸브(138a)를 통해 조절될 수 있다.
가스 분사부(200)는 반응 챔버(110)의 상부로부터 하부 방향으로 연장되며, 소스 가스 공급부(130)로부터 공급되는 반응 가스와 유동 가스를 포함하는 소스 가스(132)를 촉매(122)에 분사하여 촉매(122)를 유동시킴과 동시에 탄소나노튜브가 합성되도록 한다. 가스 분사부(200)는 촉매(122)의 유동율을 높이기 위하여, 촉매(122)가 쌓여 있는 반응 챔버(110)의 깔대기 형상부의 바로 위까지 연장되는 것이 바람직하다.
가스 분사부(200)는 소스 가스 공급부(130)로부터 반응 챔버(110)의 내부까 지 연장되는 가스 공급관(210) 및 가스 공급관의 끝 부분에 연결되어 실질적으로 소스 가스(132)를 분사시키는 분사 노즐(220)을 포함한다. 가스 공급관(210)은 반응 챔버(110)의 상부면 또는 상측의 측면을 관통하여 반응 챔버(110)의 깔대기 형상부의 윗부분까지 연장된다. 분사 노즐(220)은 분사되는 소스 가스(132)가 촉매(122)를 원활히 유동시킬 수 있도록 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 분사 노즐(220)의 끝부분은 소스 가스(132)가 다양한 방향으로 퍼져서 분사될 수 있도록, 안쪽으로 말린 깔대기 형상으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 반응 챔버(110)의 하부에 촉매(122)를 위치시키고, 그 상부에 소스 가스(132)를 분사시키게 되면, 소스 가스(132)의 압력에 의해 촉매(122)는 반응 챔버(110)의 내부에서 일정 높이까지 유동하게 된다. 이에 따라, 촉매(122)와 반응 가스가 접촉될 수 있는 확률이 보다 증가하게 되어, 촉매(122)의 가스 반응율이 높아지게 되며, 촉매(122)가 반응 챔버(110) 내에 고르게 분포되어 탄소나노튜브의 직경 조절이 용이해진다. 이때, 촉매(122)의 유동 높이는 분사 노즐(220)의 압력 조절을 통해 조절할 수 있다. 또한, 반응 가스와 유동 가스를 포함하는 소스 가스(132)를 통해 촉매(122)를 유동시키게 되면, 유동 가스의 가스 소모를 절감시킬 수 있으므로, 생산 비용을 크게 절감시킬 수 있다.
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. 가열부(140)는 반응 챔버(110)를 가열시키기 위하여 예를 들어, 발열 코일 또는 발열 램프 등을 포함할 수 있다.
가열부(140)는 반응 가스를 활성화시키기 위하여, 반응 챔버(110) 내부의 온도를 약 500℃ ~ 1100℃가 되도록 가열하고, 이 온도를 유지시킨다. 이에 따라, 소스 가스 공급부(130)로부터 반응 챔버(110) 내로 공급되는 반응 가스는 열분해에 의해 활성화되며, 이들이 촉매(122)와 반응하여 탄소나노튜브가 생성된다.
한편, 소스 가스(132)를 전송하는 가스 공급관(210)이 반응 챔버(110)의 상부로부터 하부 방향으로 연장되어 있으므로, 반응 가스가 가스 공급관(210)을 통해 전송되는 도중에 가열부(140) 영역을 지나게 된다. 이에 따라, 반응 가스가 분사되기 전에 가열부(140)에 의해 예열될 수 있으므로, 반응 가스의 활성화에 걸리는 시간이 단축되어 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
탄소나노튜브 합성 장치(100)는 가스 배기부(150)를 더 포함할 수 있다. 가스 배기부(150)는 예를 들어, 반응 챔버(110)의 상측에 설치된다. 가스 배기부(150)는 촉매(122)와 반응하지 못하고 반응 챔버(110) 내에 잔류하는 소스 가스(132)를 반응 챔버(110)의 외부로 배출시킨다. 이를 위해, 가스 배기부(150)는 배기 펌프를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 분사부를 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 다른 실시예에 따른 가스 분사부(300)는 소스 가스 공급부(130)로부터 반응 챔버(110)의 내부까지 연장되는 가스 공급관(310) 및 가스 공급관(310)으로부터 분기되어 두 방향 이상으로 소스 가스(132)를 분사하는 둘 이상의 분사 노즐들(320)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 둘 이상의 분사 노즐들(320)을 통해 소스 가스(132)를 다양한 방향으로 분사시킴으로써, 촉매(122)의 유동성을 크게 향상시킬 수 있다. 한편, 촉매(122)의 유동성을 향상시키기 위하여, 분사 노즐들(320)의 형상은 도 3에 도시된 것 외에도 다양하게 변형될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브의 합성 방법을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
탄소나노튜브의 합성을 위하여, 반응 챔버(110)의 내부 온도가 목표 온도가 되도록 반응 챔버(110)를 가열한다. 예를 들어, 반응 챔버(110)의 가열은 반응 챔버(110)의 외측에 설치된 가열부(150)를 통해 이루어질 수 있다. 상기 목표 온도는 반응 가스를 활성화시켜 촉매(122)와 합성시키기 위한 온도로써, 약 500℃ ~ 1100℃의 범위를 가질 수 있다.
탄소나노튜브의 합성을 위한 분말 형태의 촉매(122)를 반응 챔버(110)의 내부에 공급한다. 촉매(122)는 철, 백금, 코발트, 니켈, 이트륨 등의 전이 금속과 또는 이들의 합금 및 산화마그네슘(MgO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화실리콘(SiO2) 등의 산화물을 포함할 수 있다. 촉매(122)는 반응 가스와 반응하기 위한 면적을 상대적으로 많이 확보하기 위하여 구 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 공정의 조건, 종류 등에 따라 촉매(122)의 크기, 밀도, 응집 정도 등이 다양하게 변경될 수 있다. 촉매(122)의 공급은 반응 챔버(110)의 외부에 설치된 촉매 공급 부(120)를 통해 이루어질 수 있다. 이때, 촉매(122)의 효율적인 유동을 위하여 촉매(122)가 가스 분사부(200)의 하부에 위치할 수 있도록 반응 챔버(110)의 하부는 깔대기 형상을 갖는 것이 바람직하다.
반응 챔버(110)의 하부에 쌓여 있는 촉매(122)의 상부에서 하부 방향으로 반응 가스와 유동 가스를 포함하는 소스 가스(132)를 분사한다. 예를 들어, 반응 가스(132)는 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 일산화탄소, 이산화탄소 등을 포함할 수 있으며, 유동 가스는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈 등의 불활성 가스를 포함할 수 있다.
이러한 소스 가스(132)의 분사를 통해 촉매(122)가 반응 챔버(110)의 내부에서 일정한 높이까지 유동되며, 촉매(122)의 유동과 함께 탄소나노튜브의 합성이 이루어진다. 소스 가스(132)의 공급은 예를 들어, 반응 챔버(110)의 외부에 설치된 소스 가스 공급부(130) 및 소스 가스 공급부(130)로부터 반응 챔버(110)의 내부까지 연장되어 있는 가스 분사부(200)를 통해 이루어질 수 있다. 이때, 가스 분사부(200)의 끝 부분에 형성된 분사 노즐(220)은 반응 챔버(110)의 하부에 쌓여 있는 촉매(122)의 바로 윗부분에 위치하도록 설치된다.
이와 같이, 반응 챔버(110)의 하부에 촉매(122)를 위치시키고, 그 상부에 소스 가스(132)를 분사시키게 되면, 소스 가스(132)의 압력에 의해 촉매(122)는 반응 챔버(110)의 내부에서 일정 높이까지 유동하게 된다. 이에 따라, 촉매(122)와 반응 가스가 접촉될 수 있는 확률이 보다 증가하게 되어, 촉매(122)의 가스 반응율이 높아지게 되며, 촉매(122)가 반응 챔버(110) 내에 고르게 분포되어 탄소나노튜브의 직경 조절이 용이해진다. 또한, 반응 가스와 유동 가스를 포함하는 소스 가스(132)를 통해 촉매(122)를 유동시키게 되면, 유동 가스의 가스 소모를 절감시킬 수 있으므로, 생산 비용을 크게 절감시킬 수 있다.
또한, 소스 가스(132)를 전송하는 가스 공급관(210)이 반응 챔버(110)의 상부로부터 하부 방향으로 연장되어 있으므로, 반응 가스가 분사되기 전에 가열부(140)에 의해 예열되게 되므로, 반응 가스의 활성화에 걸리는 시간이 단축되어 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브 합성 방법 및 장치에 있어서, 반응 챔버의 하부에 쌓여 있는 촉매의 상부에서 하부 방향으로 소스 가스를 분사하여 촉매를 유동시킴과 동시에 탄소나노튜브를 합성한다. 이에 따라, 탄소나노튜브 합성 공정의 효율을 향상시킬 수 있으며, 촉매의 유동에 필요한 유동 가스의 소모량을 감소시켜 생산 비용을 크게 절감할 수 있다. 또한, 분사 노즐을 통해 간단히 촉매를 유동시킴으로써, 장치의 구성이 간단해지고 장치 제작 비용이 크게 절감될 수 있다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 합성 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 소스 가스 공급부를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 분사부를 나타낸 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 탄소나노튜브 합성 장치 110 : 반응 챔버
120 : 촉매 공급부 122 : 촉매
130 : 소스 가스 공급부 132 : 소스 가스
140 : 가열부 150 : 가스 배기부
200 : 가스 분사부 210 : 가스 공급관
220 : 분사 노즐

Claims (10)

  1. 반응 챔버 내부를 가열시키는 단계;
    상기 반응 챔버의 내부에 분말 형태의 촉매를 공급하는 단계; 및
    상기 반응 챔버의 하부에 쌓여 있는 상기 촉매의 상부에서 하부 방향으로 소스 가스를 공급하여 상기 촉매를 유동시켜 탄소나노튜브를 합성하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 합성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소스 가스는 상기 반응 챔버의 상부로부터 하부 방향으로 연장되어 있는 분사 노즐을 통해 상기 반응 챔버 내부에 공급되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 방법.
  3. 탄소나노튜브를 합성하기 위한 공간을 제공하는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내부에 분말 형태의 촉매를 공급하는 촉매 공급부;
    상기 촉매와 반응하여 탄소나노튜브를 형성하는 소스 가스를 상기 반응 챔버에 공급하는 소스 가스 공급부; 및
    상기 반응 챔버의 상부로부터 하부 방향으로 연장되며, 상기 소스 가스 공급부로부터 공급되는 상기 소스 가스를 상기 촉매에 분사하여 상기 촉매를 유동시키는 가스 분사부를 포함하는 탄소나노튜브 합성 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반응 챔버의 하부는 상기 촉매 공급부로부터 공급된 상기 촉매가 중앙쪽으로 모이도록 깔대기 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가스 분사부는 상기 반응 챔버의 깔대기 형상부의 바로 위까지 연장되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 소스 가스 공급부는
    상기 촉매와 반응하여 실질적으로 탄소나노튜브를 형성하는 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부; 및
    상기 촉매를 상기 반응 챔버 내부에서 유동시키기 위한 유동 가스를 공급하는 유동 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반응 가스는 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 일산화탄소 및 이산화탄소 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 유동 가스는 불활성 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 가스 분사부는
    상기 소스 가스 공급부로부터 상기 반응 챔버 내부까지 연장되는 가스 공급관; 및
    상기 가스 공급관으로부터 분기되어 한 방향 이상으로 상기 소스 가스를 분사하는 하나 이상의 분사 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.
  9. 제3항에 있어서, 상기 촉매는 철, 백금, 코발트, 니켈, 이트륨, 산화마그네슘, 산화알루미늄 및 산화실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 반응 챔버의 외측에 설치되어 상기 반응 챔버를 가열하는 가열부; 및
    상기 소스 가스를 상기 반응 챔버의 외부로 배기시키는 가스 배기부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성 장치.
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