KR20090131652A - 선형 가열장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 선형 지지체와, 상기 선형 지지체의 표면에 설치되며 탄소 나노튜브구조를 포함하는 가열소자 및, 간격을 두고 설치되며 상기 가열소자에 각각 전기접속되는 2개의 전극을 구비하고 있는 선형 가열장치를 제공한다. 또한, 상기 선형 가열장치의 제조방법도 제공한다.
Description
본 발명은 선형 가열장치에 관한 것으로, 특히 탄소 나노튜브에 의한 선형 가열장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
가열장치는, 생산, 생활 및 과학연구 등의 영역에서 매우 중요한 작용을 한다. 선형 가열장치는 상용(常用) 가열장치의 하나로서 전기 가열장치(Electric Heaters), 적외선 치료장치(Infrared Therapy Devices) 및, 전기 라디에이터(Electric Radiators) 등의 영역에 널리 사용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 선형 가열장치의 종단면도이다. 상기 선형 가열장치(10)는 중공원주(中空圓柱)형태의 지지체(102)와, 상기 지지체(102)의 표면에 설치된 가열소자(104)와, 상기 가열소자(104)의 표면에 설치된 절연 보호층(106)과, 상기 지지체(102)의 양단에 각각 설치되며 상기 가열소자(104)에 전기접속된 2개의 전극(110)과, 상기 2개의 전극(110) 및 상기 가열소자(104)를 상기 지지체(102)의 양단에 각각 고정시키는 2개의 클램프(Clamp)(108)를 구비하여 구성된다.
상기 가열소자(104)는 일반적으로 탄소 섬유 종이로 상기 지지체(102)의 표면을 휘감거나 감싸는 형식으로 상기 지지체(102)의 표면에 설치된다. 상기 2개의 전극(110)을 통해 상기 선형 가열장치(10)에 전압을 인가한 경우, 상기 가열소자(104)는 주울열(Joule heat)을 발생하는 한편, 이 주울열을 주위로 복사시킨다.
상기 탄소 섬유 종이는 종이 기재와 상기 종이 기재 중에 규칙없이 분포된 피치계 탄소섬유(Pitch-Based Carbon Fiber)를 포함한다. 상기 종이 기재는 탄소 섬유와 수지 등의 혼합물을 포함한다.
그러나, 상기 탄소 섬유 종이를 가열소자로 사용하는 가열장치는 다음과 같은 결점이 있다.
첫째, 상기 탄소 섬유 종이의 두께가 두껍기 때문에(일반적으로 몇십 마이크로미터에 달함), 상기 선형 가열장치의 소형화를 실현하기 어려우며, 따라서 상기 탄소 섬유 종이를 채용한 상기 선형 가열장치로 소형 부품을 가열하는데 사용할 수 없다.
둘째, 상기 탄소 섬유 종이에 상기 종이 기재가 포함되기에 상기 탄소 섬유 종이의 밀도 및 중량이 커지며, 따라서 상기 탄소 섬유 종이를 채용한 상기 선형 가열장치의 사용이 불편하게 된다.
셋째, 상기 탄소 섬유 종이 중의 피치계 탄소섬유가 규칙없이 분포되기 때문에, 상기 탄소 섬유 종이의 강도가 작고, 유연성이 좋지 못해 파열되기 쉬우며, 따라서 상기 탄소 섬유 종이를 채용한 상기 선형 가열장치의 응용범위가 제한된다.
넷째, 상기 탄소 섬유 종이의 전기-열 전환 효율이 비교적 낮으며, 따라서 상기 탄소 섬유 종이는 에너지 절약 및 환경보호에 적용되지 않는다.
본 발명은, 중량이 작고, 강도가 크며, 소형화로 제조되어 소형부품의 가열에 응용될 수 있고, 전기-열 전환 효율이 우수하며, 에너지 절약 및 환경보호에 적용되는 선형 가열장치 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선형 가열장치는, 선형 지지체와, 상기 선형 지지체의 표면에 설치되며 탄소 나노튜브구조를 포함하는 가열소자 및, 간격을 두고 설치되며 상기 가열소자에 각각 전기접속되는 2개의 전극을 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 선형 가열장치의 제조방법은, 선형 지지체를 제공하는 단계와, 탄소 나노튜브구조를 제조하는 단계와, 상기 탄소 나노튜브구조를 가열소자로서 상기 선형 지지체의 표면에 설치하는 단계와, 2개의 전극을 간격이 있도록 설치하는 한편 상기 탄소 나노튜브구조에 각각 전기접속시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 선형 가열장치 및 그 제조방법은 다음과 같은 이점이 있다.
첫째, 탄소 나노튜브로 임의의 사이즈의 탄소 나노튜브구조를 제조할 수 있기 때문에, 상기 탄소 나노튜브구조를 채용하는 선형 가열장치는 거시적(巨視的) 영역뿐만 아니라 미시적(微視的) 영역에도 응용될 수 있다.
둘째, 탄소 나노튜브가 탄소 섬유 보다 더욱 작은 밀도를 가지고 있기 때문에, 탄소 나노튜브구조를 채용한 선형 가열장치는 가볍고 사용하기 편리하다.
셋째, 탄소 나노튜브구조의 전기-열 전환 효율이 우수하며 열 저항율이 낮기 때문에, 상기 탄소 나노튜브구조를 채용한 선형 가열장치는 승온 속도가 빠르고, 열적 히스테리시스(thermal hysteresis)가 작으며, 열교환 속도가 빠른 특성을 갖는다.
넷째, 본 발명에 따른 선형 가열장치의 제조공정이 간단하고, 제조비용이 저렴하다.
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 선형 가열장치 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 선형 가열장치(20)의 사시도이고, 도 3은 도 2의 III-III선에 따른 선형 가열장치(20)의 종단면도이며, 도 4는 도 3의 IV-IV선에 따른 선형 가열장치(20)의 횡단면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 선형 가열장치(20)는 선형 지지체(202)와, 상기 선형 지지체(202)의 표면에 설치되는 반사층(210)과, 상기 반사층(210)의 표면에 설치되는 가열소자(204)와, 간격을 두고 설치되며 상기 가열소자(204)에 전기접속되는 2개의 전극(206)과, 상기 가열소자(204)의 표면에 설치되 는 절연보호층(208)을 구비한다. 상기 선형 가열장치(20)의 직경 및 길이에 대해서는 한정하지 않지만, 상기 선형 가열장치(20)의 직경을 0.1㎛∼1.5cm로 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에 있어서, 상기 선형 가열장치(20)의 직경 범위는 1.1mm∼1.1cm이다.
상기 선형 지지체(202)는 상기 가열소자(204)를 지지하는 작용을 한다. 상기 선형 지지체(202)의 재료는 경질(硬質) 재료 또는 유연성 재료를 사용할 수 있다. 경질 재료로서는 세라믹, 유리 및 석영 등 중의 한 가지 또는 몇 가지일 수 있고, 유연성 재료로서는 플라스틱, 수지 및 유연성 섬유 등 중의 한 가지 또는 몇 가지일 수 있다. 상기 선형 지지체(202)를 유연성 재료로 제조하는 경우에는, 선형 가열장치(20)를 사용할 때 수요에 따라 임의로 굴곡시킬 수 있다. 상기 선형 지지체(202)의 길이, 직경 및 모양에 대해서는 한정하지 않고 실제 수요에 따라 변경할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 선형 지지체(202)는 세라믹 막대기이고, 그 직경은 1mm∼1cm이다.
상기 반사층(210)의 재료는 흰색의 절연성 재료이다. 예컨대, 금속산화물, 금속염 및 세라믹 등 중의 한 가지 또는 몇 가지일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 반사층(210)의 재료로서 산화알루미늄(Al2O3)을 사용하고, 그 두께는 100㎛∼0.5mm이다. 상기 반사층(210)은 물리 기상 증착법(PVD) 또는 화학 기상 증착법(CVD)에 의해 형성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 물리 기상 증착법인 스퍼터링(Sputtering)을 통해 산화알루미늄을 상기 선형 지지체(202)의 표면에 증착시킨 다. 상기 반사층(210)은 상기 가열소자(204)가 발생하는 열 에너지를 반사하여 그 열 에너지를 유효적으로 외계로 발산하는 작용을 한다. 또한, 상기 반사층(210)을 생략하여도 좋다.
상기 가열소자(204)는 탄소 나노튜브구조를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브구조는 상기 반사층(210)의 표면을 휘감거나 감싸는 형식으로 상기 반사층(210)의 표면에 설치된다. 상기 탄소 나노튜브구조는 자신의 점착성에 의해 상기 반사층(210)의 표면에 직접 설치되거나, 또는 점착제를 통해 상기 반사층(210)의 표면에 설치될 수 있다. 점착제로서 실리카겔을 채용한다. 또한, 상기 선형 가열장치(20)가 반사층(210)을 구비하지 않는 경우, 상기 탄소 나노튜브구조는 상기 선형 지지체(202)의 표면을 휘감거나 감싸는 형식으로 상기 선형 지지체(202)의 표면에 설치될 수 있다.
상기 탄소 나노튜브구조는 자아지지(自我支持) 능력을 갖는 자아지지구조이다. 자아지지구조란, 탄소 나노튜브구조가 여타 지지체를 필요로 하지 않고도 자신의 특정한 모양을 유지할 수 있는 구조를 말한다. 상기 자아지지 능력을 갖는 탄소 나노튜브구조는 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 복수개의 탄소 나노튜브는 반 데르 발스의 힘에 의해 서로 흡인되어 상기 탄소 나노튜브구조로 하여금 특정한 모양을 가지도록 한다. 상기 탄소 나노튜브구조 중의 탄소 나노튜브는 단일벽 탄소 나노튜브, 이중벽 탄소 나노튜브 및, 다중벽 탄소 나노튜브 중의 한 가지 또는 몇 가지를 포함한다. 상기 단일벽 탄소 나노튜브의 직경은 0.5nm∼50nm이고, 이중벽 탄소 나노튜브의 직경은 1.0nm∼50nm이며, 다중벽 탄소 나노튜브의 직경은 1.5nm∼50nm이다. 상기 탄소 나노튜브의 길이에 대해서는 한정하지 않지만, 그 길이가 100㎛ 보다 큰 것이 바람직하다. 상기 탄소 나노튜브구조는 면상(面狀)구조 또는 선상(線狀)구조일 수 있다. 상기 탄소 나노튜브구조가 자아지지 능력을 가지고 있기 때문에, 상기 탄소 나노튜브구조는 여타의 지지체가 지지하지 않는 경우에도 여전히 면상구조 또는 선상구조를 유지할 수 있다. 상기 탄소 나노튜브구조의 단위면적 열용량은 2×10-4 J/cm2·K 보다 작거나 같다. 상기 탄소 나노튜브구조에 있어서의 탄소 나노튜브들이 우수한 인성을 가지므로 상기 탄소 나노튜브구도 우수한 인성을 가진다. 이로 인해, 상기 탄소 나노튜브구조를 어떠한 모양으로 접어도 파열되지 않는다.
상기 탄소 나노튜브구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브막, 적어도 하나의 탄소 나노튜브 선상구조 또는 그들의 조합을 포함한다. 상기 탄소 나노튜브막은 탄소 나노튜브 드로잉(Drawing)막, 탄소 나노튜브 면모구조(Wadding)막 또는 탄소 나노튜브 프레스막을 포함할 수 있다. 상기 탄소 나노튜브 선상구조는 적어도 한 가닥의 탄소 나노튜브선, 복수 가닥의 탄소 나노튜브선이 평행배열되어 조성된 묶음형태구조 또는 복수 가닥의 탄소 나노튜브선이 비틀려서 조성된 비틀림형태구조를 포함할 수 있다.
상기 탄소 나노튜브구조가 탄소 나노튜브막을 포함하는 경우, 상기 탄소 나노튜브막는 상기 선형 지지체(202)의 표면을 휘감거나 감싸는 형식으로 설치되어 상기 선형 지지체(202)의 표면에 가열소자(204)를 형성한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 나노튜브구조가 한 가닥의 탄소 나노튜브 선상구조만 포함하는 경우, 상기 탄소 나노튜브 선상구조는 상기 선형 지지체(202)의 표면에 휘감는 형식으로 설치되어 상기 선형 지지체(202)에 가열소자(204)를 형성한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 나노튜브구조가 복수 가닥의 탄소 나노튜브 선상구조를 포함하는 경우, 상기 복수 가닥의 탄소 나노튜브 선상구조는 상기 선형 지지체(202)의 표면에 평행으로 설치되어 상기 선형 지지체(202)의 표면에 가열소자(204)를 형성한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 나노튜브구조가 복수 가닥의 탄소 나노튜브 선상구조를 포함하는 경우, 상기 복수 가닥의 탄소 나노튜브 선상구조는 서로 교차 설치 또는 편직(編織) 설치되어 하나의 층상(層狀)구조를 이루고, 상기 탄소 나노튜브 층상구조로 상기 선형 지지체(202)의 표면을 감싸 상기 선형 지지체(202)의 표면에 가열소자(204)를 형성한다.
상기 탄소 나노튜브구조가 탄소 나노튜브막과 탄소 나노튜브 선상구조를 동시에 포함하는 경우, 상기 탄소 나노튜브 선상구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브막의 적어도 한쪽 표면에 설치된다.
상기 탄소 나노튜브구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브 드로잉막을 포함한다. 상기 탄소 나노튜브구조는 균일하게 분포된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하며, 상기 복수개의 탄소 나노튜브는 반 데르 발스의 힘에 의해 긴밀히 결합된다. 상기 탄소 나노튜브구조 중의 탄소 나노튜브들은 무질서하게 또는 질서정연하게 배 열되어 있다. 여기서 말하는 무질서란, 탄소 나노튜브들의 배열이 규칙이 없는 것을 의미하고, 질서정연이란, 다수의 탄소 나노튜브들의 배열방향이 적어도 일정한 규칙을 갖는 것을 의미한다. 구체적으로 말하면, 상기 탄소 나노튜브구조가 무질서하게 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하는 경우에는, 탄소 나노튜브들이 서로 뒤엉킨 상태로 배열되거나 등방적(isotropic)으로 배열된다. 상기 탄소 나노튜브구조가 질서정연하게 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하는 경우에는, 탄소 나노튜브들은 기본적으로 동일한 방향 또는 여러 방향을 따라 우선방위(preferred orientation)로 배열된다.
상기 탄소 나노튜브구조의 길이, 폭 및 두께에 대해서는 한정하지 않으며, 실제 수요에 따라 변경할 수 있다. 본 발명에 따른 탄소 나노튜브구조의 길이는 1cm∼10cm이고, 폭은 1cm∼10cm이며, 두께는 0.5nm∼2mm이다. 복수개의 탄소 나노튜브막이 중첩설치되어 탄소 나노튜브구조를 이루고 그 두께가 0.01㎛∼1mm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 탄소 나노튜브구조의 열 응답속도는 상기 탄소 나노튜브구조의 두께에 관련된다. 면적이 같은 경우, 탄소 나노튜브구조의 두께가 두꺼울수록 탄소 나노튜브구조의 열 응답속도가 느리고, 탄소 나노튜브구조의 두께가 얇을수록 탄소 나노튜브구조의 열 응답속도가 빠르다. 탄소 나노튜브구조의 두께가 1㎛∼1mm인 경우, 상기 탄소 나노튜브구조는 1초(s) 보다 작은 시간 내에 최고 온도에 달할 수 있다. 단층의 탄소 나노튜브 드로잉막은 0.1밀리초(ms) 내에 최고 온도에 달할 수 있다. 때문에, 상기 선형 가열장치(20)는 물체에 대한 신속한 가열에 적 용된다.
상기 탄소 나노튜브 드로잉막은 탄소 나노튜브 어레이에서 직접 당겨 얻은 자아지지 능력을 갖는 탄소 나노튜브막이다. 각 탄소 나노튜브 드로잉막은 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열되며 상기 탄소 나노튜브 드로잉막의 표면에 평행으로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 복수개의 탄소 나노튜브의 끝단과 끝단은 반 데르 발스의 힘에 의해 서로 연결되어 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 각 탄소 나노튜브 드로잉막은 연속적으로 연결되고 일정한 방향으로 배열[정향배열(定向配列)이라고도 함]된 복수개의 탄소 나노튜브 단편(143)을 포함한다. 상기 복수개의 탄소 나노튜브 단편(143)의 끝단과 끝단은 반 데르 발스의 힘에 의해 서로 연결된다. 각 탄소 나노튜브 단편(143)은 서로 평행된 복수개의 탄소 나노튜브(145)를 포함한다. 상기 서로 평행된 복수개의 탄소 나노튜브(145)는 반 데르 발스의 힘에 의해 긴밀히 연접된다. 상기 탄소 나노튜브 단편(143)은 임의의 폭, 두께, 균일성 및, 모양을 갖는다. 상기 탄소 나노튜브 드로잉막에 있어서, 두께는 0.5nm∼100㎛이고, 폭은 탄소 나노튜브 드로잉막을 당겨 얻는 탄소 나노튜브 어레이의 사이즈에 관련되며, 길이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 탄소 나노튜브 드로잉막의 구체적인 구조 및 제조방법은 2007년 2월 9일에 출원되고, 2008년 8월 13일에 공개된 중국 공개특허 제CN101239712A호(판 서우싼 등에 의해 발명)를 참조할 수 있다.
상기 탄소 나노튜브구조가 탄소 나노튜브 드로잉막에 의해 구성되고, 두께가 비교적 작을 경우(예컨대, 두께가 10㎛ 보다 작을 경우), 탄소 나노튜브구조는 우수한 투명도를 갖는다. 이 경우의 탄소 나노튜브구조는, 투광율이 96%에 달할 수 있어 투명한 가열장치의 제조에 사용할 수 있다. 상기 탄소 나노튜브 드로잉막의 단위면적 열용량은 1.7×10-6 J/cm2·K 보다 작다.
상기 탄소 나노튜브구조가 중첩 설치된 복수 층의 탄소 나노튜브 드로잉막을 포함하는 경우, 서로 인접한 2층의 탄소 나노튜브 드로잉막에 있어서의 탄소 나노튜브들의 배열방향은 일정한 각(α)을 이룬다. 상기 각(α)의 범위는 0도 보다 크거나 같고 90도 보다 작거나 같으며, 즉 0도≤α≤90도이다. 상기 복수개의 탄소 나노튜브 드로잉막 사이 또는 하나의 탄소 나노튜브 드로잉막에 있어서의 서로 인접한 탄소 나노튜브들 사이에 틈새가 존재한다. 이에 의해, 탄소 나노튜브구조에는 복수개의 미세공(micro pore)이 형성되며, 상기 미세공의 직경은 10㎛ 보다 작다.
본 발명에 따른 탄소 나노튜브구조가 동일한 방향을 따라 중첩 설치된 복수 층의 탄소 나노튜브 드로잉막을 포함할 수 있으므로, 상기 탄소 나노튜브구조에 있어서의 탄소 나노튜브들은 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열된다.
상기 탄소 나노튜브구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브 프레스막을 포함한다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막은 균일하게 분포된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브들은 동일한 방향 또는 여러 방향을 따라 우선방위로 배열된다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막에 있어서의 탄소 나노튜브들은 부분적 으로 서로 겹치고, 반 데르 발스의 힘에 의해 서로 흡인되어 긴밀히 연결된다. 이에 따라, 상기 탄소 나노튜브 프레스막은 우수한 유연성을 갖는 바, 어떠한 형상으로 접어도 파열되지 않고, 자아지지 능력을 갖는다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막은 탄소 나노튜브 어레이에 대해 프레스하여 얻는다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막에 있어서의 탄소 나노튜브들은 상기 탄소 나노튜브 어레이가 성장하는 성장기판의 표면과 일정한 각(β)을 이룬다. 이 각(β)의 범위는 0도 보다 크거나 같고 15도 보다 작거나 같으며, 즉 0도≤β≤15도이다. 상기 각(β)은 탄소 나노튜브 어레이에 인가하는 압력에 관련된다. 즉, 압력이 클수록 상기 각(β)은 작아진다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막에 있어서의 탄소 나노튜브들은 상기 탄소 나노튜브 어레이가 성장하는 성장기판의 표면에 평행으로 배열되는 것이 바람직하다. 상기 탄소 나노튜브 어레이에 대한 프레스방식이 다름에 따라 상기 탄소 나노튜브 프레스막에 있어서의 탄소 나노튜브들의 배열형식이 다르다. 구체적으로 말하면, 동일한 방향을 따라 프레스하는 것에 의해 상기 탄소 나노튜브들은 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열(도 10을 참고)되고, 여러 방향을 따라 프레스하는 것에 의해 상기 탄소 나노튜브들은 여러 방향을 따라 우선방위로 배열(도 11을 참고)되며, 상기 탄소 나노튜브가 성장하는 성장기판에 수직하는 방향을 따라 프레스하는 것에 의해 상기 탄소 나노튜브들은 등방적으로 배열된다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막에 있어서의 탄소 나노튜브의 길이는 50㎛ 보다 크다.
상기 탄소 나노튜브 프레스막의 구체적인 구조 및 제조방법은 2007년 6월 1일에 출원되고, 2008년 12월 3일에 공개된 중국 공개특허 제CN101314464A호(판 서 우싼 등에 의해 발명)를 참조할 수 있다.
상기 탄소 나노튜브 프레스막의 면적 및 두께에 대해서는 한정하지 않으며, 실제 수요에 따라 선택될 수 있다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막에 있어서, 면적은 상기 탄소 나노튜브 어레이의 사이즈와 거의 같고, 두께는 탄소 나노튜브 어레이의 높이 및 프레스 압력에 관련되며, 그 범위는 1㎛∼1mm이다. 다시 말하면, 상기 탄소 나노튜브 어레이의 높이가 높고 인가압력이 작을수록 탄소 나노튜브 프레스막의 두께가 두껍고, 상기 탄소 나노튜브 어레이의 높이가 낮고 인가 압력이 클수록 탄소 나노튜브 프레스막의 두께가 얇다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막에 있어서의 서로 인접하는 탄소 나노튜브들 사이에 일정한 틈새가 존재하여 탄소 나노튜브 프레스막에 복수개의 미세공이 형성된다. 상기 미세공의 직경은 10㎛ 보다 작다.
상기 탄소 나노튜브구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브 면모구조막을 포함한다. 상기 탄소 나노튜브 면모구조막은 서로 뒤엉키고 균일하게 분포된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브들의 길이는 10㎛ 보다 커서 탄소 나노튜브들이 서로 뒤엉키게 된다. 그 길이를 200㎛∼900㎛로 하는 것이 바람직하다. 상기 탄소 나노튜브 면모구조막에 있어서의 탄소 나노튜브들은 분포가 균일하며 무질서하게 배열되어 상기 탄소 나노튜브 면모구조막으로 하여금 등방성을 가지게 한다. 상기 탄소 나노튜브들은 반 데르 발스의 힘에 의해 서로 흡인되고 뒤엉켜 망상(網狀)구조를 이루기 때문에 상기 탄소 나노튜브 면모구조막에 다량의 미세공이 형성된다. 상기 미세공의 직경은 10㎛ 보다 작다. 상기 탄소 나노튜브 면모 구조막의 길이 및 폭에 대해서는 한정하지 않는다. 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 나노튜브 면모구조막에 있어서의 탄소 나노튜브들이 서로 뒤엉키기 때문에, 상기 탄소 나노튜브 면모구조막은 우수한 인성을 가지며 어떠한 모양으로 접어도 파열되지 않는다. 상기 탄소 나노튜브 면모구조막의 면적 및 두께에 대해서는 한정하지 않고, 두께의 범위는 1㎛∼1mm이며, 그 두께를 100㎛로 하는 것이 바람직하다.
상기 탄소 나노튜브 면모구조막의 구체적인 구조 및 제조방법은 2007년 4월 13일에 출원되고, 2008년 10월 15일에 공개된 중국 공개특허 제CN101284662A호(판 서우싼 등에 의해 발명)를 참조할 수 있다.
상기 탄소 나노튜브 선상구조는 그 선상구조의 축방향을 따라 정향배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브 선상구조로서는 묶음형태 탄소 나노튜브 선상구조 또는 비틀림형태 탄소 나노튜브 선상구조일 수 있다.
상기 묶음형태 탄소 나노튜브 선상구조는 유기용제로 상기 탄소 나노튜브 드로잉막을 처리하여 얻는다. 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 묶음형태 탄소 나노튜브 선상구조는 그 선상구조의 축방향을 따라 평행으로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다.
상기 비틀림형태 탄소 나노튜브 선상구조는 탄소 나노튜브 드로잉막의 양단을 기계적 힘으로 각각 반대방향으로 비틀어서 얻을 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 비틀림형태 탄소 나노튜브 선상구조는 그 선상구조의 축방향을 따라 나선형태로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 묶음형태 탄소 나노 튜브 선상구조 및 상기 비틀림형태 탄소 나노튜브 선상구조의 길이에 대해서는 한정하지 않으며, 그 직경을 0.5nm∼100㎛로 한다.
상기 탄소 나노튜브 선상구조의 구체적인 구조 및 제조방법은 2002년 9월 16일에 출원되고, 2008년 8월 20일에 등록된 중국 등록특허 제CN100411979C호(판 서우싼 등에 의해 발명) 및, 2005년 12월 16일에 출원되고, 2007년 6월 20일에 공개된 중국 공개특허 제CN1982209A호(판 서우싼 등에 의해 발명)를 참조할 수 있다.
상기 비틀림형태의 탄소 나노튜브 선상구조를 휘발성 유기용제로 더 처리할 수 있다. 휘발성 유기용제의 표면장력(Surface Tension)에 의해, 유기용제 처리 후의 상기 비틀림형태 탄소 나노튜브 선상구조 중의 서로 평행인 복수개의 탄소나노튜브가 반 데르 발스의 힘에 의해 긴밀히 연결된다. 따라서, 상기 비틀림형태 탄소 나노튜브 선상구조의 직경 및 비표면적이 작아지고, 밀도 및 강도가 향상된다.
상기 탄소 나노튜브 선상구조는 탄소 나노튜브 드로잉막에 대해 유기용제 처리 또는 기계적 힘에 의한 처리에 의해 얻어지고 상기 탄소 나노튜브 드로잉막이 자아지지 능력을 가지기 때문에, 상기 탄소 나노튜브 선상구조도 자아지지 능력을 갖는다. 또한, 탄소 나노튜브 선상구조에 있어서의 탄소 나노튜브들 사이에 일정한 틈새가 존재하므로, 상기 탄소 나노튜브 선상구조는 다량의 미세공을 가지며 그 미세공의 직경은 10㎛ 보다 작다.
상기 2개의 전극(206)은 간격을 두고 설치되는 한편 상기 가열소자(204)에 전기접속되는 것만 확보할 수 있다면 그들의 설치방식에 대해서는 한정하지 않는 다. 다시 말하면, 상기 2개의 전극(206)은 상기 가열소자(204)의 동일한 표면 또는 다른 표면에 설치될 수 있다. 상기 2개의 전극(206)은 상기 탄소 나노튜브구조의 점착성에 의해 상기 가열소자(204)의 표면에 직접 설치되거나, 또는 도전성 점착제(도시되지 않았음)를 통해 상기 가열소자(204)의 표면에 설치될 수 있다. 상기 도전성 점착제를 사용하는 것은 상기 2개의 전극(206)을 상기 탄소 나노튜브 구조[가열소자(204)]에 전기접속시키는 한편 상기 탄소 나노튜브구조 표면에 더욱 견고하게 고정시키기 위해서이다. 상기 2개의 전극(206)을 통해 상기 가열소자(204)에 전압을 인가한다. 상기 2개의 전극(206)은 일정한 간격으로 떨어지게 설치되므로, 상기 2개의 전극 사이의 탄소 나노튜브구조를 사용한 가열소자(204)에 일정한 저항치가 존재한다. 상기 가열소자(204)에 전압을 인가하여 열을 방출할 경우, 상기 일정한 저항은 상기 2개의 전극(206)이 단락되는 것을 방지할 수 있다. 상기 선형 지지체(202)의 직경이 작기 때문에, 상기 2개의 전극(206)은 간격이 있게 상기 선형 지지체(202)의 양단에 상기 가열소자(204)의 표면을 둘러 설치되는 것이 바람직하다.
상기 전극(206)은 도전성 박막, 금속편 또는 금속 도입선일 수 있다. 상기 도전성 박막의 재료는 금속, 합금, 인듐 주석 산화물(ITO), 안티몬 주석 산화물(ATO), 도전성 은페이스트(Conductive Silver Paste), 도전성 폴리머 등일 수 있다. 상기 도전성 박막은 물리 기상 증착법, 화학 기상 증착법 또는 여타 방법에 의해 상기 가열소자(204)의 표면에 형성될 수 있다. 상기 금속편 또는 금속 도입선의 재료로서는 동(Cu) 또는 알루미늄(Al)일 수 있다. 상기 금속편 또는 금속 도 입선은 도전성 점착제에 의해 상기 가열소자(204)의 표면에 고정 설치될 수 있다.
상기 전극(206)은 탄소 나노튜브구조로 구성될 수도 있다. 상기 탄소 나노튜브구조는 상기 반사층(210)의 표면을 감싸거나 휘감는 형식으로 상기 반사층(210)의 표면에 설치된다. 상기 탄소 나노튜브구조는 자신의 점착성에 의해 상기 반사층(210)의 표면에 설치되거나, 또는 도전성 점착제를 통해 상기 반사층(210)의 표면에 설치된다. 상기 탄소 나노튜브구조는 정향배열되며 균일하게 분포된 복수개의 금속성 탄소 나노튜브를 포함한다. 구체적으로 말하면, 탄소 나노튜브구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브 드로잉막, 적어도 하나의 탄소 나노튜브 선상구조 또는 그들의 조합을 포함한다.
본 실시예에 있어서, 2개의 탄소 나노튜브 드로잉막을 상기 선형 지지체(202)의 길이방향의 양단에 각각 설치하여 전극(206)으로 한다. 상기 탄소 나노튜브 드로잉막은 상기 가열소자(204)의 내표면에 상기 선형 지지체(202)를 감는 형태로 설치되며 도전성 점착제를 통해 상기 가열소자(204)에 전기접속된다. 상기 도전성 점착제로서 은페이스트를 사용한다. 본 실시예에 있어서의 가열소자(204)도 탄소 나노튜브구조를 채용하기 때문에, 상기 전극(206)과 상기 가열소자(204) 사이는 비교적 작은 오믹 접합(ohmic contact)의 저항치를 갖는다. 따라서, 선형 가열장치(20)의 전기 에너지에 대한 이용율을 향상시킨다.
상기 절연보호층(208)의 재료로서 고무, 수지 등과 같은 절연성 재료를 사용한다. 상기 절연보호층(208)의 두께에 대해서는 한정하지 않으며, 실제 수요에 따라 설정할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 절연보호층(208)의 재료로서 고무 를 사용하며, 그 두께는 0.5mm∼2mm이다. 상기 절연보호층(208)은 도포 또는 감싸는 형식으로 상기 가열소자(204)의 표면에 형성된다. 상기 절연보호층(208)은 상기 선형 가열장치(20)를 사용할 경우, 외계와 전기접촉되는 것을 방지하는 한편 외계의 잡스러운 물질이 상기 가열소자(204) 중의 탄소 나노튜브구조에 부착되는 것을 방지한다. 상기 절연보호층(208)은 생략하여도 좋다.
본 실시예에 있어서, 상기 가열소자(204)로서의 탄소 나노튜브구조는 100층의 탄소 나노튜브 드로잉막이 중첩 및 교차 설치되어 형성되며, 서로 인접된 2층의 탄소 나노튜브 드로잉막 중의 탄소 나노튜브들의 교차각은 90도이다. 상기 탄소 나노튜브구조에 있어서, 길이는 5cm이고, 폭은 3cm이며, 두께는 50㎛이다. 상기 탄소 나노튜브구조 자신의 점착성을 이용하여 상기 탄소 나노튜브구조를 직경이 1cm인 선형 지지체(202)의 표면을 감싸는 형식으로 상기 선형 지지체(202)의 표면에 설치한다. 2개의 전극(206) 사이의 간격은 3cm이다. 전류는 상기 선형 지지체(202)의 길이방향을 따라 흘러든다. 도 15를 참조하면, 측정장치로 측정한 결과, 상기 선형 가열장치(20)의 가열파워가 36와트(W)일 때의 상기 선형 가열장치(20)의 표면온도는 370℃(섭씨도)에 달한다. 이로부터 탄소 나노튜브구조가 우수한 전기-열 교환효율을 가진다는 것을 알 수 있다. 상기한 측정에 사용한 측정장치로서는 각각 RAYTEK 적외선 측온장치(RAYTEK RAYNER IP-M)와 타입이 AZ-8859인 적외선 측온장치를 사용한다. 상기 선형 가열장치(20)에 도선을 통해 전압을 인가한 후, 그 전압의 크기를 10∼30볼트내에서 조절하면, 상기 선형 가열장치(20)는 파장이 비교적 긴 전자기파를 복사한다. 이때, 측온장치로 상기 선형 가열장 치(20)에 대해 측정한 결과, 상기 선형 가열장치(20)의 온도는 50℃∼500℃이다. 흑체구조를 가지는 물체에 있어서, 그 물체는 200℃∼450℃의 온도범위에서는 육안으로 볼 수 없는 열복사(적외선)를 진행하며, 이때의 열복사가 제일 안정하고, 효율이 제일 높으며, 발생하는 열복사의 열에너지가 제일 크다.
상기 선형 가열장치(20)를 사용할 때, 상기 선형 가열장치(20)를 피가열체의 표면에 설치하거나, 또는 피가열체와 일정한 간격을 두고 설치하여 피가열체에 대해 가열을 진행할 수 있다. 또한, 복수개의 선형 가열장치(20)를 예정한 설계로 배열하여 사용할 수도 있다. 상기 선형 가열장치(20)는 전기 가열장치, 적외선 치료장치 및 전기 라디에이터 등의 영역에 널리 사용된다.
본 실시예에 있어서, 탄소 나노튜브는 나노레벨의 직경을 가지므로 이에 의해 구성되는 탄소 나노튜브구조는 비교적 작은 두께를 가진다. 따라서, 직경이 작은 선형 지지체를 채용하여 소형의 선형 가열장치를 제조할 수 있다. 탄소 나노튜브가 우수한 내부식성(耐腐蝕性)을 가지기 때문에 상기 탄소 나노튜브를 사용하여 제조한 선형 가열장치(20)는 산성(酸性)의 환경에서도 사용될 수 있다. 그리고, 탄소 나노튜브가 상당한 안정성을 가지기 때문에 3000℃ 이상의 고온의 진공 환경하에서도 분해되지 않는다. 때문에, 상기 선형 가열장치(20)는 진공 및 고온의 환경에도 적용된다. 또한, 탄소 나노튜브에 있어서, 강도는 같은 체적의 강철의 100배이지만, 중량은 같은 체적의 강철의 1/6밖에 안된다. 때문에, 탄소 나노튜브에 의한 선형 가열장치(20)는 더욱 높은 강도 및 더욱 가벼운 중량을 가진다.
도 16은 본 발명에 따른 선형 가열장치(20)의 제조방법의 흐름도이다. 그 구체적인 단계[단계 1∼단계 6]는 다음과 같다.
단계 1
선형 지지체(202)를 제공한다.
상기 선형 지지체(202)는 탄소 나노튜브구조를 지지하는 작용을 한다. 상기 선형 지지체(202)의 재료는 경질 재료 또는 유연성 재료를 사용할 수 있다. 경질 재료로서는 세라믹, 유리 및 석영 등 중의 한 가지 또는 몇 가지일 수 있고, 유연성 재료로서는 플라스틱, 수지 및 유연성 섬유 등 중의 한 가지 또는 몇 가지일 수 있다. 상기 선형 지지체(202)를 유연성 재료로 제조하는 경우에는, 선형 가열장치(20)를 사용할 경우의 수요에 따라 임의로 굴곡시킬 수 있다. 상기 선형 지지체(202)의 길이, 직경 및 모양에 대해서는 한정하지 않고 실제 수요에 따라 변경할 수 있다. 또한, 상기 선형 지지체(202)의 재료는 상기한 재료에만 한정되는 것은 아니며, 일정한 내열성을 가지는 절연성 재료이면 된다. 본 실시예에 있어서, 상기 선형 지지체(202)는 세라믹 막대기이고, 그 직경은 1mm∼1cm이다.
단계 2
상기 선형 지지체(202)의 표면에 반사층(210)을 형성한다.
상기 선형 지지체(202)의 표면에 반사층(210)을 형성하는 것은 도포 또는 도금의 방식으로 실현할 수 있다. 상기 반사층(210)의 재료는 흰색의 절연성 재료이다. 예컨대, 금속산화물, 금속염 및 세라믹 등 중의 한 가지 또는 몇 가지일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 반사층(210)의 재료는 산화알루미늄(Al2O3)을 사 용하며, 그 두께는 100㎛∼0.5mm이다. 상기 반사층(210)은 상기 가열소자(204)가 발생하는 열 에너지를 반사하여 그 열 에너지를 유효적으로 외계로 발산하는 작용을 한다. 또한, 상기 반사층(210)을 생략할 수 있기 때문에 상기 선형 가열장치(20)의 제조방법에 있어서의 단계 2도 생략할 수 있다.
단계 3
탄소 나노튜브구조를 제조한다.
상기 탄소 나노튜브구조는 균일하게 분포된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하며, 상기 탄소 나노튜브구조 중의 탄소 나노튜브들은 무질서하게 또는 질서정연하게 배열되어 있다. 구체적으로 말하면, 상기 탄소 나노튜브구조는 탄소 나노튜브 드로잉막, 탄소 나노튜브 선상구조, 탄소 나노튜브 면모구조막 또는 탄소 나노튜브 프레스막 등을 포함한다.
탄소 나노튜브구조가 다름에 따라 상기 탄소 나노튜브구조의 제조방법은 드로잉법, 프레스법 및 면모화법을 포함한다. 이하, 상기한 몇 가지 탄소 나노튜브구조의 제조방법(A∼D)에 대해 각각 설명한다.
제조방법 A
탄소 나노튜브 드로잉막을 채용한 탄소 나노튜브구조의 제조방법[1∼3]
1. 우선, 탄소 나노튜브 어레이를 성장기재에 성장시킨다. 상기 어레이는 초정렬 어레이(Superaligned Array) 탄소 나노튜브 어레이인 것이 바람직하다.
상기 초정렬 어레이 탄소 나노튜브 어레이는 화학 기상 증착법 (Chemical Vapor Deposition, CVD)에 의해 형성된다. 그 공정[(a)∼(d)]은 다음과 같다.
(a) 평탄한 성장기재를 제공한다. 상기 성장기재로서 P타입 또는 N타입 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer), 또는 표면에 산화층이 형성된 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있다. 본 실시예에 있어서는, 성장기재로서 4인치의 실리콘 웨이퍼를 사용한다.
(b) 상기 성장기재의 표면에 균일한 촉진제(Catalyst)층을 형성한다. 상기 촉진제층의 재료로서, 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 상기 금속의 임의의 조합의 합금 중의 한 가지를 사용할 수 있다.
(c) 상기 촉진제층이 형성되어 있는 성장기재에 대하여, 700∼900℃의 공기 중에서 약 30∼90분동안 어닐(Anneal: 풀림)처리를 진행한다.
(d) 상기 어닐처리를 한 성장기재를 보호기체가 있는 반응로에 넣고, 500∼740℃까지 가열한다. 다음에, 탄소소스(Carbon Source) 가스를 반응로에 주입한 후 약 5∼30분 동안 반응시켜, 상기한 성장기재에 탄소 나노튜브를 성장시켜 초정렬 어레이 탄소 나노튜브 어레이를 얻는다. 상기 탄소 나노튜브 어레이는 서로 평행하고 상기 성장기재에 수직으로 성장한 복수개의 탄소 나노튜브로 형성된 순수한 탄소 나노튜브 어레이이다. 즉, 상기한 성장조건의 제어에 의해, 성장한 탄소 나노튜브 어레이 중에 다른 물질(무정형탄소 또는 촉진제의 금속과립)이 거의 존재하지 않는다.
본 발명에 따른 탄소 나노튜브 어레이는, 단일벽 탄소 나노튜브 어레이, 이중벽 탄소 나노튜브 어레이 또는 다중벽 탄소 나노튜브 어레이중의 한 가지 또는 몇 가지이다. 상기 탄소 나노튜브의 직경은 1nm∼50nm이고 길이는 50㎛ 보다 크 다. 상기 탄소 나노튜브의 길이를 100㎛∼900㎛로 하는 것이 바람직하다.
상기한 탄소소스가스로서는 화학적 성질이 비교적 활발한 에틸렌(C2H4), 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2) 등을 사용할 수 있고; 상기한 보호기체로서는 질소(N) 또는 비활성 기체를 사용할 수 있다. 본 실시예에 있어서는, 탄소소스가스로서 아세틸렌을 사용하고 보호기체로서 아르곤(Ar)가스를 사용한다.
상기한 탄소 나노튜브 어레이의 성장방법은, 상기 화학기상증착법에 한정되지 않고, 흑연전극 아크증착법(Arc Deposition), 레이저 증착법(Laser Evaporation) 등을 이용할 수 있다.
2. 다음에, 드로잉 공구로 상기한 탄소 나노튜브 어레이에서 적어도 하나의 탄소 나노튜브 드로잉막을 취출(取出)한다.
상기 탄소 나노튜브 드로잉막의 구체적인 제조방법[(a)∼(b)]은 다음과 같다.
(a) 상기한 초정렬 어레이 탄소 나노튜브 어레이에서 부분적 탄소 나노튜브를 선택한다. 본 실시예에 있어서, 일정한 폭을 갖는 접착용 테이프를 상기 탄소 나노튜브 어레이에 접촉하여 일정한 폭의 복수개의 탄소 나노튜브를 선택한다.
(b) 상기 초정렬 어레이 탄소 나노튜브 어레이의 성장방향에 거의 수직으로 되는 방향을 따라 일정한 속도로 상기 선택한 복수개의 탄소 나노튜브를 드로잉하여 연속적인 탄소 나노튜브 드로잉막을 얻는다.
상기한 드로잉과정에서, 당기는 힘의 작용 하에 상기 복수개의 탄소 나노튜 브는 당기는 힘의 방향을 따라 상기한 성장기재에서 점진적으로 탈리(脫離)된다. 이 때, 탈리된 탄소 나노튜브들의 끝단은 각각 반 데르 발스의 힘에 의해 여타 탄소 나노튜브들의 끝단에 연결되어 균일하고 일정한 폭을 갖는 연속적인 탄소 나노튜브 드로잉막을 형성한다. 상기 탄소 나노튜브 드로잉막은 끝단과 끝단이 연결되고 정향배열된 복수개의 탄소나노튜브를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브 드로잉막의 폭은 상기 초정렬 어레이 탄소 나노튜브 어레이의 사이즈에 관련되며, 상기 탄소 나노튜브 드로잉막의 두께는 상기 초정렬 어레이 탄소 나노튜브 어레이의 높이에 관련된다. 상기 탄소 나노튜브 드로잉막의 구체적인 구조 및 제조방법은 2007년 2월 9일에 출원되고, 2008년 8월 13일에 공개된 중국 공개특허 제CN101239712A호(판 서우싼 등에 의해 발명)를 참조할 수 있다.
3. 다음에, 상기 탄소 나노튜브 드로잉막을 이용하여 탄소 나노튜브구조를 제조한다.
상기 탄소 나노튜브 드로잉막은 직접 탄소 나노튜브구조로 사용될 수 있다.
또한, 상기 탄소 나노튜브구조는 적어도 2층의 탄소 나노튜브 드로잉막을 평행으로 틈없이 가지런이 펼쳐 제조되거나, 적어도 2층의 탄소 나노튜브 드로잉막을 중첩설치하여 제조되거나, 또는 그들의 조합(적어도 2층의 탄소 나노튜브 드로잉막이 평행으로 틈없이 가지런이 펼쳐 제조되는 것과 중첩설치되어 제조되는 것의 조합)에 의해 제조될 수 있다. 상기 복수 층의 탄소 나노튜브구조에 있어서, 탄소 나노튜브 드로잉막의 층수에 대해서는 한정하지 않으며, 서로 인접하는 2층의 탄소 나노튜브 드로잉막에 있어서의 탄소 나노튜브들은 일정한 각(α)을 이룬다. 상기 각(α)의 범위는 0도 보다 크거나 같고 90도 보다 작거나 같으며, 즉 0도≤α≤90도이다.
본 실시예에 있어서, 상기 탄소 나노튜브구조에 대해 유기용제처리를 실시하는 공정을 더 포함한다. 상기 유기용제로서 휘발성 유기용제를 사용하며, 상기 휘발성 유기용제는 에탄올(Ethanol), 아세톤(Acetone), 이염화에테인 (Dichloroethane) 및, 클로로포름(Chloroform) 등 중의 한 가지 또는 몇 가지의 혼합용액에서 선택할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 휘발성 유기용제로서 에탄올을 사용한다. 상기 탄소 나노튜브구조를 유기용제로 처리하는 공정은, 적하관(Dropping tube)으로 상기 유기용제를 상기 탄소 나노튜브구조의 표면에 적하(滴下)시켜 상기 탄소 나노튜브구조를 전면적으로 침투(浸透)시키거나, 또는 상기 탄소 나노튜브구조를 유기용제가 담겨 있는 용기에 투입하여 침투시키는 것이다. 유기용제처리 후의 탄소 나노튜브구조에 있어서, 휘발성 유기용제의 표면장력(Surface Tension)의 작용 하에, 상기 탄소 나노튜브 드로잉막 중의 일부분의 탄소 나노튜브가 한데 모여서 탄소 나노튜브 묶음(Carbon Nanotube Strings)을 형성한다. 이로 인해, 탄소 나노튜브구조는 표면체적비(표면/체적)가 작고, 점착성이 없으며, 또 우수한 기계적 강도 및 인성(Toughness)을 가진다.
제조방법 B
탄소 나노튜브 선상구조를 채용한 탄소 나노튜브구조의 제조방법[1∼2]
1. 우선, 적어도 하나의 탄소 나노튜브선을 제조한다.
상기 탄소 나노튜브 선상구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브선을 포함한다. 상기 탄소 나노튜브선은 끝단과 끝단이 서로 연결되며 그 선의 축방향(길이방향)에 따라 우선방위로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 구체적으로 말하면, 상기 탄소 나노튜브선 중의 탄소 나노튜브들은 그 선의 축방향에 따라 평행으로 배열 또는 나선형태로 배열된다. 상기 탄소 나노튜브선 중의 탄소 나노튜브들은 반 데르 발스의 힘에 의해 긴밀히 연결된다. 도 13을 참조하면, 상기 탄소 나노튜브선 중의 탄소 나노튜브들은 그 선의 축방향에 따라 평행으로 배열되고, 도 14를 참조하면, 상기 탄소 나노튜브선 중의 탄소 나노튜브들은 그 선의 축방향에 따라 나선형태로 배열된다.
상기 탄소 나노튜브선의 제조방법에 있어서, 상기한 초정렬 어레이 탄소 나노튜브 어레이에서 비교적 좁은 폭의 탄소 나노튜브를 선택한 후, 드로잉 공구로 상기 선택된 탄소 나노튜브를 당겨 내고, 유기용제로 처리하여 상기 탄소 나노튜브선을 얻는다.
상기 탄소 나노튜브선의 제조방법에, 상기 탄소 나노튜브 선상구조 또는 탄소 나노튜브 드로잉막에 대해 기계적 외력으로 비트는 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 탄소 나노튜브선의 구체적인 구조 및 제조방법은 2002년 9월 16일에 출원되고, 2008년 8월 20일에 등록된 중국 등록특허 제CN100411979C호(판 서우싼 등에 의해 발명) 및, 2005년 12월 16일에 출원되고, 2007년 6월 20일에 공개된 중국 공개특허 제CN1982209A호(판 서우싼 등에 의해 발명)를 참조할 수 있다.
2. 다음에, 상기 탄소 나노튜브선을 이용하여 탄소 나노튜브 선상구조를 제조한다.
복수개의 탄소 나노튜브선을 평행으로 긴밀히 설치하여 묶음형태의 탄소 나노튜브 선상구조를 얻을 수 있다. 또한, 상기 묶음형태의 탄소 나노튜브 선상구조를 기계적 외력으로 비틀어 비틀림형태의 탄소 나노튜브 선상구조를 얻을 수 있다. 상기 탄소 나노튜브구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브 선상구조를 포함한다.
제조방법 C
탄소 나노튜브 프레스막을 채용한 탄소 나노튜브구조의 제조방법[1∼2]
1. 우선, 탄소 나노튜브 어레이가 성장하는 성장기재를 제공한다. 상기 어레이는 탄소 나노튜브가 정향배열된 탄소 나노튜브 어레이이다.
상기 탄소 나노튜브 어레이가 초정렬 어레이 탄소 나노튜브 어레이인 것이 바람직하다. 그 탄소 나노튜브 어레이의 제조방법은 상기한 제조방법과 같다.
2. 다음에, 프레스장치로 상기 탄소 나노튜브 어레이를 프레스하여 탄소 나노튜브 프레스막을 제조한다.
상기 탄소 나노튜브 프레스막의 구체적인 제조공정은 다음과 같다.
프레스장치로 상기 탄소 나노튜브 어레이에 일정한 압력을 가한다. 상기 압력을 가하는 과정에 있어서, 상기 탄소 나노튜브 어레이는 그 압력의 작용 하에 상기 성장기재로부터 분리되어 복수개의 탄소 나노튜브로 구성된 자아지지 능력을 가지는 탄소 나노튜브 프레스막을 형성한다. 상기 복수개의 탄소 나노튜브는 상기 탄소 나노튜브 프레스막의 표면에 기본적으로 평행으로 된다.
상기 프레스장치로서는 표면이 매끈한 압력헤드(Pressure Head)를 사용할 수 있다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막 중의 탄소 나노튜브의 배열방식은 상기 압력헤 드의 형상과 상기 압력헤드의 프레스방향에 의해 결정된다. 구체적으로 말하면, 평면 압력헤드를 사용하여 탄소 나노튜브어레이가 성장되어 있는 성장기재에 수직한 방향으로 프레스하면, 복수개의 탄소 나노튜브가 등방적으로 배열되어 있는 탄소 나노튜브 프레스막을 얻을 수 있다.
또, 롤러 압력헤드를 사용하여 어떤 고정된 방향을 따라 프레스하면, 복수개의 탄소 나노튜브가 그 고정된 방향을 따라 정향배열되어 있는 탄소 나노튜브 프레스막을 얻을 수 있다.
또, 롤러 압력헤드를 사용하여 다른 방향을 따라 프레스하면, 복수개의 탄소 나노튜브가 그 다른 방향을 따라 정향배열되어 있는 탄소 나노튜브 프레스막을 얻을 수 있다.
탄소 나노튜브 어레이에 대해 상기한 다른 방식으로 프레스하면, 탄소 나노튜브들이 압력의 작용 하에 기울어지고 또 서로 인접하는 탄소 나노튜들이 반 데르 발스의 힘의 흡인에 의해 서로 연결되는 탄소 나노튜브 프레스막을 얻을 수 있다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막은 복수개의 탄소나노튜브들에 의해 형성되는 자아지지 능력을 가진다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막 중의 복수개의 탄소나노튜브는 탄소 나노튜브 프레스막의 표면과 일정한 각(α)을 이룬다. 그 각(α)의 범위는 0도 보다 크거나 같고 15도 보다 작거나 같으며, 즉 0도≤α≤15도이다. 프레스방식의 다름에 근거하여, 탄소 나노튜브 프레스막 중의 탄소 나노튜브들은 어떤 고정된 방향(도 10 참조) 또는 다른 방향(도 11 참조)을 따라 우선방위로 배열된다. 또한, 탄소 나노튜브 어레이는 프레스하는 압력의 작용 하에 상기 성장기재로부터 탈리된다. 이에 인해, 상기 탄소 나노튜브 프레스막을 상기 성장기재로부터 용이하게 분리할 수 있다.
본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 탄소 나노튜브 어레이의 기우는 정도(경사각)가 프레스하는 압력에 의해 결정된다는 것을 알 수 있다. 예컨대, 압력이 클수록 경사각이 크다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막의 두께는 탄소 나노튜브 어레이의 높이 및 프레스하는 압력에 의해 결정된다는 것을 알수 있다. 예컨대, 탄소 나노튜브 어레이의 높이가 크고 프레스하는 압력이 작을수록 탄소 나노튜브 프레스막의 두께는 두꺼워지고, 탄소 나노튜브 어레이의 높이가 작고 프레스하는 압력이 클수록 탄소 나노튜브 프레스막의 두께는 얇아진다. 또, 탄소 나노튜브 프레스막의 폭은 상기 성장기재의 사이즈에 의해 결정되며, 길이는 실제수요에 따라 결정할 수 있다는 것도 알 수 있다. 본 실시예에 있어서의 탄소 나노튜브 프레스막의 두께는 1㎛∼2mm이다.
상기 탄소 나노튜브 프레스막은 동일한 방향 또는 다른 방향을 따라 우선방위로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브들은 반 데르 발스의 힘에 의해 서로 흡인되어 결합되기 때문에 상기 탄소 나노튜브 프레스막은 우수한 인성을 가진다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막 중의 탄소 나노튜브들은 균일하게 분포되며 규칙적으로 배열되어 있다.
탄소 나노튜브 프레스막이 일정한 두께를 가지기 때문에 상기 탄소 나노튜브 프레스막을 직접 탄소나노튜브구조로서 사용할 수 있다. 상기 탄소 나노튜브 프레스막의 두께는 탄소 나노튜브 어레이의 높이 및 프레스하는 압력에 의해 결정된다.
상기 탄소 나노튜브 프레스막의 구체적인 구조 및 제조방법은 2007년 6월 1일에 출원되고, 2008년 12월 3일에 공개된 중국 공개특허 제CN101314464A호(판 서우싼 등에 의해 발명)를 참조할 수 있다.
제조방법 D
탄소 나노튜브 면모구조막을 채용한 탄소 나노튜브구조의 제조방법[1∼2]
1. 우선, 탄소 나노튜브 원료를 제공한다.
상기 탄소 나노튜브 원료는 화학 기상 증착법, 흑연전극 아크증착법, 레이저 증착법 등에 의해 제조되는 탄소 나노튜브일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 탄소 나노튜브 원료로서는 탄소 나노튜브 어레이가 정향배열되어 있는 기재로부터 나이프(Knife) 또는 여타 도구로 긁어내 얻은 탄소 나노튜브인 것이다. 상기 탄소 나노튜브 원료 중의 탄소 나노튜브의 길이가 100㎛ 보다 큰 것이 바람직하다.
2. 다음에, 상기 탄소 나노튜브 원료를 1종 용제 중에 넣고 면모화처리를 실시하여 면모상 탄소 나노튜브를 얻는다. 그 후, 상기 면모상 탄소 나노튜브를 상기 용제로부터 분리하고, 정형처리(모양내기)를 실시하여 탄소 나노튜브 면모구조막을 형성한다.
본 실시예에 있어서, 상기 용제로서는 물 또는 휘발성 유기용제를 사용한다. 면모화처리로는 초음파 분산처리 또는 고강도 교반처리 등이 있다. 초음파 분산처리를 약 10분∼30분 동안 진행하는 것이 바람직하다. 상기 탄소 나노튜브가 매우 큰 비표면적(Specific Surface Area)을 가지기 때문에, 상기 서로 뒤엉킨 탄소 나 노튜브들 사이에 비교적 큰 반 데르 발스의 힘이 존재한다. 상기 면모화처리에 있어서, 상기 탄소 나노튜브 원료 중의 탄소 나노튜브들이 용제 중에서 완전히 분산되지 않고 반 데르 발스의 힘에 의해 흡인되고 뒤엉켜서 망상구조를 이룬다.
상기 면모상 탄소 나노튜브의 분리에 있어서, 상기 면모상 탄소 나노튜브가 들어 있는 용제를 여과용 깔대기에 부은 후, 일정한 시간을 정치(靜置)하고 건조시켜 상기 면모상 탄소 나노튜브를 상기 용제로부터 분리한다. 상기 분리된 면모상 탄소 나노튜브는 도 17을 참조할 수 있다.
상기 정형처리에 있어서, 상기 면모상 탄소 나노튜브를 용기 내에 재치하고, 원하는 형상에 근거하여 상기 면모상 탄소 나노튜브를 고루 펼쳐 놓고, 상기 고루 펼쳐진 면모상 탄소 나노튜브에 일정한 압력을 가한 후, 상기 면모상 탄소 나노튜브 중에 잔류되어 있는 용제를 건조시켜 탄소 나노튜브 면모구조막을 얻는다. 상기한 건조에는, 가열에 의한 건조 또는 용제의 자연적 휘발에 의한 건조가 포함된다.
본 발명에 따른 탄소 나노튜브 면모구조막의 두께 및 면밀도(面密度)는, 면모상 탄소 나노튜브의 펼쳐진 면적에 의해 결정된다. 즉, 면모상 탄소 나노튜브의 펼쳐진 면적이 클수록 상기 탄소 나노튜브 면모구조막의 두께 및 면밀도는 작아진다. 본 실시예에 있어서의 탄소 나노튜브 면모구조막의 두께는 1㎛∼2mm이다.
또한, 상기 면모상 탄소 나노튜브에 대한 분리처리와 정형처리는 직접 감압여과(흡인여과)에 의해 실현될 수 있다. 구체적인 절차는 다음과 같다.
(a) 우선, 미세공 여과막 및 감압여과용 깔대기를 제공한다.
(b) 다음에, 상기 면모상 탄소 나노튜브가 들어 있는 용제를 상기 미세공 여과막을 통해 상기 감압여과용 깔대기 내에 부어 넣는다.
(c) 최후로, 감압하고 건조하여 면모구조막을 얻는다.
상기 미세공 여과막은 한쪽 면이 매끈하고 공경(孔徑)이 0.22㎛인 여과막이다. 상기한 감압여과에 있어서, 감압여과 자신이 비교적 큰 대기압을 제공한다. 여과 중에 있어서, 상기 비교적 큰 대기압이 면모상 탄소 나노튜브에 작용하기 때문에, 탄소 나노튜브의 분포가 균일한 탄소 나노튜브 면모구조막을 직접 얻을수 있다. 또한, 상기 미세공 여과막의 한쪽 면이 매끈하기 때문에, 상기 탄소 나노튜브 면모구조막이 상기 미세공 여과막으로부터 용이하게 분리될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 나노튜브 면모구조막에는 서로 뒤엉킨 복수개의 탄소 나노튜브를 포함한다. 상기 탄소 나노튜브들은 반 데르 발스의 힘에 의해 서로 흡인되고 뒤엉켜 망상구조를 이루기 때문에 상기 탄소 나노튜브 면모구조막은 우수한 인성을 가진다. 상기 탄소 나노튜브 면모구조막 중의 탄소 나노튜브들은 등방성을 가지고 분포가 균일하며 무질서하게 배열되어 있다.
상기 탄소 나노튜브 면모구조막이 일정한 두께를 가지기 때문에 직접 탄소 나노튜브구조로 사용할 수 있으며, 그 두께는 상기 면모상 탄소 나노튜브의 펼쳐진 면적 및 감압여과에 있어서의 압력에 의해 결정된다.
상기 탄소 나노튜브 면모구조막의 구체적인 구조 및 제조방법은 2007년 4월 13일에 출원되고, 2008년 10월 15일에 공개된 중국 공개특허 제CN101284662A호(판 서우싼 등에 의해 발명)를 참조할 수 있다.
단계 4
상기 반사층(210)의 표면에 상기 탄소 나노튜브구조를 설치하여 상기 반사층(210)의 표면에 가열소자(204)를 형성한다.
상기 탄소 나노튜브구조 자신이 점착성을 가지기 때문에, 상기 탄소 나노튜브구조를 상기 반사층(210)의 표면을 휘감거나 감싸는 형식으로 상기 반사층(210)의 표면에 직접 설치할 수 있다. 또는 점착제를 통해 상기 반사층(210)의 표면에 고정설치할 수 있다. 점착제로서는 실리카겔을 채용한다. 또한, 상기 선형 가열장치(20)가 반사층(210)을 구비하지 않는 경우, 상기 탄소 나노튜브구조를 상기 선형 지지체(202)의 표면을 휘감거나 감싸는 형식으로 상기 선형 지지체(202)의 표면에 설치할 수 있다.
상기 탄소 나노튜브구조의 설치방식은 상기 탄소 나노튜브구조의 구체적인 구조에 의해 결정된다.
상기 탄소 나노튜브구조가 탄소 나노튜브 드로잉막 또는 탄소 나노튜브 프레스막을 포함하며, 상기 탄소 나노튜브 프레스막 중의 탄소 나노튜브들이 동일한 방향 또는 다른 방향을 따라 우선방위로 배열된 경우, 상기 탄소 나노튜브구조 중의 탄소 나노튜브가 상기 선형 지지체(202)의 일단으로부터 타단으로 뻗도록 설치한다.
상기 탄소 나노튜브구조가 탄소 나노튜브 면모구조막 또는 탄소 나노튜브 프레스막을 포함하며, 상기 탄소 나노튜브 프레스막 중의 탄소 나노튜브들이 등방적으로 배열된 경우, 상기 탄소 나노튜브구조의 설치방식에 대해서는 한정하지 않는 다.
상기 탄소 나노튜브구조가 한 가닥의 탄소 나노튜브 선상구조를 포함하는 경우, 상기 탄소 나노튜브구조는 상기 선형 지지체(202)의 표면을 휘감는 형식으로 상기 선형 지지체(202)의 표면에 설치된다.
상기 탄소 나노튜브구조가 복수개의 탄소 나노튜브 선상구조를 포함하는 경우, 상기 탄소 나노튜브구조 중의 복수개의 탄소 나노튜브 선상구조는 상기 선형 지지체(202)의 표면에 평행 또는 교차의 형식으로 설치된다. 또한, 상기 복수개의 탄소 나노튜브 선상구조가 평행으로 상기 선형 지지체(202)의 표면에 설치되는 경우, 상기 복수개의 탄소 나노튜브 선상구조는 상기 선형 지지체(202)의 길이방향을 따라 평행설치된다.
본 실시예에 있어서, 상기 탄소 나노튜브구조는 100층의 탄소 나노튜브 드로잉막이 중첩 및 교차 설치되어 형성되며, 서로 인접된 2층의 탄소 나노튜브 드로잉막 중의 탄소 나노튜브들의 교차각이 90도인 것이 바람직하다. 상기 탄소 나노튜브구조에 있어서, 길이는 5cm이고, 폭은 3cm이며, 두께는 50㎛이다. 상기 탄소 나노튜브구조 자신의 점착성을 이용하여 상기 탄소 나노튜브구조는 상기 반사층(210)의 표면을 감싸는 형식으로 상기 반사층(210)의 표면에 설치된다.
단계 5
2개의 전극(206)을 간격이 있게 설치하는 한편 상기 탄소 나노튜브구조에 전기접속시킨다.
상기 2개의 전극(206)의 설치방식은 상기 탄소 나노튜브구조에 관련된다. 상기 탄소 나노튜브구조 중의 일부분의 탄소 나노튜브가 하나의 전극(206)으로부터 다른 하나의 전극(206)으로 뻗는 것을 확보하여야 한다.
상기 2개의 전극(206)은 상기 탄소 나노튜브구조의 동일한 표면 또는 다른 표면에 설치되며, 상기 탄소 나노튜브구조의 표면을 둘러 설치된다. 상기 2개의 전극(206)은 일정한 간격으로 떨어지게 설치되므로, 상기 2개의 전극 사이의 탄소 나노튜브구조를 사용한 가열소자(204)에 일정한 저항치가 존재한다. 상기 가열소자(204)에 전압을 인가하여 열을 방출할 경우, 상기 일정한 저항은 상기 2개의 전극(206)이 단락되는 것을 방지할 수 있다. 상기 탄소 나노튜브구조는 자신이 우수한 점착성과 도전성을 가지고 있기 때문에, 상기 전극(206)과 상기 탄소 나노튜브구조의 전기접속은 매우 좋다.
상기 전극(206)은 도전성 박막, 금속편 또는 금속 도입선일 수 있다. 상기 도전성 박막의 재료는 금속, 합금, 인듐 주석 산화물(ITO), 안티몬 주석 산화물(ATO), 도전성 은페이스트(Conductive Silver Paste), 도전성 폴리머 등일 수 있다. 상기 도전성 박막은 물리 기상 증착법, 화학 기상 증착법 또는 여타 형식에 의해 상기 탄소 나노튜브구조의 표면에 형성될 수 있다. 상기 금속편 또는 금속 도입선의 재료로서는 동(Cu) 또는 알루미늄(Al)일 수 있다. 상기 금속편 또는 금속 도입선은 도전성 점착제에 의해 상기 탄소 나노튜브구조의 표면에 고정 설치될 수 있다.
상기 전극(206)은 탄소 나노튜브구조로 구성될 수도 있다. 상기 탄소 나노튜브구조는 자신의 점착성 또는 도전성 점착제를 통해 상기한 탄소 나노튜브구조 [가열소자(204)에 있어서의 탄소 나노튜브구조]의 표면에 고정 설치될 수 있다. 상기 탄소 나노튜브구조는 정향배열되며 균일하게 분포된 복수개의 금속성 탄소 나노튜브를 포함한다. 구체적으로 말하면, 탄소 나노튜브구조는 적어도 하나의 탄소 나노튜브 드로잉막, 적어도 하나의 탄소 나노튜브 선상구조 또는 그들의 조합을 포함한다.
본 실시예에 있어서, 2개의 탄소 나노튜브 드로잉막을 상기 선형 지지체(202)의 길이방향의 양단에 각각 설치하여 전극(206)으로 하는 것이 바람직하다. 상기 탄소 나노튜브 드로잉막은 상기 가열소자(204)의 내표면에 상기 선형 지지체(202)를 감는 형태로 설치되며 도전성 점착제를 통해 상기 가열소자(204)에 전기접속된다. 상기 도전성 점착제로서 은페이스트를 사용한다. 본 실시예에 있어서, 상기 탄소 나노튜브구조[전극(206)에 있어서의 탄소나노튜브구조] 및 가열소자(204)가 모두 탄소 나노튜브 드로잉막을 채용하기 때문에, 상기 전극(206)과 상기 가열소자(204) 사이는 비교적 작은 오믹 접합(ohmic contact)의 저항치를 갖는다. 따라서, 선형 가열장치(20)의 전기 에너지에 대한 이용율을 향상시킨다.
단계 6
상기 탄소 나노튜브구조의 외표면 및 상기 2개의 전극(206)을 피복하도록 절연보호층을 설치하여 선형 가열장치(20)를 형성한다.
상기 절연보호층(208)의 재료로서 고무, 수지등과 같은 절연성 재료를 사용한다. 상기 절연보호층(208)의 두께에 대해서는 한정하지 않으며, 실제 수요에 따라 설정할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 절연보호층(208)의 재료로서 고무 를 사용하며, 그 두께는 0.5mm∼2mm이다. 상기 절연보호층(208)은 도포 또는 감싸는 형식으로 상기 가열소자(204)의 표면에 형성된다. 상기 절연보호층(208)은 상기 선형 가열장치(20)를 사용할 경우, 외계와 전기접촉되는 것을 방지하는 한편 외계의 잡스러운 물질이 상기 가열소자(204) 중의 탄소 나노튜브구조에 부착되는 것을 방지한다. 또한, 상기 선형 가열장치(20)에 있어서의 절연보호층(208)을 생략할 수 있기 때문에, 상기 선형 가열장치(20)의 제조방법에 있어서의 단계 6도 생략할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 선형 가열장치의 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 선형 가열장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 III-III선에 따른 선형 가열장치의 종단면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선에 따른 선형 가열장치의 횡단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 선형 가열장치에 있어서 하나의 탄소 나노튜브 선상구조가 선형 지지체에 설치된 표시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 선형 가열장치에 있어서 복수개의 탄소 나노튜브 선상구조가 선형 지지체에 평행설치된 표시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 선형 가열장치에 있어서 복수개의 탄소 나노튜브 선상구조가 편직상태로 선형 지지체에 설치된 표시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 선형 가열장치에 있어서의 탄소 나노튜브 드로잉막의 전자현미경 사진이다.
도 9는 도 8의 탄소 나노튜브 드로잉막에 있어서의 탄소 나노튜브 단편의 구조도이다.
도 10은 본 발명에 따른 선형 가열장치에 있어서의 탄소 나노튜브가 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열된 탄소 나노튜브 프레스막의 전자현미경 사진이다.
도 11은 본 발명에 따른 선형 가열장치에 있어서의 탄소 나노튜브가 다른 방향을 따라 우선방위로 배열된 탄소 나노튜브 프레스막의 전자현미경 사진이다.
도 12는 본 발명에 따른 선형 가열장치에 있어서의 탄소 나노튜브 면모구조 막의 전자현미경 사진이다.
도 13은 본 발명에 따른 선형 가열장치에 있어서의 묶음형태 탄소 나노튜브 선상구조의 전자현미경 사진이다.
도 14는 본 발명에 따른 선형 가열장치에 있어서의 비틀림형태 탄소 나노튜브 선상구조의 전자현미경 사진이다.
도 15는 본 발명에 따른 선형 가열장치의 표면온도와 가열파워의 관계도이다.
도 16은 본 발명에 따른 선형 가열장치의 제조방법의 흐름도이다.
도 17은 본 발명에 따른 선형 가열장치의 제조에 있어서의 탄소 나노튜브 면모구조의 사진이다.
도면부호 설명
20 --- 선형 가열장치 202 --- 선형 지지체
204 --- 가열소자 206 --- 전극
208 --- 절연보호층 210 --- 반사층
143 --- 탄소 나노튜브단편 145 --- 탄소 나노튜브
Claims (16)
- 선형 지지체와,상기 선형 지지체의 표면에 설치되며 탄소 나노튜브구조를 포함하는 가열소자 및,간격을 두고 설치되며 상기 가열소자에 각각 전기접속되는 2개의 전극을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 선형 가열장치.
- 제1항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브구조가 적어도 하나의 탄소 나노튜브막, 적어도 하나의 탄소 나노튜브 선상구조 또는 그들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 가열장치.
- 제2항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브막이 서로 평행되고, 상기 탄소 나노튜브막 표면에 평행되는 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 가열장치.
- 제3항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브막은 끝단과 끝단이 반 데르 발스의 힘 에 의해 연결되고, 동일한 방향을 따라 우선방위로 배열되는 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 가열장치.
- 제2항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브막이 뒤엉킨 상태로 반 데르 발스의 힘에 의해 연결된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 가열장치.
- 제2항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브막이 동일한 방향 또는 다른 방향을 따라 우선방위로 배열되는 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 가열장치.
- 제2항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브 선상구조가 적어도 하나의 묶음형태 탄소나노튜브 선상구조, 비틀림형태 탄소 나노튜브 선상구조 또는 그들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 가열장치.
- 제7항에 있어서, 상기 묶음형태 탄소 나노튜브 선상구조는 그 선상구조의 축 방향을 따라 서로 평행되게 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하고,상기 비틀림형태 탄소 나노튜브 선상구조는 그 선상구조의 축방향을 따라 나선형태로 배열된 복수개의 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 가열장치.
- 제1항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브구조의 단위면적 열용량이 2×10-4 J/cm2·K 보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 선형 가열장치.
- 제1항에 있어서, 상기 2개의 전극이 간격을 두고 상기 가열소자의 표면에 설치되며 상기 선형 지지체의 양단에 위치하는 것을 특징으로 하는 선형 가열장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전극이 도전성 박막, 금속편, 금속 도입선 또는 탄소 나노튜브막인 것을 특징으로 하는 선형 가열장치.
- 제1항에 있어서, 상기 선형 가열장치가 상기 가열소자의 외표면에 설치되는 절연보호층을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 선형 가열장치.
- 제1항에 있어서, 상기 선형 가열장치가 상기 가열소자와 상기 선형 지지체 사이에 설치되는 반사층을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 선형 가열장치.
- 선형 가열장치의 제조방법에 있어서,선형 지지체를 제공하는 단계와,탄소 나노튜브구조를 제조하는 단계와,상기 탄소 나노튜브구조를 가열소자로서 상기 선형 지지체의 표면에 설치하는 단계 및,2개의 전극을 간격이 있도록 설치하는 한편, 상기 탄소 나노튜브구조에 각각 전기접속시키는 단계를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 선형 가열장치의 제조방법.
- 제14항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브구조로 상기 선형 지지체의 표면을 휘감거나 감싸는 형식으로 상기 탄소 나노튜브구조를 상기 선형 지지체의 표면에 설치하는 것을 특징으로 하는 선형 가열장치의 제조방법.
- 제14항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브구조 자신의 점착성 또는 도전성 점착제를 통해 상기 탄소 나노튜브구조를 상기 선형 지지체의 표면에 설치하는 것을 특징으로 하는 선형 가열장치의 제조방법.
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2009
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| EP2136603A2 (en) | 2009-12-23 |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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| AMND | Amendment | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| B601 | Maintenance of original decision after re-examination before a trial | ||
| J301 | Trial decision |
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