KR20100134479A - 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말 및 그의 제조 방법 - Google Patents

금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR20100134479A
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박영수
안계혁
박상희
허몽영
김형열
문호준
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전자부품연구원
재단법인 전주기계탄소기술원
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Abstract

본 발명은 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 분말 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 탄소나노튜브/금속 복합체 제조에 있어 탄소나노튜브와 금속 사이의 혼용성을 높이기 위해서 탄소나노튜브 표면에 금속나노입자를 코팅하기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 탄소나노튜브를 강산으로 처리하고, 강산처리된 탄소나노튜브를 금속아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 용액과 혼합한다. 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 혼합물을 필터링한 후 건조하여 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 분말을 획득한다. 그리고 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 분말을 비산화분위기의 반응로에서 열처리하여 금속아세틸아세토네이트를 분해하고 탄소나노튜브의 표면에 금속나노입자를 코팅함으로써, 본 발명에 따른 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말을 얻을 수 있다.
탄소나노튜브, 코팅, 금속, 금속아세틸아세토네이트, 금속나노입자

Description

금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말 및 그의 제조 방법{CNT powder coated metal nano particles and manufacturing method of thereof}
본 발명은 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 분말 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브/금속 복합체 제조에 있어 탄소나노튜브와 금속 사이의 혼용성을 높이기 위해서 탄소나노튜브 표면에 금속나노입자를 코팅한 탄소나노튜브 분말 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
탄소나노튜브는 흑연면(graphene sheet)이 이음매 없이 말려 튜브모양의 형상을 이루고 있다. 이 튜브가 하나일 경우를 단일벽 탄소나노튜브(Single Walled Carbon Nanotube, SWCNT)라 하고, 2개 이상의 튜브가 말려 있을 경우를 다중벽 탄소나노튜브(Multi-Walled Carbon Nanotube, MWCNT)라 한다. 탄소나노튜브의 직경은 단일벽 탄소나노튜브의 경우, 그 직경 0.2~100nm 정도이며, 그 길이가 수 마이크로미터에서 수백 마이크로미터까지이며, 직경 대비 길이비(aspect ratio)가 500 이상으로 길다. 탄소나노튜브는 500∼1500 GPa 정도의 탄성률과 5∼50 GPa 정도의 강도로 우수한 기계적 특성과 10-4Ω 정도로 구리와 유사한 전기적 전도성, 그리고 2000∼6000 W/m ㅇK의 매우 높은 열전도성을 갖는다.
이와 같은 탄소나노튜브의 우수한 기계적 물성을 이용하기 위해, 탄소나노튜브강화폴리머복합체, 탄소나노튜브강화세라믹복합체, 탄소나노튜브강화금속복합체에 대한 제조연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 중에서 폴리머복합체의 경우는 탄소나노튜브와 혼용이 쉽게 이루어지고 있다. 하지만 탄소나노튜브강화금속복합체와 같은 탄소나노튜브/금속 복합체의 경우, 탄소나노튜브의 밀도가 단일벽탄소나노튜브의 경우, 0.8~1.2g/cc, 다중벽탄소나노튜브의 경우 1.4~1.8g/cc로, 대체로 사용하고 있는 구리, 니켈, 철, 타이타늄, 알루미늄에 비해 매우 낮다.
이러한 이유로, 금속용탕을 이용하여 탄소나노튜브/금속 복합체의 제조에 있어서, 탄소나노튜브와 금속과의 현저한 비중의 차이로 인해, 대체로 탄소나노튜브가 금속의 위로 떠올라 금속과의 혼용이 어려워 탄소나노튜브/금속 복합체의 공정상 문제를 가지고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브와 금속 사이의 혼용성을 높일 수 있는 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 탄소나노튜브/금속 복합체에 사용되는 금속과 유사한 정도의 밀도 및 친화력이 있는 금속을 탄소나노튜브 표면에 코팅함으로써, 금속복합체 내의 분산성 및 결합성을 높일 수 있는 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄소나노튜브를 강산으로 처리하는 강산처리 단계, 상기 강산처리된 탄소나노튜브를 금속아세틸아세토네이트(metal acetylacetonate) 용액과 혼합하는 혼합 단계, 상기 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 혼합물을 필터링한 후 건조하여 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 분말을 획득하는 획득 단계, 상기 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 분말을 비산화분위기의 반응로에서 열처리하여 금속아세틸아세토네이트를 분해하고 탄소나노튜브의 표면에 금속나노입자를 코팅하는 코팅 단계를 포함하는 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 강산처리 단계는 상기 탄소나노튜브를 염산, 질산, 또는 황산 중에 하나로 처리하여 상기 탄소나노튜브의 표면에 카 복실기, 카보닐기 및 하이드록실기를 부착한다. 이때 상기 강산은 산의 양이 30 중량비 이상이고, 상기 강산 대비 탄소나노튜브를 0.1~20 중량비로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 혼합 단계에서 상기 금속아세틸아세토네이트 용액의 금속아세틸아세토네이트는 철아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트, 구리아세틸아세토네이트, 망간아세틸아세토네이트, 알루미늄아세틸아세토네이트, 칼슘아세틸아세토네이트, 바나듐아세틸아세토네이트, 팔라듐아세틸아세토네이트, 아연 아세틸아세토네이트, 이리듐아세틸아세토네이트, 타이타늄아세틸아세토네이트, 주석아세틸아세토네이트, 마그네슘아세틸아세토네이트, 코발트 아세틸아세토네이트 또는 이들의 혼합종 중에 하나이다.
상기 금속아세틸아세토네이트 용액의 용매는 물, 알콘, 아세톤, 에탄올, 메탄올, 디메틸포름아마이드, 톨루엔, 테트라하이드로퓨란, 노말헥산, DMSO(demethyl sulfoxide) 또는 이들의 혼합종 중에 하나이다.
본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 획득 단계에서 건조는 50∼150℃에서 진행할 수 있다.
본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 코팅 단계에서 열처리는 100∼800℃에서 진행할 수 있다. 상기 코팅 단계에서 비산화분위기에 사용되는 가스는 수소의 환원성 가스, 비활성가스 및 탄화수소 가스를 포함한다. 상기 수소의 환원성 가스는 수소, 암모니아 또는 에틸렌 중에 적어도 하나를 포함한다. 상기 비활성가스는 아르곤, 질소 또는 헬륨 중에 적어도 하나를 포함한다. 상기 탄화수소 가스는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 또는 펜탄 중에 적어도 하나를 포함한다.
본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 코팅 단계에서 상기 반응로에 열, 빛, 전자파를 인가하여 열기상화학증착법(thermal chemical vapor deposition), 유동층법(fluidized bed reactor) 또는 로타리킬른(rotary kylin)으로 상기 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트를 분해할 수 있는 비산화분위기를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 강산처리 단계에서 상기 탄소나노튜브는 SWCNT, DWCNT, MWCNT, 기능화된 SWCNT, 기능화된 DWCNT, 기능화된 MWCNT, 정제된 SWCNT, 정제된 DWCNT 또는 정제된 MWCNT 중에 하나 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
그리고 본 발명은 또한 전술된 제조 방법으로 제조된 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말을 제공한다.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브 표면에 다른 금속 또는 같은 금속과 혼용이 가능한 금속나노입자를 코팅함으로써, 탄소나노튜브 분말의 밀도를 높이고, 금속복합체 내에서의 탄소나노튜브의 젖임성을 높일 수 있다. 이와 같은 금속나노입자를 탄소나노튜브 표면에 코팅함으로써, 탄소나노튜브/금속 복합체의 제조가 가능하다. 또한 탄소나노튜브의 표면에 코팅된 금속에 따라, 가스센서, 디스플레이, 투명전도성필름 등으로 활용할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브를 강산으로 처리하는 강산처리 단계(S51), 강산처리된 탄소나노튜브를 금속아세틸아세토네이트 용액과 혼합하는 혼합 단계(S53), 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 혼합물을 필터링한 후 건조하여 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 분말을 획득하는 획득 단계(S55), 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 분말을 비산화분위기의 반응로에서 열처리하여 금속아세틸아세토네이트를 분해하고 탄소나노튜브의 표면에 금속나노입자를 코팅하는 코팅 단계(S57)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 탄소나노튜브 표면에 금속입자를 코팅함으로써, 탄소나노튜브 분말의 밀도를 높이고, 금속 복합체 내에서의 탄소나노튜브의 젖임성을 높일 수 있는 탄소나노튜브/금속 복합체를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 제조 방법은 탄소나노튜브 표면을 변화시켜 금속나노입자의 흡착을 용이하게 하는 탄소나노튜브 분말을 강산으로 처리하는 단계로부터 시작된다(S51). 즉 S51단계에서 탄소나노튜브를 염산, 질산, 또는 황산 중에 하나로 처리하여 탄소나노튜브의 표면에 카복실기, 카보닐기 및 하이드록실기를 부착한다.
여기서 탄소나노튜브는 SWCNT, 이중벽 탄소나노튜브(double-walled carbon nanotube, DWCNT), MWCNT, 기능화된 SWCNT, 기능화된 DWCNT, 기능화된 MWCNT, 정제된 SWCNT, 정제된 DWCNT 또는 정제된 MWCNT 중에 하나 또는 이들의 혼합물
강산은 염산, 질산, 황산으로, 용액 중 산의 양이 30 중량비 이상인 산 용액을 사용할 수 있다. 강산 대비 탄소나노튜브를 0.1∼20 중량비로 사용하는 것이 바람직하다. 이는 탄소나노튜브가 20 중량비 이상인 경우, 탄소나노튜브가 얽혀 이루는 부피가 용액보다 커 모두 강산을 분말 내로 흡수하게 되며, 0.1 이하의 경우, 강산의 사용효율을 낮게 하기 때문이다.
다음으로 강산처리한 탄소나노튜브를 미리 제조한 금속아세틸아세토네이트 용액과 혼합한다(S53). 금속아세틸아세토네이트는 이후의 처리 과정에서 금속나노입자를 형성되는 물질로서, 코팅하고자 하는 금속의 종류 예컨대, 철(iron), 니켈(nickel), 구리(copper), 망간(manganese), 알루미늄(aluminium), 칼슘(calcium), 바나듐(vanadium), 팔라듐(paladium), 아연(zinc), 마그네슘(magnesium), 타이타늄(titanium), 주석(tin), 코발트(cobalt) 등에 따라 다양한 금속아세틸아세토네이트가 사용될 수 있다. 즉 금속아세틸아세토네이트는 철아세틸아세토네이트(iron acetylacetonate), 니켈아세틸아세토네이트(nickel acetylacetonate), 구리아세틸아세토네이트(copper acetylacetonate), 망간아세틸아세토네이트(manganese acetylacetonate), 알루미늄아세틸아세토네이트(aluminium acetylacetonate), 칼슘아세틸아세토네이트(calcium acetylacetonate), 바나듐아세틸아세토네이트(vanadium acetylacetonate), 팔라듐아세틸아세토네이트(paladium acetylacetonate), 아연 아세틸아세토네이트(zinc acetylacetonate), 타이타늄아세틸아세토네이트(tatanium acetylacetonate), 주석아세틸아세토네이트(tin acetylacetonate), 코발트 아세틸아세토네이트 (cobalt acetylacetonate) 등이다.
또한 탄소나노튜브 표면에 보다 좋은 코팅을 위해서 여러 가지 금속아세틸아세토네이트를 적절한 비율로 혼합할 수도 있다. 예컨대, 구리와 니켈 나노입자를 탄소나노튜브에 코팅하고자 할때, 구리아세틸아세토네이트와 니켈아세틸아세토네이트를 혼합하여 사용할 수 있다. 금속아세틸아세토네이트를 용해시켜 용액을 만드는 용매로는 물, 알콘, 아세톤, 에탄올, 메탄올, 디메틸포름아마이드, 톨루엔, 테트라하이드로퓨란, 노말헥산, DMSO(demethyl sulfoxide) 또는 이들의 혼합종 등의 금속아세틸아세토네이트를 용해시킬 수 있는 것이면 특별한 한정을 요하지 않는다.
탄소나노튜브와 금속아세틸아세토네이트 용액과의 혼합은 단순하게 탄소나노튜브를 금속아세틸아세토네이트 용액에 적시는 것으로, 이러한 방법으로는 초음파 혼합, 저속 메카니컬 믹서 혼합, 고속 분쇄기 혼합 등이 있으며, 탄소나노튜브를 금속아세틸아세토네이트 용액에 적시는 것이면 특별한 한정을 요하지 않는다.
다음으로 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 혼합물을 필터링한 후 건조하여 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 분말을 획득한다(S55). 즉 S55단계에서 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 혼합물을 간단히 필터링 한 후 건조함으로써 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 분말을 얻을 있다. 건조 온도는 사용되는 금속아세틸아세토네이트 용액에 따라 각각 다를 수 있다. 금속아세틸아세토네이트가 분해되지 않는 온도에서 건조하는 것이 좋으며, 용액이 쉽게 증발할 수 있는 50~150℃에서 건조를 실시하는 것이 바람직하다.
그리고 건조된 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 분말을 비산화분위기의 반응로에서 금속아세틸아세토네이트를 분해하여 탄소나노튜브 표면에 금속나노입자 를 코팅함으로써 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말을 얻을 수 있다(S57). 이때 반응로에 열, 빛, 전자파를 인가하여 열기상화학증착법(thermal chemical vapor deposition), 유동층법(fluidized bed reactor) 또는 로타리킬른(rotary kylin)으로 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트를 분해할 수 있는 비산화분위기를 형성할 수 있다.
여기서 비산화분위기라 함은 금속아세틸아세토네이트가 분해되어 형성된 금속나노입자가 산화되지 않도록 반응로 안에 산소를 포함하지 않는 가스를 흘려주는 것이다. 가스는 수소의 환원성 가스, 비활성가스 및 탄화수소 가스를 포함한다. 이때 수소의 환원성 가스는 수소, 암모니아 또는 에틸렌 중에 적어도 하나를 포함한다. 비활성가스는 아르곤, 질소 또는 헬륨 중에 적어도 하나를 포함한다. 그리고 탄화수소 가스는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 또는 펜탄 중에 적어도 하나를 포함한다. 더욱 바람직하게는 금속아세틸아세토네이트에 포함된 산소에 의해 산화된 금속을 환원시켜 주기 위해 수소를 흘려주는 것이다.
반응로는 열기상화학증착법, 유동층법, 로타리킬른 등으로, 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트를 분해 할 수 있도록 외부에서 열, 빛 및 전자파 등의 에너지를 인가할 수 있고, 비산화분위기가 가능한 것이면 특별한 한정을 요하지 않는다.
열처리 온도는 사용하는 금속아세틸아세토네이트에 따라 150~800℃가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 금속아세틸아세토네이트가 분해될 수 있는 온도보다 약 10~100℃ 높은 범위로 반응로 온도를 유지하는 것이다. 한편 탄소나노튜브의 표면 에 금속나노입자로 코팅한 후에는, 탄소나노튜브 표면에 코팅된 금속나노입자가 산화되기 쉬우므로, 탄소나노튜브 분말이 상온까지 도달한 후 탄소나노튜브 분말을 반응기 외부로 꺼낸다.
이와 같이 본 발명에 따라 제조된 금속나노입자(20,40)가 코팅된 탄소나노튜브 분말은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브(10,30)에 금속나노입자(20,40)가 코팅된 구조를 갖는다. 탄소나노튜브(10,30) 대비 사용되는 금속아세틸아세토네이트의 양에 따라서, 탄소나노튜브(10,30)에 코팅되는 금속나노입자(20,40)의 양을 조절할 수 있다. 도 2의 탄소나노튜브(10)에 도 3의 탄소나노튜브(30)에 비해서 상대적으로 적은 금속나노입자(20)가 코팅된 것을 확인할 수 있다.
실시예 및 비교예
이하 실시예 및 비교예를 참고하여 본 발명에 따른 본 발명에 따른 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법을 보다 상세히 설명한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예1]
5L용 4구 둥근 플라스크에 직경 10nm 탄소나노튜브 분말 20g을 70% 질산용액 2000ml에 넣고 2시간 동안 100℃로 유지한 후, 상온까지 냉각한다. PTFE 필터를 이용하여 진공필터링 한 후, 증류수 4L를 이용하여 pH가 7정도 될 때까지 계속 세척 및 필터링을 반복하여 강산처리된 탄소나노튜브를 획득한다.
다음으로 탄소나노튜브 중 3g을 미리 준비한 철아세틸아세토네이트-톨루엔 용액(철아세틸아세토네이트 5g/톨루엔 995g) 1kg에 넣고 메카니컬 스터러(mechanical stirrer)로 약 30분간 저어준다. 이 용액을 다시 필터링하고, 60℃에서 3시간 건조한다. 이렇게 얻어진 탄소나노튜브-철아세틸아세토네이트를 미리 가열된 300℃의 반응로에 넣고, 수소를 약 30분간 흘려주고, 아르곤 분위기에서 상온으로 내린 후 반응로 밖으로 꺼내 철 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말을 얻을 수 있다.
[실시예2]
실시예1에서 강산처리한 탄소나노튜브 중 20g을 미리 준비한 철아세틸아세토네이트-톨루엔 용액(철아세틸아세토네이트 20g/톨루엔 980g) 1kg에 넣고 메카니컬 스터러로 약 30분간 저어준다. 이 용액을 다시 필터링하고, 60℃에서 3시간 건조한다. 이렇게 얻어진 탄소나노튜브-철아세틸아세토네이트를 미리 가열된 300℃의 반응로에 넣고, 수소를 약 30분간 흘려주었고, 아르곤 분위기에서 상온으로 내린 후 반응로 밖으로 꺼내, 철 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말을 얻을 수 있다.
[비교예1]
실시예1에서 강산처리한 탄소나노튜브 중 3g을 미리 준비한 철나이트레이트(iron nitrate)-에탄올 용액(20g/에탄올 995g) 1kg에 넣고 메카니컬 스터러로 약 30분간 저어주었다. 이 용액을 다시 필터링하고, 60도에서 3시간 건조한다. 이렇게 얻어진 탄소나노튜브를 미리 가열된 300℃의 반응로에 넣고, 수소를 약 30분간 흘 려주었고, 아르곤 분위기에서 상온으로 내린 후 반응로 밖으로 꺼내면, 철금속-탄소나노튜브 분말을 얻을 수 있다.
본 실시예를 통해 제조된 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 SEM(scanning electron microscope) 및 TEM(transmission electron microscope) 사진이 도 4와 도 5에 도시되어 있다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 탄소나노튜브(10,30) 표면에 철 금속나노입자(20,40)가 균일한 크기로 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있다. 특히 실시예1의 철아세틸아세토네이트의 양이 5g인 경우, 도 4와 같이 탄소나노튜브(10) 표면 전부가 아닌 일부에 철 금속나노입자(20)가 붙어 있는 확인할 수 있다. 실시예2의 철아세틸아세토네이트가 20g으로 과하게 사용된 경우, 도 5의 SEM 및 TEM 사진처럼, 거의 모든 탄소나노튜브(30)에 철 금속나노입자(40)가 코팅되고, 일부는 자체적으로 섬유형태를 띄거나 서로 뭉쳐 있는 것을 확인할 수 있다. 실시예의 결과에 따르면 철아세틸아세토네이트의 양에 따라 금속나노입자(20,40)의 크기 및 부착되는 양이 달라짐을 보여주고 있다.
도 6은 비교예1에 따라 제조된 탄소나노튜브 분말의 SEM 사진이다. 도 6을 참조하면, 탄소나노튜브에 비교적 큰 금속입자가 형성되었을 뿐만 아니라, 그 입자의 크기도 균일하지 못하며, 금속입자들이 서로 뭉쳐 있는 것을 확인할 수 있다.
따라서 실시예1 및 2에 따라 제조된 탄소나노튜브 분말이 비교예1에 따른 탄소나노튜브 분말에 비해서, 탄소나노튜브에 균일하게 금속나노입자가 코팅되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법에 따른 공정도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 제조 방법으로 제조된 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말을 보여주는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예1에 따라 제조된 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말을 보여주는 (a)SEM 사진 및 (b)TEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예2에 따라 제조된 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말을 보여주는 (a)SEM 사진 및 (b)TEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 비교예1에 따른 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말을 보여주는 SEM 사진이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
10,30 : 탄소나노튜브
20,40 : 금속나노입자

Claims (12)

  1. 탄소나노튜브를 강산으로 처리하는 강산처리 단계;
    상기 강산처리된 탄소나노튜브를 금속아세틸아세토네이트 용액과 혼합하는 혼합 단계;
    상기 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 혼합물을 필터링한 후 건조하여 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 분말을 획득하는 획득 단계;
    상기 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트 분말을 비산화분위기의 반응로에서 열처리하여 금속아세틸아세토네이트를 분해하고 탄소나노튜브의 표면에 금속나노입자를 코팅하는 코팅 단계;
    를 포함하는 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강산처리 단계는,
    상기 탄소나노튜브를 염산, 질산, 또는 황산 중에 하나로 처리하여 상기 탄소나노튜브의 표면에 카복실기, 카보닐기 및 하이드록실기를 부착하는 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 강산처리 단계에서,
    상기 강산은 산의 양이 30 중량비 이상이고, 상기 강산 대비 탄소나노튜브는 0.1~20 중량비인 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 혼합 단계에서,
    상기 금속금속아세틸아세토네이트 용액의 금속아세틸아세토네이트는 철아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트, 구리아세틸아세토네이트, 망간아세틸아세토네이트, 알루미늄아세틸아세토네이트, 칼슘아세틸아세토네이트, 바나듐아세틸아세토네이트, 팔라듐아세틸아세토네이트, 아연 아세틸아세토네이트, 이리듐아세틸아세토네이트, 타이타늄아세틸아세토네이트, 주석아세틸아세토네이트, 마그네슘아세틸아세토네이트, 코발트 아세틸아세토네이트 또는 이들의 혼합종 중에 하나인 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 혼합 단계에서,
    상기 금속금속아세틸아세토네이트 용액의 용매는 물, 알콘, 아세톤, 에탄올, 메탄올, 디메틸포름아마이드, 톨루엔, 테트라하이드로퓨란, 노말헥산, DMSO(demethyl sulfoxide) 또는 이들의 혼합종 중에 하나인 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 획득 단계에서 건조는,
    50∼150℃에서 진행하는 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 코팅 단계에서 열처리는,
    100∼800℃에서 진행하는 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 코팅 단계에서 비산화분위기에 사용되는 가스는,
    수소의 환원성 가스, 비활성가스 및 탄화수소 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수소의 환원성 가스는 수소, 암모니아 또는 에틸렌 중에 적어도 하나를 포함하고,
    상기 비활성가스는 아르곤, 질소 또는 헬륨 중에 적어도 하나를 포함하고,
    상기 탄화수소 가스는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 또는 펜탄 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 코팅 단계에서,
    상기 반응로에 열, 빛, 전자파를 인가하여 열기상화학증착법(thermal chemical vapor deposition), 유동층법(fluidized bed reactor) 또는 로타리킬 른(rotary kylin)으로 상기 탄소나노튜브/금속아세틸아세토네이트를 분해할 수 있는 비산화분위기를 형성하는 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강산처리 단계에서,
    상기 탄소나노튜브는 SWCNT, DWCNT, MWCNT, 기능화된 SWCNT, 기능화된 DWCNT, 기능화된 MWCNT, 정제된 SWCNT, 정제된 DWCNT 또는 정제된 MWCNT 중에 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 제조 방법으로 제조된 금속나노입자가 코팅된 탄소나노튜브 분말.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011036387A3 (fr) * 2009-09-23 2011-09-29 Arkema France Procédé de fonctionnalisation de structures carbonées, notamment de nanotubes de carbone
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KR20230166741A (ko) * 2022-05-31 2023-12-07 서울대학교산학협력단 강자성 나노입자가 부착된 탄소나노튜브와 이를 이용한 고성능 자기유변유체 및 그 제조방법

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