KR20120048946A - 고순도 탄소나노튜브 대량 합성방법 및 이에 의하여 제조되는 탄소나노튜브 - Google Patents

고순도 탄소나노튜브 대량 합성방법 및 이에 의하여 제조되는 탄소나노튜브 Download PDF

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Abstract

본 발명의 합성방법은 끓는점이 매우 낮은 금속간화합물 또는 합금을 탄소나노튜브의 합성 매개체인 촉매로 활용하여, 탄소나노튜브 쉘과 금속간화합물 또는 합금 코어로 구성된 이질 나노와이어를 합성하고, 이렇게 합성된 이질 나노와이어를 코어 물질의 끓는점 보다 높은 고온의 수소 분위기에서 열처리함으로써, 코어 물질을 손쉽게 제거함과 동시에 분위기 가스 내에 포함되어 있는 수소에 의해 탄소나노튜브의 탄소 결정성을 크게 향상시켜, 결과적으로 매우 단순한 공정을 통해 고품질의 탄소나노튜브를 대량 합성할 수 있다.
이러한 합성방식은 기존의 산처리 방식과 달리 내부에 불순물이 전혀 없는 탄소나노튜브를 대량 생산할 수 있을 뿐만 아니라 결정성까지 향상시킬 수 있다. 또한 이렇게 준비된 탄소나노튜브는 새로운 물질의 챔버로서 활용될 수 있을 뿐 아니라, 기존의 탄소나노튜브보다 향상된 특성을 나타낼 수 있어 다양한 응용 분야에서 널리 사용될 수 있는 장점을 갖는다.

Description

고순도 탄소나노튜브 대량 합성방법 및 이에 의하여 제조되는 탄소나노튜브{Mass production method of metal-free and well-crystalline carbon nanotubes, and carbon nanotubes using the same}
본 발명은 끓는점이 낮은 물질을 내부에 함유하고 있는 탄소나노튜브 기반 이질나노와이어를 합성한 다음, 이렇게 준비된 이질나노와이어를 고온, 수소 분위기에서 열처리하여 내부에 존재하는 물질을 제거하는 동시에 탄소나노튜브의 결정성을 향상시켜, 내부에 금속을 함유하지 않는 고품질의 탄소나노튜브를 합성하는 방식에 관한 것이다.
좀 더 자세하게는 끓는점이 매우 낮은 금속간화합물 또는 합금인 코어를 탄소나노튜브가 쉘의 형태로 둘러싸고 있는 형상을 갖는 코어-쉘 이질나노와이어를 합성한 다음, 1800도 고온의 수소 분위기에서 이렇게 생성된 이질나노와이어를 열처리하여 끓는점이 열처리 온도보다 훨씬 낮은 금속간화합물 또는 합금 코어를 제거하고, 동시에 분위기 가스에 포함되어 있는 수소를 이용하여 탄소나노튜브의 탄소 결정 구조를 향상키는 합성방법 및 그 생성물에 관한 것이다.
탄소나노튜브를 대량으로 합성하기 위해서 대부분의 공정에서 나노 크기의 금속 촉매가 사용되며, 일반적이지는 않지만 나노 크기의 금속산화물이 사용되는 경우도 있다.
또한 금속 촉매를 사용하지 않고, 그라파이트(graphite) 표면에서 탄소나노튜브를 합성하는 연구가 보고되고 있지만, 생산량이 많지 않고 탄소나노튜브를 형성하는 탄소결정 구조가 뛰어나지 않아 상용으로 사용하기에는 부족한 면이 있다.
따라서, 금속촉매를 포함한 아무런 불순물이 포함되지 않은 탄소나노튜브를 대량으로 얻기 위해서 현재로서는 촉매를 이용하여 대량 합성한 후, 필요에 따라 공정에 사용된 촉매를 제거하는 방법이 가장 유리하다.
일반적으로 탄소나노튜브를 합성하기 위해 사용되는 금속은 니켈, 철, 코발트, 주석 등이며, 이러한 금속들은 끓는점이 대부분 2600℃ 이상으로 매우 고온이기 때문에 손쉽게 제거할 수 있는 산 처리 방법을 사용한다.
그러나 이러한 산처리 방법은 탄소나노튜브로 쌓여있는 내부 코어 금속 물질을 완전하게 제거하기 힘들뿐 아니라, 탄소나노튜브의 결정성을 악화시키는 결과를 초래한다. 이에, 본 발명은 내부에 금속과 같은 불순물이 전혀 함유되지 않은 고품질의 탄소나노튜브를 단순한 공정으로 대량 합성할 수 있는 방법을 개발하였다.
본 발명의 목적은 내부에 금속과 같은 불순물이 전혀 함유되지 않은 고품질의 탄소나노튜브를 매우 단순한 방식으로 대량 합성할 수 있는 고품질 탄소나노튜브 대량 합성방법 및 이에 의하여 제조되는 탄소나노튜브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, ⅰ) 금속산화물 혼합물을 반응기에 넣고, 진공도를 낮추어 반응기 내의 잔존 산소를 제거한 후, 상기 반응기에 이송가스를 주입하며 반응기 내부 온도를 상승시키는 단계, ⅱ) 상기 이송가스가 유입된 반응기에 탄화수소 가스를 주입하여 상기 금속산화물 혼합물과 반응시켜 금속간화합물 또는 합금 코어와 탄소나노튜브 쉘로 구성된 이질 나노와이어를 합성하는 단계, 및 ⅲ) 상기 합성된 이질 나노와이어를 수소 분위기 하에서 열처리하는 단계를 포함하는 고순도 탄소나노튜브 대량 합성방법 및 이에 의하여 제조된 고순도 탄소나노튜브를 제공한다.
여기서, 상기 금속산화물 혼합물의 환원체는 탄소나노튜브를 합성하기 위한 촉매로 작용하며, 상기 환원된 금속의 끓는점이 열처리 온도보다 낮아 열처리 과정에서 제거되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속산화물 혼합물이 인듐산화물과 주석산화물의 혼합물일 수 있으며, 이때 상기 인듐산화물과 주석산화물의 혼합비는 무게 비율을 기준으로 6:1 ? 1:6의 범위이고, 상기 금속산화물 혼합물과 탄화수소 가스와의 반응 온도가 550 ?850 ℃ 범위이며, 반응 시간이 2시간 이내인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 반응기 내로 유입되는 탄화수소 가스가 아세틸렌, 에틸렌, 메탄으로부터 선택되는 어느 하나 또는 두 개 이상을 혼합한 것이고, 상기 반응기 내로 유입되는 탄화수소 가스의 양이 상기 이송가스를 기준으로 2 ? 10 vol% 범위인 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속산화물 혼합물과 탄화수소 가스와의 반응을 보조하기 위해 수소가스가 유입되며, 상기 수소가스의 유입량이 이송가스를 기준으로 5 vol% 이하인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 열처리 온도는 1800℃ 이상이거나 1500 ? 1800℃ 범위인 것이 바람직하며, 상기 열처리 시간은 2 ? 5시간 범위이고, 상기 열처리 단계에서의 수소 공급양은 10 ? 100 vol% 범위인 것이 바람직하다.
한편, 상기 방법을 통하여 합성된 탄소나노튜브의 평균 지름이 50 ? 150 nm 범위에서 형성되고, 쉘의 두께는 10nm 이하이며, 길이는 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 합성방법은 끓는점이 매우 낮은 금속간화합물 또는 합금을 탄소나노튜브의 합성 매개체인 촉매로 활용하여, 탄소나노튜브 쉘과 금속간화합물 또는 합금 코어로 구성된 이질 나노와이어를 합성하고, 이렇게 합성된 이질 나노와이어를 코어 물질의 끓는점 보다 높은 고온의 수소 분위기에서 열처리함으로써, 코어 물질을 손쉽게 제거함과 동시에 분위기 가스 내에 포함되어 있는 수소에 의해 탄소나노튜브의 탄소 결정성을 크게 향상시켜, 결과적으로 매우 단순한 공정을 통해 고품질의 탄소나노튜브를 대량 합성할 수 있다.
이러한 합성방식은 기존의 산처리 방식과 달리 내부에 불순물이 전혀 없는 탄소나노튜브를 대량 생산할 수 있을 뿐만 아니라 결정성까지 향상시킬 수 있다. 또한 이렇게 준비된 탄소나노튜브는 새로운 물질의 챔버로서 활용될 수 있을 뿐 아니라, 기존의 탄소나노튜브보다 향상된 특성을 나타낼 수 있어 다양한 응용 분야에서 널리 사용될 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 내부에 금속과 같은 불순물을 함유하지 않는 탄소나노튜브의 대량합성방법에 대한 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 내부에 금속과 같은 불순물을 함유하지 않는 탄소나노튜브의 XRD 이미지이다.
도 3a는 본 발명에 따른 1차 합성된 이질 나노와이어의 SEM 이미지이다.
도 3b는 열처리를 통해 얻어진 내부에 금속과 같은 불순물을 함유하지 않는 탄소나노튜브의 SEM 이미지이다.
도 4a 내지 4b는 본 발명에 따른 인듐/주석 코어와 탄소나노튜브 쉘을 갖는 이질나노와이어의 TEM 이미지를 보여준다.
도 5a 내지 5b는 본 발명에 따른 내부에 금속과 같은 불순물을 함유하지 않는 탄소나노튜브의 TEM 이미지를 보여준다.
도 6a 내지 6b는 본 발명에 따른 내부에 금속과 같은 불순물을 함유하지 않는 탄소나노튜브의 성분분석 결과이다.
이하에서는, 본 발명의 내부에 금속과 같은 불순물을 함유하지 않는 고순도 탄소나노튜브의 대량합성방법 및 이에 의하여 제조된 탄소나노튜브를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 고순도 탄소나노튜브 합성방법은 ⅰ) 금속산화물 혼합물을 반응기에 넣고, 진공도를 낮추어 반응기 내의 잔존 산소를 제거한 후, 상기 반응기에 이송가스를 주입하며 반응기 내부 온도를 상승시키는 단계, ⅱ) 상기 이송가스가 유입된 반응기에 탄화수소 가스를 주입하여 상기 금속산화물 혼합물과 반응시켜 금속간화합물 또는 합금 코어와 탄소나노튜브 쉘로 구성된 이질 나노와이어를 합성하는 단계, 및 ⅲ) 상기 합성된 이질 나노와이어를 수소 분위기 하에서 열처리하는 단계를 포함한다.
도 1을 참조하여 탄소나노튜브 형성 과정을 상세히 살펴보면, 우선 탄소나노튜브를 합성하기 위한 촉매 물질로서 금속산화물을 준비한다. 금속산화물의 선택 기준은 금속산화물이 환원된 후 생성된 결과물, 즉 금속산화물의 환원체가 탄소나노튜브를 합성하기에 적합한 촉매 활성도가 있는지와 생성물의 끓는점이 기존 금속 촉매보다 매우 낮은 온도에서 이루어질 수 있는지를 고려한다.
상기 조건을 만족시키는 다양한 금속산화물들을 사용할 수 있지만, 이하 실시예에서는 산화인듐 (Indium oxide)과 산화주석 (Tin oxide)을 6:1에서 1:6의 무게 비율 범위에서 혼합된 금속산화물 혼합물을 준비하였다.
이렇게 준비된 금속산화물은 수용액 상태에서 균일 혼합, 필터링, 건조 과정을 거쳐 반응기 내부에 넣으면 이질 나노와이어를 합성하기 위한 시료인 금속산화물 혼합물의 준비가 완료된다.
우선 합성을 시작하기 전에 반응기 내부는 진공펌프를 사용하여 내부 진공도를 최대 10-2 Torr 까지 떨어뜨리면서 잔존 산소를 모두 제거한다. 진공작업이 완료되면 아르곤 또는 질소와 같은 이송가스를 흘려주면서 반응기의 온도를 합성에 적합한 온도까지 상승시킨다.
본 발명에서의 합성온도는 550 ? 850의 범위가 바람직하며, 합성온도까지 반응기의 온도가 상승하면, 탄소 소스인 탄화수소 가스를 공급해 준다. 탄소 소스로는 아세틸렌, 메탄, 에틸렌 중 어느 하나 또는 두 개 이상이 사용될 수 있다. 합성시간은 최대 2시간까지 수행하는 것이 바람직하다.
이때, 수소 가스가 금속산화물의 환원을 촉진시키고, 비정질탄소의 생성을 억제하기 위한 보조 가스로서 사용될 수 있다. 수소가 지나치게 많을 경우 금속산화물의 환원 속도가 지나치게 빨라지게 되며, 이는 인듐과 주석의 금속간화합물 또는 합금의 생성을 지나치게 촉진시켜 촉매 역할을 하는 나노 크기의 인듐과 주석 금속간화합물 또는 합금의 생성을 상대적으로 감소시킬 수 있다.
따라서, 이질 나노와이어의 크기를 거대하게 만들 뿐 아니라, 이질나노 와이어의 합성 수율을 저하시킬 수 있으므로, 수소의 공급양은 0 ? 5 Vol% 인 것이 바람직하다.
합성과정이 종료되면, 반응기의 온도는 이송가스 분위기에서 상온까지 냉각시키고, 이 후 생성된 이질나노와이어를 채취한다. 이렇게 하면 1차적으로 탄소나노튜브 쉘과 인듐/주석 코어로 이루어진 이질 나노와이어의 합성이 마무리된다.
이 후 얻어진 코어-쉘 이질 나노와이어를 그라파이트 보트에 넣고 열처리를 시작한다. 이때 반응기의 열처리 온도는 1800℃ 이상 높일 수 있지만, 지나친 고온은 생산된 탄소나노튜브의 생산원가를 상승시키는 요인으로 작용할 수 있기 때문에 최저의 생산단가를 고려하여 바람직하게는 1500 ? 1800도에서 제어된다. 열처리 시간은 2 ? 5 시간의 범위에서 수행되된다.
가장 중요한 열처리 인자 중의 하나는 열처리 분위기 가스인데, 수소가 최소한 10 vol% 이상 포함된 분위기 가스를 사용한다. 분위기 가스의 기준은 아르곤이나 질소 가스 등을 사용할 수 있으며, 최대 100 vol%인 수소 가스를 사용할 수도 있다.
열처리가 끝나면 열처리 동안 공급되었던 분위기 가스 상태에서 상온까지 반응기의 온도를 냉각시키고 시료를 채취하면 내부에 금속과 같은 불순물이 전혀 포함되지 않은 탄소나노튜브의 합성이 마무리된다.
상기와 같은 열처리 과정을 통해 이질 나노와이어의 코어인 금속간화합물 또는 합금은 기화되어 제거된다. 일반적으로 인듐과 주석으로 구성된 합금의 끓는점은 그 구성 비율에 따라 차이가 있으나, 최저 1100도에서부터 기화가 발생되는 것으로 알려져 있으며, 일반적인 금속이나 함금에 비해 매우 낮은 끓는점을 갖는다. 이와 동시에 탄소나노튜브의 쉘의 결정은 분위기 가스인 수소에 의해 매우 잘 정렬된 결정 구조로 전환될 수 있다.
결과적으로 본 발명을 통해 합성된 내부에 금속과 같은 불순물이 전혀 포함되지 않은 탄소나노튜브는 평균 지름이 50 ? 150 nm 범위, 바람직하게는 100 nm 이었으며, 탄소나노튜브 쉘의 두께는 평균 10 nm 이하, 길이는 최대 10㎛ 이하인 것으로 확인되었다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 내부에 금속과 같은 불순물이 전혀 포함되지 않은 탄소나노튜브에 대한 일 실시예를 살펴본다. 그러나, 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.
[실시예 1] 생성된 이질나노와이어와 탄소나노튜브의 XRD 결과
도 2는 본 발명에 따른 내부에 금속과 같은 불순물을 함유하지 않는 탄소나노튜브의 XRD 이미지로서, As-recieved는 인듐산화물과 주석산화물의 혼합물에 대한 XRD 그래프를 보여주며, 1st synthesis는 인듐산화물과 주석산화물의 혼합물을 750도에서 1시간 동안 아세틸렌을 사용하여 얻은 결과물에 대한 XRD 그래프를 보여준다. 그래프에서 인듐/주석 금속간산화물인 InSn4 와 In3Sn이 생성되었음이 확인된다.
이렇게 생성된 인듐/주석 금속간산화물 코어-탄소나노튜브 이질나노와이어를 1800도에서 열처리한 결과 모든 코어 물질은 제거되었음이 확인되었으며, 결과적으로 결정성 탄소나노튜브에 해당하는 픽 (peak)이 26.5 o 근처에서 측정되었다.
[실시예 2] 생성된 이질나노와이어와 탄소나노튜브의 SEM 이미지
도 3a, 3b는 각각 본 발명에 따른 1차 합성된 이질나노와이어와 열처리를 통해 얻어진 내부에 금속과 같은 불순물을 함유하지 않는 탄소나노튜브의 SEM 이미지를 보여준다.
도 3a는 인듐산화물과 주석산화물의 혼합물을 이용해 1차 합성된 이질나노와이어로서, 부분적으로 내부에 포함된 인듐/주석 금속간화합물이 포함되지 않고 비어있는 공간이 확인된다.
도 3b는 1차 합성된 이질 나노와이어를 1800도 수소 분위기에서 열처리하여 얻어진 탄소나노튜브를 보여주는 것으로서, 외형은 도 3a로부터 거의 변화하지 않았지만, 내부에 코어로 확인되는 물질은 관찰되지 않았다.
[실시예 3] 생성된 이질나노와이어의 TEM 이미지
도 4a, 4b는 본 발명에 따른 인듐/주석 코어와 탄소나노튜브 쉘을 갖는 이질나노와이어의 TEM 이미지를 보여준다. 그림 도 4a는 이질나노와이어의 저배율 이미지를 보여주는 것으로서, 코어가 탄소나노튜브에 의해 완전히 쌓여 있는 것이 확인되며, 탄소나노튜브 내에 인듐/주석 코어는 90% 이상 채워져 있는 것으로 확인되었다.
고배율 TEM 이미지인 도 4b를 통해 내부에 포함된 코어의 결정 구조가 인듐/주석의 금속간산화물인 것으로 확인되었으며, 이는 도 2에서 나타난 것과 같이 주석산화물과 인듐산화물의 혼합비에 따라 InSn4 또는 In3Sn인 것으로 확인되었다. 또한 외부를 쌓고 있는 것은 격자거리가 0.34 nm인 탄소나노튜브인 것으로 확인되었다.
[실시예 4] 생성된 탄소나노튜브의 TEM 이미지
도 5a, 5b는 본 발명에 따른 내부에 금속과 같은 불순물을 함유하지 않는 탄소나노튜브의 TEM 이미지를 보여준다.
도 5a는 1800℃에서 이질 나노와이어의 열처리를 통해 생성된 탄소나노튜브의 저배율 이미지를 보여주는 것으로서, 내부에는 도 4a, 4b에서 관찰되는 코어 물질이 확인되지 않았으며, 탄소나노튜브를 구성하는 쉘은 매우 가지런하고 곧게 성장 방향으로 형성된 것이 확인된다.
또한 도 5b는 탄소나노튜브의 결정성이 열처리 전(도 4b)보다 훨신 향상되었음을 보여주며, 탄소나노튜브 쉘의 격자 거리는 0.338 nm로 매우 우수한 품질임이 확인된다.
[실시예 5] 생성된 탄소나노튜브의 STEM 및 EELS 분석결과
도 6a, 6b는 본 발명에 따른 내부에 금속과 같은 불순물을 함유하지 않는 탄소나노튜브의 성분분석 결과를 보여준다.
도 6a는 STEM 이미지로서, 내부가 확실히 비어 있으며, 쉘의 직진성이 우수한 것을 알 수 있다. 도 6b는 도 6a에 대한 EELS 결과를 보여준다. 284 eV에서 픽 (peak)의 에지(edge)가 형성되는 전형적인 결정성 탄소나노튜브에 대한 그래프가 확인되었다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 합성방법은 끓는점이 낮은 금속간화합물 또는 합금을 탄소나노튜브의 합성 매개체인 촉매로 활용하여, 탄소나노튜브 쉘과 금속간화합물 또는 합금 코어로 구성된 이질 나노와이어를 합성하고, 이렇게 합성된 이질 나노와이어를 고온의 수소 분위기에서 열처리함으로써, 코어 물질을 손쉽게 제거함과 동시에 분위기 가스 내에 포함되어 있는 수소에 의해 탄소나노튜브의 탄소 결정성을 크게 향상시켜, 결과적으로 매우 단순한 공정을 통해 고품질의 탄소나노튜브를 대량 합성할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

Claims (20)

  1. ⅰ) 금속산화물 혼합물을 반응기에 넣고, 진공도를 낮추어 반응기 내의 잔존 산소를 제거한 후, 상기 반응기에 이송가스를 주입하며 반응기 내부 온도를 상승시키는 단계;
    ⅱ) 상기 이송가스가 유입된 반응기에 탄화수소 가스를 주입하여 상기 금속산화물 혼합물과 반응시켜 금속간화합물 또는 합금 코어와 탄소나노튜브 쉘로 구성된 이질 나노와이어를 합성하는 단계; 및
    ⅲ) 상기 합성된 이질 나노와이어를 수소 분위기 하에서 열처리하는 단계;
    를 포함하는 고순도 탄소나노튜브 대량 합성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속산화물 혼합물이 환원되어 탄소나노튜브를 합성하기 위한 촉매로 작용하며, 상기 환원된 금속간화합물 또는 합금의 끓는점이 열처리 온도보다 낮아 열처리 과정에서 제거되는 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브 대량 합성방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속산화물 혼합물이 인듐산화물과 주석산화물의 혼합물이며, 상기 인듐산화물과 주석산화물의 혼합비가 무게 비율을 기준으로 6:1 ? 1:6의 범위인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브 대량 합성방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속산화물 혼합물과 탄화수소 가스와의 반응 온도가 550 ? 850 ℃ 범위이고, 반응 시간이 2시간 이내인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브 대량 합성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반응기 내로 유입되는 탄화수소 가스가 아세틸렌, 에틸렌, 메탄으로부터 선택되는 어느 하나 또는 두 개 이상을 혼합한 것이고, 상기 반응기 내로 유입되는 탄화수소 가스의 양이 상기 이송가스를 기준으로 2 ? 10 vol% 범위인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브 대량 합성방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속산화물 혼합물과 탄화수소 가스와의 반응을 보조하기 위해 수소가스가 유입되며, 상기 수소가스의 유입량이 이송가스를 기준으로 5 vol% 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브 대량 합성방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열처리 온도가 1800℃ 이상인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브 대량 합성방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열처리 온도가 1500 ? 1800℃ 범위인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브 대량 합성방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열처리 시간이 2 ? 5시간 범위인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브 대량 합성방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열처리 단계에서의 수소 공급양이 10 ? 100 vol% 범위인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브 대량 합성방법.
  11. ⅰ) 금속산화물 혼합물을 반응기에 넣고, 진공도를 낮추어 반응기 내의 잔존 산소를 제거한 후, 상기 반응기에 이송가스를 주입하며 반응기 내부 온도를 상승시키는 단계, ⅱ) 상기 이송가스가 유입된 반응기에 탄화수소 가스를 주입하여 상기 금속산화물 혼합물과 반응시켜 금속간화합물 또는 합금 코어와 탄소나노튜브 쉘로 구성된 이질 나노와이어를 합성하는 단계, 및 ⅲ) 상기 합성된 이질 나노와이어를 수소 분위기 하에서 열처리하는 단계를 통하여 합성되는 고순도 탄소나노튜브.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 금속산화물 혼합물이 환원되어 탄소나노튜브를 합성하기 위한 촉매로 작용하며, 상기 환원된 금속의 끓는점이 열처리 온도보다 낮아 열처리 과정에서 제거되는 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 금속산화물 혼합물이 인듐산화물과 주석산화물의 혼합물이며, 상기 인듐산화물과 주석산화물의 혼합비가 무게 비율을 기준으로 6:1 ? 1:6의 범위인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 금속산화물 혼합물과 탄화수소 가스와의 반응 온도가 550 ? 850 ℃ 범위이고, 반응 시간이 2시간 이내인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 열처리 온도가 1800℃ 이상인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 열처리 온도가 1500 ? 1800℃ 범위인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 열처리 시간이 2 ? 5시간 범위인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 열처리 단계에서의 수소 공급양이 10 ? 100 vol% 범위인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브.
  19. 제11항에 있어서,
    평균 지름이 50 ? 150 nm 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브.
  20. 제11항에 있어서,
    탄소나노튜브 쉘의 두께가 10nm 이하이고, 길이가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 탄소나노튜브.
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