KR20170092351A - Method of singlewall carbon nanotube separation and composition including singlewall carbon nanotube - Google Patents

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KR20170092351A KR1020160013576A KR20160013576A KR20170092351A KR 20170092351 A KR20170092351 A KR 20170092351A KR 1020160013576 A KR1020160013576 A KR 1020160013576A KR 20160013576 A KR20160013576 A KR 20160013576A KR 20170092351 A KR20170092351 A KR 20170092351A
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주상용
김소민
홍숙현
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Abstract

A method for separating a single-walled carbon nanotube of the present invention comprises the following steps: preparing a single-walled carbon nanotube dispersion containing the single-walled carbon nanotube, a flavin derivative, and a nonpolar solvent; ultrasonically treating the single-walled carbon nanotube dispersion; and carrying out centrifugation of the ultrasonically treated single-walled carbon nanotubes by using a supernatant solution containing a semiconductive single-walled carbon nanotube and a precipitation solution containing a metallic single-walled carbon nanotube to form a separation solution, thereby obtaining semiconductive or metallic single-walled carbon nanotubes capable of mass production and having high purity.

Description

단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법 및 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 조성물{Method of singlewall carbon nanotube separation and composition including singlewall carbon nanotube}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for separating single-walled carbon nanotubes,

본 발명은 탄소나노튜브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법 및 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to carbon nanotubes, and more particularly, to a method for separating single-walled carbon nanotubes and a composition including single-walled carbon nanotubes.

탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)는 이방성이고, 다양한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 탄소나노튜브는 단일벽(single-walled), 다중벽(multi-walled), 또는 다발(bundled)일 수 있다. 또한, 나노미터의 직경을 가지므로 다양한 분야에 적용이 가능하다.Carbon nanotubes (CNTs) are anisotropic and can have a variety of structures. For example, the carbon nanotubes can be single-walled, multi-walled, or bundled. Also, since it has a diameter of nanometer, it can be applied to various fields.

이 중 그래핀 시트가 원통형으로 감겨있는 형태의 카이랄(n,m) 백터에 의해 정의되는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, SWNT)는 우수한 전기적, 기계적, 및 광학적 특성을 가지고 있어 다양한 분야에 적용될 수 있다. 단일벽 탄소나노튜브는 카이럴리티(chirality)에 따라 도체 또는 반도체 성질을 나타낸다. 이때, 단일벽 탄소나노튜브에는 반도체성 단일벽 탄소나노튜브와 금속성 단일벽 탄소나노튜브가 혼합되어 존재하는데 안락 의자(arm-chair) 구조일 경우 금속성을, 지그 재그(zig-zag) 구조일 경우 반도체성을 띠게 된다. 특히, 반도체성 단일벽 탄소나노튜브의 경우 직경에 따라 에너지 갭(energy gap)이 달라지는 준 일차원적 구조를 가지고 있어 특이한 양자 효과를 나타낸다.Among them, single-walled carbon nanotubes (SWNTs) defined by a chiral (n, m) vector with a graphen sheet wrapped in a cylindrical shape have excellent electrical, mechanical and optical properties And can be applied to various fields. Single-walled carbon nanotubes exhibit conductor or semiconductor properties depending on their chirality. In this case, single-walled carbon nanotubes are mixed with semiconducting single-walled carbon nanotubes and metallic single-walled carbon nanotubes. In the case of an arm-chair structure, they are metallic, while when they are zig-zag structures Semiconducting. In particular, semiconducting single-walled carbon nanotubes have a quasi-one-dimensional structure in which the energy gap varies depending on the diameter, thereby exhibiting a specific quantum effect.

이러한 단일벽 탄소나노튜브의 응용 기술이 실용화되기 위해서는 특별한 카이럴리티(chirality) 특성을 가진 단일벽 탄소나노튜브만을 얻어내는 공정이 필요하다. 예를 들면, 메모리소자, 센서 등에 응용하기 위해서는 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 제조해야 한다. 또한, 전지전극재료, 전자기 차폐제 등에 응용하기 위해서는 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 제조해야 한다.In order to apply such a single-walled carbon nanotube application technology, a process of obtaining a single-walled carbon nanotube having a specific chirality characteristic is required. For example, semiconducting single-walled carbon nanotubes must be manufactured for application to memory devices, sensors, and the like. In addition, metallic single-walled carbon nanotubes are required to be applied to cell electrode materials, electromagnetic shielding agents, and the like.

하지만, 단일벽 탄소나노튜브를 제조하는 가장 일반적인 방법은 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)인데, CVD 공정을 사용하는 경우 원하는 카이럴리티 특성을 갖는 단일벽 탄소나노튜브를 선택적으로 제조하기 어렵다. 따라서, 일반적으로 반도체성 단일벽 탄소나노튜브와 금속성 단일벽 탄소나노튜브가 혼합된 형태로 단일벽 탄소나노튜브를 성장시킨다. 이후, 반도체성 단일벽 탄소나노튜브와 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 별도의 분리 공정을 거쳐 응용분야에 알맞게 적용한다.However, chemical vapor deposition (CVD) is the most common method for producing single-walled carbon nanotubes. When using a CVD process, it is difficult to selectively produce single-walled carbon nanotubes having desired chiral properties . Accordingly, a single-walled carbon nanotube is generally grown in the form of a mixture of semiconducting single-walled carbon nanotubes and metallic single-walled carbon nanotubes. Thereafter, the separation process of separating the semiconducting single-walled carbon nanotubes and the metallic single-walled carbon nanotube is suitably applied to the application field.

이에, 종래에는 반도체성 단일벽 탄소나노튜브와 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 공정으로 용액 속에 단일벽 탄소나노튜브를 분산시킨 후에 전기영동법을 써서 금속성 단일벽 탄소나노튜브만을 전극에 붙여 분리하는 방법이 제시되었으나 수율이 낮아 대량생산에 적용하기에 부적합하며, 순도가 낮기 때문에 별도의 추가 분리 공정이 요구된다.Conventionally, a single-walled carbon nanotube is dispersed in a solution by separating a semiconducting single-walled carbon nanotube and a metallic single-walled carbon nanotube, followed by separating the metallic single-walled carbon nanotube by electrophoresis However, since the yield is low, it is not suitable for mass production, and since the purity is low, a separate additional separation step is required.

또한, 종래에는 계면활성제를 사용하여 반도체성 단일벽 탄소나노튜브와 금속성 단일벽 탄소나노튜브의 혼합액으로부터 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법이 제시되었으나, 이 방법 또한 대량으로 분리가 어려운 단점이 있다. 또한, 단일벽 탄소나노튜브는 분산성이 낮아 혼합액 내에서 응집되는 단점이 있다.In the past, a method of separating semiconducting single-walled carbon nanotubes from a mixture of semiconducting single-walled carbon nanotubes and metallic single-walled carbon nanotubes by using a surfactant has been proposed. However, this method also has disadvantages . In addition, the single-walled carbon nanotubes have a disadvantage that they are aggregated in the mixed solution because of low dispersibility.

따라서, 대량생산에 적합하고, 단일벽 탄소나노튜브의 분산성을 향상시키고, 또한, 고순도로 반도체성 또는 금속성을 갖는 단일벽 탄소나노튜브를 분리할 수 있는 방법에 대한 개발이 절실한 실정이다.Therefore, there is an urgent need to develop a method which is suitable for mass production, improves the dispersibility of single wall carbon nanotubes, and can separate semiconducting or metallic single wall carbon nanotubes with high purity.

KR 2015-0001354 AKR 2015-0001354 A

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 대량생산에 적합하고, 단일벽 탄소나노튜브의 분산성을 향상시키고, 또한, 고순도로 반도체성 또는 금속성을 갖는 단일벽 탄소나노튜브를 분리할 수 있는 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Disclosure of the Invention The present invention has been conceived to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a method for separating single-walled carbon nanotubes which are suitable for mass production, improve dispersibility of single-walled carbon nanotubes, The present invention provides a method for separating single-walled carbon nanotubes from a single-walled carbon nanotube.

또한, 고순도의 기능성 단일벽 탄소나노튜브 조성물을 제공하는 데 다른 목적이 있다.Another object is to provide a high purity functionalized single-walled carbon nanotube composition.

본 발명의 일측면은 단일벽 탄소나노튜브로부터 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법을 제공한다. 상기 분리방법은 단일벽 탄소나노튜브, 플라빈 유도체, 및 비극성 용매를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 준비하는 단계, 상기 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 초음파 처리하는 단계, 초음파 처리된 상기 단일벽 탄소나노튜브를 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 상등액과 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 침전액으로 원심분리하여 분리 용액을 형성하는 단계; 및 상기 상등액으로부터 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 정제하는 단계를 포함한다.One aspect of the present invention provides a method for separating semiconducting single-walled carbon nanotubes from single-walled carbon nanotubes. The separation method comprises the steps of: preparing a single-walled carbon nanotube dispersion including a single-walled carbon nanotube, a flavin derivative, and a non-polar solvent; ultrasonifying the single-walled carbon nanotube dispersion; Separating the carbon nanotubes by a supernatant containing semiconductive single wall carbon nanotubes and a metallic single wall carbon nanotube; And purifying the semiconducting single-walled carbon nanotube from the supernatant.

본 발명의 다른 측면은 단일벽 탄소나노튜브로부터 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법을 제공한다. 상기 분리방법은 단일벽 탄소나노튜브, 플라빈 유도체, 및 비극성 용매를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 준비하는 단계, 상기 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 초음파 처리하는 단계, 초음파 처리된 상기 단일벽 탄소나노튜브를 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 상등액과 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 침전액으로 원심분리하여 분리 용액을 형성하는 단계; 및 상기 침전액으로부터 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 정제하는 단계를 포함한다.Another aspect of the present invention provides a method for separating metallic single-walled carbon nanotubes from single-walled carbon nanotubes. The separation method comprises the steps of: preparing a single-walled carbon nanotube dispersion including a single-walled carbon nanotube, a flavin derivative, and a non-polar solvent; ultrasonifying the single-walled carbon nanotube dispersion; Separating the carbon nanotubes by a supernatant containing semiconductive single wall carbon nanotubes and a metallic single wall carbon nanotube; And purifying the metal single walled carbon nanotube from the precipitating solution.

본 발명의 바람직한 일실시예로, 상기 단일벽 탄소나노튜브 및 상기 플라빈 유도체의 질량비는 1 : 0.5 ~ 1 : 1.5일 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the mass ratio of the single walled carbon nanotube and the flavin derivative may be 1: 0.5 to 1: 1.5.

본 발명의 바람직한 일실시예로, 상기 플라빈 유도체는 FMN(Flavin mononucleotide), FAD(flavin adenine dinucleotide), 10-도데실-이소알록사진(10-dodecyl isoalloxazine), 및 리보플라빈(Rivoflavin)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the Flavin derivative is selected from the group consisting of Flavin mononucleotide (FNP), flavin adenine dinucleotide (FAD), 10-dodecyl isoalloxazine, and riboflavin And < / RTI >

본 발명의 바람직한 일실시예로, 상기 비극성 용매는 자일렌, 자일렌 이성질체, 벤젠, 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the non-polar solvent may include at least one selected from the group consisting of xylene, xylene isomers, benzene, and toluene.

본 발명의 바람직한 일실시예로, 상기 플라빈 유도체는 10-도데실-이소알록사진이고, 상기 비극성 용매는 p-자일렌일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the flavin derivative is 10-dodecyl-isoyloxazine and the nonpolar solvent may be p-xylene.

본 발명의 바람직한 일실시예로, 상기 2단계에서, 상기 초음파 처리는 1 ~ 750 W 세기로 1 ~ 60분 동안 초음파를 조사하여 수행될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, in the second step, the ultrasonic treatment may be performed by irradiating ultrasonic waves for 1 to 60 minutes at a speed of 1 to 750 W.

본 발명의 바람직한 일실시예로, 상기 3단계에서, 상기 원심분리는 1,000 ~ 50,000g 속도로 1시간 ~ 3시간 동안 수행될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, in the step 3, the centrifugation may be performed at a speed of 1,000 to 50,000 g for 1 to 3 hours.

본 발명의 다른 측면은 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 반도체성 단일벽 탄소나노튜브, 환원된 플라빈 유도체, 및 비극성 용매를 포함하고, 순도가 95% 이상이다.Another aspect of the present invention provides a composition comprising semiconducting single walled carbon nanotubes. The composition comprises a semiconducting single-walled carbon nanotube, a reduced Flavin derivative, and a nonpolar solvent, wherein the purity is greater than 95%.

본 발명의 또 다른 측면은 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 금속성 단일벽 탄소나노튜브, 환원된 플라빈 유도체, 및 비극성 용매를 포함하고, 순도가 70% 이상이다.Another aspect of the present invention provides a composition comprising metallic single walled carbon nanotubes. The composition comprises a metallic single walled carbon nanotube, a reduced Flavin derivative, and a nonpolar solvent, wherein the purity is greater than 70%.

본 발명에 의한 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법을 따르면 대량생산이 가능하고, 단일벽 탄소나노튜브의 분산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 고순도로 반도체성 또는 금속성을 갖는 단일벽 탄소나노튜브를 분리할 수 있는 효과가 있다.According to the method for separating single-walled carbon nanotubes according to the present invention, mass production is possible and dispersion of single-walled carbon nanotubes can be improved. Further, there is an effect that the single-walled carbon nanotube having semiconductivity or metallicity can be separated at a high purity.

또한, 본 발명에 의한 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 조성물은 다양한 분야에 적용이 가능한 고순도의 반도체성 단일벽 탄소나노튜브 조성물 및 금속성 단일벽 탄소나노튜브 조성물을 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, the composition including the single-walled carbon nanotube according to the present invention can provide a high-purity semiconducting single-walled carbon nanotube composition and a metallic single-walled carbon nanotube composition applicable to various fields.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단일벽 탄소나노튜브의 분리방법을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1의 분리 용액에서 상등액과 침전액 및 비교 실시예 1의 분리 용액의 파장-흡광 스펙트라(A)를 나타낸 그래프와 실시예 1 및 실시예예 5의 단일벽 탄소나노튜브의 라만 스펙트라(B)를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 상등액의 PLE 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1 ~ 4 상등액의 흡광 스펙트라를 나타낸 그래프이다.
도 5는 제조예 1 ~ 4의 PLE 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6는 원심력에 따른 비교실시예 2 ~ 5 상등액의 흡광 스펙트라를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic view illustrating a method of separating a single-walled carbon nanotube according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the wavelength-absorption spectrum (A) of the supernatant and precipitate in the separation solution of Example 1 of the present invention and the separation solution of Comparative Example 1, and the graphs of the single-walled carbon nanotubes of Examples 1 and 5 Of Raman spectra (B).
3 is a graph showing PLE characteristics of the supernatant of Example 1 of the present invention.
4 is a graph showing the absorption spectra of the supernatants of Examples 1 to 4. Fig.
5 is a graph showing PLE characteristics of Production Examples 1 to 4.
6 is a graph showing the absorption spectra of the supernatants of Comparative Examples 2 to 5 according to the centrifugal force.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단일벽 탄소나노튜브의 분리방법을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic view illustrating a method of separating a single-walled carbon nanotube according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일벽 탄소나노튜브로부터 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법은 단일벽 탄소나노튜브, 플라빈 유도체, 및 비극성 용매를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 준비하는 단계, 상기 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 초음파 처리하는 단계, 초음파 처리된 상기 단일벽 탄소나노튜브를 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 상등액과 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 침전액으로 원심분리하여 분리 용액을 형성하는 단계, 및 상기 상등액으로부터 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 정제하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method for separating a semiconducting single-walled carbon nanotube from a single-walled carbon nanotube according to an embodiment of the present invention includes a single-walled carbon nanotube, a flavin derivative, Preparing a dispersion of carbon nanotubes, ultrasonically treating the single-walled carbon nanotube dispersion, separating the supersonicized single-walled carbon nanotube into a supernatant containing semiconductive single-walled carbon nanotubes and a metallic single-walled carbon nanotube To form a separation solution, and purifying the semiconducting single-walled carbon nanotube from the supernatant.

상기 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 준비하는 단계에 대해 설명한다. 상기 단일벽 탄소나노튜브 분산액은 단일벽 탄소나노튜브, 플라빈 유도체, 및 비극성 용매를 포함한다.The preparation of the single-walled carbon nanotube dispersion will be described. The single wall carbon nanotube dispersion includes single wall carbon nanotubes, flavin derivatives, and non-polar solvents.

상기 단일벽 탄소나노튜브는 카이럴리티에 따라서 성질이 달라지는데, 안락 의자(arm-chair) 구조일 경우 금속성을, 지그 재그(zig-zag) 구조일 경우 반도체성을 나타낸다. 따라서, 상기 단일벽 탄소나노튜브는 반도체성 단일벽 탄소나노튜브 및 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 포함한다. 상기 단일벽 탄소나노튜브의 직경이 0.5 ~ 2.0 nm일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The properties of the single walled carbon nanotubes vary depending on their chiralities. In the case of an arm-chair structure, the single-walled carbon nanotubes exhibit metallicity. When they have a zig-zag structure, they exhibit semiconducting properties. Thus, the single-walled carbon nanotubes include semiconducting single-walled carbon nanotubes and metallic single-walled carbon nanotubes. The diameter of the single walled carbon nanotube may be 0.5 to 2.0 nm, but is not limited thereto.

상기 플라빈 유도체는 상기 단일벽 탄소나노튜브를 용매 내에 분산시키는 역할을 수행한다. 상기 플라빈 유도체는 FMN(Flavin mononucleotide), FAD(flavin adenine dinucleotide), 10-도데실-이소알록사진(10-dodecyl isoalloxazine), 및 리보플라빈(Rivoflavin)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 특히, 상기 플라빈 유도체가 10-도데실-이소알록사진인 경우 단일벽 탄소나노튜브에 대한 분산 효과가 가장 뛰어나며, 후술되는 초음파 처리 공정 및 원심분리에 의한 분리 용액 형성을 더 용이하게 한다.The Flavin derivatives serve to disperse the single-walled carbon nanotubes in a solvent. The Flavin derivative may include one or more selected from the group consisting of FMN (Flavin mononucleotide), FAD (flavin adenine dinucleotide), 10-dodecyl isoalloxazine, and riboflavin have. In particular, when the Flavin derivative is 10-dodecyl-isoalloc photo, the dispersion effect on the single-walled carbon nanotubes is excellent and it facilitates the formation of the separated solution by the ultrasonic treatment process and centrifugation which will be described later.

상기 비극성 용매는 자일렌, 자일렌 이성질체, 벤젠, 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 특히, 상기 비극성 용매가 p-자일렌(paraxylene)일 경우, p-자일렌은 상기 단일벽 탄소나노튜브 및 플라빈 유도체에 대한 용해성이 우수하므로 탄소나노튜브 분리 효과를 더 향상시킬 수 있다.The nonpolar solvent may include at least one selected from the group consisting of xylene, xylene isomer, benzene, and toluene. Particularly, when the non-polar solvent is p-xylene, p-xylene has excellent solubility in the single-walled carbon nanotube and flavin derivative, so that the effect of separating carbon nanotubes can be further improved.

또한, 10-도데실-이소알록사진이고, 상기 비극성 용매는 p-자일렌일 경우 상기 단일벽 탄소나노튜브 분리 효과가 전술된 물질들의 범위 내에서 탄소나노튜브 분리 효과 향상이 가장 우수할 수 있다.Also, the non-polar solvent may be 10-dodecyl-isoalloc, and when the non-polar solvent is p-xylene, the separation effect of the single-walled carbon nanotubes may be the most excellent in improving the separation efficiency of carbon nanotubes within the range of the materials described above.

상기 단일벽 탄소나노튜브 및 상기 플라빈 유도체의 질량비는 1 : 0.5 ~ 1.5일 수 있고, 더욱 바람직하게는 1 : 0.8 ~ 1.2일 수 있다. 상기 단일벽 탄소나노튜브 및 상기 플라빈 유도체의 질량비가 1 : 0.5 미만일 경우 상기 단일벽 탄소나노튜브 분산액의 분산도가 낮아질 수 있고, 1 : 1.5를 초과할 경우 플라빈 유도체 추가에 따른 분산력 향상률이 낮아질 수 있다. The mass ratio of the single-walled carbon nanotube and the flavin derivative may be 1: 0.5 to 1.5, and more preferably 1: 0.8 to 1.2. If the mass ratio of the single-walled carbon nanotube and the Frabin derivative is less than 1: 0.5, the dispersion of the single-walled carbon nanotube dispersion may be lowered. If the ratio is more than 1: 1.5, Can be lowered.

다음으로, 상기 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 초음파 처리한다. 이때, 상기 초음파 처리에 의해 상기 플라빈 유도체의 아이소알록사진(isoalloxazine) 및 상기 단일벽 탄소나노튜브의 π-π상호작용에 의한 결합이 약해진다. 이에, 상기 단일벽 탄소나노튜브 분산액에서 반도체성 탄소나노튜브 및 금속성 탄소나노튜브가 분리되게 된다. 따라서, 상기 초음파 처리를 통해 상기 비극성 용매에 분산됐던 단일벽 탄소나노튜브가 상기 상등액과 상기 침전액으로 분리될 수 있는 상태가 된다. 이에, 후술되는 초음파 처리 공정에서의 초음파 처리 세기를 낮추고 시간을 줄일 수 있다. 또한, 후술되는 분리 용액 형성을 위한 원심분리 공정에서 원심분리 속도를 낮출 수 있고, 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.Next, the single-walled carbon nanotube dispersion is subjected to ultrasonic treatment. At this time, by the ultrasonic treatment, the isoalloxazine of the flavin derivative and the single-walled carbon nanotube are weakened due to the pi-pi interactions. Thus, the semiconducting carbon nanotube and the metallic carbon nanotube are separated from the single-walled carbon nanotube dispersion. Therefore, the single wall carbon nanotube dispersed in the nonpolar solvent through the ultrasonic treatment can be separated into the supernatant and the precipitate. Accordingly, the intensity of the ultrasonic wave in the ultrasonic wave processing step described later can be lowered and the time can be reduced. Further, the centrifugal separation rate can be lowered in the centrifugal separation process for forming a separation solution, which will be described later, and the time can be shortened.

상기 초음파 처리는 1 ~ 100 W 세기로 1 ~ 60분 동안 초음파를 조사하여 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 50 ~ 80 W의 세기로 1 ~ 10 분동안 수행될 수 있다. 상기 초음파의 세기가 1 W 미만일 경우 단일벽 탄소나노튜브를 상등액과 침전액으로 분리시키기 위한 공정 시간이 길어질 수 있고, 상기 초음파의 세기가 100 W를 초과할 경우 수득되는 반도체성 또는 금속성 단일벽 탄소나노튜브의 순도가 낮아질 수 있다. 또한, 상기 초음파 처리 시간이 1분 미만일 경우 상기 단일벽 탄소나노튜브를 상등액과 침전액으로 분리되지 않을 확률이 높아지고, 60분을 초과할 경우 수득되는 반도체성 또는 금속성 단일벽 탄소나노튜브의 순도가 낮아질 수 있다.The ultrasonic treatment may be performed by irradiating ultrasonic waves for 1 to 60 minutes at a intensity of 1 to 100 W, and more preferably for 1 to 10 minutes at an intensity of 50 to 80 W. When the intensity of the ultrasonic waves is less than 1 W, the process time for separating the single wall carbon nanotubes into the supernatant liquid and the settling liquid can be prolonged, and when the intensity of the ultrasonic waves exceeds 100 W, the semiconductive or metallic single wall carbon The purity of the nanotubes can be lowered. When the ultrasonic treatment time is less than 1 minute, the probability of not separating the single wall carbon nanotube into a supernatant and a settling solution increases, and when the ultrasound treatment time exceeds 60 minutes, the purity of the semiconductive or metallic single wall carbon nanotubes Can be lowered.

다음으로, 상기 단일벽 탄소나노튜브를 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 상등액과 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 침전액으로 원심분리하여 분리 용액을 형성한다. 상기 원심분리는 1,000 ~ 50,000g (g = 9.8m/s2)속도로 1시간 ~ 3시간 동안 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 3,000 ~ 7,000g의 속도로 1.5 ~ 2.5 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 원심분리 속도가 1,000g 미만일 경우 단일벽 탄소나노튜브를 상등액과 침전액으로 분리시키기 위한 공정 시간이 길어질 수 있고, 50,000g를 초과할 경우 수득되는 반도체성 또는 금속성 단일벽 탄소나노튜브의 순도가 낮아질 수 있다.Next, the single-walled carbon nanotube is centrifuged with a needle solution containing a supernatant containing semiconductive single-walled carbon nanotubes and a metallic single-walled carbon nanotube to form a separated solution. The centrifugation may be performed at a rate of 1,000 to 50,000 g (g = 9.8 m / s 2 ) for 1 hour to 3 hours, more preferably at a rate of 3,000 to 7,000 g for 1.5 to 2.5 hours . If the centrifugation speed is less than 1,000 g, the process time for separating the single-walled carbon nanotube into the supernatant and the sediment can be prolonged. If the centrifugation speed is more than 50,000 g, the purity of the semiconductive or metallic single-walled carbon nanotube Can be lowered.

이때, 상기 분리 용액은 반도체성 단일벽 탄소나노튜브, 환원된 플라빈 유도체, 및 비극성 용매를 포함하고, 순도가 95%이상이다.At this time, the separation solution includes a semiconductor single-walled carbon nanotube, a reduced Flavin derivative, and a non-polar solvent, and has a purity of 95% or more.

다음으로, 상기 상등액으로부터 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 정제한다. 이때, 상기 분리 용액으로부터 상기 상등액을 분리해내는 공정은 공지된 기술 중, 상기 상등액은 상등액 및 침전액으로 분리된 분리 용액에서 상등액을 분리해낼 수 있는 공정이라면 제한 없이 사용이 가능하다. 일 예로, 상기 분리 용액으로부터 상기 상등액을 따라내어 상기 상등액과 침전액을 분리할 수 있다. 또한, 하단의 일측에 개구부가 형성된 용기 내에 상기 분리 용액을 담은 뒤, 상기 개구부를 통해 상기 침전액만을 배출시켜 상기 상등액과 침전액을 분리할 수 있으나 이제 제한되지 않는다.Next, the semiconducting single-walled carbon nanotube is purified from the supernatant. At this time, the step of separating the supernatant from the separation solution can be used without limitation as long as the supernatant is a process capable of separating the supernatant from the supernatant and the supernatant separated from the supernatant. For example, the supernatant may be removed from the separation solution to separate the supernatant and the sediment. Further, the separation solution may be immersed in a container having an opening at one side of the lower end thereof, and then the supernatant solution and the sedimentation solution may be separated by discharging only the sedimentation solution through the opening, but the present invention is not limited thereto.

이후, 상기 분리된 상등액을 정제하여 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 수득한다. 이때, 상기 상등액으로부터 상기 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 정제하는 방법은 용액 내에 부유물질을 정제하는 방법이라면 공지된 다양한 방법을 제한없이 사용할 수 있다. 일예로, 거름망을 이용하여 상기 상등액에 부유하는 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 떠낼 수 있으나 이에 제한되지 않는다.Thereafter, the separated supernatant is purified to obtain semiconducting single-walled carbon nanotubes. At this time, the method for purifying the semiconducting single-walled carbon nanotubes from the supernatant may use various known methods without limitation as long as it is a method for purifying suspended solids in a solution. For example, the semiconducting single-walled carbon nanotubes suspended in the supernatant can be removed using a sieve network, but the present invention is not limited thereto.

계속해서 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단일벽 탄소나노튜브로부터 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법은 단일벽 탄소나노튜브, 플라빈 유도체, 및 비극성 용매를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 준비하는 단계, 상기 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 초음파 처리하는 단계, 초음파 처리된 상기 단일벽 탄소나노튜브를 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 상등액과 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 침전액으로 원심분리하여 분리 용액을 형성하는 단계, 및 상기 침전액으로부터 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 정제하는 단계를 포함한다.1, a method for separating a metallic single-walled carbon nanotube from a single-walled carbon nanotube according to an embodiment of the present invention includes a single-walled carbon nanotube, a flavin derivative, and a single Preparing a wall carbon nanotube dispersion, ultrasonically treating the single wall carbon nanotube dispersion, separating the ultrasonic treated single wall carbon nanotube into a supernatant containing semiconductive single wall carbon nanotubes and a metallic single wall carbon nanotube Centrifuging the solution with a sedimentation liquid containing a tube to form a separation solution, and purifying the metal single walled carbon nanotube from the sedimentation liquid.

이때, 상기 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 준비하는 단계, 초음파 처리하는 단계, 및 분리용액을 형성하는 단계는 전술된 단일벽 탄소나노튜브로부터 반도체성 단일벽 탄소나노튜브의 분리방법과 동일하므로 전술된 내용을 참고하기로 한다.At this time, the step of preparing the single-walled carbon nanotube dispersion, the step of ultrasonication, and the step of forming the separation solution are the same as the method of separating the semiconducting single-walled carbon nanotubes from the single-walled carbon nanotubes described above, I will refer to the contents.

다음으로, 상기 침전액으로부터 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 정제한다. 이때, 상기 분리 용액으로부터 상기 침전액을 분리해내는 공정은 공지된 기술 중, 상기 상등액은 상등액 및 침전액으로 분리된 분리 용액에서 침전액을 분리해낼 수 있는 공정이라면 제한 없이 사용이 가능하다. 일 예로, 상기 분리 용액으로부터 상기 상등액을 따라내어 상기 상등액과 침전액을 분리할 수 있다. 또한, 하단의 일측에 개구부가 형성된 용기 내에 상기 분리 용액을 담은 뒤, 상기 개구부를 통해 상기 침전액만을 배출시켜 상기 상등액과 침전액을 분리할 수 있으나 이제 제한되지 않는다. Next, the metallic single-walled carbon nanotube is purified from the precipitate. At this time, the step of separating the precipitating solution from the separation solution can be used as long as it is a process capable of separating the precipitating solution from the separation solution separated by the supernatant and the precipitating solution, among the known techniques. For example, the supernatant may be removed from the separation solution to separate the supernatant and the sediment. Further, the separation solution may be immersed in a container having an opening at one side of the lower end thereof, and then the supernatant solution and the sedimentation solution may be separated by discharging only the sedimentation solution through the opening, but the present invention is not limited thereto.

이후, 상기 분리된 침전액을 정제하여 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 수득한다. 이때, 상기 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 정제하는 단계는, 상기 침전액에 플라빈 유도체 및 비극성 용매를 더 첨가하여 금속성 단일벽 탄소나노튜브 혼합 용액을 제조하는 단계, 및 상기 금속성 단일벽 탄소나노튜브 혼합 용액을 초음파 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 플라빈 유도체 및 비극성 용매는 전술된 플라빈 유도체와 비극성 용매와 동일한 물질 및 조성을 가지므로, 전술된 내용을 참고하기로 한다.Thereafter, the separated precipitating solution is purified to obtain semiconducting single-walled carbon nanotubes. At this time, the step of purifying the metallic single-walled carbon nanotubes may further include the steps of: preparing a mixed solution of metallic single-walled carbon nanotubes by further adding a flavin derivative and a non-polar solvent to the precipitating solution; And ultrasonic treatment of the mixed solution. At this time, since the flavin derivative and the nonpolar solvent have the same materials and composition as the flavin derivative and the nonpolar solvent described above, the above description will be referred to.

또한, 상기 금속성 단일벽 탄소나노튜브 혼합 용액을 초음파 처리하는 단계는 전술된 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 초음파 처리하는 단계와 동일한 조건 하에서 초음파 처리를 수행하므로 전술된 내용을 참고하기로 한다.The ultrasound treatment of the metal single wall carbon nanotube mixed solution may be performed by ultrasonic treatment under the same conditions as the ultrasound treatment of the single wall carbon nanotube dispersion described above.

이와 같은 공정을 거쳐 금속성 단일벽 탄소나노튜브, 환원된 플라빈 유도체, 및 비극성 용매를 포함하고, 순도가 70% 이상인 금속성 단일벽 탄소나노튜브 조성물을 수득할 수 있다.Through such a process, a metallic single-walled carbon nanotube composition containing metallic single wall carbon nanotubes, reduced flavin derivatives, and non-polar solvents and having a purity of 70% or more can be obtained.

또한, 상기 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 조성물로부터 상기 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 정제하는 방법은 용액 내에 부유물질을 정제하는 방법이라면 공지된 다양한 방법을 제한없이 사용할 수 있다. 일예로, 거름망을 이용하여 상기 상속성 단일벽 탄소나노튜브 조성물에 부유하는 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 떠낼 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The method for purifying the metal single walled carbon nanotubes from the composition containing the metallic single walled carbon nanotubes may be various methods known in the art for purifying suspended solids in the solution. For example, the metal single walled carbon nanotubes floating on the inherent single walled carbon nanotube composition may be removed using a filtering network, but the present invention is not limited thereto.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are intended to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following experimental examples.

실시예Example 1-  One- 반도체성Semiconducting 단일벽Single wall 탄소나노튜브 분리 Carbon nanotube separation

단일벽 탄소나노튜브(single wall carbon nanotube, SWNT/ 길이 분포 : 0.5 ~ 4 ㎛, SWNT 함유량: 30-70%) 1mg, 플라빈 유도체으로 10-도데실-이소알록사진(10-dodecyl isoalloxazine, F12) 1mg, 및 비극성 용매로 p-자일렌 4ml를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 준비했다.1 mg of a single wall carbon nanotube (SWNT / length distribution: 0.5 to 4 탆, SWNT content: 30 to 70%), 10-dodecyl isoalloxazine (F12 ), And 4 ml of p-xylene as a non-polar solvent.

다음으로, 상기 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 배스 소니케이션 (Branson 1510 sonicator, 70 W)을 5 분 동안 초음파 처리를 해주었고, 추가로 팁 소니케이션 [40% power (18.8 W/mL), 프로브 팁 직경: 13 mm, VCX 750, Sonics & Materials]을 물 순환기로 10℃에 맞추어 냉각시키며 1 시간 동안 실행하였다.Next, the single-walled carbon nanotube dispersion was ultrasonicated for 5 minutes in a Branson 1510 sonicator (70 W), and further tip communication (40% power (18.8 W / mL) Diameter: 13 mm, VCX 750, Sonics & Materials) was cooled to 10 ° C with a water circulator and cooled for 1 hour.

다음으로, 초음파 처리된 상기 단일벽 탄소나노튜브를 5,000g의 속도로 2시간 동안 원심분리기를 이용하여(no. 1 fixed-angle rotor, Supra 22K, Hanil 또는 Wisespin CF-10, Daihan Scientific Co., Ltd) 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 상등액과 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 분리 용액으로 원심분리 공정을 수행했다.Next, the ultrasonically treated single-walled carbon nanotube was immersed in a centrifuge (No. 1 fixed-angle rotor, Supra 22K, Hanil or Wisespin CF-10, Daihan Scientific Co., Ltd) A centrifugation process was performed with a separation solution containing supernatant containing semiconducting single wall carbon nanotubes and metallic single wall carbon nanotubes.

이후, 상기 분리 용액 중 상등액에 부유물로 존재하는 반도체성 단일벽 탄소나노튜브(s-SWNT) 중 80중량%를 떠내어 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 수득했다. Thereafter, 80 wt% of the semiconducting single-walled carbon nanotubes (s-SWNTs) present in the supernatant liquid as floating matters was removed to obtain semiconducting single-walled carbon nanotubes.

실시예Example 2 ~ 4 2 to 4

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 원심분리 단계에서 실시예 2, 3, 4 각각 원심분리 속도를 10,000g, 20,000g, 30,000g로 다르게 한 것을 제외하곤 동일한 방법으로 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 수득했다.Except that the centrifugal separation rate was changed to 10,000 g, 20,000 g and 30,000 g in Examples 2, 3 and 4, respectively, in the same manner as in Example 1, A tube was obtained.

실시예Example 5 5

상기 실시예 1과 동일한 조건 하에서 분리 용액을 형성한 뒤 상기 분리 용액 중 금속성 단일벽 탄소나노튜브(m-SWNT)를 포함하는 침전물만 존재하도록 상등액을 따라냈다. 이후, 남아있는 m-SWNT 침전물에 FC12 4mg, p-자일렌 4mL를 첨가했다. 이후, 실온에서 1시간 동안 팁 소니케이션을 이용하여 18.8 W/mL의 초음파 세기로 초음파 처리를 수행했다. After the separation solution was formed under the same conditions as in Example 1, the supernatant was discharged so that only the precipitate containing the metallic single-walled carbon nanotube (m-SWNT) remained in the separation solution. Then, 4 mg of FC12 and 4 mL of p-xylene were added to the remaining m-SWNT precipitate. Thereafter, ultrasonic treatment was performed at a room temperature for 1 hour using a tip sonication at an ultrasonic intensity of 18.8 W / mL.

비교 compare 실시예Example 1 One

SWNT 1 mg, 계면활성제 SDS(Sodium dodecyl sulfate) 10 mg, 및 물 10 mL을 포함하는 단일벽 탄소나노튜브 혼합액을 준비했다.1 mg of SWNT, 10 mg of surfactant SDS (sodium dodecyl sulfate), and 10 mL of water was prepared.

이후, 상기 혼합액을 상기 실시예 1에서 사용한 배스 소니케이션을 이용하여 1시간 동안 초음파처리 한 뒤, 상기 실시예 1에서 사용한 팁 소니케이션(300 W)을 이용하여 5시간 동안 초음파 처리를 수행했다.Thereafter, the mixed solution was subjected to ultrasonic treatment for 1 hour using the bathersonization used in Example 1, and then subjected to ultrasonic treatment for 5 hours using the tip sonication (300 W) used in Example 1.

이후, 80,000 g에서 원심분리기(70Ti rotor, Beckman Coulter)를 사용하여 10 시간 동안 원심분리 공정을 수행하여 분리 용액을 제조했다.Thereafter, centrifugation was performed at 80,000 g for 10 hours using a centrifuge (70 Ti rotor, Beckman Coulter) to prepare a separation solution.

이후, 상기 분리 용액 중 상기 pH 10의 조건 하에서 SWNT 번들(bundle), 탄소질과 금속성의 불순물을 제거하기 위하여 부유물의 80중량%를 떠내어 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 수득했다.Then, to remove the SWNT bundle, the carbonaceous substance and the metallic impurities in the separation solution under the condition of pH 10, 80 wt% of the suspension was floated to obtain semiconducting single-walled carbon nanotubes.

비교 compare 실시예Example 2 ~ 5 2 to 5

SWNT 1 mg, 계면활성제 SDS(Sodium dodecyl sulfate) 1 mg, 및 물 4 mL을 포함하는 단일벽 탄소나노튜브 혼합액을 준비했다.1 mg of SWNT, 1 mg of surfactant SDS (sodium dodecyl sulfate), and 4 mL of water was prepared.

이후, 상기 혼합액을 상기 실시예 1와 동일한 조건으로 초음파 처리를 해 준 후, 각각 상기 실시예 1 ~ 4와 동일한 조건으로 원심분리 (5000, 10000, 20000, 30000 g)를 수행하여 분리 용액을 제조했다.Thereafter, the mixed solution was subjected to ultrasonic treatment under the same conditions as in Example 1, followed by centrifugation (5000, 10000, 20000, 30000 g ) under the same conditions as in Examples 1 to 4, respectively, did.

<< 실험예Experimental Example 1 -  One - PLEPLE 측정> Measurement>

형광 분광학 측정은 광대역의 450 W 제논 램프로 여기되고, 액체 질소로 냉각시킨, 단일 채널의 InGaAs array detector(512 ×1 픽셀, 측정 범위: 800 ~ 1650 nm)를 갖춘 Spex Nanolog 3-211 spectrofluorometer (Horiba Jobin-Yvon)로 실시되었다. 150 gr/mm 그레이팅은 방출되는 빛을 분산시키기 위하여 사용됐다. 여기부 및 방출부의 슬릿은 14 와 10 nm로 설정하였다. 여기부 및 방출부의 빛의 세기는 모두 PLE map을 만들기 위하여 사용되는 감도 보정 인자로 보정이 되었다. s-SWNT의 PL 카이럴리티 배치는 O'ConnellS13 에 의해 발표된 PLE map의 PL 패턴 맞춤을 기반으로 하였다. p-xylene으로 분산된 FC12-SWNTs의 S11과 S22 위치를 정확히 찾기 위하여, PLE map에서의 주어진 PL 위치 부근에서 뽑아낸 여기와 방출을 로렌트지안 쉐이프(Lorentzian shape)으로 디콘볼루션 하였다.Fluorescence spectroscopy measurements were carried out on a Spex Nanolog 3-211 spectrofluorometer (Horiba, Calif.) Equipped with a single-channel InGaAs array detector (512 x 1 pixel, measuring range 800 to 1650 nm), excited by a broadband 450 W xenon lamp and cooled with liquid nitrogen Jobin-Yvon). A grating of 150 gr / mm was used to disperse the emitted light. The slits of the excitation and emission portions were set at 14 and 10 nm. The intensity of the excitation and emission are all calibrated with the sensitivity correction factor used to make the PLE map. The PL chirality placement of the s-SWNT was based on the PL pattern fit of the PLE map published by O'ConnellS13. To precisely locate the S 11 and S 22 positions of FC12-SWNTs dispersed with p-xylene, excitation and emission from a given PL location near the PLE map were deconvoluted into a Lorentzian shape.

<< 실험예Experimental Example 2 - UV 및 라만 특성 측정> 2 - Measurement of UV and Raman properties>

상기 제조예 1 ~ 5 및 비교제조예 1의 반도체성 또는 금속성 단일벽 탄소나노튜브의 UV 및 라만 특성을 측정했다. 라만 스펙트라는 LabRam ARAmis (Horiba Jobin Yvon)를 사용하여 얻어졌다. 산란된 빛은 100×objective와 600 gr/mm 그레이팅을 이용한 후방 산란 지오머트리(geometry)를 통하여 얻어졌다. 라만 측정을 위한 레이저의 세기는 0.7mW였고, 이는 원치 않는 SWNT의 손상을 방지하기 위함이다. 632.8nm 와 785 nm 레이저들이 각각 HiPco와 SWNT를 분석하기 위하여 이용되었다. Si 피크 (520.89 cm- 1)가 내부 검정으로 사용되었다. (샘플 준비 조건: 수십 마이크로리터의 분산된 SWNT가 피라냐 용액으로 세척된 Si 기판 위에 증착되었다. 여분의 FC12는 FC12에서 기인하는 초록색의 PL이 나타나지 않을 때까지 메탄올로 여러 번 세척을 하여 제거하였다.)The UV and Raman characteristics of the semiconductive or metallic single-walled carbon nanotubes of Production Examples 1 to 5 and Comparative Production Example 1 were measured. Raman spectra were obtained using LabRam ARAmis (Horiba Jobin Yvon). Scattered light was obtained through backscattering geometry using 100 × objective and 600 gr / mm grating. The laser intensity for the Raman measurement was 0.7 mW, in order to prevent damage to unwanted SWNTs. 632.8 nm and 785 nm lasers were used to analyze HiPco and SWNT, respectively. Si peak-a (520.89 cm 1) was used as an internal test. (Sample preparation conditions: tens of microliters of dispersed SWNTs were deposited on Si substrates washed with Piranha solution.) Extra FC12 was removed by washing several times with methanol until no green PL caused by FC12 appeared. )

<< 실험예Experimental Example 3 - LC-MS 측정 > 3 - LC-MS measurement>

LC-MS 스펙트라는 1260 Infinity LC/6530과 Accurate Q-TOF (Agilent Technologies)를 이용하여 측정되었다.LC-MS spectra were measured using 1260 Infinity LC / 6530 and Accurate Q-TOF (Agilent Technologies).

<< 실험예Experimental Example 4 -  4 - AFMAFM 측정 > Measurement>

AFM 측정은 도립 현미경(Zeiss)에 설치된 AFM (Nanowizard I, JPK instrument)으로 측정하였다. 알루미늄으로 코팅된 실리콘 AFM cantilevers (스프링 상수: 13-77 N/m, 진동 범위: 200 ~ 400 kHz, AppNano)가 tapping mode imaging을 위해 사용되었고, 픽셀 크기는 512 × 512 이다.The AFM measurement was performed with an AFM (Nanowizard I, JPK instrument) installed on an inverted microscope (Zeiss). Silicon AFM cantilevers coated with aluminum (spring constant: 13-77 N / m, oscillation range: 200-400 kHz, AppNano) were used for tapping mode imaging and the pixel size was 512x512.

도 2는 본 발명의 실시예 1의 분리 용액에서 s상등액과 침전액 및 비교 실시예 1의 분리 용액의 파장-흡광 스펙트라(A)를 나타낸 그래프와 실시예 1 및 실시예예 5의 단일벽 탄소나노튜브의 라만 스펙트라(B)를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the wavelength-absorbance spectra (A) of the s supernatant and the precipitate in the separation solution of Example 1 of the present invention and of the separation solution of Comparative Example 1 and the single-walled carbon nanotubes of Example 1 and Example 5 Raman spectra (B) of the tube.

이때, 상기 라만 스펙트라는 라디칼 브레싱 모드(Radial Breathing Mode, RBM)를 나타낸다.At this time, the Raman spectrum represents a radical breathing mode (RBM).

먼저 도 2의 A를 참조하면, 실시예 1의 상등액의 경우 S22 및 S11 영역에서 강한 피크가 존재함을 알 수 있다. 이에, 상등액의 경우 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하고 높은 순도를 나타냄을 예측할 수 있다. 한편, 실시예 1의 침전액의 경우 M11 영역에서 강한 피크가 존재함을 알 수 있다. 또한, 침전액의 경우 S22 및 S11 영역에서도 피크가 존재하는 것을 알 수 있는데 이는 침전액에 남아있는 탄소 불순물에 기인하여 나타난 피크일 수 있다. 또한, 비교 실시예 1의 분리 용액의 경우 M11 및 S22 영역에서 피크가 존재하나 피크 특성이 미미하며, S11 영역에서 피크 특성이 나타나지 않음을 알 수 있다. 이는 비교 실시예 1의 경우 전기적 성질에 따른 선택적 분리가 일어나지 않았음을 알 수 있다.Referring first to FIG. 2 A, it can be seen that there is a strong peak in the S 22 and S 11 regions of the supernatant of Example 1. Therefore, it is predicted that the supernatant contains semiconducting single-walled carbon nanotubes and exhibits high purity. On the other hand, it can be seen that a strong peak is present in the M 11 region in the precipitate of Example 1. In addition, it can be seen that a peak is also present in the S 22 and S 11 regions of the precipitate, which may be a peak due to the carbon impurities remaining in the precipitate. In addition, in the case of the separation solution of Comparative Example 1, peaks were present in the M 11 and S 22 regions but the peak characteristics were insignificant, and the peak characteristics were not observed in the S 11 region. It can be seen that Comparative Example 1 did not cause selective separation according to the electrical properties.

도 2의 B를 참조하면, 실시예 1의 상등액의 경우 S22 및 S11 영역에서 강한 피크가 존재함을 알 수 있다. 이에, 상등액의 경우 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하고 높은 순도를 나타냄을 예측할 수 있다. 한편, 실시예 1의 침전액의 경우 M11 영역에서 강한 피크가 존재함을 알 수 있다.Referring to FIG. 2B, it can be seen that in the case of the supernatant of Example 1, strong peaks are present in the S 22 and S 11 regions. Therefore, it is predicted that the supernatant contains semiconducting single-walled carbon nanotubes and exhibits high purity. On the other hand, it can be seen that a strong peak is present in the M 11 region in the precipitate of Example 1.

도 3은 본 발명의 실시예 1 상등액의 PLE 특성을 나타낸 그래프이다. 3 is a graph showing PLE characteristics of the supernatant of Example 1 of the present invention.

또한, 아래 표 1은 상기 PLE 그래프에 대한 S11 및 S22의 위치, SWNT의 직경을 나타낸 표이다. 이때, 상기 SENT의 직경은 1.44 Å C-C 결합 길이로 계산되었다.Table 1 below is a table showing the positions of S 11 and S 22 and the diameter of SWNT for the PLE graph. At this time, the diameter of the SENT was calculated as 1.44 A CC bonding length.

Assignment
(n, m)
Assignment
( n, m )
Diameter
(nm)
Diameter
(nm)
Optical transitionsOptical transitions
S11 (nm)S 11 (nm) S22 (nm)S 22 (nm) (6,5)(6, 5) 0.760.76 986.7986.7 581.9581.9 (8,3)(8,3) 0.780.78 980.8980.8 673.8673.8 (7,5)(7, 5) 0.830.83 1044.91044.9 656.9656.9 (8,4)(8,4) 0.840.84 1124.61124.6 605.8605.8 (10,2)(10, 2) 0.880.88 1069.01069.0 751.2751.2 (7,6)(7, 6) 0.900.90 1147.41147.4 662.0662.0 (9,4)(9, 4) 0.920.92 1118.61118.6 736.3736.3 (11,1)(11, 1) 0.920.92 1303.31303.3 624.3624.3 (10,3)(10, 3) 0.940.94 1273.91273.9 645.4645.4 (8,6)(8, 6) 0.970.97 1205.71205.7 734.0734.0 (9,5)(9, 5) 0.980.98 1269.21269.2 689.5689.5 (11,3)(11,3) 1.011.01 1217.61217.6 823.4823.4 (13,0)(13,0) 1.031.03 1418.31418.3 687.8687.8 (8,7)(8, 7) 1.031.03 1308.11308.1 741.6741.6 (10,5)(10,5) 1.051.05 1280.91280.9 823.8823.8 (11,4)(11,4) 1.071.07 1413.11413.1 729.9729.9 (9,7)(9, 7) 1.101.10 1369.61369.6 825.6825.6 (10,6)(10, 6) 1.111.11 1420.11420.1 765.8765.8 (13,2)(13,2) 1.121.12 1334.61334.6 883.4883.4 (12,4)(12, 4) 1.151.15 1383.41383.4 883.1883.1 (9,8)(9,8) 1.171.17 1458.71458.7 829.4829.4 (11,6)(11, 6) 1.191.19 1432.41432.4 884.9884.9 (15,1)(15,1) 1.231.23 14631463 940940 (10,8)(10,8) 1.241.24 1512.71512.7 889.1889.1 (14,3)(14,3) 1.251.25 1489.81489.8 941.9941.9 (13,5)(13,5) 1.281.28 1534.61534.6 936.6936.6

도 3 및 상기 표 1을 참조하면 s-SWNT를 포함하는 상등액의 s-SWNT 함량이 약 96%의 순도로 농축되어 있음을 알 수 있다. 결론적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 단일벽 탄소나노튜브로부터 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법에 의하면 고순도로 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 분리할 수 있다.Referring to FIG. 3 and Table 1, it can be seen that the s-SWNT content of the supernatant containing s-SWNT is concentrated to a purity of about 96%. As a result, the method of separating the semiconducting single-walled carbon nanotube from the single-walled carbon nanotube according to an embodiment of the present invention can separate the semiconducting single-walled carbon nanotube with high purity.

도 4는 실시예 1 ~ 4 상등액의 흡광 스펙트라를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the absorption spectra of the supernatants of Examples 1 to 4. Fig.

도 4를 참조하면, 원심력이 5000g인 실시예 1의 흡광 피크가 가장 강한 것을 알 수 있다.4, it can be seen that the absorption peak of Example 1 having a centrifugal force of 5000 g is the strongest.

도 5는 제조예 1 ~ 4의 PLE 특성을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing PLE characteristics of Production Examples 1 to 4.

도 5를 참조하면, 원심력이 가장 높은 제조예 4의 s-SWNT의 순도가 가장 높은 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the purity of s-SWNT of Production Example 4 having the highest centrifugal force is the highest.

도 6는 원심력에 따른 비교실시예 2 ~ 5 상등액의 흡광 스펙트라를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the absorption spectra of the supernatants of Comparative Examples 2 to 5 according to the centrifugal force.

도 6을 참조하면, 비교 실시예 2 ~ 5의 경우 실시예 1 ~ 4와 비교하여 분산이 잘 되지 않아 흡광 피크가 뚜렷이 나타나지 않고, 반도체성과 금속성의 분리도 이루어지지 않음을 확인하였다. 이는 임계 미셸 농도가 충족되지 않았기 때문일 수 있다.Referring to FIG. 6, in Comparative Examples 2 to 5, it was confirmed that the absorption peak did not appear clearly and the separation of semiconducting property and metallic property was not achieved as compared with Examples 1 to 4 because of poor dispersion. This may be because the critical micelle concentration is not met.

결론적으로, 비교 실시예 2 ~ 5에서는 SWNT의 분산과 분리가 제대로 이루어지지 않음을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the dispersion and separation of SWNTs in Comparative Examples 2 to 5 are not properly performed.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예 및 실험예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예 및 실험예에 의해 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention, Various modifications and variations are possible.

Claims (11)

단일벽 탄소나노튜브, 플라빈 유도체, 및 비극성 용매를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 준비하는 단계;
상기 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 초음파 처리하는 단계;
초음파 처리된 상기 단일벽 탄소나노튜브를 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 상등액과 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 침전액으로 원심분리하여 분리 용액을 형성하는 단계; 및
상기 상등액으로부터 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 정제하는 단계;를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브로부터 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법.
Preparing a single walled carbon nanotube dispersion comprising a single wall carbon nanotube, a flavin derivative, and a nonpolar solvent;
Ultrasonically treating the single-walled carbon nanotube dispersion;
Separating the ultrasonically treated single walled carbon nanotube into a precipitating solution containing a supernatant containing semiconductive single walled carbon nanotubes and a metallic single walled carbon nanotube to form a separated solution; And
And purifying the semiconducting single-walled carbon nanotube from the supernatant. The method of separating a semiconducting single-walled carbon nanotube from a single-walled carbon nanotube.
단일벽 탄소나노튜브, 플라빈 유도체, 및 비극성 용매를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 준비하는 단계;
상기 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 초음파 처리하는 단계;
초음파 처리된 상기 단일벽 탄소나노튜브를 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 상등액과 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 침전액으로 원심분리하여 분리 용액을 형성하는 단계; 및
상기 침전액으로부터 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 정제하는 단계;를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브로부터 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법.
Preparing a single walled carbon nanotube dispersion comprising a single wall carbon nanotube, a flavin derivative, and a nonpolar solvent;
Ultrasonically treating the single-walled carbon nanotube dispersion;
Separating the ultrasonically treated single walled carbon nanotube into a precipitating solution containing a supernatant containing semiconductive single walled carbon nanotubes and a metallic single walled carbon nanotube to form a separated solution; And
And purifying the metallic single-walled carbon nanotube from the precipitating solution. 2. A method for separating a metallic single-walled carbon nanotube from a single-walled carbon nanotube comprising:
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 단일벽 탄소나노튜브 및 상기 플라빈 유도체의 질량비는 1 : 0.5 ~ 1.5인 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the mass ratio of the single-walled carbon nanotube to the Frabin derivative is 1: 0.5 to 1.5.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플라빈 유도체는 FMN(Flavin mononucleotide), FAD(flavin adenine dinucleotide), 10-도데실-이소알록사진(10-dodecyl isoalloxazine), 및 리보플라빈(Rivoflavin)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the Flavin derivative is at least one selected from the group consisting of FMN (Flavin mononucleotide), FAD (flavin adenine dinucleotide), 10-dodecyl isoalloxazine, and riboflavin How to separate wall carbon nanotubes.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 비극성 용매는 자일렌, 자일렌 이성질체, 벤젠, 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the non-polar solvent comprises at least one selected from the group consisting of xylene, xylene isomers, benzene, and toluene.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플라빈 유도체는 10-도데실-이소알록사진이고, 상기 비극성 용매는 p-자일렌인 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the Flavin derivative is 10-dodecyl-isoalloc photo, and the non-polar solvent is p-xylene.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 초음파 처리하는 단계에서, 상기 초음파 처리는 1 ~ 100 W 세기로 1 ~ 60분 동안 초음파를 조사하여 수행되는 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
In the ultrasound treatment, the ultrasonic treatment is performed by irradiating ultrasonic waves for 1 to 60 minutes at 1 to 100 W intensity, thereby separating the single-walled carbon nanotubes.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 분리 용액을 형성하는 단계에서, 상기 원심분리는 1,000 ~ 50,000g 속도로 1시간 ~ 3시간 동안 수행되는 단일벽 탄소나노튜브를 분리하는 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the centrifugal separation is performed at a speed of 1,000 to 50,000 g for 1 to 3 hours in the step of forming the separation solution.
제2항에 있어서,
상기 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 정제하는 단계는,
상기 침전액에 플라빈 유도체 및 비극성 용매를 더 첨가하여 금속성 단일벽 탄소나노튜브 혼합 용액을 제조하는 단계; 및
상기 금속성 단일벽 탄소나노튜브 혼합 용액을 초음파 처리하는 단계;를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브의 분리방법.
3. The method of claim 2,
The step of purifying the metal single walled carbon nanotubes comprises:
Preparing a mixed solution of metal single wall carbon nanotubes by further adding a flavin derivative and a nonpolar solvent to the precipitating solution; And
And subjecting the metal single wall carbon nanotube mixed solution to ultrasonic treatment.
반도체성 단일벽 탄소나노튜브, 환원된 플라빈 유도체, 및 비극성 용매를 포함하고, 순도가 90% 이상인 반도체성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 조성물.A semiconducting single-walled carbon nanotube comprising semiconducting single-walled carbon nanotubes, reduced flavin derivatives, and nonpolar solvents, wherein the semiconducting single-walled carbon nanotubes have a purity of 90% or greater. 금속성 단일벽 탄소나노튜브, 환원된 플라빈 유도체, 및 비극성 용매를 포함하고, 순도가 70% 이상인 금속성 단일벽 탄소나노튜브를 포함하는 조성물.A composition comprising metallic single-walled carbon nanotubes, reduced single-walled carbon nanotubes, reduced flavin derivatives, and non-polar solvents, wherein the metallic single-walled carbon nanotubes have a purity of greater than 70%.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200100439A (en) * 2019-02-18 2020-08-26 가천대학교 산학협력단 Scalable separation of semiconducting single walled carbon nanotubes using bath sonication
KR102174536B1 (en) * 2019-05-21 2020-11-05 연세대학교 산학협력단 Polyamide-carbon nanotube nanocomposite and method for manufacturing the same
KR20210016030A (en) * 2018-09-14 2021-02-10 중국 과학원, 쑤저우 나노기술 및 나노바이오닉스 연구소 Carbon nanotube orientation film, manufacturing method and application thereof

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KR20200100439A (en) * 2019-02-18 2020-08-26 가천대학교 산학협력단 Scalable separation of semiconducting single walled carbon nanotubes using bath sonication
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