KR20170114510A - Hybrid materials by carbon nanocoils and carbon microcoils and manufactring method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 열화학기상증착공정을 수행하기 위한 증착 챔버 내부에 세라믹 기판을 배치하는 단계와, 상기 증착 챔버 내부에 원료가스로 C2H2 가스를 주입하고, 첨가가스로 SF6 가스를 주입하되, 상기 C2H2 가스는 전체 증착 시간동안 주입하고, 상기 SF6 가스는 적어도 2회 온 오프 변조하여 주입하는 단계를 포함함으로써, SF6 가스의 주입을 반응 시간에 따라 인위적으로 조절하여 합성된 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재를 제조할 수 있다.The present invention is a carbon nano-coil - C 2 in that, in step, a raw material gas into the deposition chamber to place the ceramic substrate in the deposition chamber for performing the thermal chemical vapor deposition process of the carbon micro-coil hybrid material and a method of manufacturing the same Injecting H 2 gas and injecting SF 6 gas as an additive gas while injecting the C 2 H 2 gas for the entire deposition time and implanting the SF 6 gas by on-off modulation at least twice, The carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material synthesized by artificially controlling the injection of the SF 6 gas according to the reaction time can be produced.

Description

탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재 및 그 제조 방법{HYBRID MATERIALS BY CARBON NANOCOILS AND CARBON MICROCOILS AND MANUFACTRING METHOD}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material and a method for manufacturing the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 열화학기상증착공정(TCVD : thermal chemical vapor deposition)의 진행 중에 SF6 가스의 주입을 반응 시간에 따라 인위적으로 조절하여 합성된 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material synthesized by artificially controlling the injection of SF 6 gas during the course of a thermal chemical vapor deposition (TCVD) process and a method of manufacturing the same .

잘 알려진 바와 같이, 탄소코일은 높은 탄성, 낮은 전기 저항, 나선형 형태로 높은 표면적 등과 같은 특성을 가지므로, 전자파 흡수제, 나노/마이크로 크기의 촉각센서, 액추에이터, 공진기, 기계적 스프링 등에 사용되는 유망한 물질로 각광받고 있다.As is well known, carbon coils have properties such as high elasticity, low electrical resistance, high surface area in spiral shape, and so on. Therefore, they are promising materials for electromagnetic wave absorbers, nano / micro scale tactile sensors, actuators, resonators and mechanical springs. Be in the spotlight.

이러한 탄소코일의 형상은 성장된 상태에서 다양하게 나타나고, 그 직경은 나노 크기부터 마이크로 크기까지 변화될 수 있으며, 나선형 코일의 전기적 특성은 코일의 지름, 피치, 길이, 회전 방향 등과 같은 기하구조에 따라 변화될 수 있어 그 기하구조를 제어하는 것이 중요하다.The shape of such a carbon coil varies in growth state, its diameter can be changed from nano size to micro size, and the electrical characteristics of a helical coil can be changed according to geometry such as coil diameter, pitch, length, It is important to control the geometry as it can change.

또한, 탄소코일은 일반적으로 100m2/g 전후의 큰 비표면적을 가지며, 전기저항이 온도 상승과 함께 감소하는 반도체적 특성을 가지며, 직경이 큰 탄소코일과 작은 탄소코일은 원래 길이의 대략 15 배까지 늘어나는 초탄력성을 갖는 것으로 알려져 있다.In addition, carbon coils generally have a large specific surface area of around 100 m 2 / g and have a semiconductor characteristic in which the electrical resistance decreases with increasing temperature. Carbon coils with a large diameter and small carbon coils have a diameter of about 15 times And it is known to have an elasticity of supersensitivity.

한편, 탄소코일은 미량의 황 불순물을 포함하는 C2H2를 Ni 등의 촉매 하에 열분해하는 촉매를 이용한 화학기상증착(CVD : Chemical Vapor Deposition) 공정을 통해 제조할 수 있으며, 탄소나노튜브에 비하여 성장 조건이 매우 까다로워 촉매, 반응 조건, 장치 조건 등을 최적화하지 않을 경우 탄소코일이 아니라 탄소 미분말 또는 직선상의 탄소섬유만을 얻을 수 있다.On the other hand, the carbon coil can be produced through a chemical vapor deposition (CVD) process using a catalyst that pyrolyzes C 2 H 2 containing a trace amount of sulfur impurities under a catalyst such as Ni, If the growth conditions are very difficult and the catalyst, reaction conditions, and device conditions are not optimized, carbon fine powder or straight carbon fibers can be obtained instead of carbon coils.

즉, 상술한 바와 같은 촉매 화학기상증착 공정을 통해 제조되는 탄소코일은 수율이 낮고, 탄소코일의 기하학적 구조가 랜덤하게 형성되며, 탄소코일 생산율을 높이는데 어려움이 있는 실정이다.That is, the carbon coils produced through the above-described catalytic chemical vapor deposition process have low yields, and the geometrical structure of the carbon coils is randomly formed, making it difficult to increase the production rate of carbon coils.

이러한 문제점을 해결하기 위해 동일반응계에서 C2H2/H2 가스의 주입을 온/오프시키는 과정을 주기적으로 순환시키는 변조 공정이 제안되고 있고, 이를 통해 우수한 특성의 탄소코일을 제조(합성)하기 위해 기하구조를 제어할 수 있는 최적화된 공정 조건에 대해 지속적으로 연구 개발되고 있는 실정이다.To solve these problems, a modulation process has been proposed in which the process of cycling the C 2 H 2 / H 2 gas injection on / off cycle in the in-situ reaction system has been proposed, thereby manufacturing (synthesizing) excellent carbon coils We have been continuously researching and developing the optimized process conditions that can control the geometry.

한편, 탄소나노튜브, 탄소나노파이버, 그래핀, 탄소나노코일, 탄소마이크로코일 등을 포함하는 탄소재료의 합성을 통해 탄소재료의 특성(예를 들면, 전자기 차폐 성능 등)을 향상시키기 위한 연구가 광범위하게 실시되고 있다.Meanwhile, researches for improving the properties (for example, electromagnetic shielding performance, etc.) of carbon materials through synthesis of carbon materials including carbon nanotubes, carbon nanofibers, graphenes, carbon nanocoils, .

종래에, 탄소나노튜브가 성장하기 위한 촉매로서 사용되는 전이 금속이 반응 중에 쉽게 탄소기판으로 확산될 수 있기 때문에, 탄소나노튜브와 탄소나노파이버 간 하이브리드화(hybridization)가 매우 어렵다고 알려져 있다.Conventionally, it is known that hybridization between carbon nanotubes and carbon nanofibers is very difficult because the transition metal used as a catalyst for growing carbon nanotubes can easily diffuse to the carbon substrate during the reaction.

이를 극복하기 위해 Li 등은 탄소기판에 금속 촉매의 내부 확산을 방지할 수 있도록 그라파이트 포일(graphite foil)에 스테인리스 금속 필름을 코팅하는 연구를 수행하였다(Li WZ, Wang DZ, Yang SX, Wen JG, Ren ZF. Controlled growth of carbon nanotubes on graphite foil by chemical vapor deposition. Chem Phys Lett 2001;335(3-4):141-9).In order to overcome this problem, Li et al. Studied the coating of a stainless steel metal film on a graphite foil to prevent internal diffusion of a metal catalyst on a carbon substrate (Li WZ, Wang DZ, Yang SX, Wen JG, Ren Physics Lett 2001; 335 (3-4): 141-9).

그리고, Song 등은 탄소나노튜브-나노섬유 하이브리드 소재 합성 반응 전에 탄소나노섬유의 표면에 파이로 카본층(pyrocarbon layer)을 코팅시켜 금속 촉매의 탄소나노섬율 내부로의 확산을 차단시키는 연구를 실시하였다(Song Q, Li Kz, Li Hl, Li Hj, Ren C. Grafting straight carbon nanotubes radially onto carbon fibers and their effect on the mechanical properties of carbon/carbon composites. Carbon 2012;50(10):3949-52).Song et al. Studied carbon nanotube-nanofiber hybrid materials by coating a pyrocarbon layer on the surface of the carbon nanofibers before synthesis to prevent diffusion of the metal catalyst into the carbon nanotubes (Song Q, Li Kz, Li HI, Li HJ, Ren C. Grafting straight carbon nanotubes and radial on carbon fibers and their effects on carbon / carbon composites. Carbon 2012; 50 (10): 3949-52).

또한, Zhu 등은 합성 반응의 온도를 감소시켜 촉매로 사용되는 금속 철이 탄소섬유 내부로의 빠른 확산을 감소시키는 연구를 수행하였다(Zhu S, Su CH, Lehoczky SL, Muntele I, Ila D. Carbon nanotube growth on carbon fibers. Diamond Relat Mater 2003;34(12):1825-8).In addition, Zhu et al. Have attempted to reduce the temperature of the synthesis reaction to reduce the rapid diffusion of metal iron used as a catalyst into carbon fibers (Zhu S, Su CH, Lehoczky SL, Muntele I, Ila D. Carbon nanotube growth on carbon fibers. Diamond Relat Mater 2003; 34 (12): 1825-8).

또 다른 방법으로는 인젝션 화학기상증착공정(injection CVD)이 제안되었는데, 이는 촉매로 사용되는 전이 금속과 탄소섬유 표면 사이의 접촉 시간을 최소화시킴으로써 탄소 표면에서 전이 금속의 내부 확산을 감소시키는 것으로, 탄소섬유와 다중벽 탄소나노튜브의 하이브리드 물질을 제조하는데 이를 통하여 정렬된 다중벽 탄소나노튜브 번들을 얻을 수 있었다(Zhao ZG, Ci LJ, Cheng HM, Bai JB. The growth of multi-walled carbon nanotubes with different morphologies on carbon fibers. Carbon 2005;43(3):663-5).Another method is injection CVD, which reduces the internal diffusion of the transition metal at the carbon surface by minimizing the contact time between the transition metal and the carbon fiber surface used as catalyst, In this study, we have synthesized multi-walled carbon nanotube bundles by using the multi-walled carbon nanotubes and fabricated hybrid materials of multi-walled carbon nanotubes (Zhao ZG, Ci LJ, Cheng HM, Bai JB. morphologies on carbon fibers. Carbon 2005; 43 (3): 663-5).

한편, 탄소마이크로코일과 탄소섬유 하이브리드 소재의 합성에 대한 연구도 Liu 등의 극소수 연구자에 의해서 수행되었다(Liu L, Zhou K, He P, Chen T. Synthesis and microwave absorption properties of carbon coil-carbon fiber hybrid materials. Mater Lett 2013;110:76-9, Liu L, He P, Zhou K, Chen T. Microwave absorption properties of carbon fibers with carbon coils of different morphologies (double microcoils and single nanocoils) grown on them. J Mater Sci 2014;49:4379-86).On the other hand, studies on the synthesis of carbon micro-coils and carbon fiber hybrid materials have been conducted by a few researchers of Liu et al. (Liu L, Zhou K, He P, Chen T. Synthesis and microwave absorption properties of carbon coil- Mater Lett 2013; 110: 76-9, Liu L, He P, Zhou K, Chen T. Microwave absorption properties of carbon fibers with different co-morphologies (double microcoils and single nanocoils) grown on them. J Mater Sci 2014; 49: 4379-86).

그들은 열화학기상증착공정(TCVD) 하에서 탄소나노섬유에 미리 코팅된 니켈나노입자를 사용하여 탄소섬유의 표면에 탄소마이크로코일을 균일하게 성장시키는 방법을 연구하였다.They studied how to uniformly grow carbon micro-coils on the surface of carbon fibers using pre-coated nickel nanoparticles on carbon nanofibers under thermochemical vapor deposition (TCVD).

여기에서는 탄소섬유 하이브리드 소재에 탄소마이크로코일을 제조하기 위해 두 단계의 공정을 사용하였다. 첫번째 단계는 니켈나노입자를 균일침전환원방법에 의해 제조된 탄소섬유에 도포하고 난 다음 두 번째 단계로 니켈나노입자가 코팅된 탄소섬유위에 탄소마이크로코일을 성장시키는 방식으로 진행되었다.Here, a two-step process was used to fabricate a carbon micro-coil in a carbon fiber hybrid material. The first step was to apply the nickel nanoparticles to the carbon fiber prepared by the uniform precipitation reduction method, and then the carbon microcoils were grown on the carbon nanoparticles coated with nickel nanoparticles in the second step.

상술한 바와 같이 탄소나노재료의 특성을 향상시키기 위하여 다양한 탄소소재들간의 하이브리드 합성에 관련된 연구가 현재까지 지속적으로 진행되고 있는 실정이다.As described above, in order to improve the properties of carbon nanomaterials, researches on hybrid synthesis between various carbon materials have been continuously carried out to date.

1. 한국등록특허 제10-1213602호(2012.12.12.등록) : 육불화항 가스를 이용하여 기하학적으로 조절된 마이크로 또는 나노크기의 탄소코일의 제조방법1. Korean Patent No. 10-1213602 (Registered on Dec. 12, 2012): Manufacturing of Geometrically Controlled Micro or Nano-sized Carbon Coils Using Hexafluoride Gas 2. 미국등록특허 제07354626호(2008.04.08.등록) : Method for increasing fiber density in electrostatic flocking2. United States Patent No. 07354626 (registered on Apr. 8, 2008): Method for increasing fiber density in electrostatic flocking

본 발명은 인시츄(in-situ) 상태에서 원스텝(one-step)으로 열화학기상증착공정(TCVD)을 진행하는 중에 SF6 가스의 주입을 반응 시간에 따라 인위적으로 조절하여 합성된 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.The invention in-situ (in-situ) state one step (one-step) as a thermal chemical vapor deposition (TCVD) SF according to the injection of 6 gas to the reaction time, the artificially controlled by synthesizing carbon nanocoils in traveling the in- Carbon micro-coil hybrid material and a manufacturing method thereof.

또한, 본 발명은 원료가스로 C2H2 가스를 주입하고, 첨가가스로 SF6 가스를 주입하되, 열화학기상증착공정 중에 C2H2 가스는 지속적으로 공급하면서 SF6 가스는 적어도 2회의 온 또는 오프 변조 주기로 공급함으로써, 탄소마이크로코일의 표면에 탄소나노코일이 성장되면서 확산되어 탄소나노코일의 밀도가 증가된 하이브리드 소재를 제조할 수 있는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is the introduction of C 2 H 2 gas as a raw material gas, but injected with SF 6 gas as additive gas, C 2 H 2 gas into the thermal chemical vapor deposition process is continuously supplied to the SF 6 gas is at least twice on Carbon micro-coil hybrid material capable of producing a hybrid material in which carbon nano-coils are grown on the surface of a carbon micro-coil by being supplied in an off-modulating period to increase the density of carbon nano-coils diffused while being grown, and a manufacturing method thereof .

한편, 본 발명은 주입 가스를 조작하여 세라믹 기판 상에 탄소마이크로코일을 성장시키면서 동시에 그 표면에 다수의 탄소나노코일을 성장 및 확산시키는 제어 가능한 합성 방법을 최초로 제시함으로써, 전자기, 물리화학적 특성이 매우 독특한 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재를 제조할 수 있는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a controllable synthesis method for growing and dispersing a plurality of carbon nanocoils on a surface of a carbon substrate while growing a carbon microcoil on a ceramic substrate by manipulating an injection gas, A carbon nano-coil-carbon micro-coil hybrid material capable of producing a unique carbon nano-coil-carbon micro-coil hybrid material and a method of manufacturing the same.

아울러, 본 발명은 탄소마이크로코일의 표면에 탄소나노코일이 직접 성장하도록 제어할 수 있을 뿐만 아니라 탄소마이크로코일 및 탄소나노코일을 동시에 합성함으로써, 제조 공정을 단순화하면서도 다양한 분야에 특별하고도 우수한 물질적 특성을 제공할 수 있는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재를 제조할 수 있는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention can control not only the direct growth of carbon nanocoils on the surface of carbon micro-coils but also the synthesis of carbon micro-coils and carbon nanocoils at the same time, thereby simplifying the manufacturing process, Carbon micro-coil hybrid material capable of producing a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material capable of providing a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material capable of providing a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the embodiments of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description .

본 발명의 일 측면에 따르면, 탄소마이크로코일과, 상기 탄소마이크로코일의 표면에 성장되면서 확산된 탄소나노코일을 포함하는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there can be provided a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material including a carbon micro-coil and carbon nanocoils diffused while being grown on the surface of the carbon micro-coil.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 열화학기상증착공정을 수행하기 위한 증착 챔버 내부에 세라믹 기판을 배치하는 단계와, 상기 증착 챔버 내부에 원료가스로 C2H2 가스를 주입하고, 첨가가스로 SF6 가스를 주입하되, 상기 C2H2 가스는 전체 증착 시간동안 주입하고, 상기 SF6 가스는 적어도 2회 온 오프 변조하여 주입하는 단계를 포함하는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재의 제조 방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, SF 6 by thermal chemical vapor comprising the steps of: placing the ceramic substrate in the deposition chamber for performing a deposition process, C 2 H 2 gas inlet, and addition of gas to a raw material gas inside the deposition chamber And injecting the C 2 H 2 gas during the entire deposition time, and injecting the SF 6 gas at least twice while on-off modulating the carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material. Can be provided.

본 발명은 인시츄 상태에서 원스텝으로 열화학기상증착공정(TCVD)을 진행하는 중에 SF6 가스의 주입을 반응 시간에 따라 인위적으로 조절하여 합성된 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재를 제조할 수 있다.The present invention can produce a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material synthesized by artificially controlling the injection of SF 6 gas during the thermochemical vapor deposition (TCVD) process from the in situ state to the one-step manner .

또한, 본 발명은 원료가스로 C2H2 가스를 주입하고, 첨가가스로 SF6 가스를 주입하되, 열화학기상증착공정 중에 C2H2 가스는 지속적으로 공급하면서 SF6 가스는 적어도 2회의 온 또는 오프 변조 주기로 공급함으로써, 탄소마이크로코일의 표면에 탄소나노코일이 성장되면서 확산되어 탄소나노코일의 밀도가 증가된 하이브리드 소재를 제조할 수 있다.In addition, the present invention is the introduction of C 2 H 2 gas as a raw material gas, but injected with SF 6 gas as additive gas, C 2 H 2 gas into the thermal chemical vapor deposition process is continuously supplied to the SF 6 gas is at least twice on Or an off-modulation period, it is possible to manufacture a hybrid material in which carbon nano-coils are grown on the surface of the carbon micro-coil and are diffused to increase the density of the carbon nanocoils.

한편, 본 발명은 주입 가스를 조작하여 세라믹 기판 상에 탄소마이크로코일을 성장시키면서 동시에 그 표면에 다수의 탄소나노코일을 성장 및 확산시키는 제어 가능한 합성 방법을 최초로 제시함으로써, 전자기 및 물리화학적 성능이 독특한 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재를 제조할 수 있다.The present invention first provides a controllable synthesis method of growing a carbon microcoil on a ceramic substrate by manipulating an injection gas while simultaneously growing and diffusing a plurality of carbon nanocoils on the surface thereof, A carbon nano-coil-carbon micro-coil hybrid material can be manufactured.

아울러, 본 발명은 탄소마이크로코일의 표면에 탄소나노코일이 직접 성장하도록 어할 수 있을 뿐만 아니라 탄소마이크로코일 및 탄소나노코일을 동시에 합성함으로써, 제조 공정을 단순화하면서도 전자기 및 물리화학적 성능이 독특한 매우 우수한 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재를 제조할 수 있다.In addition, the present invention not only allows carbon nanocoils to grow directly on the surface of carbon micro-coils but also synthesizes carbon micro-coils and carbon nano-coils simultaneously, thereby simplifying the manufacturing process and achieving excellent carbon < RTI ID = 0.0 > Nanocoil-carbon micro-coil hybrid material can be manufactured.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재를 제조하는 과정을 나타낸 단계별 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재 제조 시 사용되는 열화학기상증착장치를 예시한 도면이며,
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 하이브리드 소재를 제조하기 위한 다양한 공정 조건을 설명하기 위한 도면이고,
도 5 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 하이브리드 소재의 분석 결과
를 설명하기 위한 도면이다.
FIG. 1 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a thermochemical vapor deposition apparatus used in manufacturing a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material according to an embodiment of the present invention,
3 and 4 are views for explaining various process conditions for manufacturing a hybrid material according to an embodiment of the present invention,
5 to 11 are graphs showing results of analysis of hybrid materials manufactured according to an embodiment of the present invention
Fig.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of embodiments of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재를 제조하는 과정을 나타낸 단계별 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재 제조 시 사용되는 열화학기상증착장치를 예시한 도면이다.FIG. 1 is a flow chart showing a process of manufacturing a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flow chart illustrating a process of manufacturing a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram illustrating a thermochemical vapor deposition apparatus to be used.

도 1 및 도 2를 참조하면, 세라믹 기판을 화학기상증착공정(CVD : Chemical Vapor Deposition)을 수행하는 장치 내부에 배치한다(단계102). 여기에서, 화학기상증착공정을 수행하기 위해 도 2에 도시한 바와 같은 열화학기상증착장치를 사용할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, a ceramic substrate is placed inside a device for performing chemical vapor deposition (CVD) (step 102). Here, a thermo-chemical vapor deposition apparatus as shown in Fig. 2 can be used to perform the chemical vapor deposition process.

이러한 열화학기상증착공정(TCVD)에서는 먼저 세라믹 기판(예를 들면, 산화규소(SiO2), 실리콘(Si), 알루미나(Al2O3), 스테인레스 등)을 증착 챔버 내부에 배치하고, 세라믹 기판 상에 탄소코일을 성장시켜 원하는 형상 및 크기의 탄소코일을 제조할 수 있는데, 기판 상에 탄소코일을 합성하여 성장시키기 위해 탄소코일의 원료물질(예를 들면, 아세틸렌(C2H2), 메탄(CH4), 프로판(C3H8), 벤젠(C6H6) 등)에 고온의 열을 가하여 반응성을 향상시키고, 챔버 내에 장착된 기판의 표면에 탄소나노코일과 탄소마이크로코일이 합성되도록 할 수 있다.In the TCVD process, a ceramic substrate (for example, silicon oxide (SiO 2 ), silicon (Si), alumina (Al 2 O 3 ), stainless steel or the like) is first placed in the deposition chamber, Carbon coils of a desired shape and size can be produced by growing a carbon coil on a substrate. In order to synthesize and grow carbon coils on a substrate, a raw material of carbon coils (for example, acetylene (C 2 H 2 ), methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), benzene (C 6 H 6 ), and the like) to improve the reactivity, and a carbon nanocoil and a carbon microcoil are synthesized .

여기에서, 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재를 제조하기 위한 열화학기상증착공정(TCVD)은 90-110 Torr의 전체 압력, 130-170 분의 전체 증착 시간 및 600-900 ℃의 기판 온도의 조건으로 수행될 수 있다. 바람직하게는 100 Torr의 전체 압력, 150 분의 전체 증착 시간 및 750 ℃의 기판 온도의 조건으로 수행될 수 있다.Herein, the thermochemical deposition process (TCVD) for producing the carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material is performed under conditions of total pressure of 90-110 Torr, total deposition time of 130-170 minutes and substrate temperature of 600-900 <Lt; / RTI > Preferably a total pressure of 100 Torr, a total deposition time of 150 minutes and a substrate temperature of 750 < 0 > C.

그리고, 열화학기상증착공정(TCVD)이 진행되는 전체 증착 시간동안 C2H2 가스를 지속적으로 주입하면서 SF6 가스의 적어도 2회 온 오프 변조하여 주입함으로써, 탄소마이크로코일의 표면에 탄소나노코일이 성장된 하이브리드 소재를 제조할 수 있다(단계104). 여기에서, C2H2 가스는 450-550 sccm의 유량으로 증착 챔버 내부에 주입될 수 있으며, SF6 가스는 30-50 sccm의 유량으로 증착 챔버 내부에 주입될 수 있고, C2H2 가스의 주입 시간은 전체 증착 시간과 같이 130-170 분으로 조정되면서 SF6 가스의 주입 시간은 온 또는 오프 변조를 적어도 2회 수행하기 위해 전체 증착 시간 내에서 조절될 수 있다. 여기에서, 주입 온 시간과 주입 오프 시간은 동일한 시간으로 설정될 수 있으며, 1회의 변조 주기는 "C2H2+SF6 유량 25분 주입→C2H2 유량 25분 주입"로 하여 정의될 수 있다.During the entire deposition period in which the TCVD process is in progress, C 2 H 2 gas is continuously injected while the SF 6 gas is on-off modulated at least twice to inject carbon nanocoils on the surface of the carbon micro- The grown hybrid material can be produced (step 104). Here, the C 2 H 2 gas can be injected into the deposition chamber at a flow rate of 450-550 sccm, the SF 6 gas can be injected into the deposition chamber at a flow rate of 30-50 sccm, the C 2 H 2 gas The injection time of the SF 6 gas may be adjusted within the entire deposition time to perform the on or off modulation at least twice while the injection time of the SF 6 gas is adjusted to 130-170 minutes as the total deposition time. Here, the injection on time and the injection off time can be set to the same time, and one modulation cycle is defined as "C 2 H 2 + SF 6 flow injection for 25 minutes → C 2 H 2 flow injection for 25 minutes" .

예를 들면, 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재를 제조하기 위해, 100 Torr의 전체 압력, 150 분의 전체 증착 시간 및 750 ℃의 기판 온도의 조건과 C2H2 가스는 5000 sccm의 유량으로 SF6 가스는 400 sccm의 유량으로 열화학기상증착공정(TCVD)을 위해 주입되는 조건에서 동일한 시간에 따라 3회의 온 또는 오프 변조 주기를 갖는 경우 "C2H2+SF6 유량 25분 주입→C2H2 유량 25분 주입→C2H2+SF6 유량 25분 주입→C2H2 유량 25분 주입→C2H2+SF6 유량 25분 주입→C2H2 유량 25분 주입"의 과정으로 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재를 제조할 수 있다.For example, to fabricate a carbon nanocoil-carbon microcoil hybrid material, the conditions of a total pressure of 100 Torr, a total deposition time of 150 minutes and a substrate temperature of 750 ° C and a C 2 H 2 gas flow rate of 5000 sccm SF 6 gas is injected at a flow rate of 400 sccm for three cycles of on or off modulation at the same time under the condition of being injected for thermochemical vapor deposition (TCVD) "C 2 H 2 + SF 6 flow 25 min injection → C 2 H 2 flow 25 min injection → C 2 H 2 + SF 6 flow 25 min injection → C 2 H 2 flow 25 min injection → C 2 H 2 + SF 6 flow 25 min injection → C 2 H 2 flow 25 min injection " A carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material can be manufactured.

상술한 바와 같은 열화학기상증착공정(TCVD)을 인시츄(in-situ) 상태에서 원스텝(one step)으로 수행함으로써, 탄소마이크로코일의 표면에 탄소나노코일이 성장되면서 확산된 하이브리드 소재를 제조할 수 있으며, 이 과정에서 탄소코일의 형상과 밀도를 한번에 조절할 수 있다.By performing the above-described TCVD in one step in an in-situ state, it is possible to produce a hybrid material in which carbon nanocoils are grown on the surface of the carbon micro-coil, In this process, the shape and density of the carbon coils can be adjusted at once.

또한, 열화학기상증착공정을 수행하기 위한 원료가스로 C2H2 가스를 주입하고, 첨가가스로 SF6 가스를 주입하되, C2H2 가스는 전체 증착 시간동안 주입하고, SF6 가스는 적어도 2회 온 오프 변조 주입하여 세라믹 기판에 탄소마이크로코일을 성장시키면서 탄소마이크로코일의 표면에 탄소나노코일을 성장시킬 수 있는 하이브리드 소재는 SF6 가스의 온 오프 변조 주기를 증가시킴으로써, 탄소마이크로코일의 표면에 성장된 탄소나노코일의 밀도를 증가시킬 수 있다.Further, thermochemical, but injected with C 2 H 2 gas as the source gas for carrying out the vapor deposition process, and injecting the SF 6 gas as additive gas, C 2 H 2 gas is injected during the entire deposition time and, SF 6 gas is at least A hybrid material capable of growing carbon nanocoils on the surface of a carbon microcoil while growing a carbon microcoil on a ceramic substrate by two on-off modulation injections increases the on-off modulation period of the SF 6 gas, The density of the carbon nanocoils grown on the substrate can be increased.

상술한 바와 같은 제조 공정에서 변조 주기를 2회 미만으로 하는 경우 탄소나노코일이 탄소마이크로코일의 표면에 충분히 성장되지 않을 뿐만 아니라 탄소나노코일과 탄소마이크로코일이 함께 형성됨으로써 획득할 수 있는 하이브리드 소재 특성(예를 들면, 전자기 차폐 성능 등)을 충분히 제공할 수 없는 문제점이 있다. 따라서, SF6 유량의 온 또는 오프의 변조 주기는 적어도 2회 이상 진행하는 것이 바람직하다.When the modulation period is set to less than two in the manufacturing process as described above, the carbon nano-coil is not sufficiently grown on the surface of the carbon micro-coil, and the hybrid material characteristic that can be obtained by forming the carbon nanocoil and the carbon micro- (For example, electromagnetic shielding performance, etc.) can not be sufficiently provided. Therefore, it is preferable that the modulation period of on or off of the SF 6 flow rate proceeds at least twice.

즉, 상술한 바와 같은 과정을 통해 제조된 하이브리드 소재는 탄소마이크로코일의 표면에 탄소나노코일을 성장시키는 것으로, 열화학기상증착공정(TCVD)을 통해 합성되고, C2H2 가스와 SF6 가스를 이용하여 제조되되, SF6 가스의 온 오프 변조 주입에 따라 합성될 수 있다.That is, the hybrid material manufactured through the above-described process is a carbon nanocoil grown on the surface of a carbon microcoil, which is synthesized through a TCVD process, and a C 2 H 2 gas and a SF 6 gas , And can be synthesized by on-off modulation injection of SF 6 gas.

이러한 하이브리드 소재는, SF6 가스의 온 오프 변조 주기가 증가함에 따라 밀도가 증가할 수 있고, 탄소마이크로코일의 표면에 성장되는 탄소나노코일은 SF6 가스의 온 오프 변조 주기에 따라 파도형 탄소나노코일, 좁은 선형 탄소나노코일 또는 수초형 탄소나노코일로 성장시킬 수 있다.This hybrid material is, it is possible to increase the density, as the on-off modulation period of the SF 6 gas is increased, the carbon nano-coil is grown on the surface of the carbon micro-coil is wave-shaped carbon nanotube in accordance with the on-off modulation period of the SF 6 gas Coil, a narrow linear carbon nano-coil, or a myelinated carbon nano-coil.

따라서, 본 발명은 인시츄 상태에서 원스텝으로 열화학기상증착공정(TCVD)을 진행하는 중에 SF6 가스의 주입을 반응 시간에 따라 인위적으로 조절하여 합성된 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재를 제조할 수 있다.Accordingly, the present invention provides a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material synthesized by artificially controlling the injection of SF 6 gas during the thermochemical vapor deposition (TCVD) process from the in situ state to the one-step manner .

또한, 본 발명은 원료가스로 C2H2 가스를 주입하고, 첨가가스로 SF6 가스를 주입하되, 열화학기상증착공정 중에 C2H2 가스는 지속적으로 공급하면서 SF6 가스는 적어도 2회의 온 또는 오프 변조 주기로 공급함으로써, 탄소마이크로코일의 표면에 탄소나노코일이 성장되면서 확산되어 탄소나노코일의 밀도가 증가된 하이브리드 소재를 제조할 수 있다.In addition, the present invention is the introduction of C 2 H 2 gas as a raw material gas, but injected with SF 6 gas as additive gas, C 2 H 2 gas into the thermal chemical vapor deposition process is continuously supplied to the SF 6 gas is at least twice on Or an off-modulation period, it is possible to manufacture a hybrid material in which carbon nano-coils are grown on the surface of the carbon micro-coil and are diffused to increase the density of the carbon nanocoils.

한편, 본 발명은 주입 가스를 조작하여 세라믹 기판 상에 탄소마이크로코일을 성장시키면서 동시에 그 표면에 다수의 탄소나노코일을 성장 및 확산시키는 제어 가능한 합성 방법을 최초로 제시함으로써, 전자기 및 물리화학적 성능이 독특한 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재를 제조할 수 있다.The present invention first provides a controllable synthesis method of growing a carbon microcoil on a ceramic substrate by manipulating an injection gas while simultaneously growing and diffusing a plurality of carbon nanocoils on the surface thereof, A carbon nano-coil-carbon micro-coil hybrid material can be manufactured.

아울러, 본 발명은 탄소마이크로코일의 표면에 탄소나노코일이 직접 성장하도록 제어할 수 있을 뿐만 아니라 탄소마이크로코일 및 탄소나노코일을 동시에 합성함으로써, 제조 공정을 단순화하면서도 전자기 및 물리화학적 성능이 독특하여 다양한 분야에 활용될 수 있는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재를 제조할 수 있다.Further, the present invention can control not only the direct growth of carbon nanocoils on the surface of carbon micro-coils but also the synthesis of carbon micro-coils and carbon nanocoils at the same time, thereby simplifying the manufacturing process, Carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material which can be utilized in the field of the present invention can be manufactured.

상술한 바와 같은 과정을 통해 제조되는 하이브리드 소재는 탄소나노코일 구조와 탄소마이크로코일 구조를 모두 포함함으로써, 우수한 전자기 차폐 특성을 가질 수 있는데, 다양한 공정 조건으로 제조되는 하이브리드 소재의 특성에 대해 설명하기로 한다.The hybrid material produced through the above-described process has excellent electromagnetic shielding characteristics by including both the carbon nano-coil structure and the carbon micro-coil structure, and the characteristics of the hybrid material manufactured under various process conditions will be described do.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 하이브리드 소재를 제조하기 위한 다양한 공정 조건을 설명하기 위한 도면이고, 도 5 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 하이브리드 소재의 분석 결과를 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 3 and 4 are views for explaining various process conditions for manufacturing a hybrid material according to an embodiment of the present invention. FIGS. 5 to 11 illustrate analysis results of a hybrid material manufactured according to an embodiment of the present invention Fig.

도 3 내지 도 11을 참조하면, 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재 샘플의 제조를 위한 니켈 촉매의 경우 10-100㎛ 범위의 입자직경을 갖는 Ni 분말(99.7 %) 약 0.01g을 알루미나 기판 상에 확산시켰고, 도 3에 도시한 바와 같이 탄소코일 증착의 경우 열화학적기상증착(TCVD) 시스템에서 원료가스로 C2H2와 첨가가스로 SF6을 사용하였으며, 그 C2H2 및 SF6의 유량은 각각 500 sccm과 40 sccm으로 설정하였다.3 to 11, about 0.01 g of Ni powder (99.7%) having a particle diameter in the range of 10-100 mu m is coated on the alumina substrate in the case of the nickel catalyst for the production of the carbon nanocoil-carbon microcoil hybrid material sample As shown in FIG. 3, in the case of the carbon coil deposition, C 2 H 2 and SF 6 were used as a raw material gas and an SF 6 gas in a thermochemical vapor deposition (TCVD) system, and C 2 H 2 and SF 6 Were set at 500 sccm and 40 sccm, respectively.

상술한 바와 같은 하이브리드 소재 샘플의 제조 공정에서 SF6 가스 유량의 순환 변조 공정은 단순히 SF6 유량의 온 또는 오프에 의해 수행되었는데, 반응공정에 따라 가스 흐름의 순서는 C2H2+SF6 흐름(C2H2 유량과 SF6 유량 온)과 C2H2 흐름(C2H2 유량 온 및 SF6 유량 오프)인 과정의 반복이며, 그 순환 변조주기 1회(즉, 1주기)는 "(C2H2 및 SF6를 포함하는 가스 주입 시간)+(C2H2 가스 주입 시간)"을 의미한다.The cyclic modulation process of the SF 6 gas flow rate in the manufacturing process of the hybrid material samples as described above was simply performed by turning on or off of the SF 6 flow rate. The order of the gas flow according to the reaction process was C 2 H 2 + SF 6 flow (C 2 H 2 flow rate and SF 6 flow rate on) and C 2 H 2 flow (C 2 H 2 flow rate on and SF 6 flow rate off), and one cycle of the cyclic modulation cycle (ie, one cycle) "(Gas injection time including C 2 H 2 and SF 6 ) + (C 2 H 2 gas injection time)".

제조된 하이브리드 소재 샘플에 대한 상세한 형태 및 샘플의 화학 조성은 전계방출형주사전자현미경(FESEM : field emission scanning electron microscope)과 에너지분산형 X선 분광기(ED-XRF : energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer)를 이용하여 조사하였고, 탄소마이크로코일과 탄소나노코일을 포함하는 나노 구조물은 고분해능투과형전자현미경(HRTEM : high resolution scanning electron microscope)으로 조사하였다.The detailed morphology and chemical composition of the prepared hybrid material samples were measured by field emission scanning electron microscope (FESEM) and energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer (ED-XRF) , And nanostructures including carbon microcoils and carbon nanocoils were irradiated with a high resolution scanning electron microscope (HRTEM).

예를 들어 고분해능투과형전자현미경(HRTEM)용 샘플을 초음파욕에서 아세톤에 샘플을 분산시켰고, 그 현탁액은 Cu그리드에 의해 지지된 탄소필름 상에 떨어뜨린 다음, Cu그리드를 고분해능투과형전자현미경(HRTEM) 챔버에 위치시키고, 샘플들의 상세한 형태 이미지를 획득하는 방식으로 조사하였다.For example, a sample for a high resolution transmission electron microscope (HRTEM) was dispersed in acetone in an ultrasonic bath, the suspension was dropped on a carbon film supported by a Cu grid, and then the Cu grid was subjected to a high resolution transmission electron microscope (HRTEM) Placed in a chamber and obtained a detailed morphological image of the samples.

여기에서, SF6 가스 유량의 순환 변조 공정인 PROCESS Ⅱ, PROCESS Ⅲ 및 PROCESS Ⅳ은 다른 순환 변조주기로 수행되었는데, 도 4에 도시한 바와 같이 하나의 순환 변조주기에 대한 SF6 유량 주입시간은 각각 37.5/37.5분(PROCESS Ⅱ), 25.0/25.0분(PROCESS Ⅲ) 및 12.5/12.5분(PROCESS Ⅳ)으로 변화시켰다.Here, PROCESS II, PROCESS III and PROCESS IV, cyclic modulation processes of the SF 6 gas flow rate, were performed with different cyclic modulation cycles. As shown in FIG. 4, the SF 6 flow injection time for one cyclic modulation cycle was 37.5 (PROCESS II), 25.0 / 25.0 minutes (PROCESS III) and 12.5 / 12.5 minutes (PROCESS IV).

즉, PROCESS Ⅱ, PROCESS Ⅲ 및 PROCESS Ⅳ에 대응하는 하나의 순환 변조주기에 대한 시간은 각각 75.0분, 50.0분 및 25.0분이기 때문에, 이 공정들에 대한 순환수는 각각 2, 3 및 6이었고, 이 경우 전체 공정 중에 SF6 유량의 총 주입시간은 75.0분으로 동일하게 유지하였다.That is, since the times for one cyclic modulation cycle corresponding to PROCESS II, PROCESS III and PROCESS IV are 75.0 minutes, 50.0 minutes, and 25.0 minutes, respectively, the number of cycles for these processes was 2, 3, and 6, In this case, the total injection time of the SF 6 flow rate was maintained at 75.0 minutes during the entire process.

상술한 공정들을 통해 제조된 하이브리드 소재와의 비교를 위해, SF6 유량이 완전히 혼합된 공정(PROCESS Ⅰ : 연속적인 C2H2+SF6 유량을 갖는 공정)을 실시하였다.For comparison with the hybrid materials produced through the above processes, a process in which the SF 6 flow rate was completely mixed (PROCESS I: continuous C 2 H 2 + SF 6 flow rate) was performed.

상술한 바와 같은 다양한 공정 조건에 따라 제조된 하이브리드 소재 샘플에 대해 샘플 A, 샘플 B, 샘플 C 및 샘플 D의 표면 형태적 FESEM 이미지와 그들의 고확대 FESEM 이미지를 도 5 및 도 6에 각각 도시하였는데, 연속적인 C2H2+SF6 유량을 갖는 PROCESS Ⅰ을 통해 제조된 샘플 A의 경우 도 5의 (a)에 도시된 바와 같은 선형, 코일 등의 다양한 탄소 재료 형상의 존재를 관찰할 수 있고, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 잘 발달된 이중 나선 형태의 탄소마이크로코일뿐만이 아니라 얽힌-탄소마이크로코일을 관찰 할 수 있다. 이 경우, 다양한 형상의 탄소 형상을 구성하는 탄소나노파이버의 직경은 1-5㎛의 범위에 있음을 알 수 있다.5 and 6 show the surface morphological FESEM images of Sample A, Sample B, Sample C and Sample D and their high magnification FESEM images, respectively, for the hybrid material samples produced according to various process conditions as described above, In the case of Sample A produced through PROCESS I having a continuous C 2 H 2 + SF 6 flow rate, the presence of various carbon material shapes such as linear, coil, etc. as shown in FIG. 5 (a) As shown in Fig. 6 (a), a well-developed double helix-shaped carbon microcoil as well as an entangled-carbon microcoil can be observed. In this case, it can be seen that the diameter of the carbon nanofibers constituting carbon shapes of various shapes is in the range of 1-5 탆.

또한, SF6 유량의 순환적 온 또는 오프 변조 공정이 2회인 PROCESS Ⅱ를 통해 제조된 샘플 B에서는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 폭이 좁은 선형 형태(narrow line-shaped morphologies)가 나타나는 것이 기판의 전체표면에서 관찰되었고, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 좁은 선형 형태는 전형적인 이중 나선 형태의 탄소마이크로코일로 판명되었다. 이들의 탄소마이크로코일을 구성하는 탄소나노파이버의 직경(0.1-0.5㎛)는 샘플A보다 훨씬 더 감소되었음을 알 수 있었고, 파도형 형태(wave-like type geometries)를 갖는 탄소나노코일이 기판 상에 나타났으며, 도 6의 (b)의 삽입 이미지에 도시된 바와 같이 그들은 탄소마이크로코일의 표면에 부착됨을 알 수 있다.Further, in sample B prepared through PROCESS II in which the cyclic on or off modulation process of the SF 6 flow rate was performed twice, narrow line-shaped morphologies were observed as shown in FIG. 5 (b) Was observed on the entire surface of the substrate, and the narrow linear shape as shown in Fig. 6 (b) proved to be a typical double helical carbon microcoil. It can be seen that the diameter (0.1-0.5 μm) of the carbon nanofibers composing the carbon microcoils was much smaller than that of the sample A, and the carbon nanocoils having wave-like type geometries were formed on the substrate And they are attached to the surface of the carbon micro-coil as shown in the inset image of Fig. 6 (b).

그리고, SF6 유량의 순환적 온 또는 오프 변조 공정이 3회인 PROCESS Ⅲ을 통해 제조된 샘플 C에서는 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 샘플 B와 유사한 폭이 좁은 선형 형태가 기판에 형성되는 것이 관찰되었으나, 이 경우 폭이 좁은 선형 형태는 탄소마이크로코일의 표면을 따라 탄소나노코일이 형성되었고, 대부분의 탄소마이크로코일 표면은 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 탄소나노코일에 의해 덮여있는 것처럼 보인다는 것을 알 수 있다.In Sample C prepared through PROCESS III in which the cyclic on or off modulation process of the SF 6 flow rate is three times, a narrow linear shape similar to Sample B is formed on the substrate as shown in Fig. 5 (c) However, in this case, the narrow linear shape has carbon nanocoils formed along the surface of the carbon microcoil, and most carbon microcoil surfaces are covered by the carbon nanocoils as shown in FIG. 6 (c) It seems that there seems to be.

한편, SF6 유량의 순환적 온 또는 오프 변조 공정이 6회인 PROCESS Ⅳ를 통해 제조된 샘플 D에서는 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이 수초형(bush-like shaped morphologies)의 형태가 기판의 전체 표면에서 주로 관찰되었고, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이 수초형의 형태는 주로 탄소마이크로코일을 중심으로 다수의 탄소나노코일이 형성되었는데, 이 경우 수초형의 형태 중간에 위치하는 탄소마이크로코일은 다수의 탄소나노코일을 지지하는 백본 같은 역할을 하는 것을 알 수 있고, 탄소나노코일은 백본같은 탄소마이크로코일의 표면에서 확산되는 것을 알 수 있으며, 도 6의 (d)의 삽입 이미지를 통해 탄소마이크로코일의 표면상에 전형적인 탄소나노코일이 형성됨을 알 수 있다.On the other hand, in the sample D prepared through the PROCESS IV in which the cyclic on or off modulation process of the SF 6 flow rate is 6 times, the shape of bush-like shaped morphologies as shown in FIG. 5 (d) As shown in FIG. 6 (d), a number of carbon nano-coils were formed mainly on carbon micro-coils in the form of a few seconds. In this case, It can be seen that the microcoil acts as a backbone for supporting a plurality of carbon nanocoils, and that the carbon nanocoils diffuse on the surface of a carbon microcoil such as a backbone, and the insertion image of FIG. 6 (d) It can be seen that a typical carbon nanocoil is formed on the surface of the carbon microcoil.

다음에, 도 7은 코일헤드 영역 주위의 TEM 이미지를 나타내는 것으로, TEM 이미지를 이용하여 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재의 상세한 나노 구조를 조사하였는데, 중공의 공간은 탄소마이크로코일을 구성하는 탄소나노파이버 내부에 거의 보이지 않음을 알 수 있고, 이 결과는 탄소나노파이버의 성장이 튜브 타입보다 섬유 형태의 나노 구조가 따라오는 것을 나타냄을 알 수 있다.Next, FIG. 7 shows a TEM image around the coil head region. Using a TEM image, a detailed nanostructure of a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material was examined. The hollow space was a carbon It can be seen that the nanofibers are almost invisible inside the nanofiber, and this result shows that the growth of the carbon nanofibers is followed by the fiber type nanostructure rather than the tube type.

또한, 도 7의 (b) 및 (c)는 각각 여러개의 탄소나노코일과 몇개의 탄소마이크로코일을 갖는 탄소마이크로코일의 표면 근처의 고해상도 TEM 화상을 각각 나타는데, 도 7의 (b)에 삽입된 이미지에 도시된 바와 같이 여러 종류 격자 구조의 공존은 탄소마이크로코일의 격자 구조상에 탄소나노코일 격자의 개입에 따른 것임을 알 수 있고, 이 결과로 탄소나노코일은 탄소마이크로코일의 격자 구조상에 탄소나노코일 격자의 개입에 의해 탄소마이크로코일의 표면으로부터 직접 형성되는 것을 확인할 수 있다.7 (b) and 7 (c) show a high-resolution TEM image near the surface of a carbon micro-coil having several carbon nanocoils and several carbon micro-coils, respectively, As shown in the image, the coexistence of various kinds of lattice structures is due to the interposition of the carbon nanocoil lattice on the lattice structure of the carbon micro-coil. As a result, the carbon nanocoils are formed on the carbon micro- It can be confirmed that it is formed directly from the surface of the carbon micro-coil by the intervention of the coil lattice.

한편, 몇 개의 탄소나노코일을 갖는 탄소마이크로코일의 표면에서 도 7의 (c) 삽입이미지에 도시된 바와 같이 단지 단일형(single-like) 격자 구조가 관찰될 수 있음을 알 수 있다.On the other hand, it can be seen that only a single-like lattice structure can be observed on the surface of a carbon microcoil having several carbon nanocoils as shown in the inset image of FIG. 7 (c).

상기 도 5 내지 7을 참조하여 설명한 바와 같이 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재는 SF6 유량의 온 또는 오프 순환 변조 공정을 이용하여 제조될 수 있음을 알 수 있다. 예를 들면, SF6의 2회 주기의 온 또는 오프 변조에 의해 탄소나노코일은 탄소마이크로코일에 형성되었음을 알 수 있고, 순환 주기가 2에서 3으로 증가된 경우 탄소마이크로코일의 거의 모든 표면에 탄소나노코일이 형성되었음을 알 수 있었으며, 더 증가된 6회 순환 주기에서는 다수의 탄소나노코일이 탄소마이크로코일의 표면으로부터 확산되어 제조되었음을 알 수 있다.As described above with reference to FIGS. 5 to 7, it can be seen that the carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material can be manufactured using an on or off cyclic modulation process of SF 6 flow rate. For example, it can be seen that carbon nanocoils are formed on the carbon microcoils by on or off modulation of two cycles of SF 6 , and when the cycle period is increased from 2 to 3, carbon It was found that the nanocoil was formed, and in the 6th cycle, the number of carbon nanocoils diffused from the surface of the carbon microcoil.

다음에, 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재의 형성을 이해하기 위해서, 먼저 니켈 촉매에 순수 SF6 가스를 주입하여 0.5분 반응(샘플 E, 도 8의 (a))시키고, 니켈 촉매에 순수 C2H2 가스를 주입하여 0.5분 반응(샘플 F, 도 8의 (b))시키며, 니켈 촉매에 SF6 가스 유량을 40sccm과 C2H2 가스 유량을 500 sccm으로 주입하여 0.5분 반응(샘플G, 도 8의 (c))시킨 후에 표면 형태를 조사하였는데, 순수 SF6 가스 유량 조건에 따라 제조된 샘플 E에서는 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 니켈 촉매의 형태에 대한 어떠한 현저한 변화를 관찰할 수 없었으나, 샘플 F에서는 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 니켈 촉매의 주위에 다수의 작은 크기의 탄소나노파이버가 성장된 비원형 형태로 다양한 크기(10-100㎛)의 니켈 촉매를 관찰할 수 있었으며, 샘플 G에서는 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이 다양한 직경 크기(1-10㎛)을 갖는 작은 크기의 둥근 형태로 니켈 촉매의 형성이 관찰됨을 알 수 있었고, 상술한 샘플 F보다 니켈 촉매의 크기는 더 감소되었음을 알 수 있었다.Next, in order to understand the formation of the carbon nanocoil-carbon microcoil hybrid material, pure SF 6 gas was firstly injected into the nickel catalyst for 0.5 minute reaction (sample E, Fig. 8 (a)), 0.5 min reaction by injecting a C 2 H 2 gas (sample F, (b in FIG. 8)) sikimyeo, by injecting the SF 6 gas flow rate to the nickel catalyst to 40sccm and C 2 H 2 gas flow rate to 500 sccm 0.5 min reaction ( Sample G, Fig. 8 (c)), the surface morphology was examined. In Sample E prepared according to the pure SF 6 gas flow rate condition, no significant change in the morphology of the nickel catalyst (10-100 占 퐉) in a non-circular shape in which a plurality of small-sized carbon nanofibers were grown around the nickel catalyst as shown in Fig. 8 (b) (C) in Fig. 8 (c) As a result, it was found that the formation of the nickel catalyst was observed in a small round shape having various diameters (1-10 탆), and the size of the nickel catalyst was further reduced than that of the sample F described above.

도 9는 다른 C2H2/SF6 유량 비율, 즉 100/50sccm, 250/50sccm 및 500/50sccm로 제조된 샘플 H, 샘플 I 및 샘플 J에 대한 FESEM 이미지를 각각 나타내는데, 이 도면에 도시된 바와 같이, C2H2/SF6 유량 비율이 증가함에 따라 촉매 크기의 감소와 작은 크기 탄소나노파이버의 수밀도 증가가 나타남을 알 수 있었다.Figure 9 shows FESEM images for Sample H, Sample I and Sample J, respectively, produced at different C 2 H 2 / SF 6 flow rates, namely 100/50 sccm, 250/50 sccm and 500/50 sccm, As the C 2 H 2 / SF 6 flow rate increases, the catalyst size decreases and the water density of the small size carbon nanofibers increases.

따라서, 공정 반응 중 풍부한 C2H2 가스 조건은 니켈 촉매의 크기를 감소시키고, 니켈 촉매 주위에 다수의 작은 크기의 탄소나노파이버의 형성을 용이하게 한다는 것을 알 수 있다.Thus, it can be seen that the enriched C 2 H 2 gas condition during the process reaction reduces the size of the nickel catalyst and facilitates formation of multiple small-sized carbon nanofibers around the nickel catalyst.

한편, 반응시간을 감소시킨 상태에서 샘플 A와 샘플 D에 나타나는 형태를 조사하였는데, 도 10의 (a) 및 (b)는 각각 25분과 50분의 반응시간을 감소시킨 샘플A에 대해 동일한 실험 조건으로 샘플 K와 샘플 L의 표면 형태의 FESEM 이미지를 나타낸다.10 (a) and 10 (b) are graphs showing the results of the same experimental conditions for Sample A in which reaction times of 25 minutes and 50 minutes were reduced, respectively, Shows the FESEM image of the surface shape of the sample K and the sample L. Fig.

도 10의 (a)와 (b)를 비교하면, 도 10의 (a)에 점선으로 된 원의 내부에 도시된 바와 같이 작은 크기 탄소나노파이버의 수밀도는 반응시간이 증가함에 따라 감소하였음을 알 수 있다. 이 경우에 연속적인 SF6 가스 유량은 반응시간이 증가함에 따라 기판에 작은 크기의 탄소나노파이버의 형성을 억제할 수 있음을 알 수 잇다.10 (a) and 10 (b), the number density of the small-size carbon nanofibers decreases as the reaction time increases, as shown in the inside of the circle indicated by the dotted line in FIG. 10 . In this case, it can be seen that the continuous SF 6 gas flow rate can inhibit the formation of small-sized carbon nanofibers on the substrate as the reaction time increases.

또한, 도 10의 (c)와 (d)는 각각 25분과 50분의 반응시간을 감소시킨 샘플 D에 대해 동일한 실험 조건으로 샘플 M와 샘플 N의 표면 형태의 FESEM 이미지를 나타내는데, 도 10의 (d)에서 점선 원 내부에 도시된 바와 같이 1에서 2로 증가된 순환수로 인해 반응시간을 증가시킴에 따라 탄소마이크로코일 주위에 작은 크기의 탄소나노코일 밀도가 증가되었음을 알 수 있다. 이러한 결과는 순환수(즉, 순환 주기)의 증가가 탄소나노코일 주위에 작은 크기의 탄소나노코일의 형성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.10 (c) and 10 (d) show FESEM images of the surface morphologies of Sample M and Sample N under the same experimental conditions for Sample D with reduced reaction times of 25 minutes and 50 minutes, respectively, d, it can be seen that as the reaction time increases due to the circulating water increased from 1 to 2 as shown in the dotted circle, the density of the small size carbon nanocoils around the carbon microcoil is increased. These results show that the increase in the number of circulations (i.e., the circulation period) can improve the formation of small-sized carbon nanocoils around the carbon nanocoils.

한편, SF6 유량의 순환적 온 또는 오프 변조 공정에 의해서, 도 4에 도시된 바와 같이 풍부한 C2H2 가스의 주입기간이 나타나는데, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이 순수한 C2H2 가스 조건에서 다수의 작은 크기의 탄소나노파이버에 작은 크기의 탄소나노코일이 풍부한 C2H2 가스의 주입 조건에서 생성되는 것을 알 수 있다.On the other hand, by a circular turning on or off the modulation process of the SF 6 flow rate, it appears the injection period of the rich C 2 H 2 gas as shown in Figure 4, as shown in Figure 11 (b) pure C 2 H 2 gas condition is generated under the condition of injecting a C 2 H 2 gas rich in carbon nanocoils of small size into a plurality of small-sized carbon nanofibers.

또한, 순환수(즉, 순환 주기)에 따른 탄소나노코일의 밀도 차이에 대해 설명하면, 더긴 풍부한 C2H2 주입 주기는 탄소마이크로코일의 내부에서 니켈 촉매를 확산시킬 수 있는데, 이들은 탄소마이크로코일의 표면에서 니켈 촉매의 결핍에 따라 탄소마이크로코일의 표면에 탄소나노코일의 형성을 촉진할 수 없기 때문에, 더 낮은 순환 주기 조건에서 탄소마이크로코일 주위의 탄소나노코일 수밀도는 탄소마이크로코일의 내부에서 니켈 촉매의 확산에 따라 감소됨을 알 수 있다.In addition, with respect to the difference in density of carbon nanocoils according to the number of cycles (i.e., the cycle), a richer C 2 H 2 injection cycle can diffuse the nickel catalyst inside the carbon microcoil, The number of carbon nanocoils in the vicinity of the carbon microcoil in the lower circulating cyclic condition can not be increased by the addition of nickel in the interior of the carbon microcoil because of the inability to promote the formation of carbon nanocoils on the surface of the carbon microcoil, And it decreases with the diffusion of the catalyst.

다음에, 탄소마이크로코일의 화학적 조성을 조사하기 위해서, C 및 Ni 원소의 EDS 영역 맵핑을 수행하였고, 도 11의 (a)는 샘플 M에서 탄소마이크로코일의 FESEM 이미지를 나타내는데, 도 11의 (b) 및 (c)에 도시한 바와 같은 EDS 결과는 C와 Ni이 주로 탄소마이크로코일 내에 위치한다는 것을 확인할 수 있으며, 탄소나노코일의 형성은 탄소나노튜브와 유사한 니켈 촉매로부터 시작되기 때문에, Ni은 탄소마이크로코일의 상부 표면상에 위치하는 것임을 알 수 있다.11 (a) shows an FESEM image of the carbon microcoil in the sample M, and FIG. 11 (b) shows the FESEM image of the carbon microcoil in the sample M. In this case, The results of EDS as shown in (c) and (c) show that C and Ni are mainly located in the carbon microcoils, and since the formation of carbon nanocoils originates from a nickel catalyst similar to carbon nanotubes, It can be seen that it is located on the upper surface of the coil.

상술한 바와 같이 단지 SF6 유량의 순환적 온 또는 오프 변조 공정을 적용하여 탄소나노코일과 탄소마이크로코일을 포함하는 복합 재료를 형성할 수 있는데, 탄소나노코일 수는 SF6 유량의 순환적 온 또는 오프 변조 공정의 순환수(즉, 순환 주기) 증가에 따라 증가될 수 있음을 알 수 있다.By simply applying a cyclically turning on or off the modulation process of the SF 6 flow rate as described above can form a composite material comprising a carbon nano-coil and carbon micro-coil, the number of carbon nanocoil is a SF 6 flow cyclically on or in Can be increased with an increase in the number of cycles of the off-modulation process (i.e., the cycle period).

또한, 탄소나노코일은 직접적으로 탄소마이크로코일의 표면으로부터 시작되어 탄소마이크로코일 표면으로부터 확산되는데, SF6 유량의 순환적 온 또는 오프 변조 공정에서 풍부한 C2H2 가스 조건은 니켈 촉매의 크기를 줄이고, 니켈 촉매의 주위에 다수의 작은 크기의 탄소나노파이버의 형성을 증가시킨다는 것을 알 수 있다.In addition, the carbon nanocoils directly originate from the surface of the carbon microcoils and diffuse from the surface of the carbon microcoils. In the cyclic on or off modulation process of the SF 6 flow rate, abundant C2H2 gas conditions reduce the size of the nickel catalyst, Lt; RTI ID = 0.0 > carbon nanofibers < / RTI >

한편, SF6 유량의 순환적 온 또는 오프 변조 공정에서 과도한 C2H2 주입은 탄소마이크로코일 내부에서 니켈 촉매를 확산시킬 수 있기 때문에, 상대적으로 더 낮은 순환수(즉, 순환 주기) 조건에서 탄소마이크로코일 주위의 탄소나노코일 수밀도는 탄소마이크로코일의 내부에서 니켈 촉매의 확산에 따라 감소된다는 것을 알 수 있다.On the other hand, excessive C 2 H 2 injection in the cyclic on or off modulation process of the SF 6 flow rate can diffuse the nickel catalyst inside the carbon microcoil, so that at a relatively lower circulating water (i.e., circulation cycle) It can be seen that the number density of carbon nanocoils around the microcoil decreases with the diffusion of the nickel catalyst inside the carbon microcoil.

이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.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 embodiments, but, on the contrary, It will be readily apparent that such substitutions, modifications, and alterations are possible.

Claims (10)

탄소마이크로코일과,
상기 탄소마이크로코일의 표면에 성장되면서 확산된 탄소나노코일
을 포함하는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재.
Carbon micro-coil,
The carbon nanocoils grown on the surface of the carbon micro-
Carbon micro-coil hybrid material.
제 1 항에 있어서,
상기 하이브리드 소재는, 열화학기상증착공정(TCVD)을 인시츄(in-situ) 상태에서 원스텝(one step)으로 수행하여 합성되는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재.
The method according to claim 1,
The hybrid material is a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material that is synthesized by performing a thermochemical vapor deposition (TCVD) process in an in-situ state by one step.
제 2 항에 있어서,
상기 하이브리드 소재는, C2H2 가스와 SF6 가스를 이용하여 제조되되, 상기 SF6 가스의 온 오프 변조 주입에 따라 합성되는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재.
3. The method of claim 2,
The hybrid material is a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material which is produced by using C 2 H 2 gas and SF 6 gas, and synthesized by on-off modulation injection of the SF 6 gas.
제 3 항에 있어서,
상기 하이브리드 소재는, 상기 SF6 가스의 온 오프 변조 주기가 증가함에 따라 상기 탄소나노코일의 밀도가 증가하는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재.
The method of claim 3,
The hybrid material is a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material in which the density of the carbon nanocoils increases as the on-off modulation period of the SF 6 gas increases.
제 3 항에 있어서,
상기 탄소나노코일은, 상기 SF6 가스의 온 오프 변조 주기에 따라 파도형 탄소나노코일, 좁은 선형 탄소나노코일 또는 수초형 탄소나노코일로 성장하는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재.
The method of claim 3,
The carbon nanocoil is a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material that grows into a wave-like carbon nanocoil, narrow linear carbon nanocoil, or aqueduct carbon nanocoil according to the on-off modulation period of the SF 6 gas.
열화학기상증착공정을 수행하기 위한 증착 챔버 내부에 세라믹 기판을 배치하는 단계와,
상기 증착 챔버 내부에 원료가스로 C2H2 가스를 주입하고, 첨가가스로 SF6 가스를 주입하되, 상기 C2H2 가스는 전체 증착 시간동안 주입하고, 상기 SF6 가스는 적어도 2회 온 오프 변조하여 주입하는 단계
를 포함하는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재의 제조 방법.
Disposing a ceramic substrate in a deposition chamber for performing a thermal chemical vapor deposition process,
As the raw material gas into the deposition chamber, injecting a C 2 H 2 gas, but injected with SF 6 gas as additive gas, the C 2 H 2 gas is injected during the entire deposition time, the SF 6 gas is at least twice on Off-modulation and implanting
Carbon micro-coil hybrid material.
제 6 항에 있어서,
상기 열화학기상증착공정은, 인시츄(in-situ) 상태에서 원스텝(one step)으로 수행하되, 90-110 Torr의 전체 압력, 130-170 분의 전체 증착 시간 및 600-900 ℃의 기판 온도의 조건으로 수행되는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재의 제조 방법.
The method according to claim 6,
The thermochemical vapor deposition process is performed in one step in-situ, wherein the total pressure of 90-110 Torr, the total deposition time of 130-170 minutes, and the substrate temperature of 600-900 < 0 > C Carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material.
제 6 항에 있어서,
상기 열화학기상증착공정은, 상기 C2H2 가스의 경우 450-550 sccm의 유량으로 주입되고, 상기 SF6 가스의 경우 30-50 sccm의 유량으로 주입되는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재의 제조 방법.
The method according to claim 6,
The thermochemical vapor deposition process is a carbon nanocoil-carbon micro-coil hybrid material which is injected at a flow rate of 450-550 sccm for the C 2 H 2 gas and at a flow rate of 30-50 sccm for the SF 6 gas Gt;
제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하이브리드 소재는, 상기 세라믹 기판에 성장된 탄소마이크로코일의 표면에 탄소나노코일이 성장되면서 확산된 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재의 제조 방법.
9. The method according to any one of claims 6 to 8,
Wherein the hybrid material is diffused while growing carbon nanocoils on the surface of the carbon microcoils grown on the ceramic substrate.
제 7 항에 있어서,
상기 하이브리드 소재는, 상기 SF6 가스의 온 오프 변조 주기가 증가함에 따라 상기 탄소나노코일의 밀도가 증가하는 탄소나노코일-탄소마이크로코일 하이브리드 소재의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the density of the carbon nanocoils increases as the on-off modulation period of the SF 6 gas increases.
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