KR20210016030A - 탄소나노튜브 배향 필름, 이의 제조 방법 및 응용 - Google Patents

탄소나노튜브 배향 필름, 이의 제조 방법 및 응용 Download PDF

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Abstract

본 출원은 탄소나노튜브 배향 필름, 이의 제조 방법 및 응용을 개시한다. 상기 제조 방법은 탄소나노튜브 분산액을 제공하는 단계를 포함하며, 여기에는 선택된 탄소나노튜브; 상기 선택된 탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 탄소나노튜브 분산제로서의 폴리머; 상기 선택된 탄소나노튜브와 결합되고 그 표면에 동일한 전하를 가지는 방향족 분자; 및 상기 분산액의 나머지 성분과 함께 균일한 분산액을 형성하는 데 적어도 사용되는 유기 용매가 포함된다. 또한 상기 분산액의 상표면에 수상층을 도입하여 이중층 액상계를 형성한 다음, 기판을 상기 이중층 액상계에 부분적으로 또는 완전히 삽입한 후, 상기 기판을 인상하여 상기 기판 표면에 탄소나노튜브 배향 필름을 형성할 수 있다. 본 출원의 제조 방법은 간단하고 효율적이며, 대면적 연속 배향 탄소나노튜브 필름을 제조하기 위해 용이하게 확장할 수 있다.

Description

탄소나노튜브 배향 필름, 이의 제조 방법 및 응용
본 출원은 탄소나노 재료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브 배향 필름 및 이의 제조 방법과 응용에 관한 것이며, 탄소나노 재료 기술 분야에 속한다.
탄소나노튜브(crabon nanotubes, CNTs)는 우수한 기계적, 광학적, 전기적 성능 등으로 광범위하게 주목 받고 있으며 광전 소자, 전자 소자, 기계 재료, 전도성 재료 및 복합 재료 등 분야에서 모두 1차적으로 응용된다. 그러나 CNTs는 종횡비와 비표면적이 상당히 큰 관형 나노 물질이며, 동시에 CNTs 간에는 강한 반데르발스 힘(van der Waals' force)이 있어 엉킴과 뭉침 현상이 발생하기 쉬우므로 매트릭스 내에서 분산되기 어렵기 때문에 제품 성능이 심각하게 제약된다. 따라서 어떻게 CNTs를 균일하고 안정적으로 분산시키는가는 CNTs의 우수한 성능을 발휘하기 위해 시급히 해결해야 할 핵심 문제이다.
최근 몇 년 동안 유기 용매 등 분산 매체에서 CNTs의 분산성을 향상시키기 위해, 연구원들은 화학적 개질법과 물리적 흡착법 등 다양한 방법을 제안하였다. 그 중 화학적 개질법은 강산을 산화제로 사용하는데, 반응 중에 산소를 포함하는 작용기가 CNTs의 관벽이나 말단에 형성되며, CNTs는 수백 미터에 달하는 짧은 CNTs로 절단된다. 기능화된 CNTs는 수용액 및 다른 유기 용매에 효과적으로 분산된 후 공유 결합을 이용하여 긴 세그먼트 유기분자를 그라프트하여 CNTs의 분산성을 향상시킬 수 있다. 그러나 표면 개질 과정에서 CNTs의 sp2 구조 및 길이가 파괴되어 결과적으로 CNTs의 원래 성질이 저하되어 응용 효과에 도움이 되지 않는다. 물리적 흡착법 또는 비공유 결합 개질법은 계면활성제를 분산제로 이용하거나 특정 분자 구조를 가진 고분자(예를 들어 공액 폴리머)를 CNTs 표면에 결합하여, 분산 매질에서 탄소나노튜브를 안정적으로 분산시킨다. 물리적 흡착법은 화학적 개질법의 단점을 일부 극복할 수 있지만, 사용되는 대부분의 고분자가 전하를 띠지 않는 중성 분자이며, 단분산된 CNTs간에 반발력이 없기 때문에, 반데르발스 힘으로 인해 얽힘과 겹침이 발생하기 쉽다. 외력에 의해 유도되는 배향 과정에서, 전기적으로 중성인 CNTs는 재배열 및 밀집화 과정에서 반데르발스 힘으로 인해 얽힘과 밀착 현상이 일어나며, 이는 CNTs의 배향 배열에 불리하다. 대규모 전계 효과 트랜지스터의 고성능 집적 회로를 구현하기 위해 탄소나노튜브 필름의 배향성을 어떻게 제어하여 소자 간의 성능 차이를 줄이는가는 필름 소자 제조에서 해결해야 할 또 다른 핵심 문제이다.
본 출원의 주요 목적은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 탄소나노튜브 배향 필름, 이의 제조 방법 및 응용을 제공하는 데에 있다.
전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 출원에서 채택하는 기술적 해결책은 다음을 포함한다.
본 출원의 실시예는 탄소나노튜브 분산액을 제공하며, 여기에는,
선택된 탄소나노튜브;
상기 선택된 탄소나노튜브에 특이적으로 결합하는, 탄소나노튜브 분산제인 폴리머;
상기 선택된 탄소나노튜브와 결합하여 상기 선택된 탄소나노튜브 표면에 동일한 전하를 갖는 방향족 분자; 및
상기 분산액의 나머지 성분과 배합되어 균일한 분산액을 형성하는 데 적어도 사용되는 유기 용매가 포함된다.
본 출원의 실시예는 전술한 탄소나노튜브 분산액의 제조 방법을 더 제공하며, 여기에는,
적어도 탄소나노튜브 분말 원료, 탄소나노튜브 분산제인 폴리머 및 용매를 혼합하여 제1 분산액을 형성하고, 상기 폴리머를 그 중의 선택된 탄소나노튜브와 특이적으로 결합한 후, 상기 제1 분산액으로부터 표면에 폴리머가 결합된 탄소나노튜브를 분리하는 단계;
적어도 상기 표면에 폴리머가 결합된 탄소나노튜브, 방향족 분자 및 용매를 혼합하여 제2 분산액을 형성하고, 상기 방향족 분자를 상기 선택된 탄소나노튜브와 결합하고 상기 선택된 탄소나노튜브 표면이 동일한 전하를 띠게 만든 후, 상기 제2 분산액으로부터 표면에 폴리머 및 방향족 분자가 결합된 탄소나노튜브를 분리하는 단계; 및
상기 표면에 폴리머 및 방향족 분자가 결합된 탄소나노튜브를 유기 용매에 분산시켜 상기 탄소나노튜브 분산액을 형성하는 단계가 포함된다.
본 출원의 실시예는 분말 재료를 더 제공한다. 여기에는,
선택된 탄소나노튜브;
탄소나노튜브 분산제의 폴리머로 사용되며 상기 선택된 탄소나노튜브에 특이적으로 결합하는 폴리머; 및
상기 선택된 탄소나노튜브와 결합하여 상기 선택된 탄소나노튜브 표면에 동일한 전하를 갖는 방향족 분자가 포함된다.
본 출원의 실시예는 탄소나노튜브 배향 필름의 제조 방법을 더 제공하며, 여기에는,
전술한 어느 하나의 탄소나노튜브 분산액을 제공하는 단계-상기 탄소나노튜브 분산액은 물과 혼합되지 않음-;
상기 탄소나노튜브 분산액을 유기상으로 사용하고, 유기상에 수상층을 도입하여 수상층과 유기상층으로 구성된 이중층 액상계를 형성하는 단계; 및
기판을 상기 이중층 액상계에 부분적으로 또는 완전히 삽입한 후, 상기 기판을 상기 이중층 액상계에서 인상하여 상기 기판 표면에 탄소나노튜브 배향 필름을 형성하는 단계가 포함된다.
더 나아가, 상기 이중층 액상계에서 수상층과 유기층의 경계선은 직선에 가깝다.
본 출원의 실시예는 전술한 방법으로 제조된 탄소나노튜브 배향 필름을 더 제공한다.
더 나아가, 상기 필름은 연속적이고 균일한 배향으로 배열된 탄소나노튜브 필름이다.
본 출원의 실시예는 전자 소자, 광전 소자 또는 센서 소자 등의 제조에 사용되는 전술한 탄소나노튜브 배향 필름의 용도를 더 제공한다.
본 출원의 실시예는 전술한 탄소나노튜브 배향 필름을 포함하는 장치를 더 제공한다.
종래 기술과 비교할 때, 본 출원의 유익한 효과는 다음과 같다.
1) 본 출원에서 제공하는 탄소나노튜브 배향 필름의 제조 방법은 공액 폴리머 분자에 의해 분산된 고순도 탄소나노튜브 표면에 대전된 방향족 분자를 흡착시켜 튜브 사이에 정전기적 반발력을 도입하여, 외력에 의해 배향 조립 과정에서 야기되는 밀집화 및 재배열로 인한 밀착 및 얽힘 현상에 저항한다.
2) 본 출원은 이중 액층 침지 인상법을 이용하여 상기 고순도 탄소나노튜브에 대한 배향 배열을 수행하며, 수상층은 하층의 유기상에 대해 일정한 봉액(liquid seal) 작용을 일으키므로, 유기상의 휘발 속도를 늦추어 공기-유기상 계면 메니스커스에서 탄소나노튜브의 자기 조립 시간을 연장시킴으로써, 공기-유기상 계면 라인에서 탄소나노튜브의 재배열 및 질서정연한 배열을 구현하고, 인상 방향을 따라 동일하게 배열된 탄소나노튜브 배향 필름을 획득할 수 있다.
3) 본 출원의 제조 방법은 간단하고 효율적일뿐만 아니라, 대면적 배향 탄소나노튜브 필름을 제조하기 용이하며, 탄소나노튜브 필름 기반의 전자 소자 분야에서 탄탄한 재료 제공을 보장한다.
이하에서는 본 출원 실시예 또는 종래 기술의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예 또는 종래 기술의 설명에 사용될 필요가 있는 첨부 도면을 간략하게 소개한다. 이하의 첨부 도면은 본 출원의 일부 실시예에 불과하며, 본 출원이 속한 기술 분야의 당업자는 창의적인 노력 없이 이러한 도면으로부터 다른 도면을 얻을 수 있다.
도 1은 본 출원의 전형적인 실시예에서 고순도 반도체형 단일벽 탄소나노튜브에 있어서 튜브 사이에 정전기 반발을 도입하고 대면적 연속 배향 탄소나노튜브 필름을 제조하는 데 사용되는 제조 공정 흐름도이다.
도 2는 본 출원의 전형적인 실시예에서 대면적 연속 배향 CNTs 필름을 제조하기 위한 이중 액층 침지 인상법의 과정 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3i는 본 출원의 전형적인 실시예에서 수득된 고순도 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름의 주사전자현미경 사진이다.
도 4a 및 도 4b는 본 출원의 전형적인 실시예에서 공액 폴리머가 분산된 고순도 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 표면에 PFS의 상이한 방향족 분자를 흡착시킨 후의 형광 곡선의 변화를 보여주는 모식도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 출원의 전형적인 실시예에서 배향 배열된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 필름 배향성을 특성화하는 편광 라만(Raman) 스펙트럼이다.
전술한 바와 같이 종래 기술의 단점을 감안하여 본 발명자는 장기간의 연구와 광범위한 실험을 거쳐 본 출원의 기술적 해결책을 제안한다. 이하에서는 본 출원의 기술적 해결책을 명확하고 완전하게 설명하며, 설명된 실시예는 본 출원의 모든 실시예가 아닌 일부 실시예이다. 본 출원의 실시예를 기반으로 창의적인 작업 없이 당업자에 의해 획득된 다른 모든 실시예는 본 출원의 보호 범위에 속한다.
본 출원 실시예의 일 양상은 탄소나노튜브의 분산액을 제공한다. 여기에는,
선택된 탄소나노튜브;
상기 선택된 탄소나노튜브에 특이적으로 결합하는, 탄소나노튜브 분산제인 폴리머;
상기 선택된 탄소나노튜브와 결합하여 상기 선택된 탄소나노튜브 표면에 동일한 전하를 갖는 방향족 분자; 및
상기 분산액의 나머지 성분과 배합되어 균일한 분산액을 형성하는 데 적어도 사용되는 유기 용매가 포함된다.
본 출원에 있어서 상기 "선택된 탄소나노튜브"는 "상기 폴리머"와 서로 대응하는 것이다. 예를 들어, 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 하이퍼브랜치(hyperbranched) 폴리머, 올리고아닐린(oligoaniline) 등 폴리머의 경우, 상기 "선택된 탄소나노튜브"는 단일벽(single-walled) 탄소나노튜브, 소수벽(few-walled) 탄소나노튜브 및 다수벽(multi-walled) 탄소나노튜브 등일 수 있다. 다른 예를 들면, 카르바졸(carbazol), 플루오렌일(fluorenyl), 티에닐(thienyl) 기반의 공액 호모폴리머 또는 호모폴리머 등 폴리머의 경우, 상기 "선택된 탄소나노튜브"는 반도체형 단일벽 탄소나노튜브일 수 있다.
본 출원에 있어서, 상기 폴리머는 탄소나노튜브 분산제로 사용되며 복수의 탄소나노튜브 중 적어도 일부를 개별 크기(직경 0.4 내지 100nm)로 분리하여, "고립 분산"된 상태로 안정적으로(응집되지 않도록) 이를 유기 용매 등 분산 매질에서 분산시킨다. 본 출원에서 상기 "고립 분산"은 탄소나노튜브가 상호 응집에 의해 덩어리 형태, 다발 형태, 로프 형태가 되지 않고, 탄소나노튜브가 하나씩 분산 매질에 분산되어 존재하는 상태를 의미한다.
본 출원에 있어서, 다양한 유형의 탄소나노튜브의 경우, 각각 서로 다른 폴리머를 탄소나노튜브 분산제로 선택할 수 있다.
예를 들어, 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 등의 경우, 폴리비닐피롤리돈, 분지점으로 트리아릴아민(triarylamine) 구조를 갖는 하이퍼브랜치 폴리머, 올리고아닐린 및 그 유도체 등을 상응하는 탄소나노튜브 분산제로 채택할 수 있다. 구체적으로 JP200044216A, JP2005162877A, JP200824522A, WO2008/139839A, CN102695557B, CN101578237B, CN105645388B, CN105645387A, CN105642184B, CN106061894A 등 문헌을 참고할 수 있다.
특히 반도체형 탄소나노튜브의 경우, 탄소나노튜브 분산제로 사용되는 폴리머는 카르바졸, 플루오렌일, 티에닐 기반의 공액 호모폴리머 또는 호모폴리머 일 수 있다. 예를 들어 폴리티오펜(polythiophene) 유도체, 폴리플루오렌(polyfluorene) 및/또는 폴리플루오렌 유도체, 폴리-m-페닐아세틸렌(poly-m-phenylacetylene) 유도체, 및 기타 구조의 폴리머가 있으며, 예를 들어 덴드리틱(dendritic) 공액 폴리머 등이 있다. 보다 구체적으로, 폴리카르바졸(polycarbazole), 폴리플루오렌 및 폴리티오펜, 카르바졸계 선형 코폴리머(PCz) 등이 반도체형 단일벽 탄소나노튜브의 분산제로 사용된다. 이러한 폴리머는 π-π 작용 등 물리적 작용을 통해 반도체형 단일벽 탄소나노튜브에 특이적으로 결합할 수 있으며, 유기 용매 등 분산 매질에서 반도체형 단일벽 탄소나노튜브의 안정적인 "고립 분산"을 촉진할 수 있다. 또한 이러한 폴리머의 선택은 CN103112840B, CN105585000B, CN107456918A, CN106823983A, CN106478927A, CN105611986B 등을 참고할 수 있다.
본 출원에 있어서, 상기 방향족 분자는 상기 폴리머가 표면에 특이적으로 결합된 탄소나노튜브와 결합할 수 있으며, 동일한 분산계에서 각 탄소나노튜브 표면이 동일한 전하(양전하 또는 음전하)를 띠도록 만듦으로써, 각 탄소나노튜브 사이에 정전기적 반발력을 형성하여, 외력에 의한 탄소나노튜브 배향 조립 과정에 의해 야기되는 밀집화 및 재배열에 따른 밀착 및 얽힘 현상에 저항할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 상기 선택된 탄소나노튜브는 반도체형 단일벽 탄소나노튜브이고, 이에 적합한 탄소나노튜브 분산제는 카르바졸, 플루오렌일, 티에닐 기반의 공액 호모폴리머 또는 호모폴리머 등의 공액 폴리머이다. 구체적으로 폴리카르바졸, 폴리플루오렌, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene) 등에서 적어도 하나의 호모폴리머 또는 코폴리머가 있다. 상기 코폴리머의 공중합 단위에는 벤젠, 티오펜, 피리딘, 트리아릴아민, 벤조티아디아졸(benzothiadiazole)에서 어느 하나 또는 어느 하나의 알킬화 유도체 또는 여러 개의 조합이 포함되며, 바람직하게는 카르바졸계 선형 코폴리머(PCz) 등이나, 이에 국한되지 않는다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 상기 방향족 분자는 바람직하게는 축합 고리 방향족 공액 구조(이는 반도체형 단일벽 탄소나노튜브와 π-π 적층을 통해 상호 작용할 수 있음) 및 양전하 또는 음전하를 띠는 원자 또는 치환기(이는 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 표면을 대전시켜 튜브 사이에 정전기적 반발력을 도입하는 데 사용됨)를 가진다.
또한 상기 방향족 분자의 구조식은 식 (I) 내지 식 (V) 중 적어도 하나를 포함한다.
Figure pct00001
,
Figure pct00002
,
Figure pct00003
,
Figure pct00004
,
Figure pct00005
여기에서 X는 SO4 2-, SO3 2-, CO3 2-, NO3 - 또는 Cl-를 포함하고, Y는 Cl을 포함하고, Z는 Na+ 또는 K+를 포함한다.
또한 상기 방향족 분자의 대표적인 구조는 하기 식 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 화합물을 참고하나, 이에 국한되지 않는다.
Figure pct00006
(프로플라빈 헤미술페이트, Proflavine Hemisulfate, PFS),
식 (1)
Figure pct00007
(뉴트럴 레드, Neutral Red, NR),
식 (2)
Figure pct00008
(아크리딘 오렌지, Acridine Orange, AO),
식 (3)
Figure pct00009
(Pryene+)
식 (4)
Figure pct00010
(알리자린 레드, Alizarin Red, AR),
식 (5)
Figure pct00011
(오렌지 G, Orange G, OR).
식 (6)
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 양전하를 띠는 염료 방향족 소분자, 즉 식 (1)의 프로플라빈 헤미술페이트(PFS) 분자가 바람직하다.
전술한 반도체형 단일벽 탄소나노튜브(s-SWCNTs)는 큰 종횡비, 큰 비표면적 및 조정 가능한 밴드갭, 우수한 전자와 정공 이동도(고유 캐리어 이동도는 70000cm2V-1s-1에 달함) 등 독특한 구조와 전자적 특성을 가지므로, 차세대 전계 효과 필름, 무선 주파수 트랜지스터에서 가장 유망한 재료 중 하나로 간주된다. 단일 s-SWCNTs의 1차원 특성은 전기적, 광학적, 기계적 및 자기적 성능 측면에서 매우 현저한 이방성을 나타낸다.
종래 기술에서는 용액법으로 분리 획득한 s-SWCNTs 용액은 상이한 방법을 통해 대면적의 무질서한 네트워크형 탄소나노튜브 필름을 제조할 수 있다. 그러나 네트워크형 필름에서 규칙 없이 분포된 탄소나노튜브에는 현저한 얽힘과 겹침 현상이 존재하며, 튜브 간 접촉 저항이 증가하여 캐리어 이동도가 크게 저하되어 단일 탄소나노튜브의 우수한 성능이 충분히 발휘되지 않고 고성능 집적 회로의 구현에도 도움이 되지 않는다.
탄소나노튜브의 구조를 제어하고 단일 탄소나노튜브의 우수한 성능을 효과적으로 유지하는 방법의 경우, 현재 가장 주된 해결 방법은 대면적의 배향 배열된 s-SWCNTs 필름을 제조하는 것이다. 탄소나노튜브의 배향 배열을 실현하는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 하나는 화학 기상 증착으로 직접 성장한 탄소나노튜브의 배향 정렬이고, 다른 하나는 용액에 미리 분리된 탄소나노튜브의 배향 배열이다. 직접 성장법으로 획득하는 것은 금속형과 반도체형 탄소나노튜브의 혼합물이다. 금속형 단일벽 탄소나노튜브의 존재는 탄소나노튜브 필름 트랜지스터 소자의 성능에 심각한 영향을 미치므로, 직접 성장으로 획득한 반도체형 탄소나노튜브의 순도를 보다 최적화할 필요가 있다. 단일벽 탄소나노튜브의 특정 물리적, 전자적 구조를 기반으로, 연구진은 수용액 또는 유기 용액에서 후처리하여 반도체형 탄소나노튜브를 분리하는 다양한 방법을 개발하였다. 구체적인 내용은 상기에서 나열한 문헌을 참고할 수 있다. 또한 반도체 전자 소자 응용에서 용액법으로 분리 획득한 고순도 s-SWCNTs의 장점을 최대한 활용하기 위해, 연구진은 용액법을 기반으로 반도체 탄소나노튜브 조립, 배향 배열 방법을 발전시켰다. 이는 예를 들어 전단력 유도, 증발 구동 자기 조립, 스핀 코팅법, 화학 자기 조립, 진공 여과법, 전자기장 유도, 템플릿법, 잉크젯 인쇄 기술 등이 있다. 예를 들어, CN107963610A는 기능화된 소수성 기판 상에 잉크젯 인쇄를 사용함으로써 배향 탄소나노튜브 필름 위치, 배향 밀도 및 패턴화의 정밀 제어를 구현하였으며, 밀도가 균일하고 배향이 일치하는 상이한 패턴의 탄소나노튜브 필름을 배열하였다. 그러나 이 방법은 계면활성제 시스템 중 탄소나노튜브의 배향 배열에만 적용되며, 계면 활성제 시스템 중 s-SWCNTs 배향 배열 기술의 고유한 결함은 극복하지 못한다. 예를 들어 한편으로는 계면활성제가 분산된 s-SWCNTs 순도가 충분히 높지 않고, 다른 한편으로는 s-SWCNTs 표면을 감싸며 과량의 잔류 계면활성제가 응집되어 전하의 전송을 심각하게 방해하고 소자의 성능을 크게 저하시킨다. 또 다른 예를 들면, CN106061894A는 폴리플루오렌 유도체에 의해 분산된 s-SWCNTs의 유기 분산액을 통해 s-SWCNTs 필름을 증착하며, s-SWCNTs의 유기 분산액의 박층은 수성 매질의 표면 상에서 펼쳐지고, 고체 기재와 접촉할 때 증발 자기 조립을 유발한다. 이러한 방법을 이용하여 일정 배향도를 갖는 반도체 단일벽 탄소나노튜브의 고밀도 필름을 제조한다. 전술한 바와 같이, 상기 기술에 사용되는 폴리플루오렌 유도체는 대전되지 않은 중성 분자이며, s-SWCNTs의 상호간에는 반데르발스 힘에 의해 얽힘 및 겹침 현상이 발생하고, 외력 작용의 의해 유도되는 배향 과정에서 s-SWCNTs는 재배열 및 밀집화 과정에서 통상적으로 불가피하게 얽힘 및 밀착 현상이 일어난다. 이는 s-SWCNTs의 배향 배열에 불리하다. 또한 침지 인상법은 기판을 s-SWCNTs 현탁액에서 인상하는 과정에서 유기 용매의 빠른 휘발을 통해 대면적의 균일한 s-SWCNTs 네트워크 필름을 획득할 수 있어 고품질, 대면적의 균일도가 높은 s-SWCNTs 필름을 신속하게 제어 가능하도록 제조할 수 있다. 그러나 전술한 종래 기술의 공통적인 문제점은 s-SWCNTs의 배향 배열을 잘 구현할 수 없다는 것이다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 대전된 방향족 분자를 채택하여 π-π 적층 작용을 통해 유기계 중 공액 폴리머 분자 등에 의해 분리된 고순도 반도체형 단일벽 탄소나노튜브의 표면에 흡착시켜, 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 표면을 대전시키고 튜브 사이에 정전기적 반발력을 도입하여, 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 사이에 미량의 반발력과 우수한 안정성을 가진 고순도 반도체형 단일벽 탄소나노튜브의 분산액을 획득하였고, 도입된 튜브 사이 정전기적 반발력은 반도체 단일벽 탄소나노튜브가 배향 과정에서 자기 조립 과정으로 인해 얽히고 밀착되는 것을 방지하는 데 사용되며, 이는 나아가 s-SWCNTs의 고효율성, 균일성, 대면적의 배향 정렬성을 촉진시킬 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 상기 분산액 중 탄소나노튜브와 상기 폴리머의 질량비는 1:0.001 내지 1:100, 바람직하게는 1:0.01 내지 1:50, 특히 바람직하게는 1: 0.1 내지 1:10이다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 상기 분산액 중 탄소나노튜브와 상기 방향족 분자의 질량비는 1:0.005 내지 1:50, 바람직하게는 1:0.05 내지 1:20, 특히 바람직하게는 1: 0.1 내지 1:10이다.
더 나아가, 상기 분산액 중 탄소나노튜브의 함량은 0.5μg/mL 이상이다.
더 나아가, 상기 분산액 중 탄소나노튜브의 평균 길이는 100 내지 3000nm이다.
더 나아가, 상기 유기 용매에는 할로겐화 알칸, 방향족 탄화수소, 할로겐화 방향족 탄화수소 등 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합이 포함되나, 이에 국한되지 않는다.
더 나아가, 상기 할로겐화 알칸은 클로로포름, 디클로로메탄, 디클로로에탄 등 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로부터 선택될 수 있으며, 상기 방향족 탄화수소는 톨루엔, 자일렌 등으로부터 선택될 수 있고, 상기 할로겐화 방향족 탄화수소는 클로로벤젠, 디클로로벤젠 등으로부터 선택될 수 있으나, 모두 이에 국한되지 않는다.
본 출원 실시예의 다른 일 양상은 전술한 탄소나노튜브 분산액의 제조 방법을 더 제공하며, 여기에는,
적어도 탄소나노튜브 분말 원료, 탄소나노튜브 분산제인 폴리머 및 용매를 혼합하여 제1 분산액을 형성하고, 상기 폴리머를 그 중의 선택된 탄소나노튜브와 특이적으로 결합한 후, 상기 제1 분산액으로부터 표면에 폴리머가 결합된 탄소나노튜브를 분리하는 단계;
적어도 상기 표면에 폴리머가 결합된 탄소나노튜브, 방향족 분자 및 용매를 혼합하여 제2 분산액을 형성하고, 상기 방향족 분자를 상기 선택된 탄소나노튜브와 결합하고 상기 선택된 탄소나노튜브 표면이 동일한 전하를 띠게 만든 후, 상기 제2 분산액으로부터 표면에 폴리머 및 방향족 분자가 결합된 탄소나노튜브를 분리하는 단계; 및
상기 표면에 폴리머 및 방향족 분자가 결합된 탄소나노튜브를 유기 용매에 분산시켜 탄소나노튜브 분산액을 형성하는 단계가 포함된다.
일부 더욱 구체적인 실시예에 있어서, 상기 제조 방법은 구체적으로,
공액 폴리머를 이용하여 단일벽 탄소나노튜브 분말 원료를 선택적으로 분산시켜 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 획득하며, 상기 분산액을 여과 및 세척하고 유리된 공액 폴리머를 제거하여, 표면에 잔여 공액 폴리머가 함유된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 분말, 즉 제1 분말을 획득하는 단계;
수득한 제1 분말, 방향족 분자 및 유기 용매를 혼합하여 분산액을 형성한 후, 여과 처리하여 반도체형 단일벽 탄소나노튜브와 결합되지 않은 방향족 분자를 제거하여 제2 분말을 획득하는 단계; 및
상기 제2 분말을 유기 용매에 분산시켜, 상기 반도체형 단일벽 탄소나노튜브의 분산액을 형성하는 단계를 포함한다.
더 나아가, 상기 단일벽 탄소나노튜브 분말 원료는 원래의 단일벽 탄소나노튜브로부터 선택되며, 아크 방전법, 플라즈마 방전법, 레이저 어블레이션(laser ablation)법 또는 화학 기상 증착법에 의해 제조하지만 이에 한정되지 않는다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 상기 제조 방법은 공액 폴리머와 원래의 단일벽 탄소나노튜브를 혼합하고 초음파로 분산시킨 후, 여과 및 세정하여 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 표면이 감싸는 공액 폴리머 분자를 제거하여, 순도 99.9% 이상의 반도체형 단일벽 탄소나노튜브를 획득하는 단계를 포함한다.
더 나아가, 상기 제조 방법은 유기계 중의 공액 폴리머를 이용하여 순도 99.9%의 반도체형 단일벽 탄소나노튜브를 선택적으로 분산시킨 후, 진공 여과 및 세정을 통해 표면에 소량의 공액 폴리머가 남아있고 단분산성이 우수한 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 고체 분말을 획득하며, 고순도 반도체형 단일벽 탄소나노튜브를 더욱 정제하는 동시에 세정된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브가 다시 단분산될 수 있도록 보장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 출원의 일부 더욱 구체적인 실시예에 있어서, 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 분산액의 제조 방법은 다음 단계를 포함할 수 있다.
1) 초음파, 원심 분리:
일정 비율에 따라, 각각 일정 질량의 공액 폴리머와 원래의 단일벽 탄소나노튜브를 정확하게 칭량하여 일정 부피의 자일렌(또는 톨루엔) 용매에 혼합한 다음, 초음파 수조로 폴리머를 충분히 용해시킨 후 초음파 분쇄기를 사용하여 초음파 분산을 수행한다. 분산된 탄소나노튜브 용액은 먼저 저속 조건 하에서 미리 분리하고, 상청액을 획득한 후 다시 고속으로 원심 분리하여 상청액, 즉 표면이 과량의 폴리머 분자로 둘러싸인 고순도 반도체형 단일벽 탄소나노튜브의 자일렌(또는 톨루엔) 분산액을 획득한다.
2) 진공 여과, 유기 용매 세정:
단계 1)에서 획득한 표면이 과량의 폴리머 분자로 둘러싸인 고순도 반도체형 단일벽 탄소나노튜브의 자일렌(또는 톨루엔) 분산액을 깔대기에 붓고 진공 여과를 수행하며, 분리된 고순도 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 고체는 필터막에 남긴 후, 대량의 유기 용매(테트라히드로푸란(tetrahydrofuran), 클로로포름, 디클로로메탄 등)를 사용해 필터막을 세정하여, 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 표면에 감겨진 과량의 폴리머 분자를 제거하고, 표면에 소량의 폴리머 분자가 남은 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 고체 분말(즉, 상기 제1 분말)을 획득한다.
보다 바람직한 일부 실시예에 있어서, 상기 제조 방법은 구체적으로, 상기에서 수득된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 고체 분말을 축합 고리 방향족 소분자의 유기 용액에 재분산하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입된 고순도 반도체형 단일벽 탄소나노튜브의 유기 분산액을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
더 나아가, 상기 제조 방법은 다음 단계를 더 포함한다. 즉, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입된 고순도 반도체형 단일벽 탄소나노튜브의 클로로포름 분산액에 대해 진공 여과를 수행하며, 표면에 정전기적 반발력이 도입된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 고체는 여과막 상에 남긴 후, 대량의 유기 용매를 이용하여 여과막을 세정하여 여액 중 상기 분자의 흡수 피크가 나타나지 않을 때까지 유리된 축합 고리 방향족 소분자를 제거한다. 마지막으로 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리된 축합 고리 방향족 분자가 제거된 고순도 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 고체 분말(즉, 상기 제2 분말)을 획득하며, 이를 유기 용매에 재분산하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리된 축합 고리 방향족 소분자가 제거된 고순도 반도체형 단일벽 탄소나노튜브의 분산액을 수득한다.
본 출원 실시예의 다른 일 양상은 분말 재료를 더 제공한다. 여기에는,
선택된 탄소나노튜브;
탄소나노튜브 분산제의 폴리머로 사용되며 상기 선택된 탄소나노튜브에 특이적으로 결합하는 폴리머; 및
상기 선택된 탄소나노튜브와 결합하여 상기 선택된 탄소나노튜브 표면에 동일한 전하를 갖는 방향족 분자가 포함된다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 상기 방향족 분자는 바람직하게는 축합 고리 방향족 공액 구조(반도체형 단일벽 탄소나노튜브과 π-π 적층을 통해 상호 작용하는 데 사용됨) 및 양전하 또는 음전하를 띠는 원자 또는 치환기(반도체형 단일벽 탄소나노튜브 표면을 대전시켜 튜브 사이에 정전기적 반발력을 도입시키는 데 사용됨)를 가지며, 그 구조식에는 식 (I) 내지 식 (V) 중 적어도 하나가 포함된다. 이의 대표적 구조는 상기 식 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 화합물을 참고할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 양전하를 띠는 염료 방향족 소분자, 즉 식 (1)의 프로플라빈 헤미술페이트(PFS) 분자가 바람직하다.
실시예에 있어서, 상기 공액 폴리머는 카르바졸, 플루오렌일, 티에닐 기반의 공액 호모폴리머 또는 호모폴리머이며, 예를 들어 폴리카르바졸, 폴리플루오렌, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌 등 중에서 적어도 하나의 호모폴리머 또는 코폴리머가 있다. 여기에서 상기 코폴리머의 공중합 단위는 벤젠, 티오펜, 피리딘, 트리아릴아민 및 벤조티아디아졸 중 어느 하나 또는 어느 하나의 알킬화 유도체 또는 그중 복수의 조합으로부터 선택된다. 예를 들어, 상기 공액 폴리머는 카르바졸계 선형 코폴리머(PCz)로부터 선택되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 일부 실시예에 있어서, 상기 공액 폴리머는 폴리아센계(polyacene) 소분자 분산제 등으로 더 대체될 수 있으며, 이는 CN107298436A를 참고한다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 상기 분말 재료 중 탄소나노튜브와 폴리머의 질량비는 1:0.001 내지 1:100, 바람직하게는 1:0.01 내지 1:50, 특히 바람직하게는 1: 0.1 내지 1:10이다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 상기 분말 재료 중 탄소나노튜브와 방향족 분자의 질량비는 1:0.005 내지 1:50, 바람직하게는 1:0.05 내지 1:20, 특히 바람직하게는 1: 0.1 내지 1:10이다.
더 나아가, 상기 분말 재료 중 반도체형 단일벽 탄소나노튜브의 평균 길이는 100 내지 3000nm이다.
본 출원 실시예의 다른 일 양상은 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름의 제조 방법을 더 제공하며, 여기에는,
전술한 어느 하나의 탄소나노튜브 분산액을 제공하는 단계-상기 탄소나노튜브 분산액은 물과 혼합되지 않음-;
상기 탄소나노튜브 분산액을 유기상으로 사용하고, 유기상에 수상층을 도입하여 수상층과 유기상층으로 구성된 이중층 액상계를 형성하는 단계; 및
기판을 상기 이중층 액상계에 부분적으로 또는 완전히 삽입한 후, 상기 기판을 상기 이중층 액상계에서 인상하여 상기 기판 표면에 탄소나노튜브 배향 필름을 형성하는 단계가 포함된다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 상기 제조 방법은 구체적으로 다음 단계를 포함한다. 즉, 상기 탄소나노튜브의 분산액 상방에 수상층을 배치한 다음, 이중 액층 침지 인상법을 채택하여, 수상층과 유기상층의 2상 계면을 거쳐 상기 탄소나노튜브의 분산액으로부터 기판을 인상하며, 인상 방향을 따라 동일하게 배열된 탄소나노튜브 배향 필름을 획득한다. 수상층은 하층의 유기상에 대해 일정한 봉액(liquid seal) 작용을 일으키므로, 유기상의 휘발 속도를 늦추어 공기-유기상 계면 메니스커스에서 탄소나노튜브의 자기 조립 시간을 연장시킴으로써, 공기-유기상 계면 라인에서 탄소나노튜브의 재배열 및 질서정연한 배열을 구현한다.
본 출원은 튜브 사이에 정전기적 반발력이 존재하는 탄소나노튜브가 용해된 유기상을 이용하여 탄소나노튜브 배향 필름을 증착하고, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 존재하는 탄소나노튜브의 유기상 위에 일정한 두께의 수상층을 추가하며, 고체 기판은 유기상으로부터 유기-물 2액상 계면을 거쳐 인상한다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 상기 이중층 액상계에서 수상층과 유기층의 경계선은 직선에 가깝다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 상기 제조 방법은 200 내지 2000μm/s(바람직하게는 500 내지 1500μm/s, 특히 바람직하게는 800 내지 1000μm/s)의 하강 속도로 상기 기판을 이중층 액상계에 삽입하는 단계를 포함한다.
일부 더욱 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제조 방법은 상기 탄소나노튜브의 분산액에 상기 기판의 대부분을 침지시키는 단계를 더 포함한다.
본 출원의 일부 실시예에 있어서, 상기 제조 방법은 상향 인상 속도로 상기 이중층 액상계로부터 인상하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 과정은 물 유기상 계면 라인을 거쳐 수상층에 추가된 액봉 작용 하에서 공기-유기상 2상 계면 메니스커스에서 반도체형 단일벽 탄소나노튜브의 자기 조립 시간을 연장시킴으로써, 탄소나노튜브의 재배열 및 질서정연한 배열을 구현할 수 있다.
더 나아가, 상기 기판의 상향 인상 속도는 느린 속도와 빠른 속도의 두 가지 인상 속도로 나뉜다. 일부 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제조 방법은 상기 기판이 이중층 액상계로부터 인상되는 속도 1 내지 5000㎛/s, 바람직하게는 50 내지 1000㎛/s 사이의 최적화된 속도, 더욱 바람직하게는 200 내지 500μm/s를 거치는 단계를 포함할 수 있다.
더 나아가, 상기 수상층은 순수(pure water) 또는 수용액을 포함한다. 여기에서, 상기 수용액은 적어도 이중층 액상계의 점도와 장력을 조절하는 데에 사용되며 무기염, 유기 용매 등을 더 포함할 수 있다.
더 나아가, 상기 수상층의 두께는 1 내지 15mm이다.
더 나아가, 상기 기판은 소수성 표면을 갖는다. 예를 들어, 상기 기판의 재료는 경질 재료, 가요성 재료 등일 수 있다. 상기 경질 재료에는 실리콘 산화물 웨이퍼, 석영 웨이퍼, 사파이어 기판 등이 포함되고, 상기 가요성 재료에는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI) 등이 포함되나 이에 한정되지 않는다.
본 출원 실시예의 다른 일 양상은 전술한 방법으로 제조된 탄소나노튜브 배향 필름을 더 제공한다.
일부 실시예에 있어서, 상기 필름은 복수의 배향 배열된 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 필름은 연속적이고 균일하게 배향 배열된 탄소나노튜브 필름이다.
일부 실시예에 있어서, 상기 필름의 두께는 2 내지 5nm이다.
일부 바람직한 실시예에 있어서, 상기 기판 표면의 가장자리 영역을 제거하며, 상기 기판 표면의 유효 막 형성 영역에서 연속적이고 균일하게 배향 배열된 대면적 탄소나노튜브를 구현할 수 있다.
또한 상기 탄소나노튜브 필름에서 탄소나노튜브의 배향 배열 방향은 인상 방향과 일치한다.
본 출원 실시예의 또 다른 양상은 전자 소자, 광전 소자, 센서 소자 등 분야에서 사용되는 전술한 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름의 용도를 더 제공한다.
본 출원 실시예의 또 다른 양상은 전술한 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름을 포함하는 장치를 더 제공한다.
예를 들어, 상기 장치는 박막 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터, 메모리, 집적 회로 소자 등의 전자 소자일 수 있으며, 광전지 소자, 광 검출기 등 광전 소자일 수도 있고, 화학 센서, 바이오 센서 등 센서 중의 어느 하나일 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 내용을 요약하면, 본 출원의 제조 방법은 간단하고 효율적일뿐만 아니라, 종래 기술에서 탄소나노튜브의 순도가 너무 낮은 문제, 외력에 의한 배향 과정에서 탄소나노튜브의 엉킴 축적 문제 및 탄소나노튜브의 유효 배향 면적이 비교적 작은 문제 등을 효과적으로 해결할 수 있다.
상기 기술적 해결책을 통해, 본 출원의 제조 방법은 간단하고 효율적일뿐만 아니라, 대면적의 연속적인 배향 탄소나노튜브 필름을 제조하기 용이하며, 탄소나노튜브 필름 기반의 전자 소자 분야에서 탄탄한 재료 제공을 보장한다.
이하에서는 보다 구체적인 실시예 및 첨부 도면을 참고하여 본 출원의 기술적 해결책을 보다 상세하게 설명한다.
본 출원의 일부 보다 구체적인 실시예는 반도체형 단일벽 탄소나노튜브의 분산액, 분말 및 배향 필름(이하 s-SWCNTs라 칭함)의 제조 방법에 관한 것이며, 도 1에 도시된 바와 같이 여기에는 구체적으로 이하의 일반적인 단계가 포함된다.
1. 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 분산액 및 분말의 제조 방법
1.1 초음파, 원심 분리:
일정 비율에 따라, 각각 일정 질량의 공액 폴리머와 원래의 단일벽 탄소나노튜브 원료 분말을 정확하게 칭량하여 유기 용매에 혼합한 다음, 초음파 수조로 폴리머를 충분히 용해시킨 후 초음파 분쇄기를 사용하여 초음파 분산을 수행한다. 분산된 탄소나노튜브 용액은 먼저 저속 조건 하에서 미리 분리하고, 상청액을 획득한 후 다시 고속으로 원심 분리하여 상청액, 즉 폴리머로 분산 추출된 표면이 과량의 폴리머 분자로 둘러싸인 고순도 s-SWCNTs 분산액을 획득한다.
1.2 진공 여과, 유기 용매 세정:
단계 1.1에서 획득한 표면이 과량의 폴리머 분자로 둘러싸인 고순도 s-SWCNTs 분산액을 깔때기에 붓고 진공 여과를 수행하며, 분리된 고순도 s-SWCNTs 고체는 필터막에 남긴 후, 대량의 용매를 사용해 필터막을 세정하여, s-SWCNTs 표면에 감겨진 과량의 폴리머 분자를 제거하고, 표면에 소량의 폴리머 분자가 남은 s-SWCNTs 고체 분말(즉, 제1 분말)을 획득한다.
1.3 방향족 분자의 유기 용액에 재분산:
단계 1.2에서 획득한 s-SWCNTs 고체 분말을 방향족 분자의 유기 용액에 재분산하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입된 고순도 s-SWCNTs 분산액을 획득한다.
1.4 진공 여과, 에탄올 세정:
단계 1.3가 완료된 후 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입된 고순도 s-SWCNTs 분산액을 진공 여과하며, 표면에 정전기적 반발력이 도입된 s-SWCNTs 고체는 필터막 상에 남긴 후, 대량의 용매를 이용해 여과막을 세정하여 여액 중 방향족 분자의 흡수 피크가 나타나지 않을 때까지 유리된 방향족 분자를 세정한다. 마지막으로, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 방향족 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs 고체 분말(즉, 제2 분말)을 획득한다.
1.5 클로로포름에 재분산:
단계 1.4에서 획득한 s-SWCNTs 고체 분말을 유기 용매에 재분산하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 방향족 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs 유기 분산액을 획득한다.
2 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름의 제조 방법(이중 액층 침지 인상 배향법(도 2 참고))에 있어서 구체적인 조작 단계는 다음과 같다.
2.1 유기 부식 내성이 있는 사각형 석영 큐벳에 일정 부피의 단계 1.5에서 획득한 s-SWCNTs의 유기 분산액을 첨가한다. 그 다음, 상기 분산액 상층에 일정 부피의 탈이온수를 첨가하여, 일정 두께의 수상층을 형성하고, 동시에 수상층과 유기층 사이의 2상 계면 라인이 기본적으로 하나의 직선에 가깝도록 보장한다. 이를 통해 액체-액체 2상 계면 라인이 안정적인 이중 액층을 형성한다.
2.2 일정한 하강 속도(즉, v1)로 상층 수상층을 통해 소수성 기판을 s-SWCNTs의 유기 분산액에 삽입하고, 소수성 기판의 대부분을 s-SWCNTs의 유기 분산액에 침지시킨다.
2.3 일정한 상향 인상 속도(즉, v2)로 튜브 사이에 반발력이 존재하는 고순도 s-SWCNTs가 용해된 유기 분산액으로부터 소수성 기판을 인상시킨다. 상기 과정은 물-유기상 계면 라인을 거쳐 수상층에 추가된 액봉 작용 하에서 공기-유기상 2상 계면 메니스커스에서 s-SWCNTs의 자기 조립 시간을 연장시킴으로써, s-SWCNTs의 재배열 및 질서정연한 배열을 구현할 수 있다.
하기 실시예의 방법은 달리 명시되지 않는 한 모두 당업계의 통상적인 방법이다.
실시예 1
1) 일반적인 단계 1.1을 기반으로 CN108017049A를 참조하여, 카르바졸계 선형 코폴리머(PCz)와 단일벽 탄소나노튜브 원료(시중에서 획득하며, 아크 방전법으로 제조)의 공급 비율을 1:1(이하에서 달리 명시되지 않는 한 모두 질량비임)로 조정하고, 분산제는 톨루엔을 사용한다. 초음파 분산, 원심 분리 처리를 거쳐 폴리머가 분산된 고순도 s-SWCNTs의 톨루엔 분산액을 획득한다.
2) 일반적인 단계 1.2를 참조하여 제1 분말을 획득한다.
3) 단계 2)에서 획득한 제1 분말을 프로플라빈 헤미술페이트(PES)의 클로로포름 용액에 재분산하며, 질량 농도는 0.02mg/mL이고, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입된 고순도 s-SWCNTs의 클로로포름 분산액을 획득한다.
4) 일반적인 단계 1.4를 참조하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 프로플라빈 헤미술페이트(PFS) 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs 고체 분말(즉, 제2 분말)을 획득한다.
5) 단계 4)에서 획득한 제2 분말을 클로로포름 용매에 재분산하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 프로플라빈 헤미술페이트(PFS) 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs의 클로로포름 분산액을 획득한다. 여기에서 s-SWCNTs의 함량은 0.5μg/mL 이상이고, s-SWCNTs의 평균 길이는 100 내지 3000nm이고, s-SWCNTs와 공액 폴리머의 질량비는 1:0.001이고, s-SWCNTs와 프로플라빈 헤미술페이트(PFS) 분자의 질량비는 1:0.005이다.
프로플라빈 헤미술페이트(PFS) 분자 자체는 일종의 형광 염료 분자이며, π-π 적층을 통해 고순도 s-SWCNTs 표면에 흡착된 후, s-SWCNTs에 의해 형광이 소멸되고, 그에 따라 형광 강도가 현저하게 감소한다. 이는 도 4a를 참고한다.
s-SWCNTs 표면에 남아 있는 소량 공액 폴리머 PCz 분자는 방향족 분자의 형광 강도에 현저한 영향을 미치지 않으며, 이는 도 4a 및 도 4b를 참고한다.
6) 일반적인 단계 2를 참조하며, 인상에 사용되는 클로로포름 분산액의 농도는 5μg/mL이다. 그 후 상기 분산액 상층에 탈이온수를 첨가하여 두께 1mm의 수상층을 형성한다. 1000μm/s 하강 속도(v1)로 실리콘 산화물 웨이퍼를 클로로포름 분산액에 삽입한 다음, 200μm/s의 상향 인상 속도(v2)로 실리콘 산화물 웨이퍼를 인상한다.
테스트를 거쳐, 본 실시예에서 제조된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름의 주사 전자 현미경 사진은 도 3a에 도시된 바와 같으며, 반도체형 단일벽 탄소나노튜브는 기판 인상 방향을 따라 대면적의 연속적인 배향 배열을 나타낸다.
실시예 2
1) 일반적인 단계 1.1을 기반으로 CN105819425A를 참조하여, 폴리카르바졸 유도체와 단일벽 탄소나노튜브 원료(시중에서 구입하며, 플라즈마 방전법으로 제작함)의 공급 비율을 2:1로 조정하고, 자일렌을 분산제로 사용한다. 초음파 분산, 원심 분리 처리를 거쳐 폴리머가 분산된 고순도 s-SWCNTs의 자일렌 분산액을 획득한다.
2) 일반적인 단계 1.2를 참조하여 제1 분말을 획득한다.
3) 단계 2)에서 획득한 제1 분말을 뉴트럴 레드(NR)의 디클로로메탄 용액에 재분산하며, 질량 농도는 0.01mg/mL이고, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입된 고순도 s-SWCNTs의 디클로로메탄 분산액을 획득한다.
4) 일반적인 단계 1.4를 참조하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 뉴트럴 레드(NR) 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs 고체 분말(즉, 제2 분말)을 획득한다.
5) 단계 4)에서 획득한 제2 분말을 디클로로메탄 용매에 재분산하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 뉴트럴 레드(NR) 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs의 디클로로메탄 분산액을 획득한다. 여기에서 s-SWCNTs의 함량은 0.5μg/mL 이상이고, s-SWCNTs와 공액 폴리머의 질량비는 1:0.01이고, s-SWCNTs와 뉴트럴 레드(NR) 분자의 질량비는 1:0.05이다.
뉴트럴 레드(NR) 분자 자체는 일종의 형광 분자이며, π-π 적층을 통해 고순도 s-SWCNTs 표면에 흡착된 후, s-SWCNTs에 의해 형광이 소멸되고, 그에 따라 형광 강도가 현저하게 감소한다. 이는 도 4b를 참고한다.
6) 일반적인 단계 2를 참조하며, 인상에 사용되는 디클로로메탄 분산액의 농도는 3μg/mL이며, 상기 분산액 상층에 탈이온수를 첨가하여 두께 2mm의 수상층을 형성한다. 1500μm/s 하강 속도(v1)로 실리콘 산화물 웨이퍼를 디클로로메탄 분산액에 삽입한 다음, 50μm/s의 상향 인상 속도(v2)로 실리콘 산화물 웨이퍼를 인상한다.
테스트를 거쳐, 본 실시예에서 제조된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름의 주사 전자 현미경 사진은 도 3b에 도시된 바와 같으며, 반도체형 단일벽 탄소나노튜브는 기판 인상 방향을 따라 대면적의 연속적인 배향 배열을 나타낸다.
실시예 3
1) 일반적인 단계 1.1을 기반으로 CN107456918A를 참조하여, 3차원 덴드리틱 공액 화합물과 단일벽 탄소나노튜브 원료(시중에서 구입하며, 레이저 어블레이션법으로 제작함)의 공급 비율을 3:1로 조정하고, 톨루엔을 분산제로 사용한다. 초음파 분산, 원심 분리 처리를 거쳐 폴리머가 분산된 고순도 s-SWCNTs의 톨루엔 분산액을 획득한다.
2) 일반적인 단계 1.2를 참조하여 제1 분말을 획득한다.
3) 단계 2)에서 획득한 제1 분말을 프로플라빈 헤미술페이트(PFS)의 디클로로메탄 용액에 재분산하며, 질량 농도는 0.005mg/mL이고, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입된 고순도 s-SWCNTs의 디클로로메탄 분산액을 획득한다.
4) 일반적인 단계 1.4를 참조하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 프로플라빈 헤미술페이트(PFS) 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs 고체 분말(즉, 제2 분말)을 획득한다.
5) 단계 4)에서 획득한 제2 분말을 디클로로메탄 용매에 재분산하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 프로플라빈 헤미술페이트(PFS) 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs의 디클로로메탄 분산액을 획득한다. 여기에서 s-SWCNTs의 함량은 0.5μg/mL 이상이고, s-SWCNTs와 공액 폴리머의 질량비는 1:0.1이고, s-SWCNTs와 프로플라빈 헤미술페이트(PFS) 분자의 질량비는 1:0.1이다.
6) 일반적인 단계 2를 참조하며, 인상에 사용되는 디클로로메탄 분산액의 농도는 4μg/mL이며, 상기 분산액 상층에 탈이온수와 무기염의 혼합 용액을 첨가하여 두께 5mm의 수상층을 형성한다. 900μm/s 하강 속도(v1)로 소수성 기판을 디클로로메탄 분산액에 삽입한 다음, 100μm/s의 상향 인상 속도(v2)로 기판을 인상한다.
테스트를 거쳐, 본 실시예에서 제조된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름의 주사 전자 현미경 사진은 도 3c에 도시된 바와 같으며, 반도체형 단일벽 탄소나노튜브는 기판 인상 방향을 따라 대면적의 연속적인 배향 배열을 나타낸다.
실시예 4
1) 일반적인 단계 1.1을 기반으로 CN106823983A를 참조하여, 3차원 덴드리틱 공액 화합물과 단일벽 탄소나노튜브 원료(시중에서 구입하며, 화학 기상 증착법으로 제작함)의 공급 비율을 1:2로 조정하고, 자일렌을 분산제로 사용한다. 초음파 분산, 원심 분리 처리를 거쳐 폴리머가 분산된 고순도 s-SWCNTs의 자일렌 분산액을 획득한다.
2) 일반적인 단계 1.2를 참조하여 제1 분말을 획득한다.
3) 단계 2)에서 획득한 제1 분말을 아크리딘 오렌지(AO)의 클로로포름 용액에 재분산하며, 질량 농도는 0.02mg/mL이고, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입된 고순도 s-SWCNTs의 클로로포름 분산액을 획득한다.
4) 일반적인 단계 1.4를 참조하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 아크리딘 오렌지(AO) 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs 고체 분말(즉, 제2 분말)을 획득한다.
5) 단계 4)에서 획득한 제2 분말을 클로로포름 용매에 재분산하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 아크리딘 오렌지(AO) 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs의 클로로포름 분산액을 획득한다. 여기에서 s-SWCNTs의 함량은 0.5μg/mL 이상이고, s-SWCNTs와 공액 폴리머의 질량비는 1:10이고, s-SWCNTs와 아크리딘 오렌지(AO) 분자의 질량비는 1:10이다.
6) 일반적인 단계 2를 참조하며, 인상에 사용되는 분산액은 단계 5)에서 획득한 s-SWCNTs의 클로로포름 분산액이고, 농도는 6μg/mL이며, 상기 분산액 상층에 탈이온수를 첨가하여 두께 15mm의 수상층을 형성한다. 기판의 하강 속도(v2)는 1200μm/s로 조정하고, 상향 인상 속도(v2)는 300μm/s로 조정한다.
테스트를 거쳐, 본 실시예에서 제조된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름의 주사 전자 현미경 사진은 도 3d에 도시된 바와 같다.
실시예 5
1) 일반적인 단계 1.1을 기반으로 CN106478927A를 참조하여, 비선형 공액 폴리머와 단일벽 탄소나노튜브 원료(시중에서 구입하며, 아크 방전법으로 제작함)의 공급 비율을 10:1로 조정하고, 자일렌을 분산제로 사용한다. 초음파 분산, 원심 분리 처리를 거쳐 폴리머가 분산된 고순도 s-SWCNTs의 자일렌 분산액을 획득한다.
2) 일반적인 단계 1.2를 참조하여 제1 분말을 획득한다.
3) 단계 2)에서 획득한 제1 분말을 알리자린 레드(AR)의 디클로로메탄 용액에 재분산하며, 질량 농도는 0.05mg/mL이고, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입된 고순도 s-SWCNTs의 디클로로메탄 분산액을 획득한다.
4) 일반적인 단계 1.4를 참조하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 알리자린 레드(AR) 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs 고체 분말(즉, 제2 분말)을 획득한다.
5) 단계 4)에서 획득한 제2 분말을 클로로포름 용매에 재분산하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 알리자린 레드(AR) 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs의 클로로포름 분산액을 획득한다. 여기에서 s-SWCNTs의 함량은 0.5μg/mL 이상이고, s-SWCNTs와 공액 폴리머의 질량비는 1:50이고, s-SWCNTs와 알리자린 레드(AR) 분자의 질량비는 1:20이다.
6) 일반적인 단계 2를 참조하며, 인상에 사용되는 분산액은 단계 5)에서 획득한 s-SWCNTs의 클로로포름 분산액이고, 농도는 10μg/mL이며, 상기 분산액 상층에 탈이온수를 첨가하여 두께 10mm의 수상층을 형성한다. 기판의 하강 속도(v1)는 500μm/s로 조정하고, 상향 인상 속도(v2)는 400μm/s로 조정한다.
테스트를 거쳐, 본 실시예에서 제조된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름의 주사 전자 현미경 사진은 도 3e에 도시된 바와 같다.
실시예 6
1) 일반적인 단계 1.1을 기반으로 폴리플루오렌계 공액 폴리머(CN101591219B 참고)와 단일벽 탄소나노튜브 원료(시중에서 구입하며, 아크 방전법으로 제작함)의 공급 비율을 5:1로 조정하고, 톨루엔을 분산제로 사용한다. 초음파 분산, 원심 분리 처리를 거쳐 폴리머가 분산된 고순도 s-SWCNTs의 톨루엔 분산액을 획득한다.
2) 일반적인 단계 1.2를 참조하여 제1 분말을 획득한다.
3) 단계 2)에서 획득한 제1 분말을 프로플라빈 헤미술페이트(PFS)의 디클로로메탄 용액에 재분산하며, 질량 농도는 0.03mg/mL이고, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입된 고순도 s-SWCNTs의 디클로로메탄 분산액을 획득한다.
4) 일반적인 단계 1.4를 참조하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 프로플라빈 헤미술페이트(PFS) 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs 고체 분말(즉, 제2 분말)을 획득한다.
5) 단계 4)에서 획득한 제2 분말을 디클로로메탄 용매에 재분산하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 프로플라빈 헤미술페이트(PFS) 분자가 제거된 s-SWCNTs의 디클로로메탄 분산액을 획득한다. 여기에서 s-SWCNTs의 함량은 0.5μg/mL 이상이고, s-SWCNTs와 공액 폴리머의 질량비는 1:100이고, s-SWCNTs와 프로플라빈 헤미술페이트(PFS) 분자의 질량비는 1:50이다.
6) 일반적인 단계 2를 참조하며, 인상에 사용되는 분산액은 단계 5)에서 획득한 s-SWCNTs의 디클로로메탄 분산액이고, 농도는 4.5μg/mL이며, 상기 분산액 상층에 탈이온수와 유기 용매의 혼합 용액을 첨가하여 두께 12mm의 수상층을 형성한다. 기판의 하강 속도(v1)는 800μm/s로 조정하고, 상향 인상 속도(v2)는 1000μm/s로 조정한다.
테스트를 거쳐, 본 실시예에서 제조된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름의 주사 전자 현미경 사진은 도 3f에 도시된 바와 같고, 편광 라만 스펙트럼을 통해 본 실시예에서 수득된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름의 배향성을 특성화하였으며, 그 결과는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같다.
실시예 7
1) 일반적인 단계 1.1을 기반으로 폴리티오펜계 공액 폴리머와 단일벽 탄소나노튜브 원료(시중에서 구입하며, 아크 방전법으로 제작함)의 공급 비율을 4:3으로 조정하고, 자일렌을 분산제로 사용한다. 초음파 분산, 원심 분리 처리를 거쳐 폴리머가 분산된 고순도 s-SWCNTs의 자일렌 분산액을 획득한다.
2) 일반적인 단계 1.2를 참조하여 제1 분말을 획득한다.
3) 단계 2)에서 획득한 제1 분말을 방향족 분자 Pryene+의 클로로포름 용액에 재분산하며, 질량 농도는 0.018mg/mL이고, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입된 고순도 s-SWCNTs의 클로로포름 분산액을 획득한다.
4) 일반적인 단계 1.4를 참조하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 방향족 분자 Pryene+가 제거된 고순도 s-SWCNTs 고체 분말(즉, 제2 분말)을 획득한다.
5) 단계 4)에서 획득한 제2 분말을 디클로로벤젠 용매에 재분산하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 방향족 분자 Pryene+가 제거된 고순도 s-SWCNTs의 디클로로벤젠 분산액을 획득한다. 여기에서 s-SWCNTs의 함량은 0.5μg/mL 이상이고, s-SWCNTs와 공액 폴리머의 질량비는 1:10이고, s-SWCNTs와 방향족 분자 Pryene+의 질량비는 1:20이다.
6) 일반적인 단계 2를 참조하며, 인상에 사용되는 분산액은 단계 5)에서 획득한 s-SWCNTs의 디클로로벤젠 분산액이고, 농도는 5.3μg/mL이며, 상기 분산액 상층에 탈이온수와 유기 용매의 혼합 용액을 첨가하여 두께 8mm의 수상층을 형성한다. 기판의 하강 속도(v1)는 1100μm/s로 조정하고, 상향 인상 속도(v2)는 500μm/s로 조정한다.
테스트를 거쳐, 본 실시예에서 제조된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름의 주사 전자 현미경 사진은 도 3g에 도시된 바와 같다.
실시예 8
1) 일반적인 단계 1.1을 기반으로 폴리페닐렌비닐렌계 공액 폴리머와 단일벽 탄소나노튜브 원료(시중에서 구입하며, 아크 방전법으로 제작함)의 공급 비율을 4:3으로 조정하고, 자일렌을 분산제로 사용한다. 초음파 분산, 원심 분리 처리를 거쳐 폴리머가 분산된 고순도 s-SWCNTs의 자일렌 분산액을 획득한다.
2) 일반적인 단계 1.2를 참조하여 제1 분말을 획득한다.
3) 단계 2)에서 획득한 제1 분말을 오렌지 G의 클로로포름 용액에 재분산하며, 질량 농도는 0.018mg/mL이고, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입된 고순도 s-SWCNTs의 클로로포름 분산액을 획득한다.
4) 일반적인 단계 1.4를 참조하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 오렌지 G 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs 고체 분말(즉, 제2 분말)을 획득한다.
5) 단계 4)에서 획득한 제2 분말을 디클로로에탄 용매에 재분산하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 오렌지 G 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs의 디클로로에탄 분산액을 획득한다. 여기에서 s-SWCNTs의 함량은 0.5μg/mL 이상이고, s-SWCNTs와 공액 폴리머의 질량비는 1:10이고, s-SWCNTs와 오렌지 G 분자의 질량비는 1:20이다.
6) 일반적인 단계 2를 참조하며, 인상에 사용되는 분산액은 단계 5)에서 획득한 s-SWCNTs의 디클로로에탄 분산액이고, 농도는 5.5μg/mL이다. 그 후 상기 분산액 상층에 탈이온수와 무기염의 혼합 용액을 첨가하여 두께 6mm의 수상층을 형성한다. 기판의 하강 속도(v1)는 200μm/s로 조정하고, 상향 인상 속도(v2)는 1μm/s로 조정한다.
테스트를 거쳐, 본 실시예에서 제조된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름의 주사 전자 현미경 사진은 도 3h에 도시된 바와 같다.
실시예 9
1) 일반적인 단계 1.1을 기반으로 CN105883749A를 참조하여, 주쇄에 비틀어진 구조를 갖는 공액 폴리머와 단일벽 탄소나노튜브 원료(시중에서 구입하며, 아크 방전법으로 제작함)의 공급 비율을 4:3으로 조정하고, 자일렌을 분산제로 사용한다. 초음파 분산, 원심 분리 처리를 거쳐 폴리머가 분산된 고순도 s-SWCNTs의 자일렌 분산액을 획득한다.
2) 일반적인 단계 1.2를 참조하여 제1 분말을 획득한다.
3) 단계 2)에서 획득한 제1 분말을 아크리딘 오렌지(AO)의 클로로포름 용액에 재분산하며, 질량 농도는 0.018mg/mL이고, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입된 고순도 s-SWCNTs의 클로로포름 분산액을 획득한다.
4) 일반적인 단계 1.4를 참조하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 아크리딘 오렌지(AO) 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs 고체 분말(즉, 제2 분말)을 획득한다.
5) 단계 4)에서 획득한 제2 분말을 클로로벤젠 용매에 재분산하여, 튜브 사이에 정전기적 반발력이 도입되고 유리 아크리딘 오렌지(AO) 분자가 제거된 고순도 s-SWCNTs의 클로로벤젠 분산액을 획득한다. 여기에서 s-SWCNTs의 함량은 0.5μg/mL 이상이고, s-SWCNTs와 공액 폴리머의 질량비는 1:0.1이고, s-SWCNTs와 아크리딘 오렌지(AO) 분자의 질량비는 1:0.05이다.
6) 일반적인 단계 2를 참조하며, 인상에 사용되는 분산액은 단계 5)에서 획득한 s-SWCNTs의 클로로벤젠 분산액이고, 농도는 6.3μg/mL이다. 그 후 상기 분산액 상층에 탈이온수를 첨가하여 두께 10mm의 수상층을 형성한다. 기판의 하강 속도(v1)는 2000μm/s로 조정하고, 상향 인상 속도(v2)는 5000μm/s로 조정한다.
테스트를 거쳐, 본 실시예에서 제조된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름의 주사 전자 현미경 사진은 도 3i에 도시된 바와 같다.
또한 본 발명자는 실시예 1 내지 실시예 9의 방식을 더 참조하여, 본 명세서에 나열된 다른 원료와 조건 등으로 실험을 진행하였다. 여기에서 마찬가지로 인상 방향을 따라 동일하게 배열된 탄소나노튜브 배향 필름을 획득하였다.
본 출원의 전술한 실시예에 의해 제조된 반도체형 단일벽 탄소나노튜브 배향 필름을 이용하여, 박막 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터, 메모리, 집적 회로 소자 등 전자 소자, 광전지 소자, 광 검출기 등 광전 소자, 화학 센서, 바이오 센서 등 센서 소자를 제조할 수 있다. 상응하는 소자의 제조 방법은 모두 당업계에 공지된 것이다. 이러한 소자는 모두 개선된 광학 및 전기적 특성을 나타낸다.
상기 실시예의 각 기술적 특징은 임의로 조합될 수 있음에 유의해야 한다. 간결한 설명을 위해 상기 실시예의 각 기술적 특징의 가능한 모든 조합을 설명하지 않았으나, 이러한 기술적 특징의 조합이 서로 모순되지 않는 한, 모두 본 명세서에 기재된 범위로 간주되어야 한다.
상기 실시예는 본 출원의 여러 실시 방식을 표현한 것일 뿐이며, 그 설명은 비교적 구체적이고 상세하나 본 출원의 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자라면 본 출원의 개념을 벗어나지 않고 몇 가지 수정 및 개선을 수행할 수 있으며, 이는 모두 본 출원의 보호 범위에 속한다는 점에 유의해야 한다. 따라서 본 출원 특허의 보호 범위는 첨부된 청구 범위를 기준으로 해야 한다.

Claims (39)

  1. 탄소나노튜브 분산액에 있어서,
    선택된 탄소나노튜브;
    상기 선택된 탄소나노튜브에 특이적으로 결합하는, 탄소나노튜브 분산제인 폴리머;
    상기 선택된 탄소나노튜브와 결합하여 상기 선택된 탄소나노튜브 표면에 동일한 전하를 갖는 방향족 분자; 및
    상기 분산액의 나머지 성분과 배합되어 균일한 분산액을 형성하는 데 적어도 사용되는 유기 용매가 포함되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분산액.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머는 선택된 탄소나노튜브와 비공유 결합되는 것을 특징으로 하는 분산액.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 폴리머는 공액 폴리머로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 분산액.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 폴리머는 폴리카르바졸, 폴리플루오렌, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌 중 적어도 하나의 호모폴리머 또는 코폴리머를 포함하며, 상기 코폴리머의 공중합 단위는 벤젠, 티오펜, 피리딘, 트리아릴아민 및 벤조티아디아졸 중 어느 하나 또는 어느 하나의 알킬화 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산액.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 선택된 탄소나노튜브는 반도체형 단일벽 탄소나노튜브일 수 있는 것을 특징으로 하는 분산액.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방향족 분자의 구조식은 식 (I) 내지 식 (V) 중 적어도 하나를 포함하고,
    Figure pct00012

    여기에서 X는 SO4 2-, SO3 2-, CO3 2-, NO3 - 또는 Cl-를 포함하고, Y는 Cl을 포함하고, Z는 Na+ 또는 K+를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산액.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방향족 분자가 다음 화합물 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산액.
    Figure pct00013
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유기 용매는 할로겐화 알칸, 방향족 탄화수소 및 할로겐화 방향족 탄화수소 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하고, 바람직하게는 상기 할로겐화 알칸은 클로로포름, 디클로로메탄, 디클로로에탄 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하고, 바람직하게는 상기 방향족 탄화수소는 톨루엔 및/또는 자일렌을 포함하고, 바람직하게는 상기 할로겐화 방향족 탄화수소는 클로로벤젠 및/또는 디클로로벤젠을 포함하는 것을 특징으로 하는 분산액.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분산액 중 선택된 탄소나노튜브의 함량이 0.5μg/mL 이상인 것을 특징으로 하는 분산액.
  10. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 선택된 탄소나노튜브의 평균 길이가 100 내지 3000nm인 것을 특징으로 하는 분산액.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 분산액 중 탄소나노튜브와 상기 폴리머의 질량비는 1:0.001 내지 1:100, 바람직하게는 1:0.01 내지 1:50, 특히 바람직하게는 1: 0.1 내지 1:10인 것을 특징으로 하는 분산액.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 분산액 중 탄소나노튜브와 상기 방향족 분자의 질량비는 1:0.005 내지 1:50, 바람직하게는 1:0.05 내지 1:20, 특히 바람직하게는 1: 0.1 내지 1:10인 것을 특징으로 하는 분산액.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 탄소나노튜브 분산액의 제조 방법에 있어서,
    적어도 탄소나노튜브 분말 원료, 탄소나노튜브 분산제인 폴리머 및 용매를 혼합하여 제1 분산액을 형성하고, 상기 폴리머를 그 중의 선택된 탄소나노튜브와 특이적으로 결합한 후, 상기 제1 분산액으로부터 표면에 폴리머가 결합된 탄소나노튜브를 분리하는 단계;
    적어도 상기 표면에 폴리머가 결합된 탄소나노튜브, 방향족 분자 및 용매를 혼합하여 제2 분산액을 형성하고, 상기 방향족 분자를 상기 선택된 탄소나노튜브와 결합하고 상기 선택된 탄소나노튜브 표면이 동일한 전하를 띠게 만든 후, 상기 제2 분산액으로부터 표면에 폴리머 및 방향족 분자가 결합된 탄소나노튜브를 분리하는 단계; 및
    상기 표면에 폴리머 및 방향족 분자가 결합된 탄소나노튜브를 유기 용매에 분산시켜 탄소나노튜브 분산액을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 분산액으로부터 분리된 표면에 폴리머가 결합된 탄소나노튜브를 세정하고, 유리된 폴리머를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 분산액으로부터 분리된 표면에 폴리머와 방향족 분자가 결합된 탄소나노튜브를 세정하고, 유리된 방향족 분자를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 분말 원료는 아크 방전법, 플라즈마 방전법, 레이저 어블레이션법 또는 화학 기상 증착법에 의해 제조된 탄소나노튜브 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  17. 분말 재료에 있어서,
    선택된 탄소나노튜브; 탄소나노튜브 분산제의 폴리머로 사용되며 상기 선택된 탄소나노튜브에 특이적으로 결합하는 폴리머; 및
    상기 선택된 탄소나노튜브와 결합하여 상기 선택된 탄소나노튜브 표면에 동일한 전하를 갖는 방향족 분자가 포함되는 것을 특징으로 하는 분말 재료.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 폴리머는 선택된 탄소나노튜브와 비공유 결합되는 것을 특징으로 하는 분말 재료.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 폴리머는 공액 폴리머로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 분말 재료.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 폴리머는 폴리카르바졸, 폴리플루오렌, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌 중 적어도 하나의 호모폴리머 또는 코폴리머를 포함하며, 여기에서 상기 코폴리머의 공중합 단위는 벤젠, 티오펜, 피리딘, 트리아릴아민 및 벤조티아디아졸 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합 및/또는 이의 알킬화 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 재료.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 선택된 탄소나노튜브는 반도체형 단일벽 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 분말 재료.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 방향족 분자의 구조식은 식 (I) 내지 식 (V) 중 적어도 하나를 포함하고,
    Figure pct00014

    여기에서 X는 SO4 2-, SO3 2-, CO3 2-, NO3 - 또는 Cl-를 포함하고, Y는 Cl을 포함하고, Z는 Na+ 또는 K+를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 재료.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 방향족 분자가 다음 화합물 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 재료.
    Figure pct00015
  24. 제17항에 있어서,
    상기 분말 재료 중 탄소나노튜브와 폴리머의 질량비는 1:0.001 내지 1:100, 바람직하게는 1:0.01 내지 1:50, 특히 바람직하게는 1: 0.1 내지 1:10인 것을 특징으로 하는 분말 재료.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 분말 재료 중 탄소나노튜브와 방향족 분자의 질량비는 1:0.005 내지 1:50, 바람직하게는 1:0.05 내지 1:20, 특히 바람직하게는 1: 0.1 내지 1:10인 것을 특징으로 하는 분말 재료.
  26. 제17항에 있어서,
    상기 선택된 탄소나노튜브의 평균 길이가 100 내지 3000nm인 것을 특징으로 하는 분말 재료.
  27. 탄소나노튜브 배향 필름의 제조 방법에 있어서,
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에서 전술한 탄소나노튜브 분산액을 제공하는 단계-상기 탄소나노튜브 분산액은 물과 혼합되지 않음-;
    상기 탄소나노튜브 분산액을 유기상으로 사용하고, 유기상에 수상층을 도입하여 수상층과 유기상층으로 구성된 이중층 액상계를 형성하는 단계; 및
    기판을 상기 이중층 액상계에 부분적으로 또는 완전히 삽입한 후, 상기 기판을 상기 이중층 액상계에서 인상하여 상기 기판 표면에 탄소나노튜브 배향 필름을 형성하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 배향 필름의 제조 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 이중층 액상계에서 수상층과 유기층의 경계선은 직선에 가까운 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    200 내지 2000μm/s, 바람직하게는 500 내지 1500μm/s, 특히 바람직하게는 800 내지 1000μm/s의 속도로 상기 기판을 상기 이중층 액상계에 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 기판이 이중층 액상계로부터 인상되는 속도 1 내지 5000㎛/s, 바람직하게는 50 내지 1000㎛/s 사이의 최적화된 속도, 더욱 바람직하게는 200 내지 500μm/s를 거치는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 수상층은 순수 또는 수용액을 포함하고, 바람직하게는 상기 수용액은 무기염 및/또는 유기 용매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 수상층의 두께가 1 내지 15mm인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  33. 제27항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 재료는 경질 재료 및/또는 가요성 재료를 포함하고, 바람직하게는 상기 경질 재료는 실리콘 산화물 웨이퍼, 석영 웨이퍼 또는 사파이어 기판을 포함하고, 바람직하게는 상기 가요성 재료는 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리이미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  34. 제27항 내지 제32항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 탄소나노튜브 배향 필름.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 필름은 연속적이고 균일하게 배향 배열된 탄소나노튜브 필름인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 배향 필름.
  36. 제34항 또는 제35항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 필름에서 탄소나노튜브의 배향 배열 방향은 인상 방향과 일치하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 배향 필름.
  37. 제34항 내지 제36항 중 어느 하나의 탄소나노튜브 배향 필름을 전자 소자, 광전 소자 또는 센서 소자의 제조에 사용하는 용도.
  38. 제34항 내지 제36항 중 어느 한 항에 따른 탄소나노튜브 배향 필름을 포함하는 장치.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 장치는 전자 소자, 광전 소자 또는 센서 소자를 포함하고, 바람직하게는 상기 전자 소자는 박막 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터, 메모리 또는 집적 회로 소자를 포함하고, 바람직하게는 상기 광전 소자는 광전지 소자 또는 광 검출기를 포함하고, 바람직하게는 상기 센서 소자는 화학 센서 또는 바이오 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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