탄소나노튜브의 탄소나노튜브의 물성과 합성 방법물성과 합성 방법

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정 병현

1.1. 탄소 나노튜브란탄소 나노튜브란 ??

2.2. 탄소나노튜브의 물성탄소나노튜브의 물성

(1)(1) 전기적 성질전기적 성질 열전도도가 높아 열 방출이 용이하고열전도도가 높아 열 방출이 용이하고 ,, 고온에서도 잘 견딤고온에서도 잘 견딤

(2)(2) 기계적 특성기계적 특성 강철보다 강철보다 100100 배이상 강하고배이상 강하고 , , 매우 가벼움매우 가벼움

(3)(3) 화학적 특성화학적 특성 다른 화합물과 반응을 잘 하지 않으며다른 화합물과 반응을 잘 하지 않으며 , , 매우 안정적임매우 안정적임

3.3. 탄소나노튜브의 구조탄소나노튜브의 구조

<SWNT>

<MWNT>CNT 의 구조는 여러 합성 방법과 조건에따라 단층 (SWNT)

혹은 다충 (MWNT) 의 속이 빈 원통형 구조이다 .

CNT 의 구조에 있어 중요한 점은 사슬의 방향에 따라

전기적성질이 다르다

4.4. 탄소나노튜브의 합성방법탄소나노튜브의 합성방법

(1)(1) 전기 방전법전기 방전법 (Arc-discharge)(Arc-discharge)

1. 일반적으로 직류전원사용

2.20~40V 의 전압범위에서 50~100A 정도일때 전기방 전이 잘 일어납니다 .

3. 일반적으로 MWNT 가 많이 합성됨

(2)(2) 레이저 증착법레이저 증착법 (Laservaporization)(Laservaporization)

1. 그래파이트 타겟에 레 이저를 조사하여 그래파이트를 기화시킨다

2. 전기방전법에 비해 고수율 이면서 고품질의 단일벽 탄소나노튜브를 합성시킬 수 있다 .

(3)(3) 플라즈마 화학 기상 증착플라즈마 화학 기상 증착 (Plasma Enhanced Chemical (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Vapor Deposition ))

1. 열 CVD 에 비해 저온에서 합성할수 있는 장점

2. 기판위의 미새한 촉매금속 파티클위에 CNT합성

3. 균일한 크기의 CNT 가 글라스 기판에 수직으로 배향되어 성장

4. 균일한 굵기의 직경

☞ 촉매금속파티클의 크기와 밀도에 영향을 받음

(4)(4) 열 화학 기상증착열 화학 기상증착 (Thermal Chemical Vapor Deposition)(Thermal Chemical Vapor Deposition)

장점 : 고순도 물질을 합성하기에 적합하고 미세구조 제어가 용이 , 장치가 간단하고 대량합성에 절대적으로 유리하다 .

단점 : 반응가스의 유속이 변하면 기판에서의 균일도 좋지 못하고 온도변화와 위치등에 따라 반응상태가 영향을 받는다 .

(5)(5) 기상합성법기상합성법 (Vapor Phase Growth)(Vapor Phase Growth)

기판을 사용하지 않고 반응로 안에 반응 가스와 촉매금속을 직접공급하여 기상에서 CNT 를 합성하는 방법으로 CNT 를 대량으로 합성하기에 유리한 방법으로 제안되고 있음 .

5.5. 탄소나노튜브의 응용기술탄소나노튜브의 응용기술

(1)Emitter 및 FED 의 응용

고화질 , 고효율 및 저소비 전력을 장점으로 갖는 FED 는 차세대 정보 디스플레이 소자로 크게 주목 받음 .

FED 의 핵심 기술은 Emitter tip 의 가공기술과 안정성에 바탕 .

< 탄소나노튜브를 이용한 FED 의 개략도 >

(2) 수소저장체 응용

수소는 탄소나노튜브의 벽 바깥에 아치형이나 지그재그 형으로 화학 흡직되거나 나노튜브의 안에 수소 분자의 형태로 저장될수 있으며 , 저장할 수 있는 최대 수소 저장량은 수소 사이의 척력과 분자와 나노튜브 벽 사이에 척력에 의해 결정됨 .(SWNT 가 MWNT 보다 수소저장률이 높다 .)

(3) 극미세 전자 스위칭소자 응용

위 그림은 반도체 특성을 보이는 CNT-based deviced 의 I-Vbias 곡선을 보여주고 있으며 , 스위칭 효율 (Switching efficiency) 이 106 정도에 해당하는 on/off 비율을 나타냄 .

이러한 특성을 바탕으로 CNT 를 이용한 FET 응용기술은 소자의 처리속도 뿐만 아니라 소형화에 크게 기여할 것으로 기대됨 .

(4)초고용량 캐패시터 응용

전기 에너지를 저장 및 활용하는 과정에서의 에너지 입출력적 측면에서는 밧데리보다 캐패시터가 우수한 성능을 가짐 .

초고용량 캐패시터의 에너지밀도는 최신형 밧데리의 약 1/10 수준 , 동력밀도는 거의 100 배 가까운 수준으로 향상 .

6.6. 결과 및 향후전망결과 및 향후전망(1)(1)현 디스플레이 시장에서 현 디스플레이 시장에서 FED FED 가 차지하는 규모로 가 차지하는 규모로 20052005년에는 년에는 1010억불로 예상억불로 예상

(2)(2) 탄소나노튜브를 이용하여 대형 탄소나노튜브를 이용하여 대형 FEDFED 가 가능하면 가 가능하면 노트북노트북 , PC, , PC, 소형 정보시스템에 탑재가 가능하여 소형 정보시스템에 탑재가 가능하여 디스플레이 시장규모가디스플레이 시장규모가 20052005년에 년에 400400억불로 확대 억불로 확대 될 것으로 예상될 것으로 예상

(3)(3) 이외에도 광기능성 소자 부품소재이외에도 광기능성 소자 부품소재 , , 저가격 고성능저가격 고성능 의 평판 디스플레이의 평판 디스플레이 , , 캠코더용 캠코더용 view finder, view finder, 항공기 항공기 및 자동차 의 계기판및 자동차 의 계기판 , , 각종 휴대용 정보통신기기각종 휴대용 정보통신기기 , , 컴퓨터 모니터컴퓨터 모니터 ,CRT ,CRT 등에서 응용이 기대된다등에서 응용이 기대된다 ..