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수직 배향된 탄소 나노섬유와 관련 구조(Vertically aligned carbon nanofibers and related structures: Controlled synthesis and directed assembly)

전문가 제언: □ 뜨거운 금속 표면에 탄소를 포함하는 기체를 반응시키면 필라멘트 상의 탄소가 얻어진다는 사실은 전전 세기말 경에 알려졌으며 이것은 많은 수의 작은 나노섬유들이 배열되어 필라멘트 모양이 된 것으로 고해상의 전자현미경으로 관찰하면 Buckminster fullerene C60이나 나노튜브와 같이 최근에 그 존재가 알려진 나노구조로서의 동일한 특징을 가지고 있다. 1990년대에 들어 와 촉매 플라스마-촉진 화학 증착법(C-PECVD)이 등장함에 따라 플러렌이나 탄소 튜브와 함께 필라멘트상의 나노섬유의 제조가 가능해졌으며 특히 C-PECVD에 의해 합성되는 나노섬유는 반응조건에 따라 나노구조가 생성되는 위치, 배향, 직경, 길이, 화학적 조성 및 기타 개개의 나노구조의 특성을 조절될 수 있음은 물론 수직으로 배향된 탄소 나노섬유의 합성이 가능해졌는데 수직으로 배향된 탄소 나노구조는 합성과정에서 마이크로 스케일의 구조가 되나 그 이상의 크기의 구조나 장치에서도 구성요소인 나노 스케일 섬유는 나노입자의 특유의 성질을 그대로 간직한다.

□ 탄소 나노구조의 응용대상으로 두 가지를 생각할 수 있는데 첫째는 벌크(bulk)재료로 사용하는 것으로 복합재료의 충진재, 촉매 지지체, 수소 저장장치, 연료 셀의 전극, 슈퍼 커패시터, 초여과용 멤브레인 등을 들 수 있는데 이를 실현하기 위해서는 개개의 나노구조가 나타내는 성질이 서로 잘 협동할 수 있도록 하여야 한다. 두 번째는 개개의 나노튜브 또는 나노섬유가 하나의 장치로서 기능할 수 있도록 하여야 한다. 이를 위해서는 나노구조는 높은 길이/직경비(aspect ratio)를 가져야 하며 기계적으로나 화학적으로 좋은 전자전도성을 가져야 한다.

□ 합성과정에서 결정되는 VACNF의 위치는 광 또는 전자선 리소그래피에 사용되는 나노 스케일의 촉매 패턴에 의해, 나노섬유의 직경은 나노입자의 직경에 의해, 그 길이는 성장속도와 처리시간에 의해, 배향은 플라스마 시스(sheath) 위에 위치한 전장에 의해, 나노섬유의 외벽의 화학적 조성은 사용하는 기체의 조성과 기질의 재질과 플라스마의 동력 등에 의해 정확하게 규제된다. 그러므로 이 방법이 복잡한 나노구조를 갖는 장치제조에 표준 공정이 될 것으로 믿어진다.

저자: Melechko, AV; Merkulov, VI; McKnight, TE; Guillorn, MA; Klein, KL; Lowndes, DH; Simpson, ML
자료유형: 학술정보