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탄소나노튜브 제조공정과 촉매

전문가 제언: ○ 1991년 Iijima가 아크방전에 의해 탄소나노튜브(CNT)를 발견한 이래 CNT의 구조적, 물리화학적, 기계적, 전기적 및 전기-기계적 특성에 관한 연구가 집중적으로 이루어졌다. 다중벽 CNT의 최초 제법은 전기방전법이지만 근년 상업적으로 가장 매력적인 제법은 화학증착(CVD)법이다. 최근 화학적 합성법으로는 촉매에 의한 화학증착(CCVD)법이 통상의 CVD법보다 우수한 결과를 보여주었다. 무엇보다도 CNT의 여러 제법의 공통적 과제는 별도의 리소그래피 없이 패턴에 따라 CNT를 자기배향 성장시키는 제어기술이 요구된다.

○ 유럽특허 EP 1977997 A1은 수직형 반응기를 이용하여 균질이면서 고품질의 CNT를 효율적으로 대량생산하는 방법에 관한 기술이다. 금속촉매의 지지체로서 산화마그네슘을 사용함으로써 금속입자의 직경을 쉽게 조절할 수 있으며, 또한 금속이 고밀도일 경우에도 높은 온도에서 소결할 수 있기 때문에 고품질의 CNT를 효율적으로 대량생산하는 것이 가능하다. 특히, 산화마그네슘은 산성 수용액에 용해되기 때문에 CNT 합성 후에 생성 조성물을 단순히 산성 수용액으로 처리함으로써 산화마그네슘과 금속이 제거되므로 CNT의 정제공정이 단순화된다.

○ CNT는 그 자체의 독특한 형태와 기하학적 구조에서 유래되는 전기전도도, 열전도도, 강인성, 광흡수특성 등 다양한 성질들을 발휘하는 차세대 소재로서 여러 분야에서 응용이 기대되는 물질이다. CNT의 응용분야로는 CNT가 큰 종횡비(aspect ratio)를 가지는 동시에 곡률반경이 매우 작기 때문에 주사터널현미경 탐침이나 전자방출원으로 응용이 가능하다. 또한 CNT는 기하학적인 특징에 더하여 매우 경량이면서 탄성률이 매우 크기 때문에 나노전기기계 시스템(NEMS)의 부품재료로서도 유용하다.

○ 그러나 CNT는 자체 형상에 의해 특성이 크게 차이가 나기 때문에 응용분야 각각에 적합한 CNT의 구조를 제어하는 기술의 확립이 선행되어야 한다. CNT를 미래의 나노회로에 적용하기 위해서는 CNT를 합성할 때 금속과 비금속 특성을 갖는 CNT가 함께 성장하는 문제와 CNT가 기능성을 갖도록 구조를 조립하는 기술 등이 해결돼야 한다.

저자: Toray Industries, Inc.
자료유형: 특허정보