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마이크로·나노스프링 재료의 개발과 기능발현

전문가 제언: ○ 카본이나 세라믹스의 마이크로?나노크기의 코일, 3D 나선형구조는 특이한 형태를 하고 있어서 마이크로디바이스, 에너지 변환재, 에너지 저장재, 전자파흡수재, 촉각센서, 전극재 등의 다양한 용도로 기대되는 신소재이다. 코일상 카본나노파이버(CCNF), 카본마이크로코일(CMC), 코일상 카본나노튜브(CCNT) 등은 촉매활성화 화학기상증착법(CCVD)을 이용한 제조와 기능발현에 관한 기술로 실제 연료전기자동차의 수소흡장재 전자수송재료 등의 응용분야에 기대되는 기술이다.

○ 카본나노 튜브나 나선형코일 제조용 원료는 CH4, C2H4, C2H2, C6H6, CH4, 알콜, 폴리프로우렌(PFO) 등이고 촉매로는 Fe, Co, Mo, 불순물로 P, S, 금속촉진 첨가제는 Cu, Sn, In 등을 사용하여 1,000℃ 이상에서 화학기상증착 시 촉매를 이용하여 활성화시켜서 카본나노튜브나 나노나선형 구조를 형성시키는 특징이 있다.

○ 단층카본나노튜브는 수소흡장합금이나 활성탄소섬유보다도 밀도가 낮고 단위 질량당 수소흡장량이 커서 연료전지자동차의 경량화와 수소탱크의 소형화가 가능하다. 수소흡장량은 단층카본나노튜브 1㎥에 62kgH2/㎥를 흡장할 수 있다. 이외에도 전기적 특성 등의 응용에 카본나노코일, 튜브 등이 중심기술로 등장하고 있다.

○ 카본나노튜브의 대표적 생성방법은 레이저응용법, 아크방전법, CCVD 3법이 있다. 아크방전법은 결함이 작고 품질이 좋은 카본나노튜브를 얻는 이점이 있으나 생산량을 모아서 회수하는데 난점이 있다. 레이저응용법은 비교적 고순도의 카본나노튜브를 얻을 수 있으나 회수량이 작아서 공업적 제조기술로는 곤란하다. CCVD법은 회수율이 높으며 카본나노튜브를 대량합성이 가능하고 저비용이고 고온고압에서 생성되기 때문에 비정질 카본이 생성되지 않는 특징이 있다.

○ 우리나라의 연구소나 각 대학의 이 계통 연구자들은 CVD기상증착 기술에 대해서는 오래 전부터 실행해온 기술이지만 카본이나 세라믹을 CCNT, CCNF 구조로 제조한 기술은 아직 공업화되지 않았으므로 차세대 신재료로 주목할 필요가 있다.

저자: X.Chen, S.Yang, H.Sakai, M.Abe
자료유형: 학술정보