탄소나노튜브 합성

소개글

탄소나노튜브 합성

목차

1) 전기방전법 (arc-discharge)

2) 레이저 증착법 (Laser vaporization)

3) 플라즈마 화학기상증착법 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)

4) 열 화학기상증착법 (Thermal Chemical Vapor Deposition)

5) 기상합성법(Vapor Phase Growth)

본문내용

1) 전기방전법 (arc-discharge)
전기방전법은 초기에 탄소나노튜브를 합성할 때 주로 사용한 방법입니다. 두 개의 탄소막대를 음극과 양극에 배치하고, 헬륨 분위기하에서 두 전극 사이에 직류전원을 인가하면 전극 사이에서 방전이 일어나고 방전에 의해 발생된 다량의 전자는 양극으로 이동하여 양극의 탄소막대에 충돌하게 됩니다. 이때 전자의 충돌에 의해서 양극의 탄소막대에서 떨어져나온 탄소 크러스트들은 낮은 온도로 냉각되어 있는 음극의 탄소막대 표면에 응축됩니다. 이렇게 음극에서 응축된 탄소덩어리에는 탄소나노튜브와 탄소 나노 파티클(particle) 그리고 비정질 탄소덩어리가 포함 되어집니다. 양질의 탄소나노튜브를 합성하기 위해서는 음극을 냉각시키는 것이 필수적이며, 양극의 위치는 가변적이어서 전기방전이 일어나는 동안에 두 극 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있어야 합니다. 그림 8은 탄소나노튜브 합성에 사용되는 전기방전장치의 구조도를 나타내고 있습니다. 두 극 사이에는 일반적으로 직류 전원이 사용되는데, 20∼40 V의 전압 범위에서 전류는 50~100 A 정도일 때 전기방전이 잘 일어납니다. 안정적인 방전이 일어나는 두 탄소막대 사이의 거리는 1 mm 이하입니다. 이런 방법으로 합성된 탄소나노튜브는 일반적으로 다중벽 탄소나노튜브 구조를 가지게 되지만, 양극 탄소막대에 Co, Ni. Fe, Y 등의 금속파우더를 적절한 비율로 혼합하여 전기방전을 일으키면 단일벽 탄소나노튜브를 합성시킬 수 있습니다.
전기방전법에서 고품질의 탄소나노튜브를 얻기 위한 가장 중요한 요소는 챔버내의 기체압력과 인가전류인데, 챔버압력이 증가하면 탄소나노튜브의 수율이 증가하지만 압력이 너무 높을 경우에는 오히려 탄소나노튜브의 수율이 떨어집니다. 또한, 전류는 안정된 플라즈마를 유지할 수 있는 범위내에서 가능하면 낮은 전류 값을 갖는 것이 좋습니다. 그림 9는 당사 나노기술연구소의 전기방전장치에서 합성된 탄소덩어리(deposit)를 보여주고 있는데 실제로 탄소나노튜브는 탄소덩어리의 가운데 부분(core)에서 주로 발견됩니다.

참고 자료

없음