탄소나노튜브 물리현상의 이해 10조
Flow chart 들어가기 앞서 탄소나노튜브의 합성 탄소나노튜브를 응용하게 되면? 왜 탄소나노튜브 일까? 탄소나노튜브란? 탄소나노튜브의 응용분야 여러 개의 튜브를 이용할순 없을까? 미래의 탄소나노튜브?
들어가기앞서... 나노과학기술 전자정보통신, 의약, 소재, 제조공정, 환경 및 에너지등의 분야 탄소나노튜브→새로운 물질특성의 구현이 가능→기초연구의 중요성과 산업적 응용성 Fullerene발견(1985)→탄소나노튜브 발견(전기방전법,1991)→헬륨압력高, 합성수율이 크게 증가(1992)→단중벽 나노튜브합성(1993)→다발형 나노튜브(1996)
왜 탄소나노튜브인가? 구조적인 다양성(직경,연결손) 물리적 특성의 다양성 (Armchair:금속,Zigzag:반도체) 고화상 Semi-one dimensional quantum effects 탄소들의 벌집이 원통모양으로 이어져 있는 것 1개의 탄소는 3개의 다른 탄소와 인접 그 원통의 지름은 나노미터 단위 원통을 형성하는 각도나 직경에 따라 전기적 성질 변화 지름에 비해 길이가 매우 길다.
1. 탄소나노튜브란? 가늘고 긴 대롱 모양의 탄소구조 하나의 탄소원자는 3개의 다른 탄소원자와 결합되어 있고 육각형 벌집 무늬 종이를 어느 각도로 말 것인가? 전기적 도체(Armchair 구조) 반도체(Zigzag 구조)
1.탄소나노튜브란? 말린 형태는? 단중벽 나노튜브(Single-wall Nanotube) 다중벽 나노튜브(Multi-wall Nanotube) 다발형 나노튜브(Rope Nanotube) 분류기준→전이금속의 유무와 종류 불순물 도핑(doping) 소량의 불순물을 일부러 첨가 p-형, 혹은 n-형의 반도체형성 튜브를 여러 다발로 포개놓음 반도체적 특성 Rope Nanotube Multi-wall Nanotube
Mirror Symmetry 도핑 과정없이 도체가 반도체가 될 수 있음 나노투브한개가 존재할 때는 거울대칭성으로 인하여 두 개의 에너지띠가 서로 교차할 수 있어 금속이 된다 튜브들이 다발을 이루거나, 튜브에 다른원자들이 많이 붙거나, 혹은 튜브 모양을 적당히 변형시키면 거울대칭성이 깨어짐 교차하던 에너지띠가 갈라져서 반도체 같이 되는데 이와 동시에 에너지 값이 변하면서 n형,p형,혹은 두가지가 섞인(즉 어떤 형태로든 도핑이 된)반도체가 된다.
증가에 있어서 유의점 탄소나노튜브의 거대한 생산 탄소나노튜브의 고순도 증가 저온증가 탄소나노튜브의 수직정렬 넓은 지역에서의 고르게 분배된 증가 직경과 길이의 제어 탄소나노튜브의 구조적인 제어
2. 탄소나노튜브를 합성하면? 전기방전법(arc-discharge)
2. 탄소나노튜브를 합성하면? 플라즈마 화학기상증착법 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)
2. 탄소나노튜브를 합성하면? 열화학 기상증착법 (Thermal Chemical Vapor Deposition)
3. 응용분야
응용가능성 반도체 제조 과정에서 한단계-도핑 -제거 현재보다 훨씬 높은 직접도의 회로개발 가능 강한 탄소공유결합으로 화학적으로 안정-전자회로외에도 초강력 섬유나 열, 마찰에 잘 견디는 표면재로로 열전도성 높아서 방출잘함 탄소에 대한 연구가 이미 많이 되어 있으므로 생물체와의 직접적인 정보교환까지 기대
문제점 대량생산 요원 튜브의 배열 기술 어려움- 새로운 응용가능성→ 뒤엉킨 상태 그대로 놓고 소위 병렬 분산 기어소자로 활용
3. 응용분야 (1) FED (Field Emission Display) 문제점 해결 LCE의 문제점 시야각이 좁음 백라이트픽셀별 트랜지스터 필요 고소비전력,고가격 문제점 해결 부피감소(3Cm이하) 시야각이 넓어짐,밝기(휘도)개선 무게감소 제조원가 절감
3. 응용분야 FED의 개략도
3. 응용분야 탄소나노튜브를 이용한 CRT Display
3. 응용분야 (2) 2차전지전극 및 연료전지 응용
3. 응용분야 (3) 극미세 전자 스위칭소자 응용
3. 응용분야 (4) Mechatronics 응용 초미세 시스템의 초미세 연결선, 초미세 파이프, 초미세 액체주입 장치, 탄소나노튜브의 가스 흡착성을 이용하는 가스센서와 탄소와 생체 조직과의 친화성을 이용한 의료용 장치의 부품으로서의 응용 표면상의 특정 작용기를 감지하는 센서의 가능성 높은 전기전도성을 이용하여 optoelectronics 적용 복합체 연구
3. 응용분야 (5)향후과제 첨단 전자정보산업 분야의 적용 emitter 및 디스플레이 응용, 2차전지 및 연료전지, 나노부품 및 시스템, 고기능 복합체등에 관한 탄소나노튜브 응용연구 탄소나노튜브의 구조 및 형태제어, 대면적 합성기술, 저온합성 기술이 당면과제