탄소나노튜브의 물성과 합성 방법 00571084 정 병현
위덕대학교 1.탄소 나노튜브란? 니아런 ㄴ아ㅣ런 Part of smeiconductor
2.탄소나노튜브의 물성 (1)전기적 성질 열전도도가 높아 열 방출이 용이하고, 고온에서도 잘 견딤 (2)기계적 특성 강철보다 100배이상 강하고, 매우 가벼움 (3)화학적 특성 다른 화합물과 반응을 잘 하지 않으며, 매우 안정적임
3.탄소나노튜브의 구조 <SWNT> <MWNT> CNT의 구조는 여러 합성 방법과 조건에따라 단층(SWNT) 혹은 다충(MWNT)의 속이 빈 원통형 구조이다. CNT의 구조에 있어 중요한 점은 사슬의 방향에 따라 전기적성질이 다르다
4.탄소나노튜브의 합성방법 (1)전기 방전법(Arc-discharge) 1.일반적으로 직류전원사용 2.20~40V 의 전압범위에서 50~100A 정도일때 전기방 전이 잘 일어납니다. 3.일반적으로 MWNT가 많이 합성됨
(2)레이저 증착법(Laservaporization) 1.그래파이트 타겟에 레 이저를 조사하여 그래파이트를 기화시킨다 2.전기방전법에 비해 고수율 이면서 고품질의 단일벽 탄소나노튜브를 합성시킬 수 있다.
(3)플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 1.열CVD에 비해 저온에서 합성할수 있는 장점 2.기판위의 미새한 촉매금속 파티클위에 CNT합성 3.균일한 크기의 CNT가 글라스 기판에 수직으로 배향되어 성장 4.균일한 굵기의 직경 ☞촉매금속파티클의 크기와 밀도에 영향을 받음
(4)열 화학 기상증착(Thermal Chemical Vapor Deposition) 장점:고순도 물질을 합성하기에 적합하고 미세구조 제어가 용이, 장치가 간단하고 대량합성에 절대적으로 유리하다. 단점:반응가스의 유속이 변하면 기판에서의 균일도 좋지 못하고 온도변화와 위치등에 따라 반응상태가 영향을 받는다.
(5)기상합성법(Vapor Phase Growth) 기판을 사용하지 않고 반응로 안에 반응 가스와 촉매금속을 직접공급하여 기상에서 CNT를 합성하는 방법으로 CNT를 대량으로 합성하기에 유리한 방법으로 제안되고 있음.
5.탄소나노튜브의 응용기술
(1)Emitter 및 FED의 응용 <탄소나노튜브를 이용한 FED의 개략도> 고화질,고효율 및 저소비 전력을 장점으로 갖는 FED는 차세대 정보 디스플레이 소자로 크게 주목 받음. FED의 핵심 기술은 Emitter tip의 가공기술과 안정성에 바탕.
(2)수소저장체 응용 수소는 탄소나노튜브의 벽 바깥에 아치형이나 지그재그 형으로 화학 흡직되거나 나노튜브의 안에 수소 분자의 형태로 저장될수 있으며, 저장할 수 있는 최대 수소 저장량은 수소 사이의 척력과 분자와 나노튜브 벽 사이에 척력에 의해 결정됨.(SWNT가 MWNT보다 수소저장률이 높다.)
(3)극미세 전자 스위칭소자 응용 위 그림은 반도체 특성을 보이는 CNT-based deviced의 I-Vbias 곡선을 보여주고 있으며, 스위칭 효율(Switching efficiency)이 106 정도에 해당하는 on/off 비율을 나타냄. 이러한 특성을 바탕으로 CNT를 이용한 FET 응용기술은 소자의 처리속도 뿐만 아니라 소형화에 크게 기여할 것으로 기대됨.
(4)초고용량 캐패시터 응용 전기 에너지를 저장 및 활용하는 과정에서의 에너지 입출력적 측면에서는 밧데리보다 캐패시터가 우수한 성능을 가짐. 초고용량 캐패시터의 에너지밀도는 최신형 밧데리의 약 1/10수준, 동력밀도는 거의 100배 가까운 수준으로 향상.
6.결과 및 향후전망 (1)현 디스플레이 시장에서 FED 가 차지하는 규모로 2005년에는 10억불로 예상 노트북, PC, 소형 정보시스템에 탑재가 가능하여 디스플레이 시장규모가2005년에 400억불로 확대 될 것으로 예상 (3)이외에도 광기능성 소자 부품소재, 저가격 고성능 의 평판 디스플레이, 캠코더용 view finder, 항공기 및 자동차 의 계기판, 각종 휴대용 정보통신기기, 컴퓨터 모니터,CRT 등에서 응용이 기대된다.