<Thermal-CVD ,열기상 측착법 모형>

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1 <Thermal-CVD ,열기상 측착법 모형>
압력 변화에 따른 탄소코일 생성 변화 임수민 , 이다혜 , 조문주 신라대학교 공과대학 에너지응용화학과 ABSTRACT RESULTS CMC(Carbon Micro Coil) 은 약 1/1000mm 의 pitch로 코일 모양으로 감긴 비정질의 탄소섬유로 정의하고 있다. CMC는 전자파 흡수재, 마이크로파 발열재, 촉각 근접 센서, 마이크로 안테나, 생물 활성화제 등으로 널리 응용이 예상되는 새로운 탄소소재의 제품이다. CMC는 일반적으로 미량의 황 불순물을 포함하는 아세틸렌(C₂H₂)을 Ni 등의 촉매 하에 열분해하며 합성되며, 촉매 , 반응조건 , 장치조건 을 최적화 하지 않으면 탄소 미분말 또는 직선상의 탄소섬유 밖에 얻을 수 없다. CMC의 최대 특징의 하나는 우수한 탄력성이다. 코일직경이 큰 코일과 섬유직경이 작은 코일은 원래 코일길이의 약 15배까지 늘어나는 초 탄력성을 보인다. Micro ~ Nano 차원의 helical / 나선형의 CMC는 기존의 재료에서는 얻을 수 없는 고도의 신규 기능을 가지고 있어 지금까지의 소재와 재료에서 얻을 수 없는 용도에 응용할 할 수 있을 것으로 전망하고 있다. 본 연구 에서는 압력의 변화를 40Torr , 60Torr , 80Torr , 100Torr , 120Torr 로 각 20 Torr 씩 압력의 변화를 20Torr씩 간격을 두고 Thermal-CVD로 750°C 에서 C₂H₂ 500sccm , SF6 40sccm 씩 아세틸렌은 1시간 동안 주입하고 육불화황은 아세틸렌 과 동시에 5분 동안 기체를 주입하고 5분이 지나면 기체주입을 정지시켜 CMC(Carbon Micro Coil) 를 만들었을 때 CMC가 어떤 압력에서 최적의 탄소 코일을 만들 수 있는지 연구한다. 완성된 Sample Fig. 500배 40Torr 60Torr 80Torr 120Torr 100Torr Fig. 2500배 40Torr 60Torr 80Torr EXPERIMENTAL DETALS 120Torr 100Torr <Thermal-CVD ,열기상 측착법 모형> C₂H₂ Flow Rate (sccm) SF6 Total Pressure (torr) Substrate Temperature (°C) Sample A 500 40 750 Sample B 60 Sample C 80 Sample D 100 Sample E 120 Fig. 5000배 40Torr 60Torr 80Torr Ni 0.1g 을 Weight 하여 세라믹 기판 위에 골고루 퍼지게 올리고 Thermal – CVD 석영관에 넣는다. Chamber 를 닫은 후 진공 전원 버튼 ‘ON’ 을 누르고 main valve를 열어 석영관 내에 Vacuum을 잡는다. MODE를 눌러 실험조건에 맞게 온도는 750°C 시간은 1시간으로 설정한다.석영관의 온도가 750°C 가 되면 MFC로 SF6 Gas 40sccm 5분, C₂H₂ Gas 500sccm 을 60분 동안 가스를 주입한 후 Valve를 조심스럽게 연다. 그 다음 main valve를 천천히 닫으면서 Bypass로 실험조건에 맞게 가스압 을 주입한다. 본 연구 에서는 압력의 변화에 따른 Carbon-Coil 의 생성을 연구하므로 가스압 을 40Torr , 60Torr , 80Torr, 100Torr , 120Torr 로 압력을 각기 다르게 설정하여 총 5개의 sample을 제작한다. 설정한 시간이 다 되면 MFC로 Gas주입을 끄고 Valve도 다 잠근다. Main valve 를 열어 석영관 내의 Vacuum 을 잡는다. 온도가 200°C 이하로 떨어지면 Main valve 를 닫고 Pump 를 끈 다음 , valve를 연다. 석영관 내의 sample을 꺼낸다. 제작된 sample은 SEM(Scanning Electron Microcopy:주사전자 현미경)으로 coil의 생성을 확인한다. 120Torr 100Torr CONCLUSION SEM(scanning electron microscopy)사진에서 확인 할 수 있듯이 40Torr , 60Torr , 80Torr , 100Torr , 120Torr 의 압력으로 실험을 하였을 때 Coil 의 생성 정도가 각기 다르다는 것을 확인할 수 있다. C₂H₂ 에서 C 는 Carbon을 성장시키는 역할을 하고 H는 Coil 을 깎아 내고 다듬는 역할을 하며 SF6에서의 S는 Coil 을 꼬이게 하는 성질이 있고 F는 H와 마찬가지로 Coil 을 깎아내는 성질을 가진다. 40Torr 에서 C2H2 는 자신이 가지고 있는 성질을 반응 하였지만 Coil 이 잘 꼬이지 않는 것으로 보아 SF6는 반응을 제대로 하지 않은 것으로 보인다. SF6 가 Ni의 Particle을 많이 만들어 주면 Coil로 성장 할 수 있는데 압력이 낮을 때에는 그 반응이 적게 반응한 것으로 예상된다. 또 100Torr 와 120Torr를 비교하였을 때 압력이 무조건 적으로 높다고 해서 Coil의 생성이 잘 생성되는 것이 아니라 적정한 지점의 압력에서 실험을 하였을 때 Coil 이 안정하고 촘촘하게 잘 생성되는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 토대로 실험결과를 종합해보았을 때 적정한 압력에서 생성이 된 Coil 은 원래 Coil 의 길이 보다 약 15배 이상이 늘어나는 초 탄력성을 보이게 되며 그 적정한 압력이 100Torr로 압력을 주었을 때 최적의 CMC가 만들어 진다는 것을 확인 할 수 있었다. Department of Engineering in Energy & Applied Chemistry , Silla University , Busan , Korea