KR100335382B1 - 회전 전극 플라즈마 장치, 및 이를 이용한 탄소 나노체합성 방법 - Google Patents
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Abstract
회전 전극 플라즈마 장치 및 이를 이용한 탄소 나노체 합성 방법을 제공한다. 본 발명의 회전 전극 플라즈마 장치는 진공 챔버 내의 일측 내부에 설치된 음극과, 상기 음극과 대향되어 상기 진공 챔버 내에 배치되고 회전할 수 있는 양극과, 상기 진공 챔버 내의 양극 및 음극의 상하로 위치하고 상하 및 전후로 이동할 수 있는 기판을 포함한다. 상기 음극에 음전압을 인가하고 상기 양극에 양전압을 인가하여 음극과 양극간에 아크 방전을 발생시켜 양극을 소모시킬 수 있고 음극과 양극 사이에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 전원 장치를 포함한다. 따라서, 아크 방전과 플라즈마 발생시 상기 양극에서 증발한 탄소가 상기 플라즈마에 의하여 활성화되고 상기 회전하는 양극에 의해 발생하는 원심력에 의해 기판 상에 탄소 나노 튜브나 나노 그라파이트를 합성할 수 있다.
Description
본 발명은 회전 전극 플라즈마 장치(rotating electrode plasma apparatus) 및 이를 이용한 탄소 나노체 합성 방법(synthesis method of carbon nano material)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전 전극 플라즈마 장치 및 이를 이용하여 탄소 나노 튜브(carbon nano tube)나 나노 그라파이트(nano graphite)를 포함하는 탄소 나노체 합성 방법에 관한 것이다.
탄소 나노 튜브는 속이 빈 튜브 모양의 실린더 형태의 구조를 가지고 있다. 실린더 형태를 펼쳐서 보면 육각형 벌집 무늬의 고리를 이루는 그라파이트와 같은 구조를 가진다. 이러한 벌집형의 원자구조가 규칙성을 가지면서 말린 형태를 탄소 나노튜브라 부른다. 탄소 나노튜브는 말려있는 각도에 따라 금속과 같은 전도성을 띄기도하며 밴드갭이 작은 반도체 특성을 나타내기도 한다. 탄소 나노튜브는 수 나노미터의 직경을 가지는 단일벽 나노튜브와, 수십 나노미터의 직경을 가지는 다중벽 나노튜브가 있다. 탄소 나노튜브는 넓은 비표면적, 높은 전기전도성, 균일한 기공 분포 및 높은 기계적 강도 등의 고유한 특성을 가지고 있기 때문에 디스플레이 소자의 음극 물질, 에너지 가스 저장체, 슈퍼 커패시터, 박막 배터리, 전자파 차폐제 등의 재료로 적용이 가능하다. 또한, 나노 그라파이트 분말은 정전기 방지용 전도성 코팅제, 필터, 선택적 흡착제 등 다양한 응용분야에서 사용되고 있다. 하지만, 탄소 나노튜브와 나노 그라파이트 분말은 제조상의 어려움 및 높은 제조 가격으로 인하여 실제 응용은 아직 미흡하다.
일반적으로 탄소 나노튜브는 아크 방전법으로 합성하는 것이 널리 알려져 있다. 아크 방전법은 음극에 순수 탄소 전극을, 양극에 금속 첨가 탄소 전극을 사용하여 불활성 가스, 혹은 불활성 가스와 탄화가스의 혼합 가스 분위기 중에서 이들 전극간에 아크 방전을 일으켜서 양극에서 증발한 탄소가 음극 표면에 응집되고 이를 정제시켜 탄소 나노 튜브를 얻게 되는 방법이다.
하지만, 상기 아크 방전법은 음극 표면에서의 아크 스팟(spot)에 의한 플라즈마가 불안정하다. 또 씨드(seed) 역할을 하는 음극의 면적이 제한되어 탄소 나노튜브를 대면적으로 성장시키는 것이 불가능하다. 또한, 좁은 극 간격과 이온충돌로 인하여 음극에서 고열이 발생되어 음극 표면을 냉각하기 어렵고, 매번 합성시에 음극과 양극을 교체해 주어야 하기 때문에 연속적인 제조가 불가능한 문제점이 있다. 특히, 4000℃가 넘는 고온의 플라즈마에 직접 접촉하고 있는 음극의 원활한 냉각을 위해서는 제조시간이 많이 소요되어 대량 생산이 불가능하다.
그리고, 나노 그라파이트 분말은 천연 가스를 불완전 연소시키거나 탄화수소 가스를 열 분해하여 제조된다. 그러나, 종래의 나노 그라파이트 분말 제조 방법은 제조 단가가 높고, 분말의 크기를 독립적으로 조절하기 어려우며, 순도가 크게 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로써, 대량 생산 및 대면적이 가능하고 제조 단가가 낮으며 물성 조절이 가능하게 탄소 나노체를 합성할 수 있는 회전 전극 플라즈마 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 회전 전극 플라즈마 장치를 이용한 탄소 나노체 합성 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 회전 전극 플라즈마 장치를 설명하기 위하여 도시한 개략도이고,
도 2는 도 1의 진공 챔버 내의 양음극 주위를 확대하여 도시한 개략도이고,
도 3은 도 2의 일측에서 바라본 평면도이고,
도 4는 도 1의 회전 전극 플라즈마 장치를 이용한 본 발명의 탄소 나노체 합성 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 회전 전극 플라즈마 장치는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내의 일측 내부에 설치된 음극과, 상기 음극과 대향되어 상기 진공 챔버 내에 배치되고 회전할 수 있는 양극과, 상기 진공 챔버 내의양극 및 음극의 상하로 위치하는 기판 홀더와, 상기 기판 홀더 상에 설치되고 상하 및 전후로 이동할 수 있는 기판을 포함한다. 또한, 상기 음극에 연결되어 상기 양극과 음극간의 거리를 조절하기 위한 위치 제어 장치와, 상기 양극에 연결되어 상기 양극을 회전시킬 수 있는 양극 회전 장치와, 상기 위치 제어 장치를 통하여 상기 음극에 음전압을 인가하고 상기 양극 회전 장치를 통하여 상기 양극에 양전압을 인가하여 음극과 양극간에 아크 방전을 발생시켜 양극을 소모시킬 수 있고 음극과 양극 사이에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 전원 장치를 포함한다.
상기 진공 챔버에는 내부 분위기를 조절하기 위한 불활성 가스를 도입할 수 있는 제1 가스 도입구가 더 설치되어 있을 수 있다. 상기 진공 챔버의 바닥에는 합성되는 탄소 나노체를 회수할 수 있는 콜렉터가 더 설치되어 있을 수 있다. 상기 기판의 외면에 상기 기판을 냉각시킬 수 있는 냉각 자켓이 더 설치되어 있을 수 있다.
상기 위치 제어 장치는 절연 튜브 내에 위치하고 진공 챔버의 내측으로 돌출된 플라즈마 건(plasma gun)을 통하여 음극과 전기적으로 연결되고, 상기 절연 튜브 내의 플라즈마 건 주위에는 상기 플라즈마 건을 냉각할 수 있는 냉각관을 포함하며, 상기 냉각관과 절연 튜브 사이의 공간을 통하여 진공 챔버 내의 음극을 냉각할 수 있는 불활성 가스가 주입될 수 있다.
상기 전원 장치에는 상기 음극을 냉각할 수 있는 불활성 가스를 주입할 수 있는 제2 가스 라인이 연결되어 있다. 상기 양극 회전 장치는 선단에 위치한 암과, 상기 암에 연결된 스핀들 유니트와, 상기 스핀들 유니트와 연결되어 상기 양극을회전시킬 수 있는 모터와, 상기 스핀들 유니트에 연결되고 상기 양극에 전압을 인가할 수 있고 냉각 장치를 구비한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 탄소 나노체 합성 방법은 진공 챔버로 불활성 가스를 주입하여 진공 챔버 내의 분위기를 불활성 가스 분위기로 만드는 단계를 포함한다. 이어서, 상기 진공 챔버 내의 양극을 회전시키면서 상기 양극과 음극간에 아크 방전을 발생시킴과 동시에 상기 양극과 음극 사이에 플라즈마를 발생시킴으로써 탄소 전극으로 구성된 상기 양극에서 증발한 탄소가 상기 플라즈마에 의하여 활성화되고 상기 회전하는 양극에 의해 발생하는 원심력에 의해 탄소 나노 튜브나 나노 그라파이트 형태로 합성된다.
상기 음극은 그라파이트나 고융점 금속으로 구성하고, 상기 양극은 탄소 전극을 이용할 수 있다. 상기 탄소 나노 튜브나 나노 그라파이트는 기판 상에 합성될 수 있다. 상기 기판은 실리콘 기판, 그라파이트 기판, 또는 실리콘 기판 상에 촉매 금속층이 증착된 기판을 이용할 수 있다. 상기 음극과 양극 사이에 발생하는 플라즈마와 상기 기판과의 거리에 따라 탄소 나노 튜브나 나노 그라파이트가 합성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 플라즈마 회전 전극 장치는 플라즈마 주위에 설치한 기판 상에서 탄소 나노 튜브나 나노 그라파이트를 포함하는 탄소 나노체를 대면적으로 합성할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 회전 전극 플라즈마 장치를 설명하기 위하여 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1의 진공 챔버 내의 양음극 주위를 확대하여 도시한 개략도이고, 도 3은 도 2의 일측에서 바라본 평면도이다.
구체적으로, 본 발명의 회전 전극 플라즈마 장치는 진공 챔버(11)와, 상기 진공 챔버(11) 내의 일측 내부에 설치된 음극(13)과, 상기 음극(13)과 대향되어 상기 진공 챔버(11) 내에 배치되고 고속으로 회전할 수 있는 양극(15)과, 상기 양극(15) 및 음극(13)의 상하로 위치하는 기판 홀더(17)와, 상기 기판 홀더(17)에 지지되도록 설치되어 상하 및 전후로 이동할 수 있는 기판(19)과, 상기 음극(13)에 연결되어 상기 음극(13)과 양극(15)간의 거리를 변경하기 위한 위치 제어 장치(21)와, 상기 양극(15)에 연결되어 상기 양극(15)을 고속으로 회전시킬 수 있는 양극 회전 장치(23)와, 상기 위치 제어 장치(21)를 통하여 음극(13)에 음전압을 인가하고 상기 양극 회전 장치(23)를 통하여 상기 양극(15)에 양전압을 인가하여 음극과 양극간에 아크 방전을 발생시켜 양극을 소모시킬 수 있고 음극과 양극 사이에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 전원 장치(25)를 구비한다. 도 1에서, 기판 홀더(17)를 음극측에 설치하고 이에 지지되도록 기판(19)을 설치하였으나, 양극 측에 기판 홀더 및 기판을 설치할 수 도 있다.
상기 진공 챔버(11)는 내부 분위기를 조절하기 위한 불활성 가스, 예컨대 헬륨 가스를 도입할 수 있는 제1 가스 도입구(27)와, 진공 및 배기할 수 있는 배기구(29)와, 온도를 각각 측정 및 기록할 수 있는 열전대(31) 및 열전대 레코더(32)와, 생성된 탄소 나노체를 모을 수 있는 콜렉터(33)가 부착되어 있다.
상기 음극(13)은 탄소 나노 튜브나 나노 그라파이트를 포함하는 탄소 나노체에 불순물이 혼입되는 것을 방지하기 위해 그라파이트로 구성하는 것이 바람직하다. 물론, 텅스텐, 몰리브덴과 같이 고융점 금속으로 구성할 수 도 있다. 이렇게 음극을 고융점 금속으로 구성할 경우 합성되는 탄소 나노체는 구형의 나노 그라파이트가 된다. 상기 양극(15)은 탄소 전극으로 구성할 수 있다.
상기 기판(19)은 실리콘이나 그라파이트 기판으로 구성할 수 도 있고, 실리콘 기판 상에 탄소 나노체, 특히 나노 튜브가 잘 생성될 수 있도록 촉매 역할을 하는 촉매 금속층, 예컨대 코발트(Co)가 증착된 기판을 이용할 수 있다. 그리고, 기판(19)의 외면에 냉각 자켓(도시 안함)을 설치하여 기판(19)을 쉽게 냉각하여 기판(19) 상에 탄소 나노체가 쉽게 응집 및 생성되게 할 수 있다.
상기 위치 제어 장치(21)와 전원 장치(25)는 전원 라인(35), 냉각 라인(37), 가스 라인(39)으로 연결되어 있고, 상기 위치 제어 장치(21)에는 상기 양극(15) 및 음극(13)간의 거리를 모니터할 수 있는 모니터 장치(41)가 연결되어 있다. 상기 전원 장치(25)에는 상기 음극(13)을 냉각할 수 있는 불활성 가스, 예컨대 헬륨 가스를 공급할 수 있는 제2 가스 도입구(41)가 연결되어 있어 상기 전원 장치(25) 및 가스 라인(39)을 통하여 진공 챔버(11) 내로 불활성 가스가 주입된다.
특히, 상기 위치 제어 장치의 일단은 도 2에 도시한 바와 같이 절연튜브(43), 예컨대 세라믹 튜브 내에 위치하고 진공 챔버 내측으로 돌출된 플라즈마 건(45, plasma gun)을 통하여 음극(13)이 전기적으로 연결된다. 상기 절연 튜브(43) 내의 플라즈마 건(45) 주위에는 냉각 라인(37)을 통하여 주입된 냉각수로 플라즈마 건(45)을 냉각할 수 있는 냉각관(47)을 포함하며, 상기 냉각관(47)과 절연 튜브(43) 사이의 공간(도 3의 44)을 통하여 진공 챔버(11) 내로 음극(13)을 냉각할 수 있는 불활성 가스, 예컨대 헬륨 가스가 주입되도록 되어 있다. 상기 가스 라인(39)을 통하여 주입되는 불활성 가스는 상기 플라즈마 건(45) 및 음극(13)을 냉각시키는 역할을 한다. 물론, 일부는 상기 양극(15)과 음극(13) 사이에 플라즈마 발생원으로도 작용할 수 있다. 도 2에서, 상기 플라즈마 건(45) 주위의 화살표는 냉각수의 흐름을 나타내며, 음극(13) 주위의 화살표는 음극(13)을 냉각시키는 불활성 가스의 흐름을 나타낸다.
상기 양극 회전 장치(23)는 선단에 위치한 암(49)과, 상기 암(49)에 연결된 스핀들 유니트(51)와, 상기 스핀들 유니트(51)와 연결되어 상기 양극(15)을 회전시킬 수 있는 모터(53)와, 상기 스핀들 유니트(51)에 연결되고 상기 양극(15)에 전압을 인가할 수 있고 냉각 장치를 구비한 그라파이트 브뤄쉬(55)로 이루어진다. 상기 양극 회전 장치(23)에는 상기 모터(53) 및 스핀들 유니트(51)에 의하여 회전되는 양극(15)의 회전속도를 측정할 수 있는 회전 속도 측정장치(57)가 연결되어 있다.
다음에, 도 1의 회전 전극 플라즈마 장치를 이용하여 탄소 나노체 합성 방법에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다. 본 명세서에서, 탄소 나노체란 탄소 나노 튜브나 나노 그라파이트를 포함하는 의미로 사용된다.
도 4는 도 1의 회전 전극 플라즈마 장치를 이용한 본 발명의 탄소 나노체 합성 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
먼저, 진공 챔버 내의 기판 홀더에 기판을 로딩한다(스텝 100). 만약, 나노 그라파이트를 합성할 경우 기판을 기판 홀더에 로딩하지 않을 수 도 있다.
다음에, 상기 진공 챔버 내를 10-2토르(Torr)가 될 때까지 약 30분간 배기한 후, 제1 가스 도입구(도 1의 27)를 통하여 약 5분간 불활성 가스, 예컨대 헬륨 가스를 주입 및 퍼지하여 진공 챔버 내의 불순물들을 제거한다(스텝 102).
이어서, 진공 챔버 내의 압력을 낮추기 위하여 5분간 배기한 후, 제1 가스 도입구를 통하여 진공 챔버의 압력이 760토르가 될 때까지 진공 챔버 내로 불활성 가스를 주입하여 진공 챔버 내의 분위기를 불활성 가스 분위기로 만든다(스텝 104).
다음에, 플라즈마 건 및 음극을 냉각시키도록 제2 가스 도입구를 통하여 불활성 가스, 예컨대 헬륨 가스를 진공 챔버 내로 주입시킨다(스텝 106).
계속하여, 상기 양극을 양극 회전 장치를 이용하여 5000∼20000rpm으로 회전시키면서 위치 제어 장치를 통하여 음극과 양극간의 거리를 조절한다. 상기 음극과 양극간의 거리는 3∼10 mm로, 바람직하게는 3mm 이상으로 유지한다(스텝 108).
특히, 본 발명에서는 양극과 음극간의 거리가 종래 보다 크게 유지하여 기본적으로 음극이 받는 열량이 적다. 또한, 후속 공정에서 소모된 탄소 이온 등이 음극에 충돌하지 않아 열이 적게 발생하여 도 1의 냉각 장치를 이용하여 음극을 효과적으로 냉각할 수 있다.
다음에, 상기 전원 장치의 전류 및 전압을 인가하여 상기 양극과 음극 사이에 아크 방전을 발생시켜 양극을 소모시킴과 동시에 상기 양극과 음극 사이에 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 전원 장치는 100A 정도의 전류, 30V 정도의 전압을 인가하며, 양극에서 소모된 탄소가 음극 표면에 증착되지 않아 음극 표면이 소모 없이 평면으로 유지되어 안정하게 플라즈마가 형성된다.
이렇게 되면, 아크 방전으로 인하여 탄소 전극으로 구성된 양극에서 증발한 탄소는 전압차에 의해 음극으로 끌려가다 고속으로 회전하는 양극에 의해 발생하는 원심력에 의해 기판 상에 탄소 나노 튜브나 나노 그라파이트 형태로 증착된다. 다시 말하면, 고속으로 회전하는 양극에 의해 발생하는 원심력이 플라즈마 내의 활성화된 탄소들에 작용하여 플라즈마 주위로 나오게 하여 기판 상에서 탄소 나노체가 합성된다(스텝 110).
이때, 상기 기판과 음극 사이의 거리에 따라 탄소 나노 튜브 또는 나노 그라파이트가 합성된다. 예컨대, 그라파이트 기판 상에서는 기판과 음극 사이의 거리가 9mm 이내일 경우 탄소 나노 튜브가 합성된다. 또한, 코발트 상에서나 실리콘 기판 상에서는 음극과 기판 사이의 거리를 13mm 내외로 할 경우 탄소 나노 튜브가 합성된다.
그리고, 기판과 음극 사이의 거리가 멀어지면 원심력이 의해 균일한 구형의 나노 그라파이트가 생성된다. 더욱이, 상기 음극을 고융점 금속, 예컨대 텅스텐으로 구성할 경우 원심력에 의해 균일한 구형의 나노 그라파이트가 합성된다. 음극과 기판과의 거리를 조절할 경우 원하는 크기의 나노 그라파이트를 얻을 수 있다. 이는 플라즈마 내에서 활성화된 탄소가 원심력에 의해 플라즈마 밖으로 나와 반응을 할 때 기판과의 거리가 멀어질수록 탄소끼리의 반응시간이 길어져 생성물의 크기가 커지기 때문이다. 상기 구형의 나노 그라파이트는 고체 소스를 사용하여 만들어지므로 제조단가가 낮고 수소가 포함되지 않아 순도가 매우 높고 수율이 우수하다. 상기 음극과 기판과의 거리를 조절하거나, 음극을 고융점 금속으로 구성할 경우 합성되는 나노 그라파이트는 기판 없이 반응 챔버 벽이나 콜렉터에서 나노 그라파이트를 얻을 수 있다.
본 발명에서, 상기 기판 상에 합성된 탄소 나노 튜브 또는 나노 그라파이트는 기판에서 긁어내어 분말 형태로 얻어질 수도 있고, 기판 상에 합성할 경우 전자 소자에 바로 적용할 수 도 있다. 물론, 상기 콜렉터에는 상기 기판 상에서 합성되지 않은 탄소 나노 튜브나 나노 그라파이트를 얻을 수 있다.
다음에, 탄소 나노 튜브나 나노 그라파이트를 합성한 후, 상기 전원 장치를 오프한 후, 불활성 가스와 냉각수를 오프하여 탄소 나노체 합성 과정을 종료한다(스텝 112).
상술한 바와 같이 본 발명의 플라즈마 회전 전극 장치는 종래와 같이 제안된 면적의 음극 표면이 아닌 플라즈마 주위에 설치한 기판 상에서 탄소 나노 튜브나 나노 그라파이트를 포함하는 탄소 나노체를 대면적으로 합성할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 회전 전극 장치는 양극에서 소모된 탄소가 음극 표면에 증착되지 않아 음극 표면이 소모 없이 평면으로 유지되어 플라즈마 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 플라즈마 회전 전극 장치는 탄소 나노체 합성시 기판을 움직일 수 있어 씨드 면적의 제한을 받지 않고, 음극과 양극 사이에 발생하는 플라즈마와 기판과의 거리를 조절하여 기판을 효과적으로 냉각 할 수 있어 연속적으로 대량생산이 가능하다.
또한, 종래의 아크 방전법에서는 플라즈마 내에서의 공정이므로 고온 때문에 실리콘 기판이나 촉매를 사용한 기판 위에서 합성이 불가능하였으나, 본 발명은 플라즈마 밖에서 촉매 금속층을 사용한 기판 위에도 합성이 가능하므로 정제와 바인딩을 거치지 않고 소자에 직접 이용할 수 있다.
본 발명의 회전 전극 플라즈마 장치는 음극을 금속으로 교체하거나 음극과 기판과의 거리를 멀게 조절함으로써 구형의 나노 그라파이트를 얻을 수 있다. 상기 구형의 나노 그라파이트는 고체 소스를 사용하여 만들어지므로 제조단가가 낮고 수소가 포함되지 않아 순도가 매우 높고 수율이 우수하다.
Claims (15)
- 진공 챔버;상기 진공 챔버 내의 일측 내부에 설치된 음극;상기 음극과 대향되어 상기 진공 챔버 내에 배치되고 회전할 수 있는 양극;상기 진공 챔버 내의 양극 및 음극의 상하로 위치하는 기판 홀더;상기 기판 홀더 상에 설치되고 상하 및 전후로 이동할 수 있는 기판;상기 음극에 연결되어 상기 양극과 음극간의 거리를 조절하기 위한 위치 제어 장치;상기 양극에 연결되어 상기 양극을 회전시킬 수 있는 양극 회전 장치; 및상기 위치 제어 장치를 통하여 상기 음극에 음전압을 인가하고 상기 양극 회전 장치를 통하여 상기 양극에 양전압을 인가하여 음극과 양극간에 아크 방전을 발생시켜 양극을 소모시킬 수 있고 음극과 양극 사이에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 전원 장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 전극 플라즈마 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 진공 챔버에는 내부 분위기를 조절하기 위한 불활성 가스를 도입할 수 있는 제1 가스 도입구가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전극 플라즈마 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 진공 챔버의 바닥에는 합성되는 탄소 나노체를 회수할 수 있는 콜렉터가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전극 플라즈마 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 음극은 그라파이트나 고융점 금속으로 구성하고, 상기 양극은 탄소 전극으로 구성하는 것을 특징으로 하는 회전 전극 플라즈마 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 기판, 그라파이트 기판, 실리콘 기판 상에 촉매 금속층이 증착된 기판으로 구성하는 것을 특징으로 하는 회전 전극 플라즈마 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판의 외면에 상기 기판을 냉각시킬 수 있는 냉각 자켓이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전극 플라즈마 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 위치 제어 장치는 절연 튜브 내에 위치하고 진공 챔버의 내측으로 돌출된 플라즈마 건(plasma gun)을 통하여 음극과 전기적으로 연결되고, 상기 절연 튜브 내의 플라즈마 건 주위에는 상기 플라즈마 건을 냉각할 수 있는 냉각관을 포함하며, 상기 냉각관과 절연 튜브 사이의 공간을 통하여 진공 챔버 내의 음극을 냉각할 수 있는 불활성 가스가 주입되는 것을 특징으로 하는 회전 전극 플라즈마 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전원 장치에는 상기 음극을 냉각할 수 있는 불활성 가스를 주입할 수 있는 제2 가스 라인이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전극 플라즈마 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 양극 회전 장치는 선단에 위치한 암과, 상기 암에 연결된 스핀들 유니트와, 상기 스핀들 유니트와 연결되어 상기 양극을 회전시킬 수 있는 모터와, 상기 스핀들 유니트에 연결되고 상기 양극에 전압을 인가할 수 있고 냉각 장치를 구비한 그라파이트 브뤄쉬로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 전극 플라즈마 장치.
- 진공 챔버로 불활성 가스를 주입하여 진공 챔버 내의 분위기를 불활성 가스 분위기로 만드는 단계; 및상기 진공 챔버 내의 양극을 회전시키면서 상기 양극과 음극간에 아크 방전을 발생시킴과 동시에 상기 양극과 음극 사이에 플라즈마를 발생시킴으로써 탄소 전극으로 구성된 상기 양극에서 증발한 탄소가 상기 플라즈마에 의하여 활성화되고 상기 회전하는 양극에 의해 발생하는 원심력에 의해 탄소 나노 튜브나 나노 그라파이트 형태로 합성되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노체 합성 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 음극은 그라파이트나 고융점 금속으로 구성하고, 상기 양극은 탄소 전극을 이용하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노체 합성 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 탄소 나노 튜브나 나노 그라파이트는 기판 상에 합성되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노체 합성 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 기판, 그라파이트 기판, 실리콘 기판 상에 촉매 금속층이 증착된 기판을 이용하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노체 합성방법.
- 제12항에 있어서, 상기 음극과 양극 사이에 발생하는 플라즈마와 상기 기판과의 거리에 따라 탄소 나노 튜브나 나노 그라파이트가 합성되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노체 합성 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 아크 방전시 상기 양극과 음극간의 거리는 3∼10mm인 것을 특징으로 하는 탄소 나노체 합성 방법.
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