KR100376202B1 - Apparatus of vapor phase-synthesis for carbon nanotubes or carbon nanofibers and synthesizing method of using the same - Google Patents
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Abstract
탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유 합성용 기상합성 장치 및 이를 사용한 합성 방법을 개시한다. 본 발명의 기상합성 장치는 소오스(source) 공급부와, 반응기, 보트(boat) 및 수집기를 포함하여 이루어진다. 소오스 공급부는 기상의 촉매 소오스 가스 및 반응 소오스 가스를 공급하고, 반응기는 일단이 소오스 공급부와 연결되어 공급되는 촉매 소오스 가스 및 반응 소오스 가스로부터 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 합성하는 위치를 제공한다. 보트는 반응기 내에 설치되며 다수의 판들이 결합되어 이루어진다. 또한, 수집기는 반응기에서 생성된 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 수집한다.Disclosed are a gas phase synthesis apparatus for synthesizing carbon nanotubes or carbon nanofibers, and a synthesis method using the same. The gas phase synthesis apparatus of the present invention comprises a source supply, a reactor, a boat and a collector. The source supply unit supplies a gaseous catalyst source gas and a reaction source gas, and the reactor provides a position for synthesizing carbon nanotubes or carbon nanofibers from the catalytic source gas and the reaction source gas, one end of which is connected to the source supply unit. The boat is installed in the reactor and consists of a plurality of plates combined. In addition, the collector collects carbon nanotubes or carbon nanofibers produced in the reactor.
Description
본 발명은 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유에 관한 것으로, 특히, 대량으로 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 합성하는 기상합성 장치 및 이를 이용한 합성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to carbon nanotubes or carbon nanofibers, and more particularly, to a gas phase synthesis apparatus for synthesizing carbon nanotubes or carbon nanofibers in a large amount and a method for synthesizing the same.
탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유는 하나의 탄소 원자에 이웃하는 세 개의 탄소 원자가 sp2결합으로 연결되어 육각 환형을 이루고, 이러한 육각 환형이 벌집 형태로 반복된 흑연면(graphite sheet)이 말려 실린더 형태를 이룬다고 알려져 있다. 이러한 실린더 형태의 구조는 그 직경이 일반적으로 수 ㎚ 내지 수백 ㎚ 이며, 그 길이는 직경의 수십 배 내지 수천 배 이상으로 긴 특성을 가진다고 알려져 있다.Carbon nanotubes or carbon nanofibers form a hexagonal ring with three carbon atoms adjacent to one carbon atom connected by sp 2 bonds, and the graphite sheet in which the hexagonal ring is repeated in a honeycomb form is rolled to form a cylinder. It is known to accomplish. Such cylindrical structures are generally known to have a diameter of several nanometers to several hundred nanometers, the length of which is tens of times to thousands or more of the diameter.
탄소나노튜브는 흑연면이 말린 형태에 따라서 단일벽 나노튜브(single-wall nanotube), 다중벽 나노튜브(multi-wall nanotube) 및 다발형 나노튜브(rope nanotube) 등으로 구분될 수 있다. 또한, 흑연면이 말리는 각도 및 구조에 따라 탄소나노튜브는 다양한 전기적 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 이러한 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유가 안락 의자(arm-chair) 구조를 가질 때, 금속과 같은 전기적 도전성을 가진다고 알려져 있으며, 지그 재그(zig-zag) 구조를 가질 때 반도체적 특성을 나타낸다고 알려져 있다.Carbon nanotubes may be classified into single-wall nanotubes, multi-wall nanotubes, and bundle nanotubes according to the dried form of the graphite surface. In addition, the carbon nanotubes may have various electrical characteristics depending on the angle and structure of the graphite surface. For example, when such carbon nanotubes or carbon nanofibers have an arm-chair structure, they are known to have electrical conductivity such as metal, and have semiconductor characteristics when they have a zig-zag structure. It is known.
이러한 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유는 전기적 특성이 우수하고 기계적 강도가 크며 화학적으로 안정한 물질이므로 전자정보산업분야에서 다양한 방법으로 응용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.Such carbon nanotubes or carbon nanofibers are expected to be applied in various ways in the electronic information industry because they have excellent electrical properties, high mechanical strength, and chemically stable materials.
근래에 이러한 탄소나노튜브 합성에 관한 여러 가지 방법이 제안되고 있고, 이러한 방법을 실현시키기 위한 여러 가지 장치가 사용되고 있다. 현재까지 제시되고 있는 장치로는 전기방전 장치, 레이저증착 장치, 플라즈마 화학기상증착 장치, 열화학 기상증착 장치 또는 기상합성 장치 등이 있다.Recently, various methods for synthesizing such carbon nanotubes have been proposed, and various apparatuses for realizing such methods have been used. Presently presented apparatuses include an electric discharge apparatus, a laser deposition apparatus, a plasma chemical vapor deposition apparatus, a thermochemical vapor deposition apparatus or a gas phase synthesis apparatus.
이중 기상합성법은 기판을 사용하지 않고 반응로 내에서 탄소 소오스 가스를 열분해하여 기상으로 탄소나노튜브를 합성하는 방법으로 대량합성에 유리한 장점이 있으나, 현재까지 0.05㎛ 내지 30㎛의 직경을 가지는 탄소튜브 또는 탄소섬유가 주 생성물이며 이들의 직경을 수십 nm 이하로 낮추기는 어려운 점이 있다.The dual gas phase synthesis method is a method of synthesizing carbon nanotubes in a gas phase by pyrolyzing carbon source gas in a reactor without using a substrate, but has advantages in mass synthesis, but to date, carbon tubes having a diameter of 0.05 μm to 30 μm Alternatively, carbon fibers are the main product, and it is difficult to reduce their diameter to several tens of nm or less.
예를 들어, 유기금속 화합물과 탄화수소 화합물 및 수소 기체를 사용하여 600℃ 내지 1300℃ 에서 합성하는 방법이 미국특허 4,578,813호에 개시되어 있으나, 이 방법에 따라 형성된 탄소섬유의 직경은 0.05 내지 2㎛, 길이는 2000㎛ 내지 3000㎛로 매우 크다고 제시되어 있다. 또한, EP 0424922 B1호에도 일산화탄소 및 수소 가스와 전이금속을 포함하는 유기금속 화합물을 사용하여 550℃ 내지 800℃ 에서 탄소섬유를 합성하는 방법이 개시되고 있다.For example, a method of synthesizing at 600 ° C. to 1300 ° C. using an organometallic compound, a hydrocarbon compound, and hydrogen gas is disclosed in US Pat. No. 4,578,813, but the diameter of the carbon fiber formed according to this method is 0.05 to 2 μm, The length is suggested to be very large, from 2000 μm to 3000 μm. EP 0424922 B1 also discloses a method of synthesizing carbon fibers at 550 ° C. to 800 ° C. using organometallic compounds comprising carbon monoxide and hydrogen gas and transition metals.
그리고, 미국 특허 5,102,647 호에는 이산화탄소 및 벤젠 및 Fe(CO)5로부터 열 분해된 미세 전이금속 입자를 주입하여 탄소섬유를 합성하는 방법이 제시되고 있다. 이때, 복사열 전달을 효과적으로 이용할 수 있도록 하고 합성된 탄소섬유가 혼합되지 않도록 하는 무기물질(100㎜ 내지 0.01mm의 입자 직경을 갖는 알루미나, 뮬라이트 또는 지르코니아) 등이 반응로 내에 삽입되는 바를 함께 제시하고 있다. 그러나 이 방법에 의해 합성된 탄소섬유 역시 직경이 0.7㎛, 길이가 100㎛ 내지 200㎛ 정도로 크다.In addition, US Pat. No. 5,102,647 discloses a method of synthesizing carbon fibers by injecting fine transition metal particles thermally decomposed from carbon dioxide and benzene and Fe (CO) 5 . At this time, an inorganic material (alumina, mullite, or zirconia having a particle diameter of 100 mm to 0.01 mm) and the like, which can effectively use radiant heat transfer and prevent the synthesized carbon fibers from being mixed, are also shown. . However, the carbon fibers synthesized by this method also have a diameter of 0.7 µm and a length of 100 µm to 200 µm.
WO 99/06618호에는 일산화탄소 및 수소 가스와 몰리브덴과 코발트를 포함하는 유기금속화합물을 반응로에 직접 주입하여 단일벽 및 다중벽 탄소나노튜브를 700-1100℃ 에서 수율 50% 이내 범위에서 합성하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 방법은 압력을 0 내지 100 psig 범위 내에서 조절함으로써 반응로 내에서 반응물이 체류하는 시간을 조절한다. 따라서 반응로가 고압에도 견딜 수 있는 재질로 형성되어야 하며, 압력 증가에 따라 반응물의 농도 또한 증가하므로 비정질인 탄소입자가 다량으로 생성되는 단점이 있다고 알려져 있다.WO 99/06618 discloses a method for synthesizing single-walled and multi-walled carbon nanotubes at a yield within 50% at 700-1100 ° C. by directly injecting carbon monoxide and hydrogen gas, and an organometallic compound including molybdenum and cobalt. Is disclosed. However, this method controls the time the reactants stay in the reactor by adjusting the pressure within the range of 0 to 100 psig. Therefore, the reactor must be formed of a material that can withstand high pressure, and as the concentration of the reactant increases with increasing pressure, it is known that a large amount of amorphous carbon particles are generated.
또한, Smalley(P.Nikolaev, M.J.Bronikowske, R.K.Bradly, F.Rohmund, D.T.Colbert, K.A.Smith and R.E.Smalley, Chem. Phys. Lett., vol 303, p.91, 1999)는 일산화탄소가스를 Fe(CO)5의 유기금속화합물이 담긴 기화기 내부로 통과시키면서 유기금속화합물을 버블링(bubbling) 시켜, 0 내지 100 기압의 압력으로 노즐을 통하여 반응로 내로 분사하여 단일벽의 탄소나노튜브를 합성하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 방법 역시 고압을 사용하여 촉매금속 입자의 크기를 조절하기 때문에 압력 증가에 따라 반응물의 농도 또한 증가하므로 비정질인 탄소입자가 다량으로 생성되는 단점이 있다고 알려져 있다.Also, Smalley (P.Nikolaev, MJBronikowske, RKBradly , F.Rohmund, DTColbert, KASmith and RESmalley, Chem. Phys. Lett., Vol 303, p.91, 1999) is a carbon monoxide gas Fe (CO) 5 of the organometallic A method of synthesizing a single-walled carbon nanotube by bubbling an organometallic compound while injecting the compound into a vaporizer containing the compound and spraying it into a reactor through a nozzle at a pressure of 0 to 100 atm. However, this method is also known to have a disadvantage in that a large amount of amorphous carbon particles is generated because the concentration of the reactant also increases with increasing pressure because the size of the catalyst metal particles is controlled using high pressure.
즉, 현재까지 알려진 방법이나 장치들로는 수십 nm 이하의 직경을 지니는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 대량으로 합성하는 것은 매우 어렵다.That is, it is very difficult to synthesize a large amount of carbon nanotubes or carbon nanofibers having a diameter of several tens of nm or less by methods or devices known to date.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 수십 nm 이하의 직경을 지니는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 대량으로 합성할 수 있는 기상합성 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a gas phase synthesis apparatus capable of synthesizing a large amount of carbon nanotubes or carbon nanofibers having a diameter of several tens of nm or less.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기한 기상합성 장치를 이용하여 수십 nm 이하의 직경을 지니는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 대량으로 합성하는 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for synthesizing a large amount of carbon nanotubes or carbon nanofibers having a diameter of several tens of nm or less by using the above-described gas phase synthesis apparatus.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유 합성용 기상합성 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a gas phase synthesis apparatus for synthesizing carbon nanotubes or carbon nanofibers according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기상합성 장치에 채용되는 보트의 일예를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.2 to 4 are schematic diagrams for explaining an example of a boat employed in the gas phase synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기상합성 장치에 채용되는 보트의 다른 예를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.5 to 7 are schematic views for explaining another example of the boat employed in the gas phase synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명><Brief description of the major symbols in the drawings>
100: 소오스 공급부, 110: 촉매 소오스 공급부,100: source supply unit, 110: catalyst source supply unit,
150: 반응 소오스 공급부, 200: 합성 반응부,150: reaction source supply unit, 200: synthetic reaction unit,
210: 반응기, 260: 보트,210: reactor, 260: boat,
261: 판, 300: 배출부.261: plate, 300: discharge part.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기상합성 장치는, 소오스 공급부와, 반응기, 보트 및 수집기를 포함하여 이루어진다. 상기 소오스 공급부는 기상의 촉매 소오스 가스 및 반응 소오스 가스를 공급하고, 상기 반응기는 일단이 상기 소오스 공급부와 연결되어 공급되는 상기 촉매 소오스 가스 및 상기 반응 소오스 가스로부터 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 합성하는 위치를 제공한다. 상기 보트는 반응기 내에 설치되며 다수의 판들이 결합되어 이루어진다. 또한, 상기 수집기는 상기 반응기의 하단에서 생성된 상기 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 수집한다.The gas phase synthesis apparatus according to the present invention for achieving the above technical problem comprises a source supply, a reactor, a boat and a collector. The source supply unit supplies a gaseous catalyst source gas and a reaction source gas, and the reactor synthesizes carbon nanotubes or carbon nanofibers from the catalyst source gas and the reaction source gas, one end of which is connected to the source supply unit. Provide a location. The boat is installed in the reactor and consists of a plurality of plates combined. In addition, the collector collects the carbon nanotubes or carbon nanofibers produced at the bottom of the reactor.
상기 소오스 공급부는 Fe(CO)5, Mo(CO)6, Co2(CO)8, (C5H5)2Fe 및 Ni(CO)5로 이루어지는 일군에서 선택되는 어느 하나의 유기 금속 화합물을 담은 기화기, 및 상기 기화기에 연결된 운반 가스 공급기를 포함하며 상기 촉매 소오스 가스의 공급을 위한 촉매 소오스 공급부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 운반 가스 공급기는 아르곤 가스와 같은 비활성 가스를 제공하는 비활성 가스 공급기를 포함하는 것이 바람직하며, 아세틸렌, 메탄, 일산화 탄소 또는 이산화 탄소를 제공하는 가스 공급기를 더 포함할 수 있다.The source supply unit is any one organometallic compound selected from the group consisting of Fe (CO) 5 , Mo (CO) 6 , Co 2 (CO) 8 , (C 5 H 5 ) 2 Fe and Ni (CO) 5 The containment preferably comprises a vaporizer and a carrier gas supply connected to the vaporizer and comprising a catalyst source supply for supply of the catalyst source gas. The carrier gas supply preferably includes an inert gas supply for providing an inert gas, such as argon gas, and may further include a gas supply for providing acetylene, methane, carbon monoxide or carbon dioxide.
또한, 상기 소오스 공급부는 메탄, 에틸렌, 아세틸렌, 사이클로헥산, 벤젠및 크실렌으로 이루어지는 일군에서 선택되는 어느 하나의 탄화 수소 가스를 제공하는 탄소 소오스 공급기와, 비활성 가스 공급기 및 수소 가스 공급기를 포함하는 반응 소오스 공급부를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the source supply unit is a reaction source comprising a carbon source supply for providing any hydrocarbon gas selected from the group consisting of methane, ethylene, acetylene, cyclohexane, benzene and xylene, an inert gas supply and a hydrogen gas supply It is preferred to include a supply.
한편, 상기 반응기는 상기 소오스 공급부에 상대적으로 인근하는 저온 영역, 및 상기 저온 영역에 이후에 배치되는 고온 영역을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 저온 영역의 상기 반응기 외주에는 상기 저온 영역을 대략 200℃ 내지 450℃로 유지하는 제1히터가 설치되고, 상기 고온 영역의 상기 반응기 외주에는 상기 고온 영역을 대략 700℃ 내지 1250℃로 유지하는 제2히터가 설치되는 것이 바람직하다.On the other hand, the reactor preferably comprises a low temperature region relatively adjacent to the source supply, and a high temperature region disposed later in the low temperature region, wherein the low temperature region is about 200 ℃ to the outer periphery of the reactor It is preferable that a first heater is maintained at 450 ° C., and a second heater is maintained at about 700 ° C. to 1250 ° C. at the outer circumference of the reactor.
상기 반응기 내에는 상기 소오스 공급부로부터 공급되는 상기 촉매 소오스 가스 또는 상기 반응 소오스 가스를 상기 반응기 내부에 분사하는 분사기가 더 설치되는 것이 바람직하며, 상기 분사기는 노즐 또는 샤워 헤드를 포함할 수 있다.In the reactor, it is preferable that an injector for injecting the catalyst source gas or the reaction source gas supplied from the source supply unit into the reactor, and the injector may include a nozzle or a shower head.
상기 판들은 상기 반응 소오스 가스 및 상기 촉매 소오스 가스의 주입 방향에 평행하게 또는 수직하게 배열되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 보트는 석영 또는 그라파이트로 이루어질 수 있다.The plates are preferably arranged parallel or perpendicular to the injection direction of the reaction source gas and the catalyst source gas. On the other hand, the boat may be made of quartz or graphite.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치는 설명을 위하여 개략적으로 도시되었으며, 가스관은 설명의 편의를 위하여 선으로 도시되어 있다. 도면에서 동일 참조 부호는 동일 부재를 나타낸다. 그리고, 이하에서는 본 발명에 따른 기상합성 장치를 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유 합성용으로 지칭한다. 동일 장치 내에서도 합성 조건, 사용되는 반응 가스의 조합에 따라 탄소나노튜브만 또는 탄소나노튜브가 주로 합성될 수도 있고 그 반대의 경우 즉, 탄소나노섬유만 또는 탄소나노섬유가 주로 합성될 수도 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. In the drawings, each device is schematically illustrated for the sake of explanation, and the gas pipes are shown in lines for convenience of description. Like reference numerals in the drawings denote like elements. In the following, the gas phase synthesis apparatus according to the present invention is referred to as carbon nanotube or carbon nanofiber synthesis. Even within the same apparatus, carbon nanotubes alone or carbon nanotubes may be mainly synthesized according to the synthesis conditions and the reaction gas used, or vice versa, that is, carbon nanofibers alone or carbon nanofibers may be mainly synthesized.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유 합성용 기상합성 장치를 개략적으로 나타내고, 도 2는 도 1의 기상합성 장치에 채용되는 보트를 개략적으로 나타내고, 도 3은 도 2의 보트를 위에서 바라본 형상을 개략적으로 나타내고, 도 4는 도 2의 보트를 정면에서 바라본 형상을 개략적으로 나타낸다. 도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 보트의 다른 예를 개략적으로 나타낸다.1 schematically shows a gas phase synthesis apparatus for synthesizing carbon nanotubes or carbon nanofibers according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 schematically shows a boat employed in the gas phase synthesis apparatus of FIG. 1, and FIG. Figure 4 schematically shows the shape of the boat from above, Figure 4 schematically shows the shape of the boat of Figure 2 viewed from the front. 5 to 7 schematically show another example of a boat according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유 합성용 기상합성 장치는 소오스 공급부(100), 합성 반응부(200) 및 배출부(300) 등을 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1, the gas phase synthesis apparatus for synthesizing carbon nanotubes or carbon nanofibers according to the present invention includes a source supply unit 100, a synthesis reaction unit 200, and an exhaust unit 300.
소오스 공급부(100)는 촉매 소오스(source) 공급부(110) 및 반응 소오스 공급부(150)로 구분될 수 있다. 촉매 소오스 공급부(110)는 합성 반응부(200)에 촉매 소오스를 공급하기 위해서 구비된다. 촉매 소오스를 공급하기 위해서 다양한 장치를 사용할 수 있다. 예를 들어, 촉매 소오스 공급부(110)는 기화기(111) 및 운반가스 공급기(113)로 구성될 수 있다.The source supply unit 100 may be divided into a catalyst source supply unit 110 and a reaction source supply unit 150. The catalyst source supply unit 110 is provided to supply a catalyst source to the synthesis reaction unit 200. Various devices can be used to feed the catalyst source. For example, the catalyst source supply unit 110 may be composed of a vaporizer 111 and a carrier gas supply 113.
기화기(111) 내에는 촉매 소오스로 액상의 유기 금속 화합물이 제공되어 진다. 기화기(111)에 유량계(411)를 수반하며 연결되는 운반가스 공급기(113)에 의해서, 기화기(111) 내의 액상의 유기 금속 화합물은 기화된다. 이때, 유량계(125)는 운반가스로 이용되는 비활성 가스, 예컨대, 아르곤 가스(Ar)의 기화기(111)로의 유량을 조절하는 역할을 한다. 상기한 바와 같이 운반 가스 공급기(113)가 아르곤 가스 등을 공급할 경우, 운반 가스 공급기(113)는 아르곤 가스 저장 용기 또는 봄베(bombe)와 같은 비활성 가스 공급기를 포함하여 구성될 수 있다.In the vaporizer 111, a liquid organic metal compound is provided as a catalyst source. The liquid organometallic compound in the vaporizer 111 is vaporized by the carrier gas supply 113 which is connected to the vaporizer 111 with the flow meter 411. At this time, the flow meter 125 serves to adjust the flow rate of the inert gas, for example, argon gas (Ar) to the vaporizer 111 used as a carrier gas. As described above, when the carrier gas supplier 113 supplies argon gas or the like, the carrier gas supplier 113 may include an argon gas storage container or an inert gas supply such as a bomb.
한편, 촉매 소오스로는 Fe(CO)5, Mo(CO)6, Co2(CO)8, (C5H5)2Fe 또는 Ni(CO)5등과 같은 유기 금속 화합물이 이용될 수 있다. 또한, 기화기(111)에서 기화된 촉매 소오스 가스는 운반 가스 공급기(113)로부터 공급된 운반 가스, 예컨대, 아르곤 가스와 같은 비활성 가스에 의해 합성 반응부(200)로 주입된다. 필요에 따라, 메탄, 아세틸렌, 일산화 탄소 또는 이산화 탄소와 같은 가스 또는 이러한 가스와 상기한 아르곤 가스의 혼합 가스를 운반 가스로 사용할 수 있다.Meanwhile, as the catalyst source, an organometallic compound such as Fe (CO) 5 , Mo (CO) 6 , Co 2 (CO) 8 , (C 5 H 5 ) 2 Fe, or Ni (CO) 5 may be used. In addition, the catalyst source gas vaporized in the vaporizer 111 is injected into the synthesis reaction unit 200 by an inert gas such as a carrier gas supplied from the carrier gas supplier 113, for example, argon gas. If necessary, a gas such as methane, acetylene, carbon monoxide or carbon dioxide or a mixture of such gas and argon gas described above can be used as the carrier gas.
더하여, 기화기(111) 만으로 촉매 소오스 가스로의 기화가 어려운 경우, 예컨대, 촉매 소오스로 고체상의 (C5H5)2Fe 등이 사용될 경우에, 기화기(111)와 별도로 300℃ 내지 700℃의 온도로 유지되는 승화기(미도시)를 구비할 수 있다.In addition, in the case where it is difficult to vaporize the catalyst source gas with the vaporizer 111 alone, for example, when a solid phase (C 5 H 5 ) 2 Fe or the like is used as the catalyst source, a temperature of 300 ° C to 700 ° C separately from the vaporizer 111. It may be provided with a sublimer (not shown) to be maintained.
이와 같이 구성되는 촉매 소오스 공급부(110)와 더불어 소오스 공급부(100)를 구성하는 반응 소오스 공급부(150)는 합성 반응부(200) 내에서 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유가 합성되는 반응에 소요되는 반응 소오스를 제공하는 역할을 한다. 이를 위해서, 반응 소오스 공급부(150)는 상기한 합성 반응에 소요되는 여러가스 반응 소오스를 제공하도록 구성된다.In addition to the catalyst source supply unit 110 configured as described above, the reaction source supply unit constituting the source supply unit 100 is a reaction required for synthesizing carbon nanotubes or carbon nanofibers in the synthesis reaction unit 200. It serves to provide the source. To this end, the reaction source supply unit 150 is configured to provide various gas reaction sources for the synthesis reaction described above.
예를 들어, 반응 소오스 공급부(150)는 탄소 소오스 공급기(151)를 포함하여 구성될 수 있다. 탄소 소오스 공급기(151)는 합성 반응부(200) 내에서 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 합성이 수행될 때, 이에 필요한 탄소 소오스를 제공하는 역할을 한다. 이때, 탄소 소오스로는 탄화 수소 가스, 예컨대, 메탄, 에틸렌, 아세틸렌, 사이클로헥산, 벤젠 또는 크실렌 등을 이용할 수 있다. 이러한 탄화 수소 가스를 탄소 소오스로 사용할 경우, 탄소 소오스 공급기(151)는 탄화 수소 저장 용기 또는 봄베를 포함하여 구성될 수 있다.For example, the reaction source supply unit 150 may include a carbon source supply unit 151. The carbon source supplier 151 serves to provide a carbon source necessary for the synthesis of carbon nanotubes or carbon nanofibers in the synthesis reaction unit 200. In this case, as the carbon source, hydrocarbon gas such as methane, ethylene, acetylene, cyclohexane, benzene or xylene may be used. When the hydrocarbon gas is used as the carbon source, the carbon source supplier 151 may include a hydrocarbon storage container or a bomb.
한편, 상기한 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 합성하는 데에는 상기한 탄화 수소 가스 이외에도 여러 보조 가스들이 필요하다. 예를 들어, 수소 가스 등과 같은 보조 반응 가스나 반응 소오스를 운반하거나 희석하는 데 이용되는 아르곤 가스 등과 같은 비활성 가스 등이 상기한 합성에 필요로 한다. 따라서, 반응 소오스 공급부(150)는 아르곤 가스 등을 위한 비활성 가스 공급기(153) 및 수소 가스를 위한 수소 가스 공급기(155)를 더 포함하여 구성될 수 있다.Meanwhile, in order to synthesize the carbon nanotubes or carbon nanofibers, various auxiliary gases are required in addition to the hydrocarbon gas. For example, an auxiliary reaction gas such as hydrogen gas or an inert gas such as argon gas or the like used to transport or dilute the reaction source is required for the synthesis. Accordingly, the reaction source supply unit 150 may further include an inert gas supply 153 for argon gas and the like and a hydrogen gas supply 155 for hydrogen gas.
이와 같이 구성되는 반응 소오스 공급부(150)에 의해서, 합성 반응부(200) 내로 탄화 수소 가스, 수소 가스 및 아르곤 가스 등으로 이루어지는 반응 소오스 가스가 공급된다. 더하여, 소오스 공급부(100)의 가스 배관들에는 여러 개의 밸브가 설치되어 각각의 가스들의 공급 개시 또는 공급 중단을 제어할 수 있다.The reaction source gas consisting of hydrocarbon gas, hydrogen gas, argon gas, or the like is supplied into the synthesis reaction unit 200 by the reaction source supply unit 150 configured as described above. In addition, a plurality of valves may be installed in the gas pipes of the source supply unit 100 to control the start or stop of supply of the respective gases.
소오스 공급부(100)가 일단에 연결되는 합성 반응부(200)는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 합성이 이루어지는 부분이다. 합성 반응부(200)는 반응기(210)를 포함하여 구성되며, 반응기(210) 내에는 보트(260) 및 수집기(250) 등이 도입된다.The synthesis reaction unit 200 in which the source supply unit 100 is connected to one end is a portion where the synthesis of carbon nanotubes or carbon nanofibers is performed. The synthesis reaction unit 200 includes a reactor 210, and the boat 260, the collector 250, and the like are introduced into the reactor 210.
반응기(210)는 수직형 또는 수평형의 로(furnace) 형태일 수 있으며, 석영 또는 그라파이트 등으로 형성될 수 있다. 반응기(210) 앞단에는 소오스 공급부(100)로부터 공급되는 반응 소오스 가스 및 촉매 소오스 가스 등이 주입되는 주입구(212)가 설치되며, 반응기(210)의 뒷단에는 반응 후에 잔류하는 가스의 배출을 위한 배기구(214)가 구비된다.The reactor 210 may have a vertical or horizontal furnace shape, and may be formed of quartz, graphite, or the like. An injection port 212 into which a reaction source gas and a catalyst source gas supplied from the source supply unit 100 is injected is provided at the front end of the reactor 210, and an exhaust port for discharging the gas remaining after the reaction is provided at the rear end of the reactor 210. 214 is provided.
반응기(210)는 두 개의 서로 다른 온도 영역을 구비할 수 있다. 예컨대, 저온 영역(220)과 고온 영역(230)을 반응기(210)는 구비할 수 있다. 반응기(210)의 앞단, 즉, 주입구(212) 측에 인접한 저온 영역(220)은 주입구(212)로부터 공급되는 촉매 소오스 가스를 열분해시켜, 나노 크기의 전이 금속 입자 형태의 촉매를 형성하기 위한 영역으로 제공된다. 반응기(200)의 뒷단, 즉, 배기구(214)측에 인접한 고온 영역(230)은 상기한 촉매와 함께 제공되는 탄소 소오스 가스가 열 분해되어 촉매 입자 상에서 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유가 합성되는 영역으로 제공된다.Reactor 210 may have two different temperature zones. For example, the reactor 210 may include a low temperature region 220 and a high temperature region 230. The front end of the reactor 210, that is, the low temperature region 220 adjacent to the inlet 212, is a region for pyrolyzing the catalyst source gas supplied from the inlet 212 to form a catalyst in the form of nano-sized transition metal particles. Is provided. The rear end of the reactor 200, that is, the high temperature region 230 adjacent to the exhaust port 214, is a region where carbon nanotubes or carbon nanofibers are synthesized on the catalyst particles by thermal decomposition of the carbon source gas provided with the catalyst. Is provided.
저온 영역(220)과 고온 영역(230)은 반응기(210)의 외주에 각각 설치되어 있는 제1 및 제2 히터(heater)들(225, 235)에 의해 영역 내의 온도가 일정 온도로 유지된다. 제1 히터(225)와 제2 히터(235)는 단열재(미도시)를 사이에 두고 서로 격리되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 저온 영역(220) 및 고온 영역(230)에는 각각 열전대(thermocouple;미도시)가 장착되어 있어, 이들 영역에서의 온도를 검출하는 것이 바람직하다.In the low temperature region 220 and the high temperature region 230, the temperature in the region is maintained at a constant temperature by the first and second heaters 225 and 235 installed on the outer circumference of the reactor 210, respectively. The first heater 225 and the second heater 235 are preferably isolated from each other with a heat insulating material (not shown) therebetween. Thermocouples (not shown) are mounted in the low temperature region 220 and the high temperature region 230, respectively, and it is preferable to detect the temperature in these regions.
합성 반응 시, 저온 영역(220)은, 촉매 소오스 가스, 예컨대, 상기한 유기 금속 화합물 가스를 열분해시켜 전이 금속 입자 형태의 촉매를 형성하기에 적절한 온도인 150℃ ∼ 450 ℃의 온도, 바람직하기로는 200℃ ∼ 450 ℃의 온도로 유지된다. 고온 영역(230)은 탄소 소오스 가스, 예컨대, 탄화 수소 가스가 열 분해되기에 적절한 온도인 700℃ ∼ 1250 ℃의 온도, 바람직하기로는 850℃ ∼ 1050 ℃의 온도로 유지된다.In the synthesis reaction, the low temperature region 220 is a temperature of 150 ° C. to 450 ° C., preferably a temperature suitable for pyrolyzing the catalyst source gas, for example, the organometallic compound gas described above to form a catalyst in the form of transition metal particles. It is maintained at the temperature of 200 degreeC-450 degreeC. The high temperature region 230 is maintained at a temperature of 700 ° C. to 1250 ° C., preferably 850 ° C. to 1050 ° C., which is a temperature suitable for thermal decomposition of carbon source gas, such as hydrocarbon gas.
반응기(210)내로의 반응 소오스 가스 및 촉매 소오스 가스의 주입은 주입구(212)에 연결되는 분사기(240)를 통해서 이루어지는 것이 바람직하다. 이는, 반응 소오스 가스 또는 촉매 소오스 가스를 반응기(210) 내로 균일하게 분사하기 위해서이다. 특히, 촉매 소오스 가스로부터 형성되는 나노 크기의 입자 형태의 촉매가 반응기(210) 내의 전 영역에 균일하게 분포하기 위해서는 상기한 바와 같은 분사기(240)를 통해 촉매 소오스 가스가 반응기(210) 내에 주입되는 것이 바람직하다.Injection of the reaction source gas and the catalyst source gas into the reactor 210 is preferably via an injector 240 connected to the inlet 212. This is to inject the reaction source gas or the catalyst source gas uniformly into the reactor 210. In particular, the catalyst source gas is injected into the reactor 210 through the injector 240 as described above in order to uniformly distribute the catalyst in the form of nano-sized particles formed from the catalyst source gas throughout the reactor 210. It is preferable.
분사기(240)는 촉매 소오스 가스를 반응로(210)내에 균일하게 분사함으로써, 일정한 나노 크기의 입자 형태의 촉매들이 형성되도록 유도할 수 있다. 이에 따라, 일정한 직경의 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 합성 또는 생성이 가능해진다. 따라서, 분사기(240)는 촉매 소오스 가스의 열분해가 일어나는 영역인 저온 영역(220)에 대응하는 위치 또는 저온 영역(220)의 앞쪽 위치에 설치되는 것이 바람직하다.The injector 240 may uniformly inject the catalyst source gas into the reactor 210 to induce the formation of catalysts in the form of particles having a certain nano size. Accordingly, the synthesis or production of carbon nanotubes or carbon nanofibers having a constant diameter is possible. Therefore, the injector 240 is preferably installed at a position corresponding to the low temperature region 220 or the front position of the low temperature region 220 where pyrolysis of the catalyst source gas occurs.
이러한 분사기(240)로는 노즐(nozzle) 또는 샤워헤드(shower head)가 이용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 노즐로는 스프레이(spray) 형태의 슬릿 노즐(slit nozzle)을 이용할 수 있으며, 샤워 헤드로는 분사공이 표면에 다수 형성된 원반 형태의 샤워 헤드를 이용할 수 있다.As the injector 240, a nozzle or a shower head is preferably used. For example, a slit nozzle in the form of a spray may be used as a nozzle, and a disk-shaped shower head having a plurality of injection holes may be used as a shower head.
한편, 반응기(210)의 뒷단, 예컨대, 고온 영역(230)의 뒷부분에는 합성된 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 수집하기 위한 수집기(250)가 설치된다. 수집기(250)는 강철 섬유(stainless steel fiber) 또는 석영면(quartz wool)으로 제조되는 트레이(tray)를 이용할 수 있다. 반응기(210)내에서 합성되는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유는 대부분 수집기(240)에 수집된다.Meanwhile, a collector 250 for collecting the synthesized carbon nanotubes or carbon nanofibers is installed at the rear end of the reactor 210, for example, at the rear of the high temperature region 230. The collector 250 may use a tray made of stainless steel fiber or quartz wool. Most of the carbon nanotubes or carbon nanofibers synthesized in the reactor 210 are collected in the collector 240.
그러나, 촉매는 촉매 소오스 가스가 상술한 바와 같이 반응기(210) 내로 분사되고 열분해되어 형성되므로, 반응기(210)의 벽면 상에도 상기한 바와 같은 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유가 수집될 수 있다. 예를 들어, 촉매들은 상기한 반응기(210) 내의 벽면에도 존재할 수 있으므로, 이러한 반응기(210) 내의 벽면 상에서도 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 합성이 가능하다.However, since the catalyst source gas is injected into the reactor 210 and pyrolyzed as described above, carbon nanotubes or carbon nanofibers as described above may be collected on the wall of the reactor 210. For example, since the catalysts may also be present on the wall surface of the reactor 210, the synthesis of carbon nanotubes or carbon nanofibers is possible on the wall surface of the reactor 210.
그러나, 반응기(210)의 벽면은 한정된 표면적을 가지므로, 이와 같이 수집되는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 수율을 극대화하기가 어렵다. 따라서, 단위 시간 당 반응기(210) 내부에서 생성되는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 생산 수율을 극대화하기가 어렵다.However, since the wall surface of the reactor 210 has a limited surface area, it is difficult to maximize the yield of carbon nanotubes or carbon nanofibers thus collected. Therefore, it is difficult to maximize the production yield of carbon nanotubes or carbon nanofibers produced in the reactor 210 per unit time.
본 발명의 실시예에서는 이러한 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 생산 수율을 극대화하기 위해서, 반응기(210) 내부에 보트(boat:260)를 도입하는 바를 제시한다. 보트(260)는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유가 수집될 수 있는 상기한 바와 같은 반응기(210)의 벽면과 같은 환경 또는 위치(site)를 보다 많이 제공하기 위해서 도입된다.In the embodiment of the present invention, in order to maximize the production yield of the carbon nanotubes or carbon nanofibers, a bar (boat) 260 is introduced into the reactor 210. The boat 260 is introduced to provide more environment or site, such as the wall surface of the reactor 210 as described above where carbon nanotubes or carbon nanofibers can be collected.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 제시되는 보트(260)의 일례는, 석영 또는 그라파이트 등과 같이 고온에서 안정된 재질로 형성된다. 보트(260)는 표면적의 극대화를 위해서, 다수의 판(261)을 상호간에 일정 간격 이격시켜 형성되며, 이러한 판(261)들은 체결 수단(265), 예컨대, 가로대에 의해서 상호간에 일정 간격 이격되게 겹쳐진다. 이러한 판(261)들은 다양한 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 판(261)들은 직사각형의 판형을 가질 수 있다. 이러한 보트(260)는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 반응기(210) 내에서 반응 소오스 가스의 주입 방향과 평행하도록 배열된 판(261)들로 구성될 수 있다.2 to 4, an example of the boat 260 presented in the embodiment of the present invention is formed of a material that is stable at high temperature, such as quartz or graphite. The boat 260 is formed by spaced apart from each other by a plurality of plates 261 to maximize the surface area, these plates 261 are spaced from each other by a fastening means 265, for example crossbars. Overlaps. These plates 261 may have various shapes. For example, the plates 261 may have a rectangular plate shape. The boat 260 may be composed of plates 261 arranged in parallel with the injection direction of the reaction source gas in the reactor 210 as shown in FIGS. 2 to 4.
한편, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 보트(260)의 다른 예는 원형의 판(261a)들과 이들을 체결시키는 가로대와 같은 체결 수단(265a) 등으로 구성될 수 있다. 이러한 보트(260)는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 상기한 반응 소오스 가스의 주입 방향과 일정 각도로 배열된, 예컨대, 수직으로 배열된 판(261a)들로 구성될 수 있다.Meanwhile, referring to FIGS. 5 to 7, another example of the boat 260 according to the embodiment of the present invention may include a circular plate 261a and a fastening means 265a such as a horizontal bar for fastening them. have. The boat 260 may be composed of, for example, plates 261a arranged vertically at an angle with the injection direction of the reaction source gas as shown in FIGS. 5 to 7.
다시 도 1을 참조하면, 상술한 바와 같이 제시된 보트(260)를 반응기(210) 내에 도입함으로서, 반응기(210)의 벽면과 같은 환경 또는 위치(site)를 보다 많이 제공할 수 있다. 따라서, 반응기(210) 내에서 합성 생성되는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유들을 상기한 보트(260)의 판(261)들의 표면에서도 수집할 수 있다. 이에 따라, 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 생산 수율을 극대화할 수 있다.Referring again to FIG. 1, introducing the boat 260 presented above into the reactor 210 may provide more environment or site, such as a wall of the reactor 210. Accordingly, carbon nanotubes or carbon nanofibers synthesized in the reactor 210 may be collected on the surface of the plates 261 of the boat 260 described above. Accordingly, it is possible to maximize the production yield of carbon nanotubes or carbon nanofibers.
한편, 이러한 보트(260)의 판(261)의 표면 또는 반응기(210)의 벽면 표면에 수집되는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유는, 석영, 그라파이트 또는 금속 재질의 날카로운 면이 부착된 기구를 사용하여 긁어내어져 수집될 수 있다.On the other hand, the carbon nanotubes or carbon nanofibers collected on the surface of the plate 261 of the boat 260 or the wall surface of the reactor 210, using a mechanism with a sharp surface of quartz, graphite or metal Can be scraped off and collected.
한편, 반응기(210) 내부에서 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 합성 후 잔류한 가스 등을 배출하기 위한 배출부(300)가 반응기(210)의 배기구(214)에 연결된다. 배출부(300)는 잔류 가스에 포함되어 배출되는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 걸러내기 위한 필터(310)를 포함할 수 있다.On the other hand, the discharge unit 300 for discharging the gas remaining after the synthesis of carbon nanotubes or carbon nanofibers in the reactor 210 is connected to the exhaust port 214 of the reactor 210. The discharge part 300 may include a filter 310 for filtering out carbon nanotubes or carbon nanofibers discharged by being included in the residual gas.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 기상합성 장치를 이용하여 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 합성한 실험예를 설명함으로써 본 발명에 따른 기상합성 장치와 이를 사용한 합성 방법을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the gas phase synthesis apparatus according to the present invention and a synthesis method using the same will be described in more detail by explaining an experimental example of synthesizing carbon nanotubes or carbon nanofibers using the gas phase synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.
지름이 150mm이고 길이가 1500mm이고, 기상합성이 진행되는 고온 영역(230)의 길이가 600mm인 반응기(210)를 사용하여 탄소나노튜브를 합성하였다. 먼저, 저온 영역(220)의 온도를 300℃로 설정하고, 고온 영역(230)의 온도를 850℃ 내지 950℃ 정도가 되도록 히터(225, 235)를 이용하여 온도를 상승시켰다. 반응기(210)의 온도가 설정된 온도까지 상승하는 동안, 비활성 가스 공급기(153)로부터 500㎖/min의 유량으로 아르곤 가스를 반응기(210)로 흘려보냈다.Carbon nanotubes were synthesized using a reactor 210 having a diameter of 150 mm, a length of 1500 mm, and a length of 600 mm in the high temperature region 230 in which gas phase synthesis proceeds. First, the temperature of the low temperature region 220 was set to 300 ° C., and the temperature was raised by using the heaters 225 and 235 to set the temperature of the high temperature region 230 to about 850 ° C. to 950 ° C. While the temperature of the reactor 210 rose to a set temperature, argon gas was flowed from the inert gas supply 153 to the reactor 210 at a flow rate of 500 ml / min.
기화기(111)에 촉매 소오스로 유기 금속 화합물인 액상의 Fe(CO)5를 담고, 운반 가스 공급기(113)로부터 비활성 가스, 예컨대, 아르곤 가스를 500㎖/min의 유량으로 기화기(111) 내부로 공급하여 기화기(111) 내부에서 기화된 촉매 소오스 가스를 반응기(210)로 수송되도록 하였다. 수송된 촉매 소오스 가스는 분사기(240),예컨대, 샤워 헤드를 통해서 반응기(210) 내로 주입되었으며, 이러한 촉매 소오스 가스의 주입과 함께 수소 가스 공급기(155)로부터 수소 가스를 1.5ℓ/min의 유량으로 반응기(210) 내로 공급하였으며, 아르곤 가스를 비활성 가스 공급기(153)로부터 10ℓ/min의 유량으로 반응기(210) 내로 공급하였다.The vaporizer 111 contains a liquid Fe (CO) 5 as an organic metal compound as a catalyst source, and inert gas such as argon gas from the carrier gas supply 113 into the vaporizer 111 at a flow rate of 500 ml / min. It was supplied to transport the catalyst source gas vaporized in the vaporizer 111 to the reactor 210. The transported catalyst source gas was injected into the reactor 210 through an injector 240, such as a shower head, and with the injection of this catalyst source gas, hydrogen gas from the hydrogen gas supply 155 at a flow rate of 1.5 l / min. Argon gas was fed into reactor 210 and argon gas was fed into reactor 210 from inert gas supply 153 at a flow rate of 10 l / min.
이와 같은 공정 조건으로 기상합성을 실시하여 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 연속적으로 합성하였다. 합성 반응 종료 후, 반응기(210) 내벽과 보트(260)의 판(261)들의 표면에 성장되거나 수집된 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 날카로운 면이 부착된 기구를 이용하여 긁어내어 수집한다. 또한, 반응기(210) 내부에서 기상에서 합성된 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유는 반응기(210) 뒷단에 설치된 수집기(250)로부터 수집된다.Gas phase synthesis was carried out under such process conditions to continuously synthesize carbon nanotubes or carbon nanofibers. After completion of the synthesis reaction, carbon nanotubes or carbon nanofibers grown or collected on the inner wall of the reactor 210 and the surfaces of the plates 261 of the boat 260 are scraped off by using a device having a sharp surface. In addition, the carbon nanotubes or carbon nanofibers synthesized in the gas phase inside the reactor 210 are collected from the collector 250 installed at the rear of the reactor 210.
이상에서, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 설명하였으나 이러한 구성과 실시예는 본 발명을 예시하는 것이지 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안되며, 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.In the above, the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, but these configurations and embodiments are intended to illustrate the present invention and should not be construed as limiting the present invention, and those skilled in the art should understand the scope of the present invention. It will be understood that various changes are possible within.
본 발명에 따르면, 반응기 내부에 여러 개의 판이 결합된 보트를 배치하여 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 합성함으로써, 반응기 내벽이외에도 넓은 표면적을 갖는 보트의 표면에 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 합성할 수 있다. 이에 따라, 수 nm ∼ 수백 nm의 직경을 가지는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 합성 수율을 증가시키는 것이 가능하다. 또한, 반응기 상부에 노즐 또는 샤워헤드를 설치함으로써, 열분해된 전이 금속의 입자로 이루어지는 촉매를 반응기 내부에 효과적으로 분산시켜 일정 크기를 갖는 탄소나노튜브를 성장할 수 있다.According to the present invention, carbon nanotubes or carbon nanofibers are synthesized by arranging boats in which several plates are combined inside the reactor, thereby synthesizing carbon nanotubes or carbon nanofibers on the surface of the boat having a large surface area in addition to the inner wall of the reactor. have. Accordingly, it is possible to increase the synthetic yield of carbon nanotubes or carbon nanofibers having a diameter of several nm to several hundred nm. In addition, by installing a nozzle or a shower head in the upper portion of the reactor, it is possible to effectively disperse the catalyst consisting of particles of pyrolyzed transition metal in the reactor to grow a carbon nanotube having a certain size.
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