KR100562975B1 - 나노튜브의 제조방법 및 이 방법을 이용하여 제조된나노튜브, 나노튜브의 제조장치, 나노튜브의 패턴화 방법및 이 방법을 이용하여 패턴화된 나노튜브 기재 및 이패턴화된 나노튜브 기재를 이용한 전자방출원 - Google Patents
나노튜브의 제조방법 및 이 방법을 이용하여 제조된나노튜브, 나노튜브의 제조장치, 나노튜브의 패턴화 방법및 이 방법을 이용하여 패턴화된 나노튜브 기재 및 이패턴화된 나노튜브 기재를 이용한 전자방출원 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100562975B1 KR100562975B1 KR1020010072610A KR20010072610A KR100562975B1 KR 100562975 B1 KR100562975 B1 KR 100562975B1 KR 1020010072610 A KR1020010072610 A KR 1020010072610A KR 20010072610 A KR20010072610 A KR 20010072610A KR 100562975 B1 KR100562975 B1 KR 100562975B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- carbon material
- arc discharge
- arc
- nanotubes
- Prior art date
Links
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 169
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 80
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000000059 patterning Methods 0.000 title abstract description 16
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 70
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 47
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 70
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 69
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 51
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 51
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 42
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 claims 1
- 241000656145 Thyrsites atun Species 0.000 abstract description 46
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 13
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000008280 blood Substances 0.000 abstract 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 238000001241 arc-discharge method Methods 0.000 description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 239000002116 nanohorn Substances 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 Mo and W. Among them Chemical class 0.000 description 2
- 239000011852 carbon nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 232Th Chemical compound [232Th] ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical group [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/16—Preparation
- C01B32/162—Preparation characterised by catalysts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
- H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
- B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
- B01J2219/0809—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes employing two or more electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
- B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
- B01J2219/0816—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes involving moving electrodes
- B01J2219/082—Sliding electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
- B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
- B01J2219/0822—The electrode being consumed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
- B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
- B01J2219/0824—Details relating to the shape of the electrodes
- B01J2219/0826—Details relating to the shape of the electrodes essentially linear
- B01J2219/083—Details relating to the shape of the electrodes essentially linear cylindrical
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
- B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
- B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
- B01J2219/0837—Details relating to the material of the electrodes
- B01J2219/0839—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0873—Materials to be treated
- B01J2219/0881—Two or more materials
- B01J2219/0886—Gas-solid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0873—Materials to be treated
- B01J2219/0892—Materials to be treated involving catalytically active material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
- H01J2201/30—Cold cathodes
- H01J2201/304—Field emission cathodes
- H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
- H01J2201/30453—Carbon types
- H01J2201/30469—Carbon nanotubes (CNTs)
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/70—Nanostructure
- Y10S977/734—Fullerenes, i.e. graphene-based structures, such as nanohorns, nanococoons, nanoscrolls or fullerene-like structures, e.g. WS2 or MoS2 chalcogenide nanotubes, planar C3N4, etc.
- Y10S977/742—Carbon nanotubes, CNTs
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/842—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
- Y10S977/844—Growth by vaporization or dissociation of carbon source using a high-energy heat source, e.g. electric arc, laser, plasma, e-beam
Abstract
본 발명은 나노튜브의 제조방법 및 이 방법을 이용하여 제조된 나노튜브, 나노튜브의 제조장치, 나노튜브의 패턴화 방법 및 이 방법을 이용하여 패턴화된 나노튜브 기재 및 이 패턴화된 나노튜브 기재를 이용한 전자방출원에 관한 것으로서, 프로세스 용기 등을 반드시 필요로 하지 않고, 용접용 아크 토치(arc torch) 또는 유사한 구조를 가진 장치를 이용한 아크방전에 의해 흑연을 주성분으로 한 피(被)아크재의 표면을 순식간에 나노튜브로 변형시키고, 전자방출원을 작성하기 위한 방법을 제공하며, 그 제조장치를 제공하고, 또 피(被)아크재 표면의 일부 또는 부분적으로 나노튜브로 변형시키고, 패터닝된 전자방출원을 제조하는 방법을 제공하고, 그 제조장치를 제공하기 위해서, 제 1 전극인 아크 토치(1)의 토치전극(10)과, 제 2 전극인 흑연판을 이용한 피아크재(2)를 대향배치하고, 양전극간에 전위를 인가하여 아크방전을 발생시키고, 피아크재(2) 상에는 개구 패턴을 갖는 마스크(13)가 실려 있고, 마스크(13)의 개구부에 있는 피아크재(2) 표면의 흑연만이 아크(4)에 노출되어 나노튜브로 변화하는 것을 특징으로 한다.
Description
도 1은 나노튜브의 제조(패턴화)장치의 개략을 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 나노튜브의 제조(패턴화)장치의 부분확대 단면도,
도 3은 특정 부분에 나노튜브를 형성(패턴화)하는 방법의 한 예를 나타낸 도면,
도 4는 도 3의 방법에 의해 성장한 나노튜브를 나타낸 도면,
도 5는 특정 부분에 나노튜브를 형성(패턴화)하는 방법의 다른 예를 나타낸 도면,
도 6은 도 5의 방법에 의해 성장한 나노튜브를 나타낸 도면,
도 7은 도 6의 점선부분의 확대도,
도 8은 직류 아크운전으로 Ni/Y금속을 함유한 흑연표면에 가공형성한 나노튜브를 나타낸 도면 및
도 9는 교류 아크운전으로 순흑연 표면에 가공형성한 나노튜브를 나타낸 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 아크 토치 2: 피아크재
3: 수냉벤치 4: 아크
5: 전원 6: 가스봄베
7: 가스조정기 및 유량계 8: 아크 토치의 선단부
9: 아크 토치의 노즐 10: 토치전극
11: 전극 홀더 12: 포위가스
13: 마스크 14: 나노튜브의 성장부분
15: 촉매금속
본 발명은 나노튜브의 제조방법 및 그 방법을 이용하여 제조된 나노튜브, 나노튜브의 제조장치, 나노튜브의 패턴화 방법 및 그 방법을 이용하여 패턴화된 나노튜브 기재(基材) 및 그 패턴화된 나노튜브 기재를 이용한 전자방출원에 관한 것이다.
전계전자방출원은 가열을 필요로 하는 열전자방출원과 비교하여 에너지가 절약되고 장수명이다.
현재, 전계전자방출원의 재료에는 실리콘 등의 반도체, Mo, W와 같은 금속 이외에 나노튜브가 있다. 그 중에서도 나노튜브는 그 자체가 전계를 집중시키는데 충분한 사이즈와 예리함을 갖고, 화학적으로 안정되며, 기계적 강도도 우수한 특징을 나타내기 때문에 전계전자방출원으로서 유망하다.
종래의 나노튜브의 제조방법에는 레이저 애블레이션(ablation)법, 불활성 가스 중의 흑연전극 사이의 아크방전법, 탄화수소가스를 이용한 CVD법(Chemical Vapor Deposition) 등이 있다. 그 중에서도 아크 방전법으로 제조한 나노튜브는 원자배열의 결함이 적어 전계전자방출원으로는 적합하다.
종래의 아크방전법의 프로세스는 이하와 같다.
2개의 흑연전극을 용기내에 대향하여 배치한 후, 용기를 일단 배기하고, 그 후 불활성 가스를 도입하여 아크를 발생시킨다. 아크의 양극은 격렬하게 증발하고, 매연(soot)을 발생시키며, 또 음극표면에 퇴적한다. 몇 분 이상 아크를 지속시키고, 그 후 장치를 대기해방하여 음극퇴적물을 뽑아내거나, 또는 음극퇴적물을 회수한다.
음극퇴적물은 나노튜브를 포함하는 소프트코어와 나노튜브를 포함하지 않는 하드셀로 구성되어 있다.
또, 양극에 촉매금속을 함유한 흑연을 이용한 경우, 매연 중에 나노튜브가 존재한다.
소프트코어 또는 매연에서 나노튜브를 뽑아내어 그 나노튜브를 기판에 부착(carrying)하여 전자방출원으로 한다.
종래의 아크방전법에 있어서 나노튜브 제조 및 전자방출원 제조의 문제점은 이하와 같다.
진공용기, 진공배기장치, 불활성 가스 도입장치가 필요하고, 장치비용이 비교적 높다.
배기, 대기해방을 반복하지 않으면 안되기 때문에 공정이 길다.
프로세스 종료후, 음극퇴적물의 회수 또는 매연의 회수 및 장치의 청소를 하지 않으면 안 되기 때문에 연속 대량생산에는 부적합하다.
또, 이 방법으로 생성한 나노튜브를 이용한 전자방출소자를 작성하기 위해서는 소프트코어와 하드셀의 분리, 매연에서의 단리(單離), 정제, 기판으로의 부착 등 더욱 많은 공정이 필요하다는 문제도 있다.
본 발명은 프로세스 용기 등을 반드시 필요로 하지 않고, 용접용 아크 토치 또는 유사한 구조를 가진 장치를 이용한 아크방전에 의해 흑연을 주성분으로 한 피아크재의 표면을 순식간에 나노튜브로 변형시키고, 전자방출원을 작성하기 위한 방법을 제공하여 그 제조장치를 제공하는 것이다.
또, 피아크재 표면의 일부 또는 부분적으로 나노튜브로 변형시켜 패터닝된 전자방출원을 제조하는 방법을 제공하여 그 제조장치를 제공하는 것이다.
청구항 1에 기재한 나노튜브의 제조방법은 제 1 전극과, 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극을 대기중에서 대향배치하는 공정과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 아크방전을 발생시키는 공정과, 상기 제 2 전극의 소정 영역의 탄소재료를 동일한 상기 소정 영역에 대해 3초 정도 또는 그 이하의 방전시간을 갖는 상기 아크방전에 의해 상기 제 2 전극의 표면에서 나노튜브로 바꾸는 공정을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 2에 기재한 나노튜브의 제조방법은 청구항 1에 기재한 나노튜브의 제조방법에 있어서,
상기 제 1 전극이 아크 토치에 설치된 토치전극이고, 상기 토치전극과 상기 제 2 전극을 상대이동시키면서 상기 제 2 전극의 소정 영역의 탄소재료를 상기 아크방전에 의해 나노튜브로 바꾸는 공정을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 3에 기재한 나노튜브의 제조방법은 청구항 1 또는 2에 기재한 나노튜브의 제조방법에 있어서,
상기 제 2 전극은 기재(基材) 표면에 설치되어 있고, 상기 기재를 냉각부재에 의해 유지하고, 상기 기재를 상기 냉각부재에 의해 냉각하면서, 상기 제 2 전극의 소정영역의 탄소재료를 상기 아크방전에 의해 나노튜브로 바꾸는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 4에 기재한 나노튜브의 제조방법은 청구항 1 또는 2 기재한 나노튜브의 제조방법에 있어서,
적어도 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극과 양전극간에 발생한 아크방전영역을 포위부재로 덮으면서, 상기 제 2 전극의 소정 영역의 탄소재료를 상기 아크방전에 의해 나노튜브로 바꾸는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 5에 기재한 나노튜브의 제조방법은 청구항 1 또는 2에 기재한 나노튜 브의 제조방법에 있어서,
상기 제 2 전극의 탄소재료가 흑연, 활성탄, 무정형 탄소(amorphous carbon) 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 6에 기재한 나노튜브의 제조방법은 제 1 전극과, 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극을 대기중에서 대향배치하는 공정과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 아크방전을 발생시키는 공정과, 상기 제 2 전극의 소정 영역의 탄소재료를 동일한 상기 소정 영역에 대해 3초 정도 또는 그 이하의 방전시간을 갖는 상기 아크방전에 의해 상기 제 2 전극의 표면에서 나노튜브로 바꾸는 공정을 구비하고, 상기 제 2 전극이 촉매금속을 함유하고 있는 탄소재료, 촉매금속이 표면에 형성되어 있는 탄소재료, B 및 촉매금속을 함유하고 있는 탄소재료, B가 표면에 형성되어 있는 탄소재료, 또는 B 및 촉매금속이 표면에 형성되어 있는 탄소재료 중 어느 하나인 것을 특징으로 하고 있다.
삭제
청구항 7에 기재한 나노튜브의 제조방법은 청구항 6에 기재한 나노튜브의 제조방법에 있어서,
상기 촉매금속이 Li, B, Mg, Al, Si, P, S, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Y, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, In, Sn, Sb, La, Hf, Ta, W, Os, Pt 또는 이들 산화물, 질화물, 탄화물, 황화물, 염화물, 황산화합물, 질산화합물 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 8에 기재한 나노튜브의 제조방법은 청구항 1 또는 2에 기재한 나노튜브의 제조방법에 있어서,
상기 아크방전의 발생영역에 가스를 공급하면서 상기 아크방전을 실행하는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 9에 기재한 나노튜브의 제조방법은 청구항 4에 기재한 나노튜브의 제조방법에 있어서,
상기 아크방전의 발생영역에 가스를 공급하면서 상기 아크방전을 실행하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 아크방전의 발생영역에 가스를 공급하면서 상기 아크방전을 실행하는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 10에 기재한 나노튜브의 제조방법은 청구항 8에 기재한 나노튜브의 제조방법에 있어서,
상기 가스는 Ar, He 등의 희가스, 공기, 질소가스, 탄산가스, 산소가스, 수소가스 또는 이들 혼합가스인 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 11에 기재한 나노튜브의 제조방법은 청구항 9에 기재한 나노튜브의 제조방법에 있어서,
상기 가스는 Ar, He 등의 희가스, 공기, 질소가스, 탄산가스, 산소가스, 수소가스 또는 이들 혼합가스인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 가스는 Ar, He 등의 희가스, 공기, 질소가스, 탄산가스, 산소가스, 수소가스 또는 이들 혼합가스인 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 11에 기재한 나노튜브의 제조방법은 청구항 9에 기재한 나노튜브의 제조방법에 있어서,
상기 가스는 Ar, He 등의 희가스, 공기, 질소가스, 탄산가스, 산소가스, 수소가스 또는 이들 혼합가스인 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 12에 기재한 나노튜브의 제조방법은 청구항 1 또는 2에 기재한 나노튜브의 제조방법에 있어서,
상기 제 1 전극이 흑연, 또는 W(텅스텐)을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 13에 기재한 나노튜브의 제조방법은 청구항 1 또는 2에 기재한 나노튜브의 제조방법에 있어서,
상기 아크방전을 직류 또는 직류펄스로 운전하고, 상기 제 2 전극을 아크방전의 양극으로 하는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 14에 기재한 나노튜브의 제조방법은 청구항 1 또는 2에 기재한 나노튜브의 제조방법에 있어서,
상기 아크방전을 교류 또는 교류펄스로 운전하는 것을 특징으로 하고 있다.
삭제
청구항 15에 기재한 나노튜브의 제조장치는 노즐과, 상기 노즐내에 수용된 제 1 전극으로서 이용하는 토치 전극과, 상기 노즐내에 수용된 상기 토치 전극을 유지하는 전극 홀더와, 상기 노즐과 상기 전극 홀더 사이의 가스의 유로로 구성된 선단부를 갖는 아크 토치와, 상기 제 1 전극과, 탄소재료 또는 촉매금속을 함유하고 있는 탄소재료 또는 촉매금속이 표면에 형성되어 있는 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극이 대기중에 소정 간격으로 유지되어 이루어지는 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 제 2 전극의 소정 영역에 아크방전을 발생시키고, 상기 아크방전에 의해 상기 소정 영역의 탄소재료를 상기 제 2 전극의 표면에서 나노튜브로 바꾸기 위한 전원으로 이루어진 아크발생수단과, 상기 아크방전의 발생영역에 상기 유로로부터 가스를 공급하는 가스 공급수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 16에 기재한 나노튜브의 제조장치는 노즐과, 상기 노즐내에 수용된 제 1 전극으로서 이용하는 토치 전극과, 상기 노즐내에 수용된 상기 토치 전극을 유지하는 전극 홀더와, 상기 노즐과 상기 전극 홀더 사이의 가스의 유로로 구성된 선단부를 갖는 아크 토치와, 상기 제 1 전극과, 탄소재료 또는 촉매금속을 함유하고 있는 탄소재료 또는 촉매금속이 표면에 형성되어 있는 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극이 대기중에 소정 간격으로 유지되어 이루어지는 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 제 2 전극의 소정 영역에 아크방전을 발생시키고, 상기 아크방전에 의해 상기 소정 영역의 탄소재료를 상기 제 2 전극의 표면에서 나노튜브로 바꾸기 위한 전원으로 이루어진 아크발생수단과, 상기 아크방전의 발생영역에 상기 유로로부터 가스를 공급하는 가스 공급수단을 구비하고, 상기 제 1 전극이 아크 토치에 설치된 토치전극이고, 상기 토치전극과 상기 제 2 전극을 상대이동시키는 이동수단을 추가로 구비하고, 상기 토치전극과 상기 제 2 전극을 상대이동시키면서, 상기 토치전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 제 2 전극의 소정 영역에 아크방전을 발생시키고, 상기 아크방전에 의해 상기 소정영역의 탄소재료를 나노튜브로 바꾸는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 17에 기재한 나노튜브의 제조장치는 노즐과, 상기 노즐내에 수용된 제 1 전극으로서 이용하는 토치 전극과, 상기 노즐내에 수용된 상기 토치 전극을 유지하는 전극 홀더와, 상기 노즐과 상기 전극 홀더 사이의 가스의 유로로 구성된 선단부를 갖는 아크 토치와, 상기 제 1 전극과, 탄소재료 또는 촉매금속을 함유하고 있는 탄소재료 또는 촉매금속이 표면에 형성되어 있는 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극이 대기중에 소정 간격으로 유지되어 이루어지는 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 제 2 전극의 소정 영역에 아크방전을 발생시키고, 상기 아크방전에 의해 상기 소정 영역의 탄소재료를 상기 제 2 전극의 표면에서 나노튜브로 바꾸기 위한 전원으로 이루어진 아크발생수단과, 상기 아크방전의 발생영역에 상기 유로로부터 가스를 공급하는 가스 공급수단을 구비하고, 상기 제 2 전극이 기재표면에 설치되어 있고, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 소정 간격으로 유지하는 유지수단이 상기 기재를 냉각하기 위한 냉각수단을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 17에 기재한 나노튜브의 제조장치는 노즐과, 상기 노즐내에 수용된 제 1 전극으로서 이용하는 토치 전극과, 상기 노즐내에 수용된 상기 토치 전극을 유지하는 전극 홀더와, 상기 노즐과 상기 전극 홀더 사이의 가스의 유로로 구성된 선단부를 갖는 아크 토치와, 상기 제 1 전극과, 탄소재료 또는 촉매금속을 함유하고 있는 탄소재료 또는 촉매금속이 표면에 형성되어 있는 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극이 대기중에 소정 간격으로 유지되어 이루어지는 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 제 2 전극의 소정 영역에 아크방전을 발생시키고, 상기 아크방전에 의해 상기 소정 영역의 탄소재료를 상기 제 2 전극의 표면에서 나노튜브로 바꾸기 위한 전원으로 이루어진 아크발생수단과, 상기 아크방전의 발생영역에 상기 유로로부터 가스를 공급하는 가스 공급수단을 구비하고, 상기 제 2 전극이 기재표면에 설치되어 있고, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 소정 간격으로 유지하는 유지수단이 상기 기재를 냉각하기 위한 냉각수단을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
삭제
청구항 18에 기재한 나노튜브의 제조장치는 청구항 15 내지 17중 어느 하나에 기재한 나노튜브의 제조장치에 있어서, 적어도 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 양 전극 사이에 발생한 아크방전영역을 덮는 포위수단을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
삭제
삭제
삭제
청구항 19에 기재한 나노튜브의 패턴화 방법은 제 1 전극과, 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극을 대기중에서 대향배치하는 공정과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 아크방전을 발생시키는 공정과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 상대이동시키면서 상기 제 2 전극의 소정 영역의 탄소재료를 상기 아크방전에 의해 나노튜브로 바꾸는 공정을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 20에 기재한 나노튜브의 패턴화 방법은 제 1 전극과, 임의의 패턴형상으로 형성된 탄소재료 또는 임의의 패턴형상으로 형성된 촉매금속을 함유하고 있는 탄소재료 또는 임의의 패턴형상으로 형성된 촉매금속이 표면에 형성되어 있는 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극을 대기중에서 대향배치하는 공정과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 아크방전을 발생시키는 공정과, 상기 제 2 전극의 소정 영역의 탄소재료를 상기 아크방전에 의해 나노튜브로 바꾸는 공정을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 21에 기재한 나노튜브의 패턴화 방법은 제 1 전극과, 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극을 대기중에서 대향배치하는 공정과, 상기 제 2 전극의 표면에 임의의 개구패턴을 가진 마스크를 배치하는 공정과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 아크방전을 발생시키는 공정과, 상기 마스크의 개구부분에 대응하는 상기 제 2 전극의 소정영역의 탄소재료를 상기 아크방전에 의해 나노튜브로 바꾸는 공정을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 22에 기재한 나노튜브의 패턴화 방법은 청구항 19 내지 21의 어느 한 항에 기재한 나노튜브의 패턴화 방법에 있어서,
상기 제 1 전극은 아크 토치에 설치된 토치전극인 것을 특징으로 하고 있다.
삭제
삭제
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또, 본 발명은 도시한 구성에 한정되는 것은 아니며 다양한 설계변경이 가능한 것은 물론이다.
또, 본 발명에서는 카본나노튜브, 카본나노파이버, 카본나노입자, 나노혼, CN나노튜브, CN(나노)파이버, CN나노입자, BCN나노튜브, BCN(나노)파이버, BCN나노입자, 또는 이들 혼합물 등을 합쳐서 나노튜브(나노카본)라 부르기로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태인 나노튜브 패턴화법, 나노튜브 제조법, 나노튜브와 나노튜브 기재 및 전자방출원 제조법에 사용하는 제조(패턴화)장치의 개략 모델이다.
본 실시형태는 대기중 또는 소정 가스분위기 중에 있어서, 범용 TIG 등의 용접용 아크 토치(불활성 가스 아크용접) 및 전원(용접전원)을 이용하고, 피아크재에 대해 아크방전을 단시간 발생시키는 것이다. TIG 아크 토치 대신에 MIG(metal-electrode-inert-gas)토치 등을 이용해도 좋다.
TIG 용접은 통상 불활성 가스 포위중에서 비소모의 W(텅스텐) 전극과 모재(母材) 사이에 아크방전을 발생시키고, 필요한 경우에는 별도로 충전금속을 부가하여 실행하는 용접법이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 장치는 제 1 전극으로 하는 토치전극(10)을 갖는 용접용의 아크 토치(1)와, 상기 아크 토치(1)에 대향하여 배치된 제 2 전극으로 하는 피아크재(2)와, 상기 피아크재(2)를 유지한 수냉벤치(3)와, 상기 아크 토치(1)와 상기 피아크재(2) 사이에 전압을 인가(예를 들면, 접촉점호(弧), 고전압 인가, 고주파 인가 등을 들 수 있다)하여 아크(4)를 발생시키는 용접용 전원(5)과, 상기 아크 토치(1)에 소정 가스를 공급하는 가스공급원인 가스봄베(6)와, 상기 가스봄베(6)에서의 소정 가스의 유량을 조정하는 가스조정기 및 유량계(7)로 구성된다. 또, '8'은 아크 토치(1)의 선단부를 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타낸 나노튜브의 제조(패턴화) 장치에 있어서 아크 토치(1)의 선단부(8)의 확대단면도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 아크 토치(1)의 선단부는 아크 토치(1)의 노즐(9)과, 텅스텐 등으로 이루어진 제 1 전극으로 하는 토치전극(10)과, 상기 토치전극(10)을 유지하는 전극홀더(11)와, 상기 노즐(9)과 상기 전극 홀더(11) 사이의 공간에 있어서, 상기 아크 토치(1)와 상기 피아크재(2) 사이에서 발생한 아크(4)에 공급되는 포위가스(surrounding gas, 12)의 유로(流路)로 구성된다.
범용 TIG용접용 전원(5)은 아크 토치(1)에 가스(12)가 흐르는 구조로 이루어져 있고, 통상 Ar(아르곤) 가스를 공급한다. 나노튜브의 제조에 있어서는 사용하 는 가스의 종류는 특별히 한정되지 않고, Ar, He(헬륨) 등의 희가스, 공기, N2(질소)가스, 또는 CO2(이산화탄소) 등의 탄산가스, O2(산소)가스, H2(수소)가스, 또는 이들 혼합가스 등이 흘러도 지장없다. 또, 아무것도 흐르게 하지 않아도 좋다. 단, 아크 토치(1)에는 가스(12)를 흐르게 하는 편이 보다 바람직하다. 특히 희가스를 사용한 경우에는 나노튜브와 희가스가 화학반응을 일으키지 않는 점에서, 생성된 나노튜브가 파괴될 가능성이 적기 때문에 희가스를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
따라서, 기본적으로 용기는 필요없지만, 작업장소의 청정을 유지하기 위해 불활성 가스 중에서 실행하고자 하는 경우, 또는 바람 등에 기인되는 대류의 영향을 방지하고자 하는 경우 등에는 포위수단인 간단한 용기 내(진공용기나 가압용기여도 좋다. 또, 밀폐형 용기나 개방형 용기여도 좋다.)에 넣어도 좋다. 용기(외관용기) 내의 압력은 특별히 한정되지 않지만, 조작성의 면에서는 대기압 전후가 좋다.
통상의 TIG용접에서는 토치전극(10)에 토륨을 넣은 W전극 또는 세륨을 넣은 W전극이 이용된다. 나노튜브의 제조에 있어서는 그러한 전극을 이용해도 좋지만, W의 용융미립자가 피아크재(2)에 드롭레트로 하여 부착하는 것을 피하기 위해 순흑연을 토치전극(10)에 이용하는 편이 좋다. 토치전극(10)의 지름은 특별히 한정되지 않지만, 범용 토치를 이용하려면 1~7㎜ 정도가 좋다.
또, 범용 TIG용접 토치와 같이 금속제 전극홀더(11)는 수냉되는 것이 바람직 하다. 대면적 나노튜브의 합성 또는 연속적 대량생산을 위해 아크(4)를 연속적(또는 간헐적으로 장시간) 발생시킨 경우, 제 1 전극인 토치전극(10) 및 전극홀더(11)가 너무 가열되어 버린다.
그 결과, 토치전극(10)의 소모가 격렬하게 되고, 또 전극홀더(11) 자체가 파손될 가능성이 생긴다. 아크 토치(1)에 가스(12)(특정가스)를 흐르게 하는 것 등에 의해 전극홀더(11)가 냉각되면, 전극홀더(11) 자체가 가열에 의해 파손되는 일은 없어지고, 또 토치전극(10)도 전극홀더(11)에서 냉각되기 때문에, 전극의 소모가 최소한이 된다.
나노튜브화 가공을 해야 할 탄소재료를 주성분으로 한(즉, 탄소재료를 대량으로 포함한) 피아크재(2)는 토치전극(10)의 대향전극이다. 이 탄소재료로서는 흑연, 활성탄, 무정형 탄소(amorphous carbon)등이 사용가능하다. 피아크재(2)의 사이즈는 특별히 한정되지 않지만, 두께는 0.1~5㎜가 적당하다.
또, 아크(4)의 열에서 피아크재(2)를 보호(즉, 아크(4)의 열에 의해 피아크재(2)가 파괴될 가능성을 저감)하기 위해 피아크재(2)를 냉각하기 위해 수냉된 전극대인 수냉벤치(3) 위에서 프로세스하는 편이 좋다. 피아크재(2)는 잘 건조해도 좋지만, 수분을 포함해도 지장없다. 단, 피아크재(2)가 수분을 포함하고 있으면, 아크(4)의 에너지가 수분의 증발에 흡수되어 버려 증발부분의 온도를 올리기 어려워지기 때문에, 건조하는 편이 보다 바람직하다. 반대로 피아크재(2)가 젖어 있거나, 축축해지거나, 수분을 머금고 있거나, 수중에 있는 경우, 아크(4)에 의한 피아크재(2)의 가열을 방지할 수 있다. 마찬가지로 피아크재(2)의 가열을 방지하기 위 해서는 피아크재(2)를 직접 수냉하거나, 유냉할 수 있다. 또, 물이나 탄소가스 등의 냉각매체를 피아크재(2)에 분사하거나, 스프레이하거나 할 수 있다.
아크(4)의 방전기간은 3초 정도 또는 이하로 충분하다. 그 이상, 방전을 계속해도 나노튜브는 제조할 수 있지만, 피아크재료가 증발하여 평탄성을 잃기 때문에 전자방출원에는 부적당하게 된다. 또, 아크전류는 5A~500A의 넓은 범위에서 이용할 수 있지만, 피아크재(2)를 파괴하지 않기 위해서는 30A~300A가 적당하다. 아크(4)를 펄스전류로 운전하는 경우, 그 주파수는 한정되지 않지만, 범용 전원의 실정에서 보아 1㎐~500㎐가 적당하다. 아크 토치(1)와 피아크재(2)와의 거리는 0.1~10㎜가 적당하다.
아크(4)를 직류 또는 직류펄스로 운전하는 경우, 순흑연의 표면에 나노튜브를 제조하는 조건은 매우 협소하다. 그러나, 피아크재(2)로서 촉매금속 등을 포함하는 재료를 함유한 흑연을 이용하면, 대량의 나노튜브를 그 표면에 제조할 수 있다. 상기 촉매금속 등에는 Li, B, Mg, Al, Si, P, S, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Y, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, In, Sn, Sb, La, Hf, Ta, W, Os, Pt 또는 이들 혼합물을 이용할 수 있다.
흑연에 함유시키려면 이들 금속 자체 또는 산화물, 질화물, 탄화물, 황화물, 염화물, 황산화합물, 질산화합물 등을 이용할 수 있다. 또, 촉매금속 등을 흑연에 함유시키는 대신에 그러한 촉매금속 등, 또는 산화물, 질화물, 탄화물, 황화물, 염화물, 황산화합물, 질산화합물을 흑연의 표면에 산포, 도포, 도금, 코팅(증착) 또는 주입해도 좋다. 즉, 피아크재는 흑연과 촉매금속이 동시에 아크(4)에 의해 가 열되는 구조를 하고 있으면 좋다.
아크(4)를 교류 또는 교류펄스로 운전하는 경우, 순흑연을 이용해도 대량의 나노튜브를 그 표면에 제조할 수 있다. 또, 상기 촉매가 들어간 흑연전극이나 촉매로 표면을 덮은 흑연전극을 이용해도 대량의 나노튜브를 제조할 수 있다. 둘 중, 순흑연인 쪽이 단위평면당 나노튜브의 밀도가 높다.
도 3 및 도 4는 소망하는 한 부분 또는 복수 부분의 표면만을 한번에 나노튜브로 변형시키는 방법의 한 예를 나타내고 있다. 나노튜브로 변형시키고자 하는 표면의 패턴을 나타낸 마스크(13)를 통해 피아크재(2)와 토치전극(10) 사이에서 아크(4)를 방전시키는 방법이다.
도 3은 피아크재(2)와 토치전극(10) 사이에서 아크(4)를 방전시킨 상태를 나타낸다. 도 4는 도 3의 방법에 의해 성장한 나노튜브를 나타내고 있다. 도 4 중 '14'는 나노튜브의 성장부분을 나타내고 있다.
또, 도 3 및 도 4에 있어서, 도 1 및 도 2와 같은 구성요소에 대해서는 동일 번호를 붙여서 설명을 생략한다.
피아크재(2)에 있어서 아크(4)가 접촉한 표면에만 나노튜브가 형성된다. 마스크(13)는 고융점금속, 세라믹, 흑연 등 아크의 고온 및 열충격을 견딜 수 있는 것이면 좋다. 또, 마스크(13)는 피아크재(2) 위에 직접 올려도 좋고, 스페이서를 사이에 두고 약간 띄워도 좋다.
교류아크 또는 교류펄스 아크인 경우, 피아크재(2)로서 순흑연, 금속촉매 등을 포함하는 재료를 함유시킨 흑연, 또는 금속촉매 등을 포함하는 재료를 산포, 도 포, 도금 또는 코팅한 흑연을 이용할 수 있다. 한편, 직류 아크 또는 직류 펄스 아크인 경우, 순흑연은 이용할 수 없지만, 금속촉매 등을 포함하는 재료를 함유시킨 흑연, 또는 금속촉매 등을 포함하는 재료를 산포, 도포, 도금 또는 코팅한 흑연을 이용할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 소망하는 한 부분 또는 복수 부분의 표면만을 한번에 나노튜브로 변형시킨 방법의 다른 예를 나타내고 있다. 이 방법은 나노튜브로 변형시키고자 하는 흑연표면의 부분에 금속촉매(15) 등을 포함하는 재료를 산포, 도포, 도금 또는 코팅한 피아크재를 이용하는 방법이다.
도 5는 피아크재(2)와 토치전극(10) 사이에서 아크(4)를 방전시킨 상태를 나타낸다. 도 6은 도 5의 방법에 의해 성장한 나노튜브를 나타내고 있다. 도 6 중, '14'는 나노튜브의 성장부분을 나타내고 있다. 도 7은 도 6의 점선부분의 확대도이다.
또, 도 5 내지 도 7에 있어서, 도 1 및 도 2와 같은 구성요소에 대해서는 동일 번호를 붙여서 설명을 생략한다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 촉매금속(15)은 아크방전(4)을 이용한 가공에 의해 피아크재(2)의 표면에서는 거의 소실된다.
더욱 상세하게 서술하면, 실제로는 피아크재(2)의 표면이 약간 패여서 이 패인 부분에 나노튜브가 형성된다.
직류 아크 또는 직류 펄스아크를 이용하면, 금속촉매(15) 등으로 덮인 표면에는 나노튜브가 형성되지만, 금속촉매(15) 등으로 덮이지 않은 표면에는 나노튜브 가 거의 형성되지 않는다. 이 방법인 경우, 교류아크 또는 교류펄스 아크를 이용하는 것은 바람직하지 않다. 왜냐하면, 금속촉매(15) 등으로 덮이지 않은 부분에도 나노튜브가 형성되기 때문이다.
또, 이 방법에서는 도 3에서 나타낸 방법과 달리, 아크방전가공시에 마스크(13)를 이용하지 않기 때문에 보다 간편하다.
본 발명에 의한 제조방법에 의하면, 피아크재(2)를 차례로 교환하는 것에 의해 연속생산이 가능하다. 또는 피아크재(2)를 나열해 두고, 아크 토치(1)를 이동시키는 것으로도 연속생산이 가능하다.
즉, 아크 토치(1)를 고정해 두고 피아크재(2)를 이동시켜도 좋고, 피아크재(2)를 고정해 두고 아크 토치(1)를 이동시켜도 좋다. 또, 아크 토치(1) 및 피아크재(2)의 쌍방을 이동시키는 것도 가능하다.
또, 아크 토치(1)와 피아크재(2)와의 상대이동에 대해서는 수동(인간의 손)으로 실행해도 좋고, 아크 토치(1)를 3방향(즉, 피아크재(2)에 평행한 면(X방향 및 Y방향) 및 그 면에 수직인 방향(Z방향))으로 이동시키는 이동수단을 갖는 장치를 사용하여 자동으로 실행해도 좋다.
특히, NC장치(수치제어장치) 등을 사용하면, 나노튜브로 변형시키고자 하는 영역만을 아크(4)에 노출하거나, 촉매금속(15)의 패턴부분만을 아크(4)에 노출시키는 것도 가능하다.
이상의 제조방법에 있어서, 아크 토치(1)에 흐르는 기체로서 공기나 질소를 이용하면, N을 포함한 카본나노튜브, 소위 CN나노튜브를 형성할 수 있다. 또, 피 아크전극으로서 B를 포함하는 재료를 함유한 흑연 또는 금속촉매(첨가물) 등이 들어간 흑연, 또는 B를 포함하는 재료를 산포, 도포, 도금 또는 코팅한 흑연, 또는 B를 포함하는 재료 및 첨가물을 포함하는 재료를 산포, 도포, 도금 또는 코팅한 흑연을 이용하면, BCN의 네트워크를 포함한 나노튜브, 소위 BCN나노튜브를 형성할 수 있다. 마찬가지로 하여 분위기가스나 첨가물을 바꾸는 것에 의해 다양한 나노튜브를 형성할 수 있다. 여기에서 B는 붕소, C는 탄소, N은 질소를 각각 나타낸다.
또, 이상의 방법에 의해 제조한 나노튜브를 포함하는 전자방출원에 있어서, 전자방출을 저해하는 나노입자를 산화제거하면 전자방출원의 성능이 향상한다.
본 발명의 제조방법에 의해 생성한 나노튜브의 전자방출원으로서의 이용법으로서는 종래의 이극관 방식 또는 삼극관 방식을 이용할 수 있다. 특히, 표시관, 표시패널, 발광소자, 발광관, 발광패널 등에 적합하다. 또는 특정 부분에 생성된 나노튜브로부터 전자방출을 실행하여 복잡한 패턴의 표시장치로의 응용도 가능하다.
구체적 실험결과의 한 예를 이하에 나타낸다.
도 8은 Ni/Y를 함유한 흑연판(Ni 및 Y함유량: 4.2 및 1.0wt%, 판두께: 2㎜)의 표면을 범용 용접용 아크 토치(1)(토치전극(10): 흑연)로 해방대기중에서 가공하고, 그 표면을 주사형 전자현미경으로 관찰한 사진이다. 아크전류는 직류 100A로 한 경우의 결과이다. 상기 도면에 있어서, 대량의 나노튜브가 표면을 덮고 있는 것을 알 수 있다.
도 9는 순흑연 표면을 100A의 교류아크로 가공하고, 그 표면을 전자현미경으 로 관측한 예이다. 상기 도면에 있어서도 대량의 나노튜브가 표면에 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이 퇴적물 중에는 단층 카본나노튜브나 나노혼 등이 포함되어 있다. 상기 시료를 이용하여 이극관 구조의 형광발광관에서 전자를 방출시키고 형광면에 조사한 바, 형광면이 발광하는 것을 눈으로 관측했다.
상기 실시예에서는 흑연(제 2 전극)을 표면에 형성한 피아크재(2)로 하여 흑연판을 사용한(즉, 기재가 제 2 전극을 겸용하고 있다) 예를 나타냈는데, 금속판 위에 베타패턴 또는 패턴화한 흑연층을 설치한(즉, 기재와 제 2 전극이 별체로 형성된) 것을 사용하는 것도 가능하다.
또, 유리기판이나 세라믹 기판 등의 절연판 위에 베타패턴 또는 패턴화한 흑연층을 설치한 것을 사용하는 것도 가능하다.
이 절연판을 사용하는 경우에는 또 절연판과 흑연층 사이에 베타패턴 또는 패턴화한 금속(알루미늄 등의 아크방전시에 증발하지 않은 금속)층을 설치해도 좋다. 절연판을 사용하면 흑연판 등을 사용하는 것보다도 제조가 용이하고, 비용면에서도 저렴하다.
또, 금속층은 예를 들면 스크린 인쇄법 등에 의해 두꺼운 막으로 형성하거나, CVD법이나 마스크 증착법 등에 의해 박막으로 형성하는 것이 가능하다. 이 금속층은 전자방출원으로 하여 나노튜브를 사용할 때에 나노튜브에 전위를 인가하여 전자방출을 실행시키기 위한 배선층으로서 이용할 수 있다.
또, 촉매금속(15)은 베타패턴 또는 패턴화한 것을 사용하는 것이 가능하다. 흑연층 및 금속층에 대해서는 베타패턴도 좋지만, 촉매금속(15)의 패턴에 준하여 패턴화한 것을 사용하는 것도 가능하다. 이 촉매금속(15)은 예를 들면 CVD법이나 마스크 증착법 등에 의해 박막으로 형성하는 것이 가능하다.
상기 각 실시예에서는 기재(피아크재(2)) 상의 나노튜브를 그대로 이용하는 예를 나타냈는데, 기재(피아크재(2))에서 분리·정제하여 단체(單體)의 나노튜브로서 사용하는 것도 물론 가능하다.
본 발명의 제조방법에 의해 제조한 나노튜브는 수소 등의 흡장체에 이용할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 의해 제조한 나노튜브는 이차전지전극으로의 혼합물, 이차전지전극, 연료전지전극으로의 혼합물, 이차전지전극에 이용할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 의해 제조한 나노튜브는 고무, 플라스틱, 수지, 세라믹, 철강, 콘크리트 등으로의 혼합물로서 이용할 수 있다. 상기 나노튜브를 이들 재료에 혼합하는 것에 의해 강도, 열전도성, 전기도전성 등을 개선할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 의해 제조한 나노튜브는 매연 중에 단층 나노튜브와 동시에 나노혼이 포함되어 있는 특징이 있다. 여기에서 나노혼이란 그래파이트 시트를 원추형상으로 둥글게 한 형상을 갖고, 선단도 원추형상으로 막힌 카본나노입자를 나타낸다(문헌 「Pore structure of single-wall carbon nanohorn aggregates/K.Murata, K.Kaneko, F.Kokai, K.Takahashi, M.Yudasaka, S.Iijima/Chem, Phys.Lett., vol.331, pp.14-20(2000)」참조).
본 발명에 의하면, 나노튜브의 매우 용이한 제조방법을 제공할 수 있다.
또, 제조가 용이하고, 또 연속대량생산이 가능한 전자방출원의 제조방법을 제공할 수 있다.
또, 임의의 한 부분 또는 복수 부분에 임의의 패턴형상으로 나노튜브군을 용이하게 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
Claims (23)
- 제 1 전극과, 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극을 대기중에서 대향배치하는 공정과,상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 아크방전을 발생시키는 공정과,상기 제 2 전극의 소정 영역의 탄소재료를 동일한 상기 소정 영역에 대해 3초 정도 또는 그 이하의 방전시간을 갖는 상기 아크방전에 의해 상기 제 2 전극의 표면에서 나노튜브로 바꾸는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극은 아크 토치에 설치된 토치전극이고,상기 토치전극과 상기 제 2 전극을 상대이동시키면서 상기 제 2 전극의 소정 영역의 탄소재료를 상기 아크방전에 의해 나노튜브로 바꾸는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 2 전극은 기재(基材) 표면에 설치되어 있고,상기 기재를 냉각부재에 의해 유지하고, 상기 기재를 상기 냉각부재에 의해 냉각하면서, 상기 제 2 전극의 소정영역의 탄소재료를 상기 아크방전에 의해 나노튜브로 바꾸는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,적어도 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 양 전극 사이에 발생한 아크방전영역을 포위부재로 덮으면서, 상기 제 2 전극의 소정 영역의 탄소재료를 상기 아크방전에 의해 나노튜브로 바꾸는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 2 전극의 탄소재료가 흑연, 활성탄, 무정형 탄소 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.
- 제 1 전극과, 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극을 대기중에서 대향배치하는 공정과,상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 아크방전을 발생시키는 공정과,상기 제 2 전극의 소정 영역의 탄소재료를 동일한 상기 소정 영역에 대해 3초 정도 또는 그 이하의 방전시간을 갖는 상기 아크방전에 의해 상기 제 2 전극의 표면에서 나노튜브로 바꾸는 공정을 구비하고,상기 제 2 전극이 촉매금속을 함유하고 있는 탄소재료, 촉매금속이 표면에 형성되어 있는 탄소재료, B 및 촉매금속을 함유하고 있는 탄소재료, B가 표면에 형성되어 있는 탄소재료, 또는 B 및 촉매금속이 표면에 형성되어 있는 탄소재료 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 촉매금속이 Li, B, Mg, Al, Si, P, S, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Y, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, In, Sn, Sb, La, Hf, Ta, W, Os, Pt 또는 이들 산화물, 질화물, 탄화물, 황화물, 염화물, 황산화합물, 질산화합물 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 아크방전의 발생영역에 가스를 공급하면서 상기 아크방전을 실행하는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 아크방전의 발생영역에 가스를 공급하면서 상기 아크방전을 실행하는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 가스는 Ar, He 등의 희가스, 공기, 질소가스, 탄산가스, 산소가스, 수소가스 또는 이들의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 가스는 Ar, He 등의 희가스, 공기, 질소가스, 탄산가스, 산소가스, 수소가스 또는 이들의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 전극이 흑연, 또는 W(텅스텐)을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 아크방전을 직류 또는 직류펄스로 운전하고, 상기 제 2 전극을 아크방전의 양극으로 하는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 아크방전을 교류 또는 교류펄스로 운전하는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법.
- 노즐과,상기 노즐내에 수용된 제 1 전극으로서 이용하는 토치 전극과,상기 노즐내에 수용된 상기 토치 전극을 유지하는 전극 홀더와,상기 노즐과 상기 전극 홀더 사이의 가스의 유로로 구성된 선단부를 갖는 아크 토치와,제 1 전극과, 탄소재료 또는 촉매금속을 함유하고 있는 탄소재료 또는 촉매금속이 표면에 형성되어 있는 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극이 대기중에서 소정 간격으로 유지되어 이루어지는 전극과,상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 제 2 전극의 소정 영역에 아크방전을 발생시키고, 상기 아크방전에 의해 상기 소정 영역의 탄소재료를 상기 제 2 전극의 표면에서 나노튜브로 바꾸기 위한 전원으로 이루어진 아크발생수단과,상기 아크방전의 발생영역에 상기 유로로부터 가스를 공급하는 가스 공급수단을 구비한 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조장치.
- 노즐과,상기 노즐내에 수용된 제 1 전극으로서 이용하는 토치 전극과,상기 노즐내에 수용된 상기 토치 전극을 유지하는 전극 홀더와,상기 노즐과 상기 전극 홀더 사이의 가스의 유로로 구성된 선단부를 갖는 아크 토치와,상기 제 1 전극과, 탄소재료 또는 촉매금속을 함유하고 있는 탄소재료 또는 촉매 금속이 표면에 형성되어 있는 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극이 대기중에서 소정 간격으로 유지되어 이루어지는 전극과,상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 제 2 전극의 소정 영역에 아크방전을 발생시키고, 상기 아크방전에 의해 상기 소정 영역의 탄소재료를 상기 제 2 전극의 표면에서 나노튜브로 바꾸기 위한 전원으로 이루어진 아크발생수단과,상기 아크방전의 발생영역에 상기 유로로부터 가스를 공급하는 가스공급 수단을 구비하고,상기 제 1 전극은 아크 토치에 설치된 토치전극이고,상기 토치전극과 상기 제 2 전극을 상대이동시키는 이동수단을 추가로 구비하고,상기 토치전극과 상기 제 2 전극을 상대이동시키면서, 상기 토치전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 제 2 전극의 소정영역에 아크방전을 발생시키고, 상기 아크방전에 의해 상기 소정영역의 탄소재료를 나노튜브로 바꾸는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조장치.
- 노즐과,상기 노즐내에 수용된 제 1 전극으로서 이용하는 토치 전극과,상기 노즐내에 수용된 상기 토치 전극을 유지하는 전극 홀더와,상기 노즐과 상기 전극 홀더 사이의 가스의 유로로 구성된 선단부를 갖는 아크 토치와,상기 제 1 전극과, 탄소재료 또는 촉매금속을 함유하고 있는 탄소재료 또는 촉매 금속이 표면에 형성되어 있는 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극이 대기중에서 소정 간격으로 유지되어 이루어지는 전극과,상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 상기 제 2 전극의 소정 영역에 아크방전을 발생시키고, 상기 아크방전에 의해 상기 소정 영역의 탄소재료를 상기 제 2 전극의 표면에서 나노튜브로 바꾸기 위한 전원으로 이루어진 아크발생수단과,상기 아크방전의 발생영역에 상기 유로로부터 가스를 공급하는 가스공급 수단을 구비하고,상기 제 2 전극이 기재표면에 설치되어 있고,상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 소정 간격으로 유지하는 유지수단이 상기 기재를 냉각하기 위한 냉각수단을 갖는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조장치.
- 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,적어도 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극과 양 전극 사이에 발생한 아크방전영역을 덮는 포위수단을 갖는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조장치.
- 제 1 전극과, 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극을 대기중에서 대향배치하는 공정과,상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 아크방전을 발생시키는 공정과,상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 상대이동시키면서, 상기 제 2 전극의 소정 영역의 탄소재료를 상기 아크방전에 의해 나노튜브로 바꾸는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 나노튜브의 패턴화 방법.
- 제 1 전극과, 임의의 패턴형상으로 형성된 탄소재료 또는 임의의 패턴형상으로 형성된 촉매금속을 함유하고 있는 탄소재료 또는 임의의 패턴형상으로 형성된 촉매금속이 표면에 형성되어 있는 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극을 대기중에서 대향배치하는 공정과,상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 아크방전을 발생시키는 공정과,상기 제 2 전극의 소정 영역의 탄소재료를 상기 아크방전에 의해 나노튜브로 바꾸는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 나노튜브의 패턴화 방법.
- 제 1 전극과, 탄소재료를 주성분으로 하는 제 2 전극을 대기중에서 대향배치하는 공정과,상기 제 2 전극의 표면에 임의의 개구패턴을 가진 마스크를 배치하는 공정과,상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하여 아크방전을 발생시키는 공정과,상기 마스크의 개구부분에 대응하는 상기 제 2 전극의 소정영역의 탄소재료를 상기 아크방전에 의해 나노튜브로 바꾸는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 나노튜브의 패턴화 방법.
- 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 전극은 아크 토치에 설치된 토치전극인 것을 특징으로 하는 나노튜브의 패턴화 방법.
- 삭제
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JPJP-P-2000-00353659 | 2000-11-21 | ||
JP2000353659 | 2000-11-21 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20020039636A KR20020039636A (ko) | 2002-05-27 |
KR100562975B1 true KR100562975B1 (ko) | 2006-03-23 |
Family
ID=18826381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020010072610A KR100562975B1 (ko) | 2000-11-21 | 2001-11-21 | 나노튜브의 제조방법 및 이 방법을 이용하여 제조된나노튜브, 나노튜브의 제조장치, 나노튜브의 패턴화 방법및 이 방법을 이용하여 패턴화된 나노튜브 기재 및 이패턴화된 나노튜브 기재를 이용한 전자방출원 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6759024B2 (ko) |
EP (1) | EP1209714A3 (ko) |
KR (1) | KR100562975B1 (ko) |
CN (1) | CN1295145C (ko) |
Families Citing this family (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100341629C (zh) * | 2002-05-21 | 2007-10-10 | 艾考斯公司 | 使碳纳米管涂层形成图案的方法和碳纳米管布线 |
KR100734684B1 (ko) * | 2002-07-01 | 2007-07-02 | 제이에프이 엔지니어링 가부시키가이샤 | 카본 나노튜브를 함유하는 테이프상 물질, 카본나노튜브의 제조 방법, 그 테이프상 물질을 함유하는 전계방출형 전극 및 그 제조 방법 |
US20040026232A1 (en) * | 2002-07-09 | 2004-02-12 | Ramot At Tel Aviv University Ltd. | Method and apparatus for producing nanostructures |
JP3962773B2 (ja) * | 2002-12-05 | 2007-08-22 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 原料吹き付け式カーボンナノ構造物の製造方法及び装置 |
JP4524546B2 (ja) * | 2003-07-15 | 2010-08-18 | ソニー株式会社 | カーボンナノチューブおよびその製造方法 |
US7612370B2 (en) * | 2003-12-31 | 2009-11-03 | Intel Corporation | Thermal interface |
US20070275273A1 (en) * | 2004-03-26 | 2007-11-29 | Luna Innovations Incorporated | Trimetaspheres for Ion Selective Membranes |
US20090012276A1 (en) * | 2004-03-26 | 2009-01-08 | Zhongxin Ge | Polyhydroxy Hydrogensulfated Trimetallic Nitride Endohedral Metallofullerenes |
WO2005098967A1 (en) * | 2004-03-26 | 2005-10-20 | Luna Innovations Incorporated | Photovoltaic device with trimetaspheres |
WO2006025869A2 (en) * | 2004-03-26 | 2006-03-09 | Luna Innovations Incorporated | A(3-n)XnN@C80 ENDOHEDRAL METALLOFULLERENES AS LUBRICANT OF ADDITIVE, CORROSION-RESISTANT COATING, AND THERMALLY-CONDUCTIVE MATERIALS. |
US8119092B2 (en) * | 2004-03-26 | 2012-02-21 | Luna Innovations Incorporated | Pegylation and hydroxylation of trimetallic nitride endohedral metallofullerenes |
WO2005096726A2 (en) * | 2004-03-26 | 2005-10-20 | Luna Innovations Incorporated | Optical limiter having trimetallic nitride endohedral metallofullerene films |
US20080031795A1 (en) * | 2004-03-26 | 2008-02-07 | Luna Innovations Incorporated | Method of Making Multiple Carbonaceous Nanomaterials |
KR101102441B1 (ko) * | 2004-04-16 | 2012-01-05 | 학교법인 동의학원 | 산화 인듐이 부착된 카본을 제조하는 방법 |
CN1302159C (zh) * | 2004-05-19 | 2007-02-28 | 北京大学 | 一种单晶半导体纳米线的生长装置及其应用 |
KR101046976B1 (ko) * | 2004-10-19 | 2011-07-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전자 방출원 형성용 조성물, 이를 이용한 전자 방출원제조 방법 및 전자 방출원 |
US20060104886A1 (en) * | 2004-11-17 | 2006-05-18 | Luna Innovations Incorporated | Pure-chirality carbon nanotubes and methods |
EP1841523A4 (en) * | 2005-01-03 | 2009-03-25 | Luna Innovations Inc | CHEMICAL SEPARATION PROCESS FOR FULLERENES |
KR100728182B1 (ko) * | 2006-05-12 | 2007-06-13 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지용 캐소드 촉매, 이를 포함하는 연료 전지용막-전극 어셈블리, 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템 |
US20100247419A1 (en) * | 2006-11-01 | 2010-09-30 | Nguyen Khe C | Solid phase synthesized carbon nano fiber and tube |
US20080213367A1 (en) * | 2007-03-01 | 2008-09-04 | Cromoz Inc. | Water soluble concentric multi-wall carbon nano tubes |
CN109665510A (zh) * | 2011-04-15 | 2019-04-23 | 大场基美雄 | 碳纳米材料制造装置及其利用 |
CN105510815A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-04-20 | 平高集团有限公司 | 一种故障电弧试验装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06280116A (ja) * | 1992-06-30 | 1994-10-04 | Nec Corp | カーボンナノチューブの製造方法 |
JPH10149760A (ja) * | 1996-09-18 | 1998-06-02 | Toshiba Corp | 電界放出型冷陰極装置、その製造方法及び真空マイクロ装置 |
JPH11263610A (ja) * | 1998-03-13 | 1999-09-28 | Toyota Motor Corp | カーボンナノチューブの製造方法 |
JP2000095509A (ja) * | 1998-07-21 | 2000-04-04 | Showa Denko Kk | カ―ボンナノチュ―ブの製造方法および製造用触媒 |
KR20020025380A (ko) * | 2000-09-28 | 2002-04-04 | 김순택 | 탄소 나노튜브 전계 방출 어레이의 제조 방법 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2526408B2 (ja) * | 1994-01-28 | 1996-08-21 | 工業技術院長 | カ―ボンナノチュ―ブの連続製造方法及び装置 |
US5753088A (en) * | 1997-02-18 | 1998-05-19 | General Motors Corporation | Method for making carbon nanotubes |
RU2103129C1 (ru) * | 1997-03-03 | 1998-01-27 | Александр Иванович Апуневич | Способ плазменно-дуговой сварки металлов |
JP3017161B2 (ja) * | 1998-03-16 | 2000-03-06 | 双葉電子工業株式会社 | 単層カーボンナノチューブの製造方法 |
JP3049019B2 (ja) * | 1998-09-11 | 2000-06-05 | 双葉電子工業株式会社 | 単層カーボンナノチューブの皮膜を形成する方法及びその方法により皮膜を形成された単層カーボンナノチューブ |
JP2000223012A (ja) * | 1999-01-31 | 2000-08-11 | Futaba Corp | 電子放出源の製造方法及び電子放出源 |
CN1083800C (zh) * | 1999-06-04 | 2002-05-01 | 北京大学 | 一种制备单层碳纳米管的方法 |
EP1061044B1 (en) * | 1999-06-16 | 2006-06-21 | Institute of Metal Research of the Chinese Academy of Sciences | Production of single-walled carbon nanotubes |
CN1101335C (zh) * | 1999-06-16 | 2003-02-12 | 中国科学院金属研究所 | 一种大量制备单壁纳米碳管的氢弧放电方法 |
EP1269797A4 (en) * | 2000-03-07 | 2006-06-21 | Robert P H Chang | CARBON NANOSTRUCTURES AND PROCESSES FOR PREPARING THE SAME |
-
2001
- 2001-11-20 EP EP01127667A patent/EP1209714A3/en not_active Withdrawn
- 2001-11-21 KR KR1020010072610A patent/KR100562975B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2001-11-21 CN CNB011338997A patent/CN1295145C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2001-11-21 US US09/989,024 patent/US6759024B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06280116A (ja) * | 1992-06-30 | 1994-10-04 | Nec Corp | カーボンナノチューブの製造方法 |
JPH10149760A (ja) * | 1996-09-18 | 1998-06-02 | Toshiba Corp | 電界放出型冷陰極装置、その製造方法及び真空マイクロ装置 |
JPH11263610A (ja) * | 1998-03-13 | 1999-09-28 | Toyota Motor Corp | カーボンナノチューブの製造方法 |
JP2000095509A (ja) * | 1998-07-21 | 2000-04-04 | Showa Denko Kk | カ―ボンナノチュ―ブの製造方法および製造用触媒 |
KR20020025380A (ko) * | 2000-09-28 | 2002-04-04 | 김순택 | 탄소 나노튜브 전계 방출 어레이의 제조 방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20020039636A (ko) | 2002-05-27 |
CN1354130A (zh) | 2002-06-19 |
EP1209714A2 (en) | 2002-05-29 |
US6759024B2 (en) | 2004-07-06 |
EP1209714A3 (en) | 2005-09-28 |
US20020061638A1 (en) | 2002-05-23 |
CN1295145C (zh) | 2007-01-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100562975B1 (ko) | 나노튜브의 제조방법 및 이 방법을 이용하여 제조된나노튜브, 나노튜브의 제조장치, 나노튜브의 패턴화 방법및 이 방법을 이용하여 패턴화된 나노튜브 기재 및 이패턴화된 나노튜브 기재를 이용한 전자방출원 | |
US6827823B2 (en) | Nano-carbon and composite material or mixed material containing nano-carbon and metal fine particle and methods for producing and patterning the same | |
US7578980B2 (en) | Producing apparatus and producing method for manufacturing carbon structure | |
US7364709B2 (en) | Manufacturing apparatus and method for carbon nanotube | |
JP2002348108A5 (ko) | ||
US6989083B2 (en) | Method for preparing carbon nano-fine particle, apparatus for preparing the same and mono-layer carbon nanotube | |
JP2000277003A (ja) | 電子放出源の製造方法及び電子放出源 | |
JP2006045057A (ja) | 二重壁炭素ナノチューブ並びにその製造および使用方法 | |
JP2006111517A (ja) | カーボンナノチューブの作製装置および作製方法 | |
JP3602092B2 (ja) | ナノカーボンの製造方法、ナノカーボンの製造装置、ナノカーボンのパターン化方法 | |
JP2010192367A (ja) | ナノ炭素材料複合基板製造方法、ナノ炭素材料複合基板、電子放出素子 | |
Takikawa et al. | Carbon nanotubes in cathodic vacuum arc discharge | |
JP4339870B2 (ja) | ナノカーボンの製造方法及びナノカーボンの製造装置 | |
JP3885719B2 (ja) | グラフェンシート筒の先端部の一部又は全部が破れているカーボンナノチューブの製造方法及び製造装置 | |
JP2004308056A (ja) | 炭素材料およびその製造方法 | |
JP4795109B2 (ja) | カーボンナノチューブ製造装置、カーボンナノチューブの製造方法 | |
Murooka et al. | As-Quenched ARC Products By bulse-Discharge | |
Thongtem et al. | Growth of Carbon Nanorods on Tungsten Filaments of Light Bulbs | |
Byszewski et al. | Crystallization of carbon nanotubes in low temperature plasma | |
JP2004161576A (ja) | アーク放電によるカーボンナノチューブの製造方法 | |
JP2009215121A (ja) | フレーク状ナノ炭素複合体の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20090311 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |