KR100563251B1 - 전해작용을 이용한 탄소나노튜브의 길이제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전해작용을 이용한 탄소나노 튜브의 길이제어장치에 있어서, 특히 탄소나노 튜브를 전해용액과 반응시켜 원하는 길이로 절단하도록 하며, 이때 탄소나노 튜브의 입력속도와 전류의 통전시간을 제어하여 원하는 길이를 제공하는 것을 특징으로 하는 전해작용을 이용한 탄소나노튜브의 길이제어장치에 관한 것으로,

일정길이의 탄소나노튜브를 접착한 전도성 재질의 프로브와; 상기 프로브를 임시고정하며, 길이방향으로 움직이도록 동력을 전달하는 나노 스테이지와; 상기 탄소나노 튜브와 반응하여 접촉된 부위를 녹이는 전해질 용액과; 상기 전해질 용액을 표면장력으로 고정하며, 상기 프로브와 일직선상에 배치되는 슬라이드 글래스와; 상기 프로브 일단을 통해 전원을 공급하는 전원공급장치와; 상기 탄소나노튜브와 전해질 용액이 접촉시 상기 프로브와 탄소나노튜브 및 전해질 용액을 통해 흐르는 전류를 검출하는 전류계를 포함하여 이루어지는 것이 특징이며;

본 발명은 개별적인 나노 프로브의 길이를 제어할 수 있는 장점이 있어, 전해작용을 이용하여 간단하고 편리하게 그 길이를 제어할 수 있으며, 고성능의 나노 스테이지를 이용할 경우 고 분해능의 나노 프로브 길이제어가 가능하다.

전해작용, 탄소, 나노튜브, 길이제어

Description

전해작용을 이용한 탄소나노튜브의 길이제어장치{The Length Control of Carbol Nano Tube using Electrochemical Process}

도 1은 본 발명의 구성을 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명의 탄소나노 튜브 및 프로브 상세 구성도.

도 3은 본 발명의 탄소나노 튜브 및 프로브를 촬영한 일부 확대도.

도 4a는 본 발명의 탄소나노 튜브를 전해용액에 접근하기전 상태도.

도 4b는 본 발명의 탄소나노 튜브를 전해용액에 접근한 상태도.

도 4c는 본 발명의 탄소나노 튜브를 전해용액으로부터 후퇴한 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 텅스텐 팁 2: 탄소나노 튜브

3: 센싱 유닛 4: 전해질 용액

5: 슬라이드 글라스 6: 전류계

7: 입력전원 8: 나노 스테이지

본 발명은 전해작용을 이용한 탄소나노 튜브의 길이제어장치에 관한 것으로, 특히 탄소나노 튜브를 전해용액과 반응시켜 원하는 길이로 절단하도록 하며, 이때 탄소나노 튜브의 입력속도와 전류의 통전시간을 제어하여 원하는 길이를 제공하는 것을 특징으로 하는 전해작용을 이용한 탄소나노튜브의 길이제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 탄소나노튜브는 지구상에 다량으로 존재하는 탄소로 이루어진 탄소 동소체로서 탄소가 육각형 벌집 무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있는 물질이며, 튜브의 직경이 나노미터 (nm= 10억분의 1미터) 수준으로 극히 작은 크기 영역의 물질이다.

이러한 탄소나노튜브는 직경 및 감긴 형태에 따라 금속, 반도체의 성질을 가지며 특히 속이 비어 있고, 길이가 길며, 화학적 안정성이 우수하여 기계적 특성, 전기적 선택성, 뛰어난 전계방출 특성, 고효율의 수소 저장매체 특성, 촉매, 그리고 고분자의 강화제로서 사용된다.

또한 탄소나노튜브는 정보통신기기의 필수 3요소인 평면표시소자, 메모리소자, 전지의 응용력이 뛰어나며, 기존의 소자가 가지고 있는 물성의 한계를 극복할 수 있어서 최근에 순수과학, 응용과학 모두 가장 주목받고 있다.

한편, 나노크기의 대상물체를 핸들링(handling) 하기 위해서는 이것을 조작하기 위한 도구도 또한 나노 크기라야 그 효용성이 높기 때문에 나노 프로브의 개발은 나노 산업의 발달에 반드시 필요한 부분으로 매우 중요한 역할을 하고 있다.

기존의 탄소나노튜브의 길이를 제어하는 방법으로는,

첫 번째 초음파 분해를 이용하는 방법이 있는바, 상기 초음파 분해 방법은 초음파 분해를 이용하여 탄소나노튜브의 길이를 커팅과 담금질 과정을 반복하면서 비슷한 길이의 탄소나노튜브를 만드는 것이며, 이 방법은 개벽적인 나노 프로브의 길이를 제어하는 것과는 다른 방법이어서, 다양한 길이의 탄소나노튜브에서 비슷한 길이의 탄소나노튜브를 다시 분리해내야 하는 단점이 있다.

두 번째 방법으로는, 나노 프로브를 제작한 뒤, 전압을 인가한 상태로 나노 프로브를 전도체인 대상물체에 접촉시킴으로써 임의의 저항이 높은 지점에서 열 발생으로 인해 탄소나노튜브가 끊어지게 하는 방법이 있는바, 이 방법은 나노 프로브의 길이를 원하는 크기로 조절할 수 없는 단점이 있다.

또한, 세 번째 방법으로 다이아몬드 입자와 같은 단단한 연마재를 이용하여 기계적인 방법으로 탄소나노튜브를 절단하는 방법이 있는바, 이 방법은 절단된 탄소나노튜브를 연마재로부터 분리하는데 상당한 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결코자 하는 것으로, 나노 프로브의 제작 후, 나노 프로브의 길이를 제어하는데 있어서 효과적이며 간단한 길이 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 일정길이의 탄소나노튜브를 접착한 전도성 재질의 프로브와; 상기 프로브를 임시고정하며, 길이방향으로 움직이도록 동력을 전달하는 나노 스테이 지와; 상기 탄소나노 튜브와 반응하여 접촉된 부위를 녹이는 전해질 용액과; 상기 전해질 용액을 표면장력으로 고정하며, 상기 프로브와 일직선상에 배치되는 슬라이드 글래스와; 상기 프로브 일단을 통해 전원을 공급하는 전원공급장치와; 상기 탄소나노튜브와 전해질 용액이 접촉시 상기 프로브와 탄소나노튜브 및 전해질 용액을 통해 흐르는 전류를 검출하는 전류계를 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.

또한, 상기 탄소나노튜브와 전해질 용액의 접촉부에는 접촉상태를 촬영하는 센싱유닛을 더 설치하여 이루어진 것이 특징이다.

또한, 상기 스테이지의 이동속도와 상기 전류계의 전류도통시간을 이용하여 탄소나노튜브의 길이를 제어하는 것이 특징이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 전반적인 구성은 도 1에 나타낸 바와 같다.

본 발명의 주요구성을 살펴보면, 나노 프로브(1)와, 탄소나노 튜브(2)와, 센 싱유닛(3)과, 전해질 용액(4)과, 슬라이드 글라스(5)와, 전류계(6)와, 전원공급기(7)와 나노 스테이지(8)로 이루어져 있음을 알 수 있다.

상기 나노 프로브(1)는 나노 스테이지(8) 위에 배치되어 있으며, 나노 스테이지(8)의 움직임을 통해 전해질 용액(4)에 탄소나노 튜브(2)의 담금 깊이가 결정되게 된다.

상기 나노 스테이지(8)는 구동수단이 장착되어 밑판을 기준으로 상부판이 움직이는 구조이며, 상기 상부판이 움직임으로써 나노 프로브(1)가 움직인다. 상기의 나노 스테이지(8)를 구동하는 구동수단은 초소형 리니어 모터나 스테핑 모터를 이용할 수 있으며, 이러한 구동수단은 공지의 기술이므로 더이상의 설명은 생략토록 한다.

또한, 상기와 같이 구동수단을 이용하여 나노 프로브(1)를 움직이는 과정을 센싱유닛(3)을 통해 모니터링 가능한바, 상기 센싱유닛(3)을 이용하여 나노 프로브(1)의 가공정도를 확인할 수 있다.

또한, 전해질 용액(4)은 슬라이드 글라스(5) 위에 위치하는데, 전해질 용액의 표면장력에 의해 슬라이드 글라스 위에서 고정되게 되기 때문에 흩어지지 않는다.

본 발명의 구동순서는 다음과 같다.

전원 공급기(7)에 의해 전압이 인가된 상태에서 나노 스테이지(8)를 전해질 용액(4) 쪽으로 움직이면, 탄소나노 튜브(2)가 전해질 용액에 닿는 순간 전류가 흐르게 되고, 전류계(6)가 전류량을 측정하게 된다.

즉, 접촉에 의해 전해작용이 시작되면 전류의 흐름이 발생하고, 전해작용이 끝나면 전류의 흐름이 멈추게 되는 것이다.

따라서, 전류량을 측정하고, 이를 통해 미리 설정된 전류통전시간과 비교 제어를 함으로써 나노 프로브(1)의 길이 제어가 가능하게 된다.

결국, 나노 스테이지(8)의 구동을 일정한 속도로 유지한 상태에서, 상기 전해질 용액(4)과의 반응시간을 전류계(6)로써 체크하여 나노 프로브(1)의 길이를 제어토록 하는 것이다.

도 2는 제작될 나노 프로브(1)를 도식적으로 보여준다.

즉, 텅스텐 등과 같은 전극에 탄소나노 튜브(2)를 아크릴 접착제를 이용하여 기계적으로 부착함으로써 나노 프로브(1)를 제작할 수 있다.

또한, 도 3은 이렇게 제작된 나노 프로브(1)의 광학 현미경 사진을 보여주고 있다.

상기 도면에서 1은 텅스텐 전극을 그리고, 2는 탄소나노 튜브를 나타낸다.

도 4a, b, c는 제작된 나노 프로브(1)를 본 발명에서 제안한 방법으로 길이를 제어한 경우에 대한 광학 현미경 사진을 보여준다.

도 4a(①)는 접촉하기 전의 상태를 보여준다. 왼쪽은 전해질 용액을, 오른쪽은 나노 프로브를 나타낸다.

도 4b(②)는 접촉중인 상태를 보여주고 있다. 이와 같은 상태는 전해작용이 일어나고 있는 상태를 의미한다. 즉, 이 상태에는 전류계의 전류가 흐르고 있다.

도 4c(③)는 전해작용이 끝나고, 나노 프로브를 전해질 용액에서 분리한 상 태이다. 도면을 보면 알 수 있듯이 탄소나노튜브(2)의 전극이 짧아졌다.

결국, 상기 도면에 나타낸 바와 같은 동작과정을 통해 전해작용 전후에 탄소나노 튜브이 길이가 변화됨을 알 수 있다.

상기와 같이 구동되는 본 발명은, 탄소나노 튜브의 길이는 탄소나노 프로브를 구동시키는 나노 스테이지(8)의 분해능에 의해 조절 가능하다.

즉, 나노미터 분해능의 나노 스테이지(8)를 사용한다면, 전해작용이 오차를 고려하더라도 수십 나노미터 수준의 분해능으로 탄소나노튜브(2)의 길이를 제어할 수 있게 되는 것다.

또한, 저항에 의해 끊어지는 기존의 방법과 달리, 원하는 지점에서 탄소나노 튜브를 절단함으로써 나노 프로브의 길이를 제어 가능하며, 다양한 분야에서 적용가능하다. 본 발명은 개별적으로 나노 프로브의 길이를 제어할 수 있는 장점이 있다.

또한 전해작용을 이용함으로써, 길이제어가 쉽고 간단한 장점을 제공한다.

본 발명은 개별적인 나노 프로브의 길이를 제어할 수 있는 장점이 있어, 각각의 용도에 맞게 나노 프로브를 제작할 수 있고, 전해작용을 이용하여 간단하고 편리하게 그 길이를 제어할 수 있으며, 고성능의 나노 스테이지를 이용할 경우 고 분해능의 나노 프로브 길이제어가 가능하다.

특히, 이 장치를 이용할 경우 제작된 나노 프로브의 길이를 원하는 목적에 맞게 제작할 수 있으며, 나노 프로브 분야의 다른 산업에도 그 효용성이 높다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 설명과 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형은 포함한 것으로 판단할 수 있다.

Claims (3)

1. 일정길이의 탄소나노튜브를 접착한 전도성 재질의 프로브와; 상기 프로브를 임시고정하며, 길이방향으로 움직이도록 동력을 전달하는 나노 스테이지와; 상기 탄소나노 튜브와 반응하여 접촉된 부위를 녹이는 전해질 용액과; 상기 전해질 용액을 표면장력으로 고정하며, 상기 프로브와 일직선상에 배치되는 슬라이드 글래스와; 상기 프로브 일단을 통해 전원을 공급하는 전원공급장치와; 상기 탄소나노튜브와 전해질 용액이 접촉시 상기 프로브와 탄소나노튜브 및 전해질 용액을 통해 흐르는 전류를 검출하는 전류계를 포함하여 이루어지는 전해작용을 이용한 탄소나노튜브의 길이제어장치에 있어서,

   상기 탄소나노튜브와 전해질 용액의 접촉부에는 접촉상태를 촬영하는 센싱유닛을 더 설치하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전해작용을 이용한 탄소나노튜브의 길이제어장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 스테이지의 이동속도와 상기 전류계의 전류도통시간을 이용하여 탄소나노튜브의 길이를 제어하는 것을 특징으로 하는 전해작용을 이용한 탄소나노튜브의 길이제어장치.

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