KR100592807B1 - Synthesis Method and apparatus for multi-wall carbon nanotube - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다층벽탄소나노튜브의 합성방법 및 합성장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and a device for synthesizing multilayer wall carbon nanotubes.

본 발명의 다층벽탄소나노튜브를 합성하기 위한 방법은 온도편차를 이용한 상승기류가 형성된 소정의 반응공간으로 전이금속함유물 및 탄화수소화합물을 주입한 후 상기 주입된 전이금속함유물 및 탄화수소화합물을 열분해 시켜 탄소나노튜브로의 합성을 개시하고 상기 합성이 개시된 탄소나노튜브를 상기 상승기류를 따라 이동시키면서 다층벽탄소나노튜브로 성장시킨 후 상기 성장 중인 다층벽탄소나노튜브를 자연 냉각시켜 성장을 종료시킨 후 상기 성장이 종료된 다층벽탄소나노튜브를 상기 상승기류를 이용하여 상기 소정의 반응공간 밖으로 배출시키는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 다층벽탄소나노튜브 합성장치는 하부에 히터를 구비하고 상부를 냉각공간으로 하여 반응기 내부에 상승기류를 유도하며 상기 상승기류를 용이하게 유지하기 위하여 펌프를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The method for synthesizing the multilayered wall carbon nanotubes of the present invention is to thermally decompose the transition metals and hydrocarbon compounds after injecting the transition metals and the hydrocarbon compounds into a predetermined reaction space in which an upward air flow using the temperature deviation is formed. To start the synthesis into carbon nanotubes, and to grow the multi-walled carbon nanotubes while moving the carbon nanotubes in which the synthesis was initiated along the upward airflow, and to terminate the growth by naturally cooling the growing multi-walled carbon nanotubes. After the growth is completed, the multi-walled carbon nanotubes are discharged out of the predetermined reaction space by using the rising airflow. The multi-walled carbon nanotube synthesis apparatus according to the present invention includes a heater at the bottom and an upper portion. The cooling space induces an upward airflow inside the reactor and easily maintains the upward airflow. To it characterized in that it further comprises a pump.

본 발명에 따르면 수거 및 연속공정이 용이하여 생산효율이 높은 다층벽탄소나노튜브를 합성할 수 있다. According to the present invention, it is easy to collect and continuously process a multi-walled carbon nanotube having high production efficiency.

탄소나노튜브, 다층벽탄소나노튜브합성장치, 다층벽탄소나노튜브합성방법Carbon nanotubes, multilayer wall carbon nanotube synthesis apparatus, multilayer wall carbon nanotube synthesis method

Description

상승기류를 이용한 다층벽탄소나노튜브의 합성방법 및 합성장치{Synthesis Method and apparatus for multi-wall carbon nanotube}Synthesis Method and Apparatus for Multi-wall Carbon Nanotube

도 1은 본 발명의 다층벽탄소나노튜브의 합성방법을 설명하는 순서도이다.1 is a flow chart illustrating a method for synthesizing a multilayer wall carbon nanotube of the present invention.

도 2 , 도3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 다층벽탄소나노튜브의 합성장치를 보여주는 개략도이다.2, 3, 4 and 5 is a schematic view showing a device for synthesizing multilayer wall carbon nanotubes of the present invention.

도 6 및 도 7은 본 발명의 다층벽탄소나노튜브 합성장치로 합성된 다층벽탄소나노튜브의 전자현미경 사진이다.6 and 7 are electron micrographs of multi-walled carbon nanotubes synthesized by the multi-walled carbon nanotube synthesizer of the present invention.

본 발명은 상승기류가 유도된 반응기 내부에 전이금속함유물 및 탄화수소화합물을 주입시켜 열분해를 통해 다층벽탄소나노튜브를 합성한 후 상기 상승기류를 이용하여 용이하게 상기 합성된 다층벽탄소나노튜브를 배출시킬 수 있는 다층벽탄소나노튜브 합성방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention synthesizes multi-walled carbon nanotubes by pyrolysis by injecting transition metals and hydrocarbon compounds into a reactor in which a rise-up air is induced, and then easily converts the synthesized multi-walled carbon nanotubes using the riser. The present invention relates to a method for synthesizing multilayer wall carbon nanotubes and a device thereof.

탄소나노튜브는 1991년 이지마(Iihjima)에 의해 처음 발명되어 졌으며[S.Iihjima, Nature 354,56(1991)], 길이가 길고, 직경이 가늘며, 역학적 안정성 및 전기전도성이 뛰어나 전계 방출 소자, 고용량 캐패시터, 이차전지의 전극으로 응용되고 있으며 전도성과 인장강도의 향상 및 질량감소가 용이하여 복합재료의 첨가물로서의 응용성이 높고, 내부 공간이 비어 있어 상기 내부 공간과 외부 공간을 이용한 가스 흡착 및 저장물질로서의 응용이 활발히 연구되고 있다. Carbon nanotubes were first invented by Iihjima in 1991 (S.Iihjima, Nature 354,56 (1991)), which are long, thin, and excellent in mechanical stability and electrical conductivity. It is applied as an electrode of capacitors and secondary batteries, and it has high applicability as an additive of composite materials due to easy improvement of conductivity, tensile strength and mass reduction, and internal space is empty, so gas adsorption and storage material using the internal space and external space The application as is being actively studied.

이러한 탄소나노튜브는 크게 육각형 벌집구조의 흑연판이 대롱형태를 이루고 있는데, 대롱이 홑겹일 경우는 단층벽탄소나노튜브(Sing-walled carbon nanotube)라 하고, 대롱이 수개 내지 수십개인 경우는 다층벽탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube)라 한다. 일반적으로 다층벽탄소나노튜브는 복합재료나 고분자 재료로 응용성이 활발히 연구되고 있는데, 이러한 다층벽탄소나노튜브의 합성 방법으로는 전기방전법, 화학기상증착법, 열분해법 등으로 크게 나눌 수 있다.These carbon nanotubes are largely hexagonal honeycomb graphite plate forms a long form, when the long is a single layer is called single-walled carbon nanotube (multiple wall carbon) in the case of several to several tens It is called a multi-walled carbon nanotube. In general, multilayer wall carbon nanotubes are actively researched for their application as composite materials or polymer materials. The synthesis of such multilayer wall carbon nanotubes can be broadly classified into electric discharge, chemical vapor deposition, and thermal decomposition.

그 중 열분해법은 소정의 가열된 반응공간으로 탄화수소화합물과 전이금속함유물을 공급하여, 상기 탄화수소화합물 및 전이금속함유물을 열분해한 후, 상기 열분해 된 전이금속이온을 촉매로 하고 상기 열분해 된 탄소이온을 결합시켜 탄소나노튜브를 합성하는 것이다. The pyrolysis method supplies a hydrocarbon compound and a transition metal content to a predetermined heated reaction space, thermally decomposes the hydrocarbon compound and a transition metal content, and then uses the pyrolyzed transition metal ions as a catalyst. It combines ions to synthesize carbon nanotubes.

그러나 기존의 열분해법은 첫째, 탄소나노튜브를 수거할 때 마다 반응기를 분해하여 합성된 탄소나노튜브를 수거하여야 하므로 수거에 걸리는 시간이 길어져 탄소나노튜브 반응기의 가동률이 낮아 공급단가가 높아지며,However, in the conventional pyrolysis method, first, when the carbon nanotubes are collected, the synthesized carbon nanotubes must be collected by decomposing the reactor, so the collection time is long, and the operation rate of the carbon nanotube reactor is low, thereby increasing the supply cost.

둘째, 탄소나노튜브 합성 시 길이조절이 자유롭지 못하여 필요에 따라 여러 종류의 제품에 응용될 수 있는 다양한 길이의 탄소나노튜브로 생산하는 것이 어려운 단점이 있다. Second, it is difficult to produce carbon nanotubes of various lengths that can be applied to various kinds of products as needed, because the length control is not free when synthesizing carbon nanotubes.

따라서 본 발명은 상기의 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로, 연속공정이 가능하며, 길이조절이 용이하여 생산비용이 저렴하면서도 복합재료나 고분자 재료 등에 응용성이 우수한 다층벽탄소나노튜브의 합성방법 및 합성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, the continuous process is possible, the length control is easy and the production cost is low, but the synthesis method of multilayer wall carbon nanotubes excellent in application to composite materials and polymer materials and It is an object to provide a synthesis apparatus.

따라서, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다층벽탄소나노튜브의 합성방법은 상승기류가 형성된 소정의 반응공간으로 전이금속함유물 및 탄화수소화합물을 주입하는 단계;와 상기 주입된 전이금속함유물 및 탄화수소화합물을 가열하여 열분해 시켜 탄소나노튜브로 합성을 개시시키는 단계;와 상기 합성이 개시된 탄소나노튜브를 상기 상승기류를 따라 이동시키면서 다층벽탄소나노튜브로 성장시키는 단계; 및 상기 성장 중인 다층벽탄소나노튜브를 냉각시켜 성장을 종료시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 성장이 종료된 다층벽탄소나노튜브를 수거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 연속적으로 다층벽탄소나노튜브를 합성하기위해 상기 성장이 종료된 다층벽탄소나노튜브를 상기 상승기류에 의해 상기 소정의 반응공간 밖으로 배출시키는 단계; 및 상기 배출된 다층벽탄소나노튜브를 수거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Therefore, the method for synthesizing the multilayer wall carbon nanotubes of the present invention for achieving the above object comprises the steps of injecting a transition metal content and a hydrocarbon compound into a predetermined reaction space in which a rising air is formed; and the injected transition metal content and Heating the hydrocarbon compound to thermally decompose to initiate synthesis into carbon nanotubes; and growing carbon nanotubes in which the synthesis is initiated into multi-walled carbon nanotubes while moving along the air stream; And terminating the growth by cooling the growing multi-walled carbon nanotubes. And collecting the multi-walled carbon nanotubes in which the growth is terminated, and continuously adding the multi-walled carbon nanotubes in which the growth is terminated to synthesize the multi-walled carbon nanotubes in the rising air stream. Discharging the reaction space out of the predetermined reaction space; And collecting the discharged multilayer wall carbon nanotubes.

보다 자세한 반응조건은 상기 전이금속함유물 및 탄화수소화합물의 열분해 온도를 900도내지 1500도의 고온으로 유지시킴으로써 상기 상승기류를 지속적으로 형성 및 유지시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.More detailed reaction conditions are characterized in that the rising air stream can be continuously formed and maintained by maintaining the pyrolysis temperature of the transition metal content and hydrocarbon compound at a high temperature of 900 to 1500 degrees.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다층벽탄소나노튜브를 합성하기 위한 장치는 하부에 전이금속함유물 및 탄화수소화합물이 열분해 되는 가열공간을 가지며, 상부에 상기 열분해 된 전이금속함유물 및 탄화수소화합물이 다층벽탄소나노튜브로 합성된 후 냉각되는 냉각공간을 가지는 로 형태의 반응기;와 상기 가열공간 측으로 상기 전이금속함유물 및 탄화수소화합물을 주입시키기 위한 노즐; 및 상기 가열공간을 가열하기 위한 히터;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 냉각공간을 보호하며 급속한 냉각을 방지하기 위한 완충부재를 더 포함하여 상기 반응기를 보호하고, 상기 냉각공간에 존재하는 상기 합성된 다층벽탄소나노튜브의 배출을 돕기 위해 상기 반응기의 출구와 연결된 펌프를 더 포함하며 상기 반응기에서 합성된 상기 다층벽탄소나노튜브를 수거하며 상기 펌프와 연결된 수거기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The apparatus for synthesizing the multilayer wall carbon nanotubes of the present invention for achieving the above object has a heating space for pyrolyzing transition metals and hydrocarbon compounds at the bottom, and the pyrolyzed transition metals and hydrocarbon compounds at the top A reactor in the form of a furnace having a cooling space which is synthesized with multi-wall carbon nanotubes and cooled, and a nozzle for injecting the transition metal content and the hydrocarbon compound into the heating space; And a heater for heating the heating space. And a buffer member that protects the cooling space and prevents rapid cooling, and protects the reactor and is connected to the outlet of the reactor to help discharge of the synthesized multi-walled carbon nanotubes present in the cooling space. It further comprises a pump and collects the multi-walled carbon nanotubes synthesized in the reactor, characterized in that it further comprises a collector connected to the pump.

또한 합성되는 탄소나노튜브의 길이조절을 위한 상기 히터의 길이는 상기 반응기 전체길이의 10 내지 80%이며 상기 히터의 가열온도는 900도 내지 1500도인 것을 특징으로 한다.In addition, the length of the heater for controlling the length of the synthesized carbon nanotubes is 10 to 80% of the total length of the reactor and the heating temperature of the heater is characterized in that 900 to 1500 degrees.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings for a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 다층벽탄소나노튜브를 합성하기 위한 개략적인 흐름도이다.  1 is a schematic flowchart for synthesizing a multilayer wall carbon nanotube of the present invention.

도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 다층벽탄소나노튜브 합성방법을 상세하게 살펴보면, 본 실시 예에서 사용된 전이금속함유물은 전이금속 공급원과 첨가제를 혼합한 혼합액을 사용하는데, 상기 전이금속의 공급원으로는 Iron(II)pentacarbonyl[Fe(CO)5]를 사용하고, 상기 첨가제로는 탄소나노튜브 합성에서 합성수율을 향상시키는데 도움을 주는 황(S)이 함유된 Thiophene[C4H4S]을 사용한다. 상기 전이금속 및 첨가제의 비율은 대략 전이금속:황의 질량비가 5:1 내지 10:1정도인 경우가 합성수율을 높이는데 있어서 바람직하다.Referring to Figure 1 in detail with respect to the multi-walled carbon nanotube synthesis method according to an embodiment of the present invention, the transition metal content used in this embodiment uses a mixture of a transition metal source and an additive, the transition The source of metal is Iron (II) pentacarbonyl [Fe (CO) 5 ], and the additive is Thiophene [C 4 H containing sulfur (S) which helps to improve the synthesis yield in carbon nanotube synthesis. 4 S]. The ratio of the transition metal and the additive is preferably about 5: 1 to 10: 1 by mass ratio of transition metal: sulfur to increase the synthetic yield.

상기 혼합액 내부로 버블러를 이용하여 비활성기체(주기율표상의 18족)또는 질소가스 등을 주입하여 상기 혼합액을 기화시켜 전이금속함유물을 준비한다. 상기 전이금속함유물을 탄화수소화합물인 C2H2기체와 함께 주입노즐을 통하여 상승기류가 형성된 소정의 반응공간으로 주입한다(101). 상기 주입노즐을 통해 주입되는 가스의 비율은 비활성기체 : C2H2 : 전이금속화합물(Iron(II)pentacarbonyl과 Thiophene)을 버블링하는 가스의 비율을 1000 : 50 : 100sccm으로 하였다.An inert gas (group 18 on the periodic table) or nitrogen gas is injected into the mixed solution by using a bubbler to vaporize the mixed solution to prepare a transition metal content. The transition metal content is injected into a predetermined reaction space in which an upward airflow is formed through an injection nozzle together with a C 2 H 2 gas which is a hydrocarbon compound (101). The ratio of the gas injected through the injection nozzle was set to 1000: 50: 100 sccm of the gas bubbling an inert gas: C 2 H 2 : transition metal compound (Iron (II) pentacarbonyl and Thiophene).

상기 소정의 반응공간으로 주입된 상기 전이금속함유물 및 탄화수소화합물은 900도 내지 1500도로 가열되어 열분해 된다(102). 상기 열분해 된 전이금속함유물 내의 전이금속이온을 촉매로 하여 열분해 된 상기 탄화수소화합물에 존재하던 탄소원자들이 재배열 되면서 육각형 대롱모양의 탄소나노튜브로 합성이 개시된다(103). 상기 합성이 개시된 탄소나노튜브를 상기 반응공간 내에 형성된 상기 상승기류를 따라 이동시키면서 다층벽탄소나노튜브로 성장시킨다(104). 즉 상기 열분해 된 전이금속이온을 필두로 한 상기 합성이 개시된 탄소나노튜브가 상기 상승기류를 따라 이동하면서 상기 탄소이온을 만나게 되면, 상기 탄소이온이 상기 전이금속이온의 촉매작용에 의해 상기 합성이 개시된 탄소나노튜브의 후반부 측으로 계속적으로 결합되면서 다층벽탄소나노튜브로 성장된다.The transition metal content and the hydrocarbon compound injected into the predetermined reaction space are pyrolyzed by heating to 900 to 1500 degrees. As the carbon atoms present in the hydrocarbon compound pyrolyzed using the transition metal ion in the pyrolyzed transition metal content are rearranged, the synthesis is started with hexagonal long carbon nanotubes (103). The carbon nanotubes in which the synthesis is initiated are grown into multi-walled carbon nanotubes while moving along the upward airflow formed in the reaction space (104). In other words, when the carbon nanotubes started with the pyrolyzed transition metal ions encounter the carbon ions while moving along the upward stream, the carbon ions are initiated by the catalytic action of the transition metal ions. As it is continuously bonded to the latter side of the carbon nanotubes, it is grown into multi-walled carbon nanotubes.

상기 상승기류를 따라 이동하면서 계속적으로 성장되던 상기 다층벽탄소나노튜브는 주위의 온도가 자연스럽게 저하됨에 따라 합성에 필요한 에너지를 더 이상 얻지 못하게 되어 성장이 종료되면서 상기 다층벽탄소나노듀브의 합성은 종료된다(105). 즉, 상기 다층벽탄소나노튜브의 성장길이는 합성에 필요한 에너지가 공급되는 량에 비례하여 길어지므로 상기 합성에 필요한 에너지 량과 유입속도를 조절함으로서 간단히 본 발명의 다층벽탄소나노튜브의 길이를 조절할 수 있다.The multi-walled carbon nanotubes that were continuously grown while moving along the upward airflow no longer obtain the energy required for synthesis as the ambient temperature naturally decreases, and the growth is terminated, thereby completing the synthesis of the multi-walled carbon nanotubes. (105). That is, since the growth length of the multilayer wall carbon nanotubes is increased in proportion to the amount of energy supplied for synthesis, the length of the multilayer wall carbon nanotubes of the present invention is simply controlled by controlling the amount of energy and the inflow rate required for the synthesis. Can be.

상기 합성이 종료된 상기 다층벽탄소나노튜브는 상기 상승기류를 따라 계속 이동하면서 자연스럽게 상기 소정의 반응공간으로부터 배출된다(105). 따라서 합성된 다층벽탄소나노튜브를 분리하기 위한 별도의 공정 없이 계속적인 합성이 가능하다. 상기 배출된 다층벽탄소나노튜브는 적당한 시점에서 수거(107)함으로서 본 발명의 다층벽탄소나노튜브를 얻을 수 있다. The multi-walled carbon nanotubes whose synthesis is completed are naturally discharged from the predetermined reaction space while continuously moving along the upward airflow (105). Therefore, continuous synthesis is possible without a separate process for separating the synthesized multi-walled carbon nanotubes. The discharged multi-walled carbon nanotubes are collected 107 at an appropriate time point to obtain multi-walled carbon nanotubes of the present invention.

도 2 및 도 3은 본 발명의 다층벽탄소나노튜브를 합성하기 위한 장치를 대략적으로 보여주는 대략도이다.2 and 3 are schematic views showing an apparatus for synthesizing multilayer wall carbon nanotubes of the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면 , 본 발명의 다층벽탄소나노튜브를 합성하기 위한 장치는 하부에 전이금속함유물 및 탄화수소화합물이 열분해 되는 가열공간을 가지며, 상부에 상기 열분해 된 전이금속함유물 및 탄화수소화합물이 다층벽탄소나노튜브로 합성된 후 냉각되는 냉각공간을 가지는 로 형태의 반응기(201), 상기 가열공간 측으로 상기 전이금속함유물 및 탄화수소화합물을 주입시키기 위한 노즐(202), 상기 가열공간을 가열하기 위한 히터(203)와 상기 냉각공간을 보호하며 급속한 냉각을 방지하기 위한 완충부재(204) 그리고 상기 냉각공간에 존재하는 상기 합성된 다층벽탄소나노튜브의 배출을 돕기 위해 상기 반응기의 출구와 연결된 펌프(205) 및 상기 반응기(201)에서 합성된 상기 다층벽탄소나노튜브를 수거하기 위한 수거기(206) 등을 포함한다.2 and 3, the apparatus for synthesizing the multi-walled carbon nanotubes of the present invention has a heating space for pyrolyzing transition metals and hydrocarbon compounds at the bottom, the pyrolyzed transition metals at the top and Reactor 201 in the form of a furnace having a cooling space that is cooled after the hydrocarbon compound is synthesized into multi-walled carbon nanotubes, a nozzle 202 for injecting the transition metal content and the hydrocarbon compound into the heating space, the heating space A heater 203 for heating the reactor, a buffer member 204 for protecting the cooling space, and preventing rapid cooling, and an outlet of the reactor to help discharge of the synthesized multi-walled carbon nanotubes present in the cooling space. And a collector 206 for collecting the multi-walled carbon nanotubes synthesized in the reactor 201 and the pump 205 connected with the pump 205.

상기 반응기(201)는 그 하부에 상기 히터(203)에 의해 가열되는 가열공간이 존재하고 있으며 그 상부는 완충부재(204)에 의해 보호되는 냉각공간이 존재하도록 설계되어, 상기 히터(203)에 의해 가열되는 상기 가열공간은 내부 온도가 900도 내지 1500도로서 히터가 없는 상기 냉각공간보다 상대적으로 높은 온도를 가지므로 상기 반응기(201) 내부는 상기 가열공간에서 상기 냉각공간으로 상승기류가 형성되어 있다. 상기 냉각공간을 보호하는 상기 완충부재(204)는 세라믹재질의 부재로서, 상기 가열공간과 외부와의 온도편차가 큼에 따라 생기는 갑작스러운 온도변화를 방지하여 상기 냉각공간 내에서 이루어지는 본 발명의 다층벽탄소나노튜브의 성장반응이 원활하게 수행되게 하며 또한 상기 반응기(201)를 보호한다. 상기 완충부재의 내부는 완충물질을 채우는데, 본 발명의 실시 예에서는 완충물질로 공기를 사용하였다. The reactor 201 has a heating space at the bottom thereof is heated by the heater 203 and the upper portion thereof is designed to have a cooling space protected by the buffer member 204, so that the heater 203 Since the heating space is heated by the internal temperature is 900 to 1500 degrees and has a relatively higher temperature than the cooling space without the heater, the reactor 201 is formed inside the reactor 201 from the heating space to the cooling space is formed have. The buffer member 204 for protecting the cooling space is made of a ceramic material, and prevents a sudden temperature change caused by a large temperature deviation between the heating space and the outside, and thus is formed in the cooling space. The growth reaction of wall carbon nanotubes is performed smoothly and also protects the reactor 201. The interior of the buffer member to fill the buffer material, in the embodiment of the present invention used air as the buffer material.

따라서 상기 노즐(202)을 통하여 분사된 상기 전이금속함유물 및 탄화수소화합물이 상기 반응기(201) 내의 가열공간 측으로 입사되면서 상기 가열공간에서 열에너지를 받아 상기 전이금속함유물 및 탄화수소화합물은 열분해 된다. 상기 열분해된 전이금속함유물 및 탄화수소화합물은 상기 반응기(201) 내에 형성된 상승기류를 따라 이동하면서 탄소나노튜브로 합성이 개시된다. 상기 합성이 개시된 탄소나노튜브는 상기 상승기류를 따라 이동하면서 열분해 된 전이금속이온의 계속적인 촉매작용으로 다층벽탄소나노튜브로 성장하게 된다. 상기 상승기류를 따라 성장하면서 이동하던 상기 다층벽탄소나노튜브는 상기 냉각공간으로 진입하게 되는데 상기 냉각공간은 상기 완충부재(204)로 보호되고 있으므로 온도변화가 급격하지 않아 더 이상 열에너지가 공급되지 않음에도 불구하고 상기 다층벽탄소나노튜브의 성장반응은 어느정도 계속적으로 진행될 수 있다. 그러나 계속적인 온도하락에 따른 열에너지의 고갈이 더 이상의 성장반응을 진행시키지 못하게 되면 상기 다층벽탄소나노튜브는 성장반응을 종료하게 된다. Accordingly, the transition metal content and the hydrocarbon compound injected through the nozzle 202 are incident to the heating space side in the reactor 201 and receive thermal energy from the heating space to thermally decompose the transition metal content and the hydrocarbon compound. The pyrolyzed transition metal content and hydrocarbon compound are started to be synthesized into carbon nanotubes while moving along the ascending air stream formed in the reactor 201. The synthesized carbon nanotubes are grown as multi-walled carbon nanotubes by continuous catalysis of pyrolyzed transition metal ions while moving along the upward airflow. The multi-walled carbon nanotubes that have moved and moved along the upward air flow enter the cooling space, but since the cooling space is protected by the buffer member 204, the temperature change is not so rapid that thermal energy is no longer supplied. Nevertheless, the growth reaction of the multi-walled carbon nanotubes may continue to some extent. However, if the depletion of thermal energy due to the continuous temperature drop prevents further growth reaction, the multilayer wall carbon nanotubes terminate the growth reaction.

상기 다층벽탄소나노튜브의 길이는 상기 다층벽탄소나노튜브의 성장반응 시 공급되는 열에너지의 량에 비례한다. 즉, 상기 다층벽탄소나노튜브의 성장반응 시 공급되는 열에너지가 많으면 길이가 긴 다층벽탄소나노튜브가 합성되며 상기 열에너지가 작으면 길이가 짧은 다층벽탄소나노튜브가 합성되는 것이다. 따라서 상기 다층벽탄소나노튜브 합성 시 공급되는 열에너지를 조절함으로써 다양한 길이의 다층벽탄소나노튜브를 제조할 수 있다. 상기 열에너지를 조절하기위하여 상기 히터(203)의 길이를 조절하는데, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 히터(203)의 길이는 상기 반응기(201) 전체길이의 10 내지 80% 길이 비인 것이 바람직하다.The length of the multilayer wall carbon nanotubes is proportional to the amount of thermal energy supplied during the growth reaction of the multilayer wall carbon nanotubes. In other words, if the thermal energy supplied during the growth reaction of the multi-walled carbon nanotubes is long, multi-walled multi-walled carbon nanotubes are synthesized, and if the heat energy is small, multi-walled short-walled carbon nanotubes are synthesized. Therefore, it is possible to manufacture multilayer wall carbon nanotubes of various lengths by controlling the thermal energy supplied when the multilayer wall carbon nanotubes are synthesized. The length of the heater 203 is adjusted to adjust the heat energy. The length of the heater 203 according to the embodiment of the present invention is preferably 10 to 80% of the total length of the reactor 201.

성장이 종료된 상기 다층벽탄소나노튜브는 상기 상승기류를 따라 계속적으로 상기 반응기(201)의 위쪽으로 상승하다, 상기 반응기(201) 밖으로 자연스럽게 배출된다. 따라서 합성이 종료된 본 발명의 다층벽탄소나노튜브를 배출시키기 위한 별도의 장치가 필요하지 않게 된다. 상기 반응기(201) 밖으로 배출된 상기 다층벽탄소나노튜브는 상기 반응기(201)와 연결된 상기 펌프(205)를 지나 상기 수거기(206)에 모이게 된다. 상기 펌프(205)는 상기 상승기류의 유지하고 상기 냉각공간에 존재하는 상기 합성된 다층벽탄소나노튜브의 배출을 돕기 위해 설치된 것으로 배출되는 다층벽탄소나노튜브의 흐름을 원활하게 유지시켜 준다. 상기 수거기(206)는 도 2에서와 같이 상기 펌프(205) 후반부와 연결될 수 있으며 또는 도 3에서와 같이 상기 반응기(201)의 배출구와 연결될 수도 있다. The growth of the multi-walled carbon nanotubes continues to rise above the reactor 201 along the upward airflow, and is naturally discharged out of the reactor 201. Therefore, a separate device for discharging the multi-walled carbon nanotubes of the present invention, which has been synthesized, is not required. The multilayer wall carbon nanotubes discharged out of the reactor 201 are collected in the collector 206 through the pump 205 connected to the reactor 201. The pump 205 smoothly maintains the flow of the multi-walled carbon nanotubes discharged to be installed in order to maintain the rising air flow and to help discharge the synthesized multi-walled carbon nanotubes existing in the cooling space. The collector 206 may be connected to the latter portion of the pump 205 as shown in FIG. 2 or may be connected to the outlet of the reactor 201 as shown in FIG.

도 2 및 도 3의 미 설명 장치는 액상의 전이금속함유물을 기상으로 만들기 위한 버블러(207)와 기상의 탄화수소화합물이 공급되는 관(210) 그리고 상기 버블러(207)로 기상의 전이금속함유물을 만들기 위한 비활성기체(주기율표상의 18족) 혹은 질소가스를 공급하기 위한 관(209)와 상기 탄화수소화합물 및 기상의 전이금속함유물을 상기 노즐(202)로 보내기 위한 연결관(208)이다.The unexplained apparatus of FIGS. 2 and 3 is a gas bubbler 207 for supplying a gas phase hydrocarbon compound and a bubbler 207 for making a liquid transition metal content into a gaseous phase and a gas phase transition metal to the bubbler 207. A pipe 209 for supplying an inert gas (group 18 on the periodic table) or nitrogen gas for making the contents, and a connection pipe 208 for sending the hydrocarbon compound and gaseous transition metal content to the nozzle 202. .

도 4 및 도 5는 본 발명의 다층벽탄소나노튜브를 합성하기 위한 장치를 대략적으로 보여주는 대략도이다.4 and 5 are schematic views showing an apparatus for synthesizing multilayer wall carbon nanotubes of the present invention.

도 4를 참조하면 본 발명의 다층벽탄소나노튜브 합성장치는 수거기(206)를 펌프(205)의 후반부 및 반응기의 배출구에 각각 셋씩 장치하여 다층벽탄소나노튜브의 수거효율을 극대화시킬 수 있도록 하였다.Referring to FIG. 4, the apparatus for synthesizing the multi-walled carbon nanotubes of the present invention is provided with three collectors 206 respectively at the latter part of the pump 205 and the outlet of the reactor to maximize the collection efficiency of the multi-walled carbon nanotubes. It was.

도 5를 참조하면 본 발명의 다층벽탄소나노튜브 합성장치는 상기 반응기(201)를 45도 기울여 합성된 다층벽탄소나노튜브가 배출되는 부분과 연결되도록 하였다. 따라서, 합성된 탄소나노튜브가 쉽게 상기 반응기(201)로부터 배출되어 상기 수거기(206)로 수거될 수 있다. Referring to FIG. 5, the apparatus for synthesizing the multi-walled carbon nanotubes of the present invention is inclined by 45 degrees to connect the synthesized multi-walled carbon nanotubes to the discharged portion. Therefore, the synthesized carbon nanotubes can be easily discharged from the reactor 201 and collected by the collector 206.

도 6은 본 발명의 다층벽탄소나노튜브 합성장치로 합성된 다층벽탄소나노튜브의 전자현미경 사진이다.6 is an electron micrograph of a multilayer wall carbon nanotube synthesized by the multilayer wall carbon nanotube synthesis apparatus of the present invention.

이상과 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 된다. 따라서 상기에서 설명한 것 외에도 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 본 발명의 실시 예에 대한 설명만으로도 쉽게 상기 실시 예와 동일 범주내의 다른 형태의 본 발명을 실시할 수 있거나, 본 발명과 균등한 영역의 발명을 실시 할 수 있을 것이다.As described above, the detailed description of the present invention has been made by the embodiments with reference to the accompanying drawings, but the above-described embodiments are only described with reference to the preferred examples of the present invention, and thus the present invention is limited to the above embodiments. It should not be understood as. Therefore, in addition to the above description, a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains may easily implement the present invention in another form within the same scope as the above embodiments, or by simply describing the embodiments of the present invention. It will be possible to practice the invention in the same and equal area.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 첫째, 상승기류를 이용하여 합성이 완료된 다층벽탄소나노튜브를 계속적으로 배출 및 수거할 수 있어 다층벽탄소나노튜브 합성이 연속적으로 이루어지므로 대량생산이 가능하며,As described in detail above, according to the present invention, first, the multi-walled carbon nanotubes synthesized using the rising air can be continuously discharged and collected. ,

둘째, 합성된 탄소나노튜브를 수거하기 위한 반응기의 분해 및 재가동공정이 최소화될 수 있어, 반응기의 가동률이 높아지므로 공급단가를 감소시킬 수 있으며, Second, since the decomposition and restarting process of the reactor for collecting the synthesized carbon nanotubes can be minimized, the operation rate of the reactor is increased, thereby reducing the supply cost,

셋째, 히터의 길이를 조절하는 것만으로도 다층벽탄소나노튜브의 길이를 조절 할 수 있어, 다양한 길이의 다층벽탄소나노튜브를 필요에 따라 합성할 수 있는 장점이 있다.Third, it is possible to adjust the length of the multilayer wall carbon nanotubes only by adjusting the length of the heater, and there is an advantage of synthesizing the multilayer wall carbon nanotubes of various lengths as needed.

Claims (10)

상승기류가 형성된 소정의 반응공간으로 전이금속함유물 및 탄화수소화합물을 주입하는 단계;Injecting a transition metal content and a hydrocarbon compound into a predetermined reaction space in which an upward airflow is formed; 상기 주입된 전이금속함유물 및 탄화수소화합물을 가열하여 열분해 시켜 탄소나노튜브로 합성을 개시시키는 단계;Initiating synthesis with carbon nanotubes by heating and thermally decomposing the injected transition metal content and hydrocarbon compound; 상기 합성이 개시된 탄소나노튜브를 상기 상승기류를 따라 이동시키면서 다층벽탄소나노튜브로 성장시키는 단계;Growing carbon nanotubes having the synthesis initiated therein into multilayer wall carbon nanotubes while moving along the upward airflow; 상기 성장 중인 다층벽탄소나노튜브를 냉각시켜 성장을 종료시키는 단계; 및Cooling the growing multi-walled carbon nanotubes to terminate growth; And 상기 성장이 종료된 다층벽탄소나노튜브를 수거하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층벽탄소나노튜브 합성방법.Collecting the multi-walled carbon nanotubes in which the growth is terminated; Multi-walled carbon nanotube synthesis method comprising a. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 성장이 종료된 다층벽탄소나노튜브를 상기 상승기류에 의해 상기 소정의 반응공간 밖으로 배출시키는 단계;Discharging the multi-walled carbon nanotubes whose growth has ended out of the predetermined reaction space by the rising airflow; 상기 배출된 다층벽탄소나노튜브를 수거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층벽탄소나노튜브 합성방법. The method of claim 1, further comprising the step of collecting the discharged multi-walled carbon nanotubes. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전이금속함유물 및 탄화수소화합물의 열분해 온도가 900도 내지 1500도인 것을 특징으로 하는 다층벽탄소나노튜브 합성방법. The pyrolysis temperature of the transition metal and hydrocarbon compound is 900 to 1500 degrees, characterized in that the multi-walled carbon nanotube synthesis method. 하부에 전이금속함유물 및 탄화수소화합물이 열분해 되는 가열공간을 가지며, 상부에 상기 열분해 된 전이금속함유물 및 탄화수소화합물이 다층벽탄소나노튜브로 합성된 후 냉각되는 냉각공간을 가지는 로 형태의 반응기;A reactor of a furnace type having a heating space in which a transition metal content and a hydrocarbon compound are pyrolyzed, and a cooling space in which the pyrolyzed transition metal content and a hydrocarbon compound are synthesized into multi-wall carbon nanotubes and then cooled; 상기 가열공간 측으로 상기 전이금속함유물 및 탄화수소화합물을 주입시키기 위한 노즐;A nozzle for injecting the transition metal content and the hydrocarbon compound into the heating space; 상기 가열공간을 가열하기 위한 히터; 및A heater for heating the heating space; And 상기 반응기에서 합성된 상기 다층벽탄소나노튜브를 수거하는 수거기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층벽탄소나노튜브 합성장치. 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층벽탄소나노튜브 합성장치.Multi-walled carbon nanotubes synthesizer comprising a collector for collecting the multi-walled carbon nanotubes synthesized in the reactor. Multi-walled carbon nanotube synthesis apparatus comprising a. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 냉각공간을 보호하며 급속한 냉각을 방지하기 위한 완충부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층벽탄소나노튜브 합성장치.Multi-walled carbon nanotube synthesis apparatus for protecting the cooling space and further comprising a buffer member for preventing rapid cooling. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 냉각공간에 존재하는 상기 합성된 다층벽탄소나노튜브의 배출을 돕기 위해 상기 반응기의 출구 및 상기 수거기 사이에 게재된 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층벽탄소나노튜브 합성장치.And a pump disposed between the outlet of the reactor and the collector to assist the discharge of the synthesized multi-walled carbon nanotubes present in the cooling space. 삭제delete 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 히터의 길이는 상기 반응기 전체길이의 10 내지 80%인 것을 특징으로 하는 다층벽탄소나노튜브 합성장치.The length of the heater is a multilayer wall carbon nanotube synthesis apparatus, characterized in that 10 to 80% of the total length of the reactor. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 히터의 가열온도는 900도 내지 1500도인 것을 특징으로 하는 다층벽탄소나노튜브 합성장치.The heating temperature of the heater is a multilayer wall carbon nanotube synthesis apparatus, characterized in that 900 to 1500 degrees.
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