KR100596676B1 - 기상합성법에 의한 단일벽 탄소 나노튜브의 대량 합성 방법 - Google Patents

기상합성법에 의한 단일벽 탄소 나노튜브의 대량 합성 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100596676B1
KR100596676B1 KR1020040017643A KR20040017643A KR100596676B1 KR 100596676 B1 KR100596676 B1 KR 100596676B1 KR 1020040017643 A KR1020040017643 A KR 1020040017643A KR 20040017643 A KR20040017643 A KR 20040017643A KR 100596676 B1 KR100596676 B1 KR 100596676B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal particles
matrix
carbon nanotubes
catalyst metal
walled carbon
Prior art date
Application number
KR1020040017643A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20040082949A (ko
Inventor
이철진
Original Assignee
이철진
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이철진 filed Critical 이철진
Publication of KR20040082949A publication Critical patent/KR20040082949A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100596676B1 publication Critical patent/KR100596676B1/ko

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/42—Foundations for poles, masts or chimneys
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/04—Bearings; Hinges
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/10—Railings; Protectors against smoke or gases, e.g. of locomotives; Maintenance travellers; Fastening of pipes or cables to bridges
    • E01D19/103—Parapets, railings ; Guard barriers or road-bridges

Abstract

기상합성법에 의한 단일벽 탄소 나노튜브의 대량 합성 방법을 제공한다. 본 발명은 촉매 금속 입자를 분말 입자상의 모체의 나노 기공에 수 나노미터 크기로 균일하게 담지시킨다. 이어서, 촉매 금속 입자가 담지된 분말 입자상의 모체를 700∼900℃에서 소결한다. 이어서, 소결된 촉매 금속 입자가 담지된 분말 입자상의 모체를 반응기 내에 넣은 다음, 700∼1100℃의 온도에서 탄소 소오스 가스와 수소가스를 동시에 반응기 내부로 공급하여 고순도의 단일벽 탄소 나노튜브를 대량으로 합성한다.

Description

기상합성법에 의한 단일벽 탄소 나노튜브의 대량 합성 방법{Massive synthesis method of single-walled carbon nanotubes using the vapor phase growth}
도 1은 본 발명의 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법에 이용된 탄소 나노튜브 합성 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 메카니즘을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 의하여 형성된 단일벽 탄소 나노튜브의 SEM 사진을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 단일벽 탄소 나노튜브의 TEM 사진을 도시한 도면이다.
본 발명은 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 는 기상합성법을 이용하여 대량으로 단일벽 탄소 나노튜브를 합성하는 방법에 관한 것이다.
탄소 나노튜브는 흑연면(graphite sheet)이 말려 실린더 형태를 나타낸다. 상기 탄소 나노튜브는 상기 실린더 형태의 흑연면이 1개인 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube), 2개인 이중벽 탄소나노튜브(double-walled carbon nanotube), 3개 이상인 다중벽 탄소나노튜브(multiwalled carbon nanotube)로 구분할 수 있다.
이중에서 상기 단일벽 탄소 나노튜브는 수 나노미터 이하의 작은 직경과 다발 형태의 구조 그리고 다양한 전기적 특성으로 인하여 전자 방출 소자, 반도체 소자, 센서, 이차 전지 전극 등에서 활발한 응용이 기대되고 있다. 이러한 다양한 물성과 응용성을 가진 단일벽 탄소 나노튜브가 다양한 분야에서 유용하게 사용되기 위해서는 고순도의 단일벽 탄소 나노튜브를 값싸게 대량으로 합성하여야 한다.
상기 단일벽 탄소 나노튜브를 대량으로 합성하기 위한 대표적인 방법으로는 전기방전법, 레이저증착법, 화학기상증착법, 또는 기상합성법이 있다. 상기 전기방전법 또는 레이저증착법으로 단일벽 탄소 나노튜브를 합성하면 탄소 나노튜브 이외에도 비정질 탄소 물질이 동시에 생성되기 때문에 고순도의 단일벽 탄소 나노튜브를 얻기 위해서는 반드시 열적 및 화학적 정제 과정이 필요하여 저가격에 대량으로 합성하는 것이 매우 어렵다. 상기 화학기상증착법으로 단일벽 탄소 나노튜브를 합성할 경우에는 고순도의 단일벽 탄소 나노튜브를 기판에 정렬시켜 성장시키는 것이 가능하지만 대량으로 합성할 수 없는 단점이 있다.
이에 따라, 고순도 단일벽 탄소나노튜브를 값싸게 대량으로 합성하기 위한 방법으로써, 기상합성법이 크게 부각되고 있다. 그런데, 현재까지 보고된 다양한 기상합성법에 의하여 단일벽 탄소 나노튜브를 합성할 경우, 합성된 단일벽 탄소 나노튜브에 비정질 탄소입자가 많이 포함되어 있거나, 비록 고순도의 단일벽 탄소나노튜브가 합성되는 경우에도 수율이 낮거나 대량합성에 적합한 형태가 아닌 것으로 나타나고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기상합성법에 의해 대량으로 직경이 수 나노미터 이하인 고순도의 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법은 Fe, Co, Ni, Mo 또는 이들의 합금으로 이루어진 수 나노미터 크기의 촉매 금속 입자를 마그네슘 산화물(MgO), 알루미나(Al2O3), 제올라이트(Zeolite) 또는 실리카로 이루어진 분말 입자상의 모체의 나노 기공에 담지(embed)시킨다.
이어서, 상기 촉매 금속 입자가 담지된 모체를 소결시킨 후, 상기 촉매 금속 입자가 담지된 모체를 반응기 내부에 넣는다. 상기 모체를 포함하는 반응기의 온도를 700∼1100℃ 유지시킨 후, 상기 모체를 포함한 반응기 내부로 탄소 소오스 가스를 공급하여 상기 모체에 담지된 촉매 금속 입자 상에 탄소 소오스 가스와 촉매 금속 입자간의 촉매 반응에 의해 단일벽 탄소 나노튜브를 합성한다.
상기 촉매 금속 입자를 분말 입자상의 모체에 담지시키기 위해, 먼저 상기 촉매 금속 입자가 포함된 용액을 만든 후, 상기 촉매 금속 입자가 포함된 용액과 모체 분말을 혼합시킨다. 상기 촉매 금속 입자 및 모체 분말이 포함된 혼합 용액 내의 수분을 제거한다. 상기 촉매 금속 입자 및 모체 분말이 포함된 혼합 용액의 수분 제거는 진공 오븐을 이용하여 150℃에서 15시간 수행하는 것이 바람직하다. 상기 촉매 금속 입자가 포함된 모체 분말을 연마(분쇄, 갈아서)하여 상기 촉매 금속 입자가 담지된 분말 상의 모체를 형성한다.
삭제
상기 촉매 금속 입자가 담지된 모체의 소결은 700 내지 900℃의 온도와 대기 분위기에서 6 내지 12 시간동안 수행하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명은 촉매 금속 입자가 분말상의 모체의 나노기공에 담지되어 고착되기 때문에 고온에서도 촉매금속 입자들의 이동이 억제되어 매우 균일한 직경을 갖는 고순도의 단일벽 탄소 나노튜브를 대량으로 합성할 수 있다.
삭제
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명의 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법에 이용된 탄소 나노튜 브 합성 장치의 개략도이다.
구체적으로, 본 발명의 단일벽 탄소 나노튜브의 합성은 기상합성법을 이용한다. 이를 구현하기 위한 탄소 나노튜브 합성 장치는 반응기(100)와, 상기 반응기의 외부에는 상기 반응기를 가열시킬 수 있는 가열 코일(102, heating coil)이 위치하고, 상기 반응기(100) 내부에 보트(104, boat)가 위치한다. 상기 보트(104)는 석영(quartz) 보트 또는 그래파이트(graphite) 보트를 이용한다. 상기 보트(102) 내에는 단일벽 탄소 나노튜브가 성장될 촉매 물질(106)이 담기게 된다. 본 발명의 촉매 물질(106)은 후술하는 바와 같이 촉매 금속 입자가 담지된 분말 입자상(power)의 모체(support material)를 이용한다.
상기 반응기(100)의 가스 주입구(107, gas inlet)에는 제1 가스 공급관(108)을 통하여 아르곤 가스 공급원(110)이 연결된다. 상기 반응기(100)의 가스 주입구(107)에는 제2 가스 공급관(112)을 통하여 수소 가스 공급원(114)이 연결된다. 상기 반응기(100)의 가스 주입구(107)에는 제3 가스 공급관(116)을 통하여 탄소 소오스 가스 공급원(118)이 연결된다. 물론, 상기 제1 가스 공급관(108), 제2 가스 공급관(112), 및 제3 가스 공급관(116)에는 각각 반응기(100) 내로 가스 공급을 차단할 수 있는 제1 밸브(120), 제2 밸브(122) 및 제3 밸브(124)가 설치되어 있다. 상기 반응기(100)의 가스 주입구(107)로 주입된 가스들은 화살표 방향으로 이동하여 가스 배출구(126, gas outlet)로 배출된다.
본 발명의 기상 합성법에 의한 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 장치는 후에 자세히 설명하는 바와 같이 반응기(100)의 온도를 일정 온도로 유지하면서 탄소 소오 스 가스 공급원(118)을 통하여 탄소 소오스 가스를 공급하여 촉매 물질(106) 상에서 기상합성법으로 단일벽의 탄소 나노튜브를 성장시킨다. 상기 단일벽의 탄소 나노튜브 성장시킬 때 필요에 따라 아르곤 가스 공급원(110) 및 수소 가스 공급원(114)을 통하여 아르곤 가스나 수소 가스를 공급한다.
도 2는 본 발명의 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 메카니즘을 도시한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법은 크게 보아서 세단계로 구성된다. 첫 번째 단계로 Fe, Co, Ni, Mo 또는 이들의 합금으로 이루어진 수 나노미터(nm) 크기의 촉매 금속 입자를 마그네슘 산화물(MgO), 알루미나(Al2O3), 제올라이트(Zeolite) 또는 실리카로 이루어진 분말 입자상(power)의 모체(support material)의 나노 기공(수 나노미터의 기공)에 담지시킨다. 이때 담지된 촉매 금속 입자의 크기는 대략 1∼3 nm로 한정시킨다(스텝 200).
상기 촉매 금속 입자를 분말 입자상의 모체의 나노 기공에 담지시키는 방법은 아래와 같다.
먼저, 촉매 금속 입자가 포함된 용액을 제조한다(스텝 202). 촉매 금속 입자가 포함된 용액의 예로는 Fe(NO3)3·9H2O, Fe(Cl)2 ·9H 2O, CoSO4 ·XH2O, Co(NO3)2 ·6H2O, Ni(NO3)2 ·6H2O, NiSO4 ·6H 2O 등 많은 예를 들 수 있다, 그리고, 촉매 금속 입자인 Mo 금속이 포함된 용액은 MoS2, MoCl3 등을 탈이온수에 희석시켜 사용하거 나, 고체 상태의 Mo 금속을 그대로 이용할 수 있다. 따라서, 상기 촉매 금속 입자가 포함된 용액은 상술한 다양한 물질들을 혼합한 후 탈이온수에 1시간 동안 희석시켜 만든다.
다음에, 촉매 금속 입자가 포함된 용액을, 탈이온수와 분말 입자상의 모체(모체 분말)의 혼합액에 섞은 후, 1시간 동안 초음파 장치에서 혼합시켜 혼합 용액을 제조한다. 다시 말해, 촉매 금속 입자가 포함된 용액과 모체 분말을 혼합시킨다(스텝 204).
상기 촉매 금속 입자와 모체 분말이 포함된 혼합 용액이 Fe, Ni 또는 Co와, Mo, 및 MgO을 포함하는 용액일 경우 Fe, Ni 또는 Co : Mo :MgO의 몰비(molar ratio)는 0.7∼1:0.1∼0.3:10∼13으로 한다. 상기 촉매 금속 입자와 모체 분말이 포함된 혼합 용액이 Fe 또는 Ni와, Mo, 및 MgO를 포함하는 용액일 경우 Fe:Ni:Mo:MgO의 몰비는 0.7∼1:0.1∼0.3:0.1∼0.3:10∼13으로 한다. 상기 촉매 금속 입자와 모체 분말이 포함된 혼합 용액이 Fe 또는 Co와, Mo 및 MgO를 포함하는 용액일 경우 Fe:Co:Mo:MgO의 몰비는 0.7∼1:0.1∼0.3:0.1∼0.3:10∼13으로 한다.
다음에, 상기 촉매 금속 입자와 모체 분말이 포함된 혼합 용액을 초음파 장치에서 꺼낸 후 진공 오븐을 이용하여 150℃에서 15시간 동안 건조시켜 수분을 제거한다(스텝 206). 이어서, 수분이 제거되고 촉매 금속 입자가 포함된 모체 분말을 사발(Mortar)에서 갈아(연마하여, 분쇄하여) 최종적으로 촉매 금속 입자를 분말 입자상 모체의 나노 기공에 담지한다(스텝 208).
본 발명의 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법의 두 번째 단계로 촉매 금속 입자가 담지된 모체 분말을 소결시킨다(스텝 300). 상기 소결은 촉매 금속 입자가 담지된 분말상의 모체를 로(furnace)에 넣고 700∼900℃ 범위에서 6시간 내지 12시간 동안 대기 분위기에서 소결시킨다. 상기 소결 온도와 시간은 다양하게 조절할 수 있으며, 분위기 가스로는 수소 또는 아르곤가스를 사용할 수도 있다.
상기 소결로 인하여, 분말 입자상 모체의 나노기공에 담지된 촉매 금속 입자의 크기를 1∼3 nm 정도로 조절하고 또한 촉매금속 입자를 활성화시킬 수 있기 때문에 후의 단일벽 탄소 나노튜브 합성시 탄소 나노튜브의 수율을 크게 증가시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법의 세 번째 단계로 상기 모체에 담지된 촉매 금속 입자 상에 탄소 소오스 가스를 공급하여 탄소 소오스 가스와 촉매 금속 입자간의 촉매 반응에 의해 단일벽 탄소 나노튜브를 형성한다(스텝 400).
상기 단일벽 탄소 나노 튜브의 형성은 도 1, 도 2 및 도 3을 참고로 하여 보다 상세하게 설명한다. 먼저, 상기 촉매 금속 입자가 담지된 분말상의 모체(106)를 보트(104)에 담은 후, 반응기(100)의 내부에 보트(104)를 장착시킨다(스텝 402).
다음에, 상기 반응기(100) 내부로 아르곤 가스를 1000sccm 공급하면서 반응기(100)의 온도를 임의 온도, 바람직하게는 700∼1100℃로 유지시킨다(스텝 404). 이어서, 상기 반응기(100) 내부로 탄소 소오스 가스, 예컨대 아세틸렌 가스와, 수소 가스 및 아르곤 가스를 각각 40 sccm, 100 sccm 및 2000 sccm 유량으로 약 20분 동안 공급하여 촉매 금속 입자 상에서 촉매 반응에 의하여 단일벽 탄소 나노튜브를 합성한다(스텝 406).
상기 탄소 소오스 가스는 아세틸렌 가스 이외에도 메탄, 에틸렌, 일산화탄소 등의 탄소 소오스를 공급한다. 상기 단일벽 탄소 나노 튜브 합성시 수소 가스와 탄소 소오스 가스의 유량 및 유량비는 반응기(100)의 크기에 따라서 조절할 수 있다. 상기 단일벽 탄소 나노튜브 합성시 반응기(100)는 대기압 상태로 유지하면서 진행하는 것이 바람직하다. 상기 단일벽 탄소 나노튜브 합성이 끝난 후, 반응기(100) 내부로 아르곤 가스를 500sccm 공급하면서 반응기(100)의 온도를 서서히 내린다.
상기 탄소 나노튜브 합성시 탄소 소오스 가스와 함께 수소 가스를 공급하는 이유는 소결시 촉매 금속 입자의 표면에 형성되는 금속산화물을 제거하고, 촉매 금속 입자의 표면에 과잉의 탄소 원자가 공급되는 것을 억제하기 위함이다. 이와 아울러서, 상기 탄소 나노튜브 합성시 탄소 소오스 가스와 함께 수소 가스를 공급하는 이유는 촉매 금속 입자의 표면에 흡착되는 비정질 탄소 물질을 제거하고, 성장되는 탄소 나노튜브의 외벽에 비정질 탄소덩어리나 탄소 입자들이 부착되는 것을 억제하기 위함이다. 물론, 상기 탄소 나노튜브의 합성시 탄소 소오스 가스 유량 및 합성온도를 조절하여 상기 탄소 나노튜브의 성장 속도과 직경 그리고 결정성을 조절할 수 있다.
여기서, 도 1 및 도 3을 참고하여 본 발명에 의해 촉매 입자상에서 단일벽 탄소 나노튜브가 합성(성장)되는 과정을 좀더 자세하게 설명한다.
구체적으로, 본 발명의 촉매 금속 입자(505)는 분말 입자상의 모체(501)의 나노기공(503)에 담지되어 고착되어 존재한다. 이렇게 나노 기공(503)에 담지된 촉 매 금속 입자가 포함된 반응기(100) 내로 탄소 소오스 가스(예: 아세틸렌 가스(C2H2))를 공급하면, 공급된 탄소 소오스 가스가 기상에서 열분해(pyrolysis)되어 탄소 유니트(units)(C=C 또는 C)와 자유 수소(H2)를 형성함과 아울러 탄소 유니트들이 촉매 금속 입자(505)의 표면에 흡착된 후 내부로 확산되어 들어가 용해된다. 계속하여, 촉매 금속 입자(505) 내부로 탄소 유니트들이 확산하여 축적되어 탄소 유니트가 과포화상태에 도달하면 단일벽의 탄소 나노튜브(507)가 성장하기 시작한다. 지속적으로 탄소 유니트들이 공급되면 촉매 금속 입자(505)의 촉매 작용(반응)에 의해 단일벽 탄소 나노튜브(507)가 촉매 금속 입자상에서 계속적으로 성장하게 된다.
본 발명은 촉매 금속 입자(505)가 분말상의 모체(501)의 나노기공(503)에 담지되어 고착되기 때문에 탄소 나노튜브 합성시 요구되는 고온에서도 촉매금속 입자들의 이동이 억제되어 매우 균일한 직경을 갖는 단일벽 탄소 나노튜브 합성이 가능하다.
아울러, 본 발명은 1∼3 nm 크기의 촉매 금속 입자가 분말상의 모체의 나노기공에 담지되어 고착된 상태로 수소 분위기에서 적절한 유량의 탄소 소오스 가스가 공급되어 탄소 나노튜브가 합성되기 때문에 비정질 상태의 탄소 덩어리들이 형성되지 않아 고순도의 탄소 나노튜브를 형성할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 탄소 나노튜브 합성후 정제 과정이 필요하지 않게 된다.
도 4는 본 발명에 의하여 형성된 단일벽 탄소 나노튜브의 SEM 사진을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 단일벽 탄소 나노튜브의 TEM 사진을 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 4에 도시한 탄소 나노튜브는 정제 과정을 거치지 않은 샘플이다. 도 4에 도시한 바와 같이 본 발명은 비정질 탄소 덩어리 등의 불량 없이 대량의 탄소 나노튜브가 합성됨을 알 수 있다. 아울러, 도 4의 탄소 나노튜브의 직경(diameter)은 15∼50nm이다. 그리고, 도 5에 도시한 탄소 나노튜브는 본 발명에 의하여 단일벽의 탄소 나노튜브가 합성됨을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 촉매 금속 입자가 분말상의 모체의 나노기공에 담지되어 고착되기 때문에 고온에서도 촉매금속 입자들의 이동이 억제되어 매우 균일한 직경을 갖는 단일벽 탄소 나노튜브를 합성할 수 있다.
본 발명은 상기 소결공정을 사용하여 분말 입자상 모체의 나노기공에 담지된 촉매금속 입자의 크기를 1∼3 nm 정도로 적절하게 조절하고, 촉매 금속 입자를 활성화시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 단일벽 탄소 나노튜브 합성시 비정질 상태의 탄소 덩어리들이 형성되지 않아 고순도의 탄소 나노튜브를 형성할 수 있고 탄소나노튜브의 수율을 크게 증가시킬 수 있다.
본 발명은 비정질 상태의 탄소 덩어리들이 형성되지 않아 탄소 나노튜브 합성후 정제 과정이 필요하지 않다. 더하여, 본 발명은 복잡한 장치나 후속 정제과정을 사용하지 않고서 간단한 합성 방법으로 고순도의 단일벽 탄소나노튜브를 대량으로 합성할 수 있다.

Claims (7)

  1. Fe, Co, Ni, Mo 또는 이들의 합금으로 이루어진 수 나노미터 크기의 촉매 금속 입자를 마그네슘 산화물(MgO), 알루미나(Al2O3), 제올라이트(Zeolite) 또는 실리카로 이루어진 분말 입자상의 모체의 나노 기공에 담지시키는 단계;
    상기 촉매 금속 입자가 담지된 모체를 소결시키는 단계;
    상기 촉매 금속 입자가 담지된 모체를 반응기 내부에 넣는 단계;
    상기 모체를 포함하는 반응기의 온도를 700∼1100℃ 유지시키는 단계; 및
    상기 모체를 포함한 반응기 내부로 탄소 소오스 가스를 공급하여 상기 모체에 담지된 촉매 금속 입자 상에 탄소 소오스 가스와 촉매 금속 입자간의 촉매 반응에 의해 단일벽 탄소 나노튜브를 합성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촉매 금속 입자를 분말 입자상의 모체에 담지시키는 단계는,
    상기 촉매 금속 입자가 포함된 용액을 만드는 단계와,
    상기 촉매 금속 입자가 포함된 용액과 모체 분말을 혼합시키는 단계와,
    상기 촉매 금속 입자 및 모체 분말이 포함된 혼합 용액 내의 수분을 제거하는 단계와,
    상기 촉매 금속 입자가 포함된 모체 분말을 연마(분쇄, 갈아)하여 상기 촉매 금속 입자가 담지된 분말 상의 모체를 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 촉매 금속 입자 및 모체 분말이 포함된 혼합 용액의 수분 제거는 진공 오븐을 이용하여 150℃에서 15시간 수행하는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 촉매 금속 입자와 모체 분말이 포함된 혼합 용액이 Fe, Ni 또는 Co와, Mo, 및 MgO을 포함하는 용액일 경우 Fe, Ni 또는 Co : Mo :MgO의 몰비는 0.7∼1:0.1∼0.3:10∼13이고,
    상기 혼합 용액이 Fe 또는 Ni와, Mo, 및 MgO를 포함하는 용액일 경우 Fe:Ni:Mo:MgO의 몰비는 0.7∼1:0.1∼0.3:0.1∼0.3:10∼13이고,
    상기 혼합 용액이 Fe 또는 Co와, Mo 및 MgO를 포함하는 용액일 경우 Fe:Co:Mo:MgO의 몰비는 0.7∼1:0.1∼0.3:0.1∼0.3:10∼13인 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 촉매 금속 입자가 담지된 모체의 소결은 700 내지 900℃의 온도와 대기 분위기에서 6 내지 12 시간동안 수행하는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 탄소 나노튜브 합성시 상기 반응기 내부로 수소 가스 와, 아세틸렌, 메탄, 에틸렌, 또는 일산화탄소로 이루어진 탄소 소오스 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법.
  7. Fe, Co, Ni, Mo 또는 이들의 합금으로 이루어진 수 나노미터 크기의 촉매 금속 입자를 마그네슘 산화물(MgO), 알루미나(Al2O3), 제올라이트(Zeolite) 또는 실리카로 이루어진 분말 입자상의 모체의 나노 기공에 담지시키는 단계;
    상기 촉매 금속 입자가 담지된 모체를 소결시키는 단계;
    상기 촉매 금속 입자가 담지된 모체를 반응기 내부에 넣는 단계;
    상기 모체를 포함하는 반응기의 온도를 700∼1100℃ 유지시키는 단계; 및
    상기 모체를 포함한 반응기 내부로 수소 가스 및 아르곤 가스와, 아세틸렌, 메탄, 에틸렌, 또는 일산화탄소로 이루어진 탄소 소오스 가스를 공급하여 상기 모체에 담지된 촉매 금속 입자 상에 탄소 소오스 가스와 촉매 금속 입자간의 촉매 반응에 의해 단일벽 탄소 나노튜브를 합성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단일벽 탄소 나노튜브의 합성 방법.
KR1020040017643A 2003-03-20 2004-03-16 기상합성법에 의한 단일벽 탄소 나노튜브의 대량 합성 방법 KR100596676B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20030017615 2003-03-20
KR1020030017615 2003-03-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040082949A KR20040082949A (ko) 2004-09-30
KR100596676B1 true KR100596676B1 (ko) 2006-07-04

Family

ID=37366656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040017643A KR100596676B1 (ko) 2003-03-20 2004-03-16 기상합성법에 의한 단일벽 탄소 나노튜브의 대량 합성 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100596676B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013105779A1 (ko) * 2012-01-11 2013-07-18 (주)엘지화학 카본나노튜브 및 그 제조방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2895393B1 (fr) * 2005-12-23 2008-03-07 Arkema Sa Procede de synthese de nanotubes de carbone
KR100763841B1 (ko) * 2006-03-28 2007-10-05 한국에너지기술연구원 초음파 기화 방식을 이용한 탄소나노튜브 합성 방법
KR100741759B1 (ko) * 2006-03-28 2007-07-24 한국에너지기술연구원 반응장치 내부에서 탄소소스의 직접 분사를 통한탄소나노튜브 합성 방법 및 그 장치
KR100901455B1 (ko) * 2007-08-02 2009-06-08 세메스 주식회사 수직형 탄소나노튜브 합성 장치
KR100964868B1 (ko) * 2008-01-03 2010-06-23 세메스 주식회사 촉매 공급 장치 및 탄소나노튜브 생성 설비 및 방법
JP6338219B2 (ja) * 2012-06-22 2018-06-06 国立大学法人 東京大学 カーボンナノチューブの製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013105779A1 (ko) * 2012-01-11 2013-07-18 (주)엘지화학 카본나노튜브 및 그 제조방법
US9399578B2 (en) 2012-01-11 2016-07-26 Lg Chem, Ltd. CNT and method for manufacturing thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040082949A (ko) 2004-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1189390C (zh) 利用热化学汽相淀积法在大尺寸基片上大规模合成垂直排列的高纯碳纳米管的方法
KR100917697B1 (ko) 질소를 함유하는 전이금속―탄소나노튜브 혼성촉매, 그의제조방법 및 이를 이용하여 수소를 생산하는 방법
US6342195B1 (en) Method for synthesizing solids such as diamond and products produced thereby
KR101357628B1 (ko) 금속나노촉매, 그 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 탄소나노튜브
JP4378350B2 (ja) 気相成長法による二重壁炭素ナノチューブの大量合成方法
Patel et al. Synthesis of boron nanowires, nanotubes, and nanosheets
CN101302006A (zh) 管壁层数可控的碳纳米管的制备方法
Tseng et al. Low-temperature growth of ZnO nanowires
KR100596676B1 (ko) 기상합성법에 의한 단일벽 탄소 나노튜브의 대량 합성 방법
KR100596677B1 (ko) 기상합성법에 의한 이중벽 탄소나노튜브의 대량 합성 방법
CN111268656A (zh) 氮化硼纳米管的制备方法
Huang et al. Terminal Atom‐Controlled Etching of 2D‐TMDs
KR101679693B1 (ko) 탄소나노튜브 제조방법 및 하이브리드 탄소나노튜브 복합체
CN114212774B (zh) 一种无金属催化剂残留单壁碳纳米管的高效制备方法
Wang et al. Synthesis of monodisperse and high-purity α-Si3N4 powder by carbothermal reduction and nitridation
JP2004161561A (ja) 窒化ホウ素ナノチューブの製造方法
JP2006027948A (ja) 単層カーボンナノチューブの製法
JP2004182571A (ja) 酸化ガリウムを触媒とする窒化ホウ素ナノチューブの製造方法
EP0662868A1 (en) Method for synthesizing diamond and products produced thereby
KR101094454B1 (ko) 촉매 제조 방법 및 탄소나노튜브의 합성방법
JP2010138033A (ja) Ｃｎｔ合成用基板、その製造方法、及びｃｎｔの製造方法
KR101641839B1 (ko) 고상반응 및 열플라즈마 열분해공정을 이용한 Si/SiC 나노복합분말의 제조방법
Qin et al. Preparation of aligned Cu nanowires by room-temperature reduction of CuO nanowires in electron cyclotron resonance hydrogen plasma
KR100385867B1 (ko) 고순도의 탄소나노튜브를 합성하는 방법
JP2010042942A (ja) カーボンナノチューブ形成用基材の製造方法及び該カーボンナノチューブ形成用基材を使用するカーボンナノチューブの製造方法

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: 20130405

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140217

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170328

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190411

Year of fee payment: 14