KR101097906B1 - Synthesizing apparatus and synthesizing system for carbon nano tube - Google Patents

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정영철
노명제
유영종
박종철
최희정
김민우
오동석
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주식회사 지오스
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Abstract

PURPOSE: Carbon nano-tubes synthesizing apparatus and system are provided to smoothen the contact of a catalytic agent and gas by maintaining a constant pressure in a reacting furnace. CONSTITUTION: A carbon nano-tubes synthesizing apparatus includes a reacting furnace(110) and a gas supplying unit(120). The reacting furnace rotates and is heated at a pre-set temperature. Carbon nano-tubes are generated by reacting a catalytic agent and carbon gas introduced into the reacting furnace. The gas supplying unit is installed not to be interfered by the rotation of the reacting furnace. The carbon gas is supplied into a pre-set limited space in the reacting furnace by the gas supplying unit. The gas supplying unit is in connection with a gas supplying source(300).

Description

탄소나노튜브 합성장치 및 합성시스템{SYNTHESIZING APPARATUS AND SYNTHESIZING SYSTEM FOR CARBON NANO TUBE}Carbon Nanotube Synthesis System and Synthesis System {SYNTHESIZING APPARATUS AND SYNTHESIZING SYSTEM FOR CARBON NANO TUBE}

본 발명은 탄소나노튜브 합성장치 및 합성시스템에 관한 것으로서, 특히, 발열체에 의해 열을 전달받으며 회전하는 반응로 내에 촉매제 및 가스를 주입하여 탄소나노튜브를 생성하는 열화학 기상 증착법에 의한 탄소나노튜브 합성장치 및 합성시스템에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon nanotube synthesis apparatus and a synthesis system. In particular, carbon nanotube synthesis is performed by a thermochemical vapor deposition method that generates carbon nanotubes by injecting a catalyst and a gas into a rotating reactor receiving heat by a heating element. It relates to an apparatus and a synthesis system.

일반적으로, 탄소나노튜브(CNT)는 SP2 결합을 하는 탄소동소체 중의 하나로서, 흑연층이 말려진 원통형 튜브형상을 가진다. 이의 직경은 수nm~수십nm, 길이는 직경의 수십~수천 배 이상의 큰 종횡비(aspect ratio)의 특성과 나선성(chirality)에 따라 부도체성, 전도체 또는 반도체적 성질을 나타내며, 열적 안정성, 탄소 원자간의 강력한 공유결합(covalent bond)에 의한 높은 강도 등의 특성으로 산업 전반에 응용될 수 있는 소재이다.In general, carbon nanotubes (CNT) is SP 2 As one of the carbon allotropees to be bonded, the graphite layer has a cylindrical tube shape in which the graphite layer is rolled. Its diameter ranges from several nm to several tens of nm, and its length shows non-conductivity, conductor or semiconducting properties depending on the characteristics and chirality of large aspect ratios of tens to thousands of times its diameter. It is a material that can be applied to the entire industry due to its characteristics such as high strength due to strong covalent bonds.

CNT의 합성법으로는 아크방전법(arc-discharge process), 레이저 증착법(laser-ablation), 열화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 등이 있다.Synthesis of CNTs includes an arc-discharge process, laser-ablation, and chemical vapor deposition (CVD).

열화학 기상 증착법은 고온의 반응로에서 주입가스(탄소성분의 가스)와 주입된 촉매가 반응하여 탄소나노튜브(CNT)를 성장시키는 방법이다.Thermochemical vapor deposition is a method of growing carbon nanotubes (CNTs) by reacting an injected gas (carbon gas) and an injected catalyst in a high temperature reactor.

즉, 반응로의 유입부로 촉매가 주입되고 촉매와 주입가스의 반응으로 탄소나노튜브가 성장되며 반응로의 유출부를 통해 배출되는데, 이때, 탄소나노튜브의 성장시 촉매와 가스와의 (접촉)반응이 매우 중요하다 할 수 있다.That is, the catalyst is injected into the inlet of the reactor, the carbon nanotubes are grown by the reaction between the catalyst and the injected gas, and discharged through the outlet of the reactor. In this case, the (contact) reaction between the catalyst and the gas during the growth of the carbon nanotubes This can be very important.

그러나, 일반적인 탄소나노튜브 합성장치는, 일측 상부에서 타측 하부로 경사지게 형성되어 회전하는 반응로의 일측으로 촉매제를 연속적으로 주입하여 촉매제와 가스가 상기 반응로의 내부에서 접촉 반응하여 탄소나노튜브가 제조되는 구조였으며, 이때, 촉매제 및 가스의 접촉률이 다소 떨어진다는 문제점이 제기되었다. However, a general carbon nanotube synthesis apparatus is formed obliquely from one upper part to the other lower part and continuously injects a catalyst to one side of a rotating reactor so that the carbon nanotubes are produced by contacting and reacting the catalyst and the gas inside the reactor. In this case, a problem arises that the contact ratio of the catalyst and the gas is somewhat lowered.

또한, 상기 반응로의 타측으로 주입된 가스는 그대로 상기 반응로의 일측으로 배출되므로 상기 반응로 내부에 주입된 가스가 머무르는 시간이 짧아진다는 문제점도 제기되었다.
In addition, since the gas injected into the other side of the reactor is discharged to one side of the reactor as it is, the problem that the time that the gas injected into the reactor stays is shortened.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 주된 목적은 상기와 같은 열화학 기상 증착법으로 탄소나노튜브의 생성시 촉매제와 가스의 접촉률을 향상시켜 고수율이 합성이 이루어질 수 있도록 구성한 탄소나노튜브 합성장치 및 합성시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems, the main object of the present invention is to improve the contact rate of the catalyst and gas during the production of carbon nanotubes by the thermal chemical vapor deposition method as described above so that a high yield can be synthesized The purpose of the present invention is to provide a carbon nanotube synthesis apparatus and a synthesis system.

본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 목적을 위해 반응로의 내부 중 임의의 한정된 공간에 가스를 집중적으로 공급할 수 있는 가스공급수단을 구비한 탄소나노튜브 합성장치 및 합성시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a carbon nanotube synthesizing apparatus and a synthesizing system having a gas supply means capable of intensively supplying gas to any limited space inside the reactor for the above purpose. have.

본 발명의 또 다른 목적은 반응로 내부로 주입된 가스의 배출을 제어 및 반응로 내부의 가스에 의한 압력을 조절할 수 있는 가스배출부를 구비한 탄소나노튜브 합성장치 및 합성시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
Another object of the present invention is to provide a carbon nanotube synthesis apparatus and a synthesis system having a gas discharge unit that can control the discharge of the gas injected into the reactor and the pressure by the gas inside the reactor. have.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 탄소나노튜브 합성장치 및 합성시스템은, 촉매제 및 탄소가스를 이용하여 탄소나노튜브를 생성하는 탄소나노튜브 합성장치에 있어서, 일정한 온도로 가열된 상태로 회전하며, 유입된 상기 촉매제 및 상기 탄소가스가 반응하여 상기 탄소나노튜브를 생성하는 반응로; 및 상기 반응로의 내부 중 임의의 한정된 공간에 상기 탄소가스를 공급하는 가스공급수단을 포함하는 탄소나노튜브 합성장치를 제공한다. In order to achieve the above object, the carbon nanotube synthesizing apparatus and the synthesis system of the present invention, in the carbon nanotube synthesizing apparatus for producing carbon nanotubes using a catalyst and carbon gas, rotated in a heated state at a constant temperature A reactor for producing the carbon nanotubes by reaction between the introduced catalyst and the carbon gas; And it provides a carbon nanotube synthesizing apparatus comprising a gas supply means for supplying the carbon gas to any limited space inside the reactor.

또한, 촉매제 및 탄소가스를 이용하여 탄소나노튜브를 생성하는 탄소나노튜브 합성시스템에 있어서, 상기 촉매제 및 상기 탄소가스를 이용하여 상기 탄소나노튜브를 생성하는 탄소나노튜브 합성장치; 상기 탄소나노튜브 합성장치에 촉매제를 주입하는 촉매공급소; 및 상기 탄소나노튜브 합성장치에 상기 탄소가스를 주입하는 가스공급소를 포함하며, 상기 탄소나노튜브 합성장치는, 일정한 온도로 가열된 상태로 회전하며, 유입된 상기 촉매제 및 상기 탄소가스가 반응하여 상기 탄소나노튜브를 생성하는 반응로; 및 상기 반응로의 내부 중 임의의 한정된 공간에 상기 탄소가스를 공급하는 가스공급수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성시스템을 제공한다.In addition, a carbon nanotube synthesis system for generating carbon nanotubes using a catalyst and carbon gas, comprising: a carbon nanotube synthesis apparatus for generating the carbon nanotubes using the catalyst and the carbon gas; A catalyst supply station for injecting a catalyst into the carbon nanotube synthesis apparatus; And a gas supply station for injecting the carbon gas into the carbon nanotube synthesizing apparatus, wherein the carbon nanotube synthesizing apparatus is rotated while heated to a constant temperature, and the introduced catalyst and the carbon gas react with each other. A reactor for producing the carbon nanotubes; And it provides a carbon nanotube synthesis system comprising a gas supply means for supplying the carbon gas in any limited space of the inside of the reactor.

이때, 상기 반응로 내부에 공급된 상기 탄소가스를 외부로 배출 및 차단시키는 가스배출부가 더 포함된다.
At this time, the gas discharge unit for discharging and blocking the carbon gas supplied to the inside of the reactor to the outside is further included.

이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 반응로 내부의 임의의 한정된 공간, 특히 촉매제 및 가스의 반응이 가장 잘 이루어지는 반응로의 중단부로 가스를 직접 주입하고, 주입된 가스의 외부 배출량을 제어하여 반응로 내부에서 일정한 압력을 유지하도록 구성함으로써, 촉매제와 가스와의 접촉이 원활하게 이루어지므로 탄소나노튜브의 고수율 합성이 이루어질 수 있다.
According to the present invention as described above, the gas is directly injected into any limited space inside the reactor, in particular, the stop of the reactor in which the reaction between the catalyst and the gas is best, and the external discharge of the injected gas is controlled to control the reactor. By maintaining a constant pressure inside, since the contact between the catalyst and the gas is made smoothly, high yield synthesis of carbon nanotubes can be achieved.

도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성장치의 일실시예에 의한 개략적인 구성도,
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성장치의 가스공급수단의 각각의 실시예에 의한 개략적인 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성장치의 일실시예에 의한 가스배출조절수단 및 압력표시수단을 개략적으로 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성장치의 일실시예에 의한 가스배출부를 개략적으로 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성시스템의 일실시예에 의한 개략적인 구성도.
1 is a schematic configuration diagram according to an embodiment of a carbon nanotube synthesis apparatus according to the present invention,
2 and 3 is a schematic configuration diagram according to each embodiment of the gas supply means of the carbon nanotube synthesis apparatus according to the present invention,
4 is a view schematically showing a gas discharge control means and a pressure display means according to an embodiment of the carbon nanotube synthesis apparatus according to the present invention,
5 is a view schematically showing a gas discharge unit according to an embodiment of a carbon nanotube synthesis apparatus according to the present invention;
Figure 6 is a schematic diagram according to an embodiment of a carbon nanotube synthesis system according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that another component may exist in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명의 이해를 돕기 위해 탄소나노튜브 및 열화학 기상 증착법에 대하여 간략히 소개하고자 한다.Prior to describing the present invention, carbon nanotubes and thermochemical vapor deposition are briefly introduced to assist in understanding the present invention.

탄소나노튜브(Carbon Nanotube)란 하나의 탄소원자에 3개의 다른 탄소원자가 결합되어 육각형 벌집 무늬를 이루는 구조를 가지는 그라파이트(Graphite)가 둥글게 말려, 그 직경이 실린더와 같은 나노크기의 모양으로 형성된 것이다. Carbon nanotube is a graphite having a structure in which a hexagonal honeycomb structure is formed by combining three different carbon atoms with one carbon atom and rounded, and its diameter is formed in the shape of a nano-size like a cylinder.

즉, 탄소나노튜브 하나는 속이 빈 튜브 또는 실린더와 같은 모양을 가지는데, 이것을 나노튜브라고 부르는 이유는 그 튜브의 직경이 보통 수~수십 나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터) 정도로 극히 작기 때문이다. In other words, one carbon nanotube has the shape of a hollow tube or cylinder, which is called a nanotube because its diameter is usually several tens to several tens of nanometers (one nanometer is one billionth of a meter). Because it is small.

이러한 그라파이트 구조를 둥글게 말면 탄소나노튜브가 되는데 이때 그라파이트를 어느 각도로 말 것인가에 따라서 탄소나노튜브는 금속과 같은 전기적 도체(Armchair 구조)가 되기도 하고 반도체(Zig-Zag 구조) 성질을 가지게 된다.When the graphite structure is rounded, carbon nanotubes are rounded. At this time, depending on the angle of graphite, the carbon nanotubes become an electrical conductor (Armchair structure) such as metal and have semiconductor (Zig-Zag structure) properties.

또한 말린 형태에 따라서 단일벽 탄소나노튜브(Single-wall Carbon Nanotube), 이중벽 탄소나노튜브 (Double Wall Carbon Nanotube), 얇은 다중벽 탄소나노튜브 (Thin-Multi Wall Carbon Nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(Multi wall Carbon Nanotube), 다발형 탄소나노튜브(Rope Carbon Nanotube)로 구분하기도 한다.Also, depending on the dried form, single-wall carbon nanotubes, double wall carbon nanotubes, thin multi-wall carbon nanotubes, and multi-wall carbon nanotubes It is also classified into multi wall carbon nanotube) and bundle carbon nanotube.

이러한 탄소나노튜브는 큰 종횡비(High Aspect Ratio)와 비표면적의 특성을 가지며, 전기적 성질 및 기계적 강도가 우수하며, 화학적 및 열적으로 안정된 물질이므로, 고분자 복합재, 전자정보 산업분야 등 광범위한 분야에 그 응용이 크게 기대되고 있다.These carbon nanotubes have high aspect ratios and specific surface areas, have excellent electrical properties and mechanical strength, and are chemically and thermally stable materials. Therefore, their application to a wide range of fields such as polymer composites and electronic information industries This is greatly expected.

근래에 이러한 탄소나노튜브 합성에 관한 여러 가지 방법이 제안되었고 이러한 방법을 실현시키기 위한 여러 가지 장치가 사용되고 있다. 현재 사용되고 있는 장치로는 전기 방전장치, 레이저 증착장치, 화학기상 증착장치 등이 있으며, 화학기상 증착장치는 플라즈마 화학기상 증착장치 및 열 화학기상 증착장치 등으로 분류할 수 있다.Recently, various methods for synthesizing such carbon nanotubes have been proposed, and various apparatuses for realizing such methods have been used. Currently used devices include an electric discharge device, a laser deposition device, a chemical vapor deposition apparatus, and the like, and the chemical vapor deposition apparatus may be classified into a plasma chemical vapor deposition apparatus and a thermal chemical vapor deposition apparatus.

그런데, 상기와 같은 전기 방전장치나 레이저 증착장치는 탄소나노튜브의 합성 수율이 비교적 낮고, 합성속도가 떨어질 뿐아니라, 합성과정에서 불순물이 포함되기 때문에 별도의 정제과정이 필요하여 대량생산이 곤란한 문제점이 있다.By the way, the electrical discharge device or laser deposition apparatus as described above is relatively low in the synthesis yield of carbon nanotubes, the synthesis rate is lowered, and because the impurities are included in the synthesis process, a separate purification process is required, so that mass production is difficult. There is this.

또한, 플라즈마 화학 기상증착장치는 양 전극에 인가되는 고주파 전원에 의하여 챔버 또는 반응로 내에 글로우 방전을 발생시키는 것으로서, 불순물이 거의 발생하지 않고, 비교적 저온에서 탄소나노튜브를 합성할 수 있으나, 고가의 진공장비가 필요할 뿐 아니라, 탄소나노튜브를 성장시키는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.In addition, the plasma chemical vapor deposition apparatus generates a glow discharge in a chamber or a reactor by a high frequency power source applied to both electrodes, and hardly generates impurities, and can synthesize carbon nanotubes at a relatively low temperature. In addition to the need for vacuum equipment, there is a problem that takes a long time to grow carbon nanotubes.

이에 비해, 열 화학기상 증착장치는 촉매금속이 증착된 기판 또는 촉매금속을 적재한 쿼츠보트의 사용과 원료가스의 공급 및 온도제어에 따라 탄소나노튜브의 합성이 가능하여 장비의 제작이 용이하다.On the other hand, the thermochemical vapor deposition apparatus is easy to manufacture the equipment by the synthesis of carbon nanotubes according to the use of the substrate on which the catalyst metal is deposited or the quartz boat loaded with the catalyst metal, the supply of the raw material gas and the temperature control.

열 화학기상 증착장치에 기판을 이용할 시에는 촉매금속으로 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 전이금속을 증착시킨 후, CVD 장치의 반응로(챔버)에 설치하고, 상기 반응로 내에 탄소함유 화합물을 투입하여 고온에서 탄소나노튜브를 기판상에 성장시키는 방법으로서, 불순물이 거의 없을 뿐 아니라, 대면적의 기판에도 적용될 수 있다. In the case of using a substrate in a thermal chemical vapor deposition apparatus, a transition metal such as iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), etc. is deposited as a catalytic metal, and then installed in a reactor (chamber) of the CVD apparatus. As a method of growing a carbon nanotube on a substrate at a high temperature by injecting a carbon-containing compound into the reactor, it can be applied to a large-area substrate as well as almost no impurities.

또한, 열 화학기상 증착장치는 촉매금속을 이용하여 다량의 탄소나노튜브를 합성할 수 있는 이점이 있다. 그러나, 촉매금속을 적재한 쿼츠보트를 사용하는 합성장치는 합성 후, 온도의 냉각을 기다려야는 점 및 쿼츠보트에 촉매를 적재해야하므로 그 양이 한정적일 수밖에 없다. In addition, the thermal chemical vapor deposition apparatus has an advantage of synthesizing a large amount of carbon nanotubes using a catalytic metal. However, the synthesis apparatus using the quartz boat loaded with the catalyst metal has to wait for the cooling of the temperature after synthesis and the amount of the catalyst must be loaded into the quartz boat.

따라서, 열 화학기상 증착장치로서 금속촉매를 연속적으로 주입하며, 반응로의 회전과 원료가스의 공급 및 온도제어에 따라 탄소나노튜브의 대량합성이 가능한 장비의 제작이 용이하다.Therefore, a metal catalyst is continuously injected as a thermal chemical vapor deposition apparatus, and it is easy to manufacture a device capable of mass synthesizing carbon nanotubes according to the rotation of the reactor, supply of raw gas, and temperature control.

열 화학기상 증착장치에 촉매파우더를 이용할 시에는 촉매금속으로 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 전이금속 및 Al2O3, 제올라이트, SiO2, 등의 지지체 등을 이용할 수 있으며, CVD 장치의 반응로에 이를 연속적으로 주입하며, 상기 반응로 내에 탄소함유 화합물을 투입하여 고온에서 탄소나노튜브를 성장하여 배출되도록 하는 방법으로서, 불순물이 거의 없을 뿐만 아니라, 고수율의 합성이 가능하다.When the catalyst powder is used for the thermal chemical vapor deposition apparatus, a transition metal such as iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), and a support such as Al 2 O 3 , zeolite, SiO 2 , or the like may be used as a catalyst metal. It is possible to continuously inject it into the reactor of the CVD apparatus, and to inject the carbon-containing compound into the reactor to grow and discharge the carbon nanotubes at a high temperature, there is almost no impurities, synthesis of high yield This is possible.

또한, 연속배출 시스템으로써, 탄소나노튜브의 대량합성에 적합하다 할 수 있다.
Moreover, it can be said that it is suitable for the mass synthesis of a carbon nanotube as a continuous discharge system.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 촉매제 및 탄소가스를 이용하여 탄소나노튜브를 생성하는 탄소나노튜브 합성장치에 있어서, 외주면에 이격되어 형성된 발열매체에 의해 일정한 온도로 가열된 상태로 회전하며, 유입된 상기 촉매제 및 상기 탄소가스가 반응하여 상기 탄소나노튜브를 생성하는 반응로(110); 및 반응로(110)의 회전에 간섭되지 않도록 설치되며, 반응로(110)의 내부 중 임의의 한정된 공간에 상기 탄소가스를 공급하는 가스공급수단(120)을 포함하는 탄소나노튜브 합성장치(100)로 구성된다.First, as shown in Figure 1, in the carbon nanotube synthesis apparatus for producing carbon nanotubes using a catalyst and carbon gas, rotated in a state heated to a constant temperature by a heating medium formed spaced apart from the outer peripheral surface, A reactor 110 for generating the carbon nanotubes by reaction between the introduced catalyst and the carbon gas; And is installed so as not to interfere with the rotation of the reactor 110, the carbon nanotube synthesis apparatus 100 including a gas supply means 120 for supplying the carbon gas to any limited space of the inside of the reactor (110) It is composed of

이때, 반응로(110)는 내부가 빈 원형의 관을 사용하며, 스테인리스 또는 인코넬 재질로 구성하는 것이 바람직하다.At this time, the reactor 110 uses a hollow inner tube, it is preferable to be made of stainless steel or Inconel material.

또한, 반응로(110)는 촉매제가 주입되는 일측 상부에서 가스가 주입되는 타측 하부로 경사지게 형성되어 회전한다.In addition, the reactor 110 is rotated to be inclined from the upper portion of the one side into which the catalyst is injected to the lower side of the other side into which the gas is injected.

또한, 반응로(110)의 회전시 일측으로 주입된 촉매제는 반응로(110)와 함께 회전하면서 반응로(110)의 타측으로 이동된다.In addition, the catalyst injected into one side during the rotation of the reactor 110 is moved to the other side of the reactor 110 while rotating along with the reactor (110).

이때, 가스공급수단(120)이 반응로(110) 내부로 설치되어 반응로(110) 내부에 위치된 촉매제로 직접 상기 탄소가스를 분출시킨다.At this time, the gas supply means 120 is installed into the reactor 110 to directly eject the carbon gas to the catalyst located in the reactor (110).

또한, 상기 탄소가스의 분출위치는 반응로(110) 내부 중 임의의 한정된 공간으로 모두 가능하나, 일반적으로 반응로(110) 내부로 주입된 촉매제는 반응로(110)의 하부면에 위치되며, 특히, 반응로(110)의 중단부에서 상기 촉매제 및 상기 탄소가스의 합성이 가장 원활하게 이루어지므로 반응로(110)의 중단부로 분출시키도록 구성하는 것이 바람직하다.In addition, the ejection position of the carbon gas may be any limited space in the reactor 110, but generally, the catalyst injected into the reactor 110 is located on the lower surface of the reactor 110, In particular, since the synthesis of the catalyst and the carbon gas is most smoothly made at the stop of the reactor 110, it is preferable to configure the jet to the stop of the reactor 110.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 반응로(110)의 중단부에 위치된 가스공급수단(120)의 일정 부위에 적어도 하나의 가스공급홀(121)을 구성할 수 있다.That is, as shown in FIG. 1, at least one gas supply hole 121 may be formed at a predetermined portion of the gas supply means 120 located at the stop of the reactor 110.

이때, 가스공급홀(121)을 복수 개로 형성할 경우, 가스공급홀(121)의 크기는 모두 동일하게 형성할 수도 있으나, 가스 분출 압력을 고려하여 가스가 유입되는 일단부에서 타단부로 갈수록 가스공급홀(121)의 크기가 점진적으로 커지도록 구성하는 것이 바람직하다.In this case, when the plurality of gas supply holes 121 are formed, the sizes of the gas supply holes 121 may all be the same, but the gas is gradually moved from one end to the other end where the gas is introduced in consideration of the gas ejection pressure. It is preferable to configure the supply hole 121 to gradually increase in size.

또한, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 탄소가스가 일정한 압력을 유지하며 가스공급홀(121)로 분출될 수 있도록 가스공급수단(120)의 타단부는 폐쇄하는 것이 바람직하며, 폐쇄위치는 가스공급홀(121)에 간섭되지 않는 범위 내에서 조절할 수 있다.In addition, as shown in Figures 1 and 3, the other end of the gas supply means 120 is preferably closed so that the carbon gas can be ejected to the gas supply hole 121 while maintaining a constant pressure, the closed position Can be adjusted within a range that does not interfere with the gas supply hole 121.

또한, 가스공급수단(120)은 도 2에 도시된 바와 같이, 내부가 빈 관 형상이며, 일단부가 가스공급소(300)에 연결되고, 타단부가 반응로(110) 내부에 위치되도록 구성할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 2, the gas supply means 120 has an empty tube shape, one end of which is connected to the gas supply station 300, and the other end of which is located in the reactor 110. Can be.

이때, 가스공급수단(120)의 타단부로 상기 탄소가스가 분출되므로 상기 촉매제의 위치에 맞춰 반응로(110)의 하단부 중간에 상기 탄소가스가 분출되도록 가스공급수단(120)의 위치를 조절하는 것이 바람직하다.At this time, since the carbon gas is ejected to the other end of the gas supply means 120 to adjust the position of the gas supply means 120 to eject the carbon gas in the middle of the lower end of the reactor 110 in accordance with the position of the catalyst. It is preferable.

또한, 가스공급수단(120)은 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 타단부가 폐쇄되어 가스배출부(130)에 고정 지지되며 내부가 빈 관 형상으로, 일단부가 가스공급소(300)에 연결되고, 반응로(110)의 내부에 위치된 가스공급수단(120)의 임의의 어느 한 곳에는 적어도 하나의 가스공급홀(121)이 구비되도록 구성할 수 있다.In addition, the gas supply means 120, as shown in Figures 1 and 3, the other end is closed and fixed to the gas discharge unit 130, the inside of the hollow tube shape, one end gas supply station 300 Connected to, and any one of the gas supply means 120 located inside the reactor 110 may be configured to be provided with at least one gas supply hole 121.

즉, 가스공급수단(120)의 길이가 길어지면 반응로(110) 내부의 온도에 의해 가스공급수단(120) 자체가 하부로 쳐질 수 있으므로, 일단부는 가스공급소(300)에 연결시키고, 타단부는 가스배출부(130)에 고정하여 지지되도록 구성하며, 이때, 가스공급수단(120)은 반응로(110)에 접촉되지 않으며, 반응로(110)의 회전에 간섭되지 않도록 설치하는 것이 바람직하다.That is, if the length of the gas supply means 120 is long, since the gas supply means 120 itself can be struck by the temperature inside the reactor 110, one end is connected to the gas supply station 300, the other The end is configured to be fixed and supported by the gas discharge unit 130, in which the gas supply means 120 is not in contact with the reactor 110, it is preferable to install so as not to interfere with the rotation of the reactor (110). Do.

또한, 도면상에는 가스공급홀(121)의 형성 방향을 반응로(110)의 하부로만 향하도록 도시하였으나, 가스공급홀(121)의 형성 방향은 어느 특정 방향으로만 한정하지 않는 것이 바람직하다.In addition, although the drawing direction of the gas supply hole 121 is shown only to the lower portion of the reactor 110 in the drawing, it is preferable that the formation direction of the gas supply hole 121 is not limited to any particular direction.

또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 반응로(110)의 내부에 공급된 상기 탄소가스를 외부로 배출시키거나 외부로의 배출을 조절 및 차단시키는 가스배출부(130)가 더 포함되도록 구성할 수 있다.In addition, as shown in Figures 4 and 5, the gas discharge unit 130 for discharging the carbon gas supplied to the inside of the reactor 110 to the outside or to control and block the discharge to the outside is further included. It can be configured to.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 가스배출부(130)는 반응로(110)에 공급된 상기 탄소가스를 외부로 배출 및 차단시키는 가스배출조절수단(131); 및 반응로(110) 내부의 가스압력을 나타내는 압력표시수단(132)을 포함하도록 구성할 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 압력표시수단(132)의 압력상태에 따라 가스배출조절수단(131)을 컨트롤하는 제어수단(133)이 포함되도록 구성할 수 있다.That is, as shown in Figure 4, the gas discharge unit 130 is a gas discharge control means 131 for discharging and blocking the carbon gas supplied to the reactor 110 to the outside; And it may be configured to include a pressure display means 132 indicating the gas pressure in the reactor 110, as shown in Figure 5, according to the pressure state of the pressure display means 132 gas discharge control means ( 131 may be configured to include a control means 133 for controlling.

이때, 압력표시수단(132)는 아날로그 방식 또는 디지털 방식의 압력게이지를 사용할 수 있다.At this time, the pressure display means 132 may use an analog or digital pressure gauge.

또한, 가스배출조절수단(131)은 밸브스위치를 정역회전시켜 개폐할 수 있도록 수동으로 구성하거나, 솔레노이드밸브 등과 같은 자동개폐밸브로 구성하여 제어수단(133)에 의해 자동으로 컨트롤되도록 구성할 수 있다.In addition, the gas discharge control means 131 may be configured to be manually configured to open and close the valve switch by forward and reverse rotation, or may be configured to be automatically controlled by the control means 133 by configuring an automatic opening and closing valve such as a solenoid valve. .

다음으로 탄소나노튜브 합성시스템을 설명하도록 하며, 상기 탄소나노튜브 합성시스템에서는 상기 탄소나노튜브 합성장치(100)의 설명부분과 중복되는 부분은 생략하도록 한다.Next, the carbon nanotube synthesis system will be described. In the carbon nanotube synthesis system, portions overlapping with the description of the carbon nanotube synthesis apparatus 100 will be omitted.

한편, 본 발명은 도 6에 도시된 바와 같이, 촉매제 및 탄소가스를 이용하여 탄소나노튜브를 생성하는 탄소나노튜브 합성시스템에 있어서, 상기 촉매제 및 상기 탄소가스를 이용하여 상기 탄소나노튜브를 생성하는 탄소나노튜브 합성장치(100); 탄소나노튜브 합성장치(100)에 촉매제를 주입하는 촉매공급소(200); 및 탄소나노튜브 합성장치(100)에 상기 탄소가스를 주입하는 가스공급소(300)를 포함하며, 탄소나노튜브 합성장치(100)는, 일정한 온도로 가열된 상태로 회전하며, 유입된 상기 촉매제 및 상기 탄소가스가 반응하여 상기 탄소나노튜브를 생성하는 반응로(110); 및 반응로(110)의 회전에 간섭되지 않도록 설치되며, 반응로(110)의 내부 중 임의의 한정된 공간에 상기 탄소가스를 공급하는 가스공급수단(120)을 구비하는 탄소나노튜브 합성시스템을 제공한다.On the other hand, the present invention, as shown in Figure 6, in the carbon nanotube synthesis system for producing carbon nanotubes using a catalyst and carbon gas, using the catalyst and the carbon gas to generate the carbon nanotubes Carbon nanotube synthesis apparatus (100); Catalyst supply station 200 for injecting a catalyst to the carbon nanotube synthesis apparatus 100; And a gas supply station 300 for injecting the carbon gas into the carbon nanotube synthesizing apparatus 100, wherein the carbon nanotube synthesizing apparatus 100 rotates in a heated state at a constant temperature, and introduces the introduced catalyst. And a reactor 110 in which the carbon gas reacts to generate the carbon nanotubes. And it is installed so as not to interfere with the rotation of the reactor 110, providing a carbon nanotube synthesis system having a gas supply means 120 for supplying the carbon gas to any limited space of the inside of the reactor (110). do.

촉매공급소(200)에는 연속 또는 주기적으로 주입되는 상기 촉매제의 양을 동일하게 하거나 달리하는 촉매공급조절수단(210)이 더 구비되도록 구성할 수 있다.Catalyst supply station 200 may be configured to further include a catalyst supply control means 210 to equalize or different the amount of the catalyst injected continuously or periodically.

따라서, 촉매공급조절수단(210)을 통해 촉매공급소(200)로부터 주입되는 촉매제의 양을 조절하여 반응로(110) 내부로 공급하면, 반응로(110)의 타측으로 공급된 촉매제는 반응로(110)의 회전과 함께 연동되며 반응로(110)의 일측으로 이동하고, 이동시 가스공급수단(120)을 통해 배출된 상기 탄소가스와 접촉하여 탄소나노튜브로 변환된다.Therefore, when the amount of catalyst injected from the catalyst supply station 200 is supplied through the catalyst supply control unit 210 and supplied into the reactor 110, the catalyst supplied to the other side of the reactor 110 is reacted. It is interlocked with the rotation of the 110 and moves to one side of the reactor 110, in contact with the carbon gas discharged through the gas supply means 120 is converted into carbon nanotubes.

또한, 반응로(110)의 일측 하부에는 반응로(110)를 통해 생성된 탄소나노튜브가 저장되는 탄소나노튜브 저장소(400)가 더 구비되어 연결되며, 변환된 탄소나노튜브가 하부, 즉, 반응로(110)의 일측 하부에 연결된 탄소나노튜브 저장소(400)로 떨어져 저장된다.
In addition, a lower portion of one side of the reactor 110 is further provided with a carbon nanotube reservoir 400 for storing the carbon nanotubes generated through the reactor 110, the converted carbon nanotubes are lower, that is, The carbon nanotube reservoir 400 connected to one lower side of the reactor 110 is stored away.

100 : 탄소나노튜브 합성장치
110 : 반응로 120 : 가스공급수단
121 : 가스공급홀
130 : 가스배출부 131 : 가스배출조절수단
132 : 압력표시수단 133 : 제어수단
200 : 촉매공급소
210 : 촉매공급조절수단
300 : 가스공급소
400 : 탄소나노튜브 저장소
100: carbon nanotube synthesis device
110: reactor 120: gas supply means
121: gas supply hole
130: gas discharge unit 131: gas discharge control means
132: pressure display means 133: control means
200: catalyst supply station
210: catalyst supply control means
300: gas supply station
400: carbon nanotube storage

Claims (16)

삭제delete 삭제delete 촉매제 및 탄소가스를 이용하여 탄소나노튜브를 생성하는 탄소나노튜브 합성장치에 있어서,
일정한 온도로 가열된 상태로 회전하며, 유입된 상기 촉매제 및 상기 탄소가스가 반응하여 상기 탄소나노튜브를 생성하는 반응로; 및
상기 반응로의 회전에 간섭되지 않도록 설치되며, 상기 반응로의 내부 중 임의의 한정된 공간에 상기 탄소가스를 공급하는 가스공급수단을 포함하며,
상기 가스공급수단은,
타단부가 폐쇄되어 고정 지지된 내부가 빈 관 형상으로, 일단부가 가스공급소에 연결되며, 상기 반응로의 내부에 위치된 상기 가스공급수단의 임의의 어느 한 곳에는 적어도 하나의 가스공급홀이 구비된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성장치.
In the carbon nanotube synthesis apparatus for producing carbon nanotubes using a catalyst and carbon gas,
A reactor for rotating in a heated state at a constant temperature and reacting the introduced catalyst with the carbon gas to generate the carbon nanotubes; And
It is installed so as not to interfere with the rotation of the reactor, and includes a gas supply means for supplying the carbon gas to any limited space inside the reactor,
The gas supply means,
The other end is closed and fixed in the inside of the hollow tube shape, one end is connected to the gas supply station, at any one of the gas supply means located inside the reactor at least one gas supply hole is Carbon nanotube synthesis apparatus characterized in that provided.
제3항에 있어서, 상기 가스공급홀이 복수 개로 구성될 경우에는,
일단부에서 타단부로 갈수록 상기 가스공급홀의 크기가 점진적으로 크게 형성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성장치.
The gas supply hole of claim 3, wherein the gas supply hole comprises a plurality of gas supply holes.
Carbon nanotube synthesizing apparatus characterized in that the size of the gas supply hole is gradually increased from one end to the other end.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 반응로의 내부에 공급된 상기 탄소가스를 외부로 배출 및 차단시키며, 배출량을 제어하는 가스배출부가 더 포함된 탄소나노튜브 합성장치.
The method according to claim 3 or 4,
The carbon nanotube synthesizing apparatus further comprises a gas discharge unit for discharging and blocking the carbon gas supplied to the inside of the reactor to the outside, and controls the discharge.
제5항에 있어서, 상기 가스배출부는,
상기 반응로에 공급된 상기 탄소가스를 외부로 배출 및 차단시키는 가스배출조절수단; 및
상기 반응로 내부의 가스압력을 나타내는 압력표시수단을 포함하는 탄소나노튜브 합성장치.
The method of claim 5, wherein the gas discharge portion,
Gas discharge control means for discharging and blocking the carbon gas supplied to the reactor to the outside; And
Carbon nanotube synthesizing apparatus comprising a pressure display means for indicating the gas pressure inside the reactor.
제6항에 있어서,
상기 압력표시수단의 압력상태에 따라 상기 가스배출조절수단을 컨트롤하는 제어수단이 포함된 탄소나노튜브 합성장치.
The method of claim 6,
Carbon nanotube synthesizing apparatus comprising a control means for controlling the gas discharge control means in accordance with the pressure state of the pressure display means.
삭제delete 삭제delete 촉매제 및 탄소가스를 이용하여 탄소나노튜브를 생성하는 탄소나노튜브 합성시스템에 있어서,
상기 촉매제 및 상기 탄소가스를 이용하여 상기 탄소나노튜브를 생성하는 탄소나노튜브 합성장치;
상기 탄소나노튜브 합성장치에 촉매제를 주입하는 촉매공급소; 및
상기 탄소나노튜브 합성장치에 상기 탄소가스를 주입하는 가스공급소를 포함하며,
상기 탄소나노튜브 합성장치는,
일정한 온도로 가열된 상태로 회전하며, 유입된 상기 촉매제 및 상기 탄소가스가 반응하여 상기 탄소나노튜브를 생성하는 반응로; 및
상기 반응로의 회전에 간섭되지 않도록 설치되며, 상기 반응로의 내부 중 임의의 한정된 공간에 상기 탄소가스를 공급하는 가스공급수단을 구비하고,
상기 가스공급수단은,
타단부가 폐쇄되어 고정 지지된 내부가 빈 관 형상으로, 일단부가 가스공급소에 연결되며, 상기 반응로의 내부에 위치된 상기 가스공급수단의 임의의 어느 한 곳에는 적어도 하나의 가스공급홀이 구비된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성시스템.
In the carbon nanotube synthesis system for producing carbon nanotubes using a catalyst and carbon gas,
A carbon nanotube synthesis apparatus for generating the carbon nanotubes using the catalyst and the carbon gas;
A catalyst supply station for injecting a catalyst into the carbon nanotube synthesis apparatus; And
It includes a gas supply station for injecting the carbon gas into the carbon nanotube synthesis apparatus,
The carbon nanotube synthesis apparatus,
A reactor for rotating in a heated state at a constant temperature and reacting the introduced catalyst with the carbon gas to generate the carbon nanotubes; And
It is provided not to interfere with the rotation of the reactor, and provided with a gas supply means for supplying the carbon gas to any limited space inside the reactor,
The gas supply means,
The other end is closed and fixed in the inside of the hollow tube shape, one end is connected to the gas supply station, at any one of the gas supply means located inside the reactor at least one gas supply hole is Carbon nanotube synthesis system characterized in that provided.
제10항에 있어서, 상기 가스공급홀이 복수 개로 구성될 경우에는,
일단부에서 타단부로 갈수록 상기 가스공급홀의 크기가 점진적으로 크게 형성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성시스템.
The method of claim 10, wherein when the gas supply hole is composed of a plurality of
Carbon nanotube synthesis system, characterized in that the size of the gas supply hole is gradually increased from one end to the other end.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 반응로의 내부에 공급된 상기 탄소가스를 외부로 배출 및 차단시키며, 배출량을 제어하는 가스배출부가 더 포함된 탄소나노튜브 합성시스템.
The method according to claim 10 or 11, wherein
The carbon nanotube synthesis system further comprises a gas discharge unit for discharging and blocking the carbon gas supplied to the inside of the reactor to the outside, the discharge control.
제12항에 있어서, 상기 가스배출부는,
상기 반응로에 공급된 상기 탄소가스를 외부로 배출 및 차단시키며, 배출량을 제어하는 가스배출조절수단; 및
상기 반응로 내부의 가스압력을 나타내는 압력표시수단을 포함하는 탄소나노튜브 합성시스템.
The method of claim 12, wherein the gas discharge portion,
Gas discharge control means for discharging and blocking the carbon gas supplied to the reactor to the outside and controlling the discharge amount; And
And a pressure display means for indicating the gas pressure inside the reactor.
제13항에 있어서,
상기 압력표시수단의 압력상태에 따라 상기 가스배출조절수단을 컨트롤하는 제어수단이 포함된 탄소나노튜브 합성시스템.
The method of claim 13,
Carbon nanotube synthesis system including a control means for controlling the gas discharge control means in accordance with the pressure state of the pressure display means.
제14항에 있어서, 상기 촉매공급소에는,
연속 및 주기적으로 주입되는 상기 촉매제의 양을 동일하게 하거나 달리하는 촉매공급조절수단이 더 구비된 탄소나노튜브 합성시스템.
The method of claim 14, wherein the catalyst supply station,
Carbon nanotube synthesis system further comprises a catalyst supply control means for equalizing or different amounts of the catalyst injected continuously and periodically.
제15항에 있어서,
상기 반응로를 통해 생성된 탄소나노튜브가 저장되는 탄소나노튜브 저장소가 더 구비된 탄소나노튜브 합성시스템.
16. The method of claim 15,
Carbon nanotube synthesis system further comprises a carbon nanotube reservoir for storing the carbon nanotubes generated through the reactor.
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