KR101354453B1 - Phase change materials(pcms)-carbon nanotubes(cnts) hydrid nanowire and the formation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어 및 그 합성방법에 관한 것으로, 자세하게는 유기물인 파라핀(paraffin) 또는 융해염(molten salts)과 같은 상변화 물질과 탄소나노튜브가 코어와 쉘로 구성된 하이브리드 나노와이어 및 그 합성방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 준비된 고순도 탄소나노튜브에 상변화 물질만이 선택적으로 채워지도록 하여 고품질의 하이브리드 나노와이어를 얻을 수 있다.
The present invention relates to a phase change material-carbon nanotube hybrid nanowires and a method for synthesizing the same. Specifically, a phase change material such as paraffin or molten salts, which are organic materials, and carbon nanotubes are composed of a core and a shell. A hybrid nanowire and a method for synthesizing the same. According to the present invention, only the phase change material may be selectively filled in the prepared high purity carbon nanotubes, thereby obtaining high quality hybrid nanowires.
탄소나노튜브는 매우 우수한 전기적·화학적·물리적 특징으로 인하여 다양한 응용분야에서 활발히 연구되고 있다. 일반적으로 탄소나노튜브는 촉매를 이용하여 합성되기 때문에 튜브의 내부나 끝 부분에 나노 크기의 촉매를 함유하게 된다. 최근 산화물이나 귀금속 촉매들을 이용한 탄소나노튜브의 합성연구들이 보고되고 있으나, 일반적으로는 철, 니켈, 코발트와 같은 전이금속들이 널리 사용되고 있다. Carbon nanotubes have been actively studied in various applications due to their excellent electrical, chemical and physical characteristics. In general, since carbon nanotubes are synthesized using a catalyst, they contain a nano-sized catalyst inside or at the end of the tube. Recently, studies on the synthesis of carbon nanotubes using oxides or precious metal catalysts have been reported, but in general, transition metals such as iron, nickel, and cobalt have been widely used.
탄소나노튜브에 포함된 나노촉매들은 응용분야에 적용될 때 다양한 문제점들을 야기할 수 있는데, 특히 바이오 분야에서는 불필요한 독성 특성을 보이거나 다른 물질들과의 하이브리드 과정에서 새로운 반응을 유도할 수도 있다.Nanocatalysts contained in carbon nanotubes can cause various problems when applied to applications, especially in the bio field, may show unnecessary toxic characteristics or induce new reactions in hybridization with other materials.
따라서, 탄소나노튜브의 내부에 다른 물질들을 채우기 위해서는 모세관작용(capillary action)을 유도하고 채움 효율(filling efficiency)을 극대화하기 위해 상기와 같은 촉매들이 먼저 제거되어야 한다.Therefore, in order to fill other materials in the carbon nanotubes, such catalysts must first be removed to induce capillary action and maximize filling efficiency.
지금까지 탄소나노튜브에 존재하는 촉매를 제거하는 가장 일반적인 방법으로는 산을 이용한 화학적 처리 방식이 사용되고 있다. 산, 염산, 또는 질산과 황산의 조합을 이용하여 다양한 방식으로 촉매를 제거하게 되는데, 제거 효율이 높지 않을 뿐 아니라 탄소나노튜브의 표면 결정 구조에 악 영향을 미치게 되어 결과적으로는 고유의 탄소나노튜브 특성을 저하하는 요인으로 작용하게 된다. Until now, the most common method of removing the catalyst present in the carbon nanotubes is a chemical treatment method using an acid. The catalyst is removed in various ways using acid, hydrochloric acid, or a combination of nitric acid and sulfuric acid. The removal efficiency is not only high but also adversely affects the surface crystal structure of the carbon nanotubes. It acts as a factor that degrades the characteristics.
이러한 문제점을 극복하기 위해 고온에서의 열처리 방식이 적용될 수 있는데, 이 방식은 고온에서 탄소나노튜브를 열처리하기 때문에 결정 구조를 더욱 향상시킬 수 있으며 제거 효율도 증가시킬 수 있다. 그러나 일반적으로 사용되는 전이금속들의 끊는 점이 매우 높기 때문에 진공 상태에서 2000도 이상의 온도에서 열처리를 수행한다 하더라도 완벽한 처리 효율을 기대하기는 쉽지 않다. In order to overcome this problem, a heat treatment method at a high temperature may be applied. This method may further improve the crystal structure and increase the removal efficiency because the carbon nanotubes are heat treated at a high temperature. However, since the break points of commonly used transition metals are very high, it is not easy to expect perfect processing efficiency even if heat treatment is performed at a temperature of 2000 degrees or more in a vacuum state.
최근에는 이러한 촉매를 이용하지 않고도 탄소나노튜브를 합성하는 연구가 진행되고 있으나, 저온에서의 합성 공정에서는 탄소나노튜브의 질적 수준이 낮고 합성 수율이 낮으며, 고온의 합성 공정에서는 고품질의 탄소나노튜브를 합성할 수는 있지만 4000도에 가까운 운전 에너지가 필요하며 합성 수율도 높지 않다는 단점이 있다.Recently, research has been conducted to synthesize carbon nanotubes without using such a catalyst. However, in the synthesis process at low temperature, the quality of carbon nanotubes is low and the synthesis yield is low. It can be synthesized, but it requires the operating energy close to 4000 degrees and has a disadvantage that the synthesis yield is not high.
한편, 고품질의 탄소나노튜브에 다른 물질을 액체의 형태로 채우는 연구 또한 활발히 이루어지고 있으며, 이러한 연구의 핵심은 액체의 탄소나노튜브 내부로의 모세관 작용에 의한 침윤(infiltration)이다. 그러나 기존 방식들은 단순한 모세관 현상만을 이용한 침윤을 유도하기 때문에 채움 수율(filling yield)이 낮고, 탄소나노튜브 외부 벽에 잔존 물질들이 남아 있을 수 있다. 또한, 고체 물질의 경우 기화점까지 온도를 올려 기화된 가스를 내부에 침윤시키는 방식도 있으나, 채움 효율이 역시 낮다. 또한 파라핀과 같은 고체 유기물의 경우 다양한 용제(solvent)를 이용하여 녹인 후 모세관 현상을 이용하여 탄소나노튜브에 채우는 연구도 진행되었지만, 결과적으로 용제를 제거하여야 하기 때문에 채움 수율이 높지 않다.On the other hand, research into filling high quality carbon nanotubes with other materials in the form of liquids is also being actively conducted. The core of such research is infiltration by capillary action of liquid into carbon nanotubes. However, the existing methods induce infiltration using only a simple capillary phenomenon, resulting in a low filling yield, and residual materials may remain on the carbon nanotube outer wall. In addition, in the case of a solid material, there is a method of infiltrating the vaporized gas therein by raising the temperature to the vaporization point, but the filling efficiency is also low. In addition, in the case of solid organic materials such as paraffin, studies have been conducted in which carbon nanotubes are melted using various solvents and then filled with carbon nanotubes, but as a result, the filling yield is not high because the solvent must be removed.
이에, 비교적 낮은 온도에서도 촉매를 완전 제거하는 고품질의 탄소나노튜브를 얻을 수 있으며, 높은 채움 수율로 다른 물질을 선택적으로 채울 수 있는 기술의 개발이 필요하였다.
Thus, it is possible to obtain high quality carbon nanotubes completely removing the catalyst even at a relatively low temperature, and it is necessary to develop a technology for selectively filling other materials with a high filling yield.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 특별한 용제의 도움 없이 유기물인 파라핀 또는 융해염과 같은 상변화 물질들을 고수율로 탄소나노튜브 내부에만 선택적으로 채울 수 있는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어 및 그 합성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention is to solve the above problems, phase-change material carbon nanotubes can be selectively filled only in the carbon nanotubes with a high yield of phase change materials such as paraffin or molten salt which is an organic material without the help of a special solvent An object of the present invention is to provide a hybrid nanowire and a synthesis method thereof.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위하여 본 발명은, i) 나노촉매가 함유된 탄소나노튜브를 합성하는 단계; ⅱ) 상기 나노촉매가 함유된 탄소나노튜브를 진공 상태에서 열처리하여 탄소나노튜브 내부의 나노촉매를 제거하는 단계; ⅲ) 상기 내부의 나노촉매가 제거된 탄소나노튜브를 용기에 담긴 상변화 물질 위에 위치시키는 단계; ⅳ) 상기 상변화 물질이 담긴 용기를 반응챔버에 넣은 후, 상기 반응챔버를 진공상태로 유지시키는 단계; ⅴ) 상기 진공상태인 반응챔버의 온도를 상변화 물질의 녹는점까지 올린 후, 용액 상태의 상변화 물질이 진공 상태의 탄소나노튜브 내부로 충분히 침윤하도록 일정시간 동안 압력과 온도를 유지하는 단계; ⅵ) 상기 상변화 물질의 침윤량을 최대화하기 위하여, 상기 반응챔버 내 압력을 진공상태에서 가압조건으로 신속하게 전환시키는 단계; ⅶ) 상기 가압조건을 유지하면서 상기 반응챔버의 온도를 상변화 물질의 녹는점 이하까지 내리는 단계; 및 ⅷ) 상기 반응챔버의 압력을 대기압까지 내리고 시료를 꺼내는 단계를 포함하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 합성방법을 제공한다.The present invention to achieve the object as described above, i) synthesizing the carbon nanotubes containing the nanocatalyst; Ii) removing the nanocatalyst inside the carbon nanotube by heat-treating the carbon nanotube containing the nanocatalyst in a vacuum state; Iii) placing the carbon nanotubes from which the nanocatalyst has been removed on the phase change material contained in the container; Iii) placing the vessel containing the phase change material into a reaction chamber and maintaining the reaction chamber in a vacuum state; Iii) raising the temperature of the vacuum reaction chamber to the melting point of the phase change material, and maintaining the pressure and temperature for a predetermined time so that the phase change material in solution sufficiently infiltrates into the carbon nanotubes in the vacuum state; V) quickly converting the pressure in the reaction chamber from vacuum to pressurized conditions in order to maximize the amount of infiltration of the phase change material; Iii) lowering the temperature of the reaction chamber to below the melting point of the phase change material while maintaining the pressurized condition; And iii) lowering the pressure of the reaction chamber to atmospheric pressure and taking out a sample to provide a method for synthesizing a phase change material-carbon nanotube hybrid nanowire.
이때, 상기 탄소나노튜브 내에 함유된 나노촉매는 주석, 납, 비스무스, 탈륨, 갈륨 중 어느 하나인 것이 바람직하다.In this case, the nanocatalyst contained in the carbon nanotubes is preferably any one of tin, lead, bismuth, thallium, and gallium.
또한, 상기 탄소나노튜브 내부의 나노촉매를 열처리하여 제거하는 ⅱ) 단계에서, 제거 효율을 높이기 위하여 상기 반응챔버 내의 진공도는 5 X 10-5 ~ 760 Torr 범위에서 제어되는 것이 바람직하며, 낮은 녹는점을 갖는 물질을 나노촉매로 사용하므로 상기 반응챔버 내의 열처리 온도가 1800℃ 이하인 것이 바람직하다.In addition, in the step ii) of removing the carbon nanotubes by heat treatment to remove the nanocatalyst, the degree of vacuum in the reaction chamber is preferably controlled in the range of 5
그리고, 상기 반응챔버를 진공상태로 유지하는 ⅳ) 단계에서, 상기 탄소나노튜브 내부에 잔존하는 가스들을 제거하고 상기 탄소나노튜브 내부의 압력이 진공 상태가 되도록, 상기 반응챔버 내의 진공도가 5 X 10-5 ~ 2 Torr 범위에서 제어되는 것이 바람직하다. In the step iii) of maintaining the reaction chamber in a vacuum state, the degree of vacuum in the reaction chamber is removed such that gases remaining in the carbon nanotubes are removed and the pressure inside the carbon nanotubes is in a vacuum state. It is preferable to control in the range of -5 to 2 Torr.
또한, 상기 용액 상태의 상변화 물질이 진공 상태의 탄소나노튜브 내부로 충분히 침윤하도록 일정시간 동안 압력과 온도를 유지하는 ⅴ)단계에서, 상기 진공 챔버를 진공 상태에서 상변화물질의 녹는점 이상의 온도로 상승시키고, 1분 ~ 1시간 동안 압력과 온도를 유지하는 것이 바람직하며, 이때 상기 상변화 물질이 파라핀인 경우 상기 반응챔버의 온도를 60~80℃ 까지 상승시키고, 상기 상변화 물질이 질산염인 경우 상기 반응챔버의 온도를 250~350℃ 까지 상승시키는 것이 바람직하다.In addition, the step of maintaining the pressure and temperature for a predetermined time so that the phase change material in the solution state is sufficiently infiltrated into the carbon nanotubes in the vacuum state, the vacuum chamber is a temperature above the melting point of the phase change material in the vacuum state It is preferable to increase the temperature, and to maintain the pressure and temperature for 1 minute to 1 hour. In this case, when the phase change material is paraffin, the temperature of the reaction chamber is increased to 60 to 80 ° C., and the phase change material is nitrate. In this case, it is preferable to increase the temperature of the reaction chamber to 250 ~ 350 ℃.
그리고, 상기 반응챔버 내 압력을 진공상태에서 가압조건으로 신속하게 전환시키는 ⅵ) 단계에서, 상기 상변화 물질의 침윤량을 최대화하기 위하여 상기 가압조건이 0.1~1.5 MPa 범위에서 제어되고, 상기 반응챔버 내 압력조건을 진공상태에서 가압 조건으로 전환하는 시간이 1초~1분의 범위에서 제어되는 것이 바람직하다.In the step of rapidly converting the pressure in the reaction chamber from the vacuum state to the pressurization condition, the pressurization condition is controlled in the range of 0.1 to 1.5 MPa in order to maximize the amount of infiltration of the phase change material, and the reaction chamber It is preferable that the time for switching the internal pressure condition from the vacuum state to the pressurized condition is controlled in the range of 1 second to 1 minute.
또한, 상기 가압조건을 유지하면서 상기 반응챔버의 온도를 상변화 물질의 녹는점 이하까지 내리는 ⅶ) 단계에서, 상기 침윤된 상변화물질을 고체 상태로 서서히 전환시키기 위하여, 상기 반응챔버 내의 온도를 상변화 물질의 녹는점 이하까지 전환하는 시간이 30~60분의 범위에서 제어되는 것이 바람직하다. In addition, in the step of lowering the temperature of the reaction chamber to below the melting point of the phase change material while maintaining the pressurized condition, in order to gradually convert the infiltrated phase change material to a solid state, the temperature in the reaction chamber is increased. It is preferable that the time to switch to below the melting point of the change material is controlled in the range of 30 to 60 minutes.
한편, 상기 반응챔버에서 꺼낸 시료를 정제 시스템에 넣고, 탄소나노튜브 외벽에 잔존하는 상변화물질을 처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있는데, 이때 상기 정제 시스템은 정제용액이 담기는 용기, 순환 펌프, 필터 및 관으로 구성될 수 있으며, 상기 상변화 물질이 유기 파라핀의 경우 상기 정제용액이 물 또는 에탄올을 포함하며, 상기 상변화 물질이 용융염인 경우 상기 정제용액이 물, 벤젠 또는 톨루엔을 포함할 수 있다. On the other hand, the sample taken out of the reaction chamber may be further included in the purification system, and further comprising the step of treating the phase change material remaining on the carbon nanotube outer wall, wherein the purification system is a container containing the purification solution, the circulation pump And a filter and a tube, wherein the purification solution includes water or ethanol when the phase change material is an organic paraffin, and the purification solution includes water, benzene or toluene when the phase change material is a molten salt. can do.
본 발명에 따라 합성된 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어 복합 구조체는 그 지름이 50~200nm 이고, 길이가 1~50㎛인 것을 특징으로 한다.
Phase change material-carbon nanotube hybrid nanowire composite structure synthesized according to the present invention is characterized in that the diameter is 50 ~ 200nm, the length is 1 ~ 50㎛.
본 발명에 따르면 녹는점과 끊는 점이 매우 낮은 촉매를 사용하여 진공 상태에서 열처리가 수행되기 때문에 비교적 낮은 온도에서도 촉매를 완전 제거할 수 있으며, 용제를 사용하지 않고 채움 과정을 수행하기 때문에 정제 이후에도 고 수율의 채움을 유지할 수 있을 뿐 아니라, 탄소나노튜브의 내부에만 선택적으로 물질을 채울 수 있다. According to the present invention, since the heat treatment is performed in a vacuum state using a catalyst having a very low melting point and a breaking point, the catalyst can be completely removed even at a relatively low temperature, and since the filling process is performed without using a solvent, a high yield is obtained even after purification. In addition to maintaining the filling, the material can be selectively filled only inside the carbon nanotubes.
본 발명에 따라 합성된 복합체는 다양한 나노 하이브리드 소재를 개발하는 분야에 적용될 수 있을 뿐 아니라, 열저장, 전기저장, 수소저장 등 다양한 에너지 저장 분야에 적용될 수 있다.
The composite synthesized according to the present invention can be applied not only to the field of developing various nano hybrid materials, but also to various energy storage fields such as heat storage, electric storage, and hydrogen storage.
도 1은 본 발명에 따른 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 형성방법에 대한 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따라 준비된 촉매가 제거된 고 품질의 탄소나노튜브의 SEM (scanning electron microscopy) 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따라 준비된 촉매가 제거된 고 품질의 탄소나노튜브의 TEM (transmission electron microscopy) 이미지이다.
도 4는 본 발명에 따라 준비된 촉매가 제거된 고 품질의 탄소나노튜브의 TGA (Thermogravimetric analysis) 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따라 파라핀-탄소나노튜브 복합체의 준비 과정에 대한 SEM 이미지이다. ((a) 진공-채움 과정이후 복합체 (b) 1차 정제 이후 복합체, 그리고 (c) 2차 정제 이후 복합체)
도 6은 본 발명에 따라 준비된 파라핀 채움 전후의 탄소나노튜브에 대한 TEM 이미지이다. ((a) 채움 전과 (b) 채움 후)
도 7은 본 발명에 따라 준비된 파라핀-탄소나노튜브 복합체의 SEM 이미지이다. ((a) 저배율과 (b) 고배율)
도 8은 본 발명에 따라 준비된 파라핀-탄소나노튜브 복합체의 TEM 이미지이다. ((a) 저배율과 (b) 고배율)
도 9는 본 발명에 따라 준비된 파라핀-탄소나노튜브 복합체의 in situ TEM 이미지 관찰 결과이다. ((a) 채움 전과 (b) 채움 후)
도 10은 본 발명에 따라 준비된 용융염-탄소나노튜브 복합체의 TEM 이미지이다. 1 is a process chart for a method of forming a phase change material-carbon nanotube hybrid nanowire according to the present invention.
2 is a scanning electron microscopy (SEM) image of high quality carbon nanotubes from which a catalyst prepared according to the present invention is removed.
3 is a transmission electron microscopy (TEM) image of high quality carbon nanotubes from which a catalyst prepared according to the present invention is removed.
Figure 4 is a TGA (Thermogravimetric analysis) graph of the high quality carbon nanotubes with the catalyst prepared according to the present invention.
5 is an SEM image of the preparation process of the paraffin-carbon nanotube composite according to the present invention. (a) complex after vacuum-filling process (b) complex after primary purification, and (c) complex after secondary purification)
6 is a TEM image of carbon nanotubes before and after paraffin filling prepared according to the present invention. ((a) before filling and (b) after filling)
7 is an SEM image of a paraffin-carbon nanotube composite prepared according to the present invention. ((a) low magnification and (b) high magnification)
8 is a TEM image of a paraffin-carbon nanotube composite prepared according to the present invention. ((a) low magnification and (b) high magnification)
9 is an in situ TEM image observation result of the paraffin-carbon nanotube composite prepared according to the present invention. ((a) before filling and (b) after filling)
10 is a TEM image of a molten salt-carbon nanotube composite prepared according to the present invention.
이하에서는, 본 발명의 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어 및 그 합성방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the phase change material-carbon nanotube hybrid nanowire of the present invention and a method for synthesizing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어는 도 1에 도시된 바와 같이 i) 나노촉매가 함유된 탄소나노튜브를 합성하는 단계; ⅱ) 상기 나노촉매가 함유된 탄소나노튜브를 진공 상태에서 열처리하여 탄소나노튜브 내부의 나노촉매를 제거하는 단계; ⅲ) 상기 내부의 나노촉매가 제거된 탄소나노튜브를 용기에 담긴 상변화 물질 위에 위치시키는 단계; ⅳ) 상기 상변화 물질이 담긴 용기를 반응챔버에 넣은 후, 상기 반응챔버를 고 진공상태로 유지시키는 단계; ⅴ) 상기 진공상태인 반응챔버의 온도를 상변화 물질의 녹는점까지 올린 후, 상기 용액 상태의 상변화 물질이 진공 상태의 탄소나노튜브 내부로 충분히 침윤하도록 일정시간 동안 압력과 온도를 유지하는 단계; ⅵ) 상기 상변화 물질의 침윤량을 최대화하기 위하여, 상기 반응챔버 내 압력을 진공상태에서 가압조건으로 신속하게 전환시키는 단계; ⅶ) 상기 가압조건을 유지하면서 상기 반응챔버의 온도를 상변화 물질의 녹는점 이하까지 내리는 단계; 및 ⅷ) 상기 반응챔버의 압력을 대기압까지 내리고 시료를 꺼내는 단계로 합성할 수 있다. Phase change material-carbon nanotube hybrid nanowires of the present invention comprises the steps of: i) synthesizing carbon nanotubes containing nanocatalysts; Ii) removing the nanocatalyst inside the carbon nanotube by heat-treating the carbon nanotube containing the nanocatalyst in a vacuum state; Iii) placing the carbon nanotubes from which the nanocatalyst has been removed on the phase change material contained in the container; Iii) placing the vessel containing the phase change material in a reaction chamber and maintaining the reaction chamber in a high vacuum state; Iii) raising the temperature of the vacuum reaction chamber to the melting point of the phase change material, and maintaining the pressure and temperature for a predetermined time so that the phase change material of the solution state sufficiently infiltrates into the carbon nanotubes in the vacuum state. ; V) quickly converting the pressure in the reaction chamber from vacuum to pressurized conditions in order to maximize the amount of infiltration of the phase change material; Iii) lowering the temperature of the reaction chamber to below the melting point of the phase change material while maintaining the pressurized condition; And iii) lowering the pressure of the reaction chamber to atmospheric pressure and taking out a sample.
상기 나노촉매가 함유된 탄소나노튜브는 다양한 방법으로 합성될 수 있으나, 바람직하게는 국내특허출원 제10-2010-0110445호(금속간화합물 또는 합금 코어와 탄소나노튜브 쉘로 구성된 이질나노와이어 및 그 합성방법)와 국내특허출원 제10-2010-0110447호(고 순도 탄소나노튜브 대량 합성방법 및 이에 의하여 제조되는 탄소나노튜브) 에 개시된 방법들에 의하여 합성될 수 있다.
Carbon nanotubes containing the nanocatalyst may be synthesized by various methods, but preferably, Korean Patent Application No. 10-2010-0110445 (A heterogeneous nanowire composed of an intermetallic compound or an alloy core and a carbon nanotube shell and its synthesis Method) and Korean Patent Application No. 10-2010-0110447 (high-purity carbon nanotube mass synthesis method and carbon nanotube manufactured thereby).
이때, 상기 탄소나노튜브 내에 함유된 나노촉매는 기존의 인듐-주석 이외의 물질로서 낮은 녹는점을 갖는 물질인 주석, 납, 비스무스, 탈륨, 갈륨 등이 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 물질들은 녹는점뿐만 아니라 끊는 점까지 낮아 이후 열처리 과정에서 기화시켜 제거하기가 용이하다. In this case, the nanocatalyst contained in the carbon nanotube is preferably a material having a low melting point, such as tin, lead, bismuth, thallium, gallium, and the like other than the conventional indium-tin. These materials are low not only at the melting point but also at the breaking point, so that they can be easily removed by vaporization during the subsequent heat treatment.
또한, 상기 탄소나노튜브 내부의 나노촉매를 열처리하여 제거하는 단계에서는 제거 효율을 높이고 내부에 잔존 촉매가 남아있지 않는 고품질의 탄소나노튜브를 얻기 위하여 상기 반응챔버 내의 진공도는 5 X 10-5 ~ 760 Torr 범위에서 제어되는 것이 바람직하며, 상기 반응챔버 내의 열처리 온도가 1800 이하인 것이 바람직하다.In addition, in the step of removing the heat treatment of the nano-catalyst inside the carbon nanotubes, the degree of vacuum in the reaction chamber is 5 X 10 -5 to 760 in order to increase the removal efficiency and to obtain high quality carbon nanotubes in which no catalyst remains. It is preferable to be controlled in the Torr range, and the heat treatment temperature in the reaction chamber is preferably 1800 or less.
본 발명에서는 기존의 방식과는 달리 수소 분위기에서 압력이 고 진공 상태로 유지될 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 한다. 수소 분위기는 탄소나노튜브에 포함되는 금속에 산화물층이 형성되지 않도록 하여 낮은 기화점이 유지되도록 하며, 고 진공 분위기는 상기 금속의 증기압을 낮추는 역할을 하게 되어, 탄소나노튜브 내부에 포함된 저 융점의 금속들을 매우 쉽게 기화시켜 제거할 수 있다.
Unlike the conventional method, the present invention is characterized in that the pressure is controlled to be maintained in a high vacuum in a hydrogen atmosphere. The hydrogen atmosphere prevents the oxide layer from being formed on the metal contained in the carbon nanotubes, so that the low vaporization point is maintained, and the high vacuum atmosphere serves to lower the vapor pressure of the metal, thereby reducing the low melting point contained in the carbon nanotubes. Metals can be removed by vaporization very easily.
이후 나노촉매가 제거된 고품질의 탄소나노튜브를 상변화 물질을 용기에 담고, 그 위에 준비된 탄소나노튜브를 올려놓는다. 이렇게 시료가 담긴 용기를 반응챔버에 넣은 후, 상기 반응챔버를 완전히 밀봉시키고 고 진공 상태로 유지시키게 된다. Then, the high quality carbon nanotubes from which the nanocatalysts are removed are placed in a container containing a phase change material, and the prepared carbon nanotubes are placed thereon. After the container containing the sample is placed in the reaction chamber, the reaction chamber is completely sealed and maintained in a high vacuum state.
상기 반응챔버를 고 진공상태로 유지하는 단계에서, 상기 탄소나노튜브 내부에 잔존하는 가스들을 제거하고 상기 탄소나노튜브 내부의 압력이 고 진공 상태가 되도록, 상기 반응챔버 내의 진공도가 5 X 10-5 ~ 2 Torr 범위에서 제어되는 것이 바람직하다.
In the step of maintaining the reaction chamber in a high vacuum state, the vacuum degree in the reaction chamber to remove the gas remaining in the carbon nanotubes and the pressure inside the carbon nanotubes to a high vacuum state 5 X 10 -5 It is preferable to control in the range of 2 Torr.
상기와 같이 반응챔버를 고 진공 상태를 유지하면서 온도를 상변화물질의 녹는 온도까지 상승시키고 일정시간 유지시키게 된다. 설정된 온도는 상변화물질의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 유지 시간은 1분~ 1시간으로 제어하는 것이 바람직하다. 이 단계에서 용액 상태의 상변화 물질이 빠르게 고 진공 상태의 탄소나노튜브 내부로 침윤하게 된다. As described above, the temperature is raised to the melting temperature of the phase change material and maintained for a predetermined time while maintaining the high vacuum state of the reaction chamber. The set temperature may vary depending on the type of phase change material, and the holding time is preferably controlled to 1 minute to 1 hour. In this step, the phase change material in solution rapidly infiltrates into the high vacuum carbon nanotube.
일 실시예로서, 상기 상변화 물질이 파라핀인 경우 상기 반응챔버의 온도를 60~80℃ 까지 상승시키고, 상기 상변화 물질이 질산염인 경우 상기 반응챔버의 온도를 250~350℃ 까지 상승시키는 것이 바람직하다.
As an embodiment, when the phase change material is paraffin, the temperature of the reaction chamber is increased to 60 to 80 ° C., and when the phase change material is nitrate, the temperature of the reaction chamber is increased to 250 to 350 ° C. Do.
상기 탄소나노튜브 내부에 침윤되는 상변화 물질의 양을 극대화시키기 위하여, 상기 반응챔버의 압력 분위기를 진공에서 압력조건로 빠르게 전환시킨다. 이때, 상변화 물질의 침윤량을 최대화하기 위하여 상기 가압조건은 0.1~1.5 MPa 범위에서 제어되는 것이 바람직하고, 상기 반응챔버 내 압력조건을 진공상태에서 가압 조건으로 전환하는 시간이 1초~1분의 범위에서 제어되는 것이 바람직하다.
In order to maximize the amount of phase change material infiltrated inside the carbon nanotubes, the pressure atmosphere of the reaction chamber is rapidly converted from vacuum to pressure conditions. In this case, in order to maximize the amount of infiltration of the phase change material, the pressurization condition is preferably controlled in the range of 0.1 to 1.5 MPa, and the time for converting the pressure condition in the reaction chamber from the vacuum state to the pressurization condition is 1 second to 1 minute. It is preferable to control in the range of.
이후, 상기 탄소나노튜브 내에 침윤된 상변화물질을 고체 상태로 서서히 전환시키기 위하여, 진공 챔버의 압력 조건을 그대로 유지하면서 온도를 상변화물질의 녹는점 이하까지 빠르게 내린다. 이때, 상기 반응챔버 내의 온도를 상변화 물질의 녹는점 이하까지 전환하는 시간은 30~60분의 범위에서 제어되는 것이 바람직하다.
Thereafter, in order to gradually convert the phase change material infiltrated into the carbon nanotubes into a solid state, the temperature is rapidly lowered to the melting point or less of the phase change material while maintaining the pressure condition of the vacuum chamber. In this case, the time for converting the temperature in the reaction chamber to below the melting point of the phase change material is preferably controlled in the range of 30 to 60 minutes.
그 다음, 상기 내부온도가 상변화 물질의 녹는점 이하로 내려간 반응챔버의 압력을 대기압까지 내리고 시료를 꺼내게 된다. 이렇게 준비된 시료는 실시예 4(a)와 같은 모습을 보이게 된다. Thereafter, the internal temperature is lowered to the atmospheric pressure of the reaction chamber is lowered below the melting point of the phase change material to take out the sample. Thus prepared sample is shown as in Example 4 (a).
상기와 같이 얻어진 복합체는 정제 시스템에서 최종 정제되는데, 상기 정제 시스템은 복합체를 정제할 용액은 담는 큰 용기, 순환 펌프, 필터, 관으로 구성될 수 있다. 이때, 먼저 큰 용기에 정제할 용액을 담고, 순환 루프 중간 설치된 두 개의 필터 사이에 준비된 복합체를 넣고, 정제 용액을 순환한다. 정제 용액은 탄소나노튜브에 침윤된 물질에 따라 다르게 선정될 수 있으며, 유기 파라핀의 경우 물과 에탄올이 사용될 수 있고, 용융염의 경우 물과 벤젠, 톨루엔 등이 사용될 수 있다.The complex thus obtained is finally purified in a purification system, which may consist of a large vessel, a circulation pump, a filter, and a tube containing the solution to purify the complex. At this time, first, the solution to be purified is placed in a large container, the prepared complex is placed between two filters installed in the middle of the circulation loop, and the purification solution is circulated. Purifying solution may be selected differently depending on the material impregnated in the carbon nanotubes, water and ethanol may be used for organic paraffin, water, benzene, toluene, etc. may be used for molten salt.
한편, 본 발명에 따라 합성된 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어 복합 구조체는 그 지름이 50~200nm 이고, 길이가 1~50㎛로 형성될 수 있다.Meanwhile, the phase change material-carbon nanotube hybrid nanowire composite structure synthesized according to the present invention may have a diameter of 50 to 200 nm and a length of 1 to 50 μm.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 합성되는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어를 상세히 살펴본다. 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.
Hereinafter, the phase change material-carbon nanotube hybrid nanowire synthesized according to an embodiment of the present invention will be described in detail. It is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the following preferred embodiments, and those skilled in the art can implement various modifications of the present invention within the scope of the present invention.
촉매가 제거된 고 품질의 탄소나노튜브의 Of high quality carbon nanotubes SEMSEM 이미지 image
도 2는 본 발명에 따라 준비된 촉매가 제거된 고 품질의 탄소나노튜브의 SEM 이미지를 나타낸다. 탄소나노튜브의 내부에는 아무런 물질도 포함되어 있지 않은 것처럼 보인다. 화살표로 표시된 것과 같이 끝 부분이 열러있는 열려있는 탄소나노튜브들이 상당 수 관찰된다.
Figure 2 shows an SEM image of the high quality carbon nanotubes from which the catalyst prepared according to the present invention is removed. The carbon nanotubes do not seem to contain any material. A large number of open carbon nanotubes with open ends, as indicated by arrows, are observed.
촉매가 제거된 고 품질의 탄소나노튜브의 Of high quality carbon nanotubes TEMTEM 이미지 image
도 3은 본 발명에 따라 준비된 촉매가 제거된 고 품질의 탄소나노튜브의 TEM 이미지를 나타낸다. 탄소나노튜브의 내부에는 빈 공간이 확인되며, 탄소나노튜브의 그라파이트 층은 매우 연속적이며, 결점이 거의 없는 매우 품질이 우수한 것으로 확인된다. 그라파이트 쉘의 두께는 대략 10 nm 정도로 측정된다.
Figure 3 shows a TEM image of high quality carbon nanotubes from which the catalyst prepared according to the present invention is removed. An empty space is identified inside the carbon nanotubes, and the graphite layer of the carbon nanotubes is very continuous, and it is confirmed that the quality is very good with few defects. The thickness of the graphite shell is measured at about 10 nm.
촉매가 제거된 고 품질의 탄소나노튜브의 Of high quality carbon nanotubes TGATGA 그래프 graph
도 4는 본 발명에 따라 준비된 촉매가 제거된 고 품질의 탄소나노튜브의 TGA 그래프를 나타낸다. 생산된 탄소나노튜브를 온도를 상승시키며, 산소 분위기에서 열처리한 결과 약 600도 근처에서부터 산화가 발생하였으며, 650도에서 50% 정도의 탄소나노튜브가 손실된 것이 확인된다. 이러한 산화 과정은 약 700도 부근에서 거의 마무리된다. 최종적으로 처리된 탄소나노튜브는 거의 100 %에 달하는 것으로 평가되었으며, 이것은 준비된 탄소나노튜브 내부에는 촉매가 거의 포함되지 않은 상태였음이 증명되었다.
4 shows a TGA graph of high quality carbon nanotubes from which a catalyst prepared according to the present invention is removed. The temperature of the produced carbon nanotubes was increased, and heat treatment in an oxygen atmosphere resulted in oxidation from about 600 degrees, and it was confirmed that about 50% of carbon nanotubes were lost at 650 degrees. This oxidation process is almost finished around 700 degrees. Finally, the treated carbon nanotubes were evaluated to reach almost 100%, which proved that the prepared carbon nanotubes contained almost no catalyst.
파라핀-탄소나노튜브 복합체의 준비 과정에 대한 Preparation of Paraffin-Carbon Nanotube Composites SEMSEM 이미지 image
도 5는 본 발명에 따라 파라핀-탄소나노튜브 복합체의 준비 과정에 대한 SEM 이미지를 나타낸다. (a)는 진공-채움 과정이후 복합체, (b)는 1차 정제 이후 복합체, 그리고 (c) 2차 정제 이후 복합체를 보여준다. 파라핀이 침윤된 탄소나노튜브의 복합체는 매우 균일한 분산도를 갖으며, 덩어리화 되어 있는 것으로 확인된다 (a). 이러한 복합체를 물에서 정제한 이후에는 부분적이 정제가 된 것으로 나타났다. 이것은 물과 파라핀의 표면 특성이 소수성이기 때문이며, 대략적인 1차 정제에 매우 효과적이다. 이렇게 처리된 복합체는 에탄올 용액에서 최종적으로 처리되는데, 탄소나노튜브 사이에 남아있는 파라핀을 제거하는데 매우 효과적이었으며, 이러한 결과는 그림 (c)에서 잘 나타난다.
Figure 5 shows an SEM image of the preparation of paraffin-carbon nanotube composite according to the present invention. (a) shows the complex after the vacuum-filling process, (b) the complex after the primary purification, and (c) the complex after the secondary purification. The composite of paraffin-impregnated carbon nanotubes has a very uniform dispersion and is found to be agglomerated (a). After purification of this complex in water, it was found to be partially purified. This is because the surface properties of water and paraffin are hydrophobic and are very effective for rough primary purification. The complex thus treated was finally treated in ethanol solution, which was very effective in removing paraffin remaining between carbon nanotubes, and this result is shown in Figure (c).
파라핀 채움 전후의 탄소나노튜브에 대한 For carbon nanotubes before and after paraffin filling TEMTEM 이미지 image
도 6은 본 발명에 따라 준비된 파라핀 채움 전후의 탄소나노튜브에 대한 TEM 이미지를 나타낸다. (a)는 채움 전과 (b)는 채움 후를 나타낸다. 열처리된 탄소나노튜브는 내부에 아무런 촉매가 확인되지 않는다. 반면, 파라핀 이 침윤된 탄소나노튜브는 내부가 꽉 채워져 있는 형상을 보이는 것이 확인된다.
Figure 6 shows a TEM image of the carbon nanotubes before and after paraffin filling prepared according to the present invention. (a) shows before filling and (b) shows after filling. The heat-treated carbon nanotubes do not have any catalyst inside. On the other hand, it is confirmed that the carbon nanotubes impregnated with paraffin have a tightly filled interior.
파라핀-탄소나노튜브 복합체의 Of paraffin-carbon nanotube complex SEMSEM 이미지 image
도 7은 본 발명에 따라 준비된 파라핀-탄소나노튜브 복합체의 SEM 이미지를 나타낸다. (a)는 저배율과 (b)는 고배율을 나타낸다. 저배율 이미지에서 탄소나노튜브의 끝 부분에 파라핀이 용액의 형태로 침윤될 때 생길 수 있는 형태가 화살표로 표시된 것과 같이 확인된다. 고배율 이미지는 파라핀과 탄소나노튜브의 구조를 잘 보여준다.
7 shows an SEM image of a paraffin-carbon nanotube composite prepared according to the present invention. (a) shows low magnification and (b) shows high magnification. In the low magnification image, the shape that can occur when paraffin is infiltrated into the end of the carbon nanotubes is identified as indicated by the arrow. High magnification images show the structure of paraffins and carbon nanotubes.
파라핀-탄소나노튜브 복합체의 Of paraffin-carbon nanotube complex TEMTEM 이미지 image
도 8은 본 발명에 따라 준비된 파라핀-탄소나노튜브 복합체의 TEM 이미지를 나타낸다. (a)는 저배율과 (b)는 고배율 이미지를 보여준다. SEM 이미지에서 확인한 것과 같이 탄소나노튜브의 내부 빈 공간과 파라핀 사이에 경계층이 관찰된다. 고배율 이미지에서 보이는 것과 같이 탄소나노튜브 외부 벽에는 아무런 파라핀이 관찰되지 않는 반면, 내부에는 파라핀 구조체가 확인된다. 파라핀과 탄소나노튜브 내벽 사이의 약간의 빈 공간도 확인된다.
8 shows a TEM image of a paraffin-carbon nanotube composite prepared according to the present invention. (a) shows low magnification and (b) shows high magnification image. As shown in the SEM image, a boundary layer is observed between the internal hollow space of the carbon nanotubes and paraffin. As seen in the high magnification images, no paraffin was observed on the outer walls of the carbon nanotubes, whereas paraffin structures were found inside. Some empty space between the paraffins and the inner walls of the carbon nanotubes is also identified.
파라핀-탄소나노튜브 복합체의 Of paraffin-carbon nanotube complex inin situsitu TEMTEM 이미지 관찰 결과 Image observations
도 9는 본 발명에 따라 준비된 파라핀-탄소나노튜브 복합체의 in situ TEM 이미지 관찰 결과를 나타낸다. (a)는 채움 전과 (b)는 채움 후를 나타낸다. 파라핀의 탄소나노튜브 내부로의 침윤 현상을 실시간으로 확인하기 위해, TEM 모드에서 관찰하였다. 미리 적층된 파라핀과 탄소나노튜브 구조체가 존재하는 TEM grid를 TEM 장치에 넣고 25도에서 관찰한 결과 탄소나노튜브의 내부에는 빈 공간만이 관찰된다. 그러나 온도를 70도로 상승시킨 결과 순식간에 파라핀 용액이 탄소나노튜브의 내부로 침윤된 것이 확인된다.
9 shows in situ TEM image observation results of the paraffin-carbon nanotube composite prepared according to the present invention. (a) shows before filling and (b) shows after filling. In order to confirm the infiltration of paraffin into the carbon nanotubes in real time, it was observed in TEM mode. The TEM grid containing the pre-laminated paraffin and carbon nanotube structures was placed in a TEM device and observed at 25 degrees. Only empty spaces were observed inside the carbon nanotubes. However, as a result of raising the temperature to 70 degrees, it was confirmed that the paraffin solution infiltrated into the inside of the carbon nanotubes in an instant.
용융염-탄소나노튜브 복합체의 Of molten salt-carbon nanotube composites TEMTEM 이미지 image
도 10은 본 발명에 따라 준비된 용융염-탄소나노튜브 복합체의 TEM 이미지를 나타낸다. 파라핀과 유사한 방식으로 질산나트륨을 탄소나노튜브에 침윤하였으며, TEM 이미지에서 확인되는 것과 같이 높은 채움 수율로 침윤된 것이 확인된다.
10 shows a TEM image of a molten salt-carbon nanotube composite prepared according to the present invention. Sodium nitrate was infiltrated into the carbon nanotubes in a similar manner to paraffin, and it was confirmed that it was infiltrated with a high filling yield as shown in the TEM image.
상기 실시예들에 나타난 특성들로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 합성된 하이브리드 복합체는 비교적 낮은 온도에서도 촉매를 완전 제거할 수 있으며, 정제 이후에도 고 수율의 채움을 유지할 수 있을 뿐 아니라, 탄소나노튜브의 내부에만 선택적으로 물질을 채울 수 있다. 따라서, 다양한 나노 하이브리드 소재를 개발하는 분야에 적용될 수 있을 뿐 아니라, 열저장, 전기저장, 수소저장 등 다양한 에너지 저장 분야에 적용될 수 있다.As can be seen from the characteristics shown in the above embodiments, the hybrid composite synthesized according to the present invention can completely remove the catalyst even at a relatively low temperature, and can maintain a high yield of filling after purification, as well as carbon nanotubes. The material can be selectively filled only inside the. Therefore, the present invention can be applied not only to the field of developing various nano hybrid materials but also to various energy storage fields such as heat storage, electric storage, and hydrogen storage.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific embodiments and descriptions, and various modifications can be made to those skilled in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. And such modifications are within the scope of protection of the present invention.
Claims (15)
ⅱ) 상기 나노촉매가 함유된 탄소나노튜브를 진공 상태에서 열처리하여 탄소나노튜브 내부의 나노촉매를 제거하는 단계;
ⅲ) 상기 내부의 나노촉매가 제거된 탄소나노튜브를 용기에 담긴 상변화 물질 위에 위치시키는 단계;
ⅳ) 상기 상변화 물질이 담긴 용기를 반응챔버에 넣은 후, 상기 반응챔버를 진공상태로 유지시키는 단계;
ⅴ) 상기 진공상태인 반응챔버의 온도를 상변화 물질의 녹는점까지 올린 후, 용액 상태의 상변화 물질이 진공 상태의 탄소나노튜브 내부로 충분히 침윤하도록 일정시간 동안 압력과 온도를 유지하는 단계;
ⅵ) 상기 상변화 물질의 침윤량을 최대화하기 위하여, 상기 반응챔버 내 압력을 진공상태에서 가압조건으로 신속하게 전환시키는 단계;
ⅶ) 상기 가압조건을 유지하면서 상기 반응챔버의 온도를 상변화 물질의 녹는점 이하까지 내리는 단계; 및
ⅷ) 상기 반응챔버의 압력을 대기압까지 내리고 시료를 꺼내는 단계;
를 포함하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 합성방법.i) synthesizing carbon nanotubes containing nanocatalysts;
Ii) removing the nanocatalyst inside the carbon nanotube by heat-treating the carbon nanotube containing the nanocatalyst in a vacuum state;
Iii) placing the carbon nanotubes from which the nanocatalyst has been removed on the phase change material contained in the container;
Iii) placing the vessel containing the phase change material into a reaction chamber and maintaining the reaction chamber in a vacuum state;
Iii) raising the temperature of the vacuum reaction chamber to the melting point of the phase change material, and maintaining the pressure and temperature for a predetermined time so that the phase change material in solution sufficiently infiltrates into the carbon nanotubes in the vacuum state;
V) quickly converting the pressure in the reaction chamber from vacuum to pressurized conditions in order to maximize the amount of infiltration of the phase change material;
Iii) lowering the temperature of the reaction chamber to below the melting point of the phase change material while maintaining the pressurized condition; And
Iii) lowering the pressure of the reaction chamber to atmospheric pressure and taking out a sample;
Phase change material-carbon nanotube hybrid nanowire synthesis method comprising a.
상기 탄소나노튜브 내에 함유된 나노촉매가 주석, 납, 비스무스, 탈륨, 갈륨 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 합성방법.The method of claim 1,
The method of synthesizing a phase change material-carbon nanotube hybrid nanowires, wherein the nanocatalyst contained in the carbon nanotubes is any one of tin, lead, bismuth, thallium, and gallium.
상기 탄소나노튜브 내부의 나노촉매를 열처리하여 제거하는 ⅱ) 단계에서, 상기 반응챔버 내의 진공도는 5 X 10-5 ~ 760 Torr 범위에서 제어되는 것을 특징으로 하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 합성방법.The method of claim 1,
In step ii) of removing the carbon nanotubes by heat treatment, the vacuum in the reaction chamber is controlled in a range of 5 × 10 −5 to 760 Torr. Method of synthesis.
상기 탄소나노튜브 내부의 나노촉매를 열처리하여 제거하는 ⅱ) 단계에서, 상기 반응챔버 내의 열처리 온도가 1800℃ 이하인 것을 특징으로 하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 합성방법.3. The method of claim 2,
In step ii) of removing the carbon nanotubes by heat treatment, the method of synthesizing a phase change material-carbon nanotube hybrid nanowire, wherein the heat treatment temperature in the reaction chamber is 1800 ° C. or less.
상기 반응챔버를 진공상태로 유지하는 ⅳ) 단계에서, 상기 탄소나노튜브 내부에 잔존하는 가스들을 제거하고 상기 탄소나노튜브 내부의 압력이 진공 상태가 되도록, 상기 반응챔버 내의 진공도가 5 X 10-5 ~ 2 Torr 범위에서 제어되는 것을 특징으로 하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 합성방법.The method of claim 1,
In the step of maintaining the reaction chamber in a vacuum state, the degree of vacuum in the reaction chamber is 5 X 10 -5 so as to remove the gas remaining in the carbon nanotubes and the pressure inside the carbon nanotubes to be in a vacuum state. Phase change material-carbon nanotube hybrid nanowire synthesis method characterized in that controlled in the range ~ ~ 2 Torr.
상기 용액 상태의 상변화 물질이 진공 상태의 탄소나노튜브 내부로 충분히 침윤하도록 일정시간 동안 압력과 온도를 유지하는 ⅴ)단계에서, 상기 진공 챔버를 진공 상태에서 상변화물질의 녹는점 이상의 온도로 상승시키고, 1분 ~ 1시간 동안 압력과 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 합성방법.The method of claim 1,
In step iv) in which the phase change material in the solution state maintains pressure and temperature for a predetermined time to sufficiently infiltrate the inside of the vacuum carbon nanotube, the vacuum chamber is raised to a temperature above the melting point of the phase change material in the vacuum state. And, the method of synthesizing phase-change material-carbon nanotube hybrid nanowires, characterized in that the pressure and temperature are maintained for 1 minute to 1 hour.
상기 상변화 물질이 파라핀인 경우 상기 반응챔버의 온도를 60~80℃ 까지 상승시키고, 상기 상변화 물질이 질산염인 경우 상기 반응챔버의 온도를 250~350℃ 까지 상승시키는 것을 특징으로 하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 합성방법.The method according to claim 6,
When the phase change material is paraffin, the temperature of the reaction chamber is increased to 60 to 80 ° C., and when the phase change material is nitrate, the temperature of the reaction chamber is increased to 250 to 350 ° C. -Synthesis method of carbon nanotube hybrid nanowires.
상기 반응챔버 내 압력을 진공상태에서 가압조건으로 신속하게 전환시키는 ⅵ) 단계에서, 상기 상변화 물질의 침윤량을 최대화하기 위하여 상기 가압조건이 0.1~1.5 MPa 범위에서 제어되는 것을 특징으로 하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 합성방법.The method of claim 1,
In step iii), in the step of rapidly converting the pressure in the reaction chamber from the vacuum state to the pressurization condition, the pressurization condition is controlled in the range of 0.1 to 1.5 MPa in order to maximize the amount of infiltration of the phase change material. Synthesis of Material-Carbon Nanotube Hybrid Nanowires.
상기 반응챔버 내 압력을 진공상태에서 가압조건으로 신속하게 전환시키는 ⅵ) 단계에서, 상기 반응챔버 내 압력조건을 진공상태에서 가압 조건으로 전환하는 시간이 1초~1분의 범위에서 제어되는 것을 특징으로 하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 합성방법.The method of claim 1,
In step iii) in which the pressure in the reaction chamber is rapidly converted from the vacuum state to the pressurized condition, the time for switching the pressure condition in the reaction chamber from the vacuum state to the pressurized condition is controlled in the range of 1 second to 1 minute. A method for synthesizing a phase change material-carbon nanotube hybrid nanowire using
상기 가압조건을 유지하면서 상기 반응챔버의 온도를 상변화 물질의 녹는점 이하까지 내리는 ⅶ) 단계에서, 상기 침윤된 상변화물질을 고체 상태로 서서히 전환시키기 위하여, 상기 반응챔버 내의 온도를 상변화 물질의 녹는점 이하까지 전환하는 시간이 30~60분의 범위에서 제어되는 것을 특징으로 하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 합성방법.The method of claim 1,
In the step of lowering the temperature of the reaction chamber to below the melting point of the phase change material while maintaining the pressurized condition, in order to gradually convert the infiltrated phase change material to a solid state, the temperature in the reaction chamber is changed to a phase change material. The method of synthesizing a phase change material-carbon nanotube hybrid nanowire, characterized in that the time to switch to below the melting point is controlled in the range of 30 to 60 minutes.
상기 반응챔버에서 꺼낸 시료를 정제 시스템에 넣고, 탄소나노튜브 외벽에 잔존하는 상변화물질을 처리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 합성방법.The method of claim 1,
A method of synthesizing a phase change material-carbon nanotube hybrid nanowire, further comprising inserting a sample taken out of the reaction chamber into a purification system and treating a phase change material remaining on an outer wall of the carbon nanotube.
상기 정제 시스템이 정제용액이 담기는 용기, 순환 펌프, 필터 및 관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 합성방법.12. The method of claim 11,
The purification system is a method for synthesizing a phase change material-carbon nanotube hybrid nanowires, characterized in that the purification solution is composed of a container, a circulation pump, a filter and a tube.
상기 상변화 물질이 유기 파라핀의 경우 상기 정제용액이 물 또는 에탄올을 포함하며, 상기 상변화 물질이 용융염인 경우 상기 정제용액이 물, 벤젠 또는 톨루엔을 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어의 합성방법.The method of claim 12,
When the phase change material is an organic paraffin, the purification solution includes water or ethanol, and when the phase change material is a molten salt, the phase change material comprises carbon, benzene or toluene. Synthesis method of nanotube hybrid nanowires.
상기 복합 구조체의 지름이 50~200nm 이고, 길이가 1~50㎛인 것을 특징으로 하는 상변화물질-탄소나노튜브 하이브리드 나노와이어 복합 구조체.15. The method of claim 14,
Phase change material-carbon nanotube hybrid nanowires composite structure, characterized in that the diameter of the composite structure is 50 ~ 200nm, the length is 1 ~ 50㎛.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120116583A KR101354453B1 (en) | 2012-10-19 | 2012-10-19 | Phase change materials(pcms)-carbon nanotubes(cnts) hydrid nanowire and the formation method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101354453B1 true KR101354453B1 (en) | 2014-02-07 |
Family
ID=50269411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120116583A KR101354453B1 (en) | 2012-10-19 | 2012-10-19 | Phase change materials(pcms)-carbon nanotubes(cnts) hydrid nanowire and the formation method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101354453B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101801926B1 (en) * | 2016-04-18 | 2017-11-27 | 한국항공대학교산학협력단 | Method for manufacturing paraffin filled carbon nanotube, nano particles and heat storage |
-
2012
- 2012-10-19 KR KR1020120116583A patent/KR101354453B1/en active IP Right Grant
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Energy Fuels, 2010, 24 (3), pp 1894-1898. * |
| Solar Energy Materials & Solar Cells, 2011, Vol. 95, pages 1208-1212. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101801926B1 (en) * | 2016-04-18 | 2017-11-27 | 한국항공대학교산학협력단 | Method for manufacturing paraffin filled carbon nanotube, nano particles and heat storage |
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