KR101744052B1 - 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 유전 영동 전극 사이에 배열된 단일벽 탄소 나노 튜브 혼합물에 스탬핑함으로써 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브를 분리하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법에 의하면, 기존 대량 합성법으로 제조된 상용 단일벽 탄소 나노 튜브를 별도의 표면처리 없이 계면활성제만을 사용한 스탬핑 방법으로 금속 및 반도체 SWNT를 분리할 수 있다.

Description

폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법{Separation method of single-walled carbon nanotubes using polydimethylsiloxane film}

본 발명은 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 유전 영동 전극 사이에 배열된 단일벽 탄소 나노 튜브 혼합물에 스탬핑함으로써 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브를 분리하는 방법에 관한 것이다.

최근, 탄소나노 튜브 기술은 그 기본적인 특성 및 장래의 응용으로 인해 큰 관심을 받고 있다. 탄소 나노 튜브의 흥미로운 특징들로는 전기적, 기계적, 광학적 및 화학적 특성들이 존재하는데, 이러한 특성들로 인해 많은 응용 분야에서 탄소 나노 튜브가 유용하게 된다. 탄소나노 튜브는 종횡비와 비표면적이 크고 기계적 특성, 전기적 특성, 열적 특성이 뛰어나고 화학적으로 안정한 우수한 특성을 갖고 있으므로 전도성 투명전극, 트랜지스터, 전자방출소자 등 많은 분야에서의 응용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

탄소나노 튜브는 레이저 증발법, 아크 방전법 및 화학 기상 성장법(CVD법) 등의 여러 가지 방법으로 합성되고 있다. 그러나, 현재의 상태에서는 어느 합성 방법을 이용하여도 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브와 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브의 혼합물의 형태로밖에 얻어지고 있지 않다.

실사용에 있어서는 금속형 또는 반도체형 중 어느 한쪽의 성질만을 사용하는 경우가 많기 때문에 단일벽 탄소 나노 튜브 혼합물로부터 금속형 또는 반도체형의 단일벽 탄소 나노 튜브만을 분리 정제하기 위한 연구가 중요시되고 있다. 또한, 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브에서는 그 구조[직경이나 키랄성(후술)]에 따라 반도체의 특성이 다르기 때문에 균일한 구조를 갖는 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브를 얻기 위한 방법이 절실하게 필요한 상황이다. 그러나, 결합에너지가 비슷한 각 탄소나노 튜브들이 다만 키이랄 각도의 차이에 의해 전자구조가 달라진 것이어서 그 차이를 이용하여 분리를 진행한다는 것이 쉽지 않다.

금속형 단일벽 탄소 나노 튜브와 반도체형 단일벽 탄소나노 튜브를 분리하는 방법에 대한 연구들이 진행된 바 있지만, (1) 복잡한 공정을 거치기 때문에 자동화를 할 수 없는 점, (2) 장시간을 요하는 점, (3) 대량 처리를 할 수 없는 점, (4) 고가의 설비나 약품을 필요로 하는 점, (5) 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브와 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브 중 어느 한쪽밖에 얻어지지 않는 점, (6) 회수율이 낮은 점 등의 산업적으로 금속형 단일벽 탄소나노 튜브와 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브를 생산하는데 문제점이 있다.

예를 들면, 계면활성제로 분산시킨 단일벽 탄소 나노 튜브를 미소전극 상에서 유전 영동시키는 방법(비특허문헌 1)이나, 용매 중에서 아민류를 분산제로 사용하는 방법(비특허문헌 2, 3), 과산화수소에 의해 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브를 선택적으로 소각하는 방법(비특허문헌 4) 등이 있지만 이들은 상기 문제점 중에서도 특히, 얻어지는 최종 물질이 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브만으로 한정되어 회수율이 낮다는 문제점이 여전히 남아 있다.

반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브와 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브의 혼합물을 액체 중에 분산시키고, 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브를 입자와 선택적으로 결합시켜 입자와 결합한 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브를 제거해서 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브를 분리하는 방법(특허문헌 1), 단일벽 탄소 나노 튜브를 니트로늄 이온 함유 용액으로 처리한 후 여과 및 열처리하여 탄소 나노 튜브에 함유된 금속형 단일벽 탄소나노 튜브를 제거하여 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브를 얻는 방법(특허문헌 2), 황산 및 질산을 사용하는 방법(특허문헌 3), 전계를 인가하여 단일벽 탄소 나노 튜브를 선택적으로 이동 분리시켜 전기 전도율 범위를 좁힌 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브를 얻는 방법(특허문헌 4) 등이 있다. 그러나, 이와 같은 방법의 경우 얻어지는 최종 물질이 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브에만 한정되어 그 회수율이 낮다는 문제점이 여전히 남아 있다.

계면활성제로 분산시킨 단일벽 탄소 나노 튜브를 밀도구배 초원심 분리법에 의해 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브와 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브로 분리하는 방법이 있다(비특허문헌 1). 이 방법은 초원심 분리기라는 매우 고가인 기기를 사용하는 점, 초원심 분리 조작이 장시간을 요하는 점, 초원심 분리기 자체의 대형화는 한계가 있어 병렬해서 초원심 분리기를 복수 설치하게 되어서 자동화 등의 처리가 어려운 점과 같은 문제점이 있다.

또한, 계면활성제로 분산시킨 단일벽 탄소 나노 튜브 용액의 pH나 이온 강도를 조절함으로써 단일벽 탄소 나노 튜브의 종류에 따라 다른 정도의 프로톤화를 발생시키고, 전기장을 검으로써 금속형과 반도체형을 분리하려는 보고가 있지만(특허문헌 6), 이 방법은 분리에 앞서 현탁한 나노 튜브 혼합물의 pH나 이온 강도를 강산을 이용하여 전처리하는 공정을 필요로 하고, 또한 그것을 위한 엄밀한 공정 관리가 부득이하게 됨과 아울러 최종적으로는 금속형과 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리가 효율적이지 않다는 문제점이 있다.

최근에 organic molecule 과 SWNT의 interaction에 의한 분리 방법이 보고된 바 있다. Octadecylamine 등과 같이 electron donor 기를 갖고 있는 amine 물질들은 sc-SWNT에 강하게 결합하고, 방향족 폴리머 물질들은 pi-pi interaction에 의해 polarizability가 큰 m-SWNT에 강하게 결합한다고 보고된바 있으며, 이러한 화학종에 따른 m-SWNT와 sc-SWNT와의 결합세기 차이를 이용한 SWNT 분리방법들이 최근 보고되었다. Bao 그룹은 amine을 붙인 monolayer층에 SWNT solution을 스핀 코팅으로 증착하였을 때 sc-SWNT가 선택적으로 붙음을 보고하였고, 이를 이용하여 얇은 thin film transistor를 제조하는데 성공하였다. 또한, Zhang 그룹은 최근에 amine과 phenyl 작용기가 각각 붙은 스카치 테이프에 CVD를 이용하여 성장시킨 단일벽 탄소나노 튜브를 붙인 후 띄어내어 m-과 sc-SWNT를 각각 분리하는데 성공하였다. 상기 두 방법 모두 단일벽 탄소나노 튜브 고유의 특성을 유지한 채 손상 없이 분리할 수 있다는 장점이 있다.

하지만, 상기 spin coating 방법은 분리 수율이 다소 낮고 기판(substrate) 크기의 제약이 있으며, CVD로 성장시킨 단일벽 탄소 나노 튜브 분리의 경우, CVD 방법이 대용량 단일벽 탄소나노 튜브를 제조하기에 어려운 방법이기 때문에 상용화 시키기에는 어렵다는 단점이 있었다.

일본 특허 공개 2007-31238호 공보 일본 특허 공개 2005-325020호 공보 일본 특허 공개 2005-194180호 공보 일본 특허 공개 2005-104750호 공보 일본 특허 공개 2005-527455호 공보

Advanced Materials 18, [0020] (2006) 1468-1470

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 상용화된 대량생산 SWNT를 음이온 계면활성제가 포함된 수용액 상에서 분산하고 유전 영동 방법으로 정렬한 뒤 표면을 음이온으로 기능화시킨 폴리디메틸실록산 필름을 이용하여 한번의 스탬핑 방법으로 간편하게 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브와 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브를 분리할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여

탄소 나노 튜브 분산 용액을 제조하는 단계;

상기 단일벽 탄소 나노 튜브 용액을 유전 영동을 이용하여 정렬시키는 단계;

표면이 기능화된 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 필름을 제조하는 단계;

상기 표면이 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 상기 유전 영동을 이용하여 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브에 압착시켜서 스탬핑하는 단계; 및

상기 표면이 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 분리하는 단계; 를 포함하는

폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법을 제공한다.

도 1에 본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법을 개략적으로 나타내었다.

본 발명에 있어서, 상기 단일벽 탄소 나노 튜브 분산 용액을 제조하는 단계는

계면활성제를 증류수에 용해시키는 단계;

상기 계면활성제가 용해된 증류수에 단일벽 탄소 나노 튜브를 분산시키는 단계; 및

상기 단일벽 탄소 나노 튜브를 포함하는 용액을 원심분리시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 계면활성제는 음이온성 계면활성제인 것이 바람직하며, 구체적으로는 소듐도데실설페이트(sodium dodecyl sulfate, SDS)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 계면활성제는 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브에 선택적으로 결합하는 음이온성 계면활성제인 것이 바람직하며, 상기 계면활성제에 의하여 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브가 음전하를 나타내게 되면 양전하를 나타내는 폴리디메틸실록산 필름과의 정전기적 인력으로 분리되게 된다.

본 발명에 있어서, 상기 계면활성제는 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브에만 선택적으로 결합하는 특성을 나타내며, 이와 같이 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브에만 선택적으로 결합하도록 하기 위해서는 계면활성제 외에 디아조늄염 등을 이용한 공유 결합 반응으로 단일벽 탄소 나노 튜브를 기능화시킨 후 디아조늄염을 다시 치환하여 원하는 전하로 하전되게 하는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서, 폴리디메틸실록산 필름은 상기 계면활성제가 나타내는 전하와는 반대되는 전하를 나타내도록 기능화되며, 구체적으로는 아민으로 기능화되어 양전하를 나타내게 된다. 본 발명에 있어서, 아민으로 표면처리된 폴리디메틸실록산을 계면활성제로 처리된 후 유전 영동 전극 사이에 배열된 단일벽 탄소 나노 튜브에 스탬핑하게 되면 음전하를 나타내는 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브만이 정전기적 인력에 의하여 아민으로 표면처리된 폴리디메틸실록산 필름에 부착되면서 분리되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 단일벽 탄소 나노 튜브를 포함하는 용액을 원심분리시키는 단계는 2500 내지 3500 rpm 으로 3시간 내지 5시간 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 단일벽 탄소 나노 튜브 용액을 유전 영동을 이용하여 정렬시키는 단계에서는 상호 마주보도록 형성되는 제 1 및 제 2 유전 영동 전극에 1kMHz 내지 10 MHz, 2 내지 5 V 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 제조하는 단계는

실리콘 엘라스토머 베이스와 실리콘 엘라스토머 큐어링 에이전트를 10:1 내지 10:2 의 중량비로 혼합하는 단계;

상기 혼합물을 기판위에 스핀 코팅하여 필름 형태로 형성하는 단계;

상기 형성된 형성을 소성하는 단계;

상기 소성된 필름의 표면을 에어 플라즈마로 처리하는 단계;

상기 에어 플라즈마로 처리된 필름을 아민기를 포함하는 화합물 수용액 내에 침지시키는 단계;

에탄올로 세척하여 반응하지 않은 아민기를 포함하는 화합물을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 아민기를 포함하는 화합물은 3-aminopropyl-triethoxysilane (C₉H₂₃NO₃Si, APTES) 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 소성 단계는 1시간 동안 900℃ 내지 1000℃ 오븐에서 소성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 분리된 폴리디메틸실록산 필름에는 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브가 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 스탬핑하는 단계 이후 상기 유전 영동 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브에는 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브가 포함되는 것을 특징으로 한다.

도 2에 본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법에 있어서, 음이온성 계면활성제로 처리된 단일벽 탄소 나노 튜브와 아민기로 표면 기능화된 폴리디메틸실록산 필름과의 상호 작용을 나타내었다. 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법은 단일벽 탄소 나노 튜브를 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브와 더 강하게 흡착하고 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브에는 약하게 흡착하는 것으로 알려진 음이온성 계면활성제와 혼합한 후, 혼합 용액을 유전 영동 전극 사이에 넣고, 유전 영동 방법으로 정렬시킨 후 세정 공정을 수행하면 반도체성 단일벽 탄소나노 튜브에 약하게 부착된 계면활성제는 세정 과정에서 제거되지만, 상기 음이온성 계면 활성제가 반도체성 단일벽 탄소나노 튜브에는 강하게 부착되어 세정 과정에서도 제거되지 않게 되면서 반도체성 단일벽 탄소나노 튜브만이 음전하를 나타내게 된다.

본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법은, 기존 대량 합성법으로 제조된 상용화된 대량생산 단일벽 탄소 나노 튜브를 음이온 계면활성제가 포함된 수용액 상에서 분산하고 유전 영동 방법으로 정렬한 뒤 아민 작용기 처리된 폴리디메틸실록산 필름을 이용하여, 한번의 스탬핑 방법으로 금속성 탄소나노 튜브와 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브의 표면에 손상 없이 한 단계로 고효율 분리할 수 있으며, 스케일 업(scale-up)을 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 원리를 나타낸다.
도 3은 본 발명에서 사용된 유전 영동 장치를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의하여 유전 영동 장치의 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브와 본 발명의 다른 실시예에 의하여 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름으로 분리된 단일벽 탄소 나노 튜브의 SEM 사진을 측정한 결과를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의하여 유전 영동 장치의 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브와 본 발명의 다른 실시예에 의하여 스탬핑 방법을 수행한 후 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름 및 유전 영동 장치의 전극 사이에 남아있는 단일벽 탄소 나노 튜브의 라만 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸다.

이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의하여 더욱 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1> 단일벽 탄소 나노 튜브 분산액 제조

HipCO (High-pressure carbon monoxide process) 단일벽 탄소 나노 튜브는 420℃에서 1hr동안 전처리하였고, 다른 side-wall 작용기를 최소화하기 위하여 별도의 세정 작업을 하지 않았다.

계면활성제로서 1%(w/v) 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브에 선택적으로 흡착하는 것으로 알려진 음전하를 나타내는 소듐도데실설페이트(Sodium dodecyl sulfate, SDS) 를 증류수에 용해시킨 후, 상기 단일벽 탄소 나노 튜브를 분산시켰다.

분산된 단일벽 탄소 나노 튜브를 개별적으로 분리시키기 위해 초고속 원심분리기를 이용하여 3000rpm, 4 시간 동안 원심분리하였다. 단일벽 탄소 나노 튜브 solution의 최종 농도는 0.5 mg/ml이다.

< 실시예 2> 전기영동법을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브 정렬

본 발명에서는 도 3에 나타낸 유전 영동 장치를 사용하였다.

종래 나노 튜브와 같은 가늘고 긴 물질을 기판상에 수직으로 정렬하기 위한 방법으로 유전 영동을 이용하는 방법이 알려져 있다. 이 방법은 도 3에 나타낸 바와 같이 전하가 부여되도록 사전에 화학적 처리를 한 물질(2)이 퍼져있는 용액(3)이 수용된 조(bath: 4) 내에 마주보게 배치된 두 개의 평행한 전극판 (1a,1b)에 직류(Direct current: DC)를 걸어주면, 상기 물질(2)은 하전 된 형태에 따라 음전하쪽이나 양전하쪽으로 이동하게 되는데, 일반적으로는 음극판(1b) 방향으로 나노 튜브가 이동하게 된다.

전극 사이에 자기장을 발생시키기 위하여 교류를 사용하였다. 전극은 도 3(b)와 같이 디자인하였고 전극의 넓이는 10㎛이고 간격은 6㎛이다. 전극 위에 남아있는 불순물은 제거하였다. 분산된 단일벽 탄소 나노 튜브 용액을 유전 영동 장치의 소스 전극(source)과 드레인 전극(drain) 사이에 5 ㎕ 떨어뜨렸다. 단일벽 탄소 나노 튜브를 고밀도로 배열시킬 수 있는 최적의 유전 영동 조건은 1kHz~10MHz 와 2~5V 사이에서 발생함을 확인하였다.

전극에 전압을 인가하여 유전 영동 전극 사이에 단일벽 탄소 나노 튜브를 정렬시킨 후, 단일벽 탄소 나노 튜브가 정렬된 부분을 확대한 그림을 도 3(b)에 나타내었다.

< 실시예 3> 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름의 제조

폴리디메틸실록산의 프리폴리머와 경화제를 10:1의 질량비로 혼합한 블렌드를 20분 교반 후, 혼합물 내에서의 공기 방울을 제거하기 위하여 1시간 동안 방치하였다.

현미경 슬라이드를 필름 제조를 위한 기판으로 사용하였다. 먼저 현미경 슬라이드를 증류수/아세톤/에탄올/증류수 단계를 거쳐 초음파로 세척하였다. 세척된 현미경 슬라이드 표면에 상기 폴리디메틸실록산의 프리폴리머와 경화제를 혼합한 블렌드를 도포하고 1시간 동안 980℃ 오븐에서 소성하여 elastomeric 폴리디메틸실록산 필름을 제조하였다.

제조된 폴리디메틸실록산 필름은 표면이 오염되기 전에 즉시 현미경 슬라이드를 뜯어내고 15 sccm의 가스 유량으로 90W의 힘으로 에어 플라즈마 처리하였다. 에어 플라즈마 처리 시간은 각각 5, 10, 15분으로 달리하였다.

폴리디메틸실록산 필름 위에 아민기를 부착시키기 위해 아민기를 포함하는 화합물로서 3-aminopropyl-triethoxysilane (C₉H₂₃NO₃Si, APTES) 을 에탄올에 1, 5, 10, 20, 30%의 농도로 만들었다.

상기 에어 플라즈마로 처리된 폴리디메틸실록산 필름을 10분 동안 상기 아민기를 포함하는 화합물 용액에 침지시켜서 폴리디메틸실록산 필름 표면에 아민기가 부착되도록 하였다. 이후 반응하지 않은 triethoxysilane을 제거하기 위해 에탄올로 세척하였다. 생성된 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름은 5분동안 건조한 후 사용하였다.

< 실시예 4> 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 이용하여 유전 영동 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브 분리

상기 실시예 3에서 제조된 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 상기 실시예 2에서 제조된 유전 영동법을 이용하여 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브 층 위에 적층시키고 스탬핑 방법으로 압력을 가하여 유전 영동 장치의 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브 중 금속 단일벽 탄소 나노 튜브를 제거하였다.

< 실험예 > SEM 사진 측정

상기 실시예 2에서 유전 영동 장치의 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브와 상기 실시예 4에서 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름으로 분리된 단일벽 탄소 나노 튜브 각각에 대해 SEM 사진을 측정하고 각각 도 4(a) 및 도 4(b) 에 나타내었다.

도 4(a)와 도 4(b)의 가장 큰 차이는 표면에 있는 단일벽 탄소 나노 튜브의 밀도이며, 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름과의 스탬핑에 의해 유전 영동 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브의 상당 수가 제거되었음을 알 수 있다.

< 실험예 > 라만 분석

상기 실시예 2에서 제조된 유전 영동 장치의 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브와 상기 실시예 4에서 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름으로 분리된 단일벽 탄소 나노 튜브 및 유전 영동 장치의 전극 사이에 남아있는 단일벽 탄소 나노 튜브의 3개의 샘플에 대해 각각 라만 분석을 수행하고 그 결과를 도 5에 나타내었다.

라만 스펙트럼은 632.8nm의 여기 파장(excitation wavelength)에서 측정하였다. 라만의 Radial breathing mode에서 160-200cm^{- 1} 에서 나타나는 피크들은 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브들을, 200-280cm^{- 1} 에서 나타나는 peak 들은 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브들을 나타내는 것으로 알려져 있다.

상기 실시예 1의 계면활성제로서 소듐도데실설페이트(Sodium dodecyl sulfate, SDS) 수용액에 분산한 분리 전 단일벽 탄소 나노 튜브의 라만 스펙트럼의 radial breathing mode(RBM) 영역에서는 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브와 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브가 동시에 존재하지만, 도 5b 에서 보는 바와 같이 상기 실시예 4에서 제조된 양전하를 나타내는 아민으로 표면처리된 폴리디메틸실록산 필름으로 스탬핑 후 유전 영동 장치의 전극 사이 SiO₂/Si substrate 위에 놓인 단일벽 탄소 나노 튜브는 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브 비율이 증가하였으며, 도 5c 에서 보는 바와 같이 아민 처리된 폴리디메틸실록산 필름 위에 붙어 있는 단일벽 탄소 나노 튜브에서는 높은 순도의 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브가 존재함을 확인하였다.

Claims (10)

1. 단일벽 탄소 나노 튜브 분산 용액을 제조하는 단계;
   상기 단일벽 탄소 나노 튜브 용액을 유전 영동을 이용하여 정렬시키는 단계;
   표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 필름을 제조하는 단계;
   상기 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 상기 유전 영동을 이용하여 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브에 압착시켜서 스탬핑하는 단계; 및
   상기 표면이 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 분리하는 단계; 를 포함하고,
   상기 단일벽 탄소 나노 튜브 분산 용액을 제조하는 단계는
   계면활성제를 증류수에 용해시키는 단계;
   상기 계면활성제가 용해된 증류수에 단일벽 탄소 나노 튜브를 분산시키는 단계; 및
   상기 단일벽 탄소 나노 튜브를 포함하는 용액을 원심분리시키는 단계; 를 더욱 포함하고,
   상기 계면활성제는 소듐도데실설페이트(sodium dodecyl sulfate, SDS)인 것인 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 단일벽 탄소 나노 튜브를 포함하는 용액을 원심분리시키는 단계는 2500 내지 3500 rpm 으로 3시간 내지 5시간 동안 수행하는 것인
   폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 단일벽 탄소 나노 튜브 용액을 유전 영동을 이용하여 정렬시키는 단계는
   상호 마주보도록 형성되는 제 1 및 제 2 유전 영동 전극에 1kMHz 내지 10 MHz, 2 내지 5 V 전압을 인가하여 수행하는 것인
   폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 표면이 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 제조하는 단계는
   실리콘 엘라스토머 베이스와 실리콘 엘라스토머 큐어링 에이전트를 10:1 내지 10:2 의 중량비로 혼합하는 단계;
   상기 혼합물을 기판위에 스핀 코팅하여 필름 형태로 형성하는 단계;
   상기 형성된 필름을 소성하는 단계;
   상기 소성된 필름의 표면을 에어 플라즈마로 처리하는 단계;
   상기 에어 플라즈마로 처리된 필름을 아민기를 포함하는 화합물 수용액 내에 침지시키는 단계; 및
   에탄올로 세척하여 반응하지 않은 아민기를 포함하는 화합물을 제거하는 단계; 를 포함하는 것인
   폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 아민기를 포함하는 화합물은 3-aminopropyl-triethoxysilane (C₉H₂₃NO₃Si, APTES)것인
   폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 소성하는 단계는 1시간 동안 900℃ 내지 1000℃ 오븐에서 소성하는 것인 것인
   폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 분리된 폴리디메틸실록산 필름에는 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브가 포함되는 것인
   폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스탬핑하는 단계 이후 상기 유전 영동 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브는 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브가 포함되는 것인 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
    

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