KR102107167B1 - Device for nanotube synthesis - Google Patents

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KR102107167B1
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    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma

Abstract

The present invention relates to a device for nanotube synthesis operated by being divided into a generation region for generating nanoclusters and a synthesis region for synthesizing the generated nanoclusters into nanotubes. The device for nanotube synthesis includes: a nanocluster generation chamber for generating nanoclusters by vaporizing a reaction material through plasma; and a nanocluster concentration adjustment chamber for diluting the concentration of the nanoclusters by supplying gas to the nanoclusters supplied from the nanocluster generation chamber.

Description

나노튜브 합성장치{Device for nanotube synthesis}Device for nanotube synthesis

본 발명은 나노 클러스터를 생성하는 생성영역 및 그 생성되는 나노 클러스터를 나노튜브로 합성하는 합성영역으로 구분하여 운영되는 나노튜브 합성장치에 관한 것이다. The present invention relates to a nanotube synthesis device operated by dividing into a generation region for generating a nanocluster and a synthetic region for synthesizing the generated nanocluster into nanotubes.

나노튜브(nanotube)란 지름이 수 나노미터에서 수백 나노미터 크기의 터널 구조를 가진 통 모양 분자나 분자 집합체를 의미하는 것으로, 구성 성분에 따라 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)와 질화붕소 나노튜브(Boron-nitride nanotube, BNNT)로 구분되어질 수 있다. Nanotube (nanotube) refers to a cylindrical molecule or a collection of molecules having a tunnel structure having a size of several nanometers to hundreds of nanometers in diameter, depending on the composition, carbon nanotubes (CNT) and boron nitride nanotubes (Boron-nitride nanotube, BNNT).

먼저, 탄소나노튜브는 하나의 탄소 원자가 3개의 다른 탄소 원자와 sp2 결합을 통해 이룬 2차원 구조의 그래핀(graphene)이 둥글게 말린 튜브형태의 나노 구조체를 의미한다. 나노 구조체의 벽을 구성하는 그래핀의 수에 따라 단일 벽 탄소나노튜브(SWCNT, Single Wall Carbon Nanotube), 동심의 원통형 그래핀 쉘(shell) 세트로 구성된 다중 벽 탄소나노튜브(MWCNT, Multi Wall Carbon Nanotube)로 구분된다. First, the carbon nanotube refers to a nanostructure in the form of a tube in which a graphene of a two-dimensional structure in which one carbon atom is formed through sp 2 bonds with 3 other carbon atoms is rounded. Multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) consisting of a set of single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and concentric cylindrical graphene shells, depending on the number of graphenes that make up the walls of the nanostructure. Nanotube).

이러한, 탄소나노튜브는 1991년 일본 NEC사의 이지마(Ijima Set al, Nature 354 (1991) 56)에 의해 전기방전법으로 합성하는 방법이 소개되었다.In 1991, a method for synthesizing carbon nanotubes by an electric discharge method was introduced by Ijima Set al, Nature 354 (1991) 56 of NEC, Japan.

한편, 탄소나노튜브는 1~100nm 범위의 직경을 가지고 있으며, 그것의 길이를 수백까지 합성할 수 있기 때문에 다양한 형태의 구조체를 제조할 수 있다. 이와 같은 탄소나노튜브의 독특한 구조는 다이아몬드의 약 2배 가량의 열전도도, 구리보다 약 1000배 높은 전기 전도도, 높은 내열 특성, 탄소-탄소 간의 결합강도가 높아 강철보다 200배나 더 강한 기계적 특성, 우수한 탄성률, 큰 종횡비 등 통상적인 물질에서 쉽게 찾아볼 수 없는 특유의 물성과 특징을 갖는다. On the other hand, carbon nanotubes have a diameter in the range of 1 to 100 nm, and their lengths can be synthesized up to several hundreds, thereby producing various types of structures. This unique structure of carbon nanotubes is about twice the thermal conductivity of diamonds, about 1000 times higher electrical conductivity than copper, high heat resistance, high carbon-carbon bond strength, and 200 times stronger mechanical properties than steel. It has unique properties and characteristics that are not easily found in conventional materials such as elastic modulus and large aspect ratio.

위와 같은, 특징을 갖는 탄소나노튜브의 합성장치는 도 1을 이용하여 설명하면 다음과 같다.The carbon nanotube synthesizing apparatus having the above-described characteristics will be described with reference to FIG. 1 as follows.

도 1은 종래의 탄소나노튜브 합성장치를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a conventional carbon nanotube synthesis apparatus.

도시된 바와 같이, 종래의 탄소나노튜브 합성장치는 챔버(10) 내부에 이격설치되는 것으로, 음전류가 공급되는 비소모성 탄소음극봉(20)과 양전류가 공급되는 소모성 탄소양극봉(30)이 구비되어 있다. As shown, the conventional carbon nanotube synthesizing apparatus is installed spaced apart inside the chamber 10, a non-consumable carbon cathode rod 20 supplied with a negative current and a consumable carbon anode rod 30 supplied with a positive current. It is equipped.

이를 통해, 비소모성 탄소음극봉(20)과 소모성 탄소양극봉(30)에 전류가 인가되면, 발생되는 고온의 아크 플라즈마로 인해 소모성 탄소양극봉(30)이 기화되면서 탄소 클러스터가 생성되고, 그 생성된 탄소 클러스터가 챔버(10)의 내면에 응축되면서 탄소나노튜브가 합성된다. Through this, when a current is applied to the non-consumable carbon cathode rod 20 and the consumable carbon anode rod 30, a carbon cluster is generated while the consumable carbon anode rod 30 is vaporized due to the generated high temperature arc plasma. Carbon nanotubes are synthesized as the resulting carbon cluster is condensed on the inner surface of the chamber 10.

그런데 이와 같은 종래의 탄소나노튜브 합성장치는 고온에서 고결정성의 탄소나노튜브를 합성하고자 높은 전류를 인가하기 때문에 기화되는 탄소 클러스터의 양이 많아 고농도가 유지된다. 이로 인해, 고농도의 탄소 클러스터가 탄소나노튜브로 합성되지 못하고, 많은 양의 탄소 클러스터가 변종부산물인 비정질 탄소와 같은 불순물로 변질되어 결과적으로, 고순도(99.99%)의 소모성 탄소양극봉(30)이 허비된다. However, such a conventional carbon nanotube synthesizing apparatus maintains a high concentration due to a large amount of carbon clusters vaporized because a high current is applied to synthesize high-crystalline carbon nanotubes at a high temperature. Due to this, a high concentration of carbon clusters cannot be synthesized with carbon nanotubes, and a large amount of carbon clusters are transformed into impurities such as amorphous carbon as a by-product, resulting in high purity (99.99%) of consumable carbon anode rod 30. Is wasted.

더욱이, 종래의 탄소나노튜브 합성장치는 챔버(10)에서 고전류에 의해 단기간의 공정시간 동안 탄소 클러스터를 생성하기 때문에 탄소 클러스터의 크기인 입경이 큰 것도 있고, 작은 것도 있는 등 제각각이다.Moreover, since the conventional carbon nanotube synthesis apparatus generates carbon clusters during a short process time by a high current in the chamber 10, the size of the carbon clusters are large, small, and so on.

이에 따라, 생성된 탄소 클러스터의 크기가 제각각이어서 탄소나노튜브의 합성 수율이 낮게 되며, 탄소나노튜브의 순도가 낮게 되고, 합성된 탄소나노튜브의 결정성이 저하, 그리고 직경 및 길이가 제각각 생성되는 문제점도 있다.Accordingly, the size of the generated carbon clusters is different, so that the synthesis yield of the carbon nanotubes is low, the purity of the carbon nanotubes is low, the crystallinity of the synthesized carbon nanotubes decreases, and the diameter and length are generated. There are also problems.

한편, 질화붕소 나노튜브를 합성하는 종래의 질화붕소 나노튜브 합성장치 또한 종래의 탄소나노튜브 합성장치와 동일한 구성을 갖기 때문에 동일한 문제점이 야기되고 있다.On the other hand, the conventional boron nitride nanotube synthesizer for synthesizing boron nitride nanotubes also has the same problem as the conventional carbon nanotube synthesizer.

KRKR 10-111259710-1112597 B1B1

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 나노튜브를 합성하는 전체영역을 반응원료를 통해 고농도의 나노 클러스터를 생성하는 영역 및 그 생성된 고농도의 나노 클러스터를 공급받고, 그 공급된 고농도의 나노 클러스터를 저농도의 나노 클러스터로 희석시킨 상태에서 나노튜브로 합성하는 영역으로 구분함으로써, 나노튜브로 합성되지 못하여 발생되는 불순물을 최소화시켜 결과적으로, 고순도의 반응원료의 허비를 최소화하여 주는 나노튜브 합성장치를 제공하는데 있다. The present invention is to solve the problems of the prior art, the object of the present invention is to supply a region to generate a high concentration of nano-clusters through the reaction material and the generated high-concentration nano-clusters of the entire region of nanotube synthesis , By dividing the supplied high-concentration nano-cluster into a nano-composite region in a state where it is diluted with a low-concentration nano-cluster, it minimizes impurities generated by not synthesizing into nanotubes. It is to provide a nanotube synthesis device that minimizes.

본 발명의 다른 목적은 제각각의 입경크기를 갖는 나노클러스터의 사이즈를 균일하게 미세화시키는 수단을 통해 균일하게 미세화된 나노클러스터가 나노튜브로 합성되면서 나노튜브의 합성 수율이 높고, 나노튜브의 순도도 좋으며, 합성된 나노튜브의 결정성 또한 향상되게 유도하는 나노튜브 합성장치를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is that the nanoclusters are uniformly refined into nanotubes by means of uniformly miniaturizing the size of the nanoclusters having different particle sizes, and thus the synthesis yield of the nanotubes is high and the purity of the nanotubes is good. , It is to provide a nanotube synthesis device to induce the crystallinity of the synthesized nanotubes to be improved.

본 발명을 달성하기 위한 기술적 사상으로 본 발명의 나노튜브 합성장치는, 반응원료를 플라즈마를 통해 기화시켜 나노 클러스터를 생성하는 나노 클러스터 생성 챔버와; 상기 나노 클러스터 생성 챔버로부터 공급되는 나노 클러스터에 가스를 공급하여 나노 클러스터의 농도를 희석시키는 나노 클러스터 농도 조정 챔버;로 이루어진다. As a technical idea for achieving the present invention, the nanotube synthesis apparatus of the present invention includes a nanocluster generation chamber for generating a nanocluster by vaporizing a reaction raw material through plasma; It consists of; a nano-cluster concentration adjustment chamber to dilute the concentration of the nano-cluster by supplying gas to the nano-cluster supplied from the nano-cluster generation chamber.

상기 나노 클러스터는 탄소 클러스터 또는 질화붕소 클러스터 중 하나이다.The nanocluster is either a carbon cluster or a boron nitride cluster.

상기 나노 클러스터 생성 챔버 및 상기 나노 클러스터 농도 조정 챔버를 연통시키는 연통관이 구비되고, 그 연통관은 절연체를 사용할 수 있다. A communication tube communicating the nanocluster generation chamber and the nanocluster concentration adjustment chamber is provided, and the communication tube may use an insulator.

상기 나노 클러스터 생성 챔버는, 고체, 분말, 가스를 포함하는 반응원료부; 인가되는 전원에 의해 발생되는 플라즈마 아크방전을 통해 상기 반응원료부로부터 공급되는 반응원료를 기화시켜 나노 클러스터를 생성하는 클러스터 생성용 플라즈마 발생부; 생성된 상기 나노 클러스터를 운반하는 캐리어가스를 공급하는 이송가스 주입부;를 포함한다.The nano-cluster generating chamber includes a reaction raw material part including solid, powder, and gas; A plasma generation unit for generating a cluster by generating a nanocluster by vaporizing the reaction raw material supplied from the reaction raw material unit through a plasma arc discharge generated by an applied power source; It includes; a transport gas injection unit for supplying a carrier gas carrying the generated nano-cluster.

상기 나노 클러스터 농도 조정 챔버는, 상기 나노 클러스터 생성 챔버로부터 공급되는 나노 클러스터의 농도가 희석되도록 농도 안정화용 가스를 공급하는 농도 안정화용 가스 주입부;를 포함한다.The nanocluster concentration adjustment chamber includes a concentration stabilization gas injection unit that supplies a concentration stabilizing gas so that the concentration of the nanocluster supplied from the nanocluster generation chamber is diluted.

상기 농도 안정화용 가스는 헬륨(He), 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 공기 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. The concentration stabilization gas may use at least one of helium (He), argon (Ar), nitrogen (N 2 ), and air.

상기 나노 클러스터 농도 조정 챔버에는, 상기 나노 클러스터의 농도를 감지하여 나노 클러스터 감지 농도값정보를 생성하는 농도감지센서;를 더 포함한다. The nano-cluster concentration adjustment chamber further includes a concentration sensor that senses the concentration of the nano-cluster and generates nano-cluster detection concentration value information.

본 발명의 나노튜브 합성장치에는, 제어패널을 더 포함하고, 상기 제어패널은, 나노 클러스터의 기준되는 농도희석값의 범위를 나타내는 기준인 나노 클러스터 농도희석구간정보를 토대로 상기 생성된 나노 클러스터 감지 농도값정보가 상기 기준 나노 클러스터 농도희석구간정보보다 클 경우 상기 나노 클러스터 농도 조정 챔버 내의 나노 클러스터의 농도가 상기 기준 나노 클러스터 농도희석구간정보에 속할 때까지 상기 농도 안정화용 가스 주입부를 통해 농도 안정화용 가스가 주입되도록 제어하는 기능을 수행한다. The nanotube synthesis apparatus of the present invention further includes a control panel, and the control panel comprises the nano-cluster detection concentration generated based on the nano-cluster concentration dilution interval information, which is a standard indicating a range of the reference concentration dilution value of the nano-cluster. If the value information is greater than the reference nanocluster concentration dilution section information, the concentration stabilization gas through the concentration stabilization gas injector until the concentration of the nanocluster in the nanocluster concentration adjustment chamber belongs to the reference nanocluster concentration dilution section information It performs the function of controlling to be injected.

상기 나노 클러스터 농도 조정 챔버에는 클러스터 미세화용 플라즈마 발생부;를 포함하고, 클러스터 미세화용 플라즈마 발생부에서 인가되는 전원에 의해 발생되는 플라즈마 아크방전에 의해 상기 나노 클러스터 농도 조정 챔버에 존재하는 나노 클러스터의 입자 크기가 균일하게 미세화되게 유도한다. The nano-cluster concentration adjustment chamber includes a plasma generation unit for cluster refinement; and particles of nano-clusters present in the nano-cluster concentration adjustment chamber by plasma arc discharge generated by a power applied from the plasma generation unit for cluster refinement. It leads to the size being uniformly refined.

상기 농도 안정화용 가스 주입부에는, 나노 클러스터의 입자 크기가 미세화되도록 반응하는 입자크기 조절용 반응가스도 공급된다.To the concentration stabilizing gas injection unit, a reaction gas for controlling particle size is also supplied to react so that the particle size of the nanoclusters is refined.

상기 입자크기 조절용 반응가스는 수소(H2), 산소(O2), 메탄(CH4) 및 에탄(C2H6) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.The particle size control reaction gas may be at least one of hydrogen (H 2 ), oxygen (O 2 ), methane (CH 4 ) and ethane (C 2 H 6 ).

본 발명은 나노튜브를 합성하는 전체영역을 반응원료를 통해 고농도의 나노 클러스터를 생성하는 영역 및 그 생성된 고농도의 나노 클러스터를 공급받고, 그 공급된 고농도의 나노 클러스터를 저농도의 나노 클러스터로 희석시킨 상태에서 나노튜브로 합성하는 영역으로 구분함으로써, 나노튜브로 합성되지 못하여 발생되는 불순물을 최소화시켜 결과적으로, 고순도의 반응원료의 허비를 최소화하여 주는 효과를 발휘한다. In the present invention, the entire region for synthesizing nanotubes is supplied with a region for generating a high concentration nanocluster through a reaction raw material, and the generated high concentration nanocluster is supplied, and the supplied high concentration nanocluster is diluted with a low concentration nanocluster. By dividing it into a region synthesized with nanotubes in the state, it minimizes impurities generated by not being synthesized into nanotubes, and consequently, it minimizes waste of high-purity reaction raw materials.

또한, 본 발명은 제각각의 입경크기를 갖는 나노클러스터의 사이즈를 균일하게 미세화시키는 수단을 통해 균일하게 미세화된 나노클러스터가 나노튜브로 합성되면서 나노튜브의 합성 수율이 높고, 나노튜브의 순도도 좋으며, 합성된 나노튜브의 결정성 향상과 직경 및 길이가 균일하도록 유도하는 효과도 있다. In addition, according to the present invention, the nanoclusters are uniformly refined into nanotubes by means of uniformly miniaturizing the size of the nanoclusters having different particle sizes, and thus the synthesis yield of the nanotubes is high and the purity of the nanotubes is good. It also has the effect of inducing the crystallinity of the synthesized nanotubes to be uniform in diameter and length.

도 1은 종래의 탄소나노튜브 합성장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브 합성장치를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a conventional carbon nanotube synthesis apparatus.
2 is a view showing a carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and the ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, and the invention is defined by the claims.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가함을 배제하지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Meanwhile, the terms used in the present specification are for explaining the embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, "comprises" and / or "comprising" refers to the components, steps, operations and / or elements present in one or more other components, steps, operations and / or elements. Or do not exclude adding. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 나노튜브 합성장치는 크게, 반응원료를 플라즈마를 통해 기화시켜 나노 클러스터를 생성하는 나노 클러스터 생성 챔버 및 상기 나노 클러스터 생성 챔버로부터 공급되는 나노 클러스터에 가스를 공급하여 나노 클러스터의 농도를 희석시키는 나노 클러스터 농도 조정 챔버로 이루어진다. The nanotube synthesizing apparatus of the present invention largely dilutes the concentration of the nanocluster by supplying gas to the nanocluster generation chamber for generating nanoclusters by vaporizing the reaction material through plasma and the nanocluster supplied from the nanocluster generation chamber It consists of a nanocluster concentration adjustment chamber.

여기서, 반응원료는 구성 성분에 따라 탄소(Carbon) 또는 질화붕소(Boron-nitride) 중 하나를 선택하여 사용할 수 있으며, 반응원료의 종류 또한 고체, 분말 또는 가스 등 다양한 종류를 선택하여 사용할 수 있다. Here, the reaction raw material may be used by selecting one of carbon or boron-nitride according to the constituent components, and the type of the reaction raw material may also be used by selecting various kinds such as solid, powder or gas.

앞에서 언급한 기능을 수행하는 나노 클러스터 생성 챔버의 세부구성은 고체, 분말, 가스를 포함하는 반응원료부와, 인가되는 전원에 의해 발생되는 플라즈마 아크방전을 통해 상기 반응원료부로부터 공급되는 반응원료를 기화시켜 나노 클러스터를 생성하는 플라즈마 발생부 및 생성된 상기 나노 클러스터를 운반하는 캐리어가스를 공급하는 이송가스 주입부로 이루어진다. The detailed configuration of the nano-cluster generation chamber that performs the aforementioned functions includes a reaction raw material portion including solid, powder, and gas, and a reaction raw material supplied from the reaction raw material portion through plasma arc discharge generated by an applied power source. It consists of a plasma generating unit for generating a nano-cluster by vaporization and a transport gas injection unit for supplying a carrier gas carrying the generated nano-cluster.

여기서, 플라즈마 발생부는 다양한 구성을 이용할 수 있다. 열가소성 화합물, 열가소성/금속성 복합물(composites), 또는 열가소성/세라믹 복합물의 용융 분말 조성물을 모재에 코팅을 형성하기 위해 분사하기 위한 고속 산소-연료("HVOF")장치가 있다. 즉, 유체 냉각 노즐(fluid cooled nozzle)에 HVOF 가스 스트림을 제공하기 위한 HVOF 화염 발생기를 포함한다. Here, the plasma generating unit may use various configurations. There are high-speed oxygen-fuel ("HVOF") devices for spraying molten powder compositions of thermoplastic compounds, thermoplastic / metallic composites, or thermoplastic / ceramic composites to form a coating on a base material. That is, it includes an HVOF flame generator for providing an HVOF gas stream to a fluid cooled nozzle.

가스 스트림의 일부는 분말을 예열하기 위해 흐름방향이 바뀔 수 있으며, 예열된 분말은 노즐내의 하류 위치에 메인 가스 스트림에 주입된다. 모재에 침적되기 전에 비행중인(in flight) 용융 분말의 냉각을 위해 강제 통풍(forced air)과 진공원(vacuum sources)이 노즐을 둘러싸는 장막(shroud)에 제공된다.A portion of the gas stream can be reversed in flow direction to preheat the powder, and the preheated powder is injected into the main gas stream at a downstream location in the nozzle. Forced air and vacuum sources are provided in the shroud surrounding the nozzle to cool the molten powder in flight before being deposited in the base material.

또한, 개별적인 방울들을 용융시켜 준비된 모재에 분출시키기 위한 열 매체(heat medium)로서 일반적으로 산소-연료 가스, 공기-연료 가스, 공기-액체 연료, 산소-액체 연료, 또는 전기 아크, 및 플라즈마의 혼합 장치를 사용할 수 있다. In addition, a mixture of oxygen-fuel gas, air-fuel gas, air-liquid fuel, oxygen-liquid fuel, or electric arc, and plasma as a heat medium for melting individual droplets and ejecting them into a prepared base material The device can be used.

즉, 와이어 연소(wire combustion), 분말 연소(powder combustion), 트윈 와이어 전기 아크(twin wire electric arc), 플라즈마-분말(plasma-powder), 고속 산소-연료 가스-분말, 고속 산소-연료 가스-와이어, 고속 공기-액체 연료-분말, 고속 산소-액체 연료-분말, 디토네이션 건 분말(detonation gun powder), 및 워터 캐논 플라즈마(water cannon plasma)로 세분화될 수 있으며, 기본적으로는 와이어 연소, 분말 연소, 플라즈마 및 전기 아크로 구분되어질 수 있다.That is, wire combustion, powder combustion, twin wire electric arc, plasma-powder, high-speed oxygen-fuel gas-powder, high-speed oxygen-fuel gas- It can be subdivided into wire, high-speed air-liquid fuel-powder, high-speed oxygen-liquid fuel-powder, detonation gun powder, and water cannon plasma, basically wire burning, powder It can be divided into combustion, plasma and electric arc.

한편, 나노 클러스터 생성 챔버 및 나노 클러스터 농도 조정 챔버는 연통관을 통해 연통되는데, 여기서, 나노 클러스터 생성 챔버 및 나노 클러스터 농도 조정 챔버를 연통시키는 연통관의 재질은 절연체를 사용할 수 있다. On the other hand, the nano-cluster generation chamber and the nano-cluster concentration adjustment chamber are communicated through a communication tube, where the nano-cluster generation chamber and the nano-cluster concentration adjustment chamber can be used as an insulating material for the communication tube.

이처럼, 연통관의 재질을 절연체로 사용하는 주된 이유는 반응원료를 플라즈마를 통해 기화시켜 나노 클러스터를 생성하는 나노 클러스터 생성 챔버의 공정전력과 나노 클러스터에 가스를 공급하여 나노 클러스터의 농도를 희석시키는 나노 클러스터 농도 조정 챔버의 공정전력이 다르기 때문에, 양 챔버 간의 공정전력에 상호 간섭받지 않도록 하기 위함이다.As such, the main reason for using the material of the communication tube as an insulator is a nanocluster that dilutes the concentration of the nanocluster by supplying gas to the nanocluster generation chamber and the process power of the nanocluster generation chamber that vaporizes the reaction material through plasma to generate the nanocluster. This is to prevent mutual interference between process powers between the two chambers because the process powers of the concentration adjustment chambers are different.

상기 이송가스 주입부를 통해 공급되는 캐리어가스는 헬륨(He), 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 공기 또는 이들의 조합으로 이루어진 혼합가스를 이용할 수 있다.The carrier gas supplied through the transport gas injection unit may use helium (He), argon (Ar), nitrogen (N 2 ), and a mixed gas composed of air or a combination thereof.

그리고 앞에서 언급한 기능을 수행하는 나노 클러스터 농도 조정 챔버의 세부구성은 연통관을 통해 나노 클러스터 생성 챔버로부터 공급되는 나노 클러스터의 농도가 희석되도록 농도 안정화용 가스를 공급하는 농도 안정화용 가스 주입부를 포함한다. In addition, the detailed configuration of the nanocluster concentration adjustment chamber performing the above-mentioned function includes a concentration stabilization gas injection unit that supplies a gas for concentration stabilization so that the concentration of the nanocluster supplied from the nanocluster generation chamber is diluted through a communication pipe.

여기서, 농도 안정화용 가스는 헬륨(He), 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 공기 또는 이들의 조합으로 이루어진 혼합가스를 이용할 수 있다.Here, the gas for concentration stabilization may use helium (He), argon (Ar), nitrogen (N 2 ), and a mixed gas composed of air or a combination thereof.

이와 더불어, 나노 클러스터 농도 조정 챔버에는 나노 클러스터의 농도를 감지하여 나노 클러스터 감지 농도값정보를 기설정주기마다 생성하는 농도감지센서를 더 포함한다. In addition, the nano-cluster concentration adjustment chamber further includes a concentration detection sensor that detects the concentration of the nano-cluster and generates nano-cluster detection concentration value information for each preset period.

이를 위해, 본 발명의 나노튜브 합성장치에는 농도감지센서의 동작 제어와 더불어, 나노 클러스터의 농도조절 및 나노 클러스터 입자의 크기 조절을 위한 동작 제어를 수행하는 제어판넬이 구비되어진다. To this end, the nanotube synthesis apparatus of the present invention is provided with a control panel for controlling the concentration of the nano-cluster and controlling the size of the nano-cluster particles in addition to controlling the operation of the concentration sensor.

이처럼, 구비되는 제어판넬에는 나노 클러스터의 농도조절 및 나노 클러스터 입자의 크기 조절을 위한 각종 정보가 저장관리되는데, 그중 하나로, 나노 클러스터의 기준되는 농도희석값의 범위를 나타내는 기준인 나노 클러스터 농도희석구간정보가 저장관리되어진다. As described above, the provided control panel stores and manages various information for adjusting the concentration of the nanocluster and controlling the size of the nanocluster particles, and as one of them, the nanocluster concentration dilution section, which is a standard representing a range of the standard concentration dilution value of the nanocluster. Information is stored and managed.

이를 통해, 제어패널은 기준 나노 클러스터 농도희석구간정보를 토대로 생성된 나노 클러스터 감지 농도값정보가 기준 나노 클러스터 농도희석구간정보보다 클 경우 나노 클러스터 농도 조정 챔버 내의 나노 클러스터의 농도가 기준 나노 클러스터 농도희석구간정보에 속할 때까지 농도 안정화용 가스 주입부를 통해 농도 안정화용 가스가 주입되도록 제어하는 기능을 수행한다. Through this, if the concentration value information of the nano-cluster detected based on the reference nano-cluster concentration dilution section information is greater than the reference nano-cluster concentration dilution interval information, the concentration of the nano-cluster in the nano-cluster concentration adjustment chamber is the reference nano-cluster concentration dilution. It performs a function to control the concentration stabilization gas to be injected through the gas injection unit for concentration stabilization until it belongs to the section information.

이를 통해, 고농도의 나노 클러스터를 저농도의 나노 클러스터로 희석시킴으로써, 나노튜브로 합성되지 못하여 발생되는 불순물을 최소화시켜 결과적으로, 고순도의 반응원료의 허비를 최소화하여 주는 이점을 제공한다. Through this, by diluting the high-concentration nano-cluster to the low-concentration nano-cluster, it minimizes impurities generated by not being synthesized into nanotubes, and consequently, it minimizes waste of high-purity reaction raw materials.

한편, 나노 클러스터 농도 조정 챔버에 존재하는 나노 클러스터의 크기는 나노 클러스터 생성챔버에서 고전류에 의해 단기간의 공정시간 동안 생성되어서 나노 클러스터의 크기인 입경이 큰 것도 있고, 작은 것도 있는 등 제각각이다.On the other hand, the size of the nano-cluster present in the nano-cluster concentration adjustment chamber is generated during a short process time by a high current in the nano-cluster generation chamber, so that the size of the nano-cluster is large and small.

이에, 제각각의 크기를 갖는 나노 클러스터 입경크기를 균일하게 미세화되도록 나노 클러스터 농도 조정 챔버에는 클러스터 미세화용 플라즈마 발생부가 구비되어진다.Accordingly, the nano-cluster concentration adjustment chamber is provided with a plasma generation unit for refinement of the cluster so that the particle size of the nano-clusters having respective sizes is uniformly refined.

이처럼, 구비되는 클러스터 미세화용 플라즈마 발생부에서 인가되는 전원에 의해 발생되는 플라즈마 아크방전을 통해 나노 클러스터 농도 조정 챔버에 존재하는 나노 클러스터의 입자 크기가 균일하게 미세화되어진다. As described above, the particle size of the nanoclusters present in the nanocluster concentration adjustment chamber is uniformly refined through plasma arc discharge generated by the power applied from the plasma generation unit for cluster refinement.

즉, 플라즈마 아크방전에 의해 발생되는 고에너지가 입경이 큰 나노 클러스터에 가해져 나노 클러스터의 입경이 미세화 되어지면서 균일하게 조절된다. That is, the high energy generated by the plasma arc discharge is applied to the nanocluster having a large particle size, and thus the particle size of the nanocluster is finely adjusted.

이때, 나노 클러스터의 입경이 보다 신속하게 미세화될 수 있게 반응하도록 나노 클러스터 농도 조정 챔버에 구비된 농도 안정화용 가스 주입부에서는, 나노 클러스터의 입자 크기가 미세화되도록 반응하는 입자크기 조절용 반응가스가 공급되어진다. At this time, in the concentration stabilization gas injection unit provided in the nanocluster concentration adjustment chamber to react so that the particle size of the nanocluster can be refined more quickly, the reaction gas for controlling the particle size is supplied to react so that the particle size of the nanocluster is fine. Lose.

이러한 기능을 수행하는 입자크기 조절용 반응가스는 수소(H2), 산소(O2), 메탄(CH4) 및 에탄(C2H6) 또는 이들의 조합으로 이루어진 혼합가스를 이용할 수 있다.As a reaction gas for controlling particle size to perform this function, a mixed gas composed of hydrogen (H 2 ), oxygen (O 2 ), methane (CH 4 ) and ethane (C 2 H 6 ) or a combination thereof may be used.

이를 통해, 나노 클러스터가 탄소 클러스터인 경우 수소(H2)나 산소(O2)와 결합하여, 탄화수소나 이산화탄소가 됨으로써, 입자가 큰 탄소클러스터를 미세화시킨다. Through this, when the nanocluster is a carbon cluster, it is combined with hydrogen (H 2 ) or oxygen (O 2 ) to become hydrocarbon or carbon dioxide, thereby miniaturizing the carbon cluster with large particles.

그리고 나노 클러스터가 질화붕소 클러스터인 경우 수소(H2)와 결합하여, B-N-H화합물이 됨으로써, 입자가 큰 질화붕소 클러스터를 미세화시킨다.In addition, when the nanocluster is a boron nitride cluster, it is combined with hydrogen (H 2 ) to form a BNH compound, thereby minimizing the boron nitride cluster having large particles.

이와 같은, 구성으로 이루어진 본 발명의 나노튜브 합성장치를 탄소나노튜브 합성장치의 실시예로 설명하면 다음과 같다.When explaining the nanotube synthesis apparatus of the present invention made of such a configuration as an embodiment of the carbon nanotube synthesis apparatus is as follows.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브 합성장치를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브 합성장치는 크게 탄소클러스터 생성 챔버(100) 및 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200)로 이루어진다. As shown, the carbon nanotube synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention is largely composed of a carbon cluster generation chamber 100 and a carbon cluster concentration adjustment chamber 200.

먼저, 탄소클러스터 생성 챔버(100)는 반응원료를 플라즈마를 통해 기화시켜 탄소클러스터를 생성하는 부재이다. First, the carbon cluster generation chamber 100 is a member that vaporizes a reaction raw material through plasma to generate a carbon cluster.

이와 같은, 기능을 수행하는 탄소클러스터 생성 챔버(100)의 세부구성은 양극(+)으로 사용되는 소모성 양극탄소봉(110)과, 음극(-)으로 사용되는 비소모성 음극탄소봉(120)과, 상기 소모성 양극탄소봉(110) 및 상기 비소모성 음극탄소봉(120)에 전원을 인가하는 전원공급부(130)와, 상기 전원공급부(130)를 통해 인가되는 전원에 의해 상기 소모성 양극탄소봉(110) 및 상기 비소모성 음극탄소봉(120)의 종단 부근에서 발생되는 플라즈마 아크방전으로 인해 소모성 양극탄소봉(110)이 기화되어 생성되는 탄소클러스터를 운반하는 캐리어가스를 공급하는 이송가스 주입부(140)로 이루어진다. The detailed configuration of the carbon cluster generating chamber 100 performing such a function includes a consumable anode carbon rod 110 used as an anode (+), a non-consumable cathode carbon rod 120 used as a cathode (-), and the above. The consumable anode carbon rod 110 and the non-consumable cathode carbon rod 120, the power supply unit 130 for applying power to the consumable anode carbon rod 110 and the ratio by the power applied through the power supply unit 130 Consists of a transfer gas injection unit 140 for supplying a carrier gas carrying a carbon cluster generated by the consumable anode carbon rod 110 is vaporized due to the plasma arc discharge generated near the end of the consumable cathode carbon rod 120.

여기서, 소모성 양극탄소봉(110)은 99.99%의 순도를 갖는 탄소분말로 제작되며, 이를 통해 생성되는 탄소클러스터도 고순도의 탄소순도를 갖으며, 인가되는 전원 또한 고전류의 전압이 인가되기 때문에 많은 양의 탄소클러스터 즉, 고농도의 탄소클러스터가 생성되어진다. Here, the consumable anode carbon rod 110 is made of a carbon powder having a purity of 99.99%, and the carbon cluster generated through this also has a high purity carbon purity, and a large amount of power is applied because a high current voltage is also applied. A carbon cluster, that is, a high concentration carbon cluster is produced.

한편, 소모성 양극탄소봉(110) 및 비소모성 음극탄소봉(120)은 배치구조 특성상 나란히 배치되는 구조이기 때문에, 발생되는 플라즈마 아크방전이 소모성 양극탄소봉(110) 및 비소모성 음극탄소봉(120)의 종단 부근에서만 발생되어야 한다. On the other hand, since the consumable anode carbon rod 110 and the non-consumable cathode carbon rod 120 have a structure arranged side by side due to the arrangement structure characteristics, plasma arc discharge generated is near the ends of the consumable anode carbon rod 110 and the non-consumable cathode carbon rod 120. Should only occur in

이를 위해, 플라즈마 아크방전을 발생시키기 위한 최적 거리 범위를 나타내는 구간인 플라즈마 아크방전 발생 최적구간(1.0㎜ ∼ 2.5㎜)에 소모성 양극탄소봉(110) 및 비소모성 음극탄소봉(120)의 종단 부근만 위치되고, 소모성 양극탄소봉(110) 및 비소모성 음극탄소봉(120)의 나머지 대부분은 플라즈마 아크방전 발생 최적구간보다 멀어지도록 소모성 양극탄소봉(110) 및 비소모성 음극탄소봉(120)의의 선단 부근의 간격은 넓고, 소모성 양극탄소봉(110) 및 비소모성 음극탄소봉(120)의 종단 부근의 간격은 좁은 사선배치구조를 갖게 배치하는 것이 바람직하다. To this end, only the vicinity of the ends of the consumable anode carbon rod 110 and the non-consumable cathode carbon rod 120 are located in the optimum region of the plasma arc discharge generation (1.0 mm ∼ 2.5 mm), which is a section indicating the optimum distance range for generating the plasma arc discharge. The gap between the front end of the consumable anode carbon rod 110 and the non-consumable cathode carbon rod 120 is wide so that most of the rest of the consumable anode carbon rod 110 and the non-consumable cathode carbon rod 120 are farther than an optimal interval for generating plasma arc discharge. , It is preferable to arrange the space between the ends of the consumable anode carbon rod 110 and the non-consumable cathode carbon rod 120 to have a narrow diagonal arrangement structure.

또한, 이송가스 주입부(140)에서 공급되는 캐리어가스는 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 공기 또는 이들의 조합으로 이루어진 혼합가스를 이용할 수 있다.In addition, the carrier gas supplied from the transfer gas injection unit 140 may use a mixed gas composed of argon (Ar), nitrogen (N 2 ) and air or a combination thereof.

또한, 도면에 도시하지는 않았지만, 플라즈마 아크방전에 의해 발생되는 고온의 분위기가 냉각될 수 있도록 액체 또는 기체를 포함하는 냉각매체를 이용하여 탄소클러스터 생성 챔버(100) 내부를 냉각시키는 것이 바람직하다.In addition, although not shown in the drawings, it is preferable to cool the inside of the carbon cluster generation chamber 100 by using a cooling medium containing liquid or gas so that a high temperature atmosphere generated by plasma arc discharge can be cooled.

또한, 탄소클러스터 생성 챔버(100)에는 내부에 다수의 소모성 양극탄소봉(110)이 적재되는 적재함이 탑재되고, 그 구비되는 적재함의 소모성 양극탄소봉(110)들을 인출하는 인출롤러를 통해 소모성 양극탄소봉(110)이 연속적으로 공급될 수 있도록 제공할 수 있다. In addition, the carbon cluster generation chamber 100 is equipped with a stacking box in which a plurality of consumable anode carbon rods 110 are loaded, and a consumable anode carbon rod through a draw roller for drawing out the consumable anode carbon rods 110 of the provided loading box ( 110) can be provided to be continuously supplied.

이와 더불어, 탄소클러스터 생성 챔버(100)에서 생성된 탄소클러스터는 캐리어가스에 의해 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200)로 공급되는데, 이때, 탄소클러스터 생성 챔버(100)와 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200) 사이를 연통시키는 연통관(300)을 통해 구현되어진다. In addition, the carbon cluster generated in the carbon cluster generation chamber 100 is supplied to the carbon cluster concentration adjustment chamber 200 by a carrier gas, at this time, the carbon cluster generation chamber 100 and the carbon cluster concentration adjustment chamber 200 It is implemented through a communication pipe 300 to communicate between.

여기서, 연통관(300)의 재질은 절연체를 사용할 수 있으며, 이처럼, 연통관(300)의 재질을 절연체로 사용하는 주된 이유는 탄소클러스터를 생성하는 탄소클러스터 생성 챔버(100)의 공정전력과 탄소클러스터에 가스를 공급하여 탄소클러스터의 농도를 희석시키는 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200)의 공정전력이 상호 다르기 때문에, 양 챔버(100,200) 간의 공정전력이 상호 간에 간섭주지 않도록 하기 위함이다.Here, the material of the communication pipe 300 may use an insulator, and thus, the main reason for using the material of the communication pipe 300 as an insulator is the process power and the carbon cluster of the carbon cluster generation chamber 100 that generates the carbon cluster. This is to prevent the process powers between the two chambers 100 and 200 from interfering with each other because the process powers of the carbon cluster concentration adjustment chambers 200 that supply gas to dilute the concentrations of the carbon clusters are different from each other.

이에, 연통관(300)의 일측과 연결된 탄소클러스터 생성 챔버(100) 측벽에는 연통관(300)의 일측과 연통된 클러스터 생성측 절연체 연장블록(150)이 연장되어 연결될 수 있고, 그 연장연결된 클러스터 생성측 절연체 연장블록(150)의 재질 또한 절연체를 사용하고, 이와 더불어, 연통관(300)의 타측과 연결된 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200) 측벽에도 연통관(300)의 타측과 연통된 클러스터 크기조정측 절연체 연장블록(201)이 연장되어 연결될 수 있고, 그 연장연결된 클러스터 크기조정측 절연체 연장블록(201)의 재질 또한 절연체를 사용함으로써, 양 챔버(100,200) 간의 공정전력이 상호 불간섭의 효율을 극대화시켜 줄 수 있다. Accordingly, the side wall of the carbon cluster generation chamber 100 connected to one side of the communication pipe 300 may be connected to a cluster generating side insulator extension block 150 in communication with one side of the communication pipe 300 by being extended and connected thereto. The material of the insulator extension block 150 also uses an insulator, and in addition, the cluster sizing side insulator extension communicated with the other side of the communication pipe 300 also on the side wall of the carbon cluster concentration adjustment chamber 200 connected to the other side of the communication pipe 300 Block 201 may be extended and connected, and the material of the extended-connected cluster sizing-side insulator extension block 201 may also use insulators, so that the process power between both chambers 100 and 200 can maximize the efficiency of mutual interference. have.

이와 더불어, 탄소클러스터 생성 챔버(100) 내에 배치되는 소모성 양극탄소봉(110) 및 비소모성 음극탄소봉(120)의 종단이 클러스터 생성측 절연체 연장블록(150)의 연통구멍 측에 최대한 인접하도록 위치시킴으로써, 생성되는 고농도의 탄소클러스터가 곧바로 생성측 절연체 연장블록(150)의 연통구멍을 통해 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200)를 통해 공급될 수 있도록 제공할 수 있다.In addition, by positioning the ends of the consumable anode carbon rod 110 and the non-consumable cathode carbon rod 120 disposed in the carbon cluster generation chamber 100 as close as possible to the communication hole side of the cluster generation-side insulator extension block 150, It can be provided so that the generated high concentration of carbon cluster can be directly supplied through the carbon cluster concentration adjustment chamber 200 through the communication hole of the production side insulator extension block 150.

상기 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200)는 탄소클러스터 생성 챔버(100)로부터 공급되는 탄소클러스터에 가스를 공급하여 탄소클러스터의 농도를 희석시킨 상태에서 탄소나노튜브로 합성함으로써, 공급된 탄소클러스터가 탄소나노튜브로 합성되지 못하여 발생되는 불순물을 최소화시켜 고순도의 탄소클러스터의 허비를 최소화하여 주는 부재이다. The carbon cluster concentration adjustment chamber 200 supplies gas to the carbon cluster supplied from the carbon cluster generation chamber 100 and synthesizes it into carbon nanotubes in a state in which the concentration of the carbon cluster is diluted, so that the supplied carbon cluster is carbon nano It is a member that minimizes the waste of high-purity carbon clusters by minimizing the impurities generated by not being synthesized into tubes.

즉, 탄소클러스터를 생성시키는 영역과 그 생성된 탄소클러스터를 탄소나노튜브로 합성시키는 영역으로 구분하되, 탄소클러스터를 생성시키는 영역인 탄소클러스터 생성 챔버(100)에서는 고순도의 탄소봉을 고전류의 인가를 통해 최단공정시간동안 신속하게, 고농도의 탄소클러스터를 생성하게 제어하고, 그 생성된 탄소클러스터를 탄소나노튜브로 합성시키는 영역인 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200)에서는 고농도의 탄소클러스터를 희석시킨 상태에서 탄소나노튜브가 합성되도록 제어함으로써, 고순도의 탄소클러스터를 허비하지 않고 최대한 탄소나노튜브로 합성될 수 있도록 제어하여 주는 이점을 제공한다. That is, it is divided into a region for generating a carbon cluster and a region for synthesizing the generated carbon cluster into carbon nanotubes. In the carbon cluster generation chamber 100, which is a region for generating a carbon cluster, a high purity carbon rod is applied through application of high current. In the carbon cluster concentration adjustment chamber 200, which is an area for rapidly controlling the generation of a high concentration carbon cluster and synthesizing the generated carbon cluster into carbon nanotubes during the shortest process time, carbon in a state where the high concentration carbon cluster is diluted is carbon. By controlling the nanotubes to be synthesized, it provides the advantage of controlling so that the carbon nanotubes can be synthesized as much as possible without wasting a high-purity carbon cluster.

이와 같은, 이점을 제공하는 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200)에는 연통관(300)을 통해 탄소클러스터 생성 챔버(100)로부터 공급되는 나노 클러스터의 농도가 희석되도록 농도 안정화용 가스를 공급하는 농도 안정화용 가스 주입부(210)를 포함한다. As such, the carbon cluster concentration adjustment chamber 200 that provides an advantage is a concentration stabilizing gas that supplies a gas for concentration stabilization so that the concentration of the nanocluster supplied from the carbon cluster generation chamber 100 is diluted through the communication pipe 300. It includes an injection unit 210.

여기서, 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200)에 구비된 농도 안정화용 가스 주입부(210)를 통해 공급되는 농도 안정화용 가스는 헬륨(He), 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 공기 또는 이들의 조합으로 이루어진 혼합가스를 이용할 수 있다.Here, the concentration stabilization gas supplied through the concentration stabilization gas injection unit 210 provided in the carbon cluster concentration adjustment chamber 200 is helium (He), argon (Ar), nitrogen (N 2 ) and air or these It is possible to use a mixed gas consisting of a combination of.

이와 더불어, 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200)에는 탄소클러스터의 농도를 감지하여 탄소클러스터 감지 농도값정보를 기설정주기마다 생성하는 농도감지센서(220)를 제공할 수 있다. In addition, the carbon cluster concentration adjustment chamber 200 may be provided with a concentration detection sensor 220 that detects the concentration of the carbon cluster and generates carbon cluster detection concentration value information for each predetermined cycle.

이처럼, 제공되는 농도감지센서(220)의 종류는 잔류가스분석(RGA:Residual Gas Analyzers)센서 또는 OES(Optical Emission Spectroscopy)센서를 사용할 수 있다. As such, the type of the concentration detection sensor 220 provided may be a residual gas analysis (RGA) sensor or an optical emission spectroscopy (OES) sensor.

여기서, 잔류가스분석(RGA)센서는 진공시스템에서 미량가스(trace gas) 농도를 측정하는데 적합하며 샘플 가스를 분석함으로써 동작한다. 샘플 가스는 이온화되며 이온은 직류(DC) 및 RF 전위의 조합을 이용하여 사중극전기장(quadrupolar electric field) 에 의해 질량 대 전하비(massto-charge ratio)에 기초하여 분리된다. 이 기구는 질량 대 전하 비에 대한 이온 플럭스(flux of ion)를 측정하며, 그것에 의하여 샘플 가스의 상세한 화학적 분석을 제공한다. Here, the residual gas analysis (RGA) sensor is suitable for measuring trace gas concentration in a vacuum system and operates by analyzing a sample gas. The sample gas is ionized and the ions are separated based on the massto-charge ratio by a quadrupolar electric field using a combination of direct current (DC) and RF potentials. This instrument measures the flux of ions against the mass to charge ratio, thereby providing detailed chemical analysis of the sample gas.

그리고 OES(Optical Emission Spectrometer)센서는 플라즈마가 플라즈마 소스에 의해 생성되는 동안 기판 위의 위치로부터 스펙트럼을 측정함으로써, 그 측정된 스펙트럼에 기초하여 가스 농도를 측정하는 센서부재이다. And the OES (Optical Emission Spectrometer) sensor is a sensor member that measures the gas concentration based on the measured spectrum by measuring the spectrum from a position on the substrate while the plasma is generated by the plasma source.

또한, 앞에서 언급한 농도감지센서(220)의 동작 제어와 더불어, 탄소클러스터의 농도조절 및 탄소클러스터 입자의 크기 조절을 위한 전반적인 동작 제어를 수행하는 제어판넬이 구비되어진다. In addition, in addition to the operation control of the concentration sensor 220 mentioned above, a control panel panel is provided to perform overall operation control for the concentration control of the carbon cluster and the size control of the carbon cluster particles.

이처럼, 구비되는 제어판넬에는 탄소클러스터의 농도조절 및 탄소클러스터 입자의 크기 조절을 위한 각종 정보가 저장관리되는데, 그중 하나로, 탄소클러스터의 기준되는 농도희석값의 범위를 나타내는 값인 기준 탄소클러스터 농도희석구간정보가 저장관리되어진다. As described above, the control panel is provided with various information for controlling the concentration of the carbon cluster and controlling the size of the carbon cluster particles. One of them is a reference carbon cluster concentration dilution section, which is a value indicating a range of the standard concentration dilution value of the carbon cluster. Information is stored and managed.

이를 통해, 제어패널은 기준 탄소클러스터 농도희석구간정보를 토대로 생성된 탄소클러스터 감지 농도값정보가 기준 탄소클러스터 농도희석구간정보보다 클 경우 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200) 내의 탄소클러스터의 농도가 기준 탄소클러스터 농도희석구간정보에 속할 때까지 농도 안정화용 가스 주입부를 통해 농도 안정화용 가스가 주입되도록 제어하는 기능을 수행한다. Through this, the control panel, if the carbon cluster detection concentration value information generated based on the reference carbon cluster concentration dilution section information is greater than the reference carbon cluster concentration dilution section information, the concentration of the carbon cluster in the carbon cluster concentration adjustment chamber 200 is the reference carbon. It performs the function of controlling so that the gas for concentration stabilization is injected through the gas injection unit for concentration stabilization until it belongs to the cluster concentration dilution section information.

이를 통해, 고농도의 탄소클러스터를 저농도의 탄소클러스터로 희석시킴으로써, 탄소나노튜브로 합성되지 못하여 발생되는 불순물을 최소화시켜 결과적으로, 고순도를 갖는 탄소클러스터의 허비를 최소화하여 준다. Through this, by diluting the high-concentration carbon cluster with the low-concentration carbon cluster, impurities generated due to the inability to be synthesized with carbon nanotubes are minimized, and as a result, the waste of the high-purity carbon cluster is minimized.

한편, 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200)에 존재하는 탄소클러스터의 크기는 탄소클러스터 생성 챔버(100)에서 고전류에 의해 단기간의 공정시간 동안 생성되어서 탄소클러스터의 크기인 입경이 큰 것도 있고, 작은 것도 있는 등 제각각이다.On the other hand, the size of the carbon cluster present in the carbon cluster concentration adjustment chamber 200 is generated during the short-term process time by a high current in the carbon cluster generation chamber 100, the size of the carbon cluster is large, some are small And so on.

이에, 제각각의 크기를 갖는 탄소클러스터 입경크기를 균일하게 미세화되도록 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200)에는 클러스터 미세화용 플라즈마 발생부가 구비되어진다.Accordingly, the carbon cluster concentration adjustment chamber 200 is provided with a plasma generation unit for refinement of the cluster so as to uniformly refine the particle size of the carbon cluster having a respective size.

이처럼, 구비되는 클러스터 미세화용 플라즈마 발생부의 세부구성은 양극(+)으로 사용되는 양극블록(230)과, 음극(-)으로 사용되는 음극판(240)과, 상기 양극블록(230) 및 상기 음극판(240)에 전원을 인가하는 전원공급부(130)로 이루어진다. As described above, detailed configurations of the plasma generation unit for miniaturization of the clusters provided are the positive electrode block 230 used as the positive electrode (+), the negative electrode plate 240 used as the negative electrode (-), and the positive electrode block 230 and the negative electrode plate ( 240) is made of a power supply unit 130 for applying power.

여기서, 탄소클러스터 생성 챔버(100)로부터 공급되는 탄소클러스터가 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200) 내부에서 음극판(240) 쪽으로 이동되도록 안내하는 유도용블록(250)이 양극블록(230) 사이에 배치되어 제공되어질 수 있다. Here, an induction block 250 for guiding the carbon cluster supplied from the carbon cluster generation chamber 100 to move toward the cathode plate 240 inside the carbon cluster concentration adjustment chamber 200 is disposed between the anode blocks 230. Can be provided.

이를 통해, 전원공급부(130)에서 전원이 인가되면, 인가되는 전원에 의해 발생되는 플라즈마 아크방전을 통해 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200)에 존재하는 탄소클러스터의 입자 크기가 균일하게 미세화되어진다. Through this, when power is supplied from the power supply unit 130, the particle size of the carbon cluster present in the carbon cluster concentration adjustment chamber 200 is uniformly refined through plasma arc discharge generated by the applied power.

즉, 양극블록(230) 및 음극판(240)에서 발생되는 플라즈마 아크방전의 고에너지가 입경이 큰 탄소클러스터에 가해져 탄소클러스터의 입경이 미세화 되어지면서 균일하게 조절된다. That is, the high energy of the plasma arc discharge generated from the anode block 230 and the cathode plate 240 is applied to the carbon cluster having a large particle diameter, so that the particle diameter of the carbon cluster is uniformly adjusted as it becomes fine.

이때, 탄소클러스터의 입경이 보다 신속하게 미세화될 수 있게 반응하도록 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200)에 구비된 농도 안정화용 가스 주입부(210)에서는, 탄소클러스터의 입자 크기가 미세화되도록 반응하는 입자크기 조절용 반응가스가 공급되어진다. At this time, in the concentration stabilizing gas injection unit 210 provided in the carbon cluster concentration adjustment chamber 200 to react so that the particle diameter of the carbon cluster can be more rapidly refined, the particle size of the carbon cluster is reacted to be refined Control reaction gas is supplied.

여기서, 입자크기 조절용 반응가스는 수소(H2), 산소(O2) 또는 이들의 조합으로 이루어진 혼합가스를 이용함으로써, 수소(H2) 및 산소(O2)가 탄소클러스터와 결합함으로써, 입자가 큰 탄소클러스터를 미세화시킨다. 이때에도, 플라즈마 아크방전에 의해 발생되는 고온의 분위기가 냉각될 수 있도록 액체 또는 기체를 포함하는 냉각매체를 이용하여 탄소클러스터 농도 조정 챔버(200) 내부를 냉각시켜 줄 수 있다.Here, the reaction gas for particle size control is by using a mixed gas composed of hydrogen (H 2 ), oxygen (O 2 ), or a combination thereof, and hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) are combined with a carbon cluster to form particles. Refine the large carbon cluster. At this time, the inside of the carbon cluster concentration adjustment chamber 200 may be cooled by using a cooling medium containing liquid or gas so that the high temperature atmosphere generated by the plasma arc discharge can be cooled.

이처럼 미세하게 균일화된 탄소클러스터는 음극판(240)에서 탄소나노튜브로 합성되면서 탄소나노튜브의 합성 수율이 높고, 탄소나노튜브의 순도도 좋으며, 합성된 탄소나노튜브의 결정성 또한 좋은 결정성을 갖게 유도하여 준다. The finely homogenized carbon cluster is synthesized as a carbon nanotube in the negative electrode plate 240, and thus has a high yield of carbon nanotube synthesis, good purity of the carbon nanotube, and good crystallinity of the synthesized carbon nanotube. Induce.

이와 더불어, 탄소나노튜브의 대량생산의 일환으로, 음극판(240)에 합성되는 탄소나노튜브를 주기적으로 수거하고자 음극판(240)을 상하 이동시키는 승강부재를 구비하고, 상하 이동되는 음극판(240)에 접촉되어, 합성된 탄소나노튜브를 수거하는 수거용 블레이드(260)가 포함되어질 수 있다. In addition, as part of mass production of carbon nanotubes, a lifting member for vertically moving the negative electrode plate 240 to collect carbon nanotubes synthesized in the negative electrode plate 240 is provided, and the negative electrode plate 240 is moved up and down. In contact, a collection blade 260 for collecting the synthesized carbon nanotubes may be included.

여기서, 승강부재는 랙앤피니언, 실린더 또는 다양한 기어의 조합을 통해 구현되어질 수 있다. Here, the lifting member may be implemented through a rack and pinion, a cylinder, or a combination of various gears.

그리고 수거용 블레이드(260) 또한 수거된 탄소나노튜브를 수거할 수 있도록 수평이동시키는 수평이동부재가 구비되어질 수 있으며, 그 구비되는 수평이동부재 또한 랙앤피니언, 실린더 또는 다양한 기어의 조합을 통해 구현되어질 수 있다. In addition, the collecting blade 260 may also be provided with a horizontal moving member for horizontally moving to collect the collected carbon nanotubes, and the horizontal moving member may also be implemented through a combination of rack and pinion, cylinder, or various gears. have.

100 : 탄소클러스터 생성 챔버
110 : 소모성 양극탄소봉
120 : 비소모성 음극탄소봉
130 : 전원공급부
140 : 이송가스 주입부
150 : 클러스터 생성측 절연체 연장블록
200 : 탄소클러스터 농도 조정 챔버
201 : 클러스터 크기조정측 절연체 연장블록
210 : 농도 안정화용 가스 주입부
220 : 농도감지센서
230 : 양극블록
240 : 음극판
250 : 유도용 블록
260 : 수거용 블레이드
300 : 연통관100: carbon cluster generation chamber
110: consumable anode carbon rod
120: non-consumable cathode carbon rod
130: power supply
140: transfer gas injection unit
150: Insulator extension block on cluster creation side
200: carbon cluster concentration adjustment chamber
201: Cluster extension side insulator extension block
210: gas injection unit for concentration stabilization
220: concentration detection sensor
230: anode block
240: negative electrode plate
250: induction block
260: collection blade
300: communication tube

Claims (11)

반응원료를 플라즈마를 통해 기화시켜 나노 클러스터를 생성하는 나노 클러스터 생성 챔버와;
상기 나노 클러스터 생성 챔버로부터 공급되는 나노 클러스터에 가스를 공급하여 나노 클러스터의 농도를 희석시키는 나노 클러스터 농도 조정 챔버;로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노튜브 합성장치.
A nano-cluster generation chamber that vaporizes the reaction material through plasma to generate nano-clusters;
Nano-tube synthesis apparatus comprising a; nano-cluster concentration adjustment chamber for diluting the concentration of the nano-cluster by supplying gas to the nano-cluster supplied from the nano-cluster generation chamber.
제1항에 있어서,
상기 나노 클러스터는 탄소 클러스터 또는 질화붕소 클러스터인 것을 특징으로 하는 나노튜브 합성장치.
According to claim 1,
The nano-cluster is a nanotube synthesis device characterized in that the carbon cluster or boron nitride cluster.
제1항에 있어서,
상기 나노 클러스터 생성 챔버 및 상기 나노 클러스터 농도 조정 챔버를 연통시키는 연통관이 구비되고, 그 연통관은 절연체인 것을 특징으로 하는 나노튜브 합성장치.
According to claim 1,
A nanotube synthesis device comprising a communication tube communicating the nanocluster generation chamber and the nanocluster concentration adjustment chamber, the communication tube being an insulator.
제1항에 있어서,
상기 나노 클러스터 생성 챔버는,
고체, 분말, 가스를 포함하는 반응원료부; 인가되는 전원에 의해 발생되는 플라즈마 아크방전을 통해 상기 반응원료부로부터 공급되는 반응원료를 기화시켜 나노 클러스터를 생성하는 클러스터 생성용 플라즈마 발생부; 생성된 상기 나노 클러스터를 운반하는 캐리어가스를 공급하는 이송가스 주입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노튜브 합성장치.
According to claim 1,
The nano cluster generation chamber,
Reaction raw material containing solid, powder, gas; A plasma generation unit for generating a cluster by generating a nanocluster by vaporizing the reaction raw material supplied from the reaction raw material unit through a plasma arc discharge generated by an applied power source; Nanotube synthesis device comprising a; transfer gas injection unit for supplying a carrier gas carrying the generated nano-cluster.
제1항에 있어서,
상기 나노 클러스터 농도 조정 챔버는,
상기 나노 클러스터 생성 챔버로부터 공급되는 나노 클러스터의 농도가 희석되도록 농도 안정화용 가스를 공급하는 농도 안정화용 가스 주입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노튜브 합성장치.
According to claim 1,
The nanocluster concentration adjustment chamber,
And a concentration stabilizing gas injection unit supplying a gas for concentration stabilization such that the concentration of the nano cluster supplied from the nano cluster generation chamber is diluted.
제5항에 있어서,
상기 농도 안정화용 가스는 헬륨(He), 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 공기 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 나노튜브 합성장치.
The method of claim 5,
The concentration stabilizing gas is at least one of helium (He), argon (Ar), nitrogen (N 2 ), and air.
제5항에 있어서,
상기 나노 클러스터 농도 조정 챔버에는,
상기 나노 클러스터의 농도를 감지하여 나노 클러스터 감지 농도값정보를 생성하는 농도감지센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노튜브 합성장치.
The method of claim 5,
In the nanocluster concentration adjustment chamber,
A nanotube synthesis device further comprising; a concentration detection sensor that detects the concentration of the nanoclusters and generates nanocluster detection concentration value information.
제6항에 있어서,
제어패널을 더 포함하고,
상기 제어패널은, 나노 클러스터의 기준되는 농도희석값의 범위를 나타내는 인 기준 나노 클러스터 농도희석구간정보를 토대로 상기 생성된 나노 클러스터 감지 농도값정보가 상기 기준 나노 클러스터 농도희석구간정보보다 클 경우 상기 나노 클러스터 농도 조정 챔버 내의 나노 클러스터의 농도가 상기 기준 나노 클러스터 농도희석구간정보에 속할 때까지 상기 농도 안정화용 가스 주입부를 통해 농도 안정화용 가스가 주입되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 나노튜브 합성장치.
The method of claim 6,
Further comprising a control panel,
The control panel, when the generated nano-cluster detection concentration value information is greater than the reference nano-cluster concentration dilution interval information based on phosphorus-based nano-cluster concentration dilution interval information indicating the range of the reference concentration dilution value of the nano-cluster. A nanotube synthesis apparatus characterized in that the concentration stabilization gas is injected through the concentration stabilization gas injector until the concentration of the nanocluster in the cluster concentration adjustment chamber falls within the reference nanocluster concentration dilution section information.
제5항에 있어서,
상기 나노 클러스터 농도 조정 챔버에는 클러스터 미세화용 플라즈마 발생부;를 포함하고,
클러스터 미세화용 플라즈마 발생부에서 인가되는 전원에 의해 발생되는 플라즈마 아크방전에 의해 상기 나노 클러스터 농도 조정 챔버에 존재하는 나노 클러스터의 입자 크기가 균일하게 미세화되는 것을 특징으로 하는 나노튜브 합성장치.
The method of claim 5,
The nano-cluster concentration adjustment chamber includes a plasma generation unit for cluster refinement;
Nanotube synthesis apparatus characterized in that the particle size of the nanoclusters present in the nanocluster concentration control chamber is uniformly refined by plasma arc discharge generated by a power applied from the plasma generation unit for cluster refinement.
제9항에 있어서,
상기 농도 안정화용 가스 주입부에는, 나노 클러스터의 입자 크기가 미세화되도록 반응하는 입자크기 조절용 반응가스도 공급되는 것을 특징으로 하는 나노튜브 합성장치.
The method of claim 9,
A nanotube synthesis device characterized in that a reaction gas for controlling particle size is also supplied to the gas injection part for concentration stabilization so that the particle size of the nanocluster is refined.
제10항에 있어서,
상기 입자크기 조절용 반응가스는 수소(H2), 산소(O2), 메탄(CH4) 및 에탄(C2H6) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노튜브 합성장치.The method of claim 10,
The particle size control reaction gas is hydrogen (H 2 ), oxygen (O 2 ), methane (CH 4 ) and ethane (C 2 H 6 ) Nanotube synthesis apparatus characterized in that it comprises at least one.
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