KR20030013552A - Purifying method for carbon nanotube - Google Patents
Purifying method for carbon nanotube Download PDFInfo
- Publication number
- KR20030013552A KR20030013552A KR1020010047617A KR20010047617A KR20030013552A KR 20030013552 A KR20030013552 A KR 20030013552A KR 1020010047617 A KR1020010047617 A KR 1020010047617A KR 20010047617 A KR20010047617 A KR 20010047617A KR 20030013552 A KR20030013552 A KR 20030013552A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon nanotubes
- carbon nanotube
- purifying
- carbon
- acid
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/168—After-treatment
- C01B32/17—Purification
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/168—After-treatment
- C01B32/172—Sorting
Abstract
Description
본 발명은 탄소나노튜브의 정제방법에 관한 것으로서, 특히 성장된 탄소나노튜브를 정제함에 있어, 촉매의 산화 공정과 산처리 공정을 동시에 병행하며, 마이크로파를 이용한 가열법을 사용함으로써, 고순도의 탄소나노튜브를 용이하고 빠르게 획득할 수 있는 탄소나노튜브의 정제방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for purifying carbon nanotubes, and in particular, in purifying grown carbon nanotubes, at the same time, the oxidation process of the catalyst and the acid treatment process are performed in parallel, and by using a heating method using microwaves, The present invention relates to a method for purifying carbon nanotubes that can easily and quickly obtain a tube.
오늘날, 21세기를 맞이하여 우리 나라를 비롯해서 미국, 일본 그리고 유럽 등 세계 각국은 국력이 곧 과학이며, 과학의 발달만이 곧 인류가 자연과의 조화 속에서 살아갈 수 있는 방책의 하나라고 여기고 있다. 이런 기치 아래 과학기술의 발전을 위하여 정부의 지원 하에 다양한 과학기술 정책이 발표되고 있으며, 이에 따른 다양한 연구가 수행되고 있다.Today, in the 21st century, our country, the United States, Japan, and Europe and other countries around the world consider science to be a science, and the development of science is one of the ways in which humanity can live in harmony with nature. Under this banner, various science and technology policies are announced with the support of the government for the development of science and technology, and various studies are being conducted accordingly.
그 과학기술 정책 방향의 내용을 살펴보면 크게 NT(Nano-Technology), BT (Bio-Technology), 그리고 IT(Information-Technology)로 요약할 수 있다. 그 중에서 NT는 BT, IT의 발전을 위하여 반드시 필요한 기반 기술이다. 또, NT 분야의 여러 연구 테마 중에서 탄소나노튜브(CNT:Carbon NanoTube)는 1991년 이지마(Iijima)가 TEM 분석 중에 발견한 이래 다양한 합성법이 개발되고 있으며, 탄소나노튜브만이 갖는 독특한 물성으로 인해 응용분야도 무궁무진하게 예상되고 있다.The contents of the science and technology policy direction can be summarized into nano-technology (NT), bio-technology (BT), and information-technology (IT). Among them, NT is an essential technology necessary for the development of BT and IT. Among various research themes in NT field, carbon nanotube (CNT) has been developed since Iijima was discovered during TEM analysis in 1991, and its application has been developed due to the unique properties of carbon nanotubes. The field is expected to be infinite.
우선, 탄소나노튜브의 특성은 형태상으로 매우 큰 지름-길이 비(aspect ratio:약 1,000)를 갖고 있고, 튜브의 직경과 구조에 따라 도체 또는 반도체의 특성을 보이며, 도체 특성을 갖는 탄소나노튜브의 경우 매우 우수한 전기전도도를 갖는다고 보고되었다. 또한, 탄소나노튜브는 매우 강한 기계적 강도(mechanical strength), TPa 단위의 영률(Young's modulus), 우수한 열전도도 등의 특성을 갖고 있다.First of all, carbon nanotubes have a very large aspect-to-length ratio (approx. 1,000) in shape, and show the characteristics of conductors or semiconductors according to the diameter and structure of the tubes. It has been reported to have very good electrical conductivity. In addition, carbon nanotubes have characteristics such as very strong mechanical strength, Young's modulus in TPa, and excellent thermal conductivity.
특히, 질량에 비해 매우 우수한 기계적 성질을 갖고 있어 뛰어난 구조재료로 각광받고 있다. 그리고, 탄소나노튜브의 합성법으로는 아크방전법, 레이저 증발법, 열기상합성법(CVD), 플라즈마 기상합성법, 가스 중 부유 촉매를 탄소나노튜브 합성의 씨앗(seed)으로 사용하는 개량 유동 촉매법(improved floating catalyst method ) 등이 있다.In particular, it has a very good mechanical properties compared to the mass and is attracting attention as an excellent structural material. In addition, as a method of synthesizing carbon nanotubes, an arc discharge method, a laser evaporation method, a thermophase synthesis method (CVD), a plasma vapor phase synthesis method, and an improved flow catalyst method using a suspended catalyst in gas as a seed of carbon nanotube synthesis ( improved floating catalyst method).
이러한 탄소나노튜브를 다양한 분야에서 응용하려는 연구들이 현재 진행되고 있으며, 수소저장, 이차전지, 양자체, 전계방출 표시소자인 FED(Field Emission Display)의 전자방출 팁, LCD용 백 라이트(back-light), 조명용 백색광원 및 신호등, 뛰어난 이차 전자증폭 특성을 이용한 전자증폭 소자 등이 그 예이다.Research is currently underway to apply these carbon nanotubes in various fields, including electron emission tips for FED (Field Emission Display), hydrogen storage, secondary batteries, quantum bodies, and field emission display devices, and back-light for LCDs. For example, a white light source and a signal lamp for lighting, and an electron amplification device using excellent secondary electron amplification characteristics.
그러나, 이렇게 다양한 방법으로 합성된 탄소나노튜브는 비정질 탄소, 흑연, 다겹 탄소나노튜브(multi-wall CNT), 홑겹 탄소나노튜브(single-wall CNT)와 촉매로 사용된 Fe, Ni, Co 등의 금속 입자 등의 불순물이 포함되어 있다. 그래서, 탄소나노튜브를 원료 물질로부터 바로 사용하기에는 많은 제약이 따른다. 그러므로 대부분의 응용에 있어서는 원료 물질로부터의 탄소나노튜브 정제가 필요한 실정이다.However, carbon nanotubes synthesized by various methods are amorphous carbon, graphite, multi-wall CNT, single-wall CNT and Fe, Ni, Co, etc. used as a catalyst. Impurities such as metal particles are contained. Therefore, there are many limitations in using carbon nanotubes directly from raw materials. Therefore, for most applications, carbon nanotube purification from raw materials is required.
한편, 탄소나노튜브의 합성법은 다양하다. 그 하나의 방법으로 아크방전(arc discharge)에 의한 합성은 두 탄소전극 사이의 방전을 이용하는 방법으로서 두 전극 사이에 교류 또는 직류(직류의 경우가 수율이 더 높다)를 가해 방전을 일으킨다. 통상적으로, 음극으로 고순도의 흑연봉을 사용하며, 양극으로 촉매 금속을 포함한 흑연봉을 사용한다. 이때, 양극전극에 촉매 금속을 첨가하면 홑겹 탄소나노튜브의 합성이 촉진된다.On the other hand, the synthesis method of carbon nanotubes is various. In one method, the synthesis by arc discharge is a method of using a discharge between two carbon electrodes, which causes alternating current by applying alternating current or direct current (higher yield in the case of direct current) between the two electrodes. Typically, a high purity graphite rod is used as the cathode, and a graphite rod containing a catalytic metal is used as the anode. At this time, the addition of the catalyst metal to the anode electrode promotes the synthesis of single-walled carbon nanotubes.
또한, 탄소나노튜브의 합성법으로 레이저 증발(laser ablation)에 의한 탄소나노튜브 합성이 있다. 일반적으로 1,100~1,300℃의 온도에서 레이저 빔 조사에 의해 흑연봉을 증발시키면 탄소나노튜브가 합성되는 원리이다, 이 경우도 순수한 흑연봉을 사용하면 다겹 탄소나노튜브가 형성되고, Fe, Ni, Co 등의 촉매금속을 첨가한 흑연봉을 사용하면 홑겹 탄소나노튜브가 형성된다.In addition, there is a carbon nanotube synthesis by laser ablation as a method of synthesizing carbon nanotubes. In general, carbon nanotubes are synthesized by evaporating graphite rods by laser beam irradiation at a temperature of 1,100 ~ 1,300 ℃. In this case, pure graphite rods are used to form multiple carbon nanotubes. When a graphite rod containing a catalyst metal such as the above is used, single-walled carbon nanotubes are formed.
또한, 탄소나노튜브의 합성법으로 근래 많이 사용되는 기상합성법이 있다. 주로 탄화수소계의 가스를 사용하여 이 가스와 Fe, Ni, Co 등의 촉매금속과의 반응을 이용하여 탄소나노튜브를 합성하는 방법으로 대량 생산에 용이한 방법이다. 이경우에는 아크 방전법이나 레이저 증발법과는 달리 항상 촉매금속을 사용하여야 한다.In addition, there is a gas phase synthesis method which is widely used as a synthesis method of carbon nanotubes. It is a method that is easy for mass production by synthesizing carbon nanotubes by using a reaction of this gas with catalytic metals such as Fe, Ni, and Co using mainly hydrocarbon gas. In this case, unlike the arc discharge method or the laser evaporation method, the catalytic metal should always be used.
그런데, 합성법에 따라서 정도의 차이는 있으나 대부분의 경우 합성물은 촉매금속, 비정질 탄소입자, 다겹 탄소나노튜브, 홑겹 탄소나노튜브로 혼재되어 이루어져 있다. 이에 따라, 순수한 탄소나노튜브를 획득하기 위해서는 생성된 결과물에 대한 정제과정이 필요하게 된다.By the way, there is a difference in degree depending on the synthesis method, but in most cases the composite is composed of a catalyst metal, amorphous carbon particles, multi-ply carbon nanotubes, single-ply carbon nanotubes. Accordingly, in order to obtain pure carbon nanotubes, purification of the resultant product is required.
한편, 홑겹 탄소나노튜브를 대량생산하고 있는 미국의 CNI(carbon nanotechnologies incorporated)사는 그들이 생산하고 있는 합성법은 공개하지 않았지만, 생산된 탄소나노튜브에 비정질카본, Fe 입자들이 1%정도 포함되어 있으며, 이러한 불순물들을 정제하는 방법을 다음과 같이 제시하고 있다.Meanwhile, CNI (carbon nanotechnologies incorporated), which mass-produces single-layered carbon nanotubes, did not disclose the synthetic method they produce, but the carbon nanotubes contain about 1% of amorphous carbon and Fe particles. A method for purifying impurities is presented as follows.
먼저, 225℃에서 18시간 탄소나노튜브를 가열한다. 이때 20% Oxygen + Argon의 습한 분위기(humid atmosphere)에서 열처리를 해야 한다. 분위기는 실온에서 물을 가스 혼합물(gas mixture)에 버블링(bubbling)하면서 유지한다. 첫 번째 열처리 과정은 금속을 산화시킴으로써 금속입자의 직경을 증가시키고, 탄소질의 오버 코팅 (over-coating)을 붕괴시키기 위함이다. 그런 다음에 열처리한 탄소나노튜브를 15분 동안 진한 염산(HCl) 수용액 속에서 초음파처리(sonication)를 하여 산화된 금속 입자들을 제거한다. 물론, 이러한 과정을 통하여 비정질 카본도 산에 의해 제거된다. 이때, 불순물이 제거되었음을 염산수용액의 색깔 변화로 명확히 확인할 수 있다.First, the carbon nanotubes are heated at 225 ° C. for 18 hours. At this time, heat treatment should be performed in a humid atmosphere of 20% Oxygen + Argon. The atmosphere is maintained at room temperature while bubbling water into the gas mixture. The first heat treatment is to increase the diameter of the metal particles by oxidizing the metal and to collapse the carbonaceous over-coating. The heat treated carbon nanotubes are then sonicated in concentrated hydrochloric acid (HCl) aqueous solution for 15 minutes to remove oxidized metal particles. Of course, the amorphous carbon is also removed by the acid through this process. At this time, it can be clearly confirmed by changing the color of the hydrochloric acid solution that the impurities have been removed.
그리고, 색깔이 변색된 염산수용액을 필터링(filtering)을 통해 걸러내어 정제된 탄소나노튜브를 얻는다. 정제된 탄소나노튜브는 진공건조(vacuum drying)하지만, 최종 얻어지는 탄소나노튜브는 산처리로 인해 양성화(protonation)되어 있을 수도 있다. 그래서, 양성화된 탄소나노튜브를 염기성(base) 용액으로 필터링하여 중화시키거나 염산수용액으로부터 걸러낸 탄소나노튜브를 800℃, 습한 아르곤 분위기에서 1시간동안 열처리하여 건조하면 금속촉매입자, 비정질 카본 등이 제거된 고순도의 탄소나노튜브를 얻을 수 있다. 또한, 이외의 불순물인 탄소 화이버(vapor-grown carbon fiber), 다겹 탄소나노튜브는 액화질소를 사용한 급냉(quenching) 처리를 통해서 제거가 가능하다.Then, the filtered aqueous hydrochloric acid solution is filtered to obtain purified carbon nanotubes. Purified carbon nanotubes are vacuum dried, but the resulting carbon nanotubes may be protonated due to acid treatment. Therefore, neutralizing the protonated carbon nanotubes by filtering with a base solution or heat-treating carbon nanotubes filtered from an aqueous hydrochloric acid solution at 800 ° C. in a humid argon atmosphere for 1 hour to dry the metal catalyst particles, amorphous carbon, etc. High purity carbon nanotubes can be obtained. In addition, other impurities carbon dioxide (vapor-grown carbon fiber), multi-ply carbon nanotubes can be removed through the quenching (quenching) process using liquid nitrogen.
한편, 탄소나노튜브의 다른 제조 방법인 하이드론 카본(hydron-carbon)의 촉매 분리법(catalytic decomposition)으로 합성된 홑겹 탄소나노튜브는 다음과 같은 과정을 통하여 정제를 할 수 있다. 먼저, 촉매 전구체(catalyst precursor)와 플러린(fullerenes)과 같은 불순물은 벤젠에 1주일동안 담가 놓은 후, 필터링을 하면 제거가 가능하다. 그리고, 세척 후에 37wt.%의 HCl에서 1 시간동안 초음파 처리를 한 후에 10 시간동안 스터링(stirring)을 하면 Fe 촉매입자를 제거할 수 있다.Meanwhile, single-walled carbon nanotubes synthesized by catalytic decomposition of hydro-carbon, which is another method of manufacturing carbon nanotubes, may be purified through the following process. First, impurities such as catalyst precursors and fullerenes can be removed by soaking in benzene for one week and then filtering. Then, after washing with sonication for 1 hour in 37wt.% Of HCl after washing for 10 hours it is possible to remove the Fe catalyst particles.
다시 세척 후, 액체질소 안에서 동결 처리를 10 시간 수행한다. 물론 탄소 화이버(vapor-grown carbon fiber), 다겹 탄소나노튜브는 액화질소를 사용한 급냉처리를 통해서 제거가 가능하다. 초음파 처리, 필터링, 세척을 하면 대략 40% 수율로 정제된 탄소나노튜브를 얻을 수 있다. 물론 홑겹 탄소나노튜브 다발(bundle)에는 아무런 손상(damage)을 주지 않는다.After washing again, freeze treatment was carried out in liquid nitrogen for 10 hours. Of course, carbon-fiber (vapor-grown carbon fiber), multi-ply carbon nanotubes can be removed by quenching using liquid nitrogen. Ultrasonication, filtering, and washing can yield purified carbon nanotubes in approximately 40% yield. Of course, the bundle of carbon nanotube bundles does not cause any damage.
그런데, 이상에서 설명된 바와 같이 고순도의 탄소나노튜브를 획득하기 위한대부분의 정제법은 매우 복잡한 과정을 거쳐야 하며, 또한 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있다.However, as described above, most of the purification methods for obtaining high purity carbon nanotubes have to go through a very complicated process and also require a lot of time.
본 발명은 상기와 같은 여건을 감안하여 창출된 것으로서, 성장된 탄소나노튜브를 정제함에 있어, 촉매의 산화 공정과 산처리 공정을 동시에 병행하며, 마이크로파를 이용한 가열법을 사용함으로써, 고순도의 탄소나노튜브를 용이하고 빠르게 획득할 수 있는 탄소나노튜브의 정제방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was created in view of the above conditions, and in purifying the grown carbon nanotubes, the oxidation process of the catalyst and the acid treatment process are performed in parallel, and by using a microwave heating method, high-purity carbon nanotubes are used. It is an object of the present invention to provide a method for purifying carbon nanotubes that can easily and quickly obtain a tube.
도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 정제방법에 의한 정제공정을 나타낸 순서도.1 is a flow chart showing a purification process by the purification method of carbon nanotubes according to the present invention.
도 2는 마이크로파에 의한 가열의 원리를 설명하기 위하여 물분자를 개념적으로 나타낸 도면.2 is a view conceptually showing water molecules to explain the principle of heating by microwaves.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 정제방법은,Purification method of carbon nanotubes according to the present invention to achieve the above object,
탄소나노튜브를 산성용액에 담그고, 마이크로파를 이용하여 가열하는 단계와;Dipping the carbon nanotubes in an acidic solution and heating them using microwaves;
상기 마이크로파를 통하여 가열 처리된 탄소나노튜브를 초음파 처리하는 단계; 및Ultrasonicating the carbon nanotubes heat-treated through the microwaves; And
상기 초음파 처리된 탄소나노튜브를 필터링하여 건조시키는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.It characterized in that it comprises the step of filtering and filtering the sonicated carbon nanotubes.
여기서, 상기 산성 용액은 염산, 질산 등의 강산성 용액 중의 적어도 하나 이상의 용액이 사용되는 점에 그 특징이 있다.Here, the acidic solution is characterized in that at least one or more solutions of strong acidic solutions such as hydrochloric acid and nitric acid are used.
이와 같은 본 발명에 의하면, 성장된 탄소나노튜브를 정제함에 있어, 촉매의 산화 공정과 산처리 공정을 동시에 병행하며, 마이크로파를 이용한 가열법을 사용함으로써, 고순도의 탄소나노튜브를 용이하고 빠르게 획득할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, in purifying the grown carbon nanotubes, the oxidation process of the catalyst and the acid treatment process at the same time, by using a microwave heating method, it is possible to easily and quickly obtain a high-purity carbon nanotubes There are advantages to it.
일반적으로, 탄소나노튜브를 정제하는 기본 원리는 촉매로 사용된 금속 입자들을 산화시킨 후 염산, 질산 등의 강산 수용액에서의 산처리 과정과 초음파 처리 과정을 거쳐서 촉매 나노입자, 비정질 탄소 등의 불순물을 제거하는 것이다.In general, the basic principle of refining carbon nanotubes is to oxidize metal particles used as catalysts, and then to remove impurities such as catalyst nanoparticles and amorphous carbon through acid treatment and ultrasonic treatment in strong acid aqueous solutions such as hydrochloric acid and nitric acid. To remove it.
본 발명에서는 촉매의 산화 공정과 산처리 공정을 동시에 병행하며, 탄소나노튜브의 정제 시간을 단축시키기 위하여 마이크로파를 이용한 가열법(microwave heating)을 사용하고자 한다.In the present invention, the oxidation process of the catalyst and the acid treatment process are performed simultaneously, and microwave heating is used to reduce the purification time of the carbon nanotubes.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 정제방법에 의한 정제공정을 나타낸 순서도이다.1 is a flow chart showing a purification process by the purification method of carbon nanotubes according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 정제방법은 먼저 탄소나노튜브를 염산(HCl), 질산(HNO3) 등의 강산성 용액에 담그고, 마이크로파를 이용하여 가열한다. 이와 같이, 마이크로파를 이용한 가열법을 사용하면, 탄소나노튜브에 포함되어 있는 촉매 나노 입자의 산화 및 제거를 짧은 시간(예컨대, 30분 정도)에 수행할 수 있다.Referring to FIG. 1, in the method for purifying carbon nanotubes according to the present invention, first, carbon nanotubes are immersed in a strong acid solution such as hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), and heated using microwaves. As such, using a microwave heating method, oxidation and removal of the catalyst nanoparticles contained in the carbon nanotubes can be performed in a short time (for example, about 30 minutes).
한편, 도 2를 참조하여 마이크로파를 이용한 가열 원리에 대하여 간략히 설명하기로 한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 물 분자의 구조는 극성을 띠고 있다. 따라서, 수소 이온 쪽은 상대적으로 양전하를 띠고, 산소 이온 쪽은 음전하를 띠게 된다. 이때, 마이크로파가 결합된 물 분자에 쏘여지면, 마이크로파의 전기장 벡터가 진동하므로 진동하는 힘을 받은 결합된 분자들도 또한 회전하려고 한다.Meanwhile, a heating principle using microwaves will be briefly described with reference to FIG. 2. As shown in Fig. 2, the structure of the water molecule is polar. Therefore, the hydrogen ion side is relatively positively charged and the oxygen ion side is negatively charged. At this time, when the microwave is shot onto the bound water molecules, the coupled electric field vector of the microwave vibrates, so the coupled molecules under oscillating force also try to rotate.
이러할 때에 회전방향이 다른 분자에 의해 운동이 저지되면 결합이 끊어지게 되고, 순간 마이크로파 에너지가 들어오게 된다. 잠시 후 분자들이 다시 결합하면서 에너지를 내놓게 되는데, 이 에너지가 내부에너지가 되어 열이 전달되게 되는 것이다.In this case, if the motion is blocked by molecules with different rotational directions, the bond is broken, and the microwave energy enters. After a while, the molecules recombine and release energy, which becomes internal energy and heat is transferred.
마이크로파는 여러 방향으로 가열대상 물체에 전달된다. 이것은 전자레인지의 구조를 보면 쉽게 알 수 있다. 전자레인지의 회전판에 의해 마이크로파가 여러 방향으로 반사하게 된다. 보통 마이크로파의 진동수와 물 분자의 진동수가 동일해서 공명을 일으키는 것이 전자레인지의 원리이다.The microwaves are transmitted to the object to be heated in various directions. This can be easily seen by looking at the structure of the microwave oven. The microwaves reflect the microwaves in various directions. In general, the frequency of microwaves and the frequency of water molecules are the same, causing resonance.
하지만, 마이크로파의 진동수는 2.45GHz로서 T=0℃에서 9GHz인 물 분자의 공명진동수와 크게 다르다. 만약 물 분자의 공명진동수와 같은 마이크로파를 이용하면 에너지 흡수가 훨씬 빠르겠지만, 마이크로파의 진동수는 침투 깊이와 관련이 있어서, 진동수가 증가하면 침투 깊이가 급격히 떨어진다. 그러므로, 마이크로파의 진동수를 물의 진동수까지 높이면 가열 대상 물체에는 빠르게 열에너지가 전달되겠지만 표면은 과도하게 열이 전달되어 탈 수도 있다.However, the microwave frequency is 2.45 GHz, which is very different from the resonance frequency of water molecules at T = 0 ° C and 9 GHz. If microwaves such as the resonance frequency of water molecules are used, energy absorption will be much faster, but the frequency of microwaves is related to the depth of penetration, so the depth of penetration drops sharply as the frequency increases. Therefore, if the frequency of microwaves is increased to the frequency of water, heat energy is rapidly transferred to the object to be heated, but the surface may be transferred with excessive heat.
한편, 탄소나노튜브의 정제를 위한 다음 공정으로, 상기 마이크로파를 통하여 가열 처리된 탄소나노튜브를 초음파 처리(예컨대, 30분 정도)한다. 이와 같은 과정을 통하여 촉매 나노 입자 외에 탄소나노튜브에 포함되어 있는 비정질 탄소, 미량의 다겹 탄소나노튜브를 제거할 수 있다.On the other hand, as a next step for the purification of carbon nanotubes, the carbon nanotubes heat-treated through the microwave is subjected to ultrasonic treatment (for example, about 30 minutes). Through such a process, it is possible to remove amorphous carbon and trace amounts of multiple carbon nanotubes contained in carbon nanotubes in addition to catalyst nanoparticles.
그리고, 상황에 따라서는 상기 마이크로파를 이용한 가열 과정과 초음파 처리 과정을 반복하여 수행할 수도 있다. 또한, 마이크로파를 이용한 가열 시에 사용되는 산성 용액의 농도가 중요하다. 산성 용액의 농도가 진할수록 가열 과정과 초음파 처리의 반복 과정에 따른 공정 횟수가 줄어들 것이고 또한, 불순물에 대한 제거 효과도 커지게 된다.In some cases, the microwave heating process and the ultrasonic wave treatment process may be repeatedly performed. In addition, the concentration of the acidic solution used at the time of heating using a microwave is important. As the concentration of the acidic solution increases, the number of processes due to repeated heating and sonication is reduced, and the removal effect on impurities is also increased.
그러나, 상기 산성 용액의 농도가 너무 진한 경우에는 정제된 홑겹 탄소나노튜브 다발(bundle)이 손상(damage)될 수 있으므로 주의해야 한다.However, if the concentration of the acidic solution is too thick, care should be taken because the bundle of purified single carbon nanotubes may be damaged.
그리고, 상기 초음파 처리된 탄소나노튜브를 필터링하여 건조시키는 과정을 통하여 정제된 탄소나노튜브를 획득할 수 있게 된다.In addition, the purified carbon nanotubes may be obtained by filtering and drying the ultrasonically treated carbon nanotubes.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 정제방법에 의하면, 성장된 탄소나노튜브를 정제함에 있어, 촉매의 산화 공정과 산처리 공정을 동시에 병행하며, 마이크로파를 이용한 가열법을 사용함으로써, 고순도의 탄소나노튜브를 용이하고 빠르게 획득할 수 있는 장점이 있다.According to the method of purifying carbon nanotubes according to the present invention as described above, in purifying the grown carbon nanotubes, by simultaneously performing the oxidation process of the catalyst and the acid treatment process, by using a heating method using microwaves, There is an advantage that can easily and quickly obtain high-purity carbon nanotubes.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020010047617A KR20030013552A (en) | 2001-08-08 | 2001-08-08 | Purifying method for carbon nanotube |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020010047617A KR20030013552A (en) | 2001-08-08 | 2001-08-08 | Purifying method for carbon nanotube |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20030013552A true KR20030013552A (en) | 2003-02-15 |
Family
ID=27718290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020010047617A KR20030013552A (en) | 2001-08-08 | 2001-08-08 | Purifying method for carbon nanotube |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20030013552A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004087571A1 (en) * | 2003-03-31 | 2004-10-14 | Honda Motor Co. Ltd. | Method for selective enrichment of carbon nanotubes |
| KR100741401B1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-07-20 | 한국기계연구원 | Method for separating and purifying nanotube by using microwave and device for the same |
| KR101031224B1 (en) * | 2008-08-21 | 2011-04-29 | 한국세라믹기술원 | Method for purifying carbon nanotube by using microwave and device for the same |
| KR101356632B1 (en) * | 2012-04-12 | 2014-02-05 | 한국과학기술원 | Fabrication method of high stable carbon nanotube field emitters against electrical discharge using metal binders and the carbon nanotube electron emitters fabricated thereby |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0748111A (en) * | 1993-08-04 | 1995-02-21 | Agency Of Ind Science & Technol | Method for separating and purifying carbon nanotube |
| JPH0812310A (en) * | 1994-07-05 | 1996-01-16 | Nec Corp | Purifying-opening method of carbon-nanotube in liquid phase and introducing method of functional group |
| JPH10120409A (en) * | 1996-10-17 | 1998-05-12 | Toyo Tanso Kk | Separation and purification of monolayered nanotube and separation ad purification of metal-including nanocapsule |
| KR20020023522A (en) * | 2000-09-22 | 2002-03-29 | 최규술 | Method of synthesizing carbon nanotubes and apparatus being used therein. |
| JP2002265209A (en) * | 2001-03-12 | 2002-09-18 | Kazuyuki Taji | Method for purifying carbon nanotube |
| KR100364095B1 (en) * | 1999-06-15 | 2002-12-12 | 일진나노텍 주식회사 | Massive purification method of carbon nanotubes |
-
2001
- 2001-08-08 KR KR1020010047617A patent/KR20030013552A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0748111A (en) * | 1993-08-04 | 1995-02-21 | Agency Of Ind Science & Technol | Method for separating and purifying carbon nanotube |
| JPH0812310A (en) * | 1994-07-05 | 1996-01-16 | Nec Corp | Purifying-opening method of carbon-nanotube in liquid phase and introducing method of functional group |
| JPH10120409A (en) * | 1996-10-17 | 1998-05-12 | Toyo Tanso Kk | Separation and purification of monolayered nanotube and separation ad purification of metal-including nanocapsule |
| KR100364095B1 (en) * | 1999-06-15 | 2002-12-12 | 일진나노텍 주식회사 | Massive purification method of carbon nanotubes |
| KR20020023522A (en) * | 2000-09-22 | 2002-03-29 | 최규술 | Method of synthesizing carbon nanotubes and apparatus being used therein. |
| JP2002265209A (en) * | 2001-03-12 | 2002-09-18 | Kazuyuki Taji | Method for purifying carbon nanotube |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004087571A1 (en) * | 2003-03-31 | 2004-10-14 | Honda Motor Co. Ltd. | Method for selective enrichment of carbon nanotubes |
| US7150865B2 (en) | 2003-03-31 | 2006-12-19 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for selective enrichment of carbon nanotubes |
| KR100741401B1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-07-20 | 한국기계연구원 | Method for separating and purifying nanotube by using microwave and device for the same |
| KR101031224B1 (en) * | 2008-08-21 | 2011-04-29 | 한국세라믹기술원 | Method for purifying carbon nanotube by using microwave and device for the same |
| KR101356632B1 (en) * | 2012-04-12 | 2014-02-05 | 한국과학기술원 | Fabrication method of high stable carbon nanotube field emitters against electrical discharge using metal binders and the carbon nanotube electron emitters fabricated thereby |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kumar et al. | Top-down synthesis of graphene: A comprehensive review | |
| US7537682B2 (en) | Methods for purifying carbon materials | |
| JP5228323B2 (en) | Method for producing single-walled carbon nanotube | |
| CN101780951B (en) | Purification method for obtaining high-purity carbon nano tube | |
| Zhang et al. | Structure modification of single-wall carbon nanotubes | |
| US7387735B2 (en) | Method of isolating semiconducting carbon nanotubes | |
| US6752977B2 (en) | Process for purifying single-wall carbon nanotubes and compositions thereof | |
| JP4931168B2 (en) | Method for producing high purity 2 to 5 carbon nanotubes | |
| Mahalingam et al. | Chemical Methods for purification of carbon nanotubes–a review | |
| JP2007528339A (en) | Production of Y-branched carbon nanotubes | |
| Das et al. | Carbon nanotubes synthesis | |
| Hussain et al. | Growth and plasma functionalization of carbon nanotubes | |
| Bian et al. | Electrochemical synthesis of carbon nano onions | |
| US6740224B1 (en) | Method of manufacturing carbon nanotubes | |
| KR20090006912A (en) | Method and apparatus for modifying carbon nanotube using plasma | |
| KR20030013552A (en) | Purifying method for carbon nanotube | |
| Djordjević et al. | Methods of purification and characterization of carbon nanotubes | |
| KR101494670B1 (en) | Method of selectively eliminating metallic CNT, semiconducting CNT and preparation method thereof using the same | |
| Sundaram et al. | Purifying carbon nanotube wires by vacuum annealing | |
| Shojaei et al. | Fabrication, functionalization, and dispersion of carbon nanotubes | |
| Qiu et al. | Diameter-selective purification of carbon nanotubes by microwave-assisted acid processing | |
| KR20090005571A (en) | Purification method of carbon nanotubes | |
| Li et al. | Polymerization of short single-walled carbon nanotubes into large strands | |
| Tseng et al. | Nondestructive purification of single-walled carbon nanotube rope through a battery-induced ignition and chemical solution approach | |
| JP2007015914A (en) | Method for manufacturing carbon nanotube |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |