KR20050026580A - Post-treatment method for carbon nanotubes and method of producing carbon nanotubes using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소나노튜브의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 탄소나노튜브의 단부에 형성된 촉매입자 등의 이물질을 제거함으로써 보다 우수한 특성의 탄소나노튜브를 제조할 수 있는 후처리공정과 이를 이용한 탄소나노튜브 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing carbon nanotubes, and in more detail, by removing foreign substances such as catalyst particles formed at the ends of the carbon nanotubes, a post-treatment process capable of producing carbon nanotubes with better characteristics, and carbon using the same. It relates to a nanotube method.
탄소나노튜브는 일본의 수미오 이지마(S. Iijima)의 논문[Nature 354, 56(1991)]에 기재된 바와 같이, 두 흑연봉 사이에 아크 방전을 통하여 생성될 수 있다는 사실을 최초로 알려졌다. It was first known that carbon nanotubes can be produced through arc discharge between two graphite rods, as described in S. Iijima's paper [Nature 354, 56 (1991)].
이와 다른 제조 방법으로는, 레이저를 흑연이나 탄화규소에 비추어 합성하는 방법과 탄화수소 계열의 가스를 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)을 통하여 열분해시켜 탄소나노튜브를 제작하는 방법이 있으며, 또 다른 방법으로, 탄화수소 계열의 가스의 플라즈마를 이용하여 합성하는 플라즈마 강화 화학증착방법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, 이하 PECVD라 함)을 이용하는 제조방법이 알려져 있다.Other manufacturing methods include a method of synthesizing a laser in the light of graphite or silicon carbide, and a method of producing carbon nanotubes by thermally decomposing a hydrocarbon gas through chemical vapor deposition (Chemical Vapor Deposition). A manufacturing method using a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), which is synthesized using a plasma of a hydrocarbon-based gas, is known.
탄소나노튜브에서 하나의 탄소원자는 3개의 다른 탄소 원자와 결합되어 있고 육각형 벌집 무늬를 이룬다. 만약, 평평한 종이 위에 이러한 벌집 무늬를 그린 후 종이를 둥글게 말면 나노튜브 구조가 된다. 즉 하나의 탄소나노튜브는 속이 빈 튜브(혹은 실린더)와 같은 모양을 갖고 있다. 이것을 나노튜브라고 부르는 이유는 그 튜브의 직경이 보통 수 내지 수십 나노미터(10억분의 1미터) 정도로 극히 작기 때문이다. In carbon nanotubes, one carbon atom is bonded to three other carbon atoms and forms a hexagonal honeycomb pattern. If we draw this honeycomb pattern on flat paper and roll the paper round, it becomes a nanotube structure. That is, one carbon nanotube has a shape like a hollow tube (or cylinder). This is called nanotubes because the diameter of the tubes is usually very small, usually a few tens of nanometers (one billionth of a meter).
탄소나노튜브는 탄소들이 결합되어 있는 형태와 그 직경에 따라서 금속과 같은 전기적 도체가 되기도 하고, 전기가 잘 안통하는 반도체가 되기도 하는 재료로써, 여러 가지 기술분야에 폭 넓게 응용될 수 있을 것으로 기대되는 물질이다. 또한, 기계적, 전기적, 화학적 특성이 우수하여 전계 방출소자, 수소저장용기, 가스센서, 2차전지 전극등에의 이용이 가능한 재료로 알려져 있다. 특히, 탄소나노튜브의 응용분야에서 현재 가장 제품화에 근접한 것은 전계방출 디스플레이(Field Emission Display: FED)이다. 그러나, 아직까지는 대면적 합성과 낮은 구동전압을 실현하는 것이 해결해야할 문제점으로 남아 있는 상태이다. Carbon nanotubes are materials that can become electrical conductors, such as metals, and semiconductors that are not well-conducted, depending on the shape and diameter of carbons, and are expected to be widely applied in various technical fields. to be. In addition, it is known to be a material that can be used for field emission devices, hydrogen storage containers, gas sensors, secondary battery electrodes, etc. because of its excellent mechanical, electrical, and chemical properties. In particular, the field closest to the current commercialization of the field of carbon nanotubes is the field emission display (FED). However, it is still a problem to be solved to realize large area synthesis and low driving voltage.
이러한 탄소나노튜브의 실용화에 나서는 문제점 중 하나는 탄소나노튜브의 성장을 위한 촉매금속으로부터 파생되는 금속입자 등의 불순물이 성장된 탄소나노튜브의 단부에 부착되는 현상이 발생될 수 있다. 이와 같이 탄소나노튜브 단부에 형성된 원하지 않는 형태의 물질로 인해, 탄소나노튜브의 성장특성은 물론, 차후에 응용될 디스플레이 패널, 가스센서, 고휘도 신광원 소자에 요구되는 전기적 및 화학적 특성을 심각하게 저하시키게 된다.One of the problems in the practical use of such carbon nanotubes may be a phenomenon that impurities such as metal particles derived from catalytic metals for growth of carbon nanotubes are attached to the ends of the grown carbon nanotubes. As a result of the unwanted material formed at the end of the carbon nanotubes, the growth characteristics of the carbon nanotubes, as well as the electrical and chemical properties required for the display panel, gas sensor, and high-brightness new light source device to be applied in the future will be seriously degraded. .
즉, 탄소 나노튜브 단부에 존재하는 촉매금속으로 인해 탄소나노튜브의 단부가 폐쇄되는 작용으로 인해 전기적 특성이 매우 저하되며, 특히 이러한 문제는 상용화에 유리한 극저온(예를 들어, 400℃)공정에서 보다 심각한 문제로 제기된다. That is, due to the catalytic metal present at the end of the carbon nanotubes, the electrical properties of the carbon nanotubes are closed, and thus the electrical properties are very low. It is raised as a serious problem.
이를 해결하기 위한 종래의 방법으로, 화학적 처리를 위한 용액을 사용하거나 고온에서 열처리하는 방안이 제안되었다. 하지만, 종래의 화학적 처리방법 및 열처리방법은 오히려 탄소나노튜브의 고유 물성을 변형시키는 결과를 초래한다는 치명적인 단점이 있다.As a conventional method for solving this problem, a solution using chemical solution or heat treatment at high temperature has been proposed. However, the conventional chemical treatment method and heat treatment method has a fatal disadvantage that results in modifying the intrinsic properties of the carbon nanotubes.
따라서, 당 기술분야에서는, 탄소나노튜브의 고유물성을 유지하면서 보다 효과적이고 간단하며 경제적인 탄소나노튜브의 후처리공정이 요구되어 왔다.Therefore, there is a need in the art for a more effective, simple and economical post-treatment process of carbon nanotubes while maintaining the intrinsic properties of carbon nanotubes.
본 발명은 상술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 탄소나노튜브의 원하는 전기적 특성을 유지하면서 그 단부에 존재하는 이물질을 제거하기 위해 자외선 펄스 레이저를 이용하는 탄소나노튜브의 후처리공정을 제공하는데 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, the object of the post-treatment process of carbon nanotubes using an ultraviolet pulse laser to remove foreign substances present at the end while maintaining the desired electrical properties of the carbon nanotubes To provide.
또한, 본 발명의 다른 목적은 자외선을 이용한 탄소나노튜브의 후처리공정을 통해 우수한 탄소나노튜브를 얻을 수 있는 새로운 탄소나노튜브 제조방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a new carbon nanotube manufacturing method that can obtain excellent carbon nanotubes through the post-treatment process of carbon nanotubes using ultraviolet light.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은,In order to achieve the above technical problem, the present invention,
기판 상에 탄소 나노튜브를 성장시키는 단계와, 상기 탄소나노튜브에 자외선펄스 레이저를 조사하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 제조방법을 제공한다. It provides a carbon nanotube manufacturing method comprising the step of growing carbon nanotubes on a substrate, and irradiating an ultraviolet pulse laser to the carbon nanotubes.
바람직하게, 상기 자외선펄스 레이저를 조사하는 단계는 진공챔버 내에서 진공상태로 실시된다. 또한, 자외선 펄스 레이저가 탄소나노튜브의 단부에 조사되도록 상기 기판 표면과 거의 수직인 방향으로 조사되는 것이 바람직하다.Preferably, the step of irradiating the ultraviolet pulse laser is carried out in a vacuum state in a vacuum chamber. In addition, the ultraviolet pulse laser is preferably irradiated in a direction substantially perpendicular to the surface of the substrate so that the ultraviolet pulse laser is irradiated to the end of the carbon nanotubes.
본 발명에서 자외선 펄스 레이저의 조사과정은 상기 탄소나노튜브의 단부에 존재하는 촉매금속이 제거되도록 수행된다. 또한, 본 과정에서는, 비정질 탄소나노튜브도 함께 제거될 수 있다.In the present invention, the irradiation process of the ultraviolet pulse laser is performed to remove the catalytic metal present at the end of the carbon nanotubes. In addition, in this process, amorphous carbon nanotubes may also be removed.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 자외선 펄스 레이저를 조사하는 단계는, 상기 성장된 탄소나노튜브에 대해 소정의 속도로 스캐닝하는 방식으로 조사하는 단계로 구현될 수 있다. 이러한 자외선 펄스 레이저의 스캐닝은 갈바노미터 장치를 이용할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, irradiating the ultraviolet pulse laser may be implemented by irradiating the grown carbon nanotubes by scanning at a predetermined speed. Scanning of such an ultraviolet pulse laser can use a galvanometer device.
상기 스캐닝방식은 고출력으로 고속으로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 범위로 상기 레이저 파워는 200 내지 600 mJ/㎠범위로, 스캐닝속도는 약 10 내지 30㎜/sec으로 정의할 수 있다.The scanning method is preferably made of high speed at a high output, the laser power in the range of 200 to 600 mJ / ㎠, the scanning speed can be defined as about 10 to 30 mm / sec.
또한, 본 발명은 탄소 나노튜브에 존재하는 이물질을 제거하는 탄소나노튜브의 후처리방법에 있어서, 상기 탄소나노튜브에 자외선펄스 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브의 후처리방법을 제공한다.The present invention also provides a post-treatment method for carbon nanotubes, wherein the carbon nanotubes are irradiated with an ultraviolet pulse laser in the post-treatment method of carbon nanotubes for removing foreign substances present in the carbon nanotubes. .
이와 같이, 본 발명에서 채용된 탄소나노튜브의 후처리 방법은 자외선 펄스 레이저를 이용하여 탄소나노튜브의 표면을 스캐닝함으로써 탄소나노튜브의 단부에 부착된 니켈과 같은 촉매금속과 성장시 발생되는 각종 탄소나노튜브의 결함을 포함하는 물질을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 본 발명은 플라즈마 강화 화학증착법(PECVD)를 이용한 탄소나노튜브의 제조공정과 통상의 탄소나노튜브 제조공정과 결합된 형태로도 제공될 수 있다. As described above, the post-treatment method of the carbon nanotubes employed in the present invention uses a UV pulse laser to scan the surface of the carbon nanotubes, thereby catalytic metals such as nickel attached to the ends of the carbon nanotubes, and various carbons generated during growth. The material containing the defects of the nanotubes can be effectively removed. In addition, the present invention may also be provided in a form combined with a carbon nanotube manufacturing process using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) and a conventional carbon nanotube manufacturing process.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention in more detail.
도1은 본 발명을 구현하기 위한 자외선펄스레이저 시스템을 도시한다. 도1을 참조하면, 상기 시스템은 자외선 펄스 레이저장치(1)와, 2개의 반사 거울(2)과, X축,Y축 갈바노미터 스캐너(3,4) 및 진공챔버(8)를 포함한다. 상기 X축,Y축 갈바노미터 스캐너(3,4)는 X-Y 스캐너 제어부(5)에 연결되어 스캐너 제어용 컴퓨터(6)에 의해 조작될 수 있다. 한편, 상기 진공 챔버(8)는 쿼츠 글래스(quartz glass: 7)가 레이저조사를 위한 갈바노미터 스캐너와 대향하는 면에 설치되고, 상기 진공챔버(8)의 내부는 펌프시스템(10)에 의해 진공상태로 전환될 수 있다. 진공상태로 전환된 진공챔버(8)에는 테프론 홀더(9) 상에 탄소 나노튜브가 성장된 기판(11)이 배치된다. 1 illustrates an ultraviolet pulse laser system for implementing the present invention. Referring to FIG. 1, the system includes an ultraviolet pulse laser device 1, two reflecting mirrors 2, an X-axis and a Y-axis galvanometer scanners 3 and 4, and a vacuum chamber 8. . The X- and Y-axis galvanometer scanners 3 and 4 are connected to the X-Y scanner control unit 5 and can be operated by the scanner control computer 6. On the other hand, the vacuum chamber (8) is installed on the surface of the quartz glass (quartz glass 7) facing the galvanometer scanner for laser irradiation, the interior of the vacuum chamber (8) by the pump system 10 Can be switched to a vacuum state. In the vacuum chamber 8 converted to the vacuum state, a substrate 11 having carbon nanotubes grown on the Teflon holder 9 is disposed.
이와 같은 구조를 갖는 시스템에서, 상기 자외선 펄스 레이저장치(1)로부터 발생된 레이저는 갈바노미터 스캐너(3,4)에 따른 이동에 의해 탄소나노튜브가 성장된 기판(11) 상을 화살표방향과 같이 좌우상하로 조사될 수 있다. 또한, 상기 X축,Y축 갈바노미터 스캐너(3,4)와, 상기 X-Y 스캐너 제어부(5) 및 상기 스캐너 제어용 컴퓨터(6)를 통해 스캔조사속도 및 방향을 다양하게 변화시킬 수 있다.In the system having such a structure, the laser generated from the ultraviolet pulse laser device 1 is directed on the substrate 11 on which the carbon nanotubes are grown by the movement of the galvanometer scanners 3 and 4 in the direction of the arrow. It can be investigated from side to side as well. In addition, the scan irradiation speed and direction may be variously changed through the X-axis and Y-axis galvanometer scanners 3 and 4, the X-Y scanner control unit 5, and the scanner control computer 6.
이하, 도1에 도시된 시스템을 이용한 본 발명의 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 작용과 효과를 보다 상세히 설명하기로 한다. 아래의 실시예는 플라즈마 강화 화학증착법을 이용한 탄소나노튜브 제조방법을 채용하였다. 일반적으로, PECVD를 이용한 탄소나노튜브 제조방법은 실리콘 또는 유리기판고 같은 성장기판 상에 PECVD를 이용하여 저온(예: 400℃)에서 탄소나노튜브를 성장하는 방법을 말한다.Hereinafter, the operation and effects of the present invention will be described in more detail with reference to specific embodiments of the present invention using the system shown in FIG. 1. The following example employs a carbon nanotube manufacturing method using plasma enhanced chemical vapor deposition. In general, the carbon nanotube manufacturing method using PECVD refers to a method of growing carbon nanotubes at low temperature (eg 400 ° C.) using PECVD on a growth substrate such as silicon or glass substrate.
[실시예]EXAMPLE
본 실시예에서는, 우선 탄소나노튜브의 합성을 위하여 스퍼터링 기법을 이용하여 실리콘 및 유리기판에 버퍼금속으로 크롬을 10∼40㎚로 형성하고, 촉매금속으로서 니켈을 10∼40㎚두께의 박막으로 증착하였다. In this embodiment, first, for the synthesis of carbon nanotubes, chromium is formed in silicon and glass substrates with a buffer metal of 10 to 40 nm by sputtering, and nickel is deposited as a catalyst metal in a thin film having a thickness of 10 to 40 nm. It was.
상기 탄소나노튜브의 성장을 위한 공정조건으로서, 플라즈마의 원료가스로서 탄화수소계열 가스를 사용하였으며, 기판의 온도를 400℃로 하고, 압력은 1∼100 Torr로 성장공정을 실시하였고, 성장시간은 약 1∼10분으로, 최적의 탄소나노튜브의 저온합성 조건을 선정하여 이용하였다. As the process conditions for the growth of the carbon nanotubes, a hydrocarbon-based gas was used as a source gas of plasma, the substrate temperature was 400 ° C., the pressure was 1-100 Torr, and the growth time was approximately. In 1 to 10 minutes, the optimum conditions for low temperature synthesis of carbon nanotubes were selected and used.
도2a 및 2b는 상기 성장과정으로 얻어진 탄소나노튜브를 나타내는 주사전자현미경 및 투과전자현미경 사진이다. 도2a 및 도2b에 나타난 바와 같이, 저온에서 잘 정렬된 탄소나노튜브를 성장시켰으며, 그 길이는 평균 4㎛이며, 그 두께는 약 40㎚이다. 또한, 도2a 및 도2b의 탄소나노튜브는 단부가 헝클어져 있으며, 촉매금속인 니켈 알갱이가 포함되어 있음을 보여주고 있다.2A and 2B are scanning electron microscope and transmission electron micrographs showing carbon nanotubes obtained by the growth process. As shown in Figs. 2A and 2B, well-aligned carbon nanotubes were grown at low temperature, the average length of which is 4 mu m, and the thickness thereof is about 40 nm. In addition, the carbon nanotubes of FIGS. 2A and 2B are matted at the end and show that nickel catalyst, which is a catalyst metal, is included.
이어, 도2a 및 도2b에 도시된 탄소나노튜브에 대해 본 발명에 따른 자외선 펄스레이저를 이용한 후처리공정을 실시하였다. Subsequently, the carbon nanotubes shown in FIGS. 2A and 2B were subjected to a post-treatment process using an ultraviolet pulse laser according to the present invention.
즉, 저온에서 성장된 탄소나노튜브를 바로 도1에 도시된 시스템과 같이 자외선 펄스 레이저가 설치된 진공챔버에 배치한 후 자외선 펄스 레이저의 파워와 스캔속도를 변수로 하여 처리하였다. 이 때에 레이저 파워와 처리 속도를 각각 254, 394, 547 mJ/㎠와 15, 20, 30 mm/s로 달리 적용하였다.That is, the carbon nanotubes grown at low temperature were placed in a vacuum chamber in which an ultraviolet pulse laser was installed as in the system shown in FIG. 1, and then treated with the power and scan speed of the ultraviolet pulse laser as variables. At this time, the laser power and the processing speed were differently applied at 254, 394, 547 mJ / cm 2 and 15, 20, 30 mm / s, respectively.
각 처리 조건에 따른 결과는 도3a 내지 3d와 도4a 내지 4d의 사진에 나타난 바와 같다. 도3a 내지 도3c는 각각 레이저 파워를 254, 394, 547 mJ/㎠으로 달리 하고, 각각에 대해 15, 20, 30 mm/s로 스캔속도를 달리한 결과를 나타내며, 상기 실험을 통해 얻어진 도3d는 바람직한 탄소나노튜브를 나타내는 SEM사진이다.The results according to the treatment conditions are as shown in the photographs of FIGS. 3A to 3D and 4A to 4D. 3A to 3C show the results of different laser powers of 254, 394 and 547 mJ / cm 2, and different scanning speeds of 15, 20 and 30 mm / s for each, and FIG. 3D obtained through the above experiment. Is a SEM photograph showing a preferred carbon nanotube.
도3a 내지 3d를 참조하면, 후처리된 탄소나노튜브는 처리하지 않은 탄소 나노튜브에 비해 변화가 있음을 알 수 있다. 또한, 레이저 파워가 커질수록 변화정도가 커지는 것을 알 수 있다. 또한, 스캔속도를 빨리할 경우에도 같은 효과를 나타내는 것을 알 수 있다. Referring to Figures 3a to 3d, it can be seen that the post-treated carbon nanotubes are changed compared to the untreated carbon nanotubes. Also, it can be seen that the degree of change increases as the laser power increases. In addition, it can be seen that the same effect can be obtained when the scan speed is increased.
따라서, 본 실시예에서 강한 레이저 파워를 빠른 속도로 했을때, 본 실시예에서 얻고자 하는 바람직한 결과를 도출할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 강한 레이저 파워에 오래 노출되면, 오히려 탄소 나노튜브의 심각한 변형을 야기시켜 고유 물성을 저하시킬 수 있으므로, 강한 파워일 경우에 상대적으로 짧은 시간에 노출시켜야만, 불필요한 물질만을 제거하는 효과를 기대할 수 있다. Therefore, it can be seen that, when the strong laser power is made at a high speed in this embodiment, it is possible to derive the desired result to be obtained in this embodiment. However, prolonged exposure to strong laser power can lead to severe deformation of the carbon nanotubes, thereby degrading the intrinsic properties. Therefore, strong power can only be exposed in a relatively short time. have.
도4a는 투과 전자현미경의 사진으로 촬영한 후처리되지 않은 탄소나노튜브을 나타내며, 각 탄소나노튜브의 단부에 촉매금속인 니켈 알갱이가 존재함을 보여준다. 반면에, 도4b 내지 도4d와 같이 자외선 펄스 레이저로 후처리한 후에는 탄소 나노튜브에 변형없이 깨끗하게 니켈 알갱이만 제거된 것을 확인할 수 있다.FIG. 4A shows untreated carbon nanotubes taken with a transmission electron microscope photograph, showing that nickel grains, which are catalytic metals, are present at the ends of each carbon nanotube. On the other hand, after the post-treatment with an ultraviolet pulse laser as shown in Figures 4b to 4d it can be confirmed that only the nickel grains are removed cleanly without modification to the carbon nanotubes.
도5a 및 도5d는 각 후처리 조건에 따른 탄소 나노튜브의 라만 스펙트로스코피 데이터(Raman spectroscopy data)를 나타내는 그래프이다. 도5a 및 도5b는 각각 254, 394mJ/㎠의 출력에서 나타난 결과이다. 상기 그래프를 참조하면, 탄소나노튜브는 2개의 피크가 뚜렷하게 존재하는 것을 볼 수 있다. 여기서, 제1 피크는 1350 cm-1 부근의 피크로서, 완벽한 탄소나노튜브의 구조를 이루지 않은 비결정 탄소나노튜브를 나타내며, 이는 탄소나노튜브의 특성을 저하시키는 결함으로 작용한다. 반면에, 제2 피크는 1580 cm-1 부근의 피크로서, 완벽한 결정구조를 이룬 탄소 나노튜브를 나타낸다. 상기 그래프를 통해, 후처리과정을 통해 제1 피크는 큰 폭으로 감소하는데 반하여, 제2 피크는 거의 변화가 없음을 확인할 수 있다. 즉, 비결정성에 관련된 바람직하지 못한 물질은 제거됨에 따라, 탄소나노튜브의 원하는 특성을 향상된다는 것을 알 수 있다. 본 실시 예에서 성장된 탄소 나노튜브는 두 개의 뚜렷한 peak들이 나타나고 있다. 이와 같이, 자외선 펄스 레이저의 후처리공정을 통해 탄소나노튜브의 결함만을 제거하고 상대적으로 완벽한 탄소나노튜브가 증가하게 되므로 그 특성의 향상을 기대할 수 있다.5A and 5D are graphs showing Raman spectroscopy data of carbon nanotubes according to respective post-treatment conditions. 5A and 5B show results at an output of 254 and 394 mJ / cm 2, respectively. Referring to the graph, it can be seen that carbon nanotubes have two distinct peaks. Here, the first peak is a peak around 1350 cm −1 , which represents amorphous carbon nanotubes that do not form a perfect carbon nanotube structure, which acts as a defect that degrades the characteristics of the carbon nanotubes. On the other hand, the second peak is a peak around 1580 cm −1 , which represents a carbon nanotube having a perfect crystal structure. Through the graph, it can be seen that the first peak is greatly reduced through the post-treatment process, whereas the second peak is hardly changed. In other words, it can be seen that as the undesirable substances related to amorphousness are removed, the desired properties of the carbon nanotubes are improved. Carbon nanotubes grown in this example show two distinct peaks. As described above, only the defects of the carbon nanotubes are removed through the post-treatment process of the ultraviolet pulse laser, and the relatively perfect carbon nanotubes are increased, thereby improving the characteristics thereof.
도7는 처리전후의 탄소 나노튜브의 전기적 특성을 변화를 확인하기 위한 전류-전압을 나타내는 그래프이다. X축은 전압을 인가하여 탄소 나노튜브에서 전자를 방출할 때의 전압을 나타낸다. 이 전압이 낮을 때 전류의 소모를 줄일 수 있어서 전계방출소자(FED)응용에서 가장 중요한 특성이다. 도6a 내지 도6c의 그래프의 결과인 턴온필드(V/㎛:turn-on field)는 각각 아래 표1 내지 표3으로 나타내었다.7 is a graph showing the current-voltage for confirming the change in the electrical properties of carbon nanotubes before and after treatment. The X axis represents the voltage when the electrons are emitted from the carbon nanotubes by applying a voltage. When this voltage is low, current consumption can be reduced, which is the most important characteristic in field emission device (FED) applications. The turn-on fields (V / µm) shown in the graphs of FIGS. 6A to 6C are shown in Tables 1 to 3, respectively.
도6a 내지 6c와 함께 표1 내지 표3의 결과를 통해 자외선 펄스 레이저로 후처리한 탄소나노튜브의 전기적 특성이 크게 향상되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 이러한 결과는 도3 내지 도5의 결과를 확정적으로 뒷받침해주고 있다. 6a to 6c together with the results of Tables 1 to 3, it can be seen that the electrical properties of the carbon nanotubes post-treated with an ultraviolet pulse laser are greatly improved. In addition, these results firmly support the results of FIGS. 3 to 5.
나아가, 본 발명의 실험범위에서는 레이저 스캔 속도가 빠르고, 그 파워가 강할 때에 보다 효과적인 것을 알 수 있다. 즉, 저속에서 처리한 것은 탄소나노튜브가 부분적으로 파괴될 수 있어 전기적 특성의 저하는 야기시킬 수도 있다. Furthermore, in the experimental range of the present invention, it can be seen that the laser scanning speed is faster and more effective when the power is strong. In other words, the treatment at a low speed may cause the carbon nanotubes to be partially destroyed, leading to a decrease in electrical properties.
이상으로 종합해 봤을 때 탄소나노튜브에 자외선 펄스 레이저 후처리조건은강한 레어저 파워와 빠른 스캔속도가 바람직하며, 그 범위는 상기 레이저 파워를 200 내지 600 mJ/㎠범위에서, 스캔속도는 10 내지 30㎜/sec의 범위에서 채용하는 것이 바람직하다.In summary, UV laser post-treatment conditions for carbon nanotubes are preferably a strong laser power and a fast scan speed, the range of the laser power in the range of 200 to 600 mJ / ㎠, the scan speed is 10 to It is preferable to employ | adopt in the range of 30 mm / sec.
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다. As such, the invention is not limited by the embodiments described above and the accompanying drawings, but rather by the appended claims. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that various forms of substitution, modification, and alteration are possible without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 탄소나노튜브의 고유의 물성을 변형시키지 않고, 탄소나노튜브의 오염물질을 간단하며, 효과적이고 경제적으로 제거함으로써 탄소나노튜브의 특성과 응용가능성을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 발명을 통해 얻어진 탄소나노튜브는 차세대 디스플레이 소자인 전계방출소자(FED)에 적극적으로 활용될 수 있으며, 광원으로서 응용가치를 향상시킬 것으로 기대된다.As described above, according to the present invention, it is possible to improve the properties and applicability of carbon nanotubes by simply, effectively and economically removing contaminants of carbon nanotubes without modifying the inherent physical properties of the carbon nanotubes. have. Therefore, the carbon nanotubes obtained through the present invention can be actively used in field emission devices (FEDs), which are next-generation display devices, and are expected to improve application value as light sources.
도1은 본 발명에 채용되는 탄소나노튜브 후처리를 위한 자외선 펄스 레이저를 구비한 진공시스템을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a vacuum system having an ultraviolet pulse laser for carbon nanotube post-treatment employed in the present invention.
도2a 및 도2b는 각각 통상의 PECVD방법을 이용하여 성장된 탄소나노튜브를 나타내는 주사전자 현미경 사진 및 투과전자 현미경 사진이다.2A and 2B are scanning electron micrographs and transmission electron micrographs each showing carbon nanotubes grown using a conventional PECVD method.
도3a 내지 도3d는 본 발명의 실시예에 따라 자외선 펄스 레이저 후처리공정을 실시한 후의 탄소나노튜브를 나타내는 주사전자 현미경 사진이다.3A to 3D are scanning electron micrographs showing carbon nanotubes after performing an ultraviolet pulse laser post-treatment process according to an embodiment of the present invention.
도4a 내지 도4d는 본 발명의 실시예에 따라 자외선 펄스 레이저 후처리공정을 실시한 후 의 탄소나노튜브를 나타내는 투과전자 현미경 사진이다.4A to 4D are transmission electron micrographs showing carbon nanotubes after performing an ultraviolet pulse laser post-treatment process according to an embodiment of the present invention.
도5a 내지 도5b는 자외선 펄스 레이저 파워와 스캔속력의 조건에 따라 본 발명에 따른 후처리공정 전후의 탄소나노튜브을 비교하기 위해 그 성장특징을 측정한 라만 스펙트로스코피 데이터(Raman Spectroscopy data)그래프이다.5A to 5B are Raman Spectroscopy data graphs of growth characteristics of the carbon nanotubes before and after the post-treatment process according to the present invention according to the conditions of the ultraviolet pulse laser power and the scan speed.
도6a 내지 도6c는 자외선 펄스 레이저 파워와 스캔속력의 조건에 따라 본 발명에 따른 후처리공정전후의 탄소나노튜브을 비교하기 위해 그 전기적인 특성을 측정한 전류-전압(I-V) 그래프이다.6A to 6C are current-voltage (I-V) graphs of measuring electrical characteristics thereof in order to compare carbon nanotubes before and after the post-treatment process according to the present invention according to the conditions of ultraviolet pulse laser power and scan speed.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1. 자외선 펄스 레이저 2. 반사 거울1. UV pulse laser 2. Reflective mirror
3. X축 갈바노미터 스캐너 4. Y축 갈바노미터 스캐너3. X-axis galvanometer scanner 4. Y-axis galvanometer scanner
5. X-Y 스캐너 제어부 6. 스캐너 제어용 컴퓨터5. X-Y Scanner Control Unit 6. Scanner Control Computer
7. 쿼츠 글래스(quartz glass) 8. 진공 챔버7. Quartz glass 8. Vacuum chamber
9. 테프론 홀더 10. 펌프 시스템9. Teflon holder 10. Pump system
11. 성장된 탄소 나노튜브 11. Grown Carbon Nanotubes
Claims (9)
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100809194B1 (en) * | 2005-05-11 | 2008-02-29 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Method for manufacturing electron emission source |
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| KR20210008189A (en) * | 2019-07-10 | 2021-01-21 | 한국생산기술연구원 | Method for producing metal oxide nanocomposite |
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2003
- 2003-09-09 KR KR1020030062983A patent/KR20050026580A/en not_active Application Discontinuation
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