KR20050091728A - 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법 - Google Patents

Abstract

단파장의 광을 카본 나노튜브에 조사하고, 특정의 전자상태의 카본 나노튜브를 여기상태로 하여, 산소 또는 산화제에 의해 여기상태인 카본 나노튜브를 산화시키고 또한 연소시켜서 소멸시킴으로써, 소멸하는 카본 나노튜브와 다른 구조를 갖는 카본 나노튜브를 선택적으로 얻어서, 특정의 구조를 갖는 카본 나노튜브를 선택적으로 얻는 방법으로 한다.

Description

광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법{METHOD OF SELECTING STRUCTURE OF CARBON NANOTUBE THROUGH PHOTOIRRADIATION}

본 출원의 발명은, 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법에 관한 것이다. 또한 상세하게는, 본 출원의 발명은, 광조사 및 저온에서의 연소에 의해 특정한 구조의 카본 나노튜브만을 선택적으로 얻을 수 있는, 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법에 관한 것이다.

카본 나노튜브는, 발견된 이래, 전자반도체, 전자장치 혹은 그 외의 분야에의 응용이 강하게 기대되고 있고, 많은 연구자에 의해 여러가지 연구가 행해지고 있다.

카본 나노튜브 중, 예컨대 단층 카본 나노튜브는 탄소의 육각 원환으로 이루어지는 1장의 그래파이트 시트를 통형상으로 감은 형상을 갖고 있고, 그 그래파이트 시트의 감는 방법, 즉 카본 나노튜브의 직경이나 키라리티(나선도)에 따라 카본 나노튜브의 도전성이 전혀 다르고, 금속 혹은 반도체로 되는 것이 알려져 있다.

그러나, 지금까지의 카본 나노튜브의 제조방법에서는 생성하는 카본 나노튜브의 직경이나 키라리티를 제어하는 것은 불가능하며, 불균일한 것밖에 얻을 수 없었기 때문에, 그들 직경이나 키라리티에 의한 카본 나노튜브의 도전성의 차이를 충분히 살리는 것은 불가능하였다.

한편, 최근, 광조사는 화학반응을 촉진시키는 것이 가능한 것을 알 수 있게 되었고, 최근에는 풀러렌의 반응이 광여기의 보조에 의해 행해진다는 것도 발견되어 있다. 이들 사실에 의해 광조사가 단층 카본 나노튜브(SWNTs)의 화학반응에 어떠한 영향을 줄 가능성이 있다라고 생각되지만, 지금까지 광조사에 의한 단층 카본 나노튜브의 화학반응에의 영향은 완전 미지의 것이었다.

그래서, 본 출원의 발명은, 이상에서 설명한 바와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 종래기술의 문제점을 해소하고, 특정 구조의 카본 나노튜브를 선택적으로 연소하여 소멸시킴으로써, 소멸되는 카본 나노튜브와 다른 구조를 갖는 카본 나노튜브를 선택적으로 얻는 방법을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

도 1은 본 발명의 실시예의 라만 스펙트럼을 예시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예의 흡수 스펙트럼을 예시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예의 라만 스펙트럼을 예시한 도면이다.

본 출원의 발명은, 상기의 과제를 해결하는 것으로서, 우선 제1에는, 단파장의 광을 카본 나노튜브에 조사하고, 특정한 전자상태의 카본 나노튜브를 여기상태로 하여, 산소 또는 산화제에 의해 여기상태인 카본 나노튜브를 산화시키고 또한 연소시켜서 소멸시킴으로써, 소멸되는 카본 나노튜브와 다른 구조를 갖는 카본 나노튜브를 선택적으로 얻는 것을 특징으로 하는 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법을 제공한다.

제2에는, 본 출원의 발명은, 제 1 발명에 있어서, 0℃이상 500℃이하의 온도에서 여기상태인 카본 나노튜브를 산화시키고 또한 연소시켜서 소멸시키는 것을 특징으로 하는 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법을 제공한다.

제3에는, 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 산화제가, 과산화수소수, 질산 또는 과망간산 칼륨인 것을 특징으로 하는 카본 나노튜브의 구조선택법을 제공한다.

제4에는, 제 1 내지 제 3 중 어느 하나의 발명에 있어서, 카본 나노튜브에 다른 파장의 광을 각각 조사하고, 각각의 광의 파장에 대응한 특정한 구조를 갖는 카본 나노튜브를 선택적으로 산화시키고 또한 연소시켜서 소멸시키는 것을 특징으로 하는 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법을 제공한다.

또한, 제5에는, 제 1 내지 제 3 중 어느 하나의 발명에 있어서 카본 나노튜브에 복수의 다른 파장의 광을 순차적으로 조사함으로써, 특정한 구조를 갖는 카본 나노튜브만을 선택적으로 얻는 것을 특징으로 하는 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법을 제공한다.

또한, 제6에는, 제 1 내지 제 5 중 어느 하나의 발명에 있어서, 카본 나노튜브가 단층 카본 나노튜브인 것을 특징으로 하는 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법도 제공한다.

본 출원의 발명은 상기와 같은 특징을 가지는 것이지만, 이하에 그 실시형태에 대해서 설명한다.

본 출원의 발명의 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법은, 단파장의 광을 카본 나노튜브에 조사하고, 특정한 전자상태의 카본 나노튜브가 광을 흡수해서 여기상태로 되고, 산소 또는 산화제에 의해 그 여기상태인 카본 나노튜브를 산화시키고 또한 연소시켜서 소멸시킴으로써, 소멸되는 카본 나노튜브와 다른 구조를 갖는 카본 나노튜브만을 선택적으로 얻는 것을 큰 특징으로 하고 있다. 이 때 0℃이상 500℃이하의 온도에서 여기상태인 카본 나노튜브를 바람직하게 산화시키고 또한 연소시켜서 소멸시킬 수 있다.

즉 카본 나노튜브에 단파장의 광을 조사함으로써, 0℃이상 500℃이하의 저온에서 특정한 구조를 갖는 카본 나노튜브만을 연소해서 소멸시킬 수 있고, 결과적으로 그 소멸하는 카본 나노튜브와는 다른 구조를 갖는 카본 나노튜브를 선택적으로 얻을 수 있는 것이다.

또한, 이 때 카본 나노튜브에 조사하는 광으로서는, 단파장의 광이면 어떠한 광이어도 되고, 레이저광이어도, 또한 비레이저광이어도 된다. 또한, 카본 나노튜브를 산소에 의해 산화시킬 경우에는 카본 나노튜브가 산화가능한 정도의 산소가 존재하는 분위기중이면 되고, 예컨대 공기중 등, 산소만이 아닌 분위기중이어도 된다. 또한, 산소를 함유한 분위기중에 있어서는 100℃~500℃의 온도범위에서 특정한 구조의 카본 나노튜브를 연소시킬 수 있다.

또한 한편, 카본 나노튜브를 산화시키는 산화제로서는, 임의의 산화제를 이용할 수 있지만, 특히 과산화수소수, 질산 또는 과망간산 칼륨을 적합하게 이용할 수 있고, 예컨대 과산화수소수(농도 1~30%)를 이용한 경우, 0~100℃의 범위에서 특정한 구조의 카본 나노튜브를 연소시켜 소멸시킬 수 있다.

상기와 같이, 본 출원의 발명의 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법은, 카본 나노튜브에 단파장의 광을 조사함으로써 특정한 구조를 갖는 카본 나노튜브를 여기시켜서 그 산화를 촉진시킬 수 있고, 그것에 의해 저온의 가열로 여기된 카본 나노튜브를 연소시켜 소멸시킬 수 있으므로, 소멸되지 않고 남은 카본 나노튜브를 손상시키는 일이 없고, 양질의 특정한 구조의 카본 나노튜브를 얻을 수 있는 것이다.

또한 본 출원의 발명의 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법에 있어서는, 카본 나노튜브에 다른 파장의 광을 각각 조사하고, 각각의 광의 파장에 대응한 특정한 구조를 갖는 카본 나노튜브를 선택적으로 산화시키고 또한 연소시켜서 소멸시킴으로써, 적절하게 필요한 구조의 카본 나노튜브를 선택적으로 얻는 것이 가능하게 된다.

또한, 카본 나노튜브에 복수의 다른 파장의 광을 순차적으로 조사함으로써, 1개의 파장의 광을 조사할 경우보다 더욱 한정된 특정한 구조를 갖는 카본 나노튜브만을 선택적으로 얻을 수 있다.

상기와 같은 방법을 사용함으로써, 금속 혹은 반도체라는, 필요로 하는 전기특성을 갖는 카본 나노튜브를 용이하게 선택적으로 얻을 수 있는 것이다.

또한, 특히 본 출원의 발명의 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법은, 단층 카본 나노튜브에 대해서 적합하게 행할 수 있고, 용이하고 또한 확실하게 필요로 하는 전기특성을 갖는 특정한 구조의 단층 카본 나노튜브를 얻을 수 있는 것이다.

이하, 첨부한 도면에 따라 실시예를 나타내고, 본 출원의 발명의 실시형태에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 물론, 본 발명은 이하의 예에 한정되는 것은 아니고, 세부에 대해서는 여러가지 형태가 가능한 것은 말할 필요도 없다.

<실시예1>

고압에 있어서 일산화탄소를 가열해서 카본 나노튜브를 합성하는 방법(CO+CO+C+CO₂)인 Hipco법에 의해 생성된 단층 카본 나노튜브를 HCl로 처리해서 Fe를 제거후, 공기중에 있어서 파장 370㎚, 420㎚, 500㎚, 620㎚의 광을 이용하여 각각 온도 320℃에서 2시간 광조사하였다.

이들 라만 스펙트럼을 도 1에 나타낸다. 광조사 없음의 경우와 비교해서 알 수 있듯이 파장 370㎚의 광은 단층 카본 나노튜브의 산화에는 전혀 영향을 주지 않았지만, 다른 파장의 광은 어느 특정한 구조의 단층 카본 나노튜브의 산화를 촉진시켰다. 단층 카본 나노튜브에 파장 420㎚의 광이 조사된 경우, 라만 스펙트럼이 나타내고 있는 바와 같이 직경 0.96㎚와 직경 1.0㎚의 단층 카본 나노튜브는 완전하게 소멸하고, 1.1㎚와 1.2㎚의 직경의 것은 소멸하지 않고 남았다. 파장 500㎚의 광으로 조사한 경우, 직경이 약 1.0㎚와 약 1.1㎚의 단층 카본 나노튜브는 소멸했지만, 한편으로 이 경우, 직경 약 1.35㎚와 약 1.56㎚의 2개의 새로운 단층 카본 나노튜브가 나타났다.

또한, 파장 620㎚의 광을 이용하여 광조사를 행한 결과, 직경 약 1.2㎚의 단층 카본 나노튜브만이 남고, 다른 직경의 카본 나노튜브는 소멸했다. 또한 X선 광전자분광법(XPS)으로부터 HiPco법에 의해 형성된 모든 시료 중의 산소농도나 C와 0의 화학결합의 종류는, 다른 파장의 광의 조사 또는 광조사 없음에도 거의 동일한 결과인 것이 나타내졌다. 이것에 의해 소멸된 단층 카본 나노튜브는, 산소와의 화학반응이나 카르보닐이나 카르복실 화합물의 형성 대신에 선택적으로 연소된 것을 알 수 있었다.

다음에 도 2에 광조사 없음의 경우 및 파장 370㎚, 420㎚, 500㎚, 620㎚의 광을 이용하여 각각 온도 320℃에서 30분간 광조사한 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸다. 이 흡수 스펙트럼은 광조사가 밴드 S₁₁의 피크(제1중간체 천이에 상당)에 영향을 주지 않는 것을 나타내고 있지만, 1.37eV의 S₂₂(제2중간체 천이에 상당)의 피크 강도는 직경 1.2㎚의 단층 카본 나노튜브에 상당하고, 그 강도는 420㎚, 500㎚ 또는 620㎚의 광의 조사후에 증대하고, 1.5eV와 1.63eV의 S₂₂의 피크 강도(직경 1.1㎚와 1. O㎚의 단층 카본 나노튜브에 상당한다)는 감소하고 있다.

이들 결과는, 광조사가 단층 카본 나노튜브의 산화를 촉진하고 있는 것을 나타내고 있고, 특정한 파장의 광은 선택적으로 특정한 구조의 단층 카본 나노튜브를 산화하여 연소시켜 소멸시킨 것을 의미하고 있다.

<실시예2>

다음에 실시예1과 마찬가지의 방법으로 생성된 단층 카본 나노튜브를 과산화수소수 중에 넣고, 100℃의 과산화수소수 중에 있어서, 파장 488㎚의 광을 이용하여 2분간 광조사하였을 때의 라만 스펙트럼을 도 3에 나타낸다. 또한 비교를 위해서, 단층 카본 나노튜브를 100℃의 과산화수소수 중에 넣은 상태에서 광조사 없음의 경우의 라만 스펙트럼도 마찬가지로 도 3 중에 나타낸다.

도 3으로부터 명확해지는 바와 같이 파장 488㎚의 광조사를 행한 경우, 200cm^-1의 피크가 감소하고 있는 것에 대해서, 광조사 없음의 경우에는 과산화수소수에 의한 처리 전후에는 라만 스펙트럼의 변화가 보여지지 않았다.

따라서, 이 실험결과로부터 과산화수소수와 같은 산화제를 이용한 경우에도, 광조사가 단층 카본 나노튜브의 산화를 촉진하고 있는 것을 나타내고 있고, 특정한 파장의 광은 선택적으로 특정한 구조의 단층 카본 나노튜브를 산화해 연소시켜 소멸시킨 것을 의미하고 있다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 출원의 발명에 의해, 광조사 및 저온에서의 연소에 의해 특정한 구조의 카본 나노튜브만을 선택적으로 얻을 수 있는, 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법이 제공된다.

Claims (6)

1. 단파장의 광을 카본 나노튜브에 조사하고, 특정한 전자상태의 카본 나노튜브를 여기상태로 해서, 산소 혹은 산화제에 의해 여기상태인 카본 나노튜브를 산화시키고 또한 연소시켜서 소멸시킴으로써 소멸하는 카본 나노튜브와 다른 구조를 갖는 카본 나노튜브를 선택적으로 얻는 것을 특징으로 하는 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법.
2. 제1항에 있어서, 0℃이상 500℃이하의 온도에서 여기상태인 카본 나노튜브를 산화시키고 또한 연소시켜서 소멸시키는 것을 특징으로 하는 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산화제가, 과산화수소수, 질산 또는 과망간산 칼륨인 것을 특징으로 하는 카본 나노튜브의 구조선택법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 카본 나노튜브에 다른 파장의 광을 각각 조사하고, 각각의 광의 파장에 대응한 특정한 구조를 갖는 카본 나노튜브를 선택적으로 산화시키고 또한 연소시켜서 소멸시키는 것을 특징으로 하는 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 카본 나노튜브에 복수의 다른 파장의 광을 순차적으로 조사함으로써 특정한 구조를 갖는 카본 나노튜브만을 선택적으로 얻는 것을 특징으로 하는 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 카본 나노튜브가 단층 카본 나노튜브인 것을 특징으로 하는 광조사에 의한 카본 나노튜브의 구조선택법.