KR20050098567A - Ion generator using carbon nano tip and menufacturing method thereof - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온 발생장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 탄소 나노튜브나 탄소 나노섬유와 같이 나노크기의 팁을 가지는 물질을 음이온 발생장치의 음전극으로 이용한 탄소 나노팁을 이용한 이온 발생장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 종래 이온 발생장치 중에서 전자 제품이나 크기와 비용이 높지 않은 산업 장비에 사용되는 이온 발생장치는 대부분 코로나 방전 방식과 전자 방사 방식을 이용하게 되는데, 이온 발생의 핵심이 되는 팁을 금속과 같은 도전성 물질을 물리적으로 가공하여 형성하거나 와이어 형태의 것을 사용하기 때문에 팁의 반경을 줄이는데 한계를 가지며, 상기 팁의 크기로 인해 이온 발생 장치의 전체 크기가 커지고 소모되는 전력이 커지는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 나노 크기의 팁 반경을 가지는 탄소 나노튜브나 탄소 나노섬유를 이용하여 이온 방출팁을 형성하도록 한 후, 이를 이용하여 코로나 방전 방식이나 전자 방사 방식의 이온 발생장치를 구현함으로써, 작은 면적과 전압으로 많은 이온 발생이 가능한 이온 발생 장치를 저렴하게 제공할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to an ion generating device and a method for manufacturing the same, in particular, an ion generating device using a carbon nano tip using a nano-sized tip, such as carbon nanotubes or carbon nanofibers, as a negative electrode of the anion generating device and its manufacture It is about a method. Among the ion generators, ion generators used in electronic products or industrial equipments of which size and cost are not high are mostly used for corona discharge and electron radiation. The tip of the ion generator is a conductive material such as metal. Physically processed or formed in the form of a wire has a limit in reducing the radius of the tip, the size of the tip has a problem that the total size of the ion generating device and the power consumed increases. In order to solve the above problems, the present invention is to form an ion emitting tip using a carbon nanotube or carbon nanofibers having a nano-sized tip radius, and using this to generate ions of the corona discharge method or electron emission method By implementing the device, it is possible to provide an ion generating device which can generate a large amount of ion with a small area and voltage at a low cost.

Description

탄소 나노팁을 이용한 이온 발생장치 및 그 제조 방법{ION GENERATOR USING CARBON NANO TIP AND MENUFACTURING METHOD THEREOF}ION GENERATOR USING CARBON NANO TIP AND MENUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 이온 발생장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 탄소 나노튜브나 탄소 나노섬유와 같이 나노크기의 팁을 가지는 물질을 음이온 발생장치의 음전극으로 이용한 탄소 나노팁을 이용한 이온 발생장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an ion generating device and a method for manufacturing the same, in particular, an ion generating device using a carbon nano tip using a nano-sized tip, such as carbon nanotubes or carbon nanofibers, as a negative electrode of the anion generating device and its manufacture It is about a method.

최근 매연과 황사등과 같은 공기 오염에 의한 문제들이 심각해 짐에 따라 보다 쾌적하고 신선한 공기에 대한 관심이 높아지고 있다. 오염된 공기에 의해 각종 호흡기 질환이나 알레르기 반응을 나타내는 사람들이 증가함에 따라 공기의 질을 높이기 위한 수단으로 음이온을 발생시켜 오염된 공기를 정화하고자 하는 시도가 여러 방면에 걸쳐 다양하게 실시되고 있다. Recently, as the problems caused by air pollution such as soot and yellow dust become serious, interest in more comfortable and fresh air is increasing. As people with various respiratory diseases or allergic reactions are caused by polluted air, various attempts have been made to purify polluted air by generating negative ions as a means to improve air quality.

음이온이란 공기중의 산소나 질소 등의 분자가 음의 전하를 갖고 있는 상태를 의미하며, 이러한 음이온은 인체에 매우 유익할뿐만 아니라 먼지 및 냄새 제거에도 효과가 있음이 보고되어 근래에는 공기청정기뿐만 아니라, 헤어드라이어, 정수기 등과 같은 대부분의 가전제품에 이온 발생장치를 부착하여 판매를 하고 있다. Anion means a state in which molecules such as oxygen and nitrogen in the air have a negative charge, and these anions are reported to be very beneficial to the human body as well as to remove dust and odors. Most home appliances such as hair dryers and water purifiers are sold with ion generators.

그리고, 이러한 이온 발생장치는 개인용 컴퓨터(PC)의 메모리나 하드디스크(hard disk) 등과 같이 정전기에 민감한 여러 소자들을 제조하는 과정에서 정전기를 제거하기 위해서도 사용되고 있다.In addition, such an ion generating device is also used to remove static electricity in the process of manufacturing a variety of static-sensitive devices, such as a memory or a hard disk (PC) of a personal computer (PC).

현재까지 알려져 있는 이온 발생장치는 주로 코로나 방전 방식, 전자 방사 방식, 레나-드 효과를 이용한 방식, 그리고 α선 이용 방식을 이용한다.The ion generating devices known to date mainly use a corona discharge method, an electron emission method, a method using a lena-de effect, and an α-ray method.

상기 방식들 중에서 레나-드 효과 방식은 물을 세차게 분출시켜 물방울을 양전하로 대전시킴으로써 그 주변의 공기를 음이온으로 만드는 방식으로, 이러한 방식으로 만들어진 음이온은 수명이 길고 유독한 부산물이 생성되지 않는 장점이 있지만 장치가 대단히 커지기 때문에 비용이 큰 문제점이 있어 수요가 많지 않다. Among the above methods, the lena-de effect method ejects water intensively and charges water droplets to positive charges, thereby making the surrounding air into negative ions. However, because the device is very large, the cost is a big problem is not in demand.

그리고, α선 이용 방식은 이온화 효과가 있는 α선을 방출하는 플로늄(polonium)-210 원자핵을 이용하여 음이온을 만드는 방식으로, 이 방법은 동일한 수의 양이온과 음이온을 생성하기 때문에 정전기를 제거하기 위한 목적으로 산업 현장에서 사용된다. In addition, the method of using the α-rays produces anions using the polonium-210 nucleus that emits the α-rays having an ionizing effect. This method generates the same number of cations and anions, thus eliminating static electricity. Used for industrial purposes.

상기 방식들 중에서 코로나 방전 방식과 전자 방사 방식의 이온 발생장치는 크기와 제조 비용이 낮으므로 각종 가전 제품에 적용되는 방식이다. Among the above methods, the corona discharge method and the electron emission type ion generating device have low size and manufacturing cost, and thus are applied to various home appliances.

도 1은 상기 코로나 방전방식과 전자 방사방식의 이온 발생 원리를 보인 것이다. Figure 1 shows the ion generation principle of the corona discharge method and the electron emission method.

먼저, 도 1a는 코로나 방전방식 이온발생장치의 동작 원리를 보인 것으로, 도시된 바와 같이 첨단 부분이 첨예한 팁(tip) 쪽에 고전압을 인가하고 일정한 이격 거리에 접지 전극을 형성한다. 그로인해, 상기 팁과 접지 전극 사이의 공기에 인가 전압이 높아지면 절연이 깨지면서 양극 사이에서 방전이 일어나 전류가 흐르고 빛이나 소리를 내게 되는데 이때 공기의 분자가 이온화 되면서 이온이 발생한다. 이러한 코로나 방전방식은 음이온을 발생시키는 가장 경제적인 방법이다.First, FIG. 1A illustrates an operating principle of a corona discharge type ion generating device. As shown in FIG. 1A, a high voltage is applied to a sharp tip and a ground electrode is formed at a predetermined distance. As a result, when the voltage applied to the air between the tip and the ground electrode becomes high, the insulation is broken and a discharge occurs between the anodes so that current flows and emits light or sound. At this time, ions are generated as the molecules of the air ionize. This corona discharge method is the most economical way to generate negative ions.

도 1b는 전자 방사식 이온발생장치의 동작 원리를 보인 것으로, 도시된 바와 같이 첨단 부분이 첨예한 팁(tip)에 펄스성의 고전압을 가하여 공기 중에 직접 전자를 방출하는 방식으로, 방출된 전자가 주위의 공기분자와 결합하여 음이온을 만드는 방식이다. 이는 코로나 방전방식에 비해 음이온 생성량이 아주 많은 것이 장점이며, 방전 면적을 작게 하는 것으로 오존의 발생량을 억제할 수 있다.Figure 1b shows the principle of operation of the electron-emitting ion generating device, as shown in the tip of the tip of the tip (tip) by applying a pulsed high voltage to emit electrons directly in the air, the emitted electrons around It is a method of making anions by combining with air molecules. This is advantageous in that the amount of negative ions generated is larger than that of the corona discharge method, and the amount of generated ozone can be suppressed by reducing the discharge area.

도 2는 종래 공기청정기의 대표적인 구조를 나타낸 것으로, 공기 청정기와 같은 가전제품에서 가장 많이 쓰이는 경제적인 코로나 방전방식을 이용한다.Figure 2 shows a typical structure of a conventional air cleaner, using the economical corona discharge method most commonly used in home appliances such as air cleaners.

도시된 바와 같이, 방전팁(10)과 접지 전극(20)을 절연 상태로 배치한 구조를 가진다. 경우에 따라서는 도 2b와 같이 펜(30)을 더 구비하여 공기를 강제 순환하도록 하는 구조를 가진 것도 있다. As shown in the drawing, the discharge tip 10 and the ground electrode 20 are disposed in an insulated state. In some cases, as shown in FIG. 2B, a pen 30 may be further provided to force circulation of air.

일반적으로, 공기 중에 고전압을 인가하기 위해서는 끝이 뾰족한 팁을 갖는 물질을 방전팁(10)으로 이용하는데, 이는 같은 전압을 걸어주더라도 팁 끝의 반경이 작을수록 팁 끝에 더 높은 전압이 인가되기 때문이다. 이와 같은 원리는 전자 방사식에서도 마찬가지로 적용된다. 기존에는 이러한 팁으로 인위적으로 끝을 뾰족하게 한 물질을 이용하거나 와이어(wire)형태의 팁을 이용하였다. 하지만 물리적으로 가공하여 제조한 팁의 경우 팁 끝의 반경을 작게 하는 데는 한계가 존재하게 된다. 따라서, 팁의 물리적인 크기에 의해 면적당 발생시킬 수 있는 이온의 양이 작고, 부피가 커지며 소모되는 전력 역시 커지게 되는 한계를 가질 수 밖에 없다.In general, in order to apply a high voltage to the air, a material having a sharp tip is used as the discharge tip 10, because the smaller the tip radius, the higher the voltage is applied to the tip end even if the same voltage is applied. to be. The same principle holds true for electrospinning. Conventionally, these tips have used artificially pointed materials or wire-type tips. However, in the case of physically processed tips, there is a limit in reducing the radius of the tip tip. Therefore, due to the physical size of the tip, the amount of ions that can be generated per area is small, bulky and power consumption is bound to have a limit.

상기한 바와같이 종래 이온 발생장치 중에서 전자 제품이나 크기와 비용이 높지 않은 산업 장비에 사용되는 이온 발생장치는 대부분 코로나 방전 방식과 전자 방사 방식을 이용하게 되는데, 이온 발생의 핵심이 되는 팁을 금속과 같은 도전성 물질을 물리적으로 가공하여 형성하거나 와이어 형태의 것을 사용하기 때문에 팁의 반경을 줄이는데 한계를 가지며, 상기 팁의 크기로 인해 이온 발생 장치의 전체 크기가 커지고 소모되는 전력이 커지는 문제점이 있었다.As mentioned above, most of the ion generators used in electronic products or industrial equipments of which size and cost are not high are corona discharge and electron radiating methods. Since the same conductive material is formed by physically processing or using a wire form, there is a limit in reducing the radius of the tip, and the size of the tip increases the overall size of the ion generating device and increases the power consumed.

상기한 바와같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해 본 발명은, 나노 크기의 팁 반경을 가지는 탄소 나노튜브나 탄소 나노섬유를 이용하여 이온 방출팁을 형성하도록 한 후, 이를 이용하여 코로나 방전 방식이나 전자 방사 방식의 이온 발생장치를 구현함으로써 작은 면적과 전압으로 많은 이온 발생이 가능하도록 한 탄소 나노팁을 이용한 이온 발생장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In order to solve the conventional problems as described above, the present invention is to form an ion emitting tip using carbon nanotubes or carbon nanofibers having a nano-sized tip radius, and then using the corona discharge method or electron emission It is an object of the present invention to provide an ion generating device using a carbon nanotip and a method of manufacturing the same by realizing the ion generating device of the type to enable the generation of a large number of ions with a small area and voltage.

상기한 바와같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 구조물 지지 및 절연을 위한 기판과; 상기 기판 상에 탄소 나노튜브 또는 탄소 나노섬유를 이용하여 나노크기의 팁 부분이 공기 중에 돌출되도록 형성한 음전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a substrate for supporting and insulating a structure; It characterized in that it comprises a negative electrode formed on the substrate using a carbon nanotube or carbon nanofibers to protrude nano-size tip portion in the air.

상기 음전극을 형성한 탄소 나노팁 상부에 상기 탄소 나노팁과 전기적으로 이격되면서 형성된 매쉬형 접지 전극을 더 포함하며, 상기 음전극에는 높은 직류 음전압이 제공되는 것을 특징으로 한다.And a mesh-type ground electrode formed on the carbon nanotip on which the negative electrode is formed while being electrically spaced apart from the carbon nanotip, wherein the negative electrode is provided with a high DC negative voltage.

상기 음전극을 형성한 탄소 나노팁으로부터 전자가 공기중에 방출되도록 상기 음전극에 펄스성 고전압이 제공되는 것을 특징으로 한다.A pulsed high voltage is provided to the negative electrode so that electrons are emitted into the air from the carbon nanotip forming the negative electrode.

또한, 본 발명은 대량 생산되어 정재된 탄소 나노튜브 또는 탄소 나노섬유 절편을 도전성 페이스트와 혼합하여 탄소 나노팁 페이스트를 형성하는 단계와; 상기 형성된 페이스트를 기판 상에 성막한 후 열처리하여 상기 페이스트에 혼합된 탄소 나노팁의 일부가 페이스트 표면 위에 노출되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention comprises the steps of mixing the mass produced and purified carbon nanotube or carbon nanofiber segments with a conductive paste to form a carbon nanotip paste; And depositing the formed paste on a substrate, followed by heat treatment, so that a portion of the carbon nanotips mixed in the paste is exposed on the paste surface.

그리고, 본 발명은 방전 전극을 가지는 기판 구조물을 형성하는 단계와; 상기 형성된 방전 전극 상부 일부에 촉매 이전금속층을 형성하는 단계와; 상기 형성된 촉매 이전금속층 상부에 탄소 나노튜브를 화학 기상 증착 방식으로 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention includes forming a substrate structure having a discharge electrode; Forming a catalyst transfer metal layer on an upper portion of the formed discharge electrode; And depositing carbon nanotubes on the formed catalyst transfer metal layer by chemical vapor deposition.

상기한 바와같은 본 발명을 첨부한 도면들을 참고하여 상세히 설명할 것이며, 그 전에 본 발명에서 핵심이 되는 이온 방전팁에 관해 설명하도록 한다. The present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and before the ion discharge tip which is the core of the present invention will be described.

이미 언급한 바 있지만, 방전팁의 반경을 줄이게 되면 방전을 위한 구동 전압이 낮아지며 면적당 생성할 수 있는 이온의 수가 증가하기 때문에 이온 발생의 효율을 높이기 위해서는 가능한 한 방전팁의 반경을 줄여야 한다. 따라서, 자연적으로 존재하는 팁 물질 중에 나노 크기를 가지는 탄소 나노팁(탄소 나노튜브, 탄소 나노 섬유)을 이용한 이온 발생장치를 제안하고자 한다. As mentioned previously, reducing the radius of the discharge tip lowers the driving voltage for discharge and increases the number of ions generated per area, so the radius of the discharge tip should be reduced as much as possible to increase the efficiency of ion generation. Accordingly, an ion generator using carbon nanotips (carbon nanotubes, carbon nanofibers) having nano-sizes among naturally occurring tip materials is proposed.

상업적으로 사용되고 있는 물질 중에소 탄소 나노팁으로 사용할 수 있는 것으로는 탄소 나노섬유와 탄소 나노튜브가 있다. Among the commercially available materials, small carbon nanotips can be used as carbon nanofibers and carbon nanotubes.

탄소나노튜브는 1991년 발견된 것으로, 그 특성은 우선 형태상으로 매우 큰 종횡비(aspect ratio: ~1000)를 갖고 있고, 튜브의 직경과 구조에 따라 도체 또는 반도체의 특성을 보이며, 도체의 탄소나노튜브의 경우 매우 우수한 전기전도도를 갖는다고 보고 되었고, 또한 매우 강한 기계적 강도, 테라 단위의 영률 (Young modulus), 우수한 열전도도 등의 특성을 갖고 있다. 이러한 탄소나노튜브는 기판 상에 수직으로 성장 시킬 수 있으며, 전도성 페이스트(paste)와 결합하여 스크린 프린팅 또는 도포(spray) 등의 방법으로 기판에 도포시킨 후 열처리하여 사용된다. Carbon nanotubes were discovered in 1991, and their characteristics have a very large aspect ratio (~ 1000) in shape, and show the characteristics of conductors or semiconductors depending on the diameter and structure of the tubes. The tube has been reported to have a very good electrical conductivity, and also has very strong mechanical strength, Young's modulus of the terra unit, and excellent thermal conductivity. The carbon nanotubes can be grown vertically on the substrate, and are used by heat treatment after coating the substrate by a method such as screen printing or spraying in combination with a conductive paste.

먼저, 탄소 나노튜브를 성장시키는 방법은 반도체 공정에서 사용되는 일반적인 화학기상증착법을 통해 이루어진다. 화학기상증착법을 통하여 탄소나노튜브를 성장시키는 위해서는 촉매금속이 필요한데, 일반적으로 사용하는 것이 니켈, 코발트, 철 등의 금속이다. 이들 금속을 기판 위에 증착한 후, 탄소가 포함된 가스(탄화수소 가스 또는 일산화 탄소 가스)를 고온 또는 플라즈마 내에 흘려주면 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있다. First, a method of growing carbon nanotubes is performed through a general chemical vapor deposition method used in a semiconductor process. In order to grow carbon nanotubes through chemical vapor deposition, a catalytic metal is required, and metals such as nickel, cobalt, and iron are generally used. After depositing these metals on the substrate, the carbon nanotubes can be grown by flowing a gas containing carbon (hydrocarbon gas or carbon monoxide gas) in a high temperature or plasma.

그리고, 탄소 나노튜브를 전도성 페이스트와 결합하여 사용하는 방법은, 대량생산으로 저가로 제작된 탄소나노튜브를 정제하여 이를 금속 또는 도전성 폴리머 등의 전도성 페이스트와 결합한 후, 스크린 프린팅, 도포법 또는 디핑법(dipping)등으로 기판에 도포시키는 방법이다. 이는 제작 공정상에 가격이 비싼 반도체 공정이 필요하지 않기 때문에 생산 비용이 저렴하다. In addition, a method of using carbon nanotubes in combination with a conductive paste is to purify carbon nanotubes produced at low cost by mass production, combine them with conductive pastes such as metals or conductive polymers, and then screen printing, coating or dipping methods. It is a method of apply | coating to a board | substrate by dipping. This is a low production cost because no expensive semiconductor process is required for the fabrication process.

탄소 나노팁으로 사용될 수 있는 또다른 소재인 탄소 나노섬유는 이미 오래전부터 다양한 방식으로 응용되는 소재로서, 대량 생산이 가능하며 탄소 나노튜브에 비해 제조 가격이 크게 낮다.Carbon nanofibers, another material that can be used as carbon nanotips, have already been applied in various ways for a long time, can be mass-produced, and are much lower in manufacturing cost than carbon nanotubes.

따라서, 본 발명에서는 코로나 방전방식 및 전자 방사 방식의 이온 발생기에 사용되는 음전극 팁으로 나노크기 (수nm~수십nm)의 반경을 갖는 탄소나노튜브나 탄소 나노섬유를 이용하고자 한다. 이를 통해 더 작은 전압에서 이온 발생이 이루어 질 수 있으며, 작은 면적에 무수히 많은 팁들이 존재하게 되어 다량의 이온 발생이 가능해 지게 되므로 이온 발생의 효율이 대단히 높아지게 된다.Therefore, the present invention intends to use carbon nanotubes or carbon nanofibers having a radius of nano size (several nm to several tens nm) as the negative electrode tip used in the corona discharge method and the electron emission type ion generator. As a result, ion generation can be performed at a smaller voltage, and numerous tips exist in a small area, thereby enabling a large amount of ion generation, thereby greatly increasing the efficiency of ion generation.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보인 수순 단면도로서, 식각을 통해 접지 전극을 형성하고, 증착 기법을 통해 탄소 나노튜브를 성장시켜 음전극을 형성는 코로나 방전 방식의 이온 발생장치를 제조하는 과정이다. 3A to 3E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an embodiment of the present invention, in which a ground electrode is formed by etching and carbon nanotubes are grown by deposition to form a negative electrode, thereby producing a corona discharge type ion generator. It's a process.

먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이 기판(100) 상에 차례로 방전 전극(110), 절연층(120), 접지 전극(130)을 형성한다. First, as illustrated in FIG. 3A, the discharge electrode 110, the insulating layer 120, and the ground electrode 130 are sequentially formed on the substrate 100.

그리고, 도 3b에 도시한 바와 같이 이후 형성될 탄소 나노튜브로부터 방출되는 전자가 투과할 영역을 접지 전극(130)에 형성하기 위해 포토레지스트 패턴(PR)을 상기 접지 전극(130) 상부에 형성한다. As shown in FIG. 3B, a photoresist pattern PR is formed on the ground electrode 130 to form a region in the ground electrode 130 through which electrons emitted from the carbon nanotubes to be subsequently formed are transmitted. .

그리고, 도 3c에 도시한 바와 같이 상기 포토레지스트 패턴(PR)을 마스크로 하여 상기 접지 전극(130)을 식각하여 패턴을 형성하고, 노출되는 절연층(120)을 식각하여 방전 전극(110)을 일부 노출시킨다. 3C, the ground electrode 130 is etched using the photoresist pattern PR as a mask to form a pattern, and the exposed insulating layer 120 is etched to form the discharge electrode 110. Some exposure.

그리고, 도 3d에 도시한 바와 같이 상기 노출된 방전 전극(110) 상부에 니켈, 코발트, 철 등의 금속을 이용하여 촉매 이전금속층(140)을 형성하고, 그 상부에 화학 기상 증착 방법으로 탄소 나노튜브(150)를 성장시킨다.As shown in FIG. 3D, the catalyst transfer metal layer 140 is formed on the exposed discharge electrode 110 by using a metal such as nickel, cobalt, iron, and the like, and the carbon nanomaterial is formed on the upper portion of the discharge electrode 110 by a chemical vapor deposition method. The tube 150 is grown.

이를 통해 나노 크기의 팁을 가지는 탄소 나노튜브(150)를 팁으로 하는 음전극(110, 140, 150)을 형성하면서, 그 상부에 접지 전극(130)을 형성할 수 있다. As a result, the negative electrodes 110, 140, and 150 having the tip of the carbon nanotubes 150 having the nano-sized tip may be formed, and the ground electrode 130 may be formed thereon.

도 3e는 상기와 같이 형성한 접지 전극(130)과 탄소 나노튜브(150) 팁의 실제 사진을 보인 것이다. 도시한 바와 같이, 미세한 영역에 대단히 많은 음전극 팁을 형성할 수 있어 작은 전압으로도 많은 양의 음이온을 방출할 수 있다. 3E shows an actual picture of the ground electrode 130 and the carbon nanotubes 150 formed as described above. As shown in the drawing, a large number of negative electrode tips can be formed in a minute region, so that a large amount of negative ions can be emitted even at a small voltage.

도 4a 내지 도 4b는 본 발명 다른 실시예에 적용되는 탄소 나노팁 음전극을 보인 것으로, 도 4a에 도시된 바와 같이 대량 생산되어 정재된 탄소 나노튜브나 탄소 나노섬유 절편을 도전성 페이스트(바인더와 유기물의 혼합)와 혼합한 탄소 나노팁 페이스트(160)를 기판(100) 상에 스크린 프린팅, 도포(스프레이), 디핑등의 방법으로 형성한 후 열처리한 것이다. Figures 4a to 4b shows a carbon nanotip negative electrode applied to another embodiment of the present invention, as shown in Figure 4a mass-refined carbon nanotubes or carbon nanofiber slices conductive paste (binder and organic material Mixed) and the carbon nanotip paste 160 is formed on the substrate 100 by screen printing, coating (spraying), dipping, or the like, followed by heat treatment.

이렇게 탄소 나노튜브 페이스트(160)를 형성한 후 열처리하게 되면, 도전성 페이스트 내부의 바인더가 녹고, 유기물이 증발되면서 탄소 나노팁의 일부를 표면 상에 돌출시키는 구조물이 형성된다. 따라서, 저렴한 방법으로 다량의 나노크기 팁을 가지는 음전극을 형성할 수 있다. 이 경우 탄소 나노팁 페이스트(160)가 도전성을 가지므로 별도의 방전 전극 형성 없이 그 자체가 음전극으로 사용될 수 있다. When the carbon nanotube paste 160 is formed and heat treated, a binder in the conductive paste melts, and an organic material is evaporated to form a structure that protrudes a portion of the carbon nanotip onto the surface. Therefore, it is possible to form a negative electrode having a large amount of nano-sized tip in an inexpensive manner. In this case, since the carbon nanotip paste 160 has conductivity, it may itself be used as a negative electrode without forming a separate discharge electrode.

도 4b는 상기와 같이 형성한 탄소 나노팁 페이스트(160)의 실제 사진을 보인 것으로, 좁은 영역에 대단히 많은 음전극 팁을 형성할 수 있으므로 음이온 방출 효율이 높다.FIG. 4B shows an actual picture of the carbon nanotip paste 160 formed as described above. Since the negative electrode tips can be formed in a narrow area, the anion emission efficiency is high.

도 5a 내지 도 5d는 상기 설명한 두가지 방법을 이용하여 형성할 수 있는 음이온 발생 장치들의 구성 예들을 보인 것으로, 도 5a 및 도 5b는 탄소 나노팁 페이스트(160)를 이용하여 각각 코로나 방전 방식의 이온 발생 장치와 전자 방사 방식 이온 발생 방식의 이온 발생 장치를 보인 것이며, 도 5c 및 도 5d는 반도체 공정으로 기판(100) 상에 방전 전극(110)과 촉매 이전 금속층(140)을 형성한 후 그 상부에 탄소 나노튜브(150)를 성장시켜 이들을 음전극으로 이용하는 것으로 이를 이용하여 각각 코로나 방전 방식의 이온 발생 장치와 전자 방사 방식 이온 발생 방식의 이온 발생 장치를 구성한 것이다. 5A to 5D show examples of the structure of anion generators that can be formed using the above-described two methods, and FIGS. 5A and 5B illustrate ion generation by corona discharge using carbon nanotip paste 160, respectively. The device and the ion generating device of the electron emission method ion generating method is shown, Figures 5c and 5d is a semiconductor process to form a discharge electrode 110 and the catalyst before the metal layer 140 on the substrate 100 and then on top The carbon nanotubes 150 are grown and used as negative electrodes, respectively, to form a corona discharge type ion generator and an electron emission type ion generator.

도시된 바와 같이 탄소 나노팁을 이용하게 되면, 나노크기의 팁을 가지는 무수히 많은 음전극들을 작은 면적에 형성할 수 있으므로 음이온 발생 효율이 대단히 높아지며, 음이온 발생 장치의 부피 역시 줄어들게 된다. 또한, 구동을 위한 전력 또한 줄어들게 되며, 대량 생산이 가능하여 가격이 낮아지게 된다.As shown in the drawing, the carbon nanotips can form a myriad of negative electrodes having a nano-sized tip in a small area, thereby greatly increasing anion generating efficiency and reducing the volume of the anion generating device. In addition, the power for driving is also reduced, mass production is possible and the price is lowered.

상기한 바와 같은 본 발명 탄소 나노팁을 이용한 이온 발생장치 및 그 제조 방법은 나노 크기의 팁 반경을 가지는 탄소 나노튜브나 탄소 나노섬유를 이용하여 이온 방출팁을 형성하도록 한 후, 이를 이용하여 코로나 방전 방식이나 전자 방사 방식의 이온 발생장치를 구현함으로써, 작은 면적과 전압으로 많은 이온 발생이 가능한 이온 발생 장치를 저렴하게 제공할 수 있는 효과가 있다.As described above, the ion generating device using the carbon nanotip of the present invention and a method of manufacturing the same are used to form an ion emitting tip using carbon nanotubes or carbon nanofibers having a nano-sized tip radius, and then using the same to form a corona discharge. By implementing the ion generating device of the method or the electron emission method, there is an effect that it is possible to provide a low-cost ion generating device capable of generating a large number of ions with a small area and voltage.

도 1a 내지 도 1b는 일반적인 코로나 방전 방식과 전자 방사식 이온 발생의 원리를 보인 개념도.1a to 1b is a conceptual diagram showing the principle of the general corona discharge method and electron-radiation ion generation.

도 2a 내지 도 2b는 종래 코로나 방전 방식을 이용한 이온 발생기의 사시도 및 단면도.2a to 2b is a perspective view and a cross-sectional view of the ion generator using a conventional corona discharge method.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보인 수순 단면도.Figure 3a to 3e is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an embodiment of the present invention.

도 4a 내지 도 4b는 본 발명 다른 실시예의 이온 발생부 단면도 및 실제 사진.4A to 4B are cross-sectional views and actual photographs of an ion generating unit of another embodiment of the present invention.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다양한 실시예들을 보인 구성도.5A to 5D are diagrams illustrating various embodiments of the present invention.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

10: 방전팁 20: 접지 전극10: discharge tip 20: ground electrode

100: 기판 110: 방전 전극100 substrate 110 discharge electrode

120: 절연층 130: 접지 전극120: insulating layer 130: ground electrode

140: 촉매 이전금속층 150: 탄소 나노튜브140: metal layer before the catalyst 150: carbon nanotubes

160: 탄소 나노팁 페이스트160: carbon nanotip paste

Claims (9)

구조물 지지 및 절연을 위한 기판과; 상기 기판 상에 탄소 나노튜브 또는 탄소 나노섬유를 이용하여 나노크기의 팁 부분이 공기 중에 돌출되도록 형성한 음전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노팁을 이용한 이온 발생장치.A substrate for supporting and insulating structures; An ion generating device using carbon nanotips comprising a negative electrode formed to protrude in the air tip portion of the nano-size using carbon nanotubes or carbon nanofibers on the substrate. 제 1항에 있어서, 상기 음전극을 형성한 탄소 나노팁 상부에 상기 탄소 나노팁과 전기적으로 이격되면서 형성된 매쉬형 접지 전극을 더 포함하며, 상기 음전극에는 높은 직류 음전압이 제공되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노팁을 이용한 이온 발생장치.[Claim 2] The carbon of claim 1, further comprising a mesh-type ground electrode formed on the carbon nanotip on which the negative electrode is formed while being electrically spaced from the carbon nanotip, wherein the negative electrode is provided with a high DC negative voltage. Ion generator using nano tip. 제 1항에 있어서, 상기 음전극을 형성한 탄소 나노팁으로부터 전자가 공기중에 방출되도록 상기 음전극에 펄스성 고전압이 제공되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노팁을 이용한 이온 발생장치.The ion generator of claim 1, wherein a pulsed high voltage is provided to the negative electrode such that electrons are released into the air from the carbon nanotip forming the negative electrode. 제 1항에 있어서, 상기 음전극은 정재된 탄소 나노튜브 혹은 탄소 나노섬유 절편이 포함된 탄소 나노팁 패이스트인 것을 특징으로 하는 탄소 나노팁을 이용한 이온 발생장치.The ion generating device of claim 1, wherein the negative electrode is a carbon nanotip paste including fine carbon nanotubes or carbon nanofiber slices. 제 1항에 있어서, 상기 음전극은 기판 상에 형성된 방전 전극과; 상기 방전 전극 상에 형성된 촉매 이전 금속층과; 상기 촉매 이전금속층 상부에 형성된 탄소 나노튜브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소 나노팁을 이용한 이온 발생장치.The negative electrode of claim 1, further comprising: a discharge electrode formed on the substrate; A catalyst transfer metal layer formed on the discharge electrode; Ion generator using a carbon nano-tip, characterized in that consisting of carbon nanotubes formed on the upper metal catalyst layer. 대량 생산되어 정재된 탄소 나노튜브 또는 탄소 나노섬유 절편을 도전성 페이스트와 혼합하여 탄소 나노팁 페이스트를 형성하는 단계와; 상기 형성된 페이스트를 기판 상에 성막한 후 열처리하여 상기 페이스트에 혼합된 탄소 나노팁의 일부가 페이스트 표면 위에 노출되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노팁을 이용한 이온 발생장치 제조 방법.Mixing the mass produced and refined carbon nanotube or carbon nanofiber segments with the conductive paste to form a carbon nanotip paste; And depositing the formed paste on a substrate and then performing heat treatment to expose a portion of the carbon nanotips mixed in the paste onto the surface of the paste. 제 6항에 있어서, 상기 형성된 탄소 나노팁 구조물 상부에 매쉬형 접지 전극을 별도로 형성하여 전기적으로 이격시켜 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노팁을 이용한 이온 발생장치 제조 방법.The method of claim 6, further comprising forming a mesh-type ground electrode on the carbon nanotip structure on the carbon nanotip structure and electrically disposing the mesh type ground electrode. 방전 전극을 가지는 기판 구조물을 형성하는 단계와; 상기 형성된 방전 전극 상부 일부에 촉매 이전금속층을 형성하는 단계와; 상기 형성된 촉매 이전금속층 상부에 탄소 나노튜브를 화학 기상 증착 방식으로 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노팁을 이용한 이온 발생장치 제조 방법.Forming a substrate structure having a discharge electrode; Forming a catalyst transfer metal layer on an upper portion of the formed discharge electrode; Method of manufacturing an ion generating device using carbon nanotips comprising the step of depositing carbon nanotubes on the formed catalyst transfer metal layer by chemical vapor deposition. 제 8항에 있어서, 상기 기판 구조물은 기판 상에 형성된 방전 전극 상부에 차례로 절연층 및 접지 전극을 형성한 후, 탄소 나노튜브가 형성될 영역의 접지 전극 및 그 하부의 절연층을 식각하여 방전 전극이 노출되도록 하는 과정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노팁을 이용한 이온 발생장치 제조 방법.10. The method of claim 8, wherein the substrate structure is formed on top of the discharge electrode formed on the substrate in order to form an insulating layer and a ground electrode, and then to the ground electrode in the region where the carbon nanotubes are to be formed to etch the insulating layer below the discharge electrode Method for producing an ion generating device using carbon nanotips, characterized in that formed through the process to be exposed.