KR20070073396A - Reaction chamber used to produce carbon nanotubes and how to produce carbon nanotubes - Google Patents

Reaction chamber used to produce carbon nanotubes and how to produce carbon nanotubes Download PDF

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KR20070073396A
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장석원
최석민
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Abstract

본 발명은 탄소 나노 튜브 생성에 사용되는 반응 챔버를 제공한다. 상기 반응 챔버는 촉매가 도포된 합성기판을 수용하여 공정을 수행하는 공간을 제공하는 반응로와 그 내부로 소스가스를 공급하는 가스 공급관을 가진다. 가스 공급관에는 소스가스를 가열하는 가열부재가 제공되어, 소스가스는 설정온도로 가열된 상태에서 반응로 내로 유입된다. 이로 인해 반응로 내에서 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.The present invention provides a reaction chamber used for producing carbon nanotubes. The reaction chamber has a reactor for receiving a catalyst-coated composite substrate to provide a space for performing the process and a gas supply pipe for supplying a source gas therein. The gas supply pipe is provided with a heating member for heating the source gas, and the source gas is introduced into the reactor in the state heated to the set temperature. This can shorten the time required for the process in the reactor.

Description

탄소 나노 튜브 생산에 사용되는 반응 챔버 및 탄소 나노 튜브를 생산하는 방법{REACTION CHAMBER AND METHOD USED IN PRODUCTING CARBON NANO TUBE}Reaction chambers and methods for producing carbon nanotubes used in the production of carbon nanotubes {REACTION CHAMBER AND METHOD USED IN PRODUCTING CARBON NANO TUBE}

도 1은 본 발명의 반응챔버가 적용된 탄소 나노 튜브의 생산 시스템을 개략적으로 보여주는 도면.1 is a view schematically showing a production system of carbon nanotubes to which the reaction chamber of the present invention is applied.

도 2는 반응 챔버에 설치된 오링을 냉각하는 냉각라인을 보여주는 도면;2 shows a cooling line for cooling an O-ring installed in a reaction chamber;

도 3은 반응로를 가열하는 가열 부재를 보여주는 도면;3 shows a heating member for heating a reactor;

도 4a는 지지프레임이 설치된 반응챔버의 일 예를 보여주는 단면도;4A is a cross-sectional view showing an example of a reaction chamber in which a support frame is installed;

도 4b는 지지프레임이 설치된 반응챔버의 다른 예를 보여주는 단면도; 4b is a sectional view showing another example of a reaction chamber in which a support frame is installed;

도 5는 도 1의 촉매도포부의 구성도; 5 is a configuration diagram of the catalyst coating of FIG.

도 6은 도 5의 선 A-A′을 따라 절단된 상태에서 위에서 바라본 평면도; FIG. 6 is a plan view seen from above in a cut state along line A-A 'in FIG. 5;

도 7a 내지 도 7c는 촉매 도포부에서의 촉매 도포 과정을 단계적으로 설명하기 위한 도면들; 7a to 7c are diagrams for explaining step by step the catalyst coating process in the catalyst coating unit;

도 8은 도 1의 기판 보관부와 제 1이송장치를 보여주는 평면도;FIG. 8 is a plan view illustrating the substrate storage part and the first transfer device of FIG. 1; FIG.

도 9는 기판 보관부의 측면도이다. 9 is a side view of the substrate storage portion.

도 10은 기판 보관부의 카세트를 보여주는 사시도이다. 10 is a perspective view showing a cassette of the substrate storage portion.

도 11은 제 1이송장치의 사시도이다. 11 is a perspective view of the first transfer device.

도 12는 도 11의 아암을 냉각하는 냉각부재를 보여주는 도면;12 is a view showing a cooling member for cooling the arm of FIG.

도 13은 도 12의 블레이드의 사시도;13 is a perspective view of the blade of FIG. 12;

도 14a 내지 도 14c는 블레이드에 형성된 돌기의 다양한 예를 보여주는 도면들; 14A-14C show various examples of protrusions formed on the blades;

도 15는 도 1의 회수부의 사시도; FIG. 15 is a perspective view of a recovery part of FIG. 1; FIG.

도 16은 도 15의 회수부의 평면도; 16 is a plan view of the recovery part of FIG.

도 17은 회수부에서의 탄소 나노 튜브 회수 과정을 설명하기 위한 도면;17 is a view for explaining a carbon nanotube recovery process in the recovery unit;

도 18은 탄소 나노 튜브 생성을 위한 시스템에서의 공정 순서도이다. 18 is a process flow diagram in a system for carbon nanotube production.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* * Explanation of symbols for the main parts of the drawings *

100 : 반응 챔버 200 : 스테이션부100: reaction chamber 200: station portion

300 : 제 1이송장치 400 : 기판 보관부300: first transfer device 400: substrate storage unit

500 : 촉매 도포부 600 : 회수부500: catalyst coating unit 600: recovery unit

700 : 제 2이송장치700: second transfer device

본 발명은 탄소 나노 튜브 생산에 사용되는 반응 챔버 및 탄소 나노 튜브를 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a reaction chamber used for the production of carbon nanotubes and a method for producing carbon nanotubes.

탄소 나노 튜브(Carbon Nano tubes)는 하나의 탄소 원자에 이웃하는 세 개의 탄소 원자가 결합되어 육각 환형을 이루고, 이러한 육각 환형이 벌집 형태로 반복 된 평면이 말려 원통형 또는 튜브를 이룬 형태를 가진다. Carbon nano tubes (carbon nanotubes) is formed by combining three carbon atoms adjacent to one carbon atom to form a hexagonal ring, and the hexagonal ring is a honeycomb-shaped plane rolled to form a cylindrical or tube.

탄소 나노 튜브는 그 구조에 따라 금속적인 도전성 또는 반도체적인 도전성을 나타낼 수 있는 성질의 재료로서 여러 기술 분야에 폭넓게 응용될 수 있어 미래의 신소재로 각광을 받고 있다. 예컨대, 탄소 나노 튜브는 이차 전지, 연료 전지 또는 수퍼 커패시터와 같은 전기 화학적 저장 장치의 전극, 전자파 차폐, 전계 방출 디스플레이, 또는 가스 센서 등에 적용가능하다.Carbon nanotubes are a material that can exhibit metallic conductivity or semiconducting conductivity depending on their structure, and thus can be widely applied in various technical fields. For example, carbon nanotubes are applicable to electrodes of electrochemical storage devices such as secondary cells, fuel cells or supercapacitors, electromagnetic shielding, field emission displays, or gas sensors.

이러한 탄소 나노 튜브는 대부분 수작업에 의존한 소량 생산으로 이루어진다. 특히, 합성기판에 촉매를 도포하는 작업이나, 합성기판을 반응관에 로딩/언로딩하는 작업, 탄소 나노 튜브가 합성된 합성기판을 반응관에서 언로딩하여 합성기판으로부터 탄소 나노 튜브를 회수하는 과정 등이 작업자에 의해 진행되기 때문에 연속공정 및 대량 생산이 어렵다.Most of these carbon nanotubes consist of small quantities of hand-dependent production. In particular, a process of applying a catalyst to a synthetic substrate, loading / unloading a synthetic substrate into a reaction tube, and recovering carbon nanotubes from the synthetic substrate by unloading the synthetic substrate on which the carbon nanotubes are synthesized in the reaction tube It is difficult to carry out continuous process and mass production because the back is made by worker.

또한, 일반적으로 탄소 나노 튜브의 생성 공정은 촉매가 도포된 합성기판이 제공된 반응로 내에 소스가스를 공급하고, 반응로를 공정 온도로 가열함으로써 이루어진다. 그러나 소스가스가 상온 상태에서 반응 챔버 내로 공급되어 공정이 진행되므로 반응 챔버 내에서 소스가스가 가열되어 활성화되기까지 많은 시간이 소요된다. In general, the carbon nanotube production process is performed by supplying a source gas into a reactor provided with a synthetic substrate coated with a catalyst, and heating the reactor to a process temperature. However, since the source gas is supplied into the reaction chamber at room temperature and the process proceeds, it takes a long time for the source gas to be heated and activated in the reaction chamber.

본 발명은 전체 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 탄소 나노 튜브 생산에 사용되는 반응 챔버 및 탄소 나노 튜브를 생산하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a reaction chamber and a method for producing carbon nanotubes, which are used for producing carbon nanotubes, which can shorten the time required for the entire process.

본 발명은 탄소 나노 튜브 생성에 사용되는 반응 챔버를 제공한다. 상기 반응 챔버는 탄소 나노 튜브의 생성이 이루어지며, 공정 진행시 공정 온도로 가열되는 반응로, 상기 반응로 내로 소스 가스를 공급하는 가스 공급관, 그리고 소스 가스가 상기 반응로 내로 공급되기 전에 소스 가스를 가열하는 가열부재를 포함한다.The present invention provides a reaction chamber used for producing carbon nanotubes. The reaction chamber is made of carbon nanotubes, the reactor is heated to the process temperature during the process, the gas supply pipe for supplying the source gas into the reactor, and the source gas before the source gas is supplied into the reactor It includes a heating member for heating.

또한, 본 발명은 반응로 내로 소스 가스를 공급하여 합성 기판 상에 탄소 나노 튜브를 생성하는 방법을 제공한다. 상기 방법에 의하면, 상기 소스 가스가 설정 온도로 가열된 상태에서 상기 반응로 내로 공급된다. The present invention also provides a method of producing carbon nanotubes on a composite substrate by supplying a source gas into the reactor. According to the method, the source gas is supplied into the reactor in a state heated to a set temperature.

일 예에 의하면, 상기 합성 기판은 그 상에 촉매가 도포된 상태에서 상기 반응로 내로 유입되고, 상기 소스가스는 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 일산화탄소 및 이산화탄소로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. In one embodiment, the synthetic substrate is introduced into the reactor in the state where the catalyst is applied thereon, the source gas is at least one selected from the group consisting of acetylene, ethylene, methane, benzene, xylene, carbon monoxide and carbon dioxide It may include.

이하, 첨부한 도면 도 1 내지 도 18을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 탄소 나노 튜브 생성에 사용되는 반응 챔버 및 상기 반응 챔버에 구비된 실링 부재를 냉각하는 방법을 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되는 것은 아니다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공된 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상은 명확한 설명을 강조하기 위해 과장된 것이다.Hereinafter, a method of cooling a reaction chamber and a sealing member provided in the reaction chamber will be described in detail with reference to the accompanying drawings, FIGS. 1 to 18. Embodiment of the present invention may be modified in various forms, the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of elements in the figures is exaggerated to emphasize clear explanation.

도 1은 탄소 나노 튜브 생산 시스템의 일 예를 개략적으로 보여주는 구성도이다. 도 1을 참조하면, 시스템(1)은 합성기판(10), 반응 챔버(100), 그리고 전후처리실을 갖는다. 1 is a schematic view showing an example of a carbon nanotube production system. Referring to FIG. 1, the system 1 has a composite substrate 10, a reaction chamber 100, and a post-process chamber.

합성기판(10)은 탄소 나노 튜브(도 7의 30)의 합성이 이루어지는 기저판(base plate)으로서 사용된다. 탄소 나노 튜브(30)가 합성되는 합성기판(10)으로는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer), ITO(Induim Tin Oxide) 기판, 코팅된 유리(ITO-coated glass), 소다라임 유리, 코닝 유리, 알루미나 등이 사용될 수 있다. 그러나 탄소 나노 튜브(30)를 합성(성장,생성)시키기에 충분한 강성을 가진다면 합성 기판은 상술한 종류의 기판 외에 다양한 종류가 사용될 수 있다.The synthetic substrate 10 is used as a base plate on which carbon nanotubes (30 in FIG. 7) are synthesized. The composite substrate 10 on which the carbon nanotubes 30 are synthesized includes a silicon wafer, an induim tin oxide (ITO) substrate, coated glass (ITO-coated glass), soda-lime glass, corning glass, alumina, and the like. This can be used. However, if the carbon nanotube 30 has sufficient rigidity for synthesizing (growing, producing), various kinds of synthetic substrates may be used in addition to the above-described substrates.

반응 챔버(100)는 합성 기판(10) 상에 탄소 나노 튜브(30)를 생성하는 공정을 수행하고, 전후처리실은 반응 챔버(100)로/로부터 로딩/언로딩되는 합성기판(10)에 대한 전처리 공정 및 후처리 공정을 수행한다. 전처리 공정 및 후처리 공정은 기판에 촉매(20)를 도포하는 공정과 합성 기판 상에 생성된 탄소 나노 튜브(30)를 회수하는 공정 등을 포함한다. 전후처리실은 스테이션부(200), 제 1이송장치(300), 기판 보관부(400), 촉매 도포부(500), 회수부(600), 그리고 제 2이송장치(700)를 가진다. The reaction chamber 100 performs a process of generating carbon nanotubes 30 on the composite substrate 10, and the pre- and post-processing chambers are used for the composite substrate 10 loaded / unloaded from / to the reaction chamber 100. Pretreatment and post-treatment processes are carried out. The pretreatment process and the aftertreatment process include a process of applying the catalyst 20 to the substrate, a process of recovering the carbon nanotubes 30 generated on the synthetic substrate, and the like. The pre- and post-processing chamber includes a station unit 200, a first transfer device 300, a substrate storage unit 400, a catalyst coating unit 500, a recovery unit 600, and a second transfer device 700.

스테이션부(200)는 반응 챔버(100)로부터 언로딩되는 합성기판(10)이 대기 중에 노출되는 것을 방지한다. 제 1이송장치(300)는 반응 챔버(100)로/로부터 합성기판을 로딩/언로딩한다. 기판 보관부(400)는 반응 챔버(100)로/로부터 로딩되거나 언로딩되는 합성기판을 보관한다. 촉매 도포부(500)는 합성기판(10)이 반응 챔버 (100)로 로딩되기 전에 합성기판(10) 상에 촉매(20)를 도포하는 공정을 수행한다. 회수부(600)는 반응 챔버(100)로부터 언로딩된 합성 기판(10) 상에 생성된 탄소 나노 튜브(30)를 합성 기판(10)으로부터 회수하는 공정을 수행한다. 제 2이송장치(700)는 기판 보관부(400), 촉매 도포부(500), 그리고 회수부(600) 간에 합성기판(10)을 이송한다. The station unit 200 prevents the composite substrate 10 unloaded from the reaction chamber 100 from being exposed to the atmosphere. The first transfer device 300 loads / unloads the composite substrate into / from the reaction chamber 100. The substrate storage 400 stores a composite substrate that is loaded or unloaded into / from the reaction chamber 100. The catalyst applicator 500 performs a process of applying the catalyst 20 on the synthetic substrate 10 before the synthetic substrate 10 is loaded into the reaction chamber 100. The recovery unit 600 performs a process of recovering the carbon nanotubes 30 generated on the synthetic substrate 10 unloaded from the reaction chamber 100 from the synthetic substrate 10. The second transfer device 700 transfers the synthetic substrate 10 between the substrate storage unit 400, the catalyst application unit 500, and the recovery unit 600.

일 예에 의하면, 스테이션부(200)는 반응 챔버(100)의 일측에 반응 챔버(100)와 나란하게 배치된다. 스테이션부(200)는 제 1영역(240)과 제 2영역(260)을 가진다. 제 1영역(240)은 반응 챔버(100)와 인접하게 배치되며, 제 1영역(240)에는 기판 저장부(400)가 위치된다. 제 2영역(260)은 제 1영역(240)을 기준으로 반응 챔버(100)와 반대 방향에 제공되며 제 1이송장치(300)가 위치된다. 반응 챔버(100)와 제 2영역(260)은 제 1방향(42)으로 동일 선상에 위치되도록 배치된다. 제 1영역(240)은 상부 영역(242)과 하부 영역(244)을 가진다. 상부 영역(242)은 반응 챔버(100) 및 제 2영역(260)과 동일 선상에 위치되는 영역이고, 하부 영역(244)은 상부 영역(244)로부터 제 1방향(42)과 수직한 제 2방향(44)으로 연장되는 영역이다. 제 1영역(240)과 제 2영역(260)은 각각 대체로 직사각의 형상을 가진다. 상술한 구조로 인해, 스테이션부(200)는 전체적으로 대체로 'ㄱ'자 형상을 가진다. 촉매 도포부(500)와 회수부(600), 그리고 제 2이송장치(400)는 스테이션부(200)와 인접하게 위치되며, 제 1영역(240)의 상부 영역(242)을 기준으로 하부 영역(244)과 반대되는 위치에 제 1방향(42)과 평행한 방향으로 나란하게 배치된다. 제 2이송장치(400)는 스테이션부(200)의 제 1영역(240)과 대향되는 위치에 배치된다. 또한, 제 2이송장 치(400)는 촉매 도포부(500)와 회수부(600) 사이에 위치된다. 스테이션부(200)의 형상 및 스테이션부(200), 제 1이송장치(300), 제 2이송장치(400), 촉매 도포부(500), 그리고 회수부(600)의 배치는 위와 달리 다양하게 변화될 수 있다.According to an example, the station unit 200 is disposed side by side with the reaction chamber 100 on one side of the reaction chamber 100. The station unit 200 has a first area 240 and a second area 260. The first region 240 is disposed adjacent to the reaction chamber 100, and the substrate storage 400 is positioned in the first region 240. The second region 260 is provided in a direction opposite to the reaction chamber 100 with respect to the first region 240 and the first transfer device 300 is located. The reaction chamber 100 and the second region 260 are disposed in the same direction in the first direction 42. The first region 240 has an upper region 242 and a lower region 244. The upper region 242 is a region located on the same line as the reaction chamber 100 and the second region 260, and the lower region 244 is a second perpendicular to the first direction 42 from the upper region 244. It is an area extending in the direction 44. The first region 240 and the second region 260 are generally rectangular in shape. Due to the above structure, the station 200 has a generally '-' shape. The catalyst applicator 500, the recovery part 600, and the second transfer device 400 are positioned adjacent to the station part 200, and have a lower area based on the upper area 242 of the first area 240. It is disposed side by side in a direction parallel to the first direction 42 at a position opposite to the (244). The second transfer device 400 is disposed at a position opposite to the first area 240 of the station unit 200. In addition, the second transfer device 400 is located between the catalyst applicator 500 and the recovery part 600. The shape of the station unit 200 and the arrangement of the station unit 200, the first transfer device 300, the second transfer device 400, the catalyst applying unit 500, and the recovery unit 600 may vary. Can be changed.

다음에는 본 발명의 시스템의 각각의 구성요소에 대해 상세히 설명한다.Next, each component of the system of the present invention will be described in detail.

도 1을 참조하면, 반응 챔버(reaction chamber)(100)는 반응로(reaction tube)(120), 제 1 및 제 2 플랜지(flange)(132, 134), 가열부(heating member)(140), 냉각 부재(150), 그리고 보트(boat)(160)를 갖는다. 반응로(120)는 석영(quartz) 또는 그라파이트(graphite) 등과 같이 열에 강한 재질로 이루어진다. 반응로(120)는 대체로 원통 형상으로 제공될 수 있다. 공정 진행 중 반응로(120)는 가열부(140)에 의해 대략 섭씨 500 - 1100도(℃)로 유지될 수 있다. Referring to FIG. 1, the reaction chamber 100 includes a reaction tube 120, first and second flanges 132 and 134, and a heating member 140. , A cooling member 150, and a boat 160. The reactor 120 is made of a heat resistant material such as quartz or graphite. Reactor 120 may be provided in a substantially cylindrical shape. During the process, the reactor 120 may be maintained at approximately 500-1100 degrees Celsius by the heating unit 140.

반응로(120)의 전단에는 원판 형상의 제 1 플랜지(132)가 결합되고, 반응로(120)의 후단에는 제 2 플랜지(134)가 결합된다. 제 1플랜지(132)는 대체로 원판 형상을 가진다. 제 1 플랜지(132)에는 반응로(120) 내로 소스가스를 공급하는 가스 공급부재(180)가 연결된다. 가스 공급부재(180)는 가스 공급원(182), 가스 공급관(184), 그리고 가열 부재(186)를 가진다. 가스 공급관(184)은 제 1 플랜지(132)에 결합되어, 가스 공급원(182)으로부터 반응로(120) 내로 소스가스를 공급한다. 여기서, 소스가스로는 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 일산화탄소 및 이산화탄소로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있다. 가스 공급관(184)에는 그 내부 통로를 개폐하거나 그 내부를 흐르는 소스가스의 유량을 조절하는 밸브(184a)가 설치된다. 가열 부재(186)는 가스 공급관(184)에 설치된다. 가열 부재(186)는 소스가스가 반응로(120) 내로 공급되기 전에 소스가스를 설정 온도로 가열한다. 이는 반응로(120) 내에서 소스가스가 활성화되기까지 소요되는 시간을 단축하여 공정에 소요되는 전체 시간을 줄인다. 소스가스는 열분해에 의해 활성화되며 이들이 합성기판(10) 위에 도포된 촉매와 반응하여 탄소 나노 튜브가 생성된다. 제 2 플랜지(134)는 환형의 링 형상을 가지며, 제 2플랜지에는 반응 후 반응로(120) 내부의 잔류 가스를 배출하는 배기라인(189)이 결합된다. The first flange 132 of a disc shape is coupled to the front end of the reactor 120, the second flange 134 is coupled to the rear end of the reactor (120). The first flange 132 has a generally disc shape. A gas supply member 180 for supplying a source gas into the reactor 120 is connected to the first flange 132. The gas supply member 180 has a gas supply source 182, a gas supply pipe 184, and a heating member 186. The gas supply pipe 184 is coupled to the first flange 132 to supply source gas from the gas supply source 182 into the reactor 120. Here, at least one selected from the group consisting of acetylene, ethylene, methane, benzene, xylene, carbon monoxide and carbon dioxide may be used as the source gas. The gas supply pipe 184 is provided with a valve 184a for opening and closing the inner passage or adjusting the flow rate of the source gas flowing therein. The heating member 186 is installed in the gas supply pipe 184. The heating member 186 heats the source gas to a set temperature before the source gas is supplied into the reactor 120. This shortens the time required for the source gas to be activated in the reactor 120 to reduce the total time required for the process. The source gas is activated by pyrolysis and carbon nanotubes are generated by reacting with the catalyst applied on the synthetic substrate 10. The second flange 134 has an annular ring shape, and the second flange is coupled to an exhaust line 189 for discharging residual gas in the reactor 120 after the reaction.

제 1 플랜지(132)와 반응로(120)의 접촉면 및 제 2 플랜지(134)와 반응챔버(120)의 접촉면에는 반응로(120) 내부를 외부로부터 실링하기 위한 실링부재(132a, 134a)가 설치된다. 실링부재(132a, 134a)로는 오링이 사용될 수 있다. 실링부재는 냉각부재에 의해 냉각된다. 냉각부재는 냉각라인(152), 냉각수 공급관(156), 센서(158)을 가진다. 냉각라인(152)는 제 1플랜지(132) 내부 및 제 2플랜지(134) 내부 각각에 형성되며, 냉각 유체가 흐른다. 냉각 유체로는 냉각수가 사용된다. 선택적으로 냉각 유체로는 비활성 가스가 사용될 수 있다. 냉각라인(152)을 흐르는 냉각수는 실링부재(132a, 134a)가 반응로 내 열에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 실링부재(132a, 134a)를 냉각한다. Sealing members 132a and 134a for sealing the inside of the reactor 120 from the outside are provided on the contact surface of the first flange 132 and the reactor 120 and the contact surface of the second flange 134 and the reaction chamber 120. Is installed. O-rings may be used as the sealing members 132a and 134a. The sealing member is cooled by the cooling member. The cooling member has a cooling line 152, a cooling water supply pipe 156, and a sensor 158. The cooling line 152 is formed in each of the inside of the first flange 132 and the second flange 134, the cooling fluid flows. Cooling water is used as the cooling fluid. Alternatively, inert gas may be used as the cooling fluid. Cooling water flowing through the cooling line 152 cools the sealing members 132a and 134a to prevent the sealing members 132a and 134a from being damaged by heat in the reactor.

도 2를 참조하면, 냉각라인(152)에는 냉각수 공급관(156)과 냉각수 회수관(도시되지 않음)이 결합된다. 냉각수 공급관(156)에는 그 내부 통로를 개폐하거나 내부를 흐르는 냉각수의 유량을 조절하는 밸브(156a)이 설치된다. 또한, 냉각수 공급관(156)에는 그 내부를 흐르는 냉각수의 유량 또는 온도를 측정하는 센서(158)가 설치되고, 센서(158)에 의해 측정된 신호는 설비 전체를 제어하는 제어기(159)로 전송된다. 제어기(159)는 센서(158)로부터 전송받은 신호를 분석하여, 냉각수의 유량 또는 온도가 설정범위 내를 설정시간 동안 벗어나면 시스템을 정지시키거나 작업자에게 디스플레이 또는 경고음을 통해 알린다. 이는 냉각수 공급관(156)을 통해 일시적으로 설정된 유량 또는 설정된 온도로 냉각수가 흐르지 않더라도 실링부재(132a, 134a)가 파손되기 전 일정시간 이내에는 계속적으로 공정을 진행할 수 있도록 한다. 상술한 설정시간은 냉각수의 공급이 원활하게 계속적으로 이루어지지 않을 경우 실링부재(132a, 134a)가 영향을 받기까지 걸리는 시간을 고려하여 결정된다. Referring to Figure 2, the cooling line 152 is coupled to the cooling water supply pipe 156 and the cooling water recovery pipe (not shown). The cooling water supply pipe 156 is provided with a valve 156a for opening and closing the inner passage or adjusting the flow rate of the cooling water flowing therein. In addition, the cooling water supply pipe 156 is provided with a sensor 158 that measures the flow rate or temperature of the cooling water flowing therein, and the signal measured by the sensor 158 is transmitted to the controller 159 that controls the entire facility. . The controller 159 analyzes the signal transmitted from the sensor 158 and stops the system or notifies the operator through a display or a warning sound when the flow rate or temperature of the coolant is out of the set range for a set time. This allows the process to continue continuously within a predetermined time before the sealing members 132a and 134a are damaged even though the coolant does not flow at a temporarily set flow rate or set temperature through the coolant supply pipe 156. The set time described above is determined in consideration of the time taken until the sealing members 132a and 134a are affected when the cooling water is not continuously supplied smoothly.

가열부(140)는 반응로(120) 내부를 공정 온도로 가열한다. 가열부(140)는 반응로(120)의 외벽을 감싸도록 설치되는 것이 바람직하다. 반응로(120)를 가열하는 방식으로는 발열 코일에 의한 방식 또는 발열 램프에 의한 방식 등이 사용될 수 있다. The heating unit 140 heats the inside of the reactor 120 to a process temperature. The heating unit 140 is preferably installed to surround the outer wall of the reactor (120). As a method of heating the reactor 120, a method using a heating coil or a method using a heating lamp may be used.

도 3은 본 발명의 가열부(140)의 일 예가 도시된 반응 챔버(100)를 보여주는 도면이다. 설명의 용이를 위해 반응로(120) 내에서 제 1플랜지(132) 및 제 2플랜지(134)와 인접한 영역을 가장자리부 영역(122a, 122b)이라 하고, 가장자리부 영역들(122a, 122b) 사이에 위치되는 영역을 중앙부 영역(124)이라 칭한다. 반응로(120) 전체 영역이 하나의 히터에 의해 가열되는 경우, 가장자리부 영역(122a, 122b)은 중앙부 영역(124)에 비해 온도가 낮다. 이는 반응로(120)의 가장자리부 영역(122a, 122b)이 플랜지들(132, 134)에 설치된 냉각라인(152)에 의해 영향을 받기 때문이다. 따라서 동일한 온도 상태에서 합성기판(10)에 대해 공정을 진행하기 위해서 합 성기판들은 반응로의 중앙부 영역(124)에만 제공되어야 하므로 반응로(120)의 길이가 길어진다. 3 is a view showing a reaction chamber 100 in which an example of the heating unit 140 of the present invention is shown. For ease of explanation, the regions adjacent to the first flange 132 and the second flange 134 in the reactor 120 are called edge regions 122a and 122b, and between edge regions 122a and 122b. The region located at is called the central region 124. When the entire region of the reactor 120 is heated by one heater, the edge regions 122a and 122b have a lower temperature than the central region 124. This is because the edge regions 122a and 122b of the reactor 120 are affected by the cooling line 152 installed in the flanges 132 and 134. Therefore, in order to process the composite substrate 10 at the same temperature state, the synthesis substrates have to be provided only in the central region 124 of the reactor, and thus the length of the reactor 120 becomes long.

상술한 문제를 해결하기 위해, 도 3을 참조하면, 가열부(140)는 가장자리 히터(142), 중앙 히터(144), 그리고 히터 제어기(146)를 가진다. 가장자리 히터(142)는 반응로(120)의 가장자리부 영역들(122a, 122b)을 가열하고, 중앙 히터(144)는 반응로(120)의 중앙부 영역(124)을 가열한다. 히터 제어기(146)는 중앙 히터(144)와 가장자리 히터(142)를 각각 독립적으로 제어한다. 반응로(120) 내에서 전체적으로 공정 온도가 균일하게 제공되도록, 가장자리 히터(142)는 중앙 히터(144)에 비해 더 높은 온도로 반응로(120)를 가열한다. 가장자리 히터(142)는 제 1플랜지(132)와 인접한 반응로(120)의 가장자리부 영역(122a)을 가열하는 제 1히터(142a) 및 제 2플랜지(134)와 인접한 반응로(120)의 가장자리부 영역(122b)을 가열하는 제 2히터(142b)를 가진다. 이는 반응로(120)의 가장자리부 영역들(122a, 122b)간 온도가 상이한 경우에 유용하다. 이 경우, 히터 제어기(146)는 제 1히터(142a)와 제 2히터(142b)를 독립적으로 제어한다.In order to solve the above-described problem, referring to FIG. 3, the heating unit 140 has an edge heater 142, a central heater 144, and a heater controller 146. The edge heater 142 heats the edge regions 122a and 122b of the reactor 120, and the central heater 144 heats the central region 124 of the reactor 120. The heater controller 146 independently controls the central heater 144 and the edge heater 142, respectively. The edge heater 142 heats the reactor 120 to a higher temperature than the central heater 144 so that the process temperature is provided uniformly throughout the reactor 120. The edge heater 142 of the reactor 120 adjacent to the first heater 142a and the second flange 134 heats the edge region 122a of the reactor 120 adjacent to the first flange 132. It has a second heater 142b that heats the edge region 122b. This is useful when the temperature between the edge regions 122a and 122b of the reactor 120 is different. In this case, the heater controller 146 independently controls the first heater 142a and the second heater 142b.

보트(160)는 반응로(120) 내에 하나만 제공되거나 복수개가 제공될 수 있다. 보트(160)는 충분히 큰 크기로 제공되어, 하나의 보트(160)에 반응로(120)의 길이방향(상술한 제 1방향(42))을 따라 복수 개의 합성기판(10)이 놓여질 수 있다. 선택적으로 보트(160)는 상하 방향 및 길이 방향으로 각각 복수 개의 합성기판들(10)을 지지할 수 있는 크기 및 구조를 가질 수 있다. 일 예에 의하면, 보트(160)들은 상하로 2개씩 그리고 길이방향으로 2개씩 합성기판(10)을 지지할 수 있는 크기 및 구조를 가진다. 보트(160)들은 반응로(120) 내에 고정설치되거나 로딩/언로딩이 가능하도록 제공될 수 있다.Only one boat 160 may be provided in the reactor 120, or a plurality of boats 160 may be provided. The boat 160 is provided with a sufficiently large size so that a plurality of synthetic substrates 10 may be placed in one boat 160 along the longitudinal direction of the reactor 120 (the first direction 42 described above). . Optionally, the boat 160 may have a size and a structure capable of supporting the plurality of composite substrates 10 in the vertical direction and the longitudinal direction, respectively. According to an example, the boats 160 have a size and a structure capable of supporting the composite substrate 10 two vertically and two longitudinally. The boats 160 may be fixedly installed in the reactor 120 or may be provided to be loaded / unloaded.

또한, 보트(160)는 하나의 합성기판(10)을 지지할 수 있는 크기로 제공될 수 있다. 이 경우, 보트(160)는 하나 또는 복수개가 제공될 수 있다. 보트(160)가 복수개 제공되는 경우, 보트(160)들은 반응로(120)의 길이방향(상술한 제 1방향(42))을 따라 복수개가 배치되거나, 선택적으로 제 1방향(42)과 수직한 상하방향으로 적층될 수 있다. In addition, the boat 160 may be provided in a size capable of supporting one composite substrate 10. In this case, one or more boats 160 may be provided. When a plurality of boats 160 are provided, a plurality of boats 160 may be disposed along the longitudinal direction of the reactor 120 (first direction 42 described above), or optionally perpendicular to the first direction 42. It can be stacked in one vertical direction.

선택적으로 보트(160) 대신 반응로(120) 내에는 합성기판(10)이 놓여지는 지지 프레임(160′)이 설치될 수 있다. 도 4a와 도 4b는 각각 내부에 지지 프레임(160′)이 설치된 반응로(120)의 단면도이다. 도 4a를 참조하면, 지지 프레임(160′)은 반응로(120)의 길이방향을 따라 반응로(120)의 내벽으로부터 반응로(120)의 안쪽으로 돌출되도록 제공된 2개의 프레임들(162, 164)을 가진다. 제 1프레임(162)과 제 2프레임(164)은 서로 대향되도록 배치되어, 각각 합성기판(10)의 가장자리를 지지한다. 합성기판(10)의 안정적인 지지를 위해 제 1프레임(162) 및 제 2프레임(164)의 끝단에는 상부로 돌출된 안내돌기(162a, 164a)가 제공되고, 합성기판(10)의 가장자리 영역에는 안내돌기(162a, 164a)에 걸리도록 아래방향으로 돌출된 걸림턱(10a)이 제공될 수 있다. Optionally, a support frame 160 ′ in which the composite substrate 10 is placed may be installed in the reactor 120 instead of the boat 160. 4A and 4B are cross-sectional views of the reactor 120 in which a support frame 160 'is installed therein, respectively. Referring to FIG. 4A, the support frame 160 ′ is provided with two frames 162 and 164 provided to protrude from the inner wall of the reactor 120 into the reactor 120 along the longitudinal direction of the reactor 120. ) The first frame 162 and the second frame 164 are disposed to face each other, and support the edges of the composite substrate 10, respectively. In order to stably support the composite substrate 10, guide ends 162a and 164a protruding upward are provided at the ends of the first frame 162 and the second frame 164, and the edge region of the composite substrate 10 is provided. A locking projection 10a protruding downward to be caught by the guide protrusions 162a and 164a may be provided.

하나의 지지프레임(160′)에 반응로(120)의 길이 방향을 따라 복수 개의 합성기판들(10)이 놓이도록 제 1프레임(162)과 제 2프레임(164)은 충분히 길게 제공될 수 있다. 지지 프레임(160′)은 상하로 일정거리 이격되도록 복수개가 제공될 수 있다. 반응로(120)가 원형 단면으로 제공된 경우, 지지 프레임(160′)은 상하로 2개가 설치될 수 있다. 선택적으로 중앙으로 갈수록 지지 프레임(160′)의 폭을 넓게 제공함으로써 지지 프레임은 3개 이상으로 제공할 수 있다. 또는 도 4b와 같이 반응로(140a)는 직사각의 단면을 가지도록 제공되고, 지지 프레임(160′)은 복수개가 상하로 적층되도록 제공될 수 있다.The first frame 162 and the second frame 164 may be provided sufficiently long so that the plurality of composite substrates 10 are placed along the length of the reactor 120 in one support frame 160 ′. . The support frame 160 ′ may be provided in plural so as to be spaced apart by a predetermined distance up and down. When the reactor 120 is provided in a circular cross section, two support frames 160 ′ may be installed vertically. Optionally, by providing a wider width of the support frame 160 'toward the center, three or more support frames may be provided. Alternatively, as illustrated in FIG. 4B, the reactor 140a may be provided to have a rectangular cross section, and the support frame 160 ′ may be provided to be stacked up and down.

본 실시예에서는 탄화수소를 열분해 하여 탄소 나노 튜브(30)를 생산하는 열분해법(pyrolysis of hydrocarbon)이 적용된 구조를 가진 반응 챔버(100)를 예를 들어 설명하였으나, 이는 하나의 예에 불과하며, 본 발명의 시스템(100)은 레이저증착법, 플라즈마 화학 기상 증착법, 열화학 기상증착법, 플레임(flame) 합성방법, 그리고 전기방전법 등의 다양한 생성방식이 적용된 구조를 가진 반응 챔버가 사용될 수 있다. In the present embodiment, a reaction chamber 100 having a structure to which pyrolysis of hydrocarbon is applied by pyrolyzing hydrocarbons to produce carbon nanotubes 30 is described as an example, but this is only one example. In the system 100 of the present invention, a reaction chamber having a structure to which various generation methods such as laser deposition, plasma chemical vapor deposition, thermochemical vapor deposition, flame synthesis, and electric discharge is applied may be used.

다시 도 1을 참조하면, 스테이션부(200)는 외부와 격리된 챔버(200a)을 포함한다. 스테이션부(200)와 반응 챔버(100) 사이에는 이들 간에 합성기판(10)이 이동되는 통로를 개폐하는 제 1게이트 밸브(222)가 설치되고, 스테이션부(200)와 제 2이송장치(700) 사이에는 이들 간에 합성기판(10)이 이동되는 통로를 개폐하는 제 2게이트 밸브(224)가 설치된다. Referring back to FIG. 1, the station unit 200 includes a chamber 200a isolated from the outside. A first gate valve 222 is installed between the station unit 200 and the reaction chamber 100 to open and close a passage through which the composite substrate 10 moves, and the station unit 200 and the second transfer device 700 are provided therebetween. The second gate valve 224, which opens and closes the passage through which the composite substrate 10 moves between them, is installed between them.

스테이션부(200)에는 그 내부로 질소, 아르곤 등과 같은 불활성가스를 공급하는 가스 공급부재(280)가 설치된다. 불활성 가스는 스테이션부(200) 내부에 공기(특히, 산소)를 제거하고 스테이션부(200) 내부를 불활성 가스 분위기를 유지한다. 이는 스테이션부(200) 내에 반응 챔버(100)로부터 합성기판(10)이 언로딩될 때, 합 성기판(10) 상에 생성된 고온의 탄소 나노 튜브(30)가 산소와 접촉되는 것을 방지한다. 가스 공급부재(280)는 기판 보관부(400)가 설치된 제 1영역(240)에 제공되는 것이 바람직하다.The station unit 200 is provided with a gas supply member 280 for supplying an inert gas such as nitrogen, argon, and the like into the station unit 200. The inert gas removes air (particularly oxygen) inside the station unit 200 and maintains an inert gas atmosphere inside the station unit 200. This prevents the hot carbon nanotubes 30 produced on the synthetic substrate 10 from contacting with oxygen when the composite substrate 10 is unloaded from the reaction chamber 100 in the station unit 200. . The gas supply member 280 is preferably provided in the first region 240 in which the substrate storage unit 400 is installed.

제 1게이트 밸브(222)가 반응 챔버(100)와 인접하여 배치된 경우 반응 챔버(100) 내 복사열에 의해 제 1게이트 밸브(222)가 손상될 수 있다. 이를 방지하기 위해 반응 챔버(100)의 길이를 충분히 길게 하여 가열부(140)와 제 1게이트 밸브(222)가 거리가 충분히 유지되도록 할 수 있다. 그러나 이 경우 반응 챔버(100)의 길이 증가로 인해 시스템(1)이 대형화된다. When the first gate valve 222 is disposed adjacent to the reaction chamber 100, the first gate valve 222 may be damaged by radiant heat in the reaction chamber 100. In order to prevent this, the length of the reaction chamber 100 may be sufficiently long so that the distance between the heating unit 140 and the first gate valve 222 is sufficiently maintained. In this case, however, the system 1 becomes larger due to the increase in the length of the reaction chamber 100.

본 실시예에 의하면, 시스템(1)의 대형화를 방지함과 동시에 제 1게이트 밸브(222)가 복사열에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 제 1게이트 밸브(222)와 반응 챔버(100) 사이에 열 차단부재(190)가 설치된다. 열 차단부재(190)는 반응 챔버(100)로부터 제 1게이트 밸브(222)로 전해지는 복사열을 차단한다. 열 차단부재는(190)는 알루미나와 같이 열전도율이 낮은 재질의 차단판(192)과 이를 구동하는 구동기(194)를 가진다. 선택적으로, 차단판(192)은 일반 금속 재질로 제조될 수 있다. 이 경우, 차단판(192)이 반응로(120) 내 열에 의해 손상되는 것을 방지하고, 차단 효율을 높이기 위해 차단판(192)을 냉각하는 냉각부재(도시되지 않음)가 제공될 수 있다. According to the present embodiment, the heat between the first gate valve 222 and the reaction chamber 100 to prevent the system 1 from being enlarged and to prevent the first gate valve 222 from being damaged by radiant heat. The blocking member 190 is installed. The heat blocking member 190 blocks radiant heat transmitted from the reaction chamber 100 to the first gate valve 222. The heat blocking member 190 has a blocking plate 192 of a material having a low thermal conductivity, such as alumina, and a driver 194 driving the same. Optionally, the blocking plate 192 may be made of a general metal material. In this case, a cooling member (not shown) may be provided to prevent the blocking plate 192 from being damaged by heat in the reactor 120 and to cool the blocking plate 192 in order to increase the blocking efficiency.

차단판(190)은 제 1게이트 밸브(222)가 닫혀 있는 동안에는 제 1게이트 밸브(222)의 전방에 위치되어 제 1게이트 밸브(222)가 열에 의해 손상되는 것을 방지하고, 제 1게이트 밸브(222)가 개방된 때에는 합성기판(10)의 이동경로를 방해하지 않는 위치로 이동된다. The blocking plate 190 is positioned in front of the first gate valve 222 while the first gate valve 222 is closed to prevent the first gate valve 222 from being damaged by heat, and the first gate valve ( When the 222 is open, the 222 is moved to a position that does not obstruct the movement path of the composite substrate 10.

합성기판(10)은 반응 챔버(160)로 로딩되기 전에, 촉매(20)(금속막)가 촉매 도포부(500)에서 반응 챔버(160) 상면에 도포된다. 도 5는 도 1에 도시된 촉매 도포부(500)의 구성도이고, 도 6은 도 5의 선 A-A′를 따라 절단 후 상부에서 바라본 촉매 도포부(500)의 평면도이다. Before the synthetic substrate 10 is loaded into the reaction chamber 160, the catalyst 20 (metal film) is applied to the upper surface of the reaction chamber 160 in the catalyst applying unit 500. FIG. 5 is a configuration diagram of the catalyst applicator 500 shown in FIG. 1, and FIG. 6 is a plan view of the catalyst applicator 500 viewed from the top after cutting along the line A-A 'of FIG.

도 5과 도 6을 참조하면, 촉매 도포부(500)는 촉매 저장 탱크(호퍼, 520), 정량 공급부(560), 브러시 유닛(580), 그리고 스테이지(590)를 가진다. 공정 진행시 합성기판(10)은 스테이지(590) 상에 놓여진다. 촉매 저장 탱크(520)는 스테이지(590) 상부에 배치되며 합성기판(10) 상면에 일정량의 촉매(20)를 공급하는 토출구를(526a) 갖는다. 브러시 유닛(580)은 합성기판(10) 상면으로 공급된 촉매(20)를 합성기판(10) 상면에 균일한 두께로 펴준다. 5 and 6, the catalyst applicator 500 includes a catalyst storage tank (hopper) 520, a metering supply 560, a brush unit 580, and a stage 590. During the process, the synthetic substrate 10 is placed on the stage 590. The catalyst storage tank 520 is disposed above the stage 590 and has a discharge port 526a for supplying a predetermined amount of the catalyst 20 to the upper surface of the synthetic substrate 10. The brush unit 580 spreads the catalyst 20 supplied to the upper surface of the synthetic substrate 10 to a uniform thickness on the upper surface of the synthetic substrate 10.

스테이지(590)는 합성기판(10)이 위치되도록 일정간격 이격되어 서로 대향되도록 배치되는 측판들(592)과 각각의 측판(592)에 안쪽으로 돌출되도록 설치되어 합성기판(10)의 가장자리 영역을 지지하는 복수의 지지돌기들(594)을 가진다. 각각의 측판(592)에 지지돌기(594)는 복수개가 설치될 수 있다.The stage 590 is installed to protrude inwardly to the side plates 592 and the respective side plates 592 which are spaced apart from each other so as to face each other so that the composite substrate 10 is positioned so as to face the edge region of the composite substrate 10. It has a plurality of support protrusions 594 for supporting. A plurality of support protrusions 594 may be installed on each side plate 592.

브러시 유닛(580)은 가이드 레일(584), 도포용 브러시(587), 그리고 이동체(588)를 포함한다. 가이드 레일(584)은 합성기판(10)이 놓여지는 스테이지(590)의 양측에 길이방향으로 설치된다. 이동체(588)는 가이드 레일(584)에 이동 가능하게 설치되며, 이동체(588)는 리니어모터 구동방식, 실린더 구동방식, 모터 구동방식과 같은 공지의 직선 이동 구동부(586)에 의해 직선 이동된다. 도포용 브러시(587)는 스테이지(590)의 상부에 위치되며, 촉매(20)를 합성기판(10) 전면에 균일한 두께로 펴 준다. 도포용 브러시(587)는 그 양단이 이동체(588)에 연결되어 이동체(588)와 함께 슬라이드 방식으로 이동된다. 도포용 브러시(587)는 진행방향에 대하여 특정 경사면을 갖는 금속 또는 비금속 재질의 플레이트 형상으로 제공될 수 있다.The brush unit 580 includes a guide rail 584, an application brush 587, and a movable body 588. The guide rails 584 are installed in the longitudinal direction on both sides of the stage 590 on which the composite substrate 10 is placed. The movable body 588 is movably installed on the guide rail 584, and the movable body 588 is linearly moved by a known linear movement driver 586 such as a linear motor drive method, a cylinder drive method, and a motor drive method. The coating brush 587 is positioned above the stage 590, and spreads the catalyst 20 in a uniform thickness on the entire surface of the synthetic substrate 10. Both ends of the coating brush 587 are connected to the movable body 588 and are moved in a slide manner together with the movable body 588. The coating brush 587 may be provided in a plate shape of a metal or nonmetal material having a specific inclined surface with respect to the traveling direction.

이동체(588) 상에서 도포용 브러시(587)는 높낮이 조절이 가능하도록 도포용 브러시(587)는 수직이동기(589)에 의해 상하로 이동된다. 이는 합성기판(10) 상면에 도포되는 촉매(20)의 도포 두께를 조절할 수 있도록 한다. 수직이동기(589)는 이동체(588)의 상단에 고정결합되는 상부판(589a), 이와 대향되도록 이동체(588)의 하단에 고정결합되는 하부판(589b), 그리고 상부판(589a)과 하부판(589b)을 연결하도록 수직하게 배치된 가이드축(589c)을 가진다. 가이드축(589c)에는 구동기(도시되지 않음)에 의해 가이드축(589c)을 따라 상하방향으로 직선이동되며, 도포용 브러시(587)가 고정장착되는 브라켓(589d)이 설치된다. The coating brush 587 is moved up and down by the vertical mover 589 so that the coating brush 587 can be adjusted on the movable body 588. This makes it possible to adjust the coating thickness of the catalyst 20 applied to the upper surface of the synthetic substrate 10. The vertical mover 589 includes an upper plate 589a fixedly coupled to the upper end of the movable body 588, a lower plate 589b fixedly coupled to the lower end of the movable body 588 to face the upper plate 589a, and an upper plate 589a and the lower plate 589b. ) Has a guide shaft 589c disposed vertically. The guide shaft 589c is linearly moved up and down along the guide shaft 589c by a driver (not shown), and a bracket 589d to which the application brush 587 is fixedly mounted is provided.

촉매 저장 탱크(520)는 내부에 저장된 촉매(20)를 합성기판(10) 상으로 공급한다. 촉매 저장 탱크(520)는 상부면(522), 측면(524), 그리고 토출구(526a)가 형성된 하부면(526)을 가진다. 측면(524)은 대체로 수직한 상측부(524a), 이로부터 아래로 연장되며 아래로 갈수록 안쪽으로 경사진 중간측부(524b), 그리고 이로부터 아래로 대체로 수직하게 연장된 하측부(524c)를 가진다. 상술한 구조로 인해 상측부(524a)에 의해 제공된 공간에는 하측부(524c)에 의해 제공된 공간에 비해 동일 높이에 해당되는 영역에 많은 량의 촉매(20)가 저장된다. 상술한 중간측부(524b)의 형상에 의해 상측부(524a)에 의해 제공된 공간 내 촉매(20)는 원활하게 하측부 (524c)에 의해 제공된 공간으로 공급된다. The catalyst storage tank 520 supplies the catalyst 20 stored therein onto the synthetic substrate 10. Catalyst storage tank 520 has an upper surface 522, a side 524, and a lower surface 526 with an outlet 526a formed therein. Side 524 has a generally vertical upper portion 524a, an intermediate side portion 524b extending downwardly therefrom and inclined inwardly downward, and a lower portion 524c extending generally vertically downwardly therefrom. . Due to the above-described structure, a large amount of catalyst 20 is stored in the space provided by the upper portion 524a in a region corresponding to the same height as compared to the space provided by the lower portion 524c. Due to the shape of the intermediate side portion 524b described above, the catalyst 20 in the space provided by the upper portion 524a is smoothly supplied to the space provided by the lower portion 524c.

촉매 저장 탱크(520)에는 합성기판(10) 상면으로 설정된 량만큼 촉매(20)가 공급되도록 하는 정량 공급부(560)가 설치된다. 정량 공급부(560)는 설정된 량의 촉매(20)가 담겨질 수 있는 정량 공간(568)을 제공할 수 있는 상부 차단판(564)과 하부 차단판(562)을 가진다. 상부 차단판(564)과 하부 차단판(562)은 하측부(524c)에 제공된다. 정량 공간(568)은 촉매 저장 탱크(520)의 토출구(526a) 상부에 위치되며, 상부 차단판(564)은 정량 공간(568)의 상단으로 제공되고, 하부 차단판(562)은 정량 공간(568)의 하단으로 제공된다. 상부 차단판(564)과 하부 차단판(562)은 실린더(566)와 같은 구동수단에 의해 작동된다. 하부 차단판(562)이 닫혀진 상태에서 상부 차단판(564)이 닫혀지면, 하부 차단판(562)과 상부 차단판(564) 사이에 설정된 량의 촉매(20)가 채워진 정량 공간(568)이 다시 제공된다.The catalyst storage tank 520 is provided with a quantitative supply unit 560 for supplying the catalyst 20 by the amount set to the upper surface of the synthetic substrate 10. The metered feeder 560 has an upper barrier plate 564 and a lower barrier plate 562 that can provide a quantitative space 568 in which a set amount of catalyst 20 can be contained. The upper blocking plate 564 and the lower blocking plate 562 are provided at the lower side 524c. The metering space 568 is located above the outlet 526a of the catalyst storage tank 520, the upper blocking plate 564 is provided to the top of the metering space 568, the lower blocking plate 562 is the metering space ( 568). The upper block plate 564 and the lower block plate 562 are operated by driving means such as the cylinder 566. When the upper block 564 is closed while the lower block 562 is closed, the quantitative space 568 filled with the amount of catalyst 20 set between the lower block 562 and the upper block 564 is filled. Is provided again.

하부 차단판(562)이 개방되면 정량 공간(568)에 담겨진 촉매(20)가 토출구(526a)를 통해 합성기판(10) 상면으로 공급된다. 한편, 촉매 저장 탱크(520)의 중간측부(524b)에는 촉매(20)를 교반시키는 교반기(540)가 설치된다. 교반기(540)의 교반날개(542)는 촉매(20)가 정량 공간으로 공급되기 전 회전하여 촉매 저장 탱크(520) 내부의 빈공간을 제거함과 동시에 촉매(20)가 정량 공간(568)으로 자연스럽게 공급되도록 유도하는 역할을 갖는다. When the lower blocking plate 562 is opened, the catalyst 20 contained in the metering space 568 is supplied to the upper surface of the synthetic substrate 10 through the discharge port 526a. On the other hand, an agitator 540 for stirring the catalyst 20 is installed in the middle side portion 524b of the catalyst storage tank 520. The stirring blade 542 of the stirrer 540 rotates before the catalyst 20 is supplied to the quantitative space to remove the empty space inside the catalyst storage tank 520 and at the same time, the catalyst 20 naturally moves to the quantitative space 568. Has a role of inducing supply.

도 7a 내지 도 7c는 촉매 도포부(500)에서의 촉매 도포 과정을 단계적으로 설명하기 위한 도면들이다. 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 합성기판(10)이 제 2이송장치(700)에 의해 스테이지(590)에 놓여지면, 하부 차단판(562)이 실린더(566)에 의해 작동되어 측방향으로 이동되면서 정량 공간(568) 하부를 개방하게 되고, 정량 공간(568)에 담겨져 있던 설정된 량의 촉매(20)가 합성기판(10) 상면으로 떨어진다(도 7a). 합성기판(10) 상면에 수북하게 쌓인 촉매(20)는 브러시 유닛(580)에 의해 합성기판(10) 전면에 균일한 두께로 도포된다(도 7b, 도 7c). 즉, 도포용 브러시(587)는 이동체(588)와 함께 합성기판(10)의 일단에서 타단까지 슬라이드 이동하면서 촉매(20)를 합성기판(10) 전면에 균일하게 도포시킨다. 이때 촉매(20)의 균일한 도포를 위하여 도포용 브러시(587) 또는 합성기판(10)에 미세한 진동을 가해줄 수 있는 진동기(미도시됨)가 추가로 설치될 수 있다. 7A to 7C are diagrams for explaining the catalyst application process in the catalyst applying unit 500 step by step. 7A to 7C, when the composite substrate 10 is placed on the stage 590 by the second transfer device 700, the lower blocking plate 562 is operated by the cylinder 566 to move laterally. While moving, the lower portion of the quantitative space 568 is opened, and the set amount of the catalyst 20 contained in the quantitative space 568 falls to the upper surface of the synthetic substrate 10 (FIG. 7A). Catalyst 20 piled up on the upper surface of the synthetic substrate 10 is applied to the entire surface of the synthetic substrate 10 by a brush unit 580 in a uniform thickness (Figs. 7b and 7c). That is, the application brush 587 uniformly applies the catalyst 20 to the entire surface of the synthetic substrate 10 while slidingly moving from one end to the other end of the synthetic substrate 10 together with the moving body 588. In this case, a vibrator (not shown) may be additionally provided to apply a fine vibration to the application brush 587 or the synthetic substrate 10 for uniform application of the catalyst 20.

여기서, 촉매(20)는 예를 들면 철, 백금, 코발트, 니켈, 이트륨 등의 전이금속과 또는 이들의 합금 및 산화마그네슘(Mg0), 산화알루미늄(Al203), 산화실리콘(Si02) 등의 다공성 물질이 혼합된 분말형태일 수 있다. 또는 이러한 소재가 포함된 액상의 촉매(20)일 수 있다. 촉매(20)가 액상인 경우에는 촉매 저장 탱크와, 공급라인, 공급라인 상에 설치되는 정량공급용 펌프 그리고 액상의 촉매(20)를 합성기판 상면으로 공급하는 공급노즐을 포함할 수 있다. Here, the catalyst 20 includes, for example, transition metals such as iron, platinum, cobalt, nickel, and yttrium, and alloys thereof, and magnesium oxide (Mg0), aluminum oxide (Al 2 0 3 ), and silicon oxide (Si0 2 ). It may be in the form of a powder mixed with a porous material. Or it may be a liquid catalyst 20 containing such a material. When the catalyst 20 is in a liquid phase, it may include a catalyst storage tank, a supply line, a pump for quantitative supply installed on the supply line, and a supply nozzle for supplying the liquid catalyst 20 to the upper surface of the synthetic substrate.

상술한 예에서는 도포용 브러시(587)가 이동하면서 합성기판(10) 상에 촉매(20)를 균일하게 도포하는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 도포용 브러시(587)는 고정되고 스테이지(590)가 이동될 수 있다. 그러나 촉매 도포부(500)의 공간을 줄이기 위해 상술한 예와 같이 도포용 브러시(587)가 이동되는 것이 바람직하다.In the above-described example, it has been described that the catalyst 20 is uniformly coated on the synthetic substrate 10 while the application brush 587 moves. Alternatively, the application brush 587 may be fixed and the stage 590 may be moved. However, in order to reduce the space of the catalyst coating unit 500, it is preferable that the coating brush 587 is moved as in the above-described example.

또한, 상술한 예에서는 촉매(20)는 촉매 도포부(500)에서 별도로 합성기판(10) 상에 도포되고, 반응 챔버(100) 내에서는 촉매(20)가 도포된 합성기판(10) 상에 탄소 나노 튜브(30)를 생성시키는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리, 촉매 도포부를 제거하고, 반응 챔버 내에서 촉매 가스 및 소스가스를 공급하여 합성기판 상에 촉매 도포 및 탄소 나노 튜브의 생성이 이루어질 수 있다.In addition, in the above-described example, the catalyst 20 is applied on the synthetic substrate 10 separately from the catalyst applying unit 500, and in the reaction chamber 100 on the synthetic substrate 10 to which the catalyst 20 is applied. It has been described as producing the carbon nanotubes 30. Alternatively, however, the catalyst applicator may be removed, and the catalyst gas and the source gas may be supplied in the reaction chamber to apply the catalyst and generate carbon nanotubes on the synthetic substrate.

도 8은 기판 보관부(400)와 제 1이송장치(300)의 평면도이고, 도 9는 기판 보관부(400)의 측면도이다. 도 8과 도 9를 참조하면, 기판 보관부(400)는 합성기판(10)을 보관하는 카세트(420), 수직 레일들(442), 수평 레일(444), 그리고 이동 프레임들(446)을 가진다. 수직 레일들(442)은 제 1영역(240)의 모서리 부분에 각각 배치된다. 수직 레일들(442)은 상하 방향으로 긴 로드 형상을 가지며, 이동 프레임(446)의 상하 이동을 안내한다. 각각의 수직 레일(442)에는 수직 레일(442)을 따라 수직 구동부(도시되지 않음)에 의해 상하로 이동되는 브라켓(448)이 결합된다. 각각의 이동 프레임(446)은 제 1방향(42)을 따라 길게 제공되며, 서로 대향되도록 배치된다. 이동 프레임(446)은 브라켓(448)에 고정결합되어 브라켓(448)과 함께 수직 레일(442)을 따라 상하로 직선이동된다. 각각의 이동 프레임(446)의 양단은 각각 제 1방향(42)으로 서로 대향되는 브라켓들(448)에 고정설치되며, 이동 프레임들(446)은 브라켓(448)과 함께 상하로 이동된다. 이동 프레임(446) 상에는 수평 레일(444)이 고정 설치된다. 각각의 수평 레일(444)은 제 2방향(44)을 따라 길게 제공되며, 수평 레일들(444)은 서로 대향되도록 배치된다. 수평 레일(444)은 제 1영역(240) 전체에 걸쳐 제공되며, 수평 레일(444) 상에는 수평 레일(444)을 따라 제 2 방향(44)으로 이동가능하도록 카세트(420)가 장착된다. 8 is a plan view of the substrate storage unit 400 and the first transfer device 300, Figure 9 is a side view of the substrate storage unit 400. 8 and 9, the substrate storage unit 400 may include a cassette 420, a vertical rails 442, a horizontal rail 444, and moving frames 446 for storing the composite substrate 10. Have The vertical rails 442 are disposed at corners of the first region 240, respectively. The vertical rails 442 have a long rod shape in the vertical direction and guide the vertical movement of the moving frame 446. Each vertical rail 442 is coupled with a bracket 448 that is moved up and down by a vertical drive (not shown) along the vertical rail 442. Each moving frame 446 is provided long along the first direction 42 and is disposed to face each other. The moving frame 446 is fixedly coupled to the bracket 448 and linearly moves up and down along the vertical rail 442 together with the bracket 448. Both ends of each moving frame 446 are fixedly installed on brackets 448 facing each other in the first direction 42, and the moving frames 446 are moved up and down together with the bracket 448. The horizontal rail 444 is fixedly installed on the moving frame 446. Each horizontal rail 444 is provided long along the second direction 44, and the horizontal rails 444 are disposed to face each other. The horizontal rail 444 is provided over the first area 240, and the cassette 420 is mounted on the horizontal rail 444 to be movable in the second direction 44 along the horizontal rail 444.

도 8에 도시된 바와 같이, 카세트(420)는 점선으로 표시된 대기위치와 실선으로 표시된 로딩/언로딩 위치(X2)(반응 챔버와 연결되는 제 1게이트 밸브(222) 바로 앞) 사이에서 수평 이동된다. 대기 위치(X1)는 제 1영역(240)의 하부 영역(244) 내 위치이고 로딩/언로딩 위치(X2)는 제 1영역(240)의 상부 영역(242) 내 위치이다. 카세트(420)는 반응 챔버(100)로/로부터 합성기판(10)을 로딩/언로딩할 때와 제 2이송장치(700)에 의한 합성기판(10) 이송시 로딩/언로딩 위치(X2)로 이동되며, 합성기판(10)의 온도를 낮추기 위해 대기할 때에는 대기위치(X1)로 이동한다. As shown in FIG. 8, the cassette 420 is moved horizontally between the standby position indicated by the dotted line and the loading / unloading position X2 indicated by the solid line (just before the first gate valve 222 connected to the reaction chamber). do. The standby position X1 is a position in the lower region 244 of the first region 240 and the loading / unloading position X2 is a position in the upper region 242 of the first region 240. The cassette 420 is loaded / unloaded position (X2) when loading / unloading the composite substrate 10 into / from the reaction chamber 100 and when transferring the composite substrate 10 by the second transfer device 700. Is moved to, and when waiting to lower the temperature of the composite substrate 10 is moved to the standby position (X1).

도 10은 카세트(420)의 사시도이다. 반응 챔버(100)로 로딩될 합성기판(10) 및 반응 챔버(100)로부터 언로딩된 합성기판들(10)은 카세트(420)에 보관된다. 도 8을 참조하면, 카세트(420)는 지지부들(422), 상판(424) 및 하판(426), 그리고 수직축들(428)을 가진다. 상판(424)과 하판(426)은 대체로 직사각 형상으로 제공되며 상하로 서로 마주보도록 배치된다. 수직축들(428)은 상판(424)과 하판(426)의 서로 마주보는 모서리 영역을 연결하며 4개가 제공된다. 수직축(428)에는 합성기판(10)이 카세트(420)에 적층되어 보관되도록 합성기판(10)을 지지하는 지지부들(422)이 설치된다. 각각의 지지부(422)는 합성기판(10)의 가장자리 부분을 지지하는 4개의 지지블럭(423)을 가진다. 지지부들(422)은 2개의 그룹으로 그룹지어진다. 제 1그룹에 속하는 지지부들(422a, 이하 제 1지지부)은 반응 챔버(100)로 로딩될 합성기판(10)들을 지지하며, 제 2그룹에 속하는 지지부들(422b, 이하 제 2지지부)은 반응 챔버(100)로부터 언로딩된 합성기판(10)들을 지지한다. 일 예에 의하면, 제 1지지 부(422a) 및 제 2지지부(422b)는 각 4개씩 제공되며, 제 1지지부들(422a)은 제 2지지부들(422b)의 상부에 위치되도록 제공된다.10 is a perspective view of the cassette 420. The composite substrate 10 to be loaded into the reaction chamber 100 and the composite substrates 10 unloaded from the reaction chamber 100 are stored in the cassette 420. Referring to FIG. 8, the cassette 420 has supports 422, an upper plate 424 and a lower plate 426, and vertical axes 428. The upper plate 424 and the lower plate 426 are generally provided in a rectangular shape and are disposed to face each other up and down. The vertical axes 428 connect four corner portions of the upper plate 424 and the lower plate 426 facing each other. Support portions 422 supporting the composite substrate 10 are installed on the vertical axis 428 so that the composite substrate 10 is stacked and stored in the cassette 420. Each support 422 has four support blocks 423 for supporting the edge of the composite substrate 10. The supports 422 are grouped into two groups. The supports 422a (hereinafter referred to as the first support) belonging to the first group support the composite substrates 10 to be loaded into the reaction chamber 100, and the supports 422b (hereinafter referred to as the second support) belonging to the second group react. The unloaded composite substrates 10 are supported from the chamber 100. In an example, four first supporting parts 422a and two second supporting parts 422b are provided, and the first supporting parts 422a are provided to be positioned above the second supporting parts 422b.

제 2지지부들(422b) 간의 상하 간격은 제 1지지부들(422a) 간의 상하 간격보다 넓게 제공된다. 상술한 구조로 인해 카세트(420) 전체 높이는 줄이면서 반응 챔버(100)로부터 언로딩된 합성기판(10)의 상면에 생성된 탄소 나노 튜브(30)가 인접한 합성기판(10)과 접촉되지 않도록 하는 공간을 충분히 제공할 수 있다.The vertical space between the second supports 422b is wider than the vertical space between the first supports 422a. Due to the structure described above, the total height of the cassette 420 is reduced while the carbon nanotubes 30 formed on the upper surface of the unloaded synthetic substrate 10 from the reaction chamber 100 do not come into contact with the adjacent synthetic substrate 10. It can provide enough space.

카세트(420)의 제 1지지부(422)들에 보관중인 합성기판(10)들은 제 1이송장치(300)에 의해 반응 챔버(100) 내부로 로딩된다. 반응 챔버(100)의 보트(160)에는 4장의 합성기판(10)들이 놓여지게 된다. 제 1이송장치(300)는 합성기판을 하나씩 순차적으로 반응 챔버(100)로/로부터 로딩하고 언로딩한다. The composite substrates 10 stored in the first support portions 422 of the cassette 420 are loaded into the reaction chamber 100 by the first transfer device 300. Four synthetic substrates 10 are placed in the boat 160 of the reaction chamber 100. The first transfer device 300 sequentially loads and unloads the composite substrate into / from the reaction chamber 100 one by one.

합성기판(10)들의 로딩이 완료되면, 반응 챔버(100)에서 탄소 나노 튜브(30) 생성을 위한 공정이 진행된다. 반응 챔버(100)에서 공정이 진행되는 동안, 또 다른 4장의 합성기판(10)들은 촉매 도포부(500)에서 촉매 도포 후 카세트(420)의 제 1지지부(422)들에서 대기하게 된다. When the loading of the synthetic substrates 10 is completed, a process for generating the carbon nanotubes 30 is performed in the reaction chamber 100. During the process in the reaction chamber 100, another four composite substrates 10 are waiting for the first support portion 422 of the cassette 420 after applying the catalyst in the catalyst coating portion 500.

반응 챔버(100)에서 탄소 나노 튜브(30)의 생성 공정이 완료되면, 고온 상태의 합성기판(10)은 제 1이송장치(300)에 의해 반응 챔버(100)로부터 언로딩되어 카세트(420)의 제 2지지부(422b)에 수납되며, 고온의 합성기판(10)은 제 2지지부(422b)에서 일정시간 동안 냉각 과정을 거친다. 냉각은 자연 냉각 방식에 의해 이루어진다. 선택적으로 냉각수 등과 같은 냉각 수단을 사용하여 강제 냉각할 수 있다.When the production process of the carbon nanotubes 30 in the reaction chamber 100 is completed, the synthetic substrate 10 in a high temperature state is unloaded from the reaction chamber 100 by the first transfer device 300 to draw the cassette 420. The second support portion 422b is stored in the high temperature synthetic substrate 10 undergoes a cooling process for a predetermined time in the second support portion 422b. Cooling is achieved by natural cooling. Optionally, forced cooling may be achieved using cooling means such as cooling water.

한편, 탄소 나노 튜브(30) 생성이 완료된 합성기판(10)들이 신속하게(일정온도로 떨어지는 것을 기다리지 않고) 반응 챔버(100)로부터 인출되면, 카세트(420)의 제 1지지부(422a)에서 대기중인 4장의 합성기판(탄소 나노 튜브(30) 생성을 위해 대기중인 합성기판)(10)이 반응 챔버(100)로 로딩된다. 이렇게 반응 챔버(100)에서는 반응로(120) 온도가 공정온도를 유지한 상태에서 신속하게 합성기판(10)들이 로딩됨으로써 반응로(120)의 공정온도로 높이기 위한 승온 과정을 생략할 수 있다. On the other hand, when the composite substrates 10 that have completed the production of the carbon nanotubes 30 are quickly withdrawn from the reaction chamber 100 (without waiting for the temperature to drop to a certain temperature), the first support part 422a of the cassette 420 is atmospheric. Four synthetic substrates (synthetic substrates waiting to be produced for the carbon nanotubes 30) 10 are loaded into the reaction chamber 100. As such, in the reaction chamber 100, the temperature increase process for increasing the process temperature of the reactor 120 may be omitted by rapidly loading the composite substrates 10 while the temperature of the reactor 120 maintains the process temperature.

탄소 나노 튜브(30)가 생성된 합성기판(10)들은 일정온도 이하로 떨어질 때까지 카세트(420)의 제 2지지부(422b)들에서 대기하게 된다. 합성기판(10)들이 대기하는 카세트(420)는 스테이션부(200) 내부에 위치된다. 스테이션부(200)의 내부는 불활성가스로 채워져 있기 때문에, 카세트(420)에서 대기 중인 합성기판(10)들은 외부의 공기(특히 산소)와 접촉되지 않는다. 예컨대, 반응 챔버(100)에서 공정을 마친 합성기판(10)이 일정 온도 이하로 떨어진 상태에서는 상관 없지만, 합성기판(10)이 고온 상태에서 상온의 대기 중에 노출되면, 합성기판(10) 표면에 생성된 탄소 나노 튜브(30)가 대기중의 산소와 반응하면서 변형을 일으키게 된다. 본 발명에서는 이러한 문제를 예방하기 위해 반응 챔버(100)에서 언로딩된 합성기판(10)들이 산소와의 접촉되지 않도록 상술한 바와 같이 불활성가스로 채워진 스테이션부(200)를 제공하였다. The composite substrates 10 on which the carbon nanotubes 30 are formed are waited at the second support portions 422b of the cassette 420 until they fall below a predetermined temperature. The cassette 420 on which the synthetic substrates 10 are located is located inside the station unit 200. Since the inside of the station part 200 is filled with inert gas, the synthetic substrates 10 waiting in the cassette 420 are not in contact with outside air (especially oxygen). For example, the synthesis substrate 10 that has been processed in the reaction chamber 100 may not be in a state where the temperature falls below a predetermined temperature. However, when the synthesis substrate 10 is exposed to the atmosphere at room temperature in a high temperature state, the surface of the synthesis substrate 10 The produced carbon nanotubes 30 react with oxygen in the atmosphere to cause deformation. In the present invention, in order to prevent such a problem, the unloaded synthetic substrate 10 in the reaction chamber 100 is provided with a station part 200 filled with an inert gas as described above so as not to come into contact with oxygen.

한편, 카세트(420)의 제 2지지부(422b)들에서 일정시간 동안 대기한 합성기판(10)들은 제 2게이트 밸브(224)를 통해 제 2이송장치(700)에 의해 회수부(600)로 옮겨진다. 그리고, 회수부(600)에서 탄소 나노 튜브(30)의 회수를 마친 합성기판(10)은 촉매 도포부(500)에서 촉매(20)를 도포한 후 다시 카세트(420)의 제 1지지부(422a)에 수납된다. Meanwhile, the composite substrates 10 waited for a predetermined time in the second support parts 422b of the cassette 420 are transferred to the recovery part 600 by the second transfer device 700 through the second gate valve 224. Transferred. After the carbon nanotubes 30 have been recovered from the recovery part 600, the synthetic substrate 10 is coated with the catalyst 20 from the catalyst applicator 500, and again, the first support part 422a of the cassette 420. ) Is stored.

이처럼, 본 발명의 시스템에서는 총 8장의 합성기판들이 두 그룹으로 나누어서 교대로 반응 챔버에서 탄소 나노 튜브(30) 합성 공정을 연속적으로 진행하기 때문에 처리량 향상을 기대할 수 있고, 그에 따라 대량 생산이 가능한 이점이 있다. As described above, in the system of the present invention, a total of eight synthetic substrates are divided into two groups, and thus the carbon nanotube 30 synthesis process is continuously performed in the reaction chamber alternately, and thus the throughput can be expected to be improved, thereby allowing mass production. There is this.

도 11은 제 1이송장치의 사시도이다. 도 11을 참조하면, 제 1이송장치(300)는 합성기판(10)을 지지하는 아암(320), 블레이드(340), 구동기(360)을 가진다. 구동기(360)은 수직 레일들(362), 수평 레일(364), 이동 프레임들(366), 그리고 이동블럭(368)을 가진다. 수직 레일들(362)은 제 2영역(260)의 모서리 부분에 각각 배치된다. 수직 레일들(362)은 상하 방향으로 긴 로드 형상을 가지며, 이동 프레임(366)의 상하 이동을 안내한다. 각각의 수직 레일(362)에는 수직 레일(362)을 따라 수직 구동부(도시되지 않음)에 의해 상하로 이동되는 브라켓(365)이 결합된다. 각각의 이동 프레임(366)은 제 2방향(44)을 따라 길게 제공되며, 서로 대향되도록 배치된다. 이동 프레임(366)은 브라켓(365)에 고정결합되어 브라켓(365)과 함께 수직 레일(362)을 따라 상하로 직선이동된다. 각각의 이동 프레임(366)의 양단은 각각 제 2방향(44)으로 서로 대향되는 브라켓들(365)에 고정설치되며, 이동 프레임들(366)은 브라켓(365)과 함께 상하로 이동된다. 이동 프레임(366)들 상에는 수평 레일(364)이 고정설치된다. 각각의 수평 레일(364)은 제 1방향(42)으로 길게 제공된다. 수평 레일(364)은 제 2영역(260) 전체 영역에 걸쳐 제공되며, 수평 레일(364) 상에는 수평 레일(364)을 따라 제 2방향(44)으로 이동가능하도록 이동블럭(368)이 장착된다. 이동블럭(368)에는 제 1방향(42)을 따라 길게 설치된 아암(320)이 고정설치되고, 아암(320)의 끝단에는 합성기판(10)을 지지하는 블레이드(340)가 장착된다.11 is a perspective view of the first transfer device. Referring to FIG. 11, the first transfer apparatus 300 includes an arm 320, a blade 340, and a driver 360 that support the composite substrate 10. The driver 360 has vertical rails 362, horizontal rails 364, moving frames 366, and moving blocks 368. The vertical rails 362 are disposed at corners of the second region 260, respectively. The vertical rails 362 have a long rod shape in the vertical direction and guide the vertical movement of the moving frame 366. Each vertical rail 362 is coupled with a bracket 365 which is moved up and down by a vertical drive (not shown) along the vertical rail 362. Each moving frame 366 is elongated along the second direction 44 and is disposed to face each other. The moving frame 366 is fixedly coupled to the bracket 365 and linearly moved up and down along the vertical rail 362 together with the bracket 365. Both ends of each of the moving frames 366 are fixed to brackets 365 facing each other in the second direction 44, and the moving frames 366 are moved up and down together with the brackets 365. Horizontal rails 364 are fixedly installed on the moving frames 366. Each horizontal rail 364 is provided elongated in the first direction 42. The horizontal rail 364 is provided over the entire area of the second region 260, and the movable block 368 is mounted on the horizontal rail 364 to be movable in the second direction 44 along the horizontal rail 364. . The movable block 368 is provided with an arm 320 that is installed to extend along the first direction 42, and a blade 340 for supporting the composite substrate 10 is mounted at the end of the arm 320.

또한, 제 1이송장치(300)는 아암(320)을 냉각하는 냉각부재(330)가 제공된다. 반응로(120)의 길이가 긴 경우, 합성기판(10)의 로딩/언로딩을 위해 긴 길이의 아암(320)이 사용된다. 그러나 반응로(120) 내부는 매우 고온으로 유지되기 때문에 아암(320)이 반응로(120) 내로 유입시 열에 의해 신장되고, 이로 인해 블레이드(340) 상의 설정된 위치에서 벗어난 위치에 합성기판(10)이 안착된다. 이는 블레이드(340)에 의해 합성기판(10)이 이동되는 도중에 합성기판(10)이 블레이드(340)로부터 이탈되거나 합성기판(10)이 정위치에서 벗어나 카세트(420)에 놓여질 수 있다. In addition, the first transfer device 300 is provided with a cooling member 330 for cooling the arm (320). When the length of the reactor 120 is long, a long arm 320 is used for loading / unloading the composite substrate 10. However, since the inside of the reactor 120 is maintained at a very high temperature, the arm 320 is elongated by heat as it enters the reactor 120, and thus, the composite substrate 10 is located at a position deviated from the set position on the blade 340. Is seated. This is because the composite substrate 10 may be separated from the blade 340 while the composite substrate 10 is moved by the blade 340, or the composite substrate 10 may be out of position and placed in the cassette 420.

냉각부재(330)는 아암(320)이 반응로(120) 내로 유입될 때 열에 의해 아암(320)이 손상되는 것을 방지한다. 도 12는 냉각부재(330)가 제공된 제 1이송장치(300)를 보여준다. 도 12를 참조하면, 냉각부재(330)는 냉각라인(332), 냉각수 공급관(334), 그리고 냉각수 회수관(336)을 가진다. 냉각라인(332)은 아암(320)의 길이방향을 따라 아암(320) 내에 제공된다. 냉각라인(332)의 일단에는 냉각라인(332)로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관(334)이 연결되고 타단에는 냉각라인(332)으로부터 냉각수를 회수하는 냉각수 회수관(336)이 연결된다. 냉각수 공급관(334)에는 그 내부 통로를 개폐하거나 냉각수의 유량을 조절하는 밸브(334a)가 설치된다.The cooling member 330 prevents the arm 320 from being damaged by heat when the arm 320 is introduced into the reactor 120. 12 shows a first transfer device 300 provided with a cooling member 330. Referring to FIG. 12, the cooling member 330 has a cooling line 332, a cooling water supply pipe 334, and a cooling water recovery pipe 336. Cooling line 332 is provided in arm 320 along the longitudinal direction of arm 320. One end of the cooling line 332 is connected to the cooling water supply pipe 334 for supplying the cooling water to the cooling line 332 and the other end is connected to the cooling water recovery pipe 336 for recovering the cooling water from the cooling line 332. The cooling water supply pipe 334 is provided with a valve 334a for opening and closing the inner passage and adjusting the flow rate of the cooling water.

공정이 완료된 합성기판(10)은 고온으로 가열되어 있다. 스테이션부(200)에서 대기하던 블레이드(340)가 고온의 합성기판(10)을 반응로(120)로부터 언로딩시키기 위해 접촉할 때 합성기판(10)이 급격한 온도변화에 의해 파손될 수 있다. 따라서 블레이드(340)와 합성기판(10)의 접촉면적은 최소화되는 것이 바람직하다.The synthetic substrate 10 having completed the process is heated to a high temperature. When the blade 340 waiting at the station unit 200 contacts the high temperature composite substrate 10 to unload it from the reactor 120, the composite substrate 10 may be damaged by a sudden temperature change. Therefore, the contact area between the blade 340 and the composite substrate 10 is preferably minimized.

도 13은 도 11의 블레이드(340)의 사시도이다. 도 13을 참조하면, 블레이드(340)는 상부면이 평평한 플레이트(342)와 이로부터 상부로 돌출되어 합성기판(10)과 접촉되는 돌기(344)들을 가진다. 플레이트(342)는 공정시 합성기판(10)의 로딩/언로딩을 위해 반응로(120) 내부로 유입되므로, 내열성이 우수한 재질로 제작된다. 돌기들은 블레이드와 합성기판간의 접촉면적을 줄이기 위한 것으로, 플레이트의 모서리 영역에 또는 전체 영역에 균일하게 제공된다. FIG. 13 is a perspective view of the blade 340 of FIG. 11. Referring to FIG. 13, the blade 340 has a plate 342 having a flat upper surface and protrusions 344 protruding upward therefrom and contacting the composite substrate 10. Since the plate 342 is introduced into the reactor 120 for loading / unloading of the synthetic substrate 10 during the process, the plate 342 is made of a material having excellent heat resistance. The protrusions are intended to reduce the contact area between the blade and the composite substrate, and are provided uniformly in the corner region or the entire region of the plate.

돌기(344a)들은 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이 돌기(344a)들 각각은 반구, 다각뿔 등의 형상으로 형성되어 합성기판(10)과 점접촉되거나, 도 14c에 도시된 바와 같이 원뿔대나 다각기둥 형상으로 형성되어 합성기판(10)과 면접촉된다. As shown in FIGS. 14A and 14B, the protrusions 344a are each formed in the shape of a hemisphere, a polygonal pyramid, or the like, and are in point contact with the composite substrate 10, or as shown in FIG. 14C. It is formed in a polygonal column shape and is in surface contact with the composite substrate 10.

돌기(344)의 형상은 다양하게 변형 및 변경이 가능하며, 상술한 실시예들로 인해 한정되는 것은 아니다. 돌기(344)는 합성기판(10)이 갑작스런 온도변화에 파손되는 것을 방지하기 위한 것으로, 돌기(344)의 형상, 개수, 그리고 배치 등은 다양하게 응용이 가능하다.The shape of the protrusion 344 may be variously modified and changed, and is not limited due to the above-described embodiments. The protrusion 344 is for preventing the synthetic substrate 10 from being damaged by a sudden temperature change, and the shape, number, and arrangement of the protrusion 344 may be variously applied.

카세트(420)의 제 2지지부(444)들에서 일정시간 동안 냉각 과정을 마친 합성기판(10)들은 제 2게이트 밸브(224)를 통해 제 2이송장치(700)에 의해 회수부(600)로 옮겨진다. The composite substrates 10 that have been cooled for a predetermined time in the second support parts 444 of the cassette 420 are transferred to the recovery part 600 by the second transfer device 700 through the second gate valve 224. Transferred.

도 15 및 도 16은 각각 회수부의 사시도 및 평면도이고, 도 17은 회수부에서의 탄소 나노 튜브(30) 회수 과정을 설명하기 위한 도면이다. 15 and 16 are respectively a perspective view and a plan view of the recovery portion, Figure 17 is a view for explaining the carbon nanotube 30 recovery process in the recovery portion.

도 15 내지 도 17을 참조하면, 회수부(600)는 합성기판(10)이 놓여지는 스테이지(620)를 갖는다. 스테이지(620)의 하단에는 합성기판(10)으로부터 회수되는 탄소 나노 튜브(30)가 저장되는 회수통(660)이 위치된다. 그리고 스테이지(620)에는 합성기판(10) 상면에서 탄소 나노 튜브(30)를 회수통(660)으로 쓸어주는 회수유닛(640)이 배치된다. 회수유닛(640)에는 합성기판(10)의 길이방향으로 설치되는 가이드 레일(646)이 제공된다. 가이드 레일(646)에는 이동체(644)가 설치되며, 이동체(644)에는 회수용 브러시(642)가 설치된다. 회수용 브러시(642)는 합성기판(10)의 일측에서부터 길이방향으로 슬라이드 이동하면서 합성기판(10) 상면의 탄소 나노 튜브(30)를 회수통(660)으로 쓸어낸다. 회수용 브러시(642)는 이동체(644)에서 높낮이 조절이 가능할 수 있다. 15 to 17, the recovery unit 600 has a stage 620 on which the composite substrate 10 is placed. At the bottom of the stage 620 is a recovery container 660 in which the carbon nanotubes 30 recovered from the synthetic substrate 10 are stored. In addition, the stage 620 is provided with a recovery unit 640 for sweeping the carbon nanotubes 30 into the recovery container 660 on the upper surface of the synthetic substrate 10. The recovery unit 640 is provided with a guide rail 646 installed in the longitudinal direction of the composite substrate 10. The movable body 644 is installed in the guide rail 646, and the recovery brush 642 is installed in the movable body 644. The recovery brush 642 sweeps the carbon nanotubes 30 on the upper surface of the synthetic substrate 10 into the recovery container 660 while slidingly moving in one direction from one side of the synthetic substrate 10. The recovery brush 642 may be adjustable in height in the movable body 644.

상술한 예에서는 회수용 브러시(642)가 이동하면서 합성기판(10) 상에 촉매(20)를 쓸어내는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 회수용 브러시(642)는 고정되고 스테이지가 이동될 수 있다. 그러나 회수부(600)의 공간을 줄이기 위해 상술한 예와 같이 회수용 브러시(642)가 이동되는 것이 바람직하다.In the above-described example, it has been described that the catalyst 20 is swept out on the synthetic substrate 10 while the recovery brush 642 is moved. Alternatively, however, the recovery brush 642 can be fixed and the stage can be moved. However, in order to reduce the space of the recovery unit 600, it is preferable that the recovery brush 642 is moved as in the above-described example.

탄소 나노 튜브(30)가 회수된 합성기판(10)은 제 2이송장치(700)에 의해 촉매 도포부(500)로 제공되어 앞에서 언급한 촉매 도포 과정을 거친 후 카세트(420)의 제 1지지부(422a)에 수납된다. The synthetic substrate 10 from which the carbon nanotubes 30 have been recovered is provided to the catalyst applying unit 500 by the second transfer device 700, and then passes through the aforementioned catalyst coating process. It is accommodated in 422a.

도 18을 참조하면, 이러한 구성을 갖는 탄소 나노 튜브(30) 대량 생산을 위 한 시스템에서의 공정 진행은 촉매 도포단계(S110), 탄소 나노 튜브(30) 생성 단계(S120), 냉각(대기)단계(S130), 회수단계(S140)를 가진다. 촉매 도포 단계(S110)는 촉매 저장 탱크(520)에서 1회 도포량에 해당되는 촉매(20)가 합성기판(10) 상면으로 공급되면, 브러시 유닛(580)의 도포용 브러시(587)가 이동하면서 합성기판(10) 상면에 촉매(20)를 고르게 분포시킨다. 이렇게 촉매(20) 도포가 완료된 합성기판(10)은 제 2이송장치(700)에 의해 스테이션부(200)에 설치된 기판 보관부(400)의 카세트(420)에 수납된다. 카세트(420)의 제 1지지부(422a)에 수납된 합성기판(10)은 반응 챔버(100)로부터 공정을 마친 합성기판(10)이 언로딩된 직후 제 1이송장치(300)에 의해 반응 챔버(100)의 보트(160)로 로딩된다. 합성기판(10)의 로딩이 완료되면 반응 챔버(100)에서 탄소 나노 튜브(30) 생성을 위한 공정이 진행된다(S120). 한편, 반응 챔버(100)로부터 언로딩된 합성기판(10)들은 카세트(420)의 제 2지지부(422b)에 수납된 후, 일정시간 동안 냉각 과정을 거친다(S130). 일정시간이 지나면 합성기판(10)들은 스테이션부(400) 밖으로 인출되어 회수부(600)로 이동된다(S140). 회수부(600)에서 탄소 나노 튜브(30) 회수를 마친 합성기판(10)은 다시 촉매 도포부(500)로 이동되어, 촉매 도포 후 카세트(420)의 제 1지지부(422a)에 수납된다. 반응 챔버(100)에서 공정을 마친 합성기판(10)들은 카세트(420)의 제 2지지부(422b)에 수납된 후 앞에서 서술한 과정을 반복하여 실시하게 된다. Referring to Figure 18, the process proceeds in the system for mass production of carbon nanotubes 30 having such a configuration is a catalyst coating step (S110), carbon nanotubes 30 production step (S120), cooling (wait) It has a step (S130), a recovery step (S140). In the catalyst application step S110, when the catalyst 20 corresponding to a single coating amount is supplied from the catalyst storage tank 520 to the upper surface of the synthetic substrate 10, the application brush 587 of the brush unit 580 is moved. The catalyst 20 is evenly distributed over the synthetic substrate 10. The composite substrate 10 having the catalyst 20 coated thereon is accommodated in the cassette 420 of the substrate storage unit 400 installed in the station unit 200 by the second transfer device 700. The composite substrate 10 accommodated in the first supporting portion 422a of the cassette 420 is formed by the first transfer device 300 immediately after the composite substrate 10 which has been processed from the reaction chamber 100 is unloaded. Loaded into boat 160 of 100. When the loading of the synthetic substrate 10 is completed, a process for generating the carbon nanotubes 30 is performed in the reaction chamber 100 (S120). Meanwhile, the synthetic substrates 10 unloaded from the reaction chamber 100 are accommodated in the second support part 422b of the cassette 420 and then cooled for a predetermined time (S130). After a certain time, the synthetic substrate 10 is drawn out of the station unit 400 and moved to the recovery unit 600 (S140). After the recovery of the carbon nanotubes 30 from the recovery unit 600, the synthetic substrate 10 is moved to the catalyst applying unit 500 again and is stored in the first support part 422a of the cassette 420 after the catalyst application. After completing the process in the reaction chamber 100, the synthetic substrate 10 is stored in the second support portion 422b of the cassette 420, and then repeats the above-described process.

본 발명에 의하면, 소스가스가 일정온도로 가열된 후 반응로 내로 유입되므로, 반응로 내에서 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.According to the present invention, since the source gas is heated to a constant temperature and then introduced into the reactor, the time required for the process in the reactor can be shortened.

또한, 본 발명에 의하면, 탄소 나노 튜브의 생산 공정을 자동화할 수 있다.In addition, the present invention can automate the production process of carbon nanotubes.

또한, 본 발명에 의하면, 탄소 나노 튜브를 대량으로 생산할 수 있다.In addition, according to the present invention, carbon nanotubes can be produced in large quantities.

또한, 본 발명에 의하면, 반응 챔버의 공정 온도를 계속적으로 유지할 수 있으므로 합성기판의 탄소 나노 튜브 합성을 연속적으로 진행할 수 있어 설비 가동률을 향상시킬 수 있다. In addition, according to the present invention, since the process temperature of the reaction chamber can be maintained continuously, the carbon nanotube synthesis of the composite substrate can be continuously performed, thereby improving the facility operation rate.

또한, 본 발명은 정확하고 신뢰성 있는 자동 촉매 공급을 통한 공정 신뢰성을 확보할 수 있다. In addition, the present invention can ensure the process reliability through accurate and reliable automatic catalyst supply.

또한, 본 발명은 탄소 나노 튜브의 자동 회수를 통해 정확한 생산량 산출이 가능하다. In addition, the present invention can be accurately calculated through the automatic recovery of carbon nanotubes.

Claims (5)

탄소 나노 튜브 생성에 사용되는 반응 챔버에 있어서,In the reaction chamber used to produce carbon nanotubes, 탄소 나노 튜브의 생성이 이루어지는 반응로와;A reactor for producing carbon nanotubes; 상기 반응로를 가열하는 가열부와;A heating unit for heating the reactor; 상기 반응로 내로 소스 가스를 공급하는 가스 공급관과, 그리고A gas supply pipe for supplying a source gas into the reactor, and 소스 가스가 상기 반응로 내로 공급되기 전에 소스 가스를 가열하는 가열부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 챔버.And a heating member for heating the source gas before the source gas is supplied into the reactor. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응 챔버는 촉매가 도포된 합성 기판을 더 포함하고, 상기 합성 기판은 공정 진행시 상기 반응로 내에 제공되며,The reaction chamber further comprises a synthetic substrate coated with a catalyst, the synthetic substrate is provided in the reactor during the process, 상기 소스가스는 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 일산화탄소 및 이산화탄소로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 챔버.Wherein the source gas comprises at least one selected from the group consisting of acetylene, ethylene, methane, benzene, xylene, carbon monoxide and carbon dioxide. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 가열부재는 상기 가스 공급관 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 반응 챔버.The heating member is installed on the gas supply pipe. 반응로 내로 소스 가스를 공급하여 합성 기판 상에 탄소 나노 튜브를 생성하는 방법에 있어서,A method of producing carbon nanotubes on a composite substrate by supplying a source gas into the reactor, 상기 소스 가스는 설정 온도로 가열된 상태에서 상기 반응로 내로 공급되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브 생성 방법.And the source gas is supplied into the reactor in a state of being heated to a set temperature. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 합성 기판은 촉매가 도포된 상태에서 상기 반응로 내로 유입되고,The synthetic substrate is introduced into the reactor in the state where the catalyst is applied, 상기 소스가스는 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 벤젠, 크실렌, 일산화탄소 및 이산화탄소로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 튜브 생성 방법.The source gas is carbon nanotubes production method comprising at least one selected from the group consisting of acetylene, ethylene, methane, benzene, xylene, carbon monoxide and carbon dioxide.
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