KR20120110821A - Reaction tube with mixing piece of carbon nano tubes fabrication apparatus - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A reaction tube equipped with the mixing piece of a carbon nano-tube synthesizing apparatus is provided to rotate a catalytic agent with the reaction tube. CONSTITUTION: A reaction tube includes at least one mixing piece(100). The mixing piece is attached to the inner circumference of the reaction tube(10). The mixing piece forms a stepped part. The length of the mixing piece is shorter than the radius of the reaction tube. The mixing piece is formed to the longitudinal direction of the reaction tube. A plurality of mixing pieces is attached to the inner circumference of the reaction tube.

Description

탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관{REACTION TUBE WITH MIXING PIECE OF CARBON NANO TUBES FABRICATION APPARATUS}REACTION TUBE WITH MIXING PIECE OF CARBON NANO TUBES FABRICATION APPARATUS}

본 발명은 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관에 관한 것으로서, 특히, 발열체에 의해 열을 전달받으며 회전하는 반응관 내에 촉매제 및 가스를 주입하여 탄소나노튜브를 생성하는 열화학 기상 증착법에 의한 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관에 관한 것이다.
The present invention relates to a reaction tube equipped with a mixing piece of a carbon nanotube synthesis apparatus, and more particularly, by a thermochemical vapor deposition method of generating carbon nanotubes by injecting a catalyst and a gas into a rotating reaction tube while receiving heat by a heating element. It relates to a reaction tube provided with a mixing piece of the carbon nanotube synthesis apparatus.

일반적으로, 탄소나노튜브(CNT)는 SP2 결합을 하는 탄소동소체 중의 하나로서, 흑연층이 말려진 원통형 튜브형상을 가진다. 이의 직경은 수nm~수십nm, 길이는 직경의 수십~수천 배 이상의 큰 종횡비(aspect ratio)의 특성과 나선성(chirality)에 따라 부도체성, 전도체 또는 반도체적 성질을 나타내며, 열적 안정성, 탄소 원자간의 강력한 공유결합(covalent bond)에 의한 높은 강도 등의 특성으로 산업 전반에 응용될 수 있는 소재이다.In general, carbon nanotubes (CNT) is SP 2 As one of the carbon allotropees to be bonded, the graphite layer has a cylindrical tube shape in which the graphite layer is rolled. Its diameter ranges from several nm to several tens of nm, and its length shows non-conductivity, conductor or semiconducting properties depending on the characteristics and chirality of large aspect ratios of tens to thousands of times its diameter. It is a material that can be applied to the entire industry due to its characteristics such as high strength due to strong covalent bonds.

CNT의 합성법으로는 아크방전법(arc-discharge process), 레이저 증착법(laser-ablation), 열화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 등이 있다.Synthesis of CNTs includes an arc-discharge process, laser-ablation, and chemical vapor deposition (CVD).

열화학 기상 증착법은 고온의 반응관에서 주입가스(탄소성분의 가스)와 주입된 촉매가 반응하여 탄소나노튜브(CNT)를 성장시키는 방법이다.Thermochemical vapor deposition is a method of growing carbon nanotubes (CNT) by reacting an injected gas (carbon-based gas) and an injected catalyst in a high temperature reaction tube.

즉, 반응관의 유입부로 촉매가 주입되고 촉매와 주입가스의 반응으로 탄소나노튜브가 성장되며 반응관의 유출부를 통해 배출되는데, 이때, 탄소나노튜브의 성장시 촉매와 가스와의 반응이 매우 중요하다 할 수 있다.That is, the catalyst is injected into the inlet of the reaction tube, the carbon nanotubes are grown by the reaction between the catalyst and the injection gas and discharged through the outlet of the reaction tube. In this case, the reaction between the catalyst and the gas is very important during the growth of the carbon nanotubes. You can do it.

그러나, 반응관을 타고 흘러내려 배출되는 과정에서 원형구조의 반응관의 회전에 의해서 촉매제가 효율적으로 섞이기 보다는 좌우로 일정 간격만을 회동하듯이 움직이면서 경사면을 따라 흘러 배출되기 때문에 고수율의 합성이 원활하게 이루어지질 않는다는 문제점이 있었다.
However, in the process of flowing down through the reaction tube and discharging it, the catalyst is not efficiently mixed by the rotation of the circular reaction tube, so it is discharged along the inclined plane while moving like a certain interval left and right, so that the synthesis of high yield is smooth. There was a problem that is not made.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 주된 목적은 상기와 같은 열화학 기상 증착법으로 탄소나노튜브의 생성시 촉매제와 가스의 접촉률을 향상시켜 고수율이 합성이 이루어질 수 있는 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems, the main object of the present invention is to improve the contact rate of the catalyst and the gas during the production of carbon nanotubes by the thermochemical vapor deposition method as described above can be synthesized in high yield It is an object of the present invention to provide a reaction tube equipped with a mixing piece of a carbon nanotube synthesis apparatus.

본 발명의 또 다른 목적은 반응관의 내부에 적어도 하나의 믹싱편을 구비함으로써, 반응관의 회전시 믹싱편에 의해 촉매제가 반응관과 함께 회전하면서 낙하하는 과정을 반복하게 되어 촉매제와 가스의 접촉이 원활하게 이루어지는 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관을 제공하는데 그 목적이 있다.Still another object of the present invention is to provide at least one mixing piece inside the reaction tube, thereby repeating the process of falling while rotating the catalyst with the reaction tube by the mixing piece during the rotation of the reaction tube contacting the catalyst and the gas It is an object of the present invention to provide a reaction tube equipped with a mixing piece of the carbon nanotube synthesizing apparatus.

본 발명의 또 다른 목적은 믹싱편에 적어도 하나의 홀을 형성하여, 반응관의 회전시 촉매제의 믹싱률 및 촉매제와 가스와의 접촉률을 높일 수 있도록 구성한 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관을 제공하는데 그 목적이 있다.
Still another object of the present invention is to provide a reaction mixture of a carbon nanotube synthesis apparatus configured to form at least one hole in a mixing piece so as to increase the mixing ratio of the catalyst and the contact ratio between the catalyst and the gas when the reaction tube is rotated. The purpose is to provide a coffin.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관은, 발열체에 의해 열을 전달받으며 회전하는 반응관 내부에 촉매제 및 가스를 주입하여 탄소나노튜브를 생성하는 열화학 기상 증착법에 의한 탄소나노튜브 생성장치의 반응관에 있어서, 상기 반응관의 내주면에는 단턱을 형성하는 적어도 하나의 믹싱편이 부착됨으로써 달성된다.
In order to achieve the above object, the reaction tube is provided with a mixing piece of the carbon nanotube synthesis apparatus of the present invention, the carbon nanotubes are generated by injecting a catalyst and a gas into the rotating reaction tube while receiving heat by the heating element In the reaction tube of the carbon nanotube generating apparatus by the thermochemical vapor deposition method, at least one mixing piece forming a step is attached to the inner peripheral surface of the reaction tube.

이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 반응관 내부에 적어도 하나의 믹싱편을 구비하여 촉매제가 반응관 내부에서 회전 및 낙하운동을 반복함으로써, 뒤섞임이 원할하게 이루어지고, 이러한 과정에서 가스와의 접촉도 원활하게 이루어지므로 탄소나노튜브의 고수율의 합성이 이루어질 수 있다.
According to the present invention as described above, by having at least one mixing piece inside the reaction tube, the catalyst is repeated by rotating and dropping the movement inside the reaction tube, the mixing is made smoothly, the contact degree with the gas in this process Since it is made smoothly, a high yield of carbon nanotubes can be synthesized.

도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관의 일실시예에 의한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관의 일실시예에 의한 반응관의 내부를 보인 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관의 일실시예에 의한 반응관의 회전시 반응관 내부의 촉매의 움직임을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관을 사용하는 탄소나노튜브 합성장치의 요부만을 나타낸 개략적인 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관의 다른 실시예에 의한 믹싱편을 개략적으로 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관의 또 다른 실시예에 의한 믹싱편을 개략적으로 나타낸 도면.1 is a perspective view according to one embodiment of a reaction tube equipped with a mixing piece of a carbon nanotube synthesis apparatus according to the present invention;
Figure 2 is a side view showing the inside of the reaction tube according to an embodiment of the reaction tube equipped with a mixing piece of the carbon nanotube synthesis apparatus according to the present invention,
3 is a view showing the movement of the catalyst inside the reaction tube during the rotation of the reaction tube according to an embodiment of the reaction tube equipped with a mixing piece of the carbon nanotube synthesis apparatus according to the present invention,
Figure 4 is a schematic configuration diagram showing only the main part of the carbon nanotube synthesis apparatus using a reaction tube equipped with a mixing piece of the carbon nanotube synthesis apparatus according to the present invention,
5 is a view schematically showing a mixing piece according to another embodiment of a reaction tube equipped with a mixing piece of a carbon nanotube synthesis device according to the present invention;
Figure 6 schematically shows a mixing piece according to another embodiment of the reaction tube equipped with a mixing piece of the carbon nanotube synthesis apparatus according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명의 이해를 돕기 위해 탄소나노튜브 및 열화학 기상 증착법에 대하여 간략히 소개하고자 한다.Prior to describing the present invention, carbon nanotubes and thermochemical vapor deposition are briefly introduced to assist in understanding the present invention.

탄소나노튜브(Carbon Nanotube)란 하나의 탄소원자에 3개의 다른 탄소원자가 결합되어 육각형 벌집 무늬를 이루는 구조를 가지는 그라파이트(Graphite)가 둥글게 말려, 그 직경이 실린더와 같은 나노크기의 모양으로 형성된 것이다. Carbon nanotube is a graphite having a structure in which a hexagonal honeycomb structure is formed by combining three different carbon atoms with one carbon atom and rounded, and its diameter is formed in the shape of a nano-size like a cylinder.

즉, 탄소나노튜브 하나는 속이 빈 튜브 또는 실린더와 같은 모양을 가지는데, 이것을 나노튜브라고 부르는 이유는 그 튜브의 직경이 보통 수~수십 나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터) 정도로 극히 작기 때문이다. In other words, one carbon nanotube has the shape of a hollow tube or cylinder, which is called a nanotube because its diameter is usually several tens to several tens of nanometers (one nanometer is one billionth of a meter). Because it is small.

이러한 그라파이트 구조를 둥글게 말면 탄소나노튜브가 되는데 이때 그라파이트를 어느 각도로 말 것인가에 따라서 탄소나노튜브는 금속과 같은 전기적 도체(Armchair 구조)가 되기도 하고 반도체(Zig-Zag 구조) 성질을 가지게 된다.When the graphite structure is rounded, carbon nanotubes are rounded. At this time, depending on the angle of graphite, the carbon nanotubes become an electrical conductor (Armchair structure) such as metal and have semiconductor (Zig-Zag structure) properties.

또한 말린 형태에 따라서 단일벽 탄소나노튜브(Single-wall Carbon Nanotube), 이중벽 탄소나노튜브 (Double Wall Carbon Nanotube), 얇은 다중벽 탄소나노튜브 (Thin-Multi Wall Carbon Nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(Multi wall Carbon Nanotube), 다발형 탄소나노튜브(Rope Carbon Nanotube)로 구분하기도 한다.Also, depending on the dried form, single-wall carbon nanotubes, double wall carbon nanotubes, thin multi-wall carbon nanotubes, and multi-wall carbon nanotubes It is also classified into multi wall carbon nanotube) and bundle carbon nanotube.

이러한 탄소나노튜브는 큰 종횡비(High Aspect Ratio)와 비표면적의 특성을 가지며, 전기적 성질 및 기계적 강도가 우수하며, 화학적 및 열적으로 안정된 물질이므로, 고분자 복합재, 전자정보 산업분야 등 광범위한 분야에 그 응용이 크게 기대되고 있다.These carbon nanotubes have high aspect ratios and specific surface areas, have excellent electrical properties and mechanical strength, and are chemically and thermally stable materials. Therefore, their application to a wide range of fields such as polymer composites and electronic information industries This is greatly expected.

근래에 이러한 탄소나노튜브 합성에 관한 여러 가지 방법이 제안되었고 이러한 방법을 실현시키기 위한 여러 가지 장치가 사용되고 있다. 현재 사용되고 있는 장치로는 전기 방전장치, 레이저 증착장치, 화학기상 증착장치 등이 있으며, 화학기상 증착장치는 플라즈마 화학기상 증착장치 및 열 화학기상 증착장치 등으로 분류할 수 있다.Recently, various methods for synthesizing such carbon nanotubes have been proposed, and various apparatuses for realizing such methods have been used. Currently used devices include an electric discharge device, a laser deposition device, a chemical vapor deposition apparatus, and the like, and the chemical vapor deposition apparatus may be classified into a plasma chemical vapor deposition apparatus and a thermal chemical vapor deposition apparatus.

그런데, 상기와 같은 전기 방전장치나 레이저 증착장치는 탄소나노튜브의 합성 수율이 비교적 낮고, 합성속도가 떨어질 뿐아니라, 합성과정에서 불순물이 포함되기 때문에 별도의 정제과정이 필요하여 대량생산이 곤란한 문제점이 있다.By the way, the electrical discharge device or laser deposition apparatus as described above is relatively low in the synthesis yield of carbon nanotubes, the synthesis rate is lowered, and because the impurities are included in the synthesis process, a separate purification process is required, so that mass production is difficult. There is this.

또한, 플라즈마 화학 기상증착장치는 양 전극에 인가되는 고주파 전원에 의하여 챔버 또는 반응관 내에 글로우 방전을 발생시키는 것으로서, 불순물이 거의 발생하지 않고, 비교적 저온에서 탄소나노튜브를 합성할 수 있으나, 고가의 진공장비가 필요할 뿐 아니라, 탄소나노튜브를 성장시키는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.In addition, the plasma chemical vapor deposition apparatus generates a glow discharge in a chamber or a reaction tube by a high frequency power source applied to both electrodes, and hardly generates impurities, and can synthesize carbon nanotubes at a relatively low temperature. In addition to the need for vacuum equipment, there is a problem that takes a long time to grow carbon nanotubes.

이에 비해, 열 화학기상 증착장치는 촉매금속이 증착된 기판 또는 촉매금속을 적재한 쿼츠보트의 사용과 원료가스의 공급 및 온도제어에 따라 탄소나노튜브의 합성이 가능하여 장비의 제작이 용이하다.On the other hand, the thermochemical vapor deposition apparatus is easy to manufacture the equipment by the synthesis of carbon nanotubes according to the use of the substrate on which the catalyst metal is deposited or the quartz boat loaded with the catalyst metal, the supply of the raw material gas and the temperature control.

열 화학기상 증착장치에 기판을 이용할 시에는 촉매금속으로 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 전이금속을 증착시킨 후, CVD 장치의 반응관(챔버)에 설치하고, 상기 반응관 내에 탄소함유 화합물을 투입하여 고온에서 탄소나노튜브를 기판상에 성장시키는 방법으로서, 불순물이 거의 없을 뿐 아니라, 대면적의 기판에도 적용될 수 있다. 또한, 촉매를 쿼츠보트에 적재하여 이용할 경우에는 다량의 탄소나노튜브를 합성할 수 있는 이점을 가지고 있다.When using a substrate in a thermal chemical vapor deposition apparatus, a transition metal such as iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), etc. is deposited as a catalytic metal, and then installed in a reaction tube (chamber) of the CVD apparatus. As a method of growing a carbon nanotube on a substrate at a high temperature by injecting a carbon-containing compound into the reaction tube, it can be applied to a substrate having a large area as well as almost no impurities. In addition, when the catalyst is loaded on the quartz boat has the advantage of synthesizing a large amount of carbon nanotubes.

또한, 열 화학기상 증착장치는 촉매금속을 이용하여 다량의 탄소나노튜브를 합성할 수 있는 이점이 있다. 그러나, 촉매금속을 적재한 쿼츠보트를 사용하는 합성장치는 합성 후, 온도의 냉각을 기다려야는 점 및 쿼츠보트에 촉매를 적재해야하므로 그 양이 한정적일 수밖에 없다. In addition, the thermal chemical vapor deposition apparatus has an advantage of synthesizing a large amount of carbon nanotubes using a catalytic metal. However, the synthesis apparatus using the quartz boat loaded with the catalyst metal has to wait for the cooling of the temperature after synthesis and the amount of the catalyst must be loaded into the quartz boat.

따라서, 열 화학기상 증착장치로서 금속촉매를 연속적으로 주입하며, 반응관의 회전과 원료가스의 공급 및 온도제어에 따라 탄소나노튜브의 대량합성이 가능한 장비의 제작이 용이하다.Therefore, a metal catalyst is continuously injected as a thermal chemical vapor deposition apparatus, and it is easy to manufacture a device capable of mass synthesizing carbon nanotubes according to rotation of a reaction tube, supply of raw gas, and temperature control.

열 화학기상 증착장치에 촉매파우더를 이용할 시에는 촉매금속으로 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 전이금속 및 Al2O3, 제올라이트, SiO2, 등의 지지체 등을 이용할 수 있으며, CVD 장치의 반응관에 이를 연속적으로 주입하며, 상기 반응관 내에 탄소함유 화합물을 투입하여 고온에서 탄소나노튜브를 성장하여 배출되도록 하는 방법으로서, 불순물이 거의 없을 뿐 아니라, 고수율의 합성이 가능하다.When the catalyst powder is used for the thermal chemical vapor deposition apparatus, a transition metal such as iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), and a support such as Al 2 O 3 , zeolite, SiO 2 , or the like may be used as a catalyst metal. It is possible to continuously inject it into the reaction tube of the CVD apparatus, and to inject the carbon-containing compound into the reaction tube to grow the carbon nanotubes at high temperature to discharge, as well as almost no impurities, synthesis of high yield This is possible.

또한 연속배출로 탄소나노튜브의 대량합성에 적합하다 할 수 있다.
In addition, it can be said to be suitable for mass synthesis of carbon nanotubes by continuous discharge.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 발열체에 의해 열을 전달받으며 회전하는 반응관 내부에 촉매제 및 가스를 주입하여 탄소나노튜브를 생성하는 열화학 기상 증착법에 의한 탄소나노튜브 생성장치의 반응관에 있어서, 반응관(10)의 내주면에는 단턱을 형성하는 적어도 하나의 믹싱편(100)이 부착되어 구성된다.First, as shown in FIGS. 1, 2, and 4, carbon nanotubes are generated by a thermochemical vapor deposition method that generates carbon nanotubes by injecting a catalyst and a gas into a rotating reaction tube while receiving heat by a heating element. In the reaction tube of the apparatus, at least one mixing piece 100 forming a step is attached to the inner peripheral surface of the reaction tube 10.

이때, 도 1에 믹싱편(100)을 직사각 형상으로 도시하였으나, 이는 믹싱편(100)의 형상을 한정하기 위한 것이 아니며, 믹싱편(100)의 형상은 다양하게 제작할 수 있다.In this case, although the mixing piece 100 is illustrated in a rectangular shape in FIG. 1, this is not intended to limit the shape of the mixing piece 100, and the shape of the mixing piece 100 may be variously manufactured.

다만, 믹싱편(100)은 반응관(10)의 내주면에 고정결합되어 반응관(10)의 회전시 함께 회전하는 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 촉매제(또는 탄소나노튜브, 이하 '촉매제'라 함)가 반응관(10)의 회전방향으로 함께 회전하면서 낙하운동을 지속하도록 소정의 단턱을 이루도록 구성하는 것이 바람직하다.However, the mixing piece 100 is fixedly coupled to the inner circumferential surface of the reaction tube 10 to rotate together when the reaction tube 10 rotates, as shown in FIG. 3, the catalyst (or carbon nanotube, hereinafter ' It is preferable to configure a catalyst so as to form a predetermined step so as to continue the falling motion while rotating together in the rotation direction of the reaction tube (10).

또한, 반응관(10)의 회전속도 증가시 단턱을 형성하는 것이 아닌 만곡지게 형성된 돌출부로 구성하여 반응관(10)의 회전력에 의해 돌출부에 접촉되어 반응관(10) 내부에서 튀어 올랐다가 낙하되도록 구성하는 것도 가능하다.In addition, when the rotational speed of the reaction tube 10 is increased, it is not formed as a step, but is formed as a curved protrusion formed by contacting the protrusion by the rotational force of the reaction tube 10 so as to spring up and fall inside the reaction tube 10. It is also possible to configure.

한편, 믹싱편(100)의 길이는 도 3에 도시된 바와 같이, 반응관(10)의 반경보다 작게 형성하는 것이 바람직하다.On the other hand, the length of the mixing piece 100 is preferably formed smaller than the radius of the reaction tube 10, as shown in FIG.

이는, 반응관(10)의 회전시 상기 촉매제가 믹싱편(100)에 지지되어 회전하다가 상부로 이동시 낙하되는 것을 원활하게 하기 위함이며, 믹싱편(100)의 길이를 반응관(10)의 회전 반경 이상으로 구성할 경우, 믹싱편(100)에 상기 촉매제가 지지되어 회전하는 시간이 길어지면서 낙하되는 상기 촉매제의 양 및 낙하속도가 저하되기 때문이다.This is because the catalyst is supported by the mixing piece 100 during rotation of the reaction tube 10 to rotate and then smoothly falls when moving upward, and the length of the mixing piece 100 is rotated in the reaction tube 10. It is because when it is comprised more than a radius, the amount of the said catalyst falls and the fall speed fall with the catalyst agent being supported by the mixing piece 100, and time to rotate becomes long.

또한, 믹싱편(100)은 상기 촉매제 및 상기 가스가 유입되어 유출되는 반응관(10)의 길이방향으로 다수 개가 형성될 수 있다.In addition, a plurality of mixing pieces 100 may be formed in the longitudinal direction of the reaction tube 10 through which the catalyst and the gas flow in and out.

즉, 반응관(10)의 내주면 전체에 반응관(10)의 길이방향으로 믹싱편(100)을 구성하는 것이 바람직하며, 적어도 하나의 열(列)을 이루도록 구성할 수 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이, 3개의 열을 이루도록 구성하는 것이 바람직하다.That is, it is preferable to configure the mixing piece 100 in the longitudinal direction of the reaction tube 10 on the entire inner circumferential surface of the reaction tube 10, and may be configured to form at least one row, but is shown in FIG. As mentioned, it is preferable to comprise three columns.

이때, 믹싱편(100)은 반응관(10)의 길이방향으로 하나의 몸체로 구성할 수 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이, 소정 길이로 일정간격 이격되도록 구성하는 것이 바람직하다.At this time, the mixing piece 100 may be configured as one body in the longitudinal direction of the reaction tube 10, as shown in Figure 1, it is preferable to be configured to be spaced at a predetermined interval by a predetermined length.

또한, 믹싱편(100)은 반응관(10)의 내주면에 지그재그 방향, 즉, 나선 방향으로 다수 개가 규칙적으로 배열부착되도록 구성하는 것이 바람직하다.In addition, the mixing piece 100 is preferably configured such that a plurality of the mixing pieces 100 are regularly arranged in a zigzag direction, that is, in a helical direction on the inner circumferential surface of the reaction tube 10.

또한, 믹싱편(100)은 일단이 반응관(10)의 내주면에 부착되며, 타단이 반응관(10)의 중심방향으로 형성되도록 하거나, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 반응관(10)이 회전하는 방향으로 경사지게 형성하여 반응관(10)의 회전시 상기 촉매제가 지지될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.In addition, one end of the mixing piece 100 is attached to the inner circumferential surface of the reaction tube 10, the other end is formed in the direction of the center of the reaction tube 10, or as shown in FIGS. 2 and 3, the reaction tube ( 10) It is preferable to form so as to be inclined in the direction of rotation so that the catalyst can be supported during the rotation of the reaction tube (10).

한편, 반응관(10) 및 믹싱편(100)의 재질은 인코넬 또는 스테인리스(SUS301S)로 구성할 수 있으며, 일반적으로 탄소나노튜브 합성장치(본체)의 재질을 인코넬 또는 스테인리스로 구성하기 때문에 본체의 재질과 동일하게 구성하는 것이 바람직하다 할 것이다.Meanwhile, the material of the reaction tube 10 and the mixing piece 100 may be made of Inconel or stainless steel (SUS301S), and in general, the material of the carbon nanotube synthesis apparatus (main body) is made of Inconel or stainless steel. It will be preferable to configure the same as the material.

또한, 반응관(10)은 회전하도록 설계되므로 내부가 빈 관 형상이면 어떤 형상이든지 가능하나, 상기 촉매제의 반응관(10) 내부에서의 마찰력을 줄이기 위하여 원형의 튜브 형상으로 제작하는 것이 바람직하다.In addition, since the reaction tube 10 is designed to rotate, any shape can be used as long as it is an empty tube shape, but it is preferable to manufacture the reaction tube 10 in a circular tube shape to reduce frictional force in the reaction tube 10.

도 4에는 본 발명에 적용되는 열화학 기상 증착법에 의한 탄소나노튜브 생성장치의 요부를 개략적으로 도시하였다.Figure 4 schematically shows the main part of the carbon nanotube generating apparatus by the thermochemical vapor deposition method applied to the present invention.

상술한 바와 같이 제작된 반응관(10)은 도 4에 도시된 바와 같이 설치되며, 이때, 반응관(10)은 일측에서 타측으로 경사지게 형성함으로써, 일측으로 상기 촉매제가 주입되면 반응관(10)의 회전력과 경사도에 의해 상기 촉매제가 반응관(10)의 타측으로 이동되면서 방출되고, 이와 동시에 반응관(10)의 타측으로 가스가 주입되어 반응관(10)의 일측으로 배출되면서 상기 촉매제와 상기 가스가 접촉되어 탄소나노튜브가 생성된다.The reaction tube 10 manufactured as described above is installed as shown in FIG. 4, wherein the reaction tube 10 is formed to be inclined from one side to the other side, and the reaction tube 10 is injected into one side of the reaction tube 10. The catalyst is discharged by moving to the other side of the reaction tube 10 by the rotational force and the slope of the reaction tube, and at the same time gas is injected into the other side of the reaction tube 10 and discharged to one side of the reaction tube 10 while the catalyst and the The gas is contacted to produce carbon nanotubes.

즉, 최초 반응관(10)의 일측으로 유입된 상기 촉매제는 반응관(10)의 회전에 따라 믹싱편(100)에 지지되어 회전 및 낙하운동을 반복하면서 반응관(10)의 타측으로 이동되어 배출되며, 이때, 타측으로 이동되는 과정에서 반응관(10)의 타측에서 주입된 가스와 접촉되어 탄소나노튜브로 변환되고, 최초 반응관(10)의 일측으로 유입된 상기 촉매제는 최종적으로 탄소나노튜브로 변환되어 반응관(10)의 타측으로 배출된다.That is, the catalyst introduced into one side of the first reaction tube 10 is supported by the mixing piece 100 in accordance with the rotation of the reaction tube 10 is moved to the other side of the reaction tube 10 while repeating the rotation and falling motion At this time, in the process of moving to the other side in contact with the gas injected from the other side of the reaction tube 10 is converted into carbon nanotubes, the catalyst introduced into one side of the first reaction tube 10 finally carbon nano It is converted into a tube and discharged to the other side of the reaction tube 10.

상술한 과정을 통해 반응관(10)이 회전하면서 상기 촉매제가 유입되어 배출되기까지 회전 및 낙하 운동을 반복하면서 반응관(10)의 내부로 유입된 가스와의 접촉력을 높여 고수율의 합성이 이루어질 수 있다.As the reaction tube 10 rotates through the above-described process, high yield synthesis is achieved by increasing the contact force with the gas introduced into the reaction tube 10 while repeating the rotation and dropping movements until the catalyst is introduced and discharged. Can be.

한편, 믹싱편(100)에는 반응관(10)의 회전시 상기 촉매제의 믹싱율을 높이고, 상기 촉매제와 가스와의 접촉률을 높이기 위하여 적어도 하나의 홀을 구성할 수 있다.Meanwhile, at least one hole may be formed in the mixing piece 100 in order to increase the mixing ratio of the catalyst and increase the contact ratio between the catalyst and the gas when the reaction tube 10 rotates.

이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 믹싱편(100) 자체에 다수 개의 홀을 구성하여 제작하거나, 도 6에 도시된 바와 같이, 테두리부를 구성하고 내부에 메쉬망을 결합하여 제작할 수 있다.In this case, as shown in FIG. 5, the mixing piece 100 may be manufactured by forming a plurality of holes, or as illustrated in FIG. 6, by constructing an edge portion and combining a mesh network therein.

또한, 믹싱편(100)에 형성된 상기 홀의 크기, 개수 및 형상은 한정하지 않는 것이 바람직하다.
In addition, it is preferable that the size, number and shape of the holes formed in the mixing piece 100 are not limited.

10 : 반응관 100 : 믹싱편10: reaction tube 100: mixing piece

Claims (11)

발열체에 의해 열을 전달받으며 회전하는 반응관 내부에 촉매제 및 가스를 주입하여 탄소나노튜브를 생성하는 열화학 기상 증착법에 의한 탄소나노튜브 생성장치의 반응관에 있어서,
상기 반응관의 내주면에는 단턱을 형성하는 적어도 하나의 믹싱편이 부착된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관.
In the reaction tube of the carbon nanotube generating apparatus by the thermochemical vapor deposition method of generating carbon nanotubes by injecting a catalyst and gas into the rotating reaction tube while receiving heat by a heating element,
A reaction tube with a mixing piece of carbon nanotube synthesizing apparatus, characterized in that at least one mixing piece forming a step is attached to the inner circumferential surface of the reaction tube.
제1항에 있어서, 상기 믹싱편의 길이는,
상기 반응관의 반경보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관.
The length of the mixing piece is,
Reaction tube provided with a mixing piece of carbon nanotube synthesis apparatus, characterized in that formed smaller than the radius of the reaction tube.
제1항에 있어서, 상기 믹싱편은,
상기 촉매제 및 상기 가스가 유입되어 유출되는 상기 반응관의 길이방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관.
The method of claim 1, wherein the mixing piece,
Reaction tube provided with a mixing piece of carbon nanotube synthesis apparatus, characterized in that formed in the longitudinal direction of the reaction tube in which the catalyst and the gas flows in and out.
제3항에 있어서, 상기 믹싱편은,
적어도 하나의 열(列)을 이루며 형성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관.
The method of claim 3, wherein the mixing piece,
Reaction tube provided with a mixing piece of carbon nanotube synthesizing apparatus, characterized in that formed at least one row.
제1항에 있어서, 상기 믹싱편은,
상기 반응관의 내주면에 지그재그 방향으로 다수 개가 부착되어 형성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관.
The method of claim 1, wherein the mixing piece,
A reaction tube with a mixing piece of carbon nanotube synthesizing apparatus, characterized in that formed in the zigzag direction is attached to the inner circumferential surface of the reaction tube.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 믹싱편은,
소정 길이로 일정간격 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관.
The said mixing piece is any one of Claims 1-5.
Reaction tube provided with a mixing piece of the carbon nanotube synthesis apparatus, characterized in that formed at a predetermined interval spaced apart.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 믹싱편은,
일단이 상기 반응관의 내주면에 부착되며, 타단이 상기 반응관의 중심방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관.
The said mixing piece is any one of Claims 1-5.
One end is attached to the inner peripheral surface of the reaction tube, the other end is equipped with a mixing piece of the carbon nanotube synthesis apparatus, characterized in that formed in the direction of the center of the reaction tube.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 믹싱편은,
상기 반응관이 회전하는 방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관.
The said mixing piece is any one of Claims 1-5.
Reaction tube provided with a mixing piece of carbon nanotube synthesis apparatus characterized in that the reaction tube is formed inclined in the direction of rotation.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응관은,
재질이 인코넬 및 스테인리스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관.
The reaction tube according to any one of claims 1 to 5, wherein
Reaction tube with a mixing piece of carbon nanotube synthesis apparatus, characterized in that the material is any one of Inconel and stainless steel.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응관은,
원형의 튜브 형상인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관.
The reaction tube according to any one of claims 1 to 5, wherein
Reaction tube provided with a mixing piece of carbon nanotube synthesis apparatus, characterized in that the circular tube shape.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 믹싱편에는,
적어도 하나의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 합성장치의 믹싱편이 구비된 반응관.The mixing piece according to any one of claims 1 to 5, wherein
Reaction tube provided with a mixing piece of carbon nanotube synthesis apparatus, characterized in that at least one hole is formed.
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