KR20120116713A - 탄소나노튜브를 이용한 금속 나노와이어 및 그 제조방법 - Google Patents

탄소나노튜브를 이용한 금속 나노와이어 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120116713A
KR20120116713A KR1020110034329A KR20110034329A KR20120116713A KR 20120116713 A KR20120116713 A KR 20120116713A KR 1020110034329 A KR1020110034329 A KR 1020110034329A KR 20110034329 A KR20110034329 A KR 20110034329A KR 20120116713 A KR20120116713 A KR 20120116713A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
carbon nanotubes
layer
metal layer
depositing
Prior art date
Application number
KR1020110034329A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101388839B1 (ko
Inventor
강성준
김한기
Original Assignee
경희대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경희대학교 산학협력단 filed Critical 경희대학교 산학협력단
Priority to KR1020110034329A priority Critical patent/KR101388839B1/ko
Publication of KR20120116713A publication Critical patent/KR20120116713A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101388839B1 publication Critical patent/KR101388839B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B1/008—Nanostructures not provided for in groups B82B1/001 - B82B1/007
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0009—Forming specific nanostructures
    • B82B3/0038—Manufacturing processes for forming specific nanostructures not provided for in groups B82B3/0014 - B82B3/0033
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브를 이용하여 저온의 공정에서 손쉽게 제조가 가능하고 그 특성을 제어할 수 있는 탄소나노튜브를 이용한 금속 나노와이어 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 금속 나노와이어의 제조방법은, 탄소나노튜브를 준비하는 단계, 탄소나노튜브를 코팅하고자 하는 금속을 함유하는 금속 소재와 함께 금속의 이온이 함유된 전해질 용액에 담그는 단계, 탄소나노튜브를 음극에 연결하고 금속 소재를 양극에 연결한 후 직류 전원을 공급하여 탄소나노튜브의 외측 둘레에 전해질 용액에 함유된 금속을 석출시키는 단계를 포함한다. 본 발명은 전도성을 갖는 탄소나노튜브를 베이스로 하여 탄소나노튜브에 금속층을 전기 도금함으로써, 저온 공정에서 손쉽게 대면적의 금속 나노와이어를 구현할 수 있다.

Description

탄소나노튜브를 이용한 금속 나노와이어 및 그 제조방법{Metal nanowire with carbon nanotube and method for manufacturing the same}
본 발명은 나노와이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전도성을 갖는 탄소나노튜브의 외측 둘레에 금속층이 적층된 금속 나노와이어 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에 나노미터 크기의 극미세 영역에서 새로운 물리 현상과 향상된 물질 특성을 나타내는 연구가 활발하게 이루어지면서 나노과학기술이 미래를 선도해 나갈 수 있는 과학기술로 부각되고 있다.
나노기술은 나노물질을 다루는 분야로 거대분자(maccromolecule), 양자점(quantum dot)과 같은 영차원 나노입자, 나노와이어(nanowire), 나노막대(nanorod), 나노리본(nanoribbon) 등과 같은 직경이 100nm 이하의 일차원 구조의 나노물질 및 나노박막과 기타 100nm 이하의 나노구조물들로 분류된다. 이중 일차원 구조의 탄소나노튜브의 독특한 전기적 특성을 이용해서 전자소자를 조립하는 연구를 시작으로 일차원 구조의 나노물질이 새로운 전자 디바이스의 기본 빌딩블록이 될 수 있다는 가능성이 속속 입증되고 있다.
나노와이어, 나노벨트, 나노리본, 나노막대 등의 일차원 구조의 나노물질은 대단히 우수한 전기적, 광학적, 기계적, 열적 특성을 나타낸다. 이러한 일차원 구조의 나노물질은 그 응용성이 무한하여 미래의 스마트 소재로서 많은 각광을 받고 있고, 이를 응용한 새로운 개념의 입력 및 처리 장치뿐만 아니라, 센서, 전자회로, 인공근육, 인공신경 및 에너지 소자와 같은 전혀 새로운 개념의 정보교환 인터페이스에 대한 가능성이 확인되고 있다. 최근에는 탄소나노튜브를 응용한 라디오가 구현되었고, 나노와이어를 이용한 다양한 화학 및 바이오센서가 개발된 바 있다.
나노와이어를 이용하는 기술이 실용화되기 위해서는 많은 기술적 도전들을 극복해야 한다. 예컨대, 일차원 구조의 결정성장을 정밀하게 조절할 수 있는 합성기술, 합성된 일차원 나노물질의 물리적 특성을 지배하는 각종 파라미터와 물리적 특성과의 상관관계 정립, 나노와이어를 이용해서 다양한 나노 디바이스를 구현하는 소위 bottom-up 방식에 의한 조립기술 등은 나노와이어를 실용화하기 위해 해결해야하는 과제들이다.
종래의 나노와이어의 성장은 주로 고온환경에서 이루어져 공정상의 어려움과 특성 제어의 어려움이 있었고, 최적의 특성을 갖는 나노소재들을 융합하여 사용할 수 있는 기술이 없어 나노소재의 다양한 특성을 원활하게 활용하기 어려운 문제가 있었다. 특히, 대표적인 일차원 구조의 나노물질인 탄소나노튜브는 뛰어난 물성과 구조로 인해 주목받고 있지만, 합성 과정에서 다른 원소가 함유되거나 끊어진 구조를 갖게 되기 쉬워 일정한 전도성을 확보하기 어려운 실정이다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브를 금속으로 코팅함으로써 저온의 공정에서 손쉽게 제조가 가능하고, 그 특성을 향상시킬 수 있는 탄소나노튜브를 이용한 금속 나노와이어 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 금속 나노와이어는, 탄소나노튜브와 상기 탄소나노튜브의 외측 둘레를 감싸는 금속층을 포함한다.
상기 금속층은 상기 탄소나노튜브 외측 둘레의 일부를 감싸는 제 1 금속층과 상기 제 1 금속층과 이격되도록 상기 탄소나노튜브 외측 둘레의 다른 일부를 감싸는 제 2 금속층을 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 금속 나노와이어는 상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층 사이에 배치되도록 상기 탄소나노튜브 외측 둘레의 또다른 일부를 감싸는 반도체층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 금속 나노와이어는 상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층 사이에 배치되도록 상기 탄소나노튜브 외측 둘레의 또다른 일부를 감싸는 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 절연층은 금속 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 금속 나노와이어의 제조방법은, (a) 탄소나노튜브를 준비하는 단계, (b) 상기 탄소나노튜브를 코팅하고자 하는 금속을 함유하는 금속 소재와 함께 상기 금속의 이온이 함유된 전해질 용액에 담그는 단계, (c) 상기 탄소나노튜브를 음극에 연결하고 상기 금속 소재를 양극에 연결한 후, 직류 전원을 공급하여 상기 탄소나노튜브의 외측 둘레에 상기 전해질 용액에 함유된 상기 금속을 석출시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일측면에 따른 금속 나노와이어의 제조방법은 상기 (c) 단계 이후, (d) 상기 금속이 석출되어 형성된 금속층의 외측 둘레 일부에 보호층을 코팅하는 단계, (e) 상기 보호층이 코팅되지 않은 상기 금속층의 다른 일부를 산화시켜 산화 금속층을 형성하는 단계, (f) 상기 보호층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 금속 나노와이어의 제조방법은, (a) 탄소나노튜브를 준비하는 단계, (b) 상기 탄소나노튜브의 일부를 제 1 금속을 함유하는 제 1 금속 소재와 함께 상기 제 1 금속의 이온이 함유된 제 1 전해질 용액에 담그는 단계, (c) 상기 탄소나노튜브를 음극에 연결하고 상기 금속 소재를 양극에 연결한 후, 직류 전원을 공급하여 상기 탄소나노튜브 일부의 외측 둘레에 상기 제 1 전해질 용액에 함유된 상기 제 1 금속을 석출시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 금속 나노와이어의 제조방법은 상기 (c) 단계 이후, (d) 상기 제 1 금속이 석출되어 형성된 제 1 금속층의 외측 둘레에 제 1 보호층을 형성하는 단계, (e) 상기 제 1 금속층 및 상기 제 1 보호층이 형성된 상기 탄소나노튜브를 제 2 금속을 함유하는 제 2 금속 소재와 함께 상기 제 2 금속의 이온이 함유된 제 2 전해질 용액에 담그는 단계, (f) 상기 탄소나노튜브를 음극에 연결하고 상기 제 2 금속 소재를 양극에 연결한 후, 직류 전원을 공급하여 상기 제 1 보호층이 형성되지 않은 상기 탄소나노튜브의 외측 둘레에 상기 제 2 전해질 용액에 함유된 상기 제 2 금속을 석출시키는 단계, (g) 상기 제 1 보호층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 금속 나노와이어의 제조방법은 상기 (f) 단계와 상기 (g) 단계 사이에 상기 제 2 금속이 석출되어 형성된 제 2 금속층을 산화시켜 산화 금속층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 금속 나노와이어의 제조방법은 상기 (c) 단계 이후, 상기 제 1 금속이 석출되어 형성된 제 1 금속층이 형성되지 않은 상기 탄소나노튜브의 다른 일부 외측 둘레에 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 금속 나노와이어의 제조방법은 상기 (c) 단계 이후, 상기 제 1 금속이 석출되어 형성된 제 1 금속층이 형성되지 않은 상기 탄소나노튜브의 외측 둘레에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 금속 나노와이어의 제조방법은 상기 (c) 단계 이후, 상기 제 1 금속이 석출되어 형성된 제 1 금속층이 형성되지 않은 상기 탄소나노튜브의 외측 둘레에 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 금속 나노와이어의 제조방법은 상기 (c) 단계 이후, (d) 상기 제 1 금속이 석출되어 형성된 상기 제 1 금속층을 갖는 상기 탄소나노튜브를 뒤집어 상기 제 1 금속층이 형성되지 않은 상기 탄소나노튜브의 다른 일부를 제 2 금속을 함유하는 제 2 금속 소재와 함께 상기 제 2 금속의 이온이 함유된 제 2 전해질 용액에 담그는 단계, (e) 상기 탄소나노튜브를 음극에 연결하고 상기 제 2 금속 소재를 양극에 연결한 후, 직류 전원을 공급하여 상기 제 2 전해질 용액에 침지된 상기 탄소나노튜브의 외측 둘레에 상기 제 2 전해질 용액에 함유된 상기 제 2 금속을 석출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 금속 나노와이어의 제조방법은 상기 (e) 단계 이후, 상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속이 석출되어 형성된 제 2 금속층의 사이에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 금속 나노와이어의 제조방법은 상기 (e) 단계 이후, 상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속이 석출되어 형성된 제 2 금속층의 사이에 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 전도성을 갖는 탄소나노튜브를 베이스로 하여 탄소나노튜브에 금속층을 전기 도금함으로써, 저온 공정에서 손쉽게 대면적의 금속 나노와이어를 구현할 수 있고, 금속 나노와이어의 두께를 수 nm에서 수백 nm의 균일한 두께로 조절할 수 있으며, 전도성이 양호한 금속 나노와이어를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 탄소나노튜브의 전기적 특성을 보완할 수 있는 금속 나노와이어를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 각종 나노와이어 전자소자, 나노와이어 기반 투명 전자소자, 나노와이어 기반 유연 전자소자, 나노와이어 기반 투명전극, 나노와이어 기반 투명 안테나, 나노와이어 기반 열전소자, 나노와이어 기반 super capacitor, 나노와이어 기반 광학소자, 나노와이어 기반 에너지 소자 등 다양한 나노와이어 기반 디바이스 제조에 이용되어 나노와이어 응용 소자의 산업화에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 금속 나노와이어를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 금속 나노와이어를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 금속 나노와이어를 제조하기 위한 전기 도금 공정을 나타낸 것이다.
도 4는 탄소나노튜브를 베이스로 하여 전기 도금하여 만든 실험예에 의한 금속 나노와이어의 SEM 이미지이다.
도 5는 탄소나노튜브의 외측 둘레에 세 개의 금속층이 형성된 금속 나노와이어를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5에 나타낸 제조 과정 중 전기 도금 공정을 나타낸 것이다.
도 7은 탄소나노튜브의 외측 둘레에 두 개의 금속층과 금속 산화물층이 형성된 금속 나노와이어를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
도 8은 탄소나노튜브의 외측 둘레에 두 개의 금속층과 비금속층이 형성된 금속 나노와이어를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 탄소나노튜브를 이용한 금속 나노와이어 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 금속 나노와이어를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시에에 의한 금속 나노와이어(10)는 탄소나노튜브(11)와 탄소나노튜브(11)의 외측 둘레를 감싸는 금속층(12)을 포함한다. 금속층(12)은 Au, Ag, Al, Pd 또는 그 이외의 다른 금속으로 이루어질 수 있다.
잘 알려진 것과 같이, 탄소나노튜브는 뛰어난 물성과 구조로 인하여 전자정보통신, 환경, 에너지, 의약 분야로 산업적 응용성의 기대가 큰 소재이다. 탄소나노튜브는 전기 전도도가 구리와 비슷하고, 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같으며, 강도는 철강보다 100배나 뛰어나다고 알려져 있다. 탄소나노튜브는 흑연면(graphite sheet)이 나노 크기의 직경으로 둥글게 말린 구조를 갖는다. 탄소나노튜브는 벽을 이루고 있는 결합수에 따라 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(double-walled carbonnanotube), 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube), 다발형 탄소나노튜브(rope carbon nanotube)로 구분될 수 있다. 본 발명에 있어서 탄소나노튜브(11)로는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 다발형 탄소나노튜브 등이 이용될 수 있다.
그러나 탄소나노튜브는 합성 과정에서 다른 원소가 함유되거나 끊어진 구조를 갖게 되기 쉬워 실제로는 일정한 전도성을 확보하기 어려울 수 있다. 본 발명에 의한 금속 나노와이어(10)는 탄소나노튜브(11)를 전기 도금(electroplating)하여 그 외측 둘레에 금속층(12)이 형성된 것으로, 탄소나노튜브의 전도성 특성을 보완할 수 있고, 수 nm에서 수백 nm의 균일한 두께로 구현될 수 있다.
전기 도금은 금속의 전기분해를 통해 도전체의 표면에 금속을 석출시킴으로써 도전체의 표면에 얇게 피막을 입히는 도금 방법이다. 본 발명은 이러한 전기 도금을 이용함으로써 저온 공정에서 손쉽게 금속 나노와이어(10)를 구현할 수 있고, 인가 전압 및 전류의 크기, 전해질 용액의 농도, 도금 시간 등을 제어함으로써 금속 나노와이어(10)의 두께를 다양하게 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 금속 나노와이어를 나타낸 것이다.
도 2에 도시된 금속 나노와이어(15)는 탄소나노튜브(16)와 탄소나노튜브(16)의 외측 둘레를 감싸는 제 1 금속층(17), 제 2 금속층(18) 및 비금속층(19)을 포함한다. 이러한 금속 나노와이어(15)는 기본적으로 탄소나노튜브(16)를 베이스로 하여 전기 도금 공정을 통해 제조될 수 있다.
비금속층(19)은 반도체층이나 절연층일 수 있으며, 절연층은 산화 금속으로 이루어질 수 있다. 제 1 금속층(17) 및 제 2 금속층(18)은 전기 도금 공정을 통해 탄소나노튜브(16)의 외측 둘레에 각각 형성될 수 있고, 비금속층(19)은 전기 도금을 비롯한 각종 도금법, 여러가지 기상 증착법, 다양한 코팅법 등으로 제 1 금속층(17)과 제 2 금속층(18) 사이의 탄소나노튜브(16) 외측 둘레에 형성될 수 있다.
비금속층(19)이 절연층인 경우, 제 1 금속층(17) 및 제 2 금속층(18)과 같은 금속을 코팅한 후 이를 산화시켜 절연층을 형성할 수 있다. 또는 제 1 금속층(17)과 제 2 금속층(18)의 사이에 이들과 다른 금속을 코팅하고 이를 산화시킴으로써 절연층을 형성할 수도 있다. 금속의 산화는 열처리나 화학적 처리를 통해 이루어질 수 있다.
이러한 본 발명에 의한 금속 나노와이어는 각종 나노와이어 전자소자, 나노와이어 기반 투명 전자소자, 나노와이어 기반 유연 전자소자, 나노와이어 기반 투명전극, 나노와이어 기반 투명 안테나, 나노와이어 기반 열전소자, 나노와이어 기반 super capacitor, 나노와이어 기반 광학소자, 나노와이어 기반 에너지 소자 등 다양한 디바이스에 이용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 금속 나노와이어를 제조하기 위한 전기 도금 공정을 나타낸 것으로, 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 금속 나노와이어를 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 탄소나노튜브(20)를 준비한다. 탄소나노튜브를 합성하는 방법은 공지된 다양한 방법이 이용될 수 있다. 탄소나노튜브를 합성하는 방법으로는 전기방사법(arc-discharge), 레이저증착법(laser vaporization)，열분해법(pyrolysis), CVD(chemical vapor deposition)법 등이 있고, CVD법으로는 DC 플라즈마 CVD법，RF 플라즈마 CVD법，마이크로파 플라즈마 CVD법 등이 있다.
다음으로, 코팅하고자 하는 금속을 함유하는 금속 소재(21)와 코팅하고자 하는 금속의 이온이 함유된 전해질 용액(22)을 준비한다. 이후, 탄소나노튜브(20)에 음극(23)을 연결하고 금속 소재(21)에 양극(24)을 연결한 후, 이들을 전해질 용액(22)에 담근다. 도시된 것처럼 복수의 탄소나노튜브(20)를 하나의 템플레이트(template, 25)에 평행한 어레이(array)로 성장시키면, 다수의 탄소나노튜브(20)를 별도의 전도성 지지체에 결합하지 않고 전극에 연결할 수 있어 공정 시간을 줄이고 생산성을 높일 수 있다.
다음으로, 전원공급장치(26)로 탄소나노튜브(20)와 금속 소재(21)에 직류 전원을 공급한다. 이때, 전해질 용액(22)에 침지된 탄소나노튜브(20)의 외측 둘레에 전해질 용액(22)에 함유된 금속이 석출되어 탄소나노튜브(20)의 외측 둘레에 금속층이 형성된다.
이러한 전기 도금 공정을 통해 탄소나노튜브(20)에 다양한 금속이 코팅된 금속 나노와이어를 저비용으로 제조할 수 있다. 그리고 전기 도금 공정 중 인가 전압 및 전류의 크기, 전해질 용액의 농도, 도금 시간 등을 제어함으로써 만들어지는 금속 나노와이어의 두께를 수 nm에서 수백 nm로 조절할 수 있다.
도 4는 탄소나노튜브를 베이스로 하여 전기 도금 공정을 통해 제조한 실제 금속 나노와이어의 SEM 이미지이다.
도 4의 (a)는 전기 도금 전의 탄소나노튜브를 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)에 나타낸 탄소나노튜브를 전기 도금하여 제조한 금속 나노와이어를 나타낸 것이다. 이러한 실험예에 의한 금속 나노와이어는 CVD법으로 성장시킨 탄소나노튜브 어레이를 황산구리 용액에서 대략 3V의 전압과 10mA의 전류를 인가하여 5 ~ 10초 동안 도금한 것이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 의한 금속 나노와이어를 제조하는 다양한 제조 공정을 나타낸 것으로, 이하에서는 이들 도면을 참조하여 본 발명에 의한 금속 나노와이어를 제조하는 다양한 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 5 내지 도 6c에 도시된 제조 공정을 살펴보면 다음과 같다. 여기에서 도 5는 탄소나노튜브의 외측 둘레에 세 개의 금속층이 형성된 금속 나노와이어를 제조하는 과정을 나타낸 것이고, 도 6a 내지 도 6c는 도 5에 나타낸 제조 과정 중 전기 도금 공정을 나타낸 것이다.
먼저, 도 5의 (a)에 도시된 것과 같이 탄소나노튜브(30)를 준비하고, 도 5의 (b)에 도시된 것과 같이 탄소나노튜브(30) 일부의 외측 둘레에 제 1 금속층(31)을 전기 도금 공정을 통해 코팅한다. 제 1 금속층(31)을 코팅하는 방법은 도 6a에 나타낸 것과 같다. 도 6a를 참조하면, 탄소나노튜브(30)를 음극(23)이 연결된 전도성 지지체(38)에 결합하고, 탄소나노튜브(30)의 일부를 코팅하고자 하는 제 1 금속을 함유하는 제 1 금속 소재(40)와 함께 코팅하고자 하는 제 1 금속의 이온이 함유된 제 1 전해질 용액(41)에 담근다. 이때 제 1 금속 소재(40)에는 양극(24)을 연결하고, 전원공급장치(26)를 이용하여 직류 전원을 공급하여 탄소나노튜브(30) 일부의 외측 둘레에 제 1 금속을 석출시킨다.
다음으로, 도 5의 (c)에 도시된 것과 같이 제 1 금속층(31)의 외측 둘레에 제 1 보호층(32)을 형성한다. 여기에서 제 1 보호층(32)은 포토레지스트와 같은 절연체로 이루어지는 것으로, 공지된 다양한 코팅법으로 형성될 수 있다. 제 1 보호층(32)의 형성 후, 도 5의 (d)에 도시된 것과 같이 제 1 보호층(32)이 형성되지 않은 탄소나노튜브(30)의 다른 일부에 제 2 금속층(33)을 형성한다. 제 2 금속층(33)은 도 6b에 도시된 것과 같은 전기 도금 공정을 통해 형성할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 탄소나노튜브(30)를 음극(23)이 연결된 전도성 지지체(38)에 결합하고, 탄소나노튜브(30)의 일부를 코팅하고자 하는 제 2 금속을 함유하는 제 2 금속 소재(42)와 함께 코팅하고자 하는 제 2 금속의 이온이 함유된 제 2 전해질 용액(43)에 담근다. 제 2 금속 소재(42)에는 양극(24)을 연결하고 전원공급장치(26)를 이용하여 직류 전원을 공급하면 탄소나노튜브(30)의 외측 둘레에 제 2 금속이 석출되어 제 2 금속층(33)이 형성된다. 이때 제 1 금속층(31)은 제 1 보호층(32)에 덮여 있고 제 1 보호층(32)은 절연체로 이루어져 제 1 금속층(31) 및 제 1 보호층(32)에는 제 2 금속이 석출되지 않는다.
다음으로, 도 5의 (e) 및 (f)에 도시된 것과 같이 제 2 금속층(33)의 외측 둘레에 제 2 보호층(34)을 형성하고, 금속층(31)(33)이 형성되지 않은 탄소나노튜브(30)의 외측 둘레에 제 3 금속층(35)을 형성한다. 여기에서, 제 2 보호층(34)은 제 1 보호층(32)과 같은 절연체로 이루어질 수 있고, 제 3 금속층(35)은 도 6c에 도시된 것과 같은 전기 도금 공정을 통해 형성할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 탄소나노튜브(30)를 음극(23)이 연결된 전도성 지지체(38)에 결합하고, 탄소나노튜브(30)를 코팅하고자 하는 제 3 금속을 함유하는 제 3 금속 소재(44)와 함께 코팅하고자 하는 제 3 금속의 이온이 함유된 제 3 전해질 용액(45)에 담근다. 제 3 금속 소재(44)에는 양극(24)을 연결하고 전원공급장치(26)를 이용하여 직류 전원을 공급하면 제 1 보호층(32) 및 제 2 보호층(34)이 형성되지 않은 탄소나노튜브(30)의 외측 둘레에 제 3 금속이 석출되어 제 3 금속층(35)이 형성된다. 이때 절연체인 제 1 보호층(32) 및 제 2 보호층(34)에는 제 3 금속이 석출되지 않는다.
다음으로, 도 5의 (g)에 도시된 것과 같이, 제 1 보호층(32) 및 제 2 보호층(34)을 제거하면 탄소나노튜브(30)의 외측 둘레에 제 1 금속층(31), 제 2 금속층(33) 및 제 3 금속층(35)이 코팅된 금속 나노와이어(36)를 얻을 수 있다. 제 1 보호층(32)과 제 2 보호층(34)의 제거는 각종 에칭법 등 다양한 방법이 이용될 수 있다. 여기에서, 제 1 금속층(31)과 제 3 금속층(35)은 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
한편, 제 1 금속층(31)과 제 3 금속층(35)의 사이에는 제 2 금속층(33) 대신 다양한 반도체 물질로 이루어지는 반도체층이나 다양한 절연 물질로 이루어지는 절연층이 형성될 수 있다. 제 1 금속층(31)과 제 3 금속층(35) 사이에 절연층을 형성하는 경우, 제 1 금속층(31)과 제 3 금속층(35) 사이에 금속층을 형성한 후 이를 산화시켜 산화 금속층으로 만들거나, 다른 공정을 통해 절연층을 형성할 수 있다.
도 7은 탄소나노튜브의 외측 둘레에 두 개의 금속층과 금속 산화물층이 형성된 금속 나노와이어를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
먼저, 도 7의 (a) 및 (b)에 도시된 것과 같이 탄소나노튜브(50)를 준비하고, 전기 도금 공정을 통해 탄소나노튜브(50)의 외측 둘레에 금속층(51)을 형성한다. 다음으로, 도 7의 (c)에 도시된 것과 같이 금속층(51)의 외측 둘레에 두 개의 보호층(52)을 상호 이격되도록 형성한다. 보호층(52)은 포토레지스트와 같은 절연체로 이루어질 수 있고 다양한 코팅법으로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 7의 (d)에 도시된 것과 같이 보호층(52)으로 덮이지 않은 금속층(51)을 산화시켜 산화 금속층(53)을 형성한다. 금속층(51)을 산화시키는 방법으로 열처리나 화학적 처리가 이용될 수 있다. 마지막으로, 도 7의 (e)에 도시된 것과 같이, 보호층(52)을 제거하면 두 개의 금속층(51) 사이에 산화 금속층(53)이 마련된 금속 나노와이어(54)를 얻을 수 있다.
도 8은 탄소나노튜브의 외측 둘레에 두 개의 금속층과 비금속층이 형성된 금속 나노와이어를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
먼저, 도 8의 (a) 및 (b)에 도시된 것과 같이 탄소나노튜브(60)를 준비하고, 전기 도금 공정을 통해 탄소나노튜브(60) 일부의 외측 둘레에 제 1 금속층(61)을 형성한다. 다음으로, 도 8의 (c)에 도시된 것과 같이 전기 도금 공정을 통해 탄소나노튜브(60)의 다른 일부 외측 둘레에 제 2 금속층(62)을 제 1 금속층(61)과 이격되도록 형성한다. 제 2 금속층(62)은 제 1 금속층(61)이 형성된 탄소나노튜브(60)를 뒤집어 제 1 금속층(61)이 형성되지 않은 탄소나노튜브(60)의 일부를 전해질 용액에 침지시킴으로써 형성할 수 있다. 제 2 금속층(62)은 제 1 금속층(61)과 같은 금속 또는 다른 금속으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 8의 (d) 및 (e)에 도시된 것과 같이 제 1 금속층(61)과 제 2 금속층(62) 각각의 외측 둘레에 보호층(63)을 형성하고, 제 1 금속층(61)과 제 2 금속층(62) 사이에 비금속층(64)을 형성한다. 여기에서 비금속층(64)은 반도체층잊나 절연층일 수 있으며, 다양한 기상 증착법이나 코팅법을 통해 형성될 수 있다. 마지막으로 도 8의 (f)에 도시된 것과 같이 제 1 금속층(61) 및 제 2 금속층(62)의 외측 둘레에 형성된 보호층(63)을 제거하면 두 개의 금속층(61)(62) 사이에 비금속층(64)이 형성된 금속 나노와이어(65)를 얻을 수 있다.
도 8의 (e)에 도시된 것과 같이 기상 증착법이나 코팅법으로 탄소나노튜브(60)의 금속층(61)(62)이 형성되지 않은 일부에 비금속층(64)을 형성하는 과정에서 보호층(63)에 비금속층(64)을 구성하는 비금속 물질이 코팅될 수 있다. 그러나 이러한 코팅물은 보호층(63)을 제거할 때 보호층(63)과 함께 제거할 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
10, 15, 36, 54, 65 : 금속 나노와이어
11, 16, 20, 30, 50, 60 : 탄소나노튜브
12, 17, 18, 31, 33, 35, 51, 61, 62 : 금속층
19, 64 : 비금속층 21, 40, 42, 44 : 금속 소재
22, , 41, 43, 45 : 전해질 용액 23 : 음극
24 : 양극 25 : 템플레이트
26 : 전원공급장치 38 : 전도성 지지체
32, 34, 52, 63 : 보호층

Claims (16)

  1. 탄소나노튜브; 및
    상기 탄소나노튜브의 외측 둘레를 감싸는 금속층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층은 상기 탄소나노튜브 외측 둘레의 일부를 감싸는 제 1 금속층과 상기 제 1 금속층과 이격되도록 상기 탄소나노튜브 외측 둘레의 다른 일부를 감싸는 제 2 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층 사이에 배치되도록 상기 탄소나노튜브 외측 둘레의 또다른 일부를 감싸는 반도체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층 사이에 배치되도록 상기 탄소나노튜브 외측 둘레의 또다른 일부를 감싸는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 절연층은 금속 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어.
  6. (a) 탄소나노튜브를 준비하는 단계;
    (b) 상기 탄소나노튜브를 코팅하고자 하는 금속을 함유하는 금속 소재와 함께 상기 금속의 이온이 함유된 전해질 용액에 담그는 단계; 및
    (c) 상기 탄소나노튜브를 음극에 연결하고 상기 금속 소재를 양극에 연결한 후, 직류 전원을 공급하여 상기 탄소나노튜브의 외측 둘레에 상기 전해질 용액에 함유된 상기 금속을 석출시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후,
    (d) 상기 금속이 석출되어 형성된 금속층의 외측 둘레 일부에 보호층을 코팅하는 단계;
    (e) 상기 보호층이 코팅되지 않은 상기 금속층의 다른 일부를 산화시켜 산화 금속층을 형성하는 단계; 및
    (f) 상기 보호층을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 제조방법.
  8. (a) 탄소나노튜브를 준비하는 단계;
    (b) 상기 탄소나노튜브의 일부를 제 1 금속을 함유하는 제 1 금속 소재와 함께 상기 제 1 금속의 이온이 함유된 제 1 전해질 용액에 담그는 단계; 및
    (c) 상기 탄소나노튜브를 음극에 연결하고 상기 금속 소재를 양극에 연결한 후, 직류 전원을 공급하여 상기 탄소나노튜브 일부의 외측 둘레에 상기 제 1 전해질 용액에 함유된 상기 제 1 금속을 석출시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후,
    (d) 상기 제 1 금속이 석출되어 형성된 제 1 금속층의 외측 둘레에 제 1 보호층을 형성하는 단계;
    (e) 상기 제 1 금속층 및 상기 제 1 보호층이 형성된 상기 탄소나노튜브를 제 2 금속을 함유하는 제 2 금속 소재와 함께 상기 제 2 금속의 이온이 함유된 제 2 전해질 용액에 담그는 단계; 및
    (f) 상기 탄소나노튜브를 음극에 연결하고 상기 제 2 금속 소재를 양극에 연결한 후, 직류 전원을 공급하여 상기 제 1 보호층이 형성되지 않은 상기 탄소나노튜브의 외측 둘레에 상기 제 2 전해질 용액에 함유된 상기 제 2 금속을 석출시키는 단계; 및
    (g) 상기 제 1 보호층을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 (f) 단계와 상기 (g) 단계 사이에 상기 제 2 금속이 석출되어 형성된 제 2 금속층을 산화시켜 산화 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후,
    (d) 상기 제 1 금속이 석출되어 형성된 제 1 금속층이 형성되지 않은 상기 탄소나노튜브의 다른 일부 외측 둘레에 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 제조방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후,
    (d) 상기 제 1 금속이 석출되어 형성된 제 1 금속층이 형성되지 않은 상기 탄소나노튜브의 외측 둘레에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 제조방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후,
    (d) 상기 제 1 금속이 석출되어 형성된 제 1 금속층이 형성되지 않은 상기 탄소나노튜브의 외측 둘레에 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 제조방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후,
    (d) 상기 제 1 금속이 석출되어 형성된 상기 제 1 금속층을 갖는 상기 탄소나노튜브를 뒤집어 상기 제 1 금속층이 형성되지 않은 상기 탄소나노튜브의 다른 일부를 제 2 금속을 함유하는 제 2 금속 소재와 함께 상기 제 2 금속의 이온이 함유된 제 2 전해질 용액에 담그는 단계; 및
    (e) 상기 탄소나노튜브를 음극에 연결하고 상기 제 2 금속 소재를 양극에 연결한 후, 직류 전원을 공급하여 상기 제 2 전해질 용액에 침지된 상기 탄소나노튜브의 외측 둘레에 상기 제 2 전해질 용액에 함유된 상기 제 2 금속을 석출시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후,
    (f) 상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속이 석출되어 형성된 제 2 금속층의 사이에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후,
    (f) 상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속이 석출되어 형성된 제 2 금속층의 사이에 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 제조방법.
KR1020110034329A 2011-04-13 2011-04-13 탄소나노튜브를 이용한 금속 나노와이어 및 그 제조방법 KR101388839B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110034329A KR101388839B1 (ko) 2011-04-13 2011-04-13 탄소나노튜브를 이용한 금속 나노와이어 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110034329A KR101388839B1 (ko) 2011-04-13 2011-04-13 탄소나노튜브를 이용한 금속 나노와이어 및 그 제조방법

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130124427A Division KR101339529B1 (ko) 2013-10-18 2013-10-18 탄소나노튜브를 이용한 금속 나노와이어 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120116713A true KR20120116713A (ko) 2012-10-23
KR101388839B1 KR101388839B1 (ko) 2014-04-23

Family

ID=47284920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110034329A KR101388839B1 (ko) 2011-04-13 2011-04-13 탄소나노튜브를 이용한 금속 나노와이어 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101388839B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210065762A (ko) * 2019-11-27 2021-06-04 한국산업기술대학교산학협력단 탄소나노튜브 기반 가스 센서의 제조방법 및 탄소나노튜브 기반 가스 센서

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4630891A (en) * 1984-09-14 1986-12-23 Minnesota Mining And Manufacturing Company Tamper resistant security film
JP2004149954A (ja) 2002-10-30 2004-05-27 Nikkiso Co Ltd 金属／金属化合物被覆カーボンナノファイバー及びその製造方法
KR100748228B1 (ko) 2006-02-28 2007-08-09 한국과학기술원 전기도금을 이용한 금속/탄소나노튜브 복합재료 제조방법
US20100047564A1 (en) * 2008-08-19 2010-02-25 Snu R&Db Foundation Carbon nanotube composites

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210065762A (ko) * 2019-11-27 2021-06-04 한국산업기술대학교산학협력단 탄소나노튜브 기반 가스 센서의 제조방법 및 탄소나노튜브 기반 가스 센서

Also Published As

Publication number Publication date
KR101388839B1 (ko) 2014-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Saha et al. Band gap engineering of boron nitride by graphene and its application as positive electrode material in asymmetric supercapacitor device
JP5858510B1 (ja) カーボンナノチューブ複合材料構造及びその製造方法
Dogru et al. Flexible supercapacitor electrodes with vertically aligned carbon nanotubes grown on aluminum foils
Kim et al. Ultrastrong graphene–copper core–shell wires for high-performance electrical cables
Liang et al. Inorganic porous films for renewable energy storage
US9105378B2 (en) Graphene transparent electrode and method for manufacturing the same
Lv et al. Optimizing field emission properties of the hybrid structures of graphene stretched on patterned and size-controllable SiNWs
KR101667841B1 (ko) 플라즈마 화학기상증착 프로세스의 전계제어기법을 이용한 그래핀 나노월 성장 방법
JP4975005B2 (ja) 先端上の触媒粒子
US20040126649A1 (en) Simple procedure for growing highly-ordered nanofibers by self-catalytic growth
TW200818505A (en) Concentric gate nanotube transistor devices
Chen et al. Field emission performance enhancement of Au nanoparticles doped graphene emitters
CN107478697A (zh) 雾凇状金属有机框架复合微电极和原位制备方法及应用
Mebed et al. Electrochemical fabrication of 2D and 3D nickel nanowires using porous anodic alumina templates
KR101339529B1 (ko) 탄소나노튜브를 이용한 금속 나노와이어 및 그 제조방법
KR101388839B1 (ko) 탄소나노튜브를 이용한 금속 나노와이어 및 그 제조방법
Chopra et al. Synthesis of nanoscale heterostructures comprised of metal nanowires, carbon nanotubes, and metal nanoparticles: investigation of their structure and electrochemical properties
KR101331910B1 (ko) 금속-카본 복합체와 그 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 페이스트
RU2013157047A (ru) Способ получения проводящих сетчатых микро- и наноструктур и структура для его реализации
KR100743018B1 (ko) 전계방출 에미터전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된전계방출 에미터전극
Ensinger et al. Diameter distributions of metallic nanowires formed by galvanic deposition inside polymer matrix pores
Gholami et al. Chemically-stable flexible transparent electrode: gold-electrodeposited on embedded silver nanowires
WO2005003409A1 (ja) ナノカーボン材料の製造方法、及び配線構造の製造方法
TWI343901B (en) Method and apparatus for manufacturing carbon nanotube
Mahjouri-Samani et al. Laser-assisted solid-state synthesis of carbon nanotube/silicon core/shell structures

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
A107 Divisional application of patent
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170327

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180406

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee