KR20130091595A - Preparing method of carbon nanotube - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소 나노 튜브의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 단순하고 효율적인 공정으로 탄소 나노 튜브를 성장시킬 수 있는 탄소 나노 튜브의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing carbon nanotubes. More particularly, the present invention relates to a method for producing carbon nanotubes capable of growing carbon nanotubes in a simple and efficient process.
탄소 나노 튜브(Carbon nanotube, CNT)는 1991년 일본의 이지마(Iijima) 박사에 의해 최초로 발견된 이후, 그 활용성에 대한 연구가 활발히 이루어져 왔다. 이러한 탄소 나노 튜브는 독특한 구조적 특성과 함께 뛰어난 열적, 기계적, 전기적, 광학적 특성을 지니고 있어, 다양한 산업 분야에서 소재로서의 활용성에 대해 연구되고 있다. Carbon nanotubes (CNTs) were first discovered in 1991 by Dr. Iijima, Japan, and have been actively studied for their utility. These carbon nanotubes have excellent thermal, mechanical, electrical, and optical properties as well as unique structural properties, and are being studied for their usefulness as materials in various industrial fields.
이러한 탄소 나노 튜브는 그래파이트(Graphite)면이 나노 크기의 직경으로 둥글게 말린 속이 빈 튜브 형태이며, 이때 그래파이트 면이 말리는 각도 및 구조에 따라서 전기적 특성이 도체 또는 반도체 등이 된다. 또한, 탄소 나노 튜브는 그래파이트 벽의 수에 따라서 단일벽 탄소 나노튜브(Single-walled carbon nanotube; SWCNT), 이중벽 탄소 나노튜브(Double-walled carbon nanotube; DWCNT), 얇은벽 탄소 나노튜브(Thin multi-walled carbon nanotube), 다중벽 탄소 나노튜브(Multi-walled carbon nanotube;MWCNT), 다발형 탄소 나노튜브(Roped carbon nanotube)로 구분한다.The carbon nanotubes are in the form of hollow tubes in which graphite surfaces are rounded to a diameter of a nano size, and electrical properties thereof are conductors or semiconductors according to angles and structures in which graphite surfaces are dried. In addition, carbon nanotubes can be divided into single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), double-walled carbon nanotubes (DWCNTs) and thin-walled carbon nanotubes (Thin multi-) depending on the number of graphite walls. walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and bundled carbon nanotubes.
탄소 나노 튜브와 금속 입자의 튜브는 탄소 나노 튜브가 가진 우수한 특성뿐만 아니라 열전도성 및 전기 전도성을 갖는 금속 입자의 특성도 함께 나타내기 때문에, 방열 소재, 전기 전도성 소재 및 구조용 소재 등으로써 그 활용도가 주목되고 있다. Carbon nanotubes and tubes of metal particles show not only the excellent properties of carbon nanotubes, but also the properties of metal particles having thermal conductivity and electrical conductivity, so their use as a heat radiation material, an electrically conductive material and a structural material is noted. It is becoming.
그러나 탄소 나노 튜브는 표면화학적 특성으로 인해 다른 소재와의 결합이 용이하지 않다. 따라서 다양한 물리적 또는 화학적 방법의 탄소 나노 튜브의 표면을 처리하는 방법이 개발되고 있다. 이러한 표면 처리 기술은 탄소 나노 튜브 및 금속 입자의 고유한 특성을 유지시키면서도 실용성을 갖추는 것이 중요하다. However, carbon nanotubes are not easily combined with other materials due to their surface chemical properties. Accordingly, methods for treating the surface of carbon nanotubes in various physical or chemical methods have been developed. It is important that such surface treatment technology is practical while maintaining the unique properties of carbon nanotubes and metal particles.
기존 탄소 소재를 사용하여 탄소 복합 소재를 제작하는 방법으로는, 열전도성 폴리머 소재에 탄소 나노 튜브, 그래핀, 흑연과 같은 하나 이상의 탄소에 다른 탄소 소재 또는 금속 입자를 단순 혼합 방식을 통해 분산시키는 방법이 있었다. 또는 전기 분해 방법 또는 열적/화학적 방법에 의해 탄소 소재에 금속 등을 코팅하여 제조하는 방법이 개발되었다. 예를 들어, 한국공개 제2006-0097868호에는 금속 촉매를 담지한 담지체의 분말에 촉매를 물리적으로 미리 분산시킨 분말 혼합물(powder mixture)을 준비하고, 혼합 분말 상에 탄화수소 가스를 포함하는 반응 가스를 제공하여 금속 촉매 분말 또는 금속 촉매를 담지한 담지체 분말 상으로부터 탄소 나노 튜브를 성장 합성시키는 방법을 제시하고 있다.A method of fabricating a carbon composite material using an existing carbon material is a method of dispersing another carbon material or metal particles in one or more carbons such as carbon nanotubes, graphene, and graphite in a thermally conductive polymer material by a simple mixing method. There was this. Alternatively, a method of manufacturing a carbon material by coating a metal or the like by an electrolysis method or a thermal / chemical method has been developed. For example, Korean Laid-Open Patent Publication No. 2006-0097868 discloses a powder mixture in which a catalyst is physically dispersed in a powder of a carrier carrying a metal catalyst, and a reaction gas containing a hydrocarbon gas on the mixed powder. Provided is a method for growing and synthesizing carbon nanotubes from a metal catalyst powder or a support powder carrying a metal catalyst.
그러나 기존의 방법으로 제조된 소재는 소재의 분산성에 따라 그 특성이 매우 불균일하였다. 즉, 소재의 특성에 따라 충진률, 분산 정도 등이 달라 공정이 까다로워 재현성이 떨어진다는 문제점이 있었다.However, the material produced by the conventional method was very heterogeneous according to the dispersibility of the material. In other words, the filling rate, the degree of dispersion, etc. are different depending on the characteristics of the material, so that the process is difficult and the reproducibility is poor.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 재현성 있고 효율적인 방법으로 탄소 나노 튜브를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a method for producing a carbon nanotube in a reproducible and efficient manner.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1탄소 소재(carbon material)에 원심력에 의해 전도성 입자를 응집시키는 단계; 및In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of agglomerating the conductive particles to the first carbon material (carbon material) by centrifugal force; And
상기 전도성 입자가 응집된 제1 탄소 소재를 나노 튜브로 성장시키는 단계를 포함하는 탄소 나노 튜브의 제조 방법을 제공한다.It provides a method of producing a carbon nanotube comprising the step of growing the first carbon material in which the conductive particles are agglomerated into a nanotube.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 탄소 소재에 원심력에 의해 전도성 입자를 응집시키는 단계는, 상기 제1 탄소 소재를 챔버에 투입하고 상기 챔버를 회전시키는 단계; 및 상기 회전하는 챔버 내에 상기 전도성 입자를 투입하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the invention, the step of agglomerating the conductive particles to the first carbon material by centrifugal force, the step of introducing the first carbon material into the chamber and rotating the chamber; And injecting the conductive particles into the rotating chamber.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 챔버는 300 내지 800rpm으로 회전시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the chamber may be rotated at 300 to 800rpm.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 탄소 소재 및 상기 전도성 입자의 투입량은 중량비로 1: 0.1 내지 1:5일 수 있다. In addition, according to one embodiment of the present invention, the amount of the first carbon material and the conductive particles may be 1: 0.1 to 1: 5 by weight ratio.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전도성 입자가 응집된 제1 탄소 소재를 탄소 나노 튜브로 성장시키는 단계는 열 화학 기상 증착법(thermal chemical vapor deposition)에 의해 수행될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the step of growing the first carbon material in which the conductive particles are agglomerated into carbon nanotubes may be performed by thermal chemical vapor deposition.
본 발명의 탄소 나노 튜브의 제조 방법에 따르면, 재현성 있는 탄소 나노 튜브의 제조가 가능하다. 또한, 종래에 비해 빠르고 단순하며 친환경적인 공정에 의해 탄소 나노 튜브를 제조할 수 있어 낮은 공정 비용, 생산성 향상 등의 효과를 기대할 수 있다.According to the method for producing a carbon nanotube of the present invention, it is possible to produce a reproducible carbon nanotube. In addition, carbon nanotubes can be manufactured by a faster, simpler, and more environmentally friendly process than in the related art, and thus, low process cost and productivity improvement can be expected.
상기와 같은 본 발명의 탄소 나노 튜브의 제조 방법에 따라 제조된 탄소 나노 튜브는 레진 등 다른 소재와 복합체를 형성하여 다양한 분야의 소재로 이용될 수 있다.The carbon nanotubes manufactured according to the carbon nanotube manufacturing method of the present invention as described above may be used as a material in various fields by forming a composite with other materials such as resin.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 탄소 소재에 전도성 입자를 응집시키는 단계를 보여주는 모식도이다.
도 2는 전도성 입자를 응집시키기 전의 제1 탄소 소재를 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 1,000 배로 확대한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 탄소 나노 튜브를 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 3,000 배로 확대한 사진이다.1 is a schematic diagram showing the step of agglomerating conductive particles in a first carbon material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged photograph 1000 times of the first carbon material before the aggregation of the conductive particles using a scanning electron microscope (SEM).
FIG. 3 is a photograph at a magnification of 3,000 times using a scanning electron microscope (SEM) of a carbon nanotube manufactured according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 탄소 나노 튜브의 제조 방법은, The method for producing a carbon nanotube of the present invention,
제1 탄소 소재(carbon material)에 원심력에 의해 전도성 입자를 응집시키는 단계; 및 상기 전도성 입자가 응집된 제1 탄소 소재를 나노 튜브로 성장시키는 단계를 포함한다.Agglomerating the conductive particles into the first carbon material by centrifugal force; And growing the first carbon material in which the conductive particles are agglomerated into nanotubes.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 탄소 나노 튜브의 제조방법을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a method for producing a carbon nanotube of the present invention.
본 발명의 탄소 나노 튜브의 제조방법에서는 먼저, 제1 탄소 소재(carbon material)에 원심력에 의해 전도성 입자를 응집(agglomeration)시킨다.In the method for producing a carbon nanotube of the present invention, first, conductive particles are agglomerated to a first carbon material by centrifugal force.
본 발명에서, "탄소 소재"의 용어는 탄소로 이루어진 모든 탄소 동소체(allotropy)를 의미한다. 상기 제1 탄소 소재의 입자의 형태는 미립자, 섬유, 막대, 관 형태 등 모든 형태가 될 수 있으며, 약 수 십 나노 미터 내지 수 백 나노 미터의 평균 입도를 갖는 탄소 입자일 수 있다.In the present invention, the term "carbon material" means all carbon allotropy made of carbon. The particles of the first carbon material may be in the form of fine particles, fibers, rods, tubes, and the like, and may be carbon particles having an average particle size of about several tens of nanometers to several hundred nanometers.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제1 탄소 소재는 탄소 나노 튜브(carbon nano tube), 탄소섬유(carbon fiber), 흑연(graphite), 팽창 흑연(expanded graphite), 카본블럭(carbon block), 풀러렌(fullerene) 및 그래핀(graphene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. For example, according to an embodiment of the present invention, the first carbon material may include carbon nanotubes, carbon fibers, graphite, expanded graphite, and carbon blocks. Block, fullerene (fullerene) and graphene (graphene) may be one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
본 발명에서, 상기 제1 탄소 소재에 응집되는 전도성 입자는 전기 전도성을 갖는 모든 입자가 될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 전도성 입자는 금속, 전이금속, 합금, 제2 탄소 소재, 전도성 폴리머, 세라믹 및 유전체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 이때, 상기 제2탄소 소재에 대한 설명은 제1 탄소 소재와 동일하며, 상기 제1 탄소 소재와 제2 탄소 소재는 각각 독립적으로, 동일하거나 상이할 수 있다.In the present invention, the conductive particles aggregated on the first carbon material may be all particles having electrical conductivity. For example, according to one embodiment of the invention the conductive particles are It may be one or more selected from the group consisting of metals, transition metals, alloys, second carbon materials, conductive polymers, ceramics, and dielectrics, but is not limited thereto. In this case, the description of the second carbon material is the same as the first carbon material, and the first carbon material and the second carbon material may be independently the same or different.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전도성 입자는 전이 금속 나노 입자일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the conductive particles may be transition metal nanoparticles.
상기 전도성 입자는 본 발명의 탄소 나노 튜브에 열전도성 및 전기 전도성을 부여하는 동시에, 후속하는 단계에서 상기 제1 탄소 소재를 나노 튜브로 성장시킬 때 촉매의 역할을 할 수 있다. The conductive particles may impart thermal conductivity and electrical conductivity to the carbon nanotubes of the present invention, and at the same time, may serve as a catalyst when growing the first carbon material into the nanotubes.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전도성 입자는 평균 입경이 약 5 내지 약 20,000nm, 바람직하게는 약 100 내지 약 15,000 nm일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the conductive particles may have an average particle diameter of about 5 to about 20,000 nm, preferably about 100 to about 15,000 nm.
상기 제1 탄소 소재에 전도성 입자를 응집시키는 단계는 원심력에 의해 수행될 수 있다. 이때 응집(agglomeration)이란, 상기 제1탄소 소재의 표면에 상기 전도성 입자가 코팅되거나, 상기 제1 탄소 소재에 대해 소정의 깊이로 침투하는 등 상기 제1 탄소 소재와 전도성 입자가 물리적으로 결합하는 모든 경우를 포함한다. Aggregating the conductive particles to the first carbon material may be performed by centrifugal force. In this case, the term "agglomeration" refers to all the physical bonding of the first carbon material and the conductive particles such as the conductive particles are coated on the surface of the first carbon material or penetrated to a predetermined depth with respect to the first carbon material. Includes cases.
보다 상세하게는, 상기 제1 탄소 소재를 회전하여 원심력을 부여할 수 있도록 챔버에 투입하고 상기 챔버를 회전시킨다. 회전수는 상기 제1 탄소 소재에 충분한 원심력을 부여할 수 있는 정도로 조절할 수 있다. 예를 들어 약 300 내지 약800rpm이 될 수 있으나, 이에 제한되지는 않으며 투입되는 제1 탄소 소재의 종류 및 양에 따라 적절하게 조절 가능하다. More specifically, the first carbon material is introduced into the chamber so that the centrifugal force can be applied by rotating the first carbon material, and the chamber is rotated. The rotation speed can be adjusted to such an extent that sufficient centrifugal force can be imparted to the first carbon material. For example, it may be about 300 to about 800rpm, but is not limited thereto and may be appropriately adjusted according to the type and amount of the first carbon material to be added.
다음에, 상기 제1탄소 소재가 투입되어 회전하는 상기 챔버 내에 상기 전도성 입자를 투입한다. 이로써, 원심력에 의해 상기 전도성 입자가 상기 제1 탄소 소재의 표면 또는 내부에 물리적으로 결합하여 응집된 상태로 될 수 있다.Next, the conductive particles are introduced into the chamber in which the first carbon material is introduced and rotates. As a result, the conductive particles may be physically bonded to the surface or the inside of the first carbon material by centrifugal force to be in an aggregated state.
이때 상기 제1 탄소 소재 및 상기 전도성 입자의 투입량은 중량비를 기준으로 약 1: 0.1 내지 약 1:5, 바람직하게는 약 1: 1 내지 약 1: 5 일 수 있다. In this case, the amount of the first carbon material and the conductive particles may be about 1: 0.1 to about 1: 5, preferably about 1: 1 to about 1: 5, based on the weight ratio.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제1 탄소 소재에 전도성 입자를 응집시키는 단계 이전에, 상기 제1 탄소 소재와 전도성 입자와의 결합력을 향상시키기 위해 상기 제1 탄소 소재에 대해 전처리 공정을 더 수행할 수 있다. 상기 전처리 공정은 예를 들어 초순수(DI water)에서 세정 후 건조하는 단계, 질산(HNO3) 및 황산(H2SO4)이 약 1: 0.1 내지 약 1: 2, 바람직하게는 약 1:0.5 내지 약 1: 1의 부피비로 혼합된 용액에서 일정 시간 세정하는 단계, 및 초순수에서 세정 후 건조하는 단계로 수행될 수 있으나 이에 제한되지는 않으며, 상기 제1 탄소 소재의 접착력을 향상시킬 수 있는 모든 방법이 사용될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, prior to the agglomeration of the conductive particles on the first carbon material, the pretreatment process is further performed on the first carbon material to improve the bonding force between the first carbon material and the conductive particles. can do. The pretreatment process is, for example, washing and drying in ultrapure water (DI water), nitric acid (HNO 3 ) and sulfuric acid (H 2 SO 4 ) is about 1: 0.1 to about 1: 2, preferably about 1: 0.5 To a predetermined time in a solution mixed in a volume ratio of about 1: 1, and to dry after washing in ultrapure water, but is not limited thereto, and all that can improve the adhesion of the first carbon material The method can be used.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 탄소 소재에 전도성 입자를 응집시키는 단계를 보여주는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the step of agglomerating conductive particles in a first carbon material according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 팽창 흑연의 표면에 Ni 나노 입자가 코팅되는 형태로 응집되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen that the surface of the expanded graphite is agglomerated in a form in which Ni nanoparticles are coated.
다음에, 상기 전도성 입자가 응집된 제1 탄소 소재를 나노 튜브로 성장시킨다. Next, the first carbon material in which the conductive particles are aggregated is grown into a nanotube.
이때 상기 전도성 입자가 응집된 제1 탄소 소재를 나노 튜브로 성장시키는 단계는 아크 방전법, 레이저 증착법, 기상 합성법, 열 화학 기상 증착법 또는 플라즈마 화학 기상 증착법 등 본 발명의 기술분야에 알려진 방법에 따라 수행될 수 있다. At this time, the step of growing the first carbon material in which the conductive particles are agglomerated into nanotubes is performed according to methods known in the art, such as arc discharge method, laser deposition method, vapor phase synthesis method, thermal chemical vapor deposition method or plasma chemical vapor deposition method. Can be.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄소 나노 튜브를 성장시키는 단계는 열 화학 기상 증착법(thermal chemical vapor deposition, thermal CVD)에 의해 수행될 수 있다. 상기 열 화학 기상 증착법은 탄소를 포함하는 반응 가스(C2H2, CH4, C2H4, CO 등)를 반응기 안으로 주입하여 촉매상에서 열 분해하여 탄소 나노 튜브를 합성하는 공정으로, 공정이 비교적 용이하고 단순하며 대량의 고품질 탄소 나노 튜브를 생산할 수 있는 장점이 있다. According to one embodiment of the present invention, the growing of the carbon nanotubes may be performed by thermal chemical vapor deposition (thermal chemical vapor deposition, thermal CVD). The thermal chemical vapor deposition method is a process for synthesizing carbon nanotubes by injecting a reaction gas containing carbon (C 2 H 2 , CH 4 , C 2 H 4 , CO, etc.) into the reactor and thermally decomposes on a catalyst. It is relatively easy, simple and has the advantage of producing large quantities of high quality carbon nanotubes.
보다 구체적으로, 일반적으로 열 화학 기상 증착법을 이용하여 탄소 나노 튜브를 제조하는 방법은 촉매 금속인 니켈, 코발트 및 철 등을 박막 형태로 기판 위에 증착한 뒤 약 10 내지 30 mTorr 의 진공 분위기 하에서 소오스 가스인 아세틸렌, 에틸렌, 메탄 등의 하이드로 카본으로 이루어지는 가스를 약 500 ℃ 내지 약 950 ℃의 고온을 이용하여 분해한 후 분해된 탄소 입자가 촉매 금속과의 반응을 통하여 이후 탄소 나노 튜브의 성장이 이루어지는 방법이다. 따라서 탄소 나노 튜브의 성장 이전에 스퍼터링법이나 증발법을 이용한 전이금속 박막을 형성하는 공정이 필요하며, 또 필요에 따라 HF 담금(dipping)이나 NH3 노출(exposure)같은 전처리 과정을 실시하기도 한다. 촉매 금속은 원료 가스를 분해시키는 촉매 역할 및 나노 튜브의 핵 생성 자리(nucleation site)의 역할을 한다. More specifically, a method of manufacturing carbon nanotubes using thermal chemical vapor deposition is generally performed by depositing catalyst metals such as nickel, cobalt, and iron on a substrate in a thin film form, and then, source gas under a vacuum atmosphere of about 10 to 30 mTorr. After decomposing a gas composed of hydrocarbons such as acetylene, ethylene, and methane using a high temperature of about 500 ° C. to about 950 ° C., the decomposed carbon particles react with a catalyst metal to grow carbon nanotubes thereafter. to be. Therefore, before the growth of the carbon nanotubes, a process of forming a transition metal thin film using sputtering or evaporation is required, and a pretreatment such as HF dipping or NH 3 exposure may be performed if necessary. The catalytic metal serves as a catalyst to decompose the source gas and as a nucleation site of the nanotubes.
본 발명의 탄소 나노 튜브의 제조방법에 따르면, 열 화학 기상 증착법의 세부 공정 조건에 크게 구애받지 않고 탄소 나노 튜브의 성장이 가능하여, 보다 간단하고 효율적인 방법으로 탄소 나노 튜브를 제조할 수 있다.According to the method of manufacturing the carbon nanotubes of the present invention, the carbon nanotubes can be grown regardless of the detailed process conditions of the thermal chemical vapor deposition method, and thus the carbon nanotubes can be manufactured by a simpler and more efficient method.
상기와 같이, 본 발명에 따라 제1 탄소 소재에 원심력에 의해 전도성 입자를 응집시키는 경우, 균일하게 전도성 입자를 분산시켜 상기 제1 탄소 소재에 결합시킨 후 열 화학 기상 증착법 등에 의해 탄소 나노 튜브를 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 회전 가능한 챔버만 구비하면 공정을 수행할 수 있고 복잡하고 세밀한 공정 조건이 필요하지 않으므로 재현성 있고 간단하게 탄소 나노 튜브를 제조할 수 있다.As described above, when the conductive particles are agglomerated by the centrifugal force on the first carbon material according to the present invention, the conductive particles are uniformly dispersed and bonded to the first carbon material, and then the carbon nanotubes are easily formed by thermal chemical vapor deposition. Can be formed. In addition, since only the rotatable chamber is provided, the process can be performed and complicated and detailed process conditions are not required. Thus, carbon nanotubes can be manufactured in a reproducible and simple manner.
본 발명에 의해 제조된 탄소 나노 튜브는 단독으로 또는 다른 소재와의 복합체를 형성하여 사용될 수 있다. 이때 복합체의 용도에 따라 원하는 물성을 달성할 수 있도록 본 발명에 의해 제조된 탄소 나노 튜브를 다른 탄소 소재와 함께 적절히 혼합하여 분산시킬 수도 있다. 예를 들어, 상기 탄소 나노 튜브를 열전도성 레진 등에 분산시켜 탄소 나노 튜브-레진 복합체를 형성함으로써 방열 소재 등에 사용할 수 있다. 그 밖에도, 전도성 소재, 전자파 차폐재, 전자파 흡수재, 태양전지용 재료, 염료감응용전지(DSSC)용 전극재료, 전기소자, 전자소자, 반도체소자, 광전소자, 노트북 부품 재료, 컴퓨터 부품 재료, 핸드폰 부품 재료, PDA(personal digital assistants, PDA) 부품 재료, 게임기용 부품 재료, 하우징 재료, 투명전극 재료, 불투명 전극 재료, 전계방출디스플레이(field emission display, FED) 재료, 백라이트유닛(back light unit, BLU) 재료, 액정표시장치(liquid crystal display, LCD) 재료, 플라즈마표시패널(plasma display panel, PDP) 재료, 발광다이오드(luminescent diode, LED) 재료, 터치패널 재료, 전광판 재료, 광고판 재료, 디스플레이 소재, 발열체, 방열체, 도금 재료, 자동차 부품 재료, 선박 부품 재료, 항공기기 부품 재료, 난연 소재, 금속 복합 재료, 비철 금속 복합재료, 의료 기기 부품 재료, 건축 재료, 바닥재 재료, 벽지 재료, 광원 부품 재료, 램프 재료, 광학기기 부품 재료, 섬유제조기기 부품 재료, 의류제조기기 부품 재료, 전기제품제조 기기 재료 또는 전자제품제조 기기 재료 등의 다양한 분야에 고부가가치 재료로 사용할 수 있다.The carbon nanotubes produced by the present invention may be used alone or in complex with other materials. In this case, the carbon nanotubes prepared according to the present invention may be appropriately mixed with other carbon materials so as to achieve desired physical properties according to the use of the composite. For example, by dispersing the carbon nanotubes in a thermally conductive resin or the like to form a carbon nanotube-resin composite, the carbon nanotubes may be used in a heat dissipating material. In addition, conductive materials, electromagnetic shielding materials, electromagnetic wave absorbing materials, solar cell materials, electrode materials for dye-sensitized batteries (DSSC), electric devices, electronic devices, semiconductor devices, optoelectronic devices, notebook parts materials, computer parts materials, mobile phone parts materials , PDA (personal digital assistants) parts materials, game machine parts materials, housing materials, transparent electrode materials, opaque electrode materials, field emission display (FED) materials, back light unit (BLU) materials , Liquid crystal display (LCD) materials, plasma display panel (PDP) materials, light emitting diode (LED) materials, touch panel materials, electronic signboard materials, billboard materials, display materials, heating elements, heat dissipation Sieve, plating material, automobile parts material, ship parts material, aircraft parts material, flame retardant material, metal composite material, nonferrous metal composite material, medical device parts material, building material, flooring material, wallpaper material, light source parts material, lamp material It can be used as a high value-added material in various fields such as optical equipment component materials, textile manufacturing equipment component materials, clothing manufacturing equipment component materials, electrical appliance manufacturing equipment materials or electronic manufacturing equipment materials.
<실시예><Examples>
실시예Example 1 One
팽창 흑연에 대해 DI water로 세정 후 진공 분위기 및 150℃에서 완전 건조하였다. 다음에, 질산(HNO3): 황산(H2SO4) 이 3:2로 혼합된 용액에 3시간 정도 담궈놓은 후 다시 DI water로 세정 후 진공 분위기 및 150℃에서 완전 건조함으로써 전처리 공정을 수행하였다.The expanded graphite was washed with DI water and then dried completely in a vacuum atmosphere and 150 ° C. Next, a pretreatment process is performed by immersing in a solution of nitric acid (HNO 3 ): sulfuric acid (H 2 SO 4 ) in a 3: 2 mixture for about 3 hours, washing with DI water, and then completely drying in a vacuum atmosphere and 150 ° C. It was.
전처리 공정을 거친 팽창 흑연 3g이 투입된 챔버를 600rpm의 회전수로 회전시키는 동안 입경이 5 내지 10um인 Ni 입자 10 g을 투입하여 Ni 입자가 표면에 코팅된 팽창 흑연을 수득하였다.10 g of Ni particles having a particle diameter of 5 to 10 μm were added while rotating the chamber into which 3 g of expanded graphite, which had been subjected to the pretreatment process, was rotated at a rotational speed of 600 rpm to obtain expanded graphite coated with Ni particles on the surface.
수득한 팽창 흑연에 대해 소오스 가스로 암모니아 가스를 사용하여 800 ℃의 온도에서 열 화학 기상 증착법에 의해 나노 튜브를 성장시켜 탄소 나노 튜브를 수득하였다.Carbon nanotubes were obtained by growing the nanotubes by thermal chemical vapor deposition at a temperature of 800 ° C. using ammonia gas as the source gas for the obtained expanded graphite.
도 2는 니켈 입자를 코팅하기 전의 팽창 흑연을 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 1,000 배로 확대하여 촬영한 사진이다.FIG. 2 is a photograph taken at 1,000 times magnification of expanded graphite before coating nickel particles using a scanning electron microscope (SEM).
도 3은 상기 실시예 1에 따라 제조된 탄소 나노 튜브를 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 3,000 배로 확대하여 촬영한 사진이다.3 is a photograph taken by enlarging 3,000 times the carbon nanotubes prepared according to Example 1 using a scanning electron microscope (SEM).
도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 제조방법에 따라 Ni 입자를 코팅한 후 열 화학 기상 증착법을 수행함으로써 표면에 탄소 나노 튜브가 성장한 것을 확인할 수 있었다.
2 and 3, it was confirmed that the carbon nanotubes were grown on the surface by performing the thermal chemical vapor deposition method after coating the Ni particles according to the production method of the present invention.
제조예Manufacturing example 1 One
상기 실시예 1에서 제조한 탄소 나노 튜브 1.2g 및 팽창 흑연 3g을 열전도성 레진 6g에 분산시켜 복합체를 형성하였다.
1.2 g of the carbon nanotubes prepared in Example 1 and 3 g of the expanded graphite were dispersed in 6 g of the thermally conductive resin to form a composite.
비교 compare 제조예Manufacturing example 1 One
아무런 처리를 하지 않은 팽창 흑연 4.2g을 열전도성 레진 6g에 분산시켜 복합체를 형성하였다.
4.2 g of untreated expanded graphite was dispersed in 6 g of thermally conductive resin to form a composite.
<실험예><Experimental Example>
열전도성Thermal conductivity 평가 evaluation
상기 제조예 1에서 제조한 탄소 나노 튜브 복합체 및 비교 제조예 1의 팽창 흑연 복합체에 대하여 하기와 같은 방법으로 열전도성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
The thermal conductivity of the carbon nanotube composite prepared in Preparation Example 1 and the expanded graphite composite of Comparative Preparation Example 1 was measured by the following method. The results are shown in Table 1 below.
열전도성Thermal conductivity 측정법( Measurement method ( LFALFA : : LaserLaser FlashFlash AnnealingAnnealing ))
측정하고자 하는 시료에 Laser Flash를 조사하여 조사한 Laser의 온도와 시료를 통과한 Laser Flash의 온도를 측정하여 온도차에 의한 열확산률 및 열전도도를 측정하였다.
By measuring the laser flash on the sample to be measured, the temperature of the irradiated laser and the temperature of the laser flash passing through the sample were measured to measure the thermal diffusion rate and thermal conductivity due to the temperature difference.
상기 표1을 참조하면, 본 발명의 제조 방법에 따라 수득한 탄소 나노 튜브를 이용하여 복합체를 제조한 경우, 팽창 흑연만을 사용하여 복합체를 제조한 경우보다 열확산율 및 열전도도가 월등히 향상되었음을 알 수 있다.
Referring to Table 1, when the composite was prepared using the carbon nanotubes obtained according to the manufacturing method of the present invention, it can be seen that the thermal diffusivity and thermal conductivity were significantly improved compared to the case of manufacturing the composite using only expanded graphite. have.
Claims (10)
상기 전도성 입자가 응집된 제1 탄소 소재를 나노 튜브로 성장시키는 단계를 포함하는 탄소 나노 튜브의 제조 방법.
Agglomerating the conductive particles on the first carbon material by centrifugal force; And
And growing the first carbon material in which the conductive particles are agglomerated into a nanotube.
상기 제1 탄소 소재를 챔버에 투입하고 상기 챔버를 회전시키는 단계; 및
상기 회전하는 챔버 내에 상기 전도성 입자를 투입하는 단계를 포함하는 탄소 나노 튜브의 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the step of agglomerating the conductive particles to the first carbon material by centrifugal force,
Inserting the first carbon material into a chamber and rotating the chamber; And
The method of manufacturing a carbon nanotube comprising the step of injecting the conductive particles into the rotating chamber.
The method of claim 1, wherein the chamber is rotated at 300 to 800 rpm.
The method of claim 1, wherein an input amount of the first carbon material and the conductive particles is in a weight ratio of 1: 0.1 to 1: 5.
The method of claim 1, wherein the growing of the first carbon material in which the conductive particles are agglomerated into carbon nanotubes is performed by thermal chemical vapor deposition.
The method of claim 1, further comprising performing a pretreatment process on the first carbon material prior to agglomerating the conductive particles on the first carbon material.
초순수(DI water)에서 세정 후 건조하는 단계;
질산(HNO3)과 황산(H2SO4) 이 1:0.1 내지 1:2의 부피비로 혼합된 용액에서 세정하는 단계; 및
초순수에서 세정 후 건조하는 단계를 포함하는 탄소 나노 튜브의 제조 방법.
The method of claim 6, wherein the pretreatment process
Drying after washing in ultrapure water (DI water);
Washing in a solution in which nitric acid (HNO 3 ) and sulfuric acid (H 2 SO 4 ) are mixed in a volume ratio of 1: 0.1 to 1: 2; And
Method for producing a carbon nanotube comprising the step of drying after washing in ultrapure water.
The method of claim 1, wherein the first carbon material is a carbon nanotube, carbon fiber, graphite, expanded graphite, carbon block, fullerene ) And graphene (graphene) is a method for producing at least one carbon nanotube selected from the group consisting of.
The method of claim 1, wherein the conductive particles are at least one selected from the group consisting of metals, transition metals, alloys, second carbon materials, conductive polymers, ceramics, and dielectrics.
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