KR20140028318A - Synthesis method for geometry-controlled carboncoils via the manipulation of injection parameters for sf6 gas flow - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 육불화항 가스를 이용한 탄소코일의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소코일 제조 시 육불화항 가스의 주입유량, 시간 및 시점을 변화시켜 기하구조가 제어된 마이크로 및 나노 탄소코일을 합성하여 성장시키는 육불화항 가스를 이용한 탄소코일의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a carbon coil using hexafluorocarbon gas, and more particularly, micro and nano carbon coils whose geometry is controlled by changing the injection flow rate, time and timing of the hexafluorofluorocarbon gas during carbon coil manufacturing. It relates to a method for producing a carbon coil using hexafluoride gas to synthesize and grow.
탄소 코일은 마이크로 혹은 나노크기로 합성될 수 있으며 1953년. Davis등이 발견한 것으로 알려진다. (“An unusual form of carbon”, Nature, 171(1953)758). 공업적으로 실용화되고 있는 신소재나 재료에는 여러 종류가 있으나 그중에 탄소섬유와 세라믹섬유는 최첨단 강화재로 널리 이용되고 있다. 탄소 마이크로 코일은 약 1/1000mm(마이크로 오더)의 피치로 코일모양으로 감긴 비정질의 탄소섬유로 규정되고 있으며, 전자파 흡수재, 마이크로파 발열재, 촉각 근접 센서, 마이크로 안테나, 생물 활성화제 등으로 널리 응용이 예상되는 새로운 탄소소재이다.Carbon coils can be synthesized in micro or nanoscale in 1953. It is known to have been discovered by Davis et al. (“An unusual form of carbon”, Nature, 171 (1953) 758). There are many kinds of new materials and materials that are industrially used, but among them, carbon fibers and ceramic fibers are widely used as cutting-edge reinforcement materials. Carbon micro coil is defined as amorphous carbon fiber wound in coil shape with pitch of about 1 / 1000mm (micro order), and widely applied as electromagnetic wave absorber, microwave heating material, tactile proximity sensor, micro antenna, and biological activator. It is expected new carbon material.
CMC는 일반적으로 미량의 황 불순물을 포함하는 아세틸렌을 Ni 등의 촉매 하에 열분해하여 합성되며, 탄소나노튜브에 비하여 성장조건이 매우 까다로워 촉매, 반응조건, 장치조건을 최적화하지 않으면 탄소 미분말 또는 직선상의 탄소섬유 밖에 얻을 수 없다. 원료는 대부분 아세틸렌이 사용되며 메탄, 프로판, 벤젠 등을 사용하여도 되지만 코일의 수율과 안정성이 떨어진다. CMC의 비표면적은 일반적으로 100m2/g 전후의 큰 값을 가지며 전기저항은 온도상승과 함께 감소하는 반도체적인 성질을 가진다. CMC의 최대 특장의 하나는 우수한 탄력성이다. 코일직경이 큰 코일과 섬유 직경이 작은 코일은 원래 코일길이의 약 15배까지 늘어나는 초탄력성을 보인다. 마이크로~나노 차원의 헬리컬/나선형의 CMC는 기존의 재료에서는 얻을 수 없는 고도의 신규 기능을 가지고 있어 지금까지의 소재와 재료에서 얻을 수 없는 용도에 응용할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
CMC is generally synthesized by pyrolyzing acetylene containing trace sulfur impurity under a catalyst such as Ni, and its growth conditions are very difficult compared to carbon nanotubes. You can only get fiber. Acetylene is mostly used as a raw material, and methane, propane and benzene may be used, but the yield and stability of the coil are poor. The specific surface area of CMC generally has a large value around 100m 2 / g and the electrical resistance decreases with temperature rise. One of the biggest features of CMC is its excellent elasticity. Coils with large coil diameters and coils with small fiber diameters exhibit super-elasticity that extends to about 15 times the original coil length. The helical / helical CMCs in the micro-nano dimension have a high level of new functionality not available in conventional materials and are expected to be applied to materials and applications not available until now.
본 발명은 탄소 코일의 합성 시 육불화황 가스의 주입 변수 제어를 통해 탄소코일의 형상을 다양하게 변화시킬 수 있는 육불화황 가스를 이용한 탄소코일의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a method for producing a carbon coil using sulfur hexafluoride gas that can vary the shape of the carbon coil through the control of the injection parameter of sulfur hexafluoride gas during the synthesis of the carbon coil.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 육불화항 가스를 이용한 탄소코일의 제조방법은, 화학기상 증착 장비를 이용하여 기판 위에 탄소코일을 합성하여 성장시키는 방법에 있어서, 상기 탄소코일의 합성 시 육불화황(SF6), 아세틸렌(C2H2) 및 수소(H2) 가스를 챔버 내에 주입하되, 상기 육불화황 가스의 주입유량, 주입시간 또는 주입시점 중 어느 하나 이상을 제어하여, 탄소코일의 형상, 길이, 기하 구조를 조절할 수 있다.In the method for producing a carbon coil using the hexafluoride gas of the present invention for achieving the above object, in the method for synthesizing and growing the carbon coil on the substrate using a chemical vapor deposition equipment, the hexafluoride during the synthesis of the carbon coil Injecting sulfur (SF 6 ), acetylene (C 2 H 2 ) and hydrogen (H 2 ) gas into the chamber, by controlling any one or more of the flow rate, injection time or injection time of the sulfur hexafluoride gas, carbon coil The shape, length, and geometry of the can be adjusted.
구체적으로, 상기 주입유량을 5sccm(standard cc per minute) 이상 50sccm 이하로 조절할 수 있다.Specifically, the injection flow rate may be adjusted to 5 sccm (standard cc per minute) or more and 50 sccm or less.
상기 주입유량이 5sccm 이상 50sccm 이하일 때 상기 육불화황 가스를 2분 이상 90분 이하로 주입할 수 있다.When the injection flow rate is 5sccm or more and 50sccm or less, the sulfur hexafluoride gas may be injected in 2 minutes or more and 90 minutes or less.
상기 주입시점을 합성초기, 합성중기로 나누어 상기 육불화항 가스를 주입할 수 있다.The injection time may be divided into an initial synthesis stage and a synthesis intermediate stage to inject the hexafluoride gas.
상기 합성초기는, 상기 탄소코일 합성 시 전체반응공정시간 중 전반 20% 이내일 수 있다.The initial stage of synthesis may be within the first 20% of the total reaction process time when the carbon coil is synthesized.
상기 합성중기는, 상기 탄소코일 합성 시 전체반응공정시간 1/2시점에서 ±20% 범위일 수 있다.
The synthetic intermediate may be in the range of ± 20% at 1/2 time of the total reaction process time when synthesizing the carbon coil.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 탄소 코일의 합성 시 육불화황 가스 주입 변수를 제어하여 탄소코일의 형상을 다양하게 변화시킬 수 있으므로 탄소코일의 사용 목적에 따른 제조가 가능하여 탄소코일의 활용 범위를 확장시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 목적에 따른 탄소코일 형상 제어가 가능하므로 탄소코일을 산업상 용이하게 이용할 수 있도록 하는 효과가 있다.
As described above, the present invention can vary the shape of the carbon coil by controlling the sulfur hexafluoride gas injection variable when synthesizing the carbon coil, so that it is possible to manufacture the carbon coil according to the purpose of using the carbon coil. There is an effect that can be extended. In addition, since the shape of the carbon coil can be controlled according to the purpose, there is an effect of allowing the carbon coil to be easily used in industry.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소코일 제조방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명과 관련된 열화학기상증착장치의 구성을 개략적으로 나타난 모식도이다.
도 3은 본 발명과 관련된 탄소코일의 다양한 형상을 나타낸 그림이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 탄소코일의 합성 방법을 간략하게 그림으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 의한 탄소코일의 합성 결과를 FESEM으로 관찰한 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 의한 탄소코일의 합성 방법을 간략하게 그림으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 의한 탄소코일의 합성 결과를 FESEM으로 관찰한 사진이다.1 is a view schematically showing a carbon coil manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram schematically showing the configuration of a thermochemical vapor deposition apparatus according to the present invention.
3 is a view showing a variety of shapes of carbon coils related to the present invention.
4 is a view schematically showing a method of synthesizing a carbon coil according to Example 1 of the present invention.
5 is a photograph observing the synthesis result of the carbon coil according to Example 1 of the present invention by FESEM.
6 is a view schematically showing a method of synthesizing a carbon coil according to Example 2 of the present invention.
7 is a photograph observing the synthesis result of the carbon coil according to Example 2 of the present invention by FESEM.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols whenever possible. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소코일 제조방법을 개략적으로 도시한 도면으로서, 이를 참조하면 먼저 본 발명의 탄소코일 제조는 화학기상 증착 장비를 이용하여 실시되는 것일 수 있다. 본 발명에서 탄소코일의 합성 시에는 화학기상증착장치(CVD: Chemical Vapor Deposition) 중에서 도 2에 도시한 바와 같이, 열화학기상증착장치(T-CVD: Thermal Chemical Vapor Deposition)를 사용하는 것이 좋다. 물론 이와 비슷한 개념을 가지는 화학 증착 장치 중 탄소코일 합성을 위하여 기체를 사용하는 어떠한 증착 장치도 사용이 가능하다.1 is a view schematically showing a carbon coil manufacturing method according to an embodiment of the present invention. Referring to this, first, the carbon coil manufacturing of the present invention may be performed using chemical vapor deposition equipment. When synthesizing the carbon coil in the present invention, it is preferable to use a thermal chemical vapor deposition apparatus (T-CVD) as shown in FIG. 2 in a chemical vapor deposition apparatus (CVD). Of course, any vapor deposition apparatus using a gas for synthesizing carbon coil among chemical vapor deposition apparatuses having a similar concept may be used.
이와 같이 열화학기상증착장치를 이용하는 경우, 장치에 설치된 챔버 내로 반응가스를 주입하게 된다. 이처럼 열화학기상증착법을 이용하여 탄소코일을 제조하기 위하여 먼저 세라믹 기판을 증착 장치의 챔버 내에 설치하고, 설치된 세라믹 기판 상에 탄소코일을 성장시켜 원하는 형상의 탄소코일을 얻을 수 있다. 기판 상에 탄소코일을 합성하여 성장시키기 위해 탄소코일의 원료가 되는 화학물질에 고온의 열을 가하여 화학물질(원료물질)의 반응성을 향상시켜 챔버 내에 장착된 기판의 표면에 탄소코일이 합성되도록 한다. 이때 사용되는 세라믹 기판은 산화규소(SiO2),실리콘(Si), 알루미나(Al2O3), 스테인레스 등의 사용이 가능하다.As such, when the thermochemical vapor deposition apparatus is used, the reaction gas is injected into the chamber installed in the apparatus. As described above, in order to manufacture carbon coils using a thermochemical vapor deposition method, a ceramic substrate may be first installed in a chamber of a deposition apparatus, and carbon coils may be grown on the installed ceramic substrate to obtain a carbon coil having a desired shape. In order to synthesize and grow the carbon coil on the substrate, high temperature heat is applied to the chemical material that is the raw material of the carbon coil to improve the reactivity of the chemical (raw material) so that the carbon coil is synthesized on the surface of the substrate mounted in the chamber. . In this case, the ceramic substrate used may be silicon oxide (SiO 2 ), silicon (Si), alumina (Al 2 O 3 ), stainless steel, or the like.
본 발명은 챔버 내의 기판 상에 탄소코일을 합성하여 성장시키기 위해 반응가스를 주입하게 되는데, 이때 주입되는 가스는 육불화황(SF6), 아세틸렌(C2H2) 및 수소(H2) 가스 등이다.In the present invention, a reaction gas is injected to grow and synthesize a carbon coil on a substrate in a chamber, wherein the injected gases are sulfur hexafluoride (SF 6 ), acetylene (C 2 H 2 ), and hydrogen (H 2 ) gas. And so on.
본 발명에서는 이처럼 기판 상에 탄소코일을 합성하기 위해 사용되는 반응가스인 육불화황(SF6), 아세틸렌(C2H2) 및 수소(H2) 가스를 챔버 내에 주입하되, 상기 육불화황 가스의 주입유량 또는 주입시점을 조절하면서 탄소코일을 합성한다. 구체적으로, 본 발명에서는 탄소코일 합성 시 챔버 내로 주입되는 반응가스 중 수소와 아세틸렌 가스는 지속적으로 주입하면서, 육불화황 가스의 주입유량 또는 주입시점 중 어느 하나 이상을 제어하여 제조되는 탄소코일의 형상, 길이 및 기하 구조를 제어하는 것이 가능하다.In the present invention, sulfur hexafluoride (SF 6 ), acetylene (C 2 H 2 ) and hydrogen (H 2 ) gas, which is a reaction gas used to synthesize carbon coils on the substrate, is injected into the chamber, but the sulfur hexafluoride The carbon coil is synthesized by adjusting the injection flow rate or injection time of the gas. Specifically, the shape of the carbon coil manufactured by controlling any one or more of the flow rate or injection time of sulfur hexafluoride gas while continuously injecting hydrogen and acetylene gas of the reaction gas injected into the chamber during the synthesis of carbon coil It is possible to control the length and geometry.
예를 들어, 수소와 아세틸렌 가스는 전체 탄소코일 합성 공정 동안 일정량 지속적으로 주입하고, 육불화황 가스의 유량을 공정마다 달리 설정하여 주입함으로써 제조되는 탄소코일의 형상, 길이, 기하 구조를 제어할 수 있다.For example, hydrogen and acetylene gas can be continuously injected in a certain amount during the entire carbon coil synthesis process, and the flow rate of sulfur hexafluoride gas can be controlled by injecting differently for each process to control the shape, length, and geometry of the carbon coil. have.
또한, 수소와 아세틸렌 가스는 전체 탄소코일 합성 공정 동안 일정량 지속적으로 주입하고, 육불화황 가스를 탄소코일 합성 전체 공정 중 어떤 시점에 투입하느냐 하는 주입시점을 공정마다 달리 설정하여 주입함으로써 제조되는 탄소코일의 형상, 길이, 기하 구조를 제어할 수 있다.In addition, hydrogen and acetylene gas are continuously injected in a certain amount during the entire carbon coil synthesis process, and the carbon coil produced by injecting the sulfur hexafluoride gas at a different point in time during the entire process of synthesizing the carbon coil. You can control the shape, length, and geometry of
본 발명에서 육불화황 가스를 챔버 내로 주입하는 양을 의미하는 주입유량은 5sccm(standard cc per minute) 이상 50sccm 이하로 조절하는 것이 바람직하다. 육불화황 가스를 5sccm 미만 주입하는 경우 탄소코일이 형성되지 않거나, 원하는 형상의 탄소코일을 얻을 수 없으며, 육불화황 가스를 50sccm를 초과하여 주입하게 되면 얻고자 하는 마이크로 혹은 나노 사이즈의 코일이 얻어지지 않으며, 탄소코일의 형상 제어가 어렵고, 탄소코일이 완전한 형상으로 제조되지 않고 탄소코일 전단계 형상인 필라멘트 형상으로 제조되는 문제점이 있다.In the present invention, the injection flow rate, which means the amount of sulfur hexafluoride gas injected into the chamber, is preferably controlled to 5 sccm (standard cc per minute) or more and 50 sccm or less. When injecting sulfur hexafluoride gas to less than 5sccm, no carbon coil is formed, or carbon coil of desired shape cannot be obtained, and when sulfur hexafluoride gas is injected more than 50sccm, a micro or nano-sized coil is obtained. It is difficult to control the shape of the carbon coil, and there is a problem in that the carbon coil is not manufactured in a perfect shape, but is manufactured in a filament shape that is a carbon coil pre-step shape.
이처럼 육불화황 가스의 주입유량을 5~50sccm의 범위로 제어하는 경우 육불화황의 주입시간을 동시에 제어하는 것이 가능하다. 이때 육불화황의 주입시간은 2분 이상 90분 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 육불화황의 주입시간이 2분인 경우에는 육불화황의 주입유량은 20sccm 이상 50sccm 이하로 조절하는 것이 바람직하다. 만일 육불화황을 2분간 주입하는 경우 주입유량을 20sccm 미만으로 조절하면 마이크로 혹은 나노 탄소코일의 전단계 형상인 필라멘트 형상이 얻어지므로 본 발명에서 목적하는 바를 이룰 수 없게 된다.As such, when the injection flow rate of sulfur hexafluoride gas is controlled in the range of 5 to 50 sccm, it is possible to simultaneously control the injection time of sulfur hexafluoride. At this time, the injection time of sulfur hexafluoride is preferably 2 minutes or more and 90 minutes or less. More preferably, when the injection time of sulfur hexafluoride is 2 minutes, the injection flow rate of sulfur hexafluoride is preferably adjusted to 20 sccm or more and 50 sccm or less. If the sulfur hexafluoride is injected for 2 minutes, if the injection flow rate is adjusted to less than 20 sccm, the filament shape, which is a previous stage shape of the micro or nano carbon coil, is obtained, thereby failing to achieve the purpose of the present invention.
또한, 본 발명에서는 탄소코일 전체 합성 공정 중 육불화황 가스를 주입하는 시점을 조절하는 것이 가능하다. 본 발명에서 주입시점은 탄소코일 전체 합성 공정 중 합성초기, 합성중기로 나누고, 합성초기 또는 합성중기 중 선택적으로 육불화황 가스를 주입할 수 있다. In addition, in the present invention, it is possible to control the timing of injecting sulfur hexafluoride gas during the entire carbon coil synthesis process. In the present invention, the injection time is divided into the initial synthesis and the synthesis medium during the overall synthesis process of the carbon coil, and the sulfur hexafluoride gas may be selectively injected from the initial synthesis or the synthesis medium.
본 발명에서 합성초기는 상기 탄소코일 합성 시 전체반응공정시간 중 전반 20% 이내이다. 구체적으로, 합성초기의 육불화황 가스의 주입은 탄소코일 합성 시 아세틸렌 가스는 전체공정 동안 계속하여 주입하되, 아세틸렌 가스 주입 시작 후 1분 이내에 육불화황 가스를 주입하기 시작하여 전체 탄소코일 합성 반응공정 시간 중 전반 20% 이내의 시간 동안 육불화황 가스의 주입을 완료하는 것이다. Initial synthesis in the present invention is within 20% of the first half of the total reaction process time when synthesizing the carbon coil. Specifically, in the initial synthesis of sulfur hexafluoride gas, the acetylene gas is continuously injected during the entire process during the synthesis of carbon coil, but the sulfur hexafluoride gas is started to be injected within 1 minute after the start of the acetylene gas injection. The injection of sulfur hexafluoride gas is completed within the first 20% of the process time.
이처럼 합성초기에 육불화황과 가스를 주입하여 원하는 형상과 크기의 탄소코일을 얻을 수 있게 된다. 그러나, 육불화황을 주입하지 않거나, 전반 20% 이내에 육불화황의 주입을 완료하지 않는 경우에는 코일 형상이 얻어지지 않고, 탄소코일 형성 전단계인 필라멘트 형상이 얻어지므로 문제가 될 수 있다.In this way, by injecting sulfur hexafluoride and gas at the beginning of synthesis, a carbon coil having a desired shape and size can be obtained. However, when the sulfur hexafluoride is not injected or when the injection of sulfur hexafluoride is not completed within the first 20%, a coil shape is not obtained, and a filament shape, which is a step before forming carbon coils, may be a problem.
또한, 본 발명에서 합성중기는 상기 탄소코일 합성 시 전체반응공정시간 1/2시점에서 ±20% 범위일 수 있다.In addition, in the present invention, the synthetic intermediate may be in a range of ± 20% at the time of 1/2 of the total reaction process time when the carbon coil is synthesized.
구체적으로, 탄소코일 합성 시 아세틸렌 가스는 전체공정 동안 계속하여 주입하되, 전체 탄소코일 합성 반응공정 시간 중 1/2 시점에서 ±20% 이내의 시간 동안 육불화황 가스의 주입을 시작하여 완료하는 것이다. 이처럼 합성중기에 육불화황을 주입하지 않거나, 전체 탄소코일 합성 반응공정 시간 중 1/2 시점에서 ±20% 이내를 벗어나는 시간 동안 육불화황을 주입하는 경우에는 얻고자 하는 탄소코일 형상이 얻어지지 않고, 탄소코일 형성 전단계인 탄소 필라멘트 형상이 얻어지는 등 탄소코일의 형상, 길이 및 기하 구조의 제어가 어려우므로 문제가 될 수 있다.Specifically, the acetylene gas is continuously injected during the synthesis of carbon coils, but the injection of sulfur hexafluoride gas is completed for ± 20% of the time at half of the total carbon coil synthesis reaction time. . In this way, when sulfur hexafluoride is not injected in the middle of synthesis or when sulfur hexafluoride is injected for a time that is within ± 20% of half of the total carbon coil synthesis reaction time, the desired carbon coil shape is not obtained. Instead, control of the shape, length, and geometry of the carbon coil, such as obtaining a carbon filament shape that is a step prior to forming the carbon coil, can be problematic.
본 발명은 탄소코일 제조 시 육불화황 가스의 주입유량 및 주입시점 중 하나 이상을 제어하여 탄소코일을 원하는 형상으로 제조하는 것으로서, 본 발명에서 얻고자 하는 탄소코일의 형상은 도 3에 도시한 탄소코일의 형상 중 MC, WNC, NC이다. The present invention is to produce a carbon coil in a desired shape by controlling one or more of the injection flow rate and the injection time of sulfur hexafluoride gas when manufacturing the carbon coil, the shape of the carbon coil to be obtained in the present invention is the carbon shown in FIG. Among the coil shapes, MC, WNC and NC.
구체적으로, 탄소코일을 합성하면 도 3에 나타낸 것처럼 다양한 형상 즉, 다양한 크기와 모양을 가진 탄소코일이 나타나는데 LT(Linear Type, 선형)는 탄소코일로 잘발달되지 못한 경우로 본 발명에서 얻고자 하는 탄소코일의 형상이 아니다. MC(Microsized Coil, 마이크로 코일)는 코일의 직경이 마이크로 크기이상의 탄소코일이며 용수철 같은 모양으로 잘 발달된 것이다. 한편, WNC(Wavelike Coil, 파도형 코일)는 코일의 직경이 나노에서 마이크로까지이며, 용수철같은 코일형상이 아니라, 파도와 같은 굴곡을 보이는 경우로서 본 발명에서는 이같은 파도형 탄소코일도 제조하고자 한다. 마지막으로 NC(Nanosized Coil, 나노 코일)은 코일의 직경이 나노에서 마이크로까지이며, 용수철같은 코일모양으로 잘 발달된 것이다.
Specifically, when the carbon coils are synthesized, carbon coils having various shapes, that is, various sizes and shapes, as shown in FIG. 3 appear. LT (Linear Type, linear) is not well developed with carbon coils. It is not the shape of the carbon coil. MC (Microsized Coil) is a carbon coil with a diameter of more than micro size and is well developed in the shape of a spring. On the other hand, WNC (Wavelike Coil, wave coil) is the diameter of the coil from nano to micro, the coil is not a coil shape, but shows a wave-like bend in the present invention is to manufacture such a wavy carbon coil. Finally, NCs (Nanosized Coils) are coils ranging in diameter from nanometers to micrometers and are well developed with coiled coils.
[실시예 1(1-1 내지 1-5)]Example 1 (1-1 to 1-5)
탄소코일 합성 시, 챔버 내로 육불화황, 아세틸렌 및 수소가스를 모두 주입하되, 수소와 아세틸렌 가스는 탄소코일 합성 시작부터 완료시점까지 지속적으로 주입하고, 도 4와 같이, 육불화황의 주입시간 및 주입유량을 다양하게 제어하여 탄소코일을 합성하였다.When the carbon coil is synthesized, sulfur hexafluoride, acetylene and hydrogen gas are all injected into the chamber, and hydrogen and acetylene gas are continuously injected from the start of the carbon coil synthesis to the completion point, and as shown in FIG. 4, injection time and injection of sulfur hexafluoride Carbon coils were synthesized by controlling the flow rate in various ways.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 실시예 1-1은 수소와 아세틸렌 가스를 지속적으로 주입하면서, 육불화황의 주입유량은 25sccm(분당 25cc)으로 하고, 주입시간은 5분으로 하여 탄소코일을 합성하였다. 실시예 1-2는 수소와 아세틸렌 가스를 지속적으로 주입하면서, 육불화황의 주입유량은 35sccm(분당 35cc)으로 하고, 주입시간은 5분으로 하여 탄소코일을 합성하였다. Specifically, referring to FIG. 4, Example 1-1 synthesized carbon coils while continuously injecting hydrogen and acetylene gas, and the injection flow rate of sulfur hexafluoride was 25 sccm (25 cc / min) and the injection time was 5 minutes. It was. Example 1-2 synthesized carbon coils while continuously injecting hydrogen and acetylene gas, and the injection flow rate of sulfur hexafluoride was 35 sccm (35 cc / min) and the injection time was 5 minutes.
또한, 실시예 1-3은 수소와 아세틸렌 가스를 지속적으로 주입하면서, 육불화황의 주입유량은 15sccm(분당 15cc)으로 하고, 주입시간을 아세틸렌과 수소 가스와 마찬가지로 합성 반응 공정 시간인 90분 동안 지속적으로 주입하여 탄소코일을 합성하였다. 실시예 1-4는 수소와 아세틸렌 가스를 지속적으로 주입하면서, 육불화황의 주입유량은 25sccm(분당 25cc)으로 하고, 주입시간을 아세틸렌과 수소 가스와 마찬가지로 합성 반응 공정 시간인 90분 동안 지속적으로 주입하여 탄소코일을 합성하였다. 실시예 1-5는 수소와 아세틸렌 가스를 지속적으로 주입하면서, 육불화황의 주입유량은 35sccm(분당 35cc)으로 하고, 주입시간을 아세틸렌과 수소 가스와 마찬가지로 합성 반응 공정 시간인 90분 동안 지속적으로 주입하여 탄소코일을 합성하였다.In addition, in Example 1-3, while continuously injecting hydrogen and acetylene gas, the injection flow rate of sulfur hexafluoride was 15 sccm (15 cc / min), and the injection time was maintained for 90 minutes, which is a synthesis reaction process time, similarly to acetylene and hydrogen gas. Injected to synthesize a carbon coil. In Example 1-4, while continuously injecting hydrogen and acetylene gas, the injection flow rate of sulfur hexafluoride was 25 sccm (25 cc / min), and the injection time was continuously injected for 90 minutes, which is a synthesis reaction process time, like acetylene and hydrogen gas. To synthesize a carbon coil. Example 1-5, while continuously injecting hydrogen and acetylene gas, the injection flow rate of sulfur hexafluoride is 35sccm (35cc per minute), and the injection time is continuously injected for 90 minutes, the synthesis reaction process time, like acetylene and hydrogen gas To synthesize a carbon coil.
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
탄소코일 합성 시, 수소와 아세틸렌 가스를 지속적으로 주입하면서, 육불화황의 주입유량은 5sccm(분당 5cc) 미만으로 하고, 주입시간을 5분 미만으로 하여 탄소코일을 합성하였다.
In the synthesis of the carbon coil, while continuously injecting hydrogen and acetylene gas, the sulfuric hexafluoride injection flow rate was less than 5 sccm (5 cc / min), and the injection time was less than 5 minutes to synthesize the carbon coil.
실시예 1에 의하여 제조된 탄소코일의 형상을 FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscopy)으로 관찰하여 그 결과를 도 5에 도시하였다. 구체적으로, 도 5-1의 탄소코일은 실시예 1-1의 방법으로 합성된 것으로, 나노크기 및 마이크로 크기의 탄소코일이 잘 발달되고 있으며 특히 나노크기의 탄소코일 중에서도 파도형 탄소코일이 잘 발달하였음을 알 수 있다. 또한, 5-2 그림은 실시예 1-2의 방법으로 합성된 탄소코일로서, MC형상의 나노크기 탄소코일이 잘 발달되고 있음을 알 수 있다. 도 5-3은 실시예 1-3의 방법으로 제조된 탄소코일로서 MC, WNC 및 파도형 등 다양한 형상의 나노크기 및 마이크로 탄소코일이 잘 발달된 것을 알 수 있다. 또한, 도 5-4는 실시예 1-4의 방법으로 제조된 탄소코일로서, 이 역시 MC, WNC 및 파도형 등 다양한 형상의 나노크기 및 마이크로 탄소코일이 잘 발달된 것을 알 수 있다. 마지막으로, 도 5-5는 실시예 1-5의 방법으로 제조된 탄소코일로서, 마이크로 크기의 탄소코일이 합성되었음을 알 수 있다.The shape of the carbon coil manufactured by Example 1 was observed by FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy) and the results are shown in FIG. 5. Specifically, the carbon coil of FIG. 5-1 is synthesized by the method of Example 1-1, and nano- and micro-sized carbon coils are well developed, and especially wave-shaped carbon coils are well developed among nano-size carbon coils. It can be seen that. In addition, Figure 5-2 is a carbon coil synthesized by the method of Example 1-2, it can be seen that the MC-shaped nano-size carbon coil is well developed. 5-3 is a carbon coil manufactured by the method of Example 1-3, it can be seen that the nano-sized and micro carbon coil of various shapes such as MC, WNC and wave shape is well developed. In addition, Figure 5-4 is a carbon coil manufactured by the method of Example 1-4, it can also be seen that the nano-size and micro carbon coil of various shapes, such as MC, WNC and wave shape is well developed. Finally, Figure 5-5 is a carbon coil prepared by the method of Example 1-5, it can be seen that the micro-sized carbon coil was synthesized.
이와 비교하여 비교예 1의 방법으로 탄소코일을 합성하고자 하였으나 육불화황을 5sccm 미만으로 5분 미만 동안 주입한 경우, 도 5-6에 도시한 바와 같이 탄소코일이 합성되지 않고 나노필라멘트의 초기 형상만을 나타냈다.Compared to this, when the carbon coil was synthesized by the method of Comparative Example 1, but when sulfur hexafluoride was injected for less than 5 minutes, the initial shape of the nanofilament was not synthesized as shown in FIGS. 5-6. Only appeared.
이처럼 육불화황의 주입유량과 주입시간을 제어하면서 합성하여 얻어진 탄소코일의 경우 육불화황의 주입유량 및 주입시간을 적절히 조절하여 탄소코일의 크기 및 형상을 제어할 수 있음을 알 수 있다.
As described above, in the case of the carbon coil obtained by synthesizing while controlling the injection flow rate and injection time of sulfur hexafluoride, it can be seen that the size and shape of the carbon coil can be controlled by appropriately adjusting the injection flow rate and injection time of sulfur hexafluoride.
[실시예 2(2-1 내지 2-2)]Example 2 (2-1 to 2-2)
탄소코일 합성 시, 챔버 내로 육불화황, 아세틸렌 및 수소가스를 모두 주입하되, 수소와 아세틸렌 가스는 탄소코일 합성 시작부터 완료시점까지 지속적으로 주입하고, 도 6과 같이, 육불화황의 주입시점을 제어하여 탄소코일을 합성하였다.When the carbon coil is synthesized, sulfur hexafluoride, acetylene and hydrogen gas are all injected into the chamber, and hydrogen and acetylene gas are continuously injected from the start of the carbon coil synthesis to the completion point, and as shown in FIG. 6, the point of injection of sulfur hexafluoride is controlled. To synthesize a carbon coil.
구체적으로, 도 6을 참조하면, 실시예 2-1은 수소와 아세틸렌 가스를 지속적으로 주입하면서, 육불화황은 합성초기에 주입하여 탄소코일을 합성하였다. 이때 상술한 바와 같이 합성초기 주입은 탄소코일 합성 시 수소와 아세틸렌 가스 주입 후 1분 이내에 상기 육불화황 가스를 주입하기 시작하여 전체반응공정시간 중 전반 20% 이내에 상기 육불화황 가스의 주입을 완료하는 것이다. 또한, 실시예 2-2는 수소와 아세틸렌 가스를 지속적으로 주입하면서, 육불화황은 합성중기에 주입하여 탄소코일을 합성하였다. 이때 상술한 바와 같이 합성중기 주입은 탄소코일 합성 시 전체반응공정시간의 1/2시점에서 ±20% 범위의 시간 동안 상기 육불화황 가스를 주입을 시작하여 완료하는 것이다.Specifically, referring to FIG. 6, Example 2-1 continuously injected hydrogen and acetylene gas, and sulfur hexafluoride was injected at the beginning of synthesis to synthesize carbon coils. As described above, the initial synthesis injection starts injecting the sulfur hexafluoride gas within 1 minute after hydrogen and acetylene gas injection in synthesizing the carbon coil, and completes the injection of the sulfur hexafluoride gas within the first 20% of the total reaction process time. It is. In addition, Example 2-2 continuously injected hydrogen and acetylene gas, while sulfur hexafluoride was injected into the synthesis medium to synthesize carbon coils. At this time, as described above, the synthesis medium injection is completed by starting the injection of the sulfur hexafluoride gas for a time range of ± 20% at a time of 1/2 of the total reaction process time in the synthesis of carbon coil.
<비교예 2>Comparative Example 2
탄소코일 합성 시, 수소와 아세틸렌 가스를 지속적으로 주입하면서, 육불화황은 합성말기에 주입하여 탄소코일을 합성하였다. 이때 합성말기 육불화황의 주입은 수소와 아세틸렌 가스의 주입 완료 1분 전부터 육불화황을 주입하기 시작하여 공정이 끝날 때까지 주입하는 것이다.
In the synthesis of carbon coils, while continuously injecting hydrogen and acetylene gas, sulfur hexafluoride was injected at the end of the synthesis to synthesize carbon coils. In this case, the end of the synthesis of sulfur hexafluoride is to inject sulfur hexafluoride from 1 minute before the completion of hydrogen and acetylene gas injection until the end of the process.
실시예 2에 의하여 제조된 탄소코일의 형상을 FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscopy)으로 관찰하여 그 결과를 도 7에 도시하였다. 구체적으로, 도 7-1a 내지 7-1b의 탄소코일은 실시예 2-1의 방법으로 합성된 것으로, MC형의 마이크로 크기 탄소코일이 잘 발달되고 있음을 알 수 있다. 또한, 7-2a 내지 7-2b 그림은 실시예 2-2의 방법으로 합성된 탄소코일로서, MC형의 마이크로 크기의 탄소코일의 합성이 잘 이루어진 것을 알 수 있다.The shape of the carbon coil manufactured by Example 2 was observed by FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy) and the results are shown in FIG. 7. Specifically, the carbon coils of FIGS. 7-1A to 7-1B are synthesized by the method of Example 2-1, and it can be seen that MC type micro size carbon coils are well developed. In addition, the 7-2a to 7-2b is a carbon coil synthesized by the method of Example 2-2, it can be seen that the synthesis of the micro-size carbon coil of MC type was well made.
이와 비교하여 비교예 2의 방법으로 제조된 탄소코일은, 도 7-3a 내지 7-3b에 도시한 바와 같이 마이크로 크기의 탄소코일 합성이 잘 이루어지지 않고, 선형의 탄소 나노필라멘트만이 형성되고 있음을 알 수 있다.In comparison, the carbon coil manufactured by the method of Comparative Example 2, as shown in FIGS. 7-3A to 7-3B, is not well synthesized with micro-sized carbon coils, and only linear carbon nanofilaments are formed. It can be seen.
이처럼 육불화황의 주입시점 제어를 통해 탄소코일의 크기 및 형상, 길이 및 기하 구조를 제어할 수 있음을 알 수 있다.As such, it can be seen that the size and shape, the length, and the geometry of the carbon coil can be controlled by controlling the injection time of sulfur hexafluoride.
상기와 같은 육불화황 가스를 이용한 탄소코일의 제조방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
The method of manufacturing the carbon coil using the sulfur hexafluoride gas is not limited to the configuration and operation of the embodiments described above. The embodiments may be configured so that all or some of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made.
Claims (6)
상기 탄소코일의 합성 시 육불화황(SF6), 아세틸렌(C2H2) 및 수소(H2) 가스를 챔버 내에 주입하되, 상기 육불화황 가스의 주입유량, 주입시간 또는 주입시점 중 어느 하나 이상을 제어하여, 탄소코일의 형상, 길이, 기하 구조를 조절하는 육불화황 가스를 이용한 탄소코일의 제조방법.
In the method of synthesizing and growing carbon coil on a substrate using a chemical vapor deposition equipment,
In the synthesis of the carbon coil, sulfur hexafluoride (SF 6 ), acetylene (C 2 H 2 ) and hydrogen (H 2 ) gas are injected into the chamber, and any of the flow rate, injection time or injection time of the sulfur hexafluoride gas Method of producing a carbon coil using sulfur hexafluoride gas to control the shape, length, and geometry of the carbon coil by controlling one or more.
상기 주입유량을 5sccm(standard cc per minute) 이상 50sccm 이하로 조절하는 육불화황 가스를 이용한 탄소코일의 제조방법.
The method according to claim 1,
Method of producing a carbon coil using sulfur hexafluoride gas to adjust the injection flow rate to more than 5sccm (standard cc per minute) 50sccm or less.
상기 주입유량이 5sccm 이상 50sccm 이하일 때 상기 육불화황 가스를 2분 이상 90분 이하로 주입하는 육불화황 가스를 이용한 탄소코일의 제조방법.
The method according to claim 2,
A method of producing a carbon coil using sulfur hexafluoride gas for injecting the sulfur hexafluoride gas for 2 minutes or more and 90 minutes or less when the injection flow rate is 5sccm or more and 50sccm or less.
상기 주입시점을 합성초기, 합성중기로 나누어 상기 육불화황 가스를 주입하는 육불화황 가스를 이용한 탄소코일의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of manufacturing a carbon coil using sulfur hexafluoride gas for injecting the sulfur hexafluoride gas by dividing the injection time into the synthesis stage, synthesis stage.
상기 합성초기는, 상기 탄소코일 합성 시 전체반응공정시간 중 전반 20% 이내인 육불화황 가스를 이용한 탄소코일의 제조방법.
The method of claim 4,
In the initial synthesis, the method of producing a carbon coil using sulfur hexafluoride gas in the first 20% of the total reaction process time in the synthesis of the carbon coil.
상기 합성중기는, 상기 탄소코일 합성 시 전체반응공정시간 1/2시점에서 ±20% 범위인 육불화황 가스를 이용한 탄소코일의 제조방법.
The method of claim 4,
The synthesis medium is a method of producing a carbon coil using sulfur hexafluoride gas in the range of ± 20% at 1/2 time of the total reaction process time when synthesizing the carbon coil.
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