KR20170047280A - 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조 및 그 제조 방법 - Google Patents
카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조 및 그 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
용이하게 제조할 수 있는 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조(11)의 제조 방법은, Si, Al 및 Fe를 포함하는 촉매 입자 형성층(3)을 형성하는 공정과, 산소를 포함하는 분위기 중에서 촉매 입자 형성층(3)을 열처리하여, Fe를 포함하며, 촉매 입자 형성층(3)에 일부가 매몰되어 보유 지지된 촉매 입자(2)를 형성하는 공정을 구비하므로, 열 처리 시의 분위기의 산소량을 조정함으로써, 형성되는 Fe를 포함하는 촉매 입자(2)의 크기나 수를 조정할 수 있고, 용이하게 촉매 입자의 보유 지지 구조(11)를 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
카본 나노 튜브(이하, CNT라고 함)는 열전도성, 전기 전도성, 내식성 등이 높아, 새로운 재료로서 주목받고 있다.
이러한 CNT는, 예를 들어 CNT 생성의 촉매가 되는 물질을 포함하는 층을 기판 위에 형성하고, 당해 층을 열처리하여 기판 위에 다수의 촉매 입자를 생성한 후, 촉매 입자에 CNT의 원료가 되는 가스를 공급하여 촉매 입자로부터 CNT를 성장시켜서 제조된다. 이 제조 방법에서는, CNT를 성장시킬 때 촉매 입자가 움직여 버려, CNT를 기판의 표면에 대하여 수직으로 성장시키기 어렵다. 그로 인해, 기판 위에 촉매 입자를 보유 지지할 수 있는 보유 지지 구조의 개발이 이루어지고 있다.
특허문헌 1에는, 기판 표면에 형성된 배리어층 위에 산소를 포함하는 Al층, Si를 포함하는 버퍼층, Fe층을 이 순서로 적층하고, 당해 다층 구조를 열 처리함으로써, 촉매 입자인 Fe 미립자가 버퍼층에 일부가 매몰되어 보유 지지된 보유 지지 구조의 제조 방법이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에 개시되는 제조 방법에서는, Fe 미립자의 형상 등을 제어하려고 하면, Al층에 포함되는 산소의 양, Al층, 버퍼층, 및 Fe층의 두께, 열처리의 조건 등의 다수의 항목을 제어할 필요가 있어, 높은 수율로 제조하는 것이 어려웠다.
따라서 본 발명은, 용이하게 제조할 수 있는 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조는, Fe를 포함하는 촉매 입자와, Al 및 Si를 포함하는 촉매 입자 형성층을 구비하고, 상기 촉매 입자 형성층은 상기 Al과 상기 Si의 합금에 의해 형성되고, 상기 촉매 입자가 상기 촉매 입자 형성층에 일부가 매몰되어 보유 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조는, Fe를 포함하는 촉매 입자와, Al 및 Si를 포함하는 촉매 입자 형성층과, 곡면을 갖는 배리어층을 구비하고, 상기 촉매 입자 형성층은 상기 배리어층의 표면 형상을 따라서 형성되어 있고, 상기 촉매 입자가 상기 촉매 입자 형성층에 일부가 매몰되어 보유 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조의 제조 방법은, Si, Al 및 Fe를 포함하는 촉매 입자 형성층을 형성하는 공정과, 산소를 포함하는 분위기 중에서 상기 촉매 입자 형성층을 열처리하여, 상기 Fe를 포함하며, 상기 촉매 입자 형성층에 일부가 매몰되어 보유 지지된 촉매 입자를 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조는, Fe를 포함하는 촉매 입자와, Al 및 Si를 포함하는 촉매 입자 형성층을 구비하고, 촉매 입자 형성층이 Al과 Si의 합금에 의해 형성되며, 촉매 입자가 촉매 입자 형성층에 일부가 매몰되어 보유 지지되어 있으므로, 촉매 입자 형성층을 Al층과 Si층을 적층하여 형성하는 경우와 비교하여 Al과 Si의 비율을 조정하기 쉬워, 본 발명의 제조 방법에 따라 용이하게 제조될 수 있다.
본 발명의 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조는, Fe를 포함하는 촉매 입자와, Al 및 Si를 포함하는 촉매 입자 형성층과, 곡면을 갖는 배리어층을 구비하고, 촉매 입자 형성층은 배리어층의 표면 형상을 따라서 형성되어 있고, 촉매 입자가 촉매 입자 형성층에 일부가 매몰되어 보유 지지되어 있으며, 도포법에 의해 형성되므로, 곡면을 갖는 기체 위에도 용이하게 제조할 수 있다. 그리고, 보유 지지 구조는, 원통 형상의 기체 위에, 그 표면 형상을 따라서 배리어층 및 촉매 입자 형성층을 제작하여 CNT를 형성할 수 있어, 보다 효율적으로 CNT를 제조할 수 있다.
본 발명의 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조의 제조 방법은, Si, Al 및 Fe를 포함하는 촉매 입자 형성층을 형성하는 공정과, 산소를 포함하는 분위기 중에서 촉매 입자 형성층을 열처리하여, Fe를 포함하며, 촉매 입자 형성층에 일부가 매몰되어 보유 지지된 촉매 입자를 형성하는 공정을 구비하므로, 열 처리 시의 분위기의 산소량을 조정함으로써, 형성되는 Fe를 포함하는 촉매 입자의 크기나 수를 조정할 수 있어, 용이하게 촉매 입자의 보유 지지 구조를 형성할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 촉매 입자 보유 지지체의 단면을 도시하는 개략도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 촉매 입자 보유 지지체의 제조 공정을 도시하는 개략도이다.
도 3은 제2 실시 형태에 관한 촉매 입자 보유 지지체의 단면을 도시하는 개략도이다.
도 4는 변형예에 관한 촉매 입자 보유 지지체의 단면을 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 촉매 입자의 보유 지지 구조의 단면을 나타내는 투과형 전자 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 촉매 입자의 보유 지지 구조의 단면을 나타내는 투과형 전자 현미경 사진이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 촉매 입자 보유 지지체의 제조 공정을 도시하는 개략도이다.
도 3은 제2 실시 형태에 관한 촉매 입자 보유 지지체의 단면을 도시하는 개략도이다.
도 4는 변형예에 관한 촉매 입자 보유 지지체의 단면을 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 촉매 입자의 보유 지지 구조의 단면을 나타내는 투과형 전자 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 촉매 입자의 보유 지지 구조의 단면을 나타내는 투과형 전자 현미경 사진이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
1. 제1 실시 형태
(1) 구성
도 1에 도시하는 바와 같이, 촉매 입자 보유 지지체(1)는 기체(5)와 촉매 입자의 보유 지지 구조(11)를 구비하고 있다. 기체(5)는 예를 들어 Si(실리콘)로 이루어지고, 표면이 평탄하게 형성된 판상의 부재이다. 기체(5)는 Al(알루미늄) 등의 금속, Al2O3(알루미나), SiO2(실리카), MgO(마그네시아), TiO2(티타니아), ZrO2(지르코니아) 등의 금속 산화물로 형성되어 있어도 된다. 기체(5)가 Al이나 Al2O3 등 이하에서 설명하는 배리어층으로서 사용할 수 있는 재질로 형성되어 있을 때에는 기체(5)가 배리어층이 된다. 이 경우에는 배리어층(4)을 형성할 필요가 없다.
보유 지지 구조(11)는 기체(5) 위에 형성되어 있고, 배리어층(4)과 촉매 입자 형성층(3)과 촉매 입자(2)를 구비하고 있다. 배리어층(4)은 기체(5) 위에 형성되어 있다. 배리어층(4)은 예를 들어 Al2O3, MgO, TiO2, ZrO2 등의 금속 산화물 또는 Al 등의 금속으로 형성되어 있다. 이러한 배리어층(4)은 촉매 입자 형성층(3)과 기체(5)가 상호 작용하는 것을 방지하기 위해 형성되어 있고, 기체(5)와 촉매 입자 형성층(3)이 상호 작용하지 않을 정도의 두께이면 된다.
촉매 입자 형성층(3)은 Si와 Al의 합금으로 형성되어 있고, Al 및 Si를 1:1 내지 1:9의 원자 비율로 포함하고 있다. 촉매 입자 형성층(3)의 표면에는 후술하는 Fe층의 일부가 잔존하고 있다. 또한 촉매 입자 형성층(3) 표면의 Fe층은, 후술하는 촉매 입자(2)를 형성하는 과정에서 소멸하여 표면에 잔존하고 있지 않아도 된다. 또한 촉매 입자 형성층(3)은, 촉매 입자(2)를 형성하는 과정에서 생성된 Fe와의 실리사이드나 산화철, Si나 Al의 산화물을 포함하고 있어도 된다.
촉매 입자 형성층(3)은 1 내지 3㎚의 두께로 형성되어 있다. 촉매 입자 형성층(3)은 표면 부근에 산소를 가장 많이 포함하고 있고, 두께 방향으로 깊은 위치일수록 산소 농도가 낮다.
촉매 입자(2)는, 최대 직경이 5 내지 20㎚인 대략 구상을 하고 있고, 소정의 간격을 두고 촉매 입자 형성층(3)의 표면에 배치되어 있다. 촉매 입자(2)의 형상은 구상에 한하지 않고, 계란형이나 표주박형, 다면체 등이어도 된다. 또한, 촉매 입자(2)는 상기에서 나타낸 형상의 일부가 깨진 형상을 하고 있어도 된다.
촉매 입자(2)는 109 내지 1012개/㎠의 밀도로 배치되어 있다. 촉매 입자(2)의 밀도는 촉매 입자 형성층(3)의 표면을 관찰한 원자간력 현미경의 형상 상(像)으로부터 촉매 입자(2)의 수를 계측하여 산출하였다. 촉매 입자(2)는 촉매 입자 형성층(3)에 일부가 매몰되고, 촉매 입자 형성층(3)의 표면으로부터 다른 부분이 노출되어 있다. 즉, 촉매 입자(2)는 촉매 입자 형성층(3)에 보유 지지되고, 그 표면에 고정되어 있다. 촉매 입자(2)는 촉매 입자 형성층(3)의 표면을 이동하지 않을 정도로 그 표면에 메워져 있으면 된다. 또한, 촉매 입자(2)는 촉매 입자 형성층의 표면으로부터 일부가 노출되어 있으면 된다.
촉매 입자(2)는 Fe(철)를 포함하고 있다. 촉매 입자(2)는 Fe로 형성되어 있어도 되고, Fe와 다른 금속의 합금으로 형성되어 있어도 되며, 불순물로서 다른 원소를 포함하고 있어도 된다.
(2) 제조 방법
촉매 입자 보유 지지체(1)의 제조 방법을 도 2를 참조하여 설명한다. 먼저, 스퍼터나 화학 기상 성장법(CVD: Chemical Vapor Deposition), 원자층 퇴적 방법(ALD: Atomic Layer Deposition)에 의해, 기체(5) 위에 배리어층(4)을 형성한다(도 2A).
이어서, 스퍼터나 전자 빔 물리 증착에 의해, 배리어층(4) 위에 Al 및 Si의 원자 비율이 1:1 내지 1:9가 되도록, 1 내지 3㎚의 두께의 합금층(6)을 형성한다(도 2B). 합금층(6)은 스퍼터의 타깃이나 증착 재료로서, Si와 Al의 합금을 사용해도 되고, Si 및 Al의 2개의 금속을 사용해도 된다.
계속해서, 스퍼터나 전자빔 증착에 의해, 합금층(6) 위에 2㎚ 정도의 두께의 Fe층(7)을 형성하고, 촉매 입자 형성층(3)을 제작한다(도 2C).
마지막으로, 산소를 포함하는 분위기 중에 촉매 입자 형성층(3)을 제작한 기체(5)를 두고, 소정 시간, 소정 온도에서 촉매 입자 형성층(3)을 열처리한다(도 2D). 열처리는, 분위기를 진공으로 한 후, 산소를 주입한 분위기 하에서 행해도 되고, 산소와 Ar 등의 불활성 가스를 주입한 분위기 하에서 행해도 된다.
열처리 중에, 산소(10)가 Fe층(7)을 통해 합금층(6)으로 확산됨과 함께, Fe층(7)에 포함되는 Fe가 합금층(6)에 들어간다. 합금층(6)에서는, Si와 Fe가 공존할 수 없기 때문에, 합금층(6)에 들어간 Fe가 응집하여 Fe 입자가 되고, Fe 입자가 합금층(6)의 표면에 노출된다. 표면에 노출된 Fe 입자 중, 소직경의 Fe 입자는 실리사이드화에 의해 실활되거나, 대직경의 Fe 입자와 합일화되거나, 합금층(6)에 다시 매립되어 버리거나 한다. 그로 인해, 촉매 입자 형성층의 표면에는, 최대 직경이 5 내지 20㎚인 Fe 입자만이 노출되게 되어, 촉매 입자 형성층(3)에 보유 지지된 촉매 입자(2)가 형성된다.
이상의 공정을 거쳐, 기체(5) 위에 도 1에 도시하는 보유 지지 구조(11)가 형성되고, 촉매 입자 보유 지지체(1)가 얻어진다.
(3) 작용 및 효과
종래, 촉매 입자 형성층(3)을, Al층과 Si층을 적층하여 형성하는 경우에는 Al층과 Si층의 막 두께를 조정함으로써 촉매 입자 형성층(3)의 Al과 Si의 함유 비율을 조정하고 있었다. 그러나, 10㎚ 이하의 이들 층의 두께를 제어하는 것은 곤란하기 때문에, Al과 Si의 함유 비율을 조정하는 것이 어렵고, 높은 수율로 보유 지지 구조를 제조하는 것이 어려웠다.
이에 반해, 본 실시 형태의 촉매 입자의 보유 지지 구조(11)는 Fe를 포함하는 촉매 입자(2)와, Al 및 Si를 포함하는 촉매 입자 형성층(3)을 구비하고, 촉매 입자 형성층(3)이 Al과 Si의 합금에 의해 형성되며, 촉매 입자(2)가 촉매 입자 형성층(3)에 일부가 매몰되어 보유 지지되어 있도록 구성하였다.
따라서, 보유 지지 구조(11)는, 합금의 Al과 Si의 함유 비율을 조정함으로써 용이하게 촉매 입자 형성층의 Al과 Si의 비율을 조정할 수 있고, 높은 수율로 제조할 수 있다. 그로 인해 보유 지지 구조(11)는, 본 발명의 제조 방법에 의해 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 보유 지지 구조(11)는, 촉매 입자 형성층(3)이 Al 및 Si를 1:1 내지 1:9의 비율로 포함하고 있도록 구성함으로써, 보다 높은 수율로 제조할 수 있다.
또한, 보유 지지 구조(11)는, 촉매 입자(2)가 109 내지 1012개/㎠의 밀도로 배치되어 있도록 구성함으로써, 한번에 보다 많은 CNT를 형성할 수 있어, 효율적으로 CNT를 제조할 수 있다.
또한 본 실시 형태의 촉매 입자의 보유 지지 구조(11)의 제조 방법은, 배리어층(4) 위에 Al과 Si의 합금층(6)을 형성한 후, 합금층(6) 위에 Fe층(7)을 형성하여 촉매 입자 형성층(3)을 형성하는 공정과, 산소를 포함하는 분위기 중에서 촉매 입자 형성층(3)을 열처리하여, Fe를 포함하며, 촉매 입자 형성층(3)에 일부가 매몰되어 보유 지지된 촉매 입자(2)를 형성하는 공정을 구비하도록 구성하였다.
따라서 보유 지지 구조(11)의 제조 방법은, 열 처리 시의 분위기의 산소 농도를 조정함으로써, 형성되는 Fe를 포함하는 촉매 입자의 크기나 수를 조정할 수 있고, 용이하게 촉매 입자의 보유 지지 구조(11)를 형성할 수 있다. 또한 보유 지지 구조(11)의 제조 방법은, 열 처리 시의 분위기의 산소 농도를 조정함으로써, 고밀도로 촉매 입자(2)를 보유 지지한 보유 지지 구조(11)를 용이하게 형성할 수 있다.
2. 제2 실시 형태
(1) 구성
제2 실시 형태의 촉매 입자 보유 지지체는, 제1 실시 형태의 기체(5)에 상당하는 구성이 원통 형상을 하고 있는 점 이외에, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성이므로, 마찬가지의 구성은 설명을 생략한다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 촉매 입자 보유 지지체(1A)는, 표면에 곡면을 갖는 기체(5A)를 구비하고 있다. 도 3에서는 기체(5A)의 절반이 생략되어 그려져 있기 때문에, 기체(5A)는 단면 형상이 반원의 부재로서 그려져 있지만, 실제로는 원통 형상을 하고 있다. 기체(5A)는, 단면 형상이 삼각형이나 사각형, 나아가서는 다각형이어도 되고, 만곡된 판상의 부재여도 된다. 또한, 기체(5A)는 원기둥 형상의 부재여도 된다.
보유 지지 구조(11A)는 기체(5A) 위에 그 외표면을 덮도록 형성되어 있다. 즉, 배리어층(4A)이 기체(5A)의 표면 형상을 따라서 형성되고, 촉매 입자 형성층(3A)이 당해 배리어층(4A)의 표면 형상을 따라서 형성되어 있다. 그로 인해, 본 실시 형태에서는 배리어층(4A) 및 촉매 입자 형성층(3A)도 원통 형상을 하고 있다. 촉매 입자(2)는 원통 형상을 한 촉매 입자 형성층(3A)에 보유 지지되어 있다.
(2) 제조 방법
제2 실시 형태의 제조 방법은, 배리어층(4A), 촉매 입자 형성층(3A)의 형성 방법이 상이하지만, 다른 수순은 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 동일한 수순은 설명을 생략한다.
먼저, 알루미늄 수산화물의 콜로이드 용액 또는 알루미늄 염화물 용액을 기체(5A)의 외표면에 도포하여 건조시키고, 기체(5A)의 표면 형상을 따른 배리어층(4A)을 형성한다.
계속해서, 촉매 입자 형성층(3A)을 제작한다. 촉매 입자 형성층(3A)은, 먼저, 알루미늄 규산염의 콜로이드 용액을 배리어층(4A)의 표면 위에 도포하여 건조시킴으로써, Si와 Al의 합금으로 형성되고, 배리어층(4A)의 표면 형상을 따른 합금층을 형성한다. 그 후, 수산화철 콜로이드 용액이나 염화철 용액을 합금층 위에 도포하여 건조시키고, 합금층의 표면 형상을 따른 Fe층을 형성하여 촉매 입자 형성층(3A)을 형성한다.
그 후, 소정 시간, 소정 온도의 진공 분위기 중에서 열처리하여 촉매 입자 형성층(3A)에 포함되는 산소를 제거한다.
이후의 열처리 공정은, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
(3) 작용 및 효과
본 실시 형태의 촉매 입자의 보유 지지 구조(11A)의 제조 방법은, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 배리어층(4A) 위에 Al과 Si의 합금층을 형성한 후, 합금층 위에 Fe층을 형성하여 촉매 입자 형성층(3A)을 형성하는 공정과, 산소를 포함하는 분위기 중에서 촉매 입자 형성층(3A)을 열처리하여, Fe를 포함하며, 촉매 입자 형성층(3A)에 일부가 매몰되어 보유 지지된 촉매 입자(2)를 형성하는 공정을 구비하므로, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
보유 지지 구조(11A)는, Fe를 포함하는 촉매 입자(2)와, Al 및 Si를 포함하는 촉매 입자 형성층(3A)과, 곡면을 갖는 배리어층(4A)을 구비하고, 촉매 입자 형성층(3A)은 배리어층(4A)의 표면 형상을 따라서 형성되어 있고, 촉매 입자(2)가 촉매 입자 형성층(3A)에 일부가 매몰되어 보유 지지되어 있으며, 도포법에 의해 형성되므로, 곡면을 갖는 기체 위에도 용이하게 제조할 수 있다. 그리고, 보유 지지 구조(11A)는, 원통 형상의 기체(5A) 위에 그 표면 형상을 따라서 배리어층(4A) 및 촉매 입자 형성층(3A)을 제작하여 CNT를 형성할 수 있고, 보다 효율적으로 CNT를 제조할 수 있다.
3. 변형예
본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지의 범위 내에서 적절히 변경할 수 있다.
상기 제1 실시 형태에서는, 배리어층(4) 위에 Al과 Si의 합금층(6)을 형성한 후, 합금층(6) 위에 Fe층(7)을 형성하여 촉매 입자 형성층(3)을 형성했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 배리어층(4) 위에 스퍼터나 전자빔 증착 등에 의해, 2 내지 3㎚의 Al층, 5 내지 7㎚의 Si층, 2㎚정도의 Fe층을 이 순서로 형성하여, 촉매 입자 형성층을 제작해도 되고, 배리어층(4) 위에 상기 Al층을 형성한 후, Al층 위에 Si와 Fe의 합금층을 1 내지 3㎚의 두께로 형성하여 촉매 입자 형성층을 제작해도 된다. 촉매 입자 형성층을 제작한 후, 산소를 포함하는 분위기 중에서 촉매 입자 형성층을 열처리하여 촉매 입자를 형성할 수 있으면, 촉매 입자 형성층의 제작 방법은 특별히 한정되지 않는다.
이 경우, 도 4에 도시하는 바와 같이 촉매 입자 보유 지지체(1B)는, 기체(5)와, 배리어층(4)과, Al층(8) 및 Si층(9)으로 이루어지는 2층 구조의 촉매 입자 형성층(3B)을 구비한다. 그리고, 촉매 입자(2)는 Si층(9)에 의해 보유 지지된다. Si층(9)의 Al층(8)과의 계면 근방에는, Al이 포함되어 있다.
또한 상기 제2 실시 형태에서는, 배리어층(4A) 위에 Al과 Si의 합금층을 형성한 후, 합금층 위에 Fe층을 형성하여 촉매 입자 형성층(3A)을 형성했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. Al의 수산화물 또는 염화물의 콜로이드 용액을 배리어층에 도포하여 건조시켜, Al층을 형성하고, 그 후, Si의 수산화물 또는 염화물의 콜로이드 용액을 Al층 위에 도포하여 건조시켜, Si층을 형성하여, 촉매 입자 형성층을 제작해도 된다. 촉매 입자 형성층을 제작한 후, 산소를 포함하는 분위기 중에서 촉매 입자 형성층을 열처리하여 촉매 입자를 형성할 수 있으면, 촉매 입자 형성층의 제작 방법은 특별히 한정되지 않는다.
또한 상기 실시 형태에서는, 표면이 평탄한 기체(5)에 더하여, 표면에 곡면을 갖는 기체(5A) 위에 촉매 입자의 보유 지지 구조(11, 11A)를 형성한 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 기체(5)가 구상이거나, 입자상이거나, 표면에 요철을 갖는 부재여도 된다.
또한, Fe를 소정의 비율로 포함하는 합금으로 촉매 입자(2)를 형성하는 경우에는, Fe층(7) 대신에, 당해 비율로 Fe를 포함하는 합금층을 형성하면 된다.
[실시예]
본 발명의 촉매 입자의 보유 지지 구조를 제작하여, 보유 지지 구조의 단면 사진을 투과형 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscope)을 사용하여 촬영하고, 보유 지지 구조를 평가하였다.
도 5에는 산소를 포함하는 분위기 하에서 열처리하여 제작한 보유 지지 구조의 TEM 사진을 나타낸다. 배리어층(4) 위에 촉매 입자 형성층(3)이 형성되어 있다. 촉매 입자(2)는 촉매 입자 형성층(3)에 형성되어 있고, 일부가 그 표면으로부터 노출되어 있다.
도 6에는 산소를 포함하는 분위기 하에서 열처리하여 제작한 보유 지지 구조의 TEM 사진을 나타낸다. 도 5에 도시한 보유 지지 구조와 마찬가지로, 배리어층(4) 위에 촉매 입자 형성층(3)이 형성되어 있다. 그리고, 촉매 입자(2)는 촉매 입자 형성층(3)에 형성되어 있으며, 일부가 그 표면으로부터 노출되어 있다.
이상으로부터, 본 발명의 보유 지지 구조는, 촉매 입자가 촉매 입자 형성층에 일부가 매몰되어 보유 지지되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 산소를 포함하는 분위기 하에서 열 처리함으로써, 본 발명의 보유 지지 구조를 제작할 수 있음을 확인할 수 있었다.
1: 촉매 입자 보유 지지체
2: 촉매 입자
3: 촉매 입자 형성층
4, 4A: 배리어층
5, 5A: 기체
6: 합금층
7: Fe층
8: Al층
9: Si층
11, 11A, 11B: 보유 지지 구조
2: 촉매 입자
3: 촉매 입자 형성층
4, 4A: 배리어층
5, 5A: 기체
6: 합금층
7: Fe층
8: Al층
9: Si층
11, 11A, 11B: 보유 지지 구조
Claims (10)
- Fe를 포함하는 촉매 입자와, Al 및 Si를 포함하는 촉매 입자 형성층을 구비하고,
상기 촉매 입자 형성층은 상기 Al과 상기 Si의 합금에 의해 형성되고,
상기 촉매 입자가 상기 촉매 입자 형성층에 일부가 매몰되어 보유 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조. - 제1항에 있어서,
상기 촉매 입자 형성층은, 배리어층 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 촉매 입자 형성층은, Al 및 Si를 1:1 내지 1:9의 비율로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 촉매 입자는, 109 내지 1012개/㎠의 밀도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
판상의 기체 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조. - Fe를 포함하는 촉매 입자와, Al 및 Si를 포함하는 촉매 입자 형성층과, 곡면을 갖는 배리어층을 구비하고,
상기 촉매 입자 형성층은 상기 배리어층의 표면 형상을 따라서 형성되어 있고,
상기 촉매 입자가 상기 촉매 입자 형성층에 일부가 매몰되어 보유 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조. - Si, Al 및 Fe를 포함하는 촉매 입자 형성층을 형성하는 공정과,
산소를 포함하는 분위기 중에서 상기 촉매 입자 형성층을 열처리하여, 상기 Fe를 포함하며, 상기 촉매 입자 형성층에 일부가 매몰되어 보유 지지된 촉매 입자를 형성하는 공정
을 구비하는 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조의 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 촉매 입자 형성층을 형성하는 공정은, 배리어층 위에 Al층, Si층, Fe를 포함하는 층의 순서대로 적층하는 공정인 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조의 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 촉매 입자 형성층을 형성하는 공정은, 배리어층 위에 Al과 Si의 합금층을 형성한 후, 상기 합금층 위에 Fe를 포함하는 층을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조의 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 촉매 입자 형성층을 형성하는 공정은, 배리어층 위에 Al층을 형성한 후, 상기 Al층 위에 Si 및 Fe를 포함하는 합금층을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 카본 나노 튜브 제조용 촉매 입자의 보유 지지 구조의 제조 방법.
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