KR20210015497A - A device for continuous production of boron nitride and the method for producing the same - Google Patents

A device for continuous production of boron nitride and the method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
KR20210015497A
KR20210015497A KR1020190094452A KR20190094452A KR20210015497A KR 20210015497 A KR20210015497 A KR 20210015497A KR 1020190094452 A KR1020190094452 A KR 1020190094452A KR 20190094452 A KR20190094452 A KR 20190094452A KR 20210015497 A KR20210015497 A KR 20210015497A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
boron
precursor
boron nitride
metal catalyst
catalyst composite
Prior art date
Application number
KR1020190094452A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102250518B1 (en
Inventor
김명종
장세규
안석훈
이헌수
황재훈
김준희
Original Assignee
한국과학기술연구원
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 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020190094452A priority Critical patent/KR102250518B1/en
Publication of KR20210015497A publication Critical patent/KR20210015497A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102250518B1 publication Critical patent/KR102250518B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/064—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with boron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/121—Coherent waves, e.g. laser beams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0801—Controlling the process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
    • C01P2004/13—Nanotubes

Abstract

The present specification provides a device for continuous production of boron nitride nanotubes, comprising: a reaction chamber; a target located within the reaction chamber; a continuous injection device for supplying a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor onto the target; and an energy supply device for generating boron nitride nanotubes by irradiating energy to a portion of the target.

Description

질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치 및 그 제조방법{A DEVICE FOR CONTINUOUS PRODUCTION OF BORON NITRIDE AND THE METHOD FOR PRODUCING THE SAME}Boron nitride nanotube continuous manufacturing apparatus and its manufacturing method {A DEVICE FOR CONTINUOUS PRODUCTION OF BORON NITRIDE AND THE METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 명세서에는 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치 및 이를 이용하는 제조 방법이 개시된다.The present specification discloses an apparatus for continuously manufacturing boron nitride nanotubes and a manufacturing method using the same.

질화붕소 나노튜브는 탄소 나노튜브에서 탄소 원자가 붕소와 질소로 치환된 형태로써, 각 원자 사이에서는 강한 sp2 공유결합을 하고, 구조적으로 매우 안정되어 있다. 특성 또한 높은 밴드갭을 특성으로 전기절연성을 가지면서 고열전도성, 내산화성, 중성자 차폐, 압전 등의 특성을 보인다. 특히 복합소재 필러로 응용될 경우 탄소나노튜브와는 달리 높은 밴드갭으로 인해 산화/환원되지 않는 특성이 있어 금속, 고분자 등과 다양하게 복합될 수 있는 잠재성이 높은 소재로써 알려져 있다. 질화붕소 나노튜브의 제조기술은 2002년 ANU (Australia National University)에서 볼밀링/열처리 방법, 2008년 유펜(Univ. of Pennsylvania)과 미공군연구소(AFRL)에서 촉매기술을 도입하여 연속 화학기상증착(CVD)방법, 2011년 일본의 NIMS(National Institute for Materials Sciences)에서 붕소분말을 이용한 화학기상증착(CVD)방법, 2014년 캐나다의 NRC (National Research Council)에서 RF 고온플라즈마 방법 등을 통해 연구 되었지만 낮은 합성 불순물, 튜브의 크기, 결점, 수득률 등의 문제로 인해 고품질 질화붕소 나노튜브가 상용화 수준으로 나아가기 힘들었다. 2009년 NASA Langley에서 CO2 레이저를 이용한 방법으로 결함이 적고 결정성과 순도가 높은 고품질 질화붕소 나노튜브를 제조하였지만 ~0.2 g/day의 낮은 수득률을 보였다. Boron nitride nanotubes are a form in which carbon atoms are substituted with boron and nitrogen in carbon nanotubes, and have strong sp2 covalent bonds between each atom and are structurally very stable. In addition, it exhibits high thermal conductivity, oxidation resistance, neutron shielding, and piezoelectric properties while having electrical insulation with a high band gap. In particular, when applied as a composite filler, unlike carbon nanotubes, it is known as a material with high potential that can be variously compounded with metals, polymers, etc. because it has a property of not being oxidized/reduced due to a high band gap. Boron nitride nanotubes were manufactured using a ball milling/heat treatment method at ANU (Australia National University) in 2002, and a catalytic technology at the Univ. of Pennsylvania and the US Air Force Research Institute (AFRL) in 2008. CVD) method, chemical vapor deposition (CVD) method using boron powder at NIMS (National Institute for Materials Sciences) in Japan in 2011, and RF high temperature plasma method at NRC (National Research Council) in Canada in 2014. Due to problems such as synthetic impurities, tube size, defects, and yield, it was difficult for high-quality boron nitride nanotubes to reach the level of commercialization. In 2009, NASA Langley produced high-quality boron nitride nanotubes with few defects and high crystallinity and purity by using a CO2 laser, but showed a low yield of ~0.2 g/day.

따라서 고품질의 질화붕소 나노튜브의 대량 생산 기술 및 상용화를 위한 제조 기술 연구가 필요하고, 여러 연구 분야에서 많은 관심을 받고 있다.Therefore, there is a need for research on manufacturing technology for mass production technology and commercialization of high-quality boron nitride nanotubes, and it is receiving a lot of interest in various research fields.

KR 10-2015-0143798 AKR 10-2015-0143798 A KR 10-2015-0143798AKR 10-2015-0143798A KR 10-2017-0016539 AKR 10-2017-0016539 A

Arenal et al. J. Am. Chem. Soc. (2007) 129 16183-16189, Root-Growth Mechanism for Single-Walled Boron Nitride Nanotubes in Laser Vaporization TechniqueArenal et al. J. Am. Chem. Soc. (2007) 129 16183-16189, Root-Growth Mechanism for Single-Walled Boron Nitride Nanotubes in Laser Vaporization Technique Gnoffo et al. 43rd AIAA Thermophysics Conference New Orleans, LouisianaGnoffo et al. 43rd AIAA Thermophysics Conference New Orleans, Louisiana Smith et al. Nanotechnology 20 (2009) 505604 (6pp), Very long single- and few-walled boron nitride nanotubes via the pressurized vapor/condenser methodSmith et al. Nanotechnology 20 (2009) 505604 (6pp), Very long single- and few-walled boron nitride nanotubes via the pressurized vapor/condenser method

본 발명의 일 측면은, 기존의 레이저를 이용한 고품질 질화붕소 나노튜브 제조 장치에서 합성에 의해 소모되는 고체 전구체의 주입, 수거, 교체 등을 위하여 합성을 중단해야 했고, 이로 인하여 장기간 합성이 불가하고 교체 주기에 따른 공정의 중단이 필요했던 문제를 해결하고자 한다.In one aspect of the present invention, the synthesis had to be stopped for injection, collection, replacement, etc. of the solid precursor consumed by synthesis in a high-quality boron nitride nanotube manufacturing apparatus using a conventional laser, and thus synthesis is impossible for a long time and replacement We are trying to solve the problem that it was necessary to stop the process according to the cycle.

본 발명의 일 측면은, 기존의 레이저 공정이 배치식 제조 방식으로 수득률이 낮은 기존의 질화붕소 나노튜브 제조 공정이 아닌 연속 생산 공정을 제공하여 종래 방식이 갖는 양산화 측면에서 생산량이 너무 적고, 시간, 인력 소비 등의 문제를 해결하고자 한다.One aspect of the present invention is that the conventional laser process provides a continuous production process instead of the conventional boron nitride nanotube manufacturing process with low yield in a batch-type manufacturing method, so that the production amount is too small in terms of mass production of the conventional method, time, and It tries to solve problems such as manpower consumption.

또한 본 발명의 일 측면은, 기존의 레이저 방식에서 문제가 되었던 낮은 수득률을 연속 공정을 위한 전구체 주입 장비를 포함한 연속적인 질화붕소 나노튜브 제조 방법을 제공하고자 한다.In addition, an aspect of the present invention is to provide a method for manufacturing a continuous boron nitride nanotube including a precursor injection device for a continuous process with a low yield, which has been a problem in the conventional laser method.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 일 구현예에서, 반응 챔버; 반응 챔버 내에 위치한 타겟; 상기 타겟 상에 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 공급하는 연속 주입장치; 및 상기 타겟의 일 부분에 에너지를 조사하여 질화붕소 나노튜브를 생성하는 에너지 공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치를 제공한다.In one embodiment according to the present invention to achieve the above object, the reaction chamber; A target located within the reaction chamber; A continuous injection device for supplying a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor onto the target; And an energy supplying device for generating boron nitride nanotubes by irradiating energy to a portion of the target. It provides an apparatus for continuously manufacturing boron nitride nanotubes.

예시적인 구현예에서, 상기 타겟은 일 말단의 직경이 더 작은 원통 구조를 갖는 꼬깔형 타겟일 수 있다.In an exemplary embodiment, the target may be a conical target having a cylindrical structure having a smaller diameter at one end.

예시적인 구현예에서, 상기 타겟은 진동 또는 3차원　XYZ　좌표계의 X방향, Y방향 및 Z방향 중 임의의 방향으로의 이동, 기울어짐, 또는 회전 중 어느 하나 이상을 포함하는 모션을 수행할 수 있다.In an exemplary embodiment, the target may perform a motion including vibration or any one or more of movement, inclination, or rotation in any of the X, Y, and Z directions of a three-dimensional 　XYZ　 coordinate system. .

예시적인 구현예에서, 상기 연속 주입장치는 전구체 주입구; 및 전구체 이송 장치;를 포함하고, 상기 전구체 이송 장치는 전구체 주입구로 공급된 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 반응 챔버 내부로 이동시킬 수 있다.In an exemplary embodiment, the continuous injection device includes a precursor injection hole; And a precursor transfer device, wherein the precursor transfer device may move the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor supplied to the precursor injection port into the reaction chamber.

예시적인 구현예에서, 상기 전구체 이송 장치는 스크류 타입 압출 장치이고, 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체 이동 전/후의 반응 챔버의 압력을 유지하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the precursor conveying device is a screw-type extrusion device, and may be to maintain the pressure in the reaction chamber before/after moving the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor.

예시적인 구현예에서, 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체 이동 전/후의 반응 챔버의 압력 손실이 5% 이내일 수 있다.In an exemplary embodiment, the pressure loss in the reaction chamber before/after moving the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor may be within 5%.

예시적인 구현예에서, 상기 연속 제조 장치는 하나 이상의 연속 주입장치를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the continuous manufacturing device may include one or more continuous injection devices.

예시적인 구현예에서, 상기 붕소-금속 촉매 복합 전구체는 붕소 전구체 및 금속 촉매의 20 : 1 내지 1:1 중량비 범위의 혼합물일 수 있다.In an exemplary embodiment, the boron-metal catalyst composite precursor may be a mixture of a boron precursor and a metal catalyst in a range of 20:1 to 1:1 by weight.

예시적인 구현예에서, 상기 에너지 공급장치는 자유 전자 레이저 또는 이산화탄소 레이저일 수 있다.In an exemplary embodiment, the energy supply device may be a free electron laser or a carbon dioxide laser.

예시적인 구현예에서, 상기 에너지 공급 장치는 타겟 상에 위치한 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체에 에너지를 조사하여 붕소 기체를 형성할 수 있다.In an exemplary embodiment, the energy supply device may form a boron gas by irradiating energy to a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor positioned on a target.

예시적인 구현예에서, 상기 에너지 공급 장치는 100 내지 1,500W 전력 범위를 가질 수 있다.In an exemplary embodiment, the energy supply device may have a power range of 100 to 1,500W.

예시적인 구현예에서, 상기 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치는 질소 전구체 공급 장치;를 더 포함하며, 상기 질소 전구체 공급 장치는 질소 전구체 분위기에서 상기 반응 챔버의 압력을 1 내지 20 bar범위로 유지하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the apparatus for continuous production of boron nitride nanotubes further includes a nitrogen precursor supply device, wherein the nitrogen precursor supply device maintains the pressure of the reaction chamber in a range of 1 to 20 bar in a nitrogen precursor atmosphere. I can.

예시적인 구현예에서, 상기 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치는 수집 장치;를 더 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the apparatus for continuously manufacturing boron nitride nanotubes may further include a collection device.

예시적인 구현예에서, 상기 상기 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치는 가스 배출 장치, 소켓, 열전대(thermocouple), 압력 게이지, 쉐도우 그래프(shadow graph), 및 플라즈마 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the apparatus for continuously manufacturing the boron nitride nanotubes may further include any one or more of a gas discharge device, a socket, a thermocouple, a pressure gauge, a shadow graph, and a plasma.

본 발명의 일 구현예에 따른 질화붕소 나노튜브 제조 장치 및 제조 방법은 레이져를 이용한 고온의 반응에 의해 제작되는 고순도의 질화붕소 나노튜브를 연속적인 공정으로 수행 할 수 있다.The apparatus and manufacturing method for manufacturing boron nitride nanotubes according to an embodiment of the present invention may perform high-purity boron nitride nanotubes manufactured by a high-temperature reaction using a laser in a continuous process.

본 발명의 일 구현예에 따른 질화붕소 나노튜브 제조 장치 및 제조 방법은 분말 형태의 붕소 전구체를 연속적으로 반응 챔버(Reactive Chamber) 내부에 주입함으로써 질소 전구체와 반응하기 위한 최적의 조건을 꾸준히 유지해 질화붕소 나노튜브를 높은 수득률로 제조 할 수 있다.Boron nitride nanotube manufacturing apparatus and manufacturing method according to an embodiment of the present invention by continuously injecting a boron precursor in a powder form into a reaction chamber (Reactive Chamber) to steadily maintain the optimum conditions for reacting with the nitrogen precursor boron nitride Nanotubes can be produced with high yield.

본 발명을 통해 또한 연속 공정 장비는 반응 챔버의 고압을 유지한 상태에서 붕소-금속 촉매 복합체의 주입이 가능하기 때문에 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 이로 인해 생산 단가의 절감이 가능하다.In addition, through the present invention, since the continuous process equipment can inject the boron-metal catalyst complex while maintaining the high pressure in the reaction chamber, the process time can be shortened, and thus the production cost can be reduced.

본 발명의 일 구현예에 따른 질화붕소 나노튜브 제조 장치 및 제조 방법은 분말 형태의 붕소를 사용함으로써 질화붕소 나노튜브의 합성을 위한 금속 촉매 사용 시 붕소-금속 촉매 혼합 복합체를 만들기 용이하므로 촉매 연구 개발에 따른 수득 성장률에 강한 이점을 가질 수 있다.The apparatus and manufacturing method for manufacturing boron nitride nanotubes according to an embodiment of the present invention is a catalyst research and development because it is easy to make a boron-metal catalyst mixture complex when using a metal catalyst for the synthesis of boron nitride nanotubes by using boron in powder form. It can have a strong advantage in the resulting growth rate.

본 발명의 일 구현예에 따른 질화붕소 나노튜브 제조 장치 및 제조 방법으로 생산된 질화붕소 나노튜브는 저밀도, 기계적 강도 열전도성, 열안정성, 전기 절연성, 내부식성, 내화학성, 압전효과, 중성자 차폐 등 우수한 성질을 이용해 복합재료에 널리 응용할 수 있다.The boron nitride nanotubes produced by the boron nitride nanotube manufacturing apparatus and manufacturing method according to an embodiment of the present invention have low density, mechanical strength, thermal conductivity, thermal stability, electrical insulation, corrosion resistance, chemical resistance, piezoelectric effect, neutron shielding, etc. Due to its excellent properties, it can be widely applied to composite materials.

도 1은 본 발명의 구현예에 따른 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 구현예에 따른 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치 및 제조 방법에 따라 제조된 질화붕소 나노 튜브를 SEM(Scanning Electron Microscopy) 및 OM(Optical Microscopy) 관찰한 결과를 도시한다.
도 4는 본 발명의 구현예에 따른 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치 및 제조 방법에 따라 제조된 질화붕소 나노 튜브를 TEM(Transmission Electron Microscope) 관찰한 결과로서, 생성 형태, 나노튜브의 층간 구조를 분석한 결과를 도시한다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 구현예에 따른 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치 및 제조 방법에 따라 제조된 질화붕소 나노 튜브를 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 및 EELS(Electron energy loss spectroscopy) 관찰한 결과를 도시한다.
도 6은 본 발명의 구현예에 따른 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치 및 제조 방법에 따라 제조된 질화붕소 나노 튜브를 Raman spectroscopy을 통하여 결정성 분석한 결과를 도시한다.1 shows a schematic diagram of an apparatus for continuously manufacturing boron nitride nanotubes according to an embodiment of the present invention.
2 schematically shows a cross-sectional view of an apparatus for continuously manufacturing boron nitride nanotubes according to an embodiment of the present invention.
Figures 3a and 3b show the results of observing the boron nitride nanotubes manufactured according to the continuous manufacturing apparatus and manufacturing method of boron nitride nanotubes according to an embodiment of the present invention by SEM (Scanning Electron Microscopy) and OM (Optical Microscopy).
4 is a result of TEM (Transmission Electron Microscope) observation of boron nitride nanotubes manufactured according to the apparatus and manufacturing method for continuous boron nitride nanotube production according to an embodiment of the present invention, and analysis of the formation form and interlayer structure of the nanotubes One result is shown.
5A to 5C are the results of observing X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Electron energy loss spectroscopy (EELS) of boron nitride nanotubes manufactured according to the apparatus and manufacturing method for continuous boron nitride nanotubes according to an embodiment of the present invention Shows.
6 shows a result of crystallinity analysis of boron nitride nanotubes manufactured according to the apparatus and manufacturing method for continuous boron nitride nanotubes according to an embodiment of the present invention through Raman spectroscopy.

이하, 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들은 단지 설명을 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. The embodiments of the present invention disclosed in the text are exemplified for purposes of explanation only, and the embodiments of the present invention may be implemented in various forms and should not be construed as being limited to the embodiments described in the text. .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들은 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. The present invention is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, as various changes can be added and various forms may be added, and all changes, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention It should be understood to include.

본 명세서에서, “질화붕소 나노튜브”는 붕소와 질소 원자가 sp2 공유결합으로 교차 배열된 육각 구조를 이루고 있고 튜브형태로 성장한 물질을 의미하며, 제조 조건에 따라 다양한 구조의 질화붕소 나노튜브(벽의 수, 튜브의 길이)가 제작 될 수 있으며, 질화붕소 나노튜브는 이를 포함하는 광범위한 개념을 의미한다.In the present specification, “boron nitride nanotubes” refer to a material having a hexagonal structure in which boron and nitrogen atoms are cross-arranged by sp2 covalent bonds and grown in a tube shape, and boron nitride nanotubes of various structures (wall Number, length of tube) can be manufactured, and boron nitride nanotubes mean a broad concept including this.

질화붕소Boron nitride 나노튜브 연속 제조 장치 Nanotube continuous manufacturing device

이에 본 발명자들은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치로서, 붕소 전구체 연속 주입 장치 및 이동성을 갖는 타겟을 도입하여, 반응 챔버의 환경을 최적 조건으로 유지시켜 질화붕소 나노튜브 연속 제조를 실현시켰다.Accordingly, in order to solve the above-described problems, the present inventors introduced a continuous boron precursor injection device and a mobile target as a continuous boron nitride nanotube manufacturing apparatus, to maintain the environment of the reaction chamber in an optimum condition, and thus boron nitride nanotubes. Realized continuous tube manufacturing.

본 발명에 따른 일 구현예는, 반응 챔버(100); 반응 챔버 내에 위치한 타겟(200); 상기 타겟 상에 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 공급하는 연속 주입장치(300); 및 상기 타겟의 일 부분에 에너지를 조사하여 질화붕소 나노튜브를 생성하는 에너지 공급장치(500);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치를 제공한다.One embodiment according to the present invention, the reaction chamber 100; A target 200 located in the reaction chamber; A continuous injection device 300 for supplying a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor onto the target; And an energy supply device 500 for generating boron nitride nanotubes by irradiating energy to a portion of the target. It provides a continuous manufacturing apparatus for boron nitride nanotubes.

특히, 질화붕소 나노튜브 합성으로 소모되는 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매복합 전구체를 연속적으로 공급하는 연속 주입 장치를 포함하여 수득률을 높일 수 있다. 또한 질화붕소 나노튜브 합성 공정에 용이하게 촉매를 적용할 수 있는 이점이 있다.In particular, it is possible to increase the yield by including a continuous injection device for continuously supplying a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor consumed by the synthesis of boron nitride nanotubes. In addition, there is an advantage that the catalyst can be easily applied to the process of synthesizing boron nitride nanotubes.

일 구현예에서, 상기 반응 챔버(100)는 금속물질, 예컨대 스테인레스 스틸로 구성될 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment, the reaction chamber 100 may be made of a metallic material, such as stainless steel, but is not limited thereto.

일 구현예에서, 상기 타겟(200)은 진동 또는 3차원　XYZ　좌표계의 X방향, Y방향 및 Z방향 중 임의의 방향으로의 이동, 기울어짐, 또는 회전 중 어느 하나 이상을 포함하는 모션을 수행할 수 있다. 상기 모션 수행을 통하여 타겟 상에 공급된 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 타겟 상의 특정 지점에 고르게 분포시킬 수 있다.In one embodiment, the target 200 may perform a motion including vibration or any one or more of movement, inclination, or rotation in any of the X, Y, and Z directions of the three-dimensional 　XYZ　 coordinate system. I can. Through the motion, the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor supplied on the target may be evenly distributed at a specific point on the target.

예를 들어, 상기 타겟의 일 부분에 에너지를 조사되는 경우, 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체는 붕소 기체를 형성할 수 있는데, 이러한 에너지 조사로 인하여 소모되는 전구체를 타겟 표면에 고르게 분포하도록 정렬시킬 수 있으며, 이를 통하여 질화붕소 나노튜브를 연속 제조하면서도 합성 최적 조건을 유지할 수 있고 수득률을 높일 수 있다.For example, when energy is irradiated to a part of the target, a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor can form a boron gas, and the precursors consumed by this energy irradiation are evenly distributed on the target surface. Through this, while continuously manufacturing boron nitride nanotubes, optimum conditions for synthesis can be maintained and yield can be increased.

일 구현예에서, 질화붕소 나노튜브는 레이저를 통한 고온의 공정의 생산물로서 높은 순도의 합성물일 수 있다. 또한 합성에 의해 소모되는 붕소-금속 촉매 복합체가 연속적으로 주입되어 배치식 공정에서와 같이 별도의 전구체 소모에 의한 교체 단계를 고려하지 않음으로써 연속 생산이 가능 할 수 있다.In one embodiment, the boron nitride nanotubes may be high-purity composites as a product of a high-temperature process through a laser. In addition, since the boron-metal catalyst complex consumed by synthesis is continuously injected, continuous production may be possible by not considering a replacement step due to consumption of a separate precursor as in a batch process.

일 구현예에서, 상기 타겟(200)은 일 말단의 직경이 더 작은 원통 구조를 갖는 꼬깔형 타겟(201)일 수 있다.In one embodiment, the target 200 may be a conical target 201 having a cylindrical structure having a smaller diameter at one end.

구체적으로, 연속 주입 장치로 공급되는 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체는 상기 원통 구조의 내부 측면 상에 주입될 수 있으며, 고깔형 타겟의 일 말단으로 이송될 수 있다. Specifically, the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor supplied to the continuous injection device may be injected on the inner side of the cylindrical structure, and may be transferred to one end of the cone-shaped target.

일 구현예에서, 상기 고깔형 타겟(201)은 스테인레스 스틸, 석영, 질화붕소물질, 또는 합금 등을 재료로 구성될 수 있으나, 고온, 고압의 조건에서 적용 가능한 재료라면 여기에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment, the cone-shaped target 201 may be made of stainless steel, quartz, boron nitride material, or alloy, but is not limited thereto as long as it is a material applicable under high temperature and high pressure conditions.

일 구현예에서, 상기 고깔형 타겟이 모션을 수행하는 경우, 꼬깔형 타겟의 원통 측면의 경사를 통하여 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체의 이동이 용이할 수 있으며, 따라서 질화붕소 나노튜브를 연속 제조하면서도 합성 최적 조건을 유지할 수 있고 우수한 수득률을 얻을 있다.In one embodiment, when the cone-shaped target performs motion, the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor may be easily moved through the inclination of the cylindrical side of the cone-shaped target, and thus the boron nitride nanotubes are continuously While manufacturing, optimum conditions for synthesis can be maintained and excellent yield can be obtained.

일 구현예에서, 상기 연속 주입장치는 전구체 주입구(310); 및 전구체 이송 장치(320);를 포함하고, 상기 전구체 이송 장치(320)는 전구체 주입구로 공급된 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 반응 챔버 내부로 이동시킬 수 있다.In one embodiment, the continuous injection device includes a precursor injection hole 310; And a precursor transfer device 320, wherein the precursor transfer device 320 may move the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor supplied to the precursor injection hole into the reaction chamber.

상기 연속 주입장치(300)는 반응 챔버(100)의 외부로부터 전구체 주입구(310)를 통하여 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 연속적으로 공급할 수 있기 때문에, 질화붕소 나노튜브 합성반응 진행 중 추가 주입을 할 수도 있다. 따라서, 반응 챔버 내의 반응 조건, 예컨대 질소 전구체 분위기의 반응 챔버 압력을 일정하게 유지할 수 있으며, 따라서 질화붕소 나노튜브를 연속 제조하면서도 합성 최적 조건을 유지하여 우수한 수득률을 얻을 있다.Since the continuous injection device 300 can continuously supply a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor from the outside of the reaction chamber 100 through the precursor injection port 310, additional injection during the synthesis reaction of boron nitride nanotubes You can also do it. Accordingly, the reaction conditions in the reaction chamber, for example, the pressure of the reaction chamber in the atmosphere of the nitrogen precursor can be kept constant, and thus the optimum conditions for synthesis can be maintained while continuously manufacturing boron nitride nanotubes, thereby obtaining an excellent yield.

예를 들어, 상기 전구체 이송 장치(320)는 전구체를 반응 챔버 내부로 압출 또는 토출시키는 것일 수 있다.For example, the precursor transfer device 320 may extrude or discharge a precursor into the reaction chamber.

일 구현예에서, 상기 전구체 이송 장치는 스크류 타입 압출 장치일 수 있으며, 상기 스크류 타입의 압출 장치는 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합체의 압축을 통해 반응 챔버 내 고깔형 타겟으로 토출되는 양이 조절 가능할 수 있다.In one embodiment, the precursor conveying device may be a screw-type extrusion device, and the screw-type extrusion device may control an amount discharged to a cone-shaped target in the reaction chamber through compression of a boron precursor or a boron-metal catalyst composite. I can.

선택적으로, 상기 제조 장치에 하나 이상의 전구체 이송 장치(320)가 포함될 수 있으며, 예를 들어 하나 이상의 전구체 이송 장치는 반응 챔버(100)의 여러 부분에 위치하여, 붕소 전구체 등을 반응 챔버의 여러 부분을 통하여 타겟 상에 연속적으로 공급할 수 있다. 반응 챔버의 여러 부분을 통하여 전구체가 공급되는 경우, 공급된 전구체를 타겟 표면에 고르게 분포하도록 정렬시킬 수 있다.Optionally, one or more precursor transfer devices 320 may be included in the manufacturing apparatus, for example, one or more precursor transfer devices may be located in various parts of the reaction chamber 100 to transfer boron precursors, etc. to various parts of the reaction chamber. Through it can be continuously supplied to the target. When the precursor is supplied through various parts of the reaction chamber, the supplied precursor may be arranged to be evenly distributed on the target surface.

또한 일 구현예에서, 상기 연속 제조 장치는 하나 이상의 연속 주입장치(300)를 포함할 수 있다. In addition, in one embodiment, the continuous manufacturing device may include one or more continuous injection devices 300.

일 구현예에서, 상기 전구체 이송 장치(320)는 스크류 타입 압출 장치이고, 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체 이동 전/후의 반응 챔버의 압력을 유지하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 스크류 타입 압출 장치를 통하여 반응 챔버로 붕소 전구체가 공급되는 경우 상기 반응 챔버의 압력을 1 내지 20 bar범위로 유지할 수 있으며, 붕소 전구체 공급으로 반응 챔버의 질소 전구체 분위기가 실질적으로 변동 없을 수 있다. 한편, 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체의 주입 전/후로 반응 챔버의 압력 손실이 5% 이내일 수 있다. In one embodiment, the precursor transfer device 320 may be a screw-type extrusion device, and may maintain a pressure in the reaction chamber before/after moving a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor. Specifically, when a boron precursor is supplied to the reaction chamber through the screw-type extrusion device, the pressure in the reaction chamber can be maintained in the range of 1 to 20 bar, and the nitrogen precursor atmosphere in the reaction chamber is substantially unchanged by supplying the boron precursor. I can. Meanwhile, the pressure loss in the reaction chamber may be within 5% before/after injection of the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor.

일 구현예에서, 상기 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치는 질소 전구체 공급 장치(400);를 더 포함하며, 상기 질소 전구체 공급 장치는 질소 전구체 분위기에서 상기 반응 챔버의 압력을 1 내지 20 bar범위로 유지하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 반응 챔버의 질소 전구체 압력은 10 내지 20 bar 범위로 유지될 수 있으며, 예를 들어 질소 전구체 압력이 1 bar 미만인 경우 반응 챔버 내 질소 전구체의 함량이 적어 반응 시 합성물의 비정질 붕소의 함량이 지배적일 수 있고, 20 bar 초과인 경우 붕소 전구체의 용융점 및 반응 특성 변화를 야기시킬 수 있다. 상기 기체 전구체의 압력에 따른 생성물의 특성 변화가 있기 때문에 합성 조건으로써 제어될 수 있다.In one embodiment, the apparatus for continuous production of boron nitride nanotubes further includes a nitrogen precursor supply device 400, wherein the nitrogen precursor supply device maintains the pressure of the reaction chamber in a range of 1 to 20 bar in a nitrogen precursor atmosphere. It can be. For example, the nitrogen precursor pressure in the reaction chamber may be maintained in the range of 10 to 20 bar.For example, when the nitrogen precursor pressure is less than 1 bar, the content of the nitrogen precursor in the reaction chamber is small, so that the amorphous boron of the compound during the reaction The content may be dominant, and if it exceeds 20 bar, it may cause a change in the melting point and reaction properties of the boron precursor. Since there is a change in the properties of the product depending on the pressure of the gas precursor, it can be controlled as a synthesis condition.

일 구현예에서, 상기 질소 전구체 공급 장치(400)는 기체 공급부(401) 및 기체 배출부(402)를 포함할 수 있으며, 기체 공급부 및 기체 배출부를 통하여 반응 챔버의 질소 전구체 분위기를 일정하게 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 기체 공급부(401)는 반응 챔버(100)의 하단부에 부착되어 반응챔버로 질소 전구체를 포함하는 기체 분위기를 공급하여 반응 챔버의 질소 전구체 분위기를 일정하게 유지할 수 있다.In one embodiment, the nitrogen precursor supply device 400 may include a gas supply unit 401 and a gas discharge unit 402, and can maintain a constant nitrogen precursor atmosphere in the reaction chamber through a gas supply unit and a gas discharge unit. have. For example, the gas supply unit 401 may be attached to the lower end of the reaction chamber 100 to supply a gas atmosphere including a nitrogen precursor to the reaction chamber to maintain a constant nitrogen precursor atmosphere in the reaction chamber.

또한 구체적으로, 상기 질소 전구체 분위기는 질소 전구체를 포함할 수 있고, 수소, 아르곤, 헬륨, 네온, 또는 이들 기체의 혼합기체 등의 기체 분위기를 포함할 수 있다.In addition, specifically, the nitrogen precursor atmosphere may include a nitrogen precursor, and may include a gas atmosphere such as hydrogen, argon, helium, neon, or a gas mixture of these gases.

일 구현예에서, 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체 이동 전/후의 반응 챔버의 압력 손실이 5% 이내일 수 있다. 반응 챔버의 압력 손실이 5% 초과인 경우, 질소 전구체가 반응 최적 상태로 유지될 수 없어서 제조되는 질화붕소 나노튜브의 품질이 안 좋을 수 있다.In one embodiment, the pressure loss in the reaction chamber before/after moving the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor may be within 5%. When the pressure loss in the reaction chamber exceeds 5%, the nitrogen precursor cannot be maintained in an optimal reaction state, and thus the quality of the boron nitride nanotubes produced may be poor.

일 구현예에서, 상기 붕소-금속촉매 복합 전구체에 포함된 붕소 전구체는 순도 95% 이상의 분말형 붕소일 수 있고, 예컨대 순도 95% 이상의 분말형 질화붕소와 같은 붕소가 포함된 복합체일 수 있다.In one embodiment, the boron precursor included in the boron-metal catalyst composite precursor may be a powdered boron having a purity of 95% or more, and may be a composite containing boron such as a powdered boron nitride having a purity of 95% or more.

구체적으로, 상기 붕소-금속촉매 복합 전구체에서 붕소 전구체 또는 복합 전구체는 50nm~5um의 입자 크기와 95% 이상 순도의 물질을 포함할 수 있다.Specifically, in the boron-metal catalyst composite precursor, the boron precursor or the composite precursor may include a material having a particle size of 50 nm to 5 μm and a purity of 95% or more.

일 구현예에서, 상기 붕소-금속 촉매 복합 전구체는 붕소 전구체 및 금속 촉매의 20:1 내지 1:1 중량비 범위의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 붕소 전구체 및 금속 촉매의 중량비가 20:1 미만인 경우 반응 촉매로써 극미한 효과를 보일일 수 있고, 1:1 초과인 경우 질화 붕소의 순도에 영향을 주는 불순물로 작용 할 수 있다.In one embodiment, the boron-metal catalyst composite precursor may be a mixture of a boron precursor and a metal catalyst in a weight ratio of 20:1 to 1:1. For example, when the weight ratio of the boron precursor and the metal catalyst is less than 20:1, it may exhibit a slight effect as a reaction catalyst, and when it exceeds 1:1, it may act as an impurity affecting the purity of boron nitride.

구체적으로, 상기 금속 촉매는 니켈(Ni), 구리(Cu), 철(Fe), 크롬(Cr), 코발트(Co), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 규소(Si), 스칸듐(Sc), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), Ga(갈륨), 저마늄(Ge), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 테크네튬(Tc), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 하프늄(Hf), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au), 청동(Bronze), 스테인레스 스틸(Stainless steel), 백동 (White brass), 또는 황동 (Brass) 등 금속입자를 포함할 수 있다.Specifically, the metal catalyst is nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), chromium (Cr), cobalt (Co), zinc (Zn), aluminum (Al), silicon (Si), scandium (Sc) ), titanium (Ti), vanadium (V), manganese (Mn), Ga (gallium), germanium (Ge), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), Metal particles such as iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), bronze, stainless steel, white brass, or brass may be included.

또한 구체적으로, 붕소-금속 촉매 복합 전구체는 분말 형태의 붕소와 금속 촉매를 물리적 또는 화학적 방법으로 혼합한 것일 수 있고, 상기 금속 촉매의 혼합에 있어서 금속입자 또는 박막 형태로 증착된 것 등을 포함할 수 있다.In addition, specifically, the boron-metal catalyst composite precursor may be a mixture of boron in a powder form and a metal catalyst by a physical or chemical method, and may include those deposited in the form of metal particles or thin films in the mixture of the metal catalyst. I can.

일 구현예에서, 상기 에너지 공급장치(500)는 이산화탄소 레이저(501) 또는 자유 전자 레이저(501)일 수 있다.In one embodiment, the energy supply device 500 may be a carbon dioxide laser 501 or a free electron laser 501.

일 구현예에서, 상기 에너지 공급 장치(500)는 타겟 상에 위치한 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체에 에너지를 조사하여 붕소 기체를 형성할 수 있다. In one embodiment, the energy supply device 500 may form a boron gas by irradiating energy to a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor positioned on a target.

구체적으로, 분말형 붕소-금속 촉매 복합체가 질소 분위기에서 빛, 열, 플라즈마, 또는 고주파 유도 결합 플라즈마 등의 충분한 에너지를 주입 해줌으로써 붕소와 질소의 분해를 돕고, 흡착, 확산, 성장점 형성, 또는 성장 등의 과정을 통하여 질화붕소 나노튜브가 합성될 수 있다.Specifically, the powdered boron-metal catalyst complex assists the decomposition of boron and nitrogen by injecting sufficient energy such as light, heat, plasma, or high frequency inductively coupled plasma in a nitrogen atmosphere, and adsorption, diffusion, growth point formation, or Boron nitride nanotubes can be synthesized through processes such as growth.

일 구현예에서, 상기 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 분해할 수 있는 충분한 에너지를 조사하여 기화(라이칼화) 또는 액화된 붕소-금속 촉매 복합체(라디칼 반응, 액화 붕소 반응)와 분해된 질소 전구체는 질소 전구체 분위기에서 반응하여 질화붕소 나노튜브를 합성할 수 있다. 상기 붕소-금속 촉매 복합 전구체의 분해와 질소 전구체와의 반응은 동시에 일어날 수 있다. 또한 붕소-금속 촉매 복합 전구체와 질소 전구체의 반응 비율은 압력 및/또는 온도 조건에 따라 달라질 수 있다.In one embodiment, the boron-metal catalyst complex (radical reaction, liquefied boron reaction) and the decomposed nitrogen precursor vaporized (lycalated) or liquefied by irradiating sufficient energy to decompose the boron-metal catalyst complex precursor are nitrogen By reacting in a precursor atmosphere, boron nitride nanotubes can be synthesized. The decomposition of the boron-metal catalyst composite precursor and the reaction with the nitrogen precursor may occur simultaneously. In addition, the reaction ratio of the boron-metal catalyst composite precursor and the nitrogen precursor may vary depending on pressure and/or temperature conditions.

일 구현예에서, 상기 에너지 공급 장치는 100 내지 1,500W 전력 범위를 가질 수 있으며, 예컨대 700 내지 800W 전력 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 100 W 전력 미만인 경우 전구체 분해가 원활하게 이루어지지 않아 비정질 붕소가 지배적일 수 있다. 또한 1,500W 전력 초과인 경우 생성물 성장 속도와 전구체 분해 속도가 적절하지 않을 수 있고, 열에너지 이외의 외력에 의해 생성을 방해할 수 있다.In one embodiment, the energy supply device may have a power range of 100 to 1,500W, for example, may have a power range of 700 to 800W. For example, in the case of less than 100 W power, amorphous boron may be dominant because precursor decomposition does not occur smoothly. In addition, when the power exceeds 1,500W, the product growth rate and the precursor decomposition rate may not be appropriate, and generation may be hindered by external forces other than thermal energy.

일 구현예에서, 상기 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치는 수집 장치(600);를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the apparatus for continuously manufacturing the boron nitride nanotubes may further include a collection device 600.

구체적으로, 상기 수집 장치(600)는 타겟(200)에 조사된 레이저에 의하여 생성되는 붕소기체의 상승기류로 인한 분해 생성물과 질화붕소 나노튜브를 수집 하는 장치일 수 있고, 특히 상기 기류로 인하여 반응 챔버(100) 상부에 위치하여 분해 생성물 및/또는 질화붕소 나노튜브를 수집 하는 장치일 수 있다. 상기 분해 생성물은 기체 또는 액체 전구체의 분해 생성물로써 붕소와 질소 원자의 결합물 또는 붕소 원자의 비정질 상태 일 수 있다.Specifically, the collection device 600 may be a device that collects decomposition products and boron nitride nanotubes due to the rising air flow of the boron gas generated by the laser irradiated to the target 200, and in particular, the reaction due to the air flow It may be a device located above the chamber 100 to collect decomposition products and/or boron nitride nanotubes. The decomposition product is a decomposition product of a gas or liquid precursor, and may be a combination of boron and nitrogen atoms or an amorphous state of boron atoms.

또한, 구체적으로 상기 수집 장치(600)는 1mm 이하의 홀 사이즈를 갖는 수집망(601)일 수 있다. 상기 수집망의 홀 사이즈가 1mm 초과인 경우 수집망 외 반응 챔버 외벽에 부착될 수 있다.In addition, specifically, the collection device 600 may be a collection network 601 having a hole size of 1 mm or less. When the hole size of the collection network is more than 1mm, it may be attached to the outer wall of the reaction chamber outside the collection network.

일 구현예에서, 상기 상기 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치는 가스 배출 장치, 소켓, 열전대(thermocouple), 압력 게이지, 쉐도우 그래프(shadow graph), 및 플라즈마 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the apparatus for continuously manufacturing the boron nitride nanotubes may further include at least one of a gas discharge device, a socket, a thermocouple, a pressure gauge, a shadow graph, and a plasma.

질화붕소Boron nitride 나노튜브 연속 제조 방법 Nanotube continuous manufacturing method

본 발명에 따른 일 구현예는, 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 반응 챔버 내의 타겟으로 연속적으로 주입하는 단계; 및 타겟에 에너지를 조사하여 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체와 질소 전구체를 반응시켜 질화붕소 나노튜브를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법을 제공한다.In one embodiment according to the present invention, a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor is continuously injected into a target in a reaction chamber; And reacting a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor with a nitrogen precursor to generate boron nitride nanotubes by irradiating energy to the target. It provides a method for continuously manufacturing boron nitride nanotubes.

먼저, 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 반응 챔버 내의 타겟으로 연속적으로 주입될 수 있다.First, a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor may be continuously injected into a target in a reaction chamber.

예시적인 구현예에서, 상기 연속적 주입 단계는 전구체 주입구로 공급된 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 전구체 이송 장치를 통하여 반응 챔버 내부로 이동시키는 것을 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the continuous injection step may include moving the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor supplied to the precursor injection port into the reaction chamber through a precursor transfer device.

예시적인 구현예에서, 상기 전구체 이송 장치는 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 반응 챔버 내부로 압출 또는 토출시킬 수 있다.In an exemplary embodiment, the precursor transfer device may extrude or discharge a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor into the reaction chamber.

예를 들어, 상기 연속적 주입 단계는 스크류 타입 압출 장치를 통하여 외부 분말 주입부로부터 공급되는 분말형 붕소-금속촉매 복합체를 고압의 반응 챔버(1) 내부로 전달하는 과정을 포함할 수 있다. 여기서, 스크류 타입 압출 장치 압축 과정을 통해 분말의 정량을 측정 후 압력 손실 없이 고압의 반응 챔버 내부로 주입이 가능한 압출 장치 일 수 있다.For example, the continuous injection step may include a process of transferring the powdered boron-metal catalyst composite supplied from the external powder injection unit into the reaction chamber 1 at high pressure through a screw-type extrusion device. Here, the screw-type extrusion device may be an extrusion device capable of injecting into a high-pressure reaction chamber without loss of pressure after measuring a quantity of powder through a compression process.

예시적인 구현예에서, 상기 연속적 주입 단계는 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체의 주입 전/후로 반응 챔버의 압력을 유지할 수 있다.In an exemplary embodiment, the continuous injection step may maintain the pressure in the reaction chamber before/after injection of the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor.

예를 들어, 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체의 주입 전/후로 반응 챔버의 압력 손실이 5% 이내일 수 있다.For example, the pressure loss in the reaction chamber may be within 5% before/after injection of the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor.

선택적으로, 주입에 앞서, 붕소 전구체 및 금속 촉매를 혼합하여 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 준비할 수 있다.Optionally, prior to injection, a boron precursor and a metal catalyst may be mixed to prepare a boron-metal catalyst composite precursor.

예시적인 구현예에서, 붕소-금속 촉매 복합 전구체 준비 단계는 붕소 전구체 및 금속 촉매을 전자빔(e-beam) 증착, 스퍼터링 증착, 볼밀링, 전해 도금, 및 무전해 도금 중 어느 하나 이상의 방법으로 혼합할 수 있다.In an exemplary embodiment, the boron-metal catalyst composite precursor preparation step may be performed by mixing the boron precursor and the metal catalyst by any one or more of e-beam deposition, sputter deposition, ball milling, electroplating, and electroless plating. have.

예시적인 구현예에서, 상기 붕소-금속 촉매 복합 전구체는 붕소 전구체 및 금속 촉매를 20 : 1 내지 1:1 중량비 범위로 혼합할 수 있다.In an exemplary embodiment, the boron-metal catalyst composite precursor may mix a boron precursor and a metal catalyst in a weight ratio of 20:1 to 1:1.

그런 뒤, 주입된 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 타겟 표면에 정렬될 수 있다.Then, the injected boron precursor or boron-metal catalyst composite precursor may be aligned on the target surface.

예시적인 구현예에서, 상기 정렬 단계는, 상기 타켓이 진동 또는 3차원　XYZ　좌표계의 X방향, Y방향 및 Z방향 중 임의의 방향으로의 이동을 포함하는 모션을 수행하여 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 타겟 표면에 고르게 분포시킬 수 있다.In an exemplary embodiment, in the alignment step, the target is a boron precursor or a boron-metal catalyst by performing a motion including vibration or movement in any of the X, Y, and Z directions of the three-dimensional 　XYZ　 coordinate system. The composite precursor can be evenly distributed on the target surface.

다음으로, 타겟에 에너지를 조사하여 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체와 질소 전구체를 반응시켜 질화붕소 나노튜브를 생성할 수 있다.Next, the target is irradiated with energy to react a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor with a nitrogen precursor to generate boron nitride nanotubes.

예시적인 구현예에서, 상기 타겟의 일 부분에 에너지를 조사하여 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체로부터 붕소 기체를 형성할 수 있다.In an exemplary embodiment, a boron gas may be formed from a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor by irradiating energy to a portion of the target.

예시적인 구현예에서, 100 내지 1,500W 전력 범위로 에너지를 조사할 수 있다. 예를 들어, 상기 조사하는 에너지의 전력 범위는 전구체 또는 반응 생성물의 특성에 따라서 달라질 수 있다.In an exemplary embodiment, energy can be irradiated in the range of 100 to 1,500 W power. For example, the power range of the irradiated energy may vary depending on the properties of the precursor or reaction product.

예시적인 구현예에서, 상기 반응 챔버는 질소 전구체 분위기에서 1 내지 20 bar범위의 압력을 유지할 수 있다.In an exemplary embodiment, the reaction chamber may maintain a pressure in the range of 1 to 20 bar in a nitrogen precursor atmosphere.

그런 뒤 선택적으로, 합성된 질화붕소 나노튜브를 수거할 수 있다.Then, optionally, the synthesized boron nitride nanotubes can be collected.

이하, 실시예를 들어 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐 본 발명의 범주 및 범위가 하기 예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, these examples are provided for illustrative purposes only to aid understanding of the present invention, and the scope and scope of the present invention are not limited by the following examples.

실시예Example

[[ 실시예Example 1] One] 질화붕소Boron nitride 나노튜브( Nanotube ( BNNTBNNT ) 제조(붕소-금속 촉매 복합 전구체)) Manufacturing (boron-metal catalyst composite precursor)

먼저, 순도 95% 이상 1um 이하 크기의 붕소 분말을 사용하였고, 순도 99%이상 분말형태의 철(Fe)을 금속 촉매로 사용하였으며, 붕소 분말과 금속촉매를 중량비 10:1로 혼합하여 복합체 분말을 제조하였다.First, boron powder with a purity of 95% or more and 1 um or less was used, iron (Fe) in powder form with a purity of 99% or more was used as a metal catalyst, and a composite powder was prepared by mixing the boron powder and the metal catalyst at a weight ratio of 10:1. Was prepared.

도시된 장비의 분말주입구를 통해 제조된 분말형 복합체 분말을 스크류형 압출 장치를 통해 반응 챔버 내부의 고깔형 타겟까지 도달시키고 타겟 표면을 고르게 정리한 후, 질소 전구체를 주입하여 챔버 내부를 14atm의 고압 상태로 유지 시켰다(도 1 및 2a-2b 참조).The powdery composite powder produced through the powder injection port of the shown equipment reaches the cone-shaped target inside the reaction chamber through a screw-type extrusion device, and after arranging the target surface evenly, nitrogen precursor is injected to the inside of the chamber at a high pressure of 14 atm. Was maintained in the state (see Figs. 1 and 2a-2b).

이후, 연속적인 이산화탄소 레이저를 700~800W의 조사 강도로 타겟의 표면에 조사함으로써 높은 열에너지에 의한 붕소 증기가 발생되고, 분해된 주변의 질소 전구체와 반응하여 질화붕소 나노튜브를 제조하여 수집망에서 회수하였다.Thereafter, by irradiating a continuous carbon dioxide laser to the surface of the target with an irradiation intensity of 700~800W, boron vapor is generated by high thermal energy, reacted with the decomposed nitrogen precursor to produce boron nitride nanotubes, and recovered from the collection network. I did.

[[ 비교예Comparative example 1] One] 질화붕소Boron nitride 나노튜브( Nanotube ( BNNTBNNT ) 제조(분말형 붕소)) Manufacturing (powder type boron)

분말형 붕소-금속 촉매 복합체 대신 실시예 1의 순도 95% 이상 1um 이하 크기의 분말형 붕소를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 질화붕소 나노튜브를 제조하여 수집망에서 회수하였다.Boron nitride nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1, except that powdered boron having a purity of 95% or more and 1 um or less of Example 1 was used instead of the powdered boron-metal catalyst composite and recovered from the collection network.

[[ 실시예Example 2] 연속 주입 공정 2] Continuous injection process

실시예 1에서 질화붕소 나노튜브 합성으로 인하여 분말형 붕소-금속 촉매 복합 전구체가 소모되므로, 합성 중 필요시 추가적으로 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 공급하였고 또한 타켓 또는 타겟의 움직임을 통해 성장 조건을 유지하였다.In Example 1, since the powdered boron-metal catalyst composite precursor was consumed due to the synthesis of the boron nitride nanotubes, a boron-metal catalyst composite precursor was additionally supplied when necessary during the synthesis, and the growth conditions were maintained through the movement of the target or target. .

이때 분말형 붕소-금속 촉매 복합체의 주입은 외부 주입구로부터 고압의 반응 챔버 내부로 이루어지므로 분말형태의 붕소-금속 촉매 복합체는 스크류형 압출 장치(3)를 통해 압축된 고형으로 일정량이 축적되면 타겟을 향해 배출되는 방식으로 고압의 반응챔버 내부 타겟으로 연속적인 주입을 할 수 있었고, 질화붕소 나노튜브의 합성을 연속적으로 수행 할 수 있었다. At this time, since the injection of the powdered boron-metal catalyst composite is made into the reaction chamber at high pressure from the external inlet, the boron-metal catalyst composite in the powder form is compressed by a screw-type extrusion device (3) and a certain amount is accumulated to the target. It was possible to continuously inject into the target inside the reaction chamber at high pressure in a way that was discharged toward the target, and the synthesis of boron nitride nanotubes could be performed continuously.

[[ 시험예Test example 1] One] 질화붕소Boron nitride 나노튜브의 합성물 분석 Nanotube composite analysis

질화붕소 나노튜브는 분말형 붕소-금속 촉매 복합체 타겟에 조사되는 이산화탄소 레이저의 위치, 초점, 타겟의 표면 상태 등의 여러 조건에 따라 합성되는 수득률에 크게 영향을 받기 때문에 합성 수행 중에 꾸준히 미세한 조정을 해주었고, 충분한 합성물이 수집망에 쌓였을 때 반응챔버 수거부를 개봉하여 질화붕소 나노튜브를 수거 하였다. Since boron nitride nanotubes are greatly influenced by various conditions such as the position, focus, and surface condition of the carbon dioxide laser irradiated to the powdered boron-metal catalyst composite target, fine adjustments were made steadily during the synthesis. And, when enough composites were accumulated in the collection net, the reaction chamber collection part was opened to collect boron nitride nanotubes.

연속공정을 통해 제조된 Manufactured through a continuous process 질화붕소Boron nitride 나노튜브의 분석 결과 Nanotube analysis result

합성된 질화붕소 나노튜브는 연한 회색 또는 흰색을 띄게 되고, 이것을 통해 순도(비정질 붕소의 함량)를 대략적으로 예상할 수 있으므로, OM(Optical Microscopy) 분석을 수행하여 높은 순도의 실 형태의 합성물을 확인하였다.The synthesized boron nitride nanotubes have a light gray or white color, and the purity (content of amorphous boron) can be roughly estimated through this, so an OM (Optical Microscopy) analysis was performed to confirm the high-purity yarn-shaped composite. I did.

또한 도 3a 및 3b를 참조하면, SEM(Scanning Electron Microscope) 분석 결과를 통해 큰 입자형태의 비정질 붕소의 관찰이 되지 않고 판형의 육방정계 질화붕소 또는 실 형태의 나노튜브가 많이 존재하는 것을 확인할 수 있었다.In addition, referring to FIGS. 3A and 3B, it was confirmed that a large particle form of amorphous boron was not observed through the SEM (Scanning Electron Microscope) analysis result, and there were many plate-shaped hexagonal boron nitride or thread-shaped nanotubes. .

도 5에 나타낸 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy), EELS(Electron energy loss spectroscopy)의 원소 분석 결과를 통해 나노튜브의 형태를 가진 물질의 존재를 보론(B)와 질소(N)의 결합, 질화붕소 나노튜브임을 확인할 수 있었다. The presence of a substance in the form of nanotubes was determined through the elemental analysis results of XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) and EELS (Electron energy loss spectroscopy) shown in FIG. 5. Bonding of boron (B) and nitrogen (N), boron nitride It was confirmed that it is a nanotube.

또한, 도 4의 TEM(Transmission Electron Microscope)를 이용하여, 제조된 질화붕소 나노튜브의 층간 구조 및 형상, 번들(bundle) 상태 등을 확인 하였고, 도 6의 Raman 분석을 수행함으로써 질화붕소 나노튜브의 격자 진동 산란 모드 결과, 1367 peak의 값을 통해 결정성이 우수함을 확인 할 수 있었다.In addition, using the TEM (Transmission Electron Microscope) of FIG. 4, the interlayer structure and shape, bundle state, etc. of the prepared boron nitride nanotubes were confirmed, and by performing Raman analysis of FIG. 6, the boron nitride nanotubes As a result of the lattice vibration and scattering mode, it was confirmed that the crystallinity was excellent through the value of 1367 peak.

앞에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those of ordinary skill in the technical field of the present invention can improve and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and changes will fall within the scope of the present invention as long as it is apparent to those of ordinary skill in the art.

100 : 반응 챔버
201 : 꼬깔형 타겟
300 : 연속 주입장치
310 : 전구체 주입구
320 : 전구체 이송 장치
401 : 기체 공급부
402 : 기체 배출부
500 : 에너지 공급장치
501 : 레이저
600 : 수집 장치
601 : 수집망100: reaction chamber
201: Conical target
300: continuous injection device
310: precursor injection port
320: precursor transfer device
401: gas supply unit
402: gas discharge unit
500: energy supply device
501: laser
600: collecting device
601: collection network

Claims (28)

반응 챔버;
반응 챔버 내에 위치한 타겟;
상기 타겟 상에 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 공급하는 연속 주입장치; 및
상기 타겟의 일 부분에 에너지를 조사하여 질화붕소 나노튜브를 생성하는 에너지 공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치.Reaction chamber;
A target located within the reaction chamber;
A continuous injection device for supplying a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor onto the target; And
An energy supply device for generating boron nitride nanotubes by irradiating energy to a portion of the target; 제1항에 있어서,
상기 타겟은 일 말단의 직경이 더 작은 원통 구조를 갖는 꼬깔형 타겟인 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치.The method of claim 1,
The target is characterized in that the cone-shaped target having a cylindrical structure having a smaller diameter at one end, boron nitride nanotube continuous production apparatus. 제1항에 있어서,
상기 타겟은 진동 또는 3차원　XYZ　좌표계의 X방향, Y방향 및 Z방향 중 임의의 방향으로의 이동, 기울어짐, 또는 회전 중 어느 하나 이상을 포함하는 모션을 수행하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치.The method of claim 1,
The target is characterized in that to perform a motion including any one or more of vibration or movement in any direction of the X direction, Y direction, and Z direction of the three-dimensional XYZ coordinate system, inclination, or rotation, boron nitride nano Tube continuous manufacturing device. 제1항에 있어서,
상기 연속 주입장치는 전구체 주입구; 및 전구체 이송 장치;를 포함하고,
상기 전구체 이송 장치는 전구체 주입구로 공급된 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 반응 챔버 내부로 이동시키는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치.The method of claim 1,
The continuous injection device includes a precursor injection hole; And a precursor conveying device;
The precursor transfer device is characterized in that for moving the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor supplied to the precursor inlet into the reaction chamber, boron nitride nanotube continuous production apparatus. 제4항에 있어서,
상기 전구체 이송 장치는 스크류 타입 압출 장치이고, 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체 이동 전/후의 반응 챔버의 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치.The method of claim 4,
The precursor transfer device is a screw-type extrusion device, characterized in that maintaining the pressure in the reaction chamber before / after the transfer of the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor, boron nitride nanotube continuous production device. 제5항에 있어서,
붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체 이동 전/후의 반응 챔버의 압력 손실이 5% 이내인 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치.The method of claim 5,
Boron precursor or boron-metal catalyst composite precursor, characterized in that the pressure loss of the reaction chamber before / after movement is within 5%, boron nitride nanotube continuous production apparatus. 제1항에 있어서,
상기 연속 제조 장치는 하나 이상의 연속 주입장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치.The method of claim 1,
The continuous manufacturing apparatus is characterized in that it comprises one or more continuous injection apparatus, boron nitride nanotube continuous manufacturing apparatus. 제1항에 있어서,
상기 붕소-금속 촉매 복합 전구체는 붕소 전구체 및 금속 촉매의 20:1 내지 1:1 중량비 범위의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치.The method of claim 1,
The boron-metal catalyst composite precursor is a mixture of a boron precursor and a metal catalyst in a range of 20:1 to 1:1 weight ratio, boron nitride nanotube continuous production apparatus. 제1항에 있어서,
상기 에너지 공급장치는 자유 전자 레이저 또는 이산화탄소 레이저인 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치.The method of claim 1,
The energy supply device is a free electron laser or a carbon dioxide laser, characterized in that, boron nitride nanotube continuous manufacturing apparatus. 제1항에 있어서,
상기 에너지 공급 장치는 타겟 상에 위치한 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체에 에너지를 조사하여 붕소 기체를 형성하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치.The method of claim 1,
The energy supply device is a boron nitride nanotube continuous manufacturing apparatus, characterized in that by irradiating energy to a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor located on the target to form a boron gas. 제1항에 있어서,
상기 에너지 공급 장치는 100 내지 1,500W 전력 범위를 갖는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치.The method of claim 1,
The energy supply device is characterized in that having a power range of 100 to 1,500W, boron nitride nanotube continuous production device. 제1항에 있어서,
상기 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치는 질소 전구체 공급 장치;를 더 포함하며, 상기 질소 전구체 공급 장치는 질소 전구체 분위기에서 상기 반응 챔버의 압력을 1 내지 20 bar범위로 유지하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치.The method of claim 1,
The boron nitride nanotube continuous manufacturing apparatus further includes a nitrogen precursor supply apparatus, wherein the nitrogen precursor supply apparatus maintains the pressure in the reaction chamber in a range of 1 to 20 bar in a nitrogen precursor atmosphere, boron nitride Nanotube continuous manufacturing device. 제1항에 있어서,
상기 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치는 수집 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치.The method of claim 1,
The boron nitride nanotube continuous production device is a collection device; characterized in that it further comprises, boron nitride nanotube continuous production device. 제1항에 있어서,
상기 상기 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치는 가스 배출 장치, 소켓, 열전대(thermocouple), 압력 게이지, 쉐도우 그래프(shadow graph), 및 플라즈마 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 장치.The method of claim 1,
The boron nitride nanotube continuous manufacturing apparatus further comprises any one or more of a gas discharge device, a socket, a thermocouple, a pressure gauge, a shadow graph, and a plasma, boron nitride nanotubes Continuous manufacturing device. 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 반응 챔버 내의 타겟으로 연속적으로 주입하는 단계; 및
타겟에 에너지를 조사하여 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체와 질소 전구체를 반응시켜 질화붕소 나노튜브를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법.Continuously injecting a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor into a target in the reaction chamber; And
Irradiating energy to the target to produce boron nitride nanotubes by reacting a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor and a nitrogen precursor to produce boron nitride nanotubes. 제15항에 있어서,
주입된 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 타겟 포면에 정렬시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법.The method of claim 15,
Aligning the injected boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor on the target surface; characterized in that it further comprises, boron nitride nanotube continuous production method. 제16항에 있어서,
상기 정렬 단계는, 상기 타켓이 진동 또는 3차원　XYZ　좌표계의 X방향, Y방향 및 Z방향 중 임의의 방향으로의 이동, 기울어짐, 또는 회전 중 어느 하나 이상을 포함하는 모션을 수행하여 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 타겟 표면에 고르게 분포시키는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법.The method of claim 16,
In the alignment step, the target vibrates or performs a motion including any one or more of movement, inclination, or rotation in any of the X, Y, and Z directions of the three-dimensional XYZ coordinate system to perform a boron precursor or Boron-metal catalyst composite precursor, characterized in that evenly distributed on the target surface, boron nitride nanotube continuous production method. 제15항에 있어서,
상기 연속적 주입 단계는 전구체 주입구로 공급된 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 전구체 이송 장치를 통하여 반응 챔버 내부로 이동시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법.The method of claim 15,
The continuous injection step comprises moving the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor supplied to the precursor injection port into the reaction chamber through a precursor transfer device. 제18항에 있어서,
상기 전구체 이송 장치는 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 반응 챔버 내부로 압출 또는 토출시키는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법.The method of claim 18,
The precursor transfer device is characterized in that for extruding or discharging a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor into a reaction chamber, boron nitride nanotube continuous production method. 제15항에 있어서,
상기 연속적 주입 단계는 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체의 주입 전/후로 반응 챔버의 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법.The method of claim 15,
The continuous injection step is characterized in that the pressure of the reaction chamber is maintained before/after injection of the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor. 제20항에 있어서,
붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체의 주입 전/후로 반응 챔버의 압력 손실이 5% 이내인 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법.The method of claim 20,
A method for continuously manufacturing boron nitride nanotubes, characterized in that the pressure loss in the reaction chamber before/after injection of the boron precursor or the boron-metal catalyst composite precursor is within 5%. 제15항에 있어서,
상기 타겟의 일 부분에 에너지를 조사하여 붕소 전구체 또는 붕소-금속 촉매 복합 전구체로부터 붕소 기체를 형성하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법.The method of claim 15,
Irradiating energy to a portion of the target to form a boron gas from a boron precursor or a boron-metal catalyst composite precursor, boron nitride nanotube continuous production method. 제15항에 있어서,
100 내지 1,500W 전력 범위로 에너지를 조사하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법.The method of claim 15,
A method for continuously producing boron nitride nanotubes, characterized in that irradiation of energy in a power range of 100 to 1,500W. 제15항에 있어서,
상기 반응 챔버는 질소 전구체 분위기에서 1 내지 20 bar범위의 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법.The method of claim 15,
The reaction chamber is characterized in that maintaining a pressure in the range of 1 to 20 bar in a nitrogen precursor atmosphere, boron nitride nanotube continuous production method. 제15항에 있어서,
상기 연속 제조 방법은 붕소 전구체 및 금속 촉매를 혼합하여 붕소-금속 촉매 복합 전구체를 준비하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법.The method of claim 15,
The continuous manufacturing method further comprises a step of preparing a boron-metal catalyst composite precursor by mixing a boron precursor and a metal catalyst; a method for continuously manufacturing boron nitride nanotubes. 제25항에 있어서,
붕소-금속 촉매 복합 전구체 준비 단계는 붕소 전구체 및 금속 촉매을 전자빔(e-beam) 증착, 스퍼터링 증착, 볼밀링, 전해 도금, 및 무전해 도금 중 어느 하나 이상의 방법으로 혼합하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법.The method of claim 25,
The boron-metal catalyst composite precursor preparation step comprises mixing the boron precursor and the metal catalyst by any one or more of electron beam (e-beam) deposition, sputtering deposition, ball milling, electroplating, and electroless plating, boron nitride Nanotube continuous manufacturing method. 제25항에 있어서,
상기 붕소-금속 촉매 복합 전구체는 붕소 전구체 및 금속 촉매를 20 : 1 내지 1:1 중량비 범위로 혼합하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법.The method of claim 25,
The boron-metal catalyst composite precursor is characterized in that mixing the boron precursor and the metal catalyst in the range of 20:1 to 1:1 weight ratio, boron nitride nanotube continuous production method. 제15항에 있어서,
합성된 질화붕소 나노튜브를 수거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노튜브 연속 제조 방법.The method of claim 15,
Collecting the synthesized boron nitride nanotubes; characterized in that it further comprises, boron nitride nanotubes continuous production method.
KR1020190094452A 2019-08-02 2019-08-02 A device for continuous production of boron nitride and the method for producing the same KR102250518B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190094452A KR102250518B1 (en) 2019-08-02 2019-08-02 A device for continuous production of boron nitride and the method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190094452A KR102250518B1 (en) 2019-08-02 2019-08-02 A device for continuous production of boron nitride and the method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210015497A true KR20210015497A (en) 2021-02-10
KR102250518B1 KR102250518B1 (en) 2021-05-12

Family

ID=74561036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190094452A KR102250518B1 (en) 2019-08-02 2019-08-02 A device for continuous production of boron nitride and the method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102250518B1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100033964A (en) * 2007-05-15 2010-03-31 내셔날 인스티튜트 오프 에어로스페이스 어소시에이츠 Boron nitride nanotubes
KR20150143798A (en) 2013-04-18 2015-12-23 내션얼 리서치 카운슬 오브 캐나다 boron nitride nanotubes and process for production thereof
KR20160118835A (en) * 2015-04-03 2016-10-12 주식회사바텍 Apparatus and method of fabricating boron nitride nanotube
KR20170016539A (en) 2015-08-03 2017-02-14 한국원자력연구원 Method for preparing boron nitride nanotubes by thermal annealing of ball milled boron powder
KR20170078803A (en) * 2014-11-01 2017-07-07 비엔엔티 엘엘씨 Target holders, multiple-incidence angle, and multizone heating for bnnt synthesis
KR20180013966A (en) * 2015-05-21 2018-02-07 비엔엔티 엘엘씨 Synthesis of boron nitride nanotubes by direct induction
KR20180015502A (en) * 2016-08-03 2018-02-13 한국과학기술연구원 Methods of preparing boron nitride nanotubes

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100033964A (en) * 2007-05-15 2010-03-31 내셔날 인스티튜트 오프 에어로스페이스 어소시에이츠 Boron nitride nanotubes
KR20150143798A (en) 2013-04-18 2015-12-23 내션얼 리서치 카운슬 오브 캐나다 boron nitride nanotubes and process for production thereof
KR20170078803A (en) * 2014-11-01 2017-07-07 비엔엔티 엘엘씨 Target holders, multiple-incidence angle, and multizone heating for bnnt synthesis
KR20160118835A (en) * 2015-04-03 2016-10-12 주식회사바텍 Apparatus and method of fabricating boron nitride nanotube
KR20180013966A (en) * 2015-05-21 2018-02-07 비엔엔티 엘엘씨 Synthesis of boron nitride nanotubes by direct induction
KR20170016539A (en) 2015-08-03 2017-02-14 한국원자력연구원 Method for preparing boron nitride nanotubes by thermal annealing of ball milled boron powder
KR20180015502A (en) * 2016-08-03 2018-02-13 한국과학기술연구원 Methods of preparing boron nitride nanotubes

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Arenal et al. J. Am. Chem. Soc. (2007) 129 16183-16189, Root-Growth Mechanism for Single-Walled Boron Nitride Nanotubes in Laser Vaporization Technique
Gnoffo et al. 43rd AIAA Thermophysics Conference New Orleans, Louisiana
Smith et al. Nanotechnology 20 (2009) 505604 (6pp), Very long single- and few-walled boron nitride nanotubes via the pressurized vapor/condenser method

Also Published As

Publication number Publication date
KR102250518B1 (en) 2021-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10640378B2 (en) Induction-coupled plasma synthesis of boron nitrade nanotubes
US7687109B2 (en) Apparatus and method for making carbon nanotube array
US20220281743A1 (en) System and methods for fabricating boron nitride nanostructures
Zhang et al. Single-step pathway for the synthesis of tungsten nanosized powders by RF induction thermal plasma
US20060269668A1 (en) Method for making carbon nanotube array
Chen et al. One-dimensional nanomaterials synthesized using high-energy ball milling and annealing process
US10584032B2 (en) Method for preparing boron nitride nanotubes
US20200216317A1 (en) Boron nitride nanotube (bnnt)-nanoparticle composites, methods for the preparation thereof and their macroscopic assemblies
KR102250518B1 (en) A device for continuous production of boron nitride and the method for producing the same
KR20160049093A (en) Preparation method of cubic boron nitride nanopowder by thermal plasma, and the cubic boron nitride nanopowder thereby
RU2547016C2 (en) Method of producing nanosize silicon structures
LaLonde et al. Metal coatings on SiC nanowires by plasma-enhanced chemical vapor deposition
Qin et al. Preparation of aligned Cu nanowires by room-temperature reduction of CuO nanowires in electron cyclotron resonance hydrogen plasma
Fengqiu et al. Mechanosynthesis of boron nitride nanotubes
Khavarian et al. Floating catalyst CVD synthesis of carbon nanotubes using iron (III) chloride: Influences of the growth parameters
Ohishi et al. Continuous synthesis of carbon nanoclusters using well-controlled thermal plasmas
Wulan et al. The Effect of Reaction Time on the Quality of Hydrogen and Carbon Nanotubes Produced through Catalytic Decomposition of Methane
Singh et al. Gas Phase Synthesis of Carbon Nanotubes by Vapour Deposition Method: Evaluation of Morphological Behaviour
Pakdee et al. Reductive heat treatment of austenitic stainless steel substrate for growth of hybrid carbon nanostructures
CA2801533A1 (en) Multi-branched n-doped carbon nanotubes and the process for making same
Yamatani et al. Continuous production of carbon nanostructures using plasma jet
Liu et al. UNIFORM-AND HIGH-YIELD CARBON NANOTUBES WITH MODULATED NITROGEN CONCENTRATION FOR PROMISING NANOSCALE ENERGETIC MATERIALS
Duangsawat et al. Reductive Heat Treatment of Austenitic Stainless Steel Substrate for Growth of Hybrid Carbon Nanostructures
Yoshihara et al. Characterization of Carbon Nanofibers Synthesized by Using the Well-Controlled Thermal Plasmas

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant