KR20220085691A - Electroless plating apparstus and multidimensional carbon nanostructure manufacturing method using thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무전해도금 장치 및 이를 이용한 다차원 탄소나노구조체 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 다차원 탄소나노구조체 제조방법은 탄소지지체의 표면을 민감화 처리하는 민감화 처리단계; 상기 탄소지지체의 표면을 활성화 처리하는 활성화 처리단계; 무전해도금 용액이 채워진 챔버에 상기 탄소지지체를 넣고 초음파 균질기로 상기 무전해도금 용액을 초음파 진동시키면서 상기 탄소지지체의 표면에 금속촉매를 담지하는 금속촉매 담지단계; 및 상기 탄소지지체 상에 탄소나노튜브를 성장시키는 탄소나노튜브 성장단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 탄소지지체 표면에서 탄소나노튜브가 균질하게 성장된 다차원 탄소나노구조체를 제조하는 것이 가능하다.The present invention relates to an electroless plating apparatus and a method for manufacturing a multidimensional carbon nanostructure using the same. an activation treatment step of activating the surface of the carbon support; A metal catalyst loading step of placing the carbon support in a chamber filled with an electroless plating solution and supporting the metal catalyst on the surface of the carbon support while ultrasonically vibrating the electroless plating solution with an ultrasonic homogenizer; and a carbon nanotube growth step of growing carbon nanotubes on the carbon support.
Accordingly, it is possible to prepare a multidimensional carbon nanostructure in which carbon nanotubes are uniformly grown on the surface of the carbon support.
Description
본 발명은 무전해도금 장치 및 이를 이용한 다차원 탄소나노구조체 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소지지체 표면에서 탄소나노튜브가 균질하게 성장할 수 있도록 하는 무전해도금 장치 및 이를 이용한 다차원 탄소나노구조체 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electroless plating apparatus and a method for manufacturing a multidimensional carbon nanostructure using the same, and more particularly, to an electroless plating apparatus for uniformly growing carbon nanotubes on the surface of a carbon support, and manufacturing a multidimensional carbon nanostructure using the same it's about how
그래핀, 풀러렌, 탄소나노튜브와 같은 탄소 소재들은 우수한 물성을 가지고 있으며, 태양광전지, FED(Field Emission Device), 커패시터, 배터리 등 폭넓은 분야에 응용될 수 있어, 탄소 소재들에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.Carbon materials such as graphene, fullerene, and carbon nanotubes have excellent physical properties and can be applied to a wide range of fields such as solar cells, FED (Field Emission Device), capacitors, and batteries, so research on carbon materials is active. is proceeding.
탄소 소재 중에서도 하이브리드 복합체는 서로 다른 형태의 탄소 소재들 각각의 특성을 살리는 것이 가능하다.Among carbon materials, the hybrid composite can utilize the characteristics of different types of carbon materials.
하이브리드 복합체 중에서 그래핀, 흑연, 탄소 섬유와 같은 탄소지지체 상에 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube)가 성장되어 있는 탄소 소재는 탄소지지체에 금속촉매를 코팅하고 그 표면에 탄소나노튜브를 성장시키는 직접 합성법에 의해 제조될 수 있다.Among hybrid composites, a carbon material in which carbon nanotubes (CNTs) are grown on a carbon support such as graphene, graphite, and carbon fiber is a method for coating a metal catalyst on a carbon support and growing carbon nanotubes on the surface. It can be prepared by direct synthesis.
직접 합성법은 보다 구체적으로, 탄소지지체의 표면을 민감화 처리하는 단계, 탄소지지체의 표면을 활성화 처리하는 단계, 탄소지지체의 표면에 금속촉매를 담지하는 단계 및 탄소지지체 표면에 담지된 금속촉매로부터 탄소나노튜브를 성장시키는 단계를 포함한다.The direct synthesis method is more specifically, the step of sensitizing the surface of the carbon support, the step of activating the surface of the carbon support, the step of supporting a metal catalyst on the surface of the carbon support, and the carbon nano from the metal catalyst supported on the surface of the carbon support. growing the tube.
그런데 민감화 처리나 활성화 처리시 사용되는 염 입자가 탄소지지체의 표면에서 완전히 제거되지 못하거나 금속촉매가 탄소지지체의 표면에 균일하게 담지되지 않은 경우에는 탄소지지체의 표면에서 탄소나노튜브가 균일하게 성장하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.However, if the salt particles used in the sensitization treatment or activation treatment are not completely removed from the surface of the carbon support or if the metal catalyst is not uniformly supported on the surface of the carbon support, the carbon nanotubes do not grow uniformly on the surface of the carbon support. There may be problems that cannot be
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 금속촉매 담지시 탄소지지체의 표면에 분순물이나 큰 금속촉매 입자가 흡착되는 것을 방지할 수 있는 무전해도금 장치 및 이를 이용한 다차원 탄소나노구조체 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the related art, and an electroless plating apparatus capable of preventing the adsorption of impurities or large metal catalyst particles to the surface of a carbon support when a metal catalyst is supported, and a multi-dimensional apparatus using the same An object of the present invention is to provide a method for manufacturing carbon nanostructures.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 무전해도금 용액이 채워지는 챔버; 및 상기 챔버 내 무전해도금 용액을 초음파 진동시키는 초음파 균질기;를 포함하는 무전해도금 장치에 의해 달성된다.The above object, according to the present invention, a chamber filled with an electroless plating solution; and an ultrasonic homogenizer for ultrasonically vibrating the electroless plating solution in the chamber.
상기 초음파 균질기는 상기 챔버 내로 연장되며 진동하는 진동 팁을 구비할 수 있다.The ultrasonic homogenizer may have a vibrating tip extending into the chamber and vibrating.
상기 진동 팁은 Ti 재질로 이루어질 수 있다.The vibrating tip may be made of a Ti material.
상기 초음파 균질기에서 상기 진동 팁은 다수 개가 구비될 수 있다.In the ultrasonic homogenizer, a plurality of vibrating tips may be provided.
상기 진동 팁은 상기 챔버 내에서 이동 가능하게 형성될 수 있다.The vibrating tip may be formed to be movable within the chamber.
본 발명에 의한 무전해도금 장치는 상기 챔버 내에 열을 공급하는 히터를 더 포함할 수 있다.The electroless plating apparatus according to the present invention may further include a heater for supplying heat to the chamber.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 탄소지지체의 표면을 민감화 처리하는 민감화 처리단계; 상기 탄소지지체의 표면을 활성화 처리하는 활성화 처리단계; 무전해도금 용액이 채워진 챔버에 상기 탄소지지체를 넣고 초음파 균질기로 상기 무전해도금 용액을 초음파 진동시키면서 상기 탄소지지체의 표면에 금속촉매를 담지하는 금속촉매 담지단계; 및 상기 탄소지지체 상에 탄소나노튜브를 성장시키는 탄소나노튜브 성장단계;를 포함하는 다차원 탄소나노구조체 제조방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, a sensitization treatment step of sensitizing the surface of the carbon support; an activation treatment step of activating the surface of the carbon support; A metal catalyst loading step of placing the carbon support in a chamber filled with an electroless plating solution and supporting the metal catalyst on the surface of the carbon support while ultrasonically vibrating the electroless plating solution with an ultrasonic homogenizer; and a carbon nanotube growth step of growing carbon nanotubes on the carbon support.
상기 금속촉매 담지단계에서는 상기 무전해도금 용액을 60 ~ 90℃로 가열할 수 있다.In the step of supporting the metal catalyst, the electroless plating solution may be heated to 60 to 90°C.
상기 민감화 처리단계에서는 Sn염을 포함하는 민감화 용액에 상기 탄소지지체를 혼합하여 상기 탄소지지체의 표면을 민감화 처리할 수 있다.In the sensitization treatment step, the surface of the carbon support may be sensitized by mixing the carbon support with a sensitizing solution containing Sn salt.
상기 활성화 처리단계에서는 Pd염을 포함하는 활성화 용액에 상기 탄소지지체를 혼합하여 상기 탄소지지체의 표면을 활성화 처리할 수 있다.In the activation treatment step, the carbon support may be mixed with an activation solution containing a Pd salt to activate the surface of the carbon support.
상기 금속촉매 담지단계에서 상기 무전해도금 용액은 Fe염, Co염 및 환원제를 포함할 수 있다.In the step of supporting the metal catalyst, the electroless plating solution may include an Fe salt, a Co salt and a reducing agent.
본 발명에 의한 무전해도금 장치에 의하면, 직접 합성법을 이용해 다차원 탄소나노구조체를 제조시 금속촉매를 담지하는 공정에서 탄소지지체의 표면에 일정하게 작은 크기의 금속 입자만이 흡착되도록 하여 도금의 균일도를 향상시킬 수 있다.According to the electroless plating apparatus according to the present invention, when manufacturing a multidimensional carbon nanostructure using a direct synthesis method, in the process of supporting a metal catalyst, only small-sized metal particles are adsorbed to the surface of the carbon support to increase the uniformity of plating can be improved
이에 따라, 탄소지지체 상에 탄소나노튜브를 성장시킬 때 탄소나노튜브가 균질하게 성장할 수 있다.Accordingly, when the carbon nanotubes are grown on the carbon support, the carbon nanotubes may be uniformly grown.
그리고 금속촉매 담지시 금속 입자가 탄소지지체의 표면에 결합하는 반응시간이 감소하여 다차원 탄소나노구조체 제조공정의 전체 소요시간을 줄일 수 있다.In addition, when the metal catalyst is supported, the reaction time for binding the metal particles to the surface of the carbon support is reduced, thereby reducing the overall time required for the multi-dimensional carbon nanostructure manufacturing process.
본 발명에 의한 무전해도금 장치의 초음파 균질기는 진동 팁 형태로 형성되고, 이러한 진동 팁은 다수 개가 구비되어, 탄소지지체에 대한 금속촉매 담지 공정이 보다 효과적으로 수행될 수 있도록 한다.The ultrasonic homogenizer of the electroless plating apparatus according to the present invention is formed in the form of a vibrating tip, and a plurality of such vibrating tips are provided, so that the metal catalyst loading process on the carbon support can be performed more effectively.
도 1은 본 발명에 의한 무전해도금 장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 의한 다차원 탄소나노구조체 제조방법의 순서도,
도 3은 본 발명에 의한 다차원 탄소나노구조체 제조방법의 민감화 처리단계에 관한 설명도,
도 4는 본 발명에 의한 다차원 탄소나노구조체 제조방법의 활성화 처리단계에 관한 설명도,
도 5는 본 발명에 의한 다차원 탄소나노구조체 제조방법의 금속촉매 담지단계에 관한 설명도,
도 6은 금속촉매 담지시 초음파 균질기를 사용하지 않은 경우의 탄소지지체 상에서 성장한 탄소나노튜브의 SEM 이미지,
도 7은 본 발명에 의한 다차원 탄소나노구조체 제조방법에 의해 제조된 다차원 탄소나노구조체의 탄소나노튜브 SEM 이미지이다.1 is a schematic configuration diagram of an electroless plating apparatus according to the present invention;
2 is a flowchart of a method for manufacturing a multi-dimensional carbon nanostructure according to the present invention;
3 is an explanatory view of the sensitization treatment step of the method for manufacturing a multidimensional carbon nanostructure according to the present invention;
4 is an explanatory view of the activation treatment step of the multidimensional carbon nanostructure manufacturing method according to the present invention;
5 is an explanatory view of the metal catalyst loading step of the method for manufacturing a multidimensional carbon nanostructure according to the present invention;
6 is an SEM image of carbon nanotubes grown on a carbon support in the case where an ultrasonic homogenizer is not used when the metal catalyst is supported;
7 is a carbon nanotube SEM image of a multidimensional carbon nanostructure prepared by the method for manufacturing a multidimensional carbon nanostructure according to the present invention.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참고하여 자세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명에 의한 무전해도금 장치(1)는 직접 합성법을 이용해 다차원 탄소나노구조체를 제조하는 경우에 탄소지지체 표면 민감화 처리 및 탄소지지체 표면 활성화 처리 후에 수행되는 탄소지지체(GNP)의 표면에 금속촉매를 담지하는 공정을 위한 것이다.The electroless plating apparatus (1) according to the present invention is a carbon support surface sensitization treatment and carbon support surface activation treatment in the case of manufacturing a multidimensional carbon nanostructure using a direct synthesis method. This is for the loading process.
도 1에는 본 발명에 의한 무전해도금 장치(1)의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.1 is a schematic configuration diagram of the
본 발명에 의한 무전해도금 장치(1)는 챔버(10)와 초음파 균질기(20)를 포함하여 이루어진다.The
챔버(10)는 용기 형상으로 이루어져 무전해도금 용액이 채워진다. 무전해도금 용액에는 예를 들어, Fe염, Co염, 및 환원제가 적절한 농도로 포함될 수 있다. 무전해도금 용액에 민감화 처리 및 활성화 처리를 거친 탄소지지체(GNP)를 투입하면, Fe염과 Co염으로부터 발생한 Fe2+ 이온과 Co2+ 이온이 탄소지지체의 표면에서 환원되어 석출된다. 탄소지지체의 표면에서 석출된 금속은 후속으로 진행되는 공정에서 촉매의 역할을 하게 된다.The
초음파 균질기(20)는 챔버(10) 내 무전해도금 용액을 초음파 진동시키는 역할을 한다. 초음파 진동은 무전해도금 용액 내에서 반데르발스 힘에 의해 응집하는 나노 입자들을 분산시킬 수 있으며, 금속 입자의 산화층과 같은 불순물 피막을 분쇄할 수 있다. 또한, 민감화 처리나 활성화 처리에서 사용된 후 제거되지 못한 입자가 탄소지지체에 흡착되는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로, 탄소지지체의 표면에는 일정하게 작은 크기의 금속 입자만이 흡착되어 도금의 균일도가 향상될 수 있으며, 이는 촉매사이트 형성에 도움을 주어 금속 입자가 탄소지지체의 표면에 결합하는 반응시간을 감소시키게 된다.The
초음파 균질기(20)는 챔버(10) 내로 연장되어 진동하는 진동 팁(21)을 구비할 수 있다. 진동 팁(21)은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 막대 형상으로 이루어져 무전해도금 용액 내에 삽입됨으로써 진동을 무전해도금 용액 내의 입자들에 효과적으로 전달할 수 있다.The
진동 팁(21)에서 무전해도금 용액 내로 삽입되는 부분은 Ti 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 무전해도금 용액과 접하는 진동 팁(21)이 무전해도금 용액 내에서 이루어지는 화학반응에 영향을 주는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 초음파 균질기(20)가 무전해도금 용액 내 입자들을 보다 효율적으로 분산시키는 것이 가능하다.A portion of the vibrating
초음파 균질기(20)는 다수 개의 진동 팁(21)을 구비할 수 있다. 다수 개의 진동 팁(21)은 챔버(10) 내에서 이격 배치되어 챔버(10) 내에서 전체적으로 무전해도금 용액을 진동시킬 수 있다. 진동 팁(21)의 개수는 무전해도금 용액의 조성이나 농도, 세부 공정, 챔버(10)의 용량 등에 맞추어 정해질 수 있다.The
진동 팁(21)은 챔버(10)의 용량에 따라 직경이 1㎜ ~ 13㎜로 정해질 수 있다.The vibrating
진동 팁(21)은 챔버(10) 내에서 이동 가능하게 형성될 수 있다. 이 경우, 적은 수의 진동 팁(21)으로도 챔버(10) 내에서 전체적으로 무전해도금 용액을 진동시키는 것이 가능하다. 진동 팁(21)은 모터(미도시) 또는 실린더(미도시) 등에 의해 상하, 전후, 좌우로 일정 속도로 이동 가능하게 형성될 수 있다.The vibrating
초음파 균질기(20)는 10 ~ 300W의 용량을 가질 수 있다.The
본 발명에 의한 무전해도금 장치(1)는 히터(30)를 더 포함할 수 있다. 히터(30)는 챔버(10) 내에 열을 공급하여 무전해도금 용액을 가열하는 역할을 한다. 이에 따라, 금속 이온 환원 반응 등의 화학반응이 활발하게 진행되어 탄소지지체 표면에 대한 무전해도금 공정이 신속하게 진행될 수 있다.The electroless plating
히터(30)는 예를 들어, 무전해도금 용액을 60 ~ 90℃로 가열할 수 있다.The
이하에서는 본 발명에 의한 다차원 탄소나노구조체 제조방법에 대해 설명한다. 본 발명에 의한 다차원 탄소나노구조체 제조방법에 대해 설명하면서 본 발명의 무전해도금 장치(1)의 설명시 언급한 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략할 수 있다.Hereinafter, a method for manufacturing a multidimensional carbon nanostructure according to the present invention will be described. Detailed description of the parts mentioned in the description of the
도 2에는 본 발명에 의한 다차원 탄소나노구조체 제조방법의 순서도가 도시되어 있다.2 is a flowchart of a method for manufacturing a multidimensional carbon nanostructure according to the present invention.
본 발명에 의한 다차원 탄소나노구조체 제조방법은 민감화 처리단계(S10), 활성화 처리단계(S20), 금속촉매 담지단계(S30) 및 탄소나노튜브 성장단계(S40)를 포함하여 이루어진다.The multidimensional carbon nanostructure manufacturing method according to the present invention comprises a sensitization treatment step (S10), an activation treatment step (S20), a metal catalyst loading step (S30), and a carbon nanotube growth step (S40).
민감화 처리단계(S10)에서는 탄소지지체(GNP)의 표면을 만감화 처리한다. 민감화 처리는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 탄소지지체의 표면에 예를 들어, Sn2+ 이온을 흡착시킴으로써 이루어지며, 구체적으로는 Sn염을 포함하는 민감화 용액에 탄소지지체를 혼합하여 반응시킴으로써 이루어질 수 있다.In the sensitization treatment step (S10), the surface of the carbon support (GNP) is sensitized. As shown in FIG. 3, the sensitization treatment is made by adsorbing Sn 2+ ions on the surface of the carbon support, specifically, by mixing the carbon support with a sensitization solution containing Sn salt and reacting it. can
민감화 용액은 물(탈이온수), Sn염 및 염산을 포함할 수 있다.The sensitization solution may include water (deionized water), Sn salt and hydrochloric acid.
탄소지지체 표면에 Sn2+ 이온을 흡착시킨 후에는 탄소지지체와 반응하지 않은 여분의 Sn2+ 이온을 제거하기 위해 다수 회에 걸쳐 세척 작업이 수행될 수 있다.After adsorbing Sn 2+ ions to the surface of the carbon support, washing may be performed multiple times to remove excess Sn 2+ ions that did not react with the carbon support.
활성화 처리단계(S20)에서는 탄소지지체의 표면을 활성화 처리한다. 활성화 처리는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, Sn2+ 이온이 흡착된 탄소지지체의 표면에 예를 들어, Pd2+ 이온을 흡착시킴으로써 이루어지며, 구체적으로는 Pd염을 포함하는 활성화 용액에 탄소지지체를 혼합하여 반응시킴으로써 이루어질 수 있다.In the activation treatment step (S20), the surface of the carbon support is activated. As shown in FIG. 4 , the activation treatment is performed by adsorbing, for example, Pd 2+ ions to the surface of the carbon support on which Sn 2+ ions are adsorbed, specifically, carbon in an activation solution containing a Pd salt. It can be achieved by mixing and reacting the support.
탄소지지체 표면의 Sn2+ 이온은 Pd2+ 이온과 반응하여 탄소지지체의 표면에는 Sn4+/Pd가 형성되며, 이때의 반응식은 아래와 같다.Sn 2+ ions on the surface of the carbon support react with Pd 2+ ions to form Sn 4+ /Pd on the surface of the carbon support, and the reaction formula at this time is as follows.
Sn2+ + Pd2+ → Pd0Sn4+ Sn 2+ + Pd 2+ → Pd 0 Sn 4+
탄소지지체의 표면에 Sn4+/Pd을 형성한 후에는 반응하지 않은 여분의 Pd2+ 이온을 제거하기 위해 다수 회에 걸쳐 세척 작업이 수행될 수 있다.After Sn 4+ /Pd is formed on the surface of the carbon support, washing may be performed multiple times to remove excess unreacted Pd 2+ ions.
금속촉매 담지단계(S30)에서는 무전해도금 용액이 채워진 챔버(10)에 민감화 처리단계(S10)와 활성화 처리단계(S20)를 거친 탄소지지체를 넣고 초음파 균질기(20)로 무전해도금 용액을 초음파 진동시키면서 탄소지지체의 표면에 금속촉매를 담지한다.In the metal catalyst loading step (S30), the carbon support that has undergone the sensitization treatment step (S10) and the activation treatment step (S20) is put into the
금속촉매는 후속 단계에서 탄소나노튜브를 성장시키기 위한 것으로, 전이금속촉매가 사용될 수 있다. 구체적으로 Fe, Co, Mo, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Cd, Zn, Ru, Pd, Ag, Pt 및 Au 등의 단일 금속 또는 이들의 합금이 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 예시적으로 Fe/Co 금속촉매가 탄소지지체 표면에 담지되도록 하였다.The metal catalyst is for growing carbon nanotubes in a subsequent step, and a transition metal catalyst may be used. Specifically, single metals such as Fe, Co, Mo, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Cd, Zn, Ru, Pd, Ag, Pt and Au or alloys thereof may be used, and in the present invention, examples As a result, the Fe/Co metal catalyst was supported on the surface of the carbon support.
무전해도금 용액에는 Fe염, Co염 및 환원제 등이 포함될 수 있다.The electroless plating solution may include an Fe salt, a Co salt, and a reducing agent.
초음파 균질기(20)로 무전해도금 용액을 초음파 진동시키는 경우, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 초음파에 의해 무전해도금 용액이 감압과 증압을 반복하면서 캐비테이션 코어(Cavitation Core)가 발생하고 이 캐비테이션 코어가 수축과 팽창을 반복하다가 표면장력 이상의 압력에 의해 수축 폭발하게 된다. 그리고 이러한 수축 폭발에 의해 응집된 입자들이 분산되거나 불순물이 분쇄되어, 탄소지지체 표면에는 작은 크기의 금속입자가 균질하게 흡착될 수 있다.When the electroless plating solution is ultrasonically vibrated with the
금속촉매 담지단계(S30)에서는 히터(30)를 이용해 무전해도금 용액을 60 ~ 90℃로 가열함으로써 탄소지지체 표면에 대한 금속촉매가 신속하게 담지되도록 할 수 있다.In the metal catalyst loading step (S30), the metal catalyst can be quickly supported on the surface of the carbon support by heating the electroless plating solution to 60 to 90° C. using the
탄소지지체의 표면에 Fe/Co 금속촉매를 담지한 후에는 반응하지 않은 여분의 Fe2+ 이온, Co2+ 이온 및 기타 불순물들을 제거하기 위해 다수 회에 걸쳐 세척 작업이 수행될 수 있다.After the Fe/Co metal catalyst is supported on the surface of the carbon support, washing may be performed multiple times to remove unreacted excess Fe 2+ ions, Co 2+ ions and other impurities.
탄소나노튜브 성장단계(S40)에서는 Fe/Co 금속촉매가 담지된 탄소지지체 상에 탄소나노튜브를 성장시킨다.In the carbon nanotube growth step (S40), the carbon nanotube is grown on the carbon support on which the Fe/Co metal catalyst is supported.
탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 기능화된 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 기능화된 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 또는 기능화된 다중벽 탄소나노튜브일 수 있다.The carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes, functionalized single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, functionalized double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or functionalized multi-walled carbon nanotubes.
탄소나노튜브를 성장시키는 방법으로는 화학기상증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition)이 이용될 수 있으며, 구체적으로는 금속촉매가 담지된 탄소지지체를 성장 반응기에 도입하고 반응기의 온도를 900 ~ 1000℃로 올린 후에 탄소 소스를 포함하는 반응 기체를 유동시킴으로써 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있다. 이때, 반응기의 압력이나 반응 기체의 유량을 조절함으로써 탄소나노튜브의 직경이나 길이를 제어하는 것이 가능하다.As a method of growing carbon nanotubes, chemical vapor deposition (CVD) can be used. Specifically, a carbon support on which a metal catalyst is supported is introduced into the growth reactor and the temperature of the reactor is increased to 900 ~ 1000℃. After raising, the carbon nanotubes can be grown by flowing a reaction gas containing a carbon source. In this case, it is possible to control the diameter or length of the carbon nanotubes by adjusting the pressure of the reactor or the flow rate of the reaction gas.
금속촉매 담지단계(S30)에서 탄소지지체의 표면에 금속촉매가 균질하게 담지되었기 때문에 탄소나노튜브 성장단계(S40)에서 탄소지지체의 표면에서는 탄소나노튜브가 균질하게 성장할 수 있다.Since the metal catalyst was homogeneously supported on the surface of the carbon support in the step of supporting the metal catalyst (S30), the carbon nanotubes can be homogeneously grown on the surface of the carbon support in the step of growing carbon nanotubes (S40).
도 6에는 금속촉매 담지단계(S30)에서 초음파 균질기(20)를 사용하지 않은 경우에 있어 탄소지지체 상에서 성장한 탄소나노튜브의 SEM 이미지가 도시되어 있고, 도 7에는 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 다차원 탄소나노구조체의 탄소나노튜브 SEM 이미지가 도시되어 있다.6 shows an SEM image of carbon nanotubes grown on a carbon support in the case where the
본 발명의 다차원 탄소나노구조체 제조방법에 의해 제조된 탄소나노구조체의 탄소나노튜브는, 금속촉매 담지단계(S30)에서 초음파 균질기(20)를 사용하지 않은 경우에 비해 성장 형상이나 두께가 훨씬 균질한 것을 확인할 수 있다.The carbon nanotube of the carbon nanostructure manufactured by the method for manufacturing a multidimensional carbon nanostructure of the present invention has a much more homogeneous growth shape or thickness than the case where the
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various types of embodiments within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the present invention claimed in the claims, it is considered to be within the scope of the claims of the present invention to various extents that can be modified by any person skilled in the art to which the invention pertains.
1 : 무전해도금 장치
10 : 챔버
20 : 초음파 균질기
21 : 진동 팁
30 : 히터1: Electroless plating device
10: chamber 20: ultrasonic homogenizer
21: vibration tip 30: heater
Claims (11)
상기 챔버 내 무전해도금 용액을 초음파 진동시키는 초음파 균질기;를 포함하는 무전해도금 장치.
a chamber filled with an electroless plating solution; and
Electroless plating apparatus comprising a; ultrasonic homogenizer for ultrasonically vibrating the electroless plating solution in the chamber.
상기 초음파 균질기는 상기 챔버 내로 연장되며 진동하는 진동 팁을 구비하는 것을 특징으로 하는 무전해도금 장치.
The method of claim 1,
The ultrasonic homogenizer is an electroless plating apparatus, characterized in that having a vibrating tip extending into the chamber and vibrating.
상기 진동 팁은 Ti 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무전해도금 장치.
According to claim 2,
The vibrating tip is an electroless plating device, characterized in that made of a Ti material.
상기 초음파 균질기에서 상기 진동 팁은 다수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 무전해도금 장치.
3. The method of claim 2,
In the ultrasonic homogenizer, the electroless plating apparatus, characterized in that the plurality of vibrating tips are provided.
상기 진동 팁은 상기 챔버 내에서 이동 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 무전해도금 장치.
3. The method of claim 2,
The vibrating tip is an electroless plating apparatus, characterized in that it is formed to be movable in the chamber.
상기 챔버 내에 열을 공급하는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무전해도금 장치.
The method of claim 1,
The electroless plating apparatus further comprising a heater for supplying heat to the chamber.
상기 탄소지지체의 표면을 활성화 처리하는 활성화 처리단계;
무전해도금 용액이 채워진 챔버에 상기 탄소지지체를 넣고 초음파 균질기로 상기 무전해도금 용액을 초음파 진동시키면서 상기 탄소지지체의 표면에 금속촉매를 담지하는 금속촉매 담지단계; 및
상기 탄소지지체 상에 탄소나노튜브를 성장시키는 탄소나노튜브 성장단계;를 포함하는 다차원 탄소나노구조체 제조방법.
a sensitization treatment step of sensitizing the surface of the carbon support;
an activation treatment step of activating the surface of the carbon support;
A metal catalyst loading step of placing the carbon support in a chamber filled with an electroless plating solution and supporting the metal catalyst on the surface of the carbon support while ultrasonically vibrating the electroless plating solution with an ultrasonic homogenizer; and
A multidimensional carbon nanostructure manufacturing method comprising a; a carbon nanotube growth step of growing carbon nanotubes on the carbon support.
상기 금속촉매 담지단계에서는 상기 무전해도금 용액을 60 ~ 90℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 다차원 탄소나노구조체 제조방법.
8. The method of claim 7,
In the metal catalyst supporting step, the multidimensional carbon nanostructure manufacturing method, characterized in that heating the electroless plating solution to 60 ~ 90 ℃.
상기 민감화 처리단계에서는 Sn염을 포함하는 민감화 용액에 상기 탄소지지체를 혼합하여 상기 탄소지지체의 표면을 민감화 처리하는 것을 특징으로 하는 다차원 탄소나노구조체 제조방법.
8. The method of claim 7,
In the sensitization treatment step, a multidimensional carbon nanostructure manufacturing method, characterized in that the carbon support is mixed with a sensitized solution containing Sn salt to sensitize the surface of the carbon support.
상기 활성화 처리단계에서는 Pd염을 포함하는 활성화 용액에 상기 탄소지지체를 혼합하여 상기 탄소지지체의 표면을 활성화 처리하는 것을 특징으로 하는 다차원 탄소나노구조체 제조방법.
10. The method of claim 9,
In the activation treatment step, the carbon support is mixed with an activation solution containing a Pd salt to activate the surface of the carbon support.
상기 금속촉매 담지단계에서 상기 무전해도금 용액은 Fe염, Co염 및 환원제를 포함하는 것을 특징으로 하는 다차원 탄소나노구조체 제조방법.8. The method of claim 7,
In the step of supporting the metal catalyst, the electroless plating solution comprises a Fe salt, a Co salt and a reducing agent.
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR101545637B1 (en) | 2013-12-17 | 2015-08-19 | 전자부품연구원 | Method for preparing carbon nanostructure with 3d structure |
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2021
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101545637B1 (en) | 2013-12-17 | 2015-08-19 | 전자부품연구원 | Method for preparing carbon nanostructure with 3d structure |
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