KR20230164412A - Carbon nanotube coating method and carbon nanotube coating device - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기상 합성법을 이용하여 탄소나노튜브 에어로겔을 합성하는 단계; 및 상기 탄소나노튜브 에어로겔을 피코팅체 표면에 분사하여 코팅하는 단계;를 포함하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 코팅방법 및 탄소나노튜브 코팅장치에 의하면, 기상 합성법을 기반으로 탄소나노튜브가 기상에서 합성될 때 솜사탕을 만들 듯 탄소나노튜브 에어로겔의 형태로 뽑아내는 방사법이다. 본 발명에 따른 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법은 연속 공정이며, 고품질의 길이가 긴 탄소나노튜브 에어로겔을 만들 수 있는 장점이 있다.The present invention includes the steps of synthesizing carbon nanotube airgel using a vapor phase synthesis method; and spraying and coating the carbon nanotube airgel on the surface of the object to be coated. It provides a method of manufacturing a carbon nanotube-coated sheet including a.
According to the carbon nanotube coating method and carbon nanotube coating device according to the present invention, when carbon nanotubes are synthesized in the gas phase based on a gas phase synthesis method, the carbon nanotubes are extracted in the form of an airgel as if making cotton candy. The method of manufacturing a carbon nanotube-coated sheet according to the present invention is a continuous process and has the advantage of producing high-quality, long-length carbon nanotube airgel.
Description
본 발명은 탄소나노튜브 코팅방법 및 탄소나노튜브 코팅장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 수직로를 통해 합성된 탄소나노튜브 에어로겔을 피코팅체에 연속적으로 코팅하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanotube coating method and a carbon nanotube coating device, and more specifically, to a carbon nanotube coated sheet in which carbon nanotube airgel synthesized through a vertical passage is continuously coated on a coated body. It relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a sheet coated with carbon nanotubes.
탄소나노튜브는 육각벌집구조의 탄소원자가 원통형으로 배열된 입자이다. 이러한 탄소나노튜브는 전기전도도가 매우 우수할 뿐만 아니라 열전도도 및 기계적 강도도 우수하고, 유연성도 우수한 특성을 가진다. 이러한 탄소나노튜브는 목적에 따라 기판에 코팅되어 투명 커패시터, 전자기차폐, 난연소재, 초발수코팅 등 여러분야에 사용된다.Carbon nanotubes are particles in which carbon atoms in a hexagonal honeycomb structure are arranged in a cylindrical shape. These carbon nanotubes not only have excellent electrical conductivity, but also have excellent thermal conductivity and mechanical strength, as well as excellent flexibility. These carbon nanotubes are coated on substrates depending on the purpose and are used in various fields such as transparent capacitors, electromagnetic shielding, flame retardant materials, and super water-repellent coatings.
한편, 탄소나노튜브를 코팅하는 방법으로는 피코팅체에 분산액을 단순히 떨어뜨리는 드로핑, 피코팅체를 분산액에 담갔다 빼는 딥코팅, 스프레이 코팅, 원판스핀을 이용한 스핀코팅 등의 방법이 있다. 이는 모두 탄소나노튜브를 분산액 상태로 만들어 코팅하는 방법이다. 이러한 방법은 추가적으로 탄소나노튜브를 표면처리 및 분산시킬 용매를 구비해야되는 문제점이 있다.Meanwhile, methods for coating carbon nanotubes include dropping, which simply drops the dispersion on the coated body, dip coating, which involves dipping and removing the coated body in the dispersion, spray coating, and spin coating using a disc spin. These are all methods of coating carbon nanotubes by making them in a dispersion state. This method has the problem of having to additionally provide a solvent to surface treat and disperse the carbon nanotubes.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 습식공정 없이 피코팅체에 코팅 시킬수 있는 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.The present invention was created to solve the above problems, and is characterized by providing a method of coating a coated body without a wet process.
또한, 탄소나노튜브 기상 합성 방법에서 피코팅체에 코팅된 탄소나노튜브층의 두께를 조절할 수 있는 탄소나노튜브 코팅방법 및 탄소나노튜브 코팅장치를 제공하는데 목적이 있다.In addition, the purpose of the present invention is to provide a carbon nanotube coating method and a carbon nanotube coating device that can control the thickness of the carbon nanotube layer coated on the coated body in the carbon nanotube vapor phase synthesis method.
본 발명은, 기상 합성법을 이용하여 탄소나노튜브 에어로겔을 합성하는 단계; 및 상기 탄소나노튜브 에어로겔을 피코팅체 표면에 분사하여 코팅하는 단계;를 포함하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법을 제공한다. The present invention includes the steps of synthesizing carbon nanotube airgel using a vapor phase synthesis method; and spraying and coating the carbon nanotube airgel on the surface of the object to be coated. It provides a method of manufacturing a carbon nanotube-coated sheet including a.
본 발명에 따른 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법 및 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치에 의하면, 상기 코팅된 피코팅체 표면에 휘발성 용매를 분사 후 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to the method of manufacturing a carbon nanotube-coated sheet and the manufacturing apparatus of a carbon nanotube-coated sheet according to the present invention, the step of spraying a volatile solvent on the surface of the coated body and drying it may be further included. .
상기 기상 합성법은, 유동 기상층 반응기를 이용하여 탄소원, 촉매 및 활성제를 포함하는 탄소나노튜브 제조원으로부터 탄소나노튜브를 합성할 수 있다.The gas phase synthesis method can synthesize carbon nanotubes from a carbon nanotube manufacturing source containing a carbon source, a catalyst, and an activator using a fluidized gas phase bed reactor.
상기 탄소원은, C1 내지 C10 의 포화 또는 불포화 탄화수소, 알코올 또는 케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상이고, 상기 촉매는, 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 페로센(Ferrocene), 코발토센(Cobaltocene) 및 니켈로센(nickelocene)으로 이루어진 군으로부터 1 종 이상이며, 상기 활성제는, 티오펜(Thiophene), 이황화탄소(Carbon Disulfide) 또는 황(S) 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.The carbon source is at least one selected from the group consisting of C1 to C10 saturated or unsaturated hydrocarbons, alcohols, or ketones, and the catalyst is copper (Cu), chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten ( W), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) and at least one member from the group consisting of ferrocene, cobaltocene and nickelocene, and the activator is Ti. It may be characterized as any one of Thiophene, Carbon Disulfide, or Sulfur (S).
상기 C1 내지 C10 의 포화 또는 불포화 탄화수소, 알코올 또는 케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 탄소원은, 메탄올(Methanol), 에탄올(Ethanol), 포름알데히드(Formaldehyde), 아세트알데히드(Acetaldehyde), 디에틸에테르(Diethyl Ether), 1-프로판올(1-Propanol), 아세톤(Acetone), 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 자일렌(Xylene), 메탄(Methane), 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane), 펜탄(Pentane), 헥산(Hexane), 시클로헥산(Cyclohexane), 에틸렌(Ethylene), 프로필렌(Propylene) 및 아세틸렌(acetylene) 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.One or more carbon sources selected from the group consisting of C1 to C10 saturated or unsaturated hydrocarbons, alcohols, or ketones include methanol, ethanol, formaldehyde, acetaldehyde, and diethyl ether. (Diethyl Ether), 1-Propanol, Acetone, Benzene, Toluene, Xylene, Methane, Ethane, Propane, It may be characterized as any one of butane, pentane, hexane, cyclohexane, ethylene, propylene, and acetylene.
상기 기상 합성법을 이용하여 탄소나노튜브 에어로겔을 합성하는 단계는, 상기 유동 기상층 반응기에서 탄소나노튜브를 합성하기 위해 가열로를 600℃ 내지 1200℃로 가열하는 단계와, 상기 가열로 안으로 탄화수소 기체와 비활성 기체의 혼합기체 또는 탄화수소 기체와 수소의 혼합기체를 공급하는 탄소원 공급 단계를 더 포함할 수 있다.The step of synthesizing carbon nanotube airgel using the gas phase synthesis method includes heating a heating furnace to 600°C to 1200°C to synthesize carbon nanotubes in the fluidized gaseous bed reactor, and introducing hydrocarbon gas and It may further include a carbon source supply step of supplying a mixed gas of inert gas or a mixed gas of hydrocarbon gas and hydrogen.
상기 비활성 기체는, 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N)로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.The inert gas may be one or more selected from the group consisting of argon (Ar), helium (He), and nitrogen (N).
상기 탄소나노튜브 에어로겔을 피코팅체 표면에 분사하여 코팅하는 단계는, 상기 탄소나노튜브 에어로겔이 상기 기상 유동층 반응기 하부에서 피코팅체로 방사되어 피코팅체를 코팅할 수 있다.In the step of spraying and coating the carbon nanotube airgel on the surface of the coated body, the carbon nanotube airgel may be emitted from the bottom of the gas-phase fluidized bed reactor to the coated body to coat the coated body.
상기 피코팅체는, 고분자 필름, 반도체 기판, 금속 자제 중 어느 하나의 것을 사용할 수 있다.The body to be coated may be any one of a polymer film, a semiconductor substrate, and a metal material.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 코팅방법 및 탄소나노튜브 코팅장치에 의하면, 상기 탄소원, 촉매 및 활성제의 유량을 조절하여 상기 피코팅체의 코팅 두께를 조절할 수 있다.According to the carbon nanotube coating method and carbon nanotube coating device according to the present invention, the coating thickness of the coated body can be adjusted by adjusting the flow rate of the carbon source, catalyst, and activator.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 코팅방법 및 탄소나노튜브 코팅장치에 의하면, 상기 이송부의 속도를 제어하여 상기 피코팅체의 코팅 두께를 조절할 수 있다.According to the carbon nanotube coating method and carbon nanotube coating device according to the present invention, the coating thickness of the coated body can be adjusted by controlling the speed of the transfer unit.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 코팅방법 및 탄소나노튜브 코팅장치에 의하면, 상기 피코팅체의 표면을 코팅하는 회수를 조절하여 상기 피코팅체의 코팅 두께를 조절할 수 있다.According to the carbon nanotube coating method and the carbon nanotube coating device according to the present invention, the coating thickness of the coated body can be adjusted by adjusting the number of times the surface of the coated body is coated.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 코팅방법 및 탄소나노튜브 코팅장치에 의하면, 탄소원, 촉매 및 활성제 등을 공급하는 원료공급부; 상기 원료공급부에서 공급된 원료를 이용하여 탄소나노튜브 에어로겔을 합성하고, 상기 탄소나노튜브 에어로겔을 피코팅체에 코팅하는 코팅부; 및 상기 피코팅체를 코팅부 측으로 운반하고, 상기 탄소나노튜브 에어로겔이 코팅된 피코팅체를 외부로 이송하는 이송부;를 포함하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치를 제공한다. According to the carbon nanotube coating method and carbon nanotube coating device according to the present invention, a raw material supply unit for supplying a carbon source, catalyst, and activator; a coating unit that synthesizes carbon nanotube airgel using raw materials supplied from the raw material supply unit and coats the carbon nanotube airgel on a body to be coated; and a transfer unit that transports the coated body to the coating unit and transfers the carbon nanotube airgel-coated body to the outside.
상기 원료공급부는, 상기 코팅부와 연결되며, 상기 코팅부에 비활성 기체를 공급하는 제1기체공급부재와, 상기 코팅부와 연결되며, 상기 코팅부에 탄화수소 기체를 공급하는 제2기체공급부재와, 상기 코팅부와 연결되며, 상기 코팅부에 혼합 기체를 공급하는 제3기체공급부재와, 상기 제3기체공급부재와 연결되며, 상기 코팅부에 촉매를 공급하는 촉매공급부재와, 상기 제3기체공급부재와 연결되며, 상기 코팅부에 부촉매를 공급하는 부촉매공급부재를 포함할 수 있다.The raw material supply unit includes a first gas supply member connected to the coating unit and supplying an inert gas to the coating unit, and a second gas supply member connected to the coating unit and supplying a hydrocarbon gas to the coating unit. , a third gas supply member connected to the coating portion and supplying a mixed gas to the coating portion, a catalyst supply member connected to the third gas supply member and supplying a catalyst to the coating portion, and the third gas supply member connected to the coating portion and supplying a mixed gas to the coating portion. It is connected to the gas supply member and may include a subcatalyst supply member that supplies a subcatalyst to the coating unit.
상기 코팅부는, 상기 원료공급부에서 공급된 원료가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 유입구에서 유입된 원료를 탄소나노튜브 에어로겔로 합성하는 반응기와, 상기 반응기를 감싸며, 상기 반응기의 온도를 입력된 값으로 가열하는 히터와, 상기 반응기 하부에 배치되며, 상기 반응기에서 합성된 상기 탄소나노튜브 에어로겔을 피코팅체와 수직하게 배출하는 배출구를 포함할 수 있다.The coating unit is formed with an inlet through which the raw material supplied from the raw material supply unit flows, a reactor for synthesizing the raw material supplied from the inlet into carbon nanotube airgel, and surrounding the reactor, and adjusts the temperature of the reactor to the input value. It may include a heater for heating, and an outlet disposed below the reactor and discharging the carbon nanotube airgel synthesized in the reactor perpendicular to the body to be coated.
상기 이송부는, 상기 배출구의 하측에 이격되어 배치되는 제1와인더와, 상기 제1와인더와 수평방향으로 이격되어 배치되는 제2와인더와, 상기 제1와인더 및 제2와인더를 감싸도록 설치되며, 일 측면에 상기 피코팅체가 안착되어 이송되는 컨베이어벨트를 포함할 수 있다.The transfer unit includes a first winder disposed spaced apart from the lower side of the outlet, a second winder disposed horizontally spaced apart from the first winder, and surrounding the first winder and the second winder. It is installed to do so, and may include a conveyor belt on one side of which the coated body is seated and transported.
상기 코팅부는, 상기 제1와인더의 측면에 위치한 상기 피코팅체측으로 탄소나노튜브 에어로겔을 분사할 수 있다.The coating unit may spray carbon nanotube airgel toward the coated body located on the side of the first winder.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 코팅방법 및 탄소나노튜브 코팅장치에 의하면, 상기 탄소나노튜브 에어로겔이 코팅된 피코팅체 상에 휘발성 용매를 분사하여 건조하는 건조부를 더 포함할 수 있다.According to the carbon nanotube coating method and carbon nanotube coating device according to the present invention, the drying unit may further include a drying unit for spraying and drying a volatile solvent on the coated body coated with the carbon nanotube airgel.
상기 피코팅체는, 원형 단면 형상일 수 있다.The body to be coated may have a circular cross-sectional shape.
상기 이송부는, 상기 피코팅체를 수평방향 및 수직방향으로 이송시키고, 상기 코팅부는, 상기 이송부에 의하여 수직방향으로 이동하는 상기 피코팅체에 상기 탄소나노튜브 에어로겔을 분사할 수 있다.The transfer unit may transfer the coated body in the horizontal and vertical directions, and the coating unit may spray the carbon nanotube airgel to the coated body moving in the vertical direction by the transfer unit.
본 발명에 탄소나노튜브 코팅방법 및 탄소나노튜브 코팅장치에 의하면, 기상 합성법을 기반으로 탄소나노튜브가 기상에서 합성될 때 솜사탕을 만들 듯 탄소나노튜브 에어로겔의 형태로 뽑아내는 방사법이다. 본 발명에 따른 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법은 연속 공정이며, 고품질의 길이가 긴 탄소나노튜브 에어로겔을 만들 수 있는 장점이 있다.According to the carbon nanotube coating method and carbon nanotube coating device of the present invention, when carbon nanotubes are synthesized in the gas phase based on a gas phase synthesis method, the carbon nanotubes are extracted in the form of an airgel as if making cotton candy. The method of manufacturing a carbon nanotube-coated sheet according to the present invention is a continuous process and has the advantage of producing high-quality, long-length carbon nanotube airgel.
도 1은 본 발명의 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 탄소나노튜브 코팅 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 탄소나노튜브 코팅 방법을 나타낸 도면이다. Figure 1 is a flowchart of a method for manufacturing a carbon nanotube-coated sheet of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of a manufacturing apparatus for a carbon nanotube-coated sheet of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing a carbon nanotube coating method according to the first embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing a carbon nanotube coating method according to a second embodiment of the present invention.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.
도 1을 참조하면, 본 발명의 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법은 기상 합성법을 이용하여 탄소나노튜브 에어로겔을 합성하는 단계(S110)와, 탄소나노튜브 에어로겔을 피코팅체 표면에 분사하여 코팅하는 단계(S120)와, 코팅된 피코팅체 표면에 휘발성 용매를 분사 후 건조하는 단계(S130)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the method of manufacturing a carbon nanotube-coated sheet of the present invention includes the steps of synthesizing carbon nanotube airgel using a vapor phase synthesis method (S110), and spraying the carbon nanotube airgel on the surface of the coated body. It includes a step of coating (S120) and a step of spraying a volatile solvent on the surface of the coated body and then drying it (S130).
상기 기상 합성법을 이용하여 탄소나노튜브 에어로겔을 합성하는 단계(S110)에서, 상기 기상 합성법은 유동 기상층 반응기를 이용하여 탄소원, 촉매 및 활성제를 포함하는 탄소나노튜브 제조원으로부터 탄소나노튜브를 합성하게 된다. In the step (S110) of synthesizing carbon nanotube airgel using the gas phase synthesis method, the gas phase synthesis method synthesizes carbon nanotubes from a carbon nanotube manufacturing source containing a carbon source, a catalyst, and an activator using a fluidized gas phase bed reactor. .
또한, 상기 유동 기상층 반응기에서 탄소나노튜브를 합성하기 위해 가열로를 600℃ 내지 1200℃로 가열하는 단계와, 상기 가열로 안으로 탄화수소 기체와 비활성 기체의 혼합기체 또는 탄화수소 기체와 수소의 혼합기체를 공급하는 탄소원 공급 단계를 더 포함한다.In addition, in order to synthesize carbon nanotubes in the fluidized gas bed reactor, the heating furnace is heated to 600°C to 1200°C, and a mixed gas of a hydrocarbon gas and an inert gas or a mixed gas of a hydrocarbon gas and hydrogen is introduced into the heating furnace. It further includes a carbon source supply step.
상기 탄소원은, C1 내지 C10 의 포화 또는 불포화 탄화수소, 알코올 또는 케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상이고, 상기 촉매는, 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 페로센(Ferrocene), 코발토센(Cobaltocene) 및 니켈로센(nickelocene)으로 이루어진 군으로부터 1 종 이상이며, 상기 활성제는, 티오펜(Thiophene), 이황화탄소(Carbon Disulfide) 또는 황(S) 중 어느 하나일 수 있다.The carbon source is at least one selected from the group consisting of C1 to C10 saturated or unsaturated hydrocarbons, alcohols, or ketones, and the catalyst is copper (Cu), chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten ( W), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) and at least one member from the group consisting of ferrocene, cobaltocene and nickelocene, and the activator is Ti. It may be either Thiophene, Carbon Disulfide, or Sulfur (S).
본 발명에 있어서, 상기 C1 내지 C10 의 포화 또는 불포화 탄화수소, 알코올 또는 케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 탄소원은, 메탄올(Methanol), 에탄올(Ethanol), 포름알데히드(Formaldehyde), 아세트알데히드(Acetaldehyde), 디에틸에테르(Diethyl Ether), 1-프로판올(1-Propanol), 아세톤(Acetone), 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 자일렌(Xylene), 메탄(Methane), 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane), 펜탄(Pentane), 헥산(Hexane), 시클로헥산(Cyclohexane), 에틸렌(Ethylene), 프로필렌(Propylene) 및 아세틸렌(acetylene) 중 어느 하나일 수 있다. In the present invention, one or more carbon sources selected from the group consisting of C1 to C10 saturated or unsaturated hydrocarbons, alcohols, or ketones include methanol, ethanol, formaldehyde, and acetaldehyde. ), Diethyl Ether, 1-Propanol, Acetone, Benzene, Toluene, Xylene, Methane, Ethane, It may be any one of propane, butane, pentane, hexane, cyclohexane, ethylene, propylene, and acetylene.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 비활성 기체는, 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N)로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상일 수 있다. Additionally, in the present invention, the inert gas may be one or more selected from the group consisting of argon (Ar), helium (He), and nitrogen (N).
상기 탄소나노튜브 에어로겔을 피코팅체 표면에 분사하여 코팅하는 단계(S120)는, 상기 탄소나노튜브 에어로겔이 상기 기상 유동층 반응기 하부에서 피코팅체로 방사되어 피코팅체를 코팅한다. 여기서, 상기 피코팅체는 고분자 필름, 반도체 기판, 금속 자제 중 어느 하나의 것을 사용할 수 있다.In the step of spraying and coating the carbon nanotube airgel on the surface of the coated body (S120), the carbon nanotube airgel is emitted from the bottom of the gas-phase fluidized bed reactor to the coated body to coat the coated body. Here, the coated body may be any one of a polymer film, a semiconductor substrate, and a metal material.
이하부터는, 탄소나노튜브가 피코팅체에 코팅 시 탄소나노튜브의 두께를 조절하는 방법에 대해 설명하도록 한다.From now on, a method of controlling the thickness of carbon nanotubes when coating the carbon nanotubes on a body to be coated will be described.
일 실시예로, 상기 가열로를 1200℃로 가열하고, 상기 가열로 내부로 비활성 기체와 탄화수소 기체를 주입하고, 이후 탄소원과 촉매, 활성제를 주입하게 되면 탄소나노튜브가 다량으로 합성되며 에어로겔의 형태로 제작된다. 이때, 상기 탄소원, 촉매, 및 활성제의 유량을 조절하여 상기 피코팅체의 코팅 두께를 조절할 수 있다. In one example, when the heating furnace is heated to 1200°C, inert gas and hydrocarbon gas are injected into the heating furnace, and then a carbon source, catalyst, and activator are injected, a large amount of carbon nanotubes are synthesized and form an airgel. It is produced with At this time, the coating thickness of the coated body can be adjusted by adjusting the flow rates of the carbon source, catalyst, and activator.
예를 들어, 피코팅체의 코팅 두께를 기준값보다 더 두껍게 형성하는 경우, 기준값에 해당하는 탄소원, 촉매 및 활성제의 유량보다 더 증가시키고, 피코팅체의 코팅 두께를 기준값보다 더 얇게 형성하는 경우, 기준값에 해당하는 탄소원, 촉매 및 활성제의 유량보다 더 감소시켜 상기 피코팅체에 코팅되는 탄소나노튜브의 코팅 두께를 조절할 수 있다.For example, when the coating thickness of the coated body is formed thicker than the reference value, the flow rate of the carbon source, catalyst, and activator corresponding to the standard value is increased further, and the coating thickness of the coated body is formed thinner than the reference value, The coating thickness of the carbon nanotubes coated on the coated body can be adjusted by further reducing the flow rates of the carbon source, catalyst, and activator corresponding to the standard values.
다른 실시예로, 상기 이송부 상에 배치된 피코팅체를 상기 기상 유동층 반응기 하부로 운반하는데, 이때, 상기 이송부의 속도를 제어하여 피코팅체의 코팅 두께를 조절 할 수 있다. In another embodiment, the coated body disposed on the transfer unit is transported to the lower part of the gas-phase fluidized bed reactor. At this time, the coating thickness of the coated body can be adjusted by controlling the speed of the transfer unit.
예를 들어, 피코팅체의 코팅 두께를 기준값보다 더 두껍게 형성하는 경우, 기준값에 해당하는 상기 이송부의 속도를 더 가속시키고, 피코팅체의 코팅 두께를 기준값보다 더 얇게 형성하는 경우, 기준값에 해당하는 상기 이송부의 속도를 더 감속시켜 상기 피코팅체에 코팅되는 탄소나노튜브의 코팅 두께를 조절할 수 있다.For example, when the coating thickness of the coated body is formed to be thicker than the reference value, the speed of the transfer unit corresponding to the standard value is further accelerated, and when the coating thickness of the coated body is formed thinner than the standard value, it corresponds to the standard value. The coating thickness of the carbon nanotubes coated on the coated body can be adjusted by further reducing the speed of the transfer unit.
또 다른 실시예로, 상기 피코팅체에 탄소나노튜브 에어로겔을 코팅 시 코팅의 횟수를 조절하여 상기 탄소나노튜브 에어로겔의 두께를 조절 할 수 있다.In another embodiment, when coating the carbon nanotube airgel on the coated body, the thickness of the carbon nanotube airgel can be adjusted by adjusting the number of coatings.
예를 들어, 피코팅체의 코팅 두께를 기준값보다 더 두껍게 형성하는 경우, 기준값에 해당하는 코팅 횟수를 더 증가시키고, 피코팅체의 코팅 두께를 기준값보다 더 얇게 형성하는 경우, 기준값에 해당하는 코팅 횟수를 더 감소시켜 상기 피코팅체에 코팅되는 탄소나노튜브의 코팅 두께를 조절할 수 있다.For example, when the coating thickness of the coated body is formed thicker than the standard value, the number of coatings corresponding to the standard value is further increased, and when the coating thickness of the coated body is formed thinner than the standard value, the coating corresponding to the standard value is increased. By further reducing the number of times, the coating thickness of the carbon nanotubes coated on the coated body can be adjusted.
도 2를 참조하면, 본 발명의 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치(100)의 개략도이다. Referring to FIG. 2, it is a schematic diagram of an
상기 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치(100)는, 원료공급부(110), 코팅부(120), 이송부(130), 피코팅체(140) 및 건조부(미도시)를 포함한다. The
상기 원료공급부(110)는 탄소원, 촉매 및 활성제 등을 공급하고, 제1기체공급부재(111), 제2기체공급부재(112), 제3기체공급부재(113), 촉매공급부재(114) 및 부촉매공급부재(115)를 구비한다. The raw
상기 제1기체공급부재(111)는 상기 코팅부(120)와 연결되며, 상기 코팅부(120)에 비활성기체를 공급하고, 상기 제2기체공급부재(112)는 상기 코팅부(120)와 연결되며, 상기 코팅부(120)에 탄화수소 기체를 공급하며, 상기 제3기체공급부재(113)는 상기 코팅부(120)와 연결되며, 상기 코팅부(120)에 혼합 기체를 공급한다. The first
여기서, 상기 촉매공급부재(114)와 부촉매공급부재(115)는 상기 제3기체공급부재(113)와 연결되며, 상기 코팅부(120)에 촉매와 부촉매를 각각 공급한다. Here, the
상기 코팅부(120)는 상기 원료공급부(110)에서 공급된 원료를 이용하여 탄소나노튜브 에어로겔(CNT)을 합성하고, 상기 탄소나노튜브 에어로겔(CNT)을 피코팅체(140)에 코팅하고, 유입구(121)가 형성된 반응기(122), 히터(123), 배출구(124)를 포함한다. The
상기 반응기(122)는 상기 원료공급부(110)에서 공급된 원료가 유입되는 유입구(121)가 형성되고, 상기 유입구(121)에서 유입된 원료를 탄소나노튜브 에어로겔(CNT)로 합성한다. 상기 히터(123)는 상기 반응기(122)를 감싸며, 상기 반응기(122)의 온도를 입력된 값으로 가열하게 된다. 상기 배출구(124)는 상기 반응기(122) 하부에 배치되며, 상기 반응기(122)에서 합성된 상기 탄소나노튜브 에어로겔(CNT)을 피코팅체(140)와 수직하게 배출한다.The
또한, 상기 코팅부(120)는, 상기 제1와인더(131)의 측면에 위치한 상기 피코팅체(140)측으로 탄소나노튜브 에어로겔(CNT)를 분사한다. Additionally, the
상기 이송부(130)는 상기 피코팅체(140)를 코팅부(120) 측으로 운반하고, 상기 탄소나노튜브 에어로겔(CNT)이 코팅된 피코팅체(140)를 외부로 이송하며, 제1와인더(131), 제2와인더(132) 및 컨베이어벨트(133)를 구비한다. The
상기 제1와인더(131)는 상기 배출구(124)의 하측에 이격되어 배치된다. 그리고 상기 제2와인더(132)는 상기 제1와인더(131)와 수평방향으로 이격되어 배치된다. 여기서, 상기 제1와인더(131) 및 제2와인더(132)를 감싸도록 설치되며, 일 측면에 상기 피코팅체(140)가 안착되어 이송되는 컨베이어벨트(133)가 설치된다. The
또한, 본 발명은 상기 건조부(미도시)를 배치하여, 상기 탄소나노튜브 에어로겔(CNT)이 코팅된 피코팅체 (140)상에 휘발성 용매를 분사하여 건조시킬수 있다. In addition, the present invention can dry the carbon nanotube airgel (CNT)-coated
이하부터는, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치(100)에서 앞서 언급한 탄소나노튜브 코팅 방법 이외 다양한 실시예를 통해 탄소나노튜브를 피코팅체(140)에 코팅하는 방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 3 and 4, in the
앞서 언급한 피코팅체(140)는, 고분자 필름, 반도체 기판, 금속 자제 등을 사용할 수도 있으며, 원형 단면의 형상에도 탄소나노튜브 에어로겔(CNT)를 코팅할 수 있다. The previously mentioned body to be coated 140 may be made of a polymer film, semiconductor substrate, metal material, etc., and carbon nanotube airgel (CNT) may be coated even in a circular cross-sectional shape.
종래의 탄소나노튜브 코팅 방법에서는, 수평 상태의 피코팅체에 탄소나노튜브를 분사 시 상기 피코팅체 상에서 탄소나노튜브 에어로졸의 기류가 원활하게 형성되지 않아 코팅이 상기 피코팅체에 고르게 코팅되지 않았다. In the conventional carbon nanotube coating method, when carbon nanotubes are sprayed on a horizontally coated body, the airflow of the carbon nanotube aerosol is not smoothly formed on the coated body, so the coating is not evenly coated on the coated body. .
도 3을 참조하면, 상기 피코팅체(140)가 원형 단면의 형상을 가지는 경우, 상기 탄소나노튜브 에어로겔(CNT)을 원형 단면의 형상인 상기 피코팅체(140)의 상부 표면에 부H힌 후 하측으로 흐르는 기류가 형성되어 상기 피코팅체(140)에 상기 탄소나노튜브 에어로겔(CNT)를 고르게 분사할 수 있다. Referring to FIG. 3, when the
도 4를 참조하면, 상기 이송부(130)는 상기 피코팅체(140)를 수평방향 및 수직방향으로 이송시키고, 상기 코팅부(120)는 상기 이송부(130)에 의하여 수직방향으로 이동하는 상기 피코팅체(140)에 상기 탄소나노튜브 에어로겔(CNT)을 분사할 수 있다. Referring to FIG. 4, the
상기 피코팅체(140)가 수직으로 이송되는 경우, 상기 탄소나노튜브 에어로겔(CNT)을 상기 배출구(124)의 축 방향으로 배출하여 자연스럽게 기류가 형성되어 상기 피코팅체(140)에 상기 탄소나노튜브 에어로겔(CNT)를 고르게 코팅할 수 있다.When the
100 : 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치
110 : 원료공급부
111 : 제1기체공급부재
112 : 제2기체공급부재
113 : 제3기체공급부재
114 : 촉매공급부재
115 : 부촉매공급부재
120 : 코팅부
121 : 유입구
122 : 반응기
123 : 히터
124 : 배출구
130 : 이송부
131 : 제1와인더
132 : 제2와인더
133 : 컨베이어벨트
140 : 피코팅체
CNT : 탄소나노튜브 에어로겔100: Manufacturing device for sheets coated with carbon nanotubes
110: Raw material supply unit 111: First gas supply member
112: second gas supply member 113: third gas supply member
114: catalyst supply member 115: subcatalyst supply member
120: coating portion 121: inlet
122: reactor 123: heater
124: outlet 130: transfer unit
131: first winder 132: second winder
133: conveyor belt 140: coated body
CNT: Carbon nanotube airgel
Claims (20)
상기 탄소나노튜브 에어로겔을 피코팅체 표면에 분사하여 코팅하는 단계;를 포함하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법.Synthesizing carbon nanotube airgel using a vapor phase synthesis method; and
A method of manufacturing a sheet coated with carbon nanotubes, comprising: spraying and coating the carbon nanotube airgel on the surface of a body to be coated.
상기 코팅된 피코팅체 표면에 휘발성 용매를 분사 후 건조하는 단계를 더 포함하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법. In claim 1,
A method of manufacturing a carbon nanotube-coated sheet further comprising spraying a volatile solvent on the surface of the coated body and drying it.
상기 기상 합성법은, 유동 기상층 반응기를 이용하여 탄소원, 촉매 및 활성제를 포함하는 탄소나노튜브 제조원으로부터 탄소나노튜브를 합성하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법.In claim 1,
The gas phase synthesis method is a method of producing a sheet coated with carbon nanotubes, which synthesizes carbon nanotubes from a carbon nanotube manufacturing source containing a carbon source, a catalyst, and an activator using a fluidized gas phase bed reactor.
상기 탄소원은, C1 내지 C10 의 포화 또는 불포화 탄화수소, 알코올 또는 케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상이고,
상기 촉매는, 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 페로센(Ferrocene), 코발토센(Cobaltocene) 및 니켈로센(nickelocene)으로 이루어진 군으로부터 1 종 이상이며,
상기 활성제는, 티오펜(Thiophene), 이황화탄소(Carbon Disulfide) 또는 황(S) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법.In claim 3,
The carbon source is at least one selected from the group consisting of C1 to C10 saturated or unsaturated hydrocarbons, alcohols, or ketones,
The catalyst includes copper (Cu), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), ferrocene, and cobaltocene ( At least one member from the group consisting of cobaltocene and nickelocene,
A method of producing a sheet coated with carbon nanotubes, wherein the activator is any one of thiophene, carbon disulfide, or sulfur (S).
상기 C1 내지 C10 의 포화 또는 불포화 탄화수소, 알코올 또는 케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 탄소원은, 메탄올(Methanol), 에탄올(Ethanol), 포름알데히드(Formaldehyde), 아세트알데히드(Acetaldehyde), 디에틸에테르(Diethyl Ether), 1-프로판올(1-Propanol), 아세톤(Acetone), 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 자일렌(Xylene), 메탄(Methane), 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane), 펜탄(Pentane), 헥산(Hexane), 시클로헥산(Cyclohexane), 에틸렌(Ethylene), 프로필렌(Propylene) 및 아세틸렌(acetylene) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법.In claim 4,
One or more carbon sources selected from the group consisting of C1 to C10 saturated or unsaturated hydrocarbons, alcohols, or ketones include methanol, ethanol, formaldehyde, acetaldehyde, and diethyl ether. (Diethyl Ether), 1-Propanol, Acetone, Benzene, Toluene, Xylene, Methane, Ethane, Propane, A sheet coated with carbon nanotubes, characterized in that it is one of butane, pentane, hexane, cyclohexane, ethylene, propylene, and acetylene. Manufacturing method.
상기 기상 합성법을 이용하여 탄소나노튜브 에어로겔을 합성하는 단계는,
상기 유동 기상층 반응기에서 탄소나노튜브를 합성하기 위해 가열로를 600℃ 내지 1200℃로 가열하는 단계와,
상기 가열로 안으로 탄화수소 기체와 비활성 기체의 혼합기체 또는 탄화수소 기체와 수소의 혼합기체를 공급하는 탄소원 공급 단계를 더 포함하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법.In claim 1,
The step of synthesizing carbon nanotube airgel using the vapor phase synthesis method is,
Heating the furnace to 600°C to 1200°C to synthesize carbon nanotubes in the fluidized gas bed reactor;
A method of manufacturing a carbon nanotube-coated sheet further comprising a carbon source supply step of supplying a mixed gas of hydrocarbon gas and inert gas or a mixed gas of hydrocarbon gas and hydrogen into the heating furnace.
상기 비활성 기체는, 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N)로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법.In claim 6,
A method of manufacturing a sheet coated with carbon nanotubes, wherein the inert gas is at least one selected from the group consisting of argon (Ar), helium (He), and nitrogen (N).
상기 탄소나노튜브 에어로겔을 피코팅체 표면에 분사하여 코팅하는 단계는,
상기 탄소나노튜브 에어로겔이 상기 기상 유동층 반응기 하부에서 피코팅체로 방사되어 피코팅체를 코팅하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법.In claim 1,
The step of spraying and coating the carbon nanotube airgel on the surface of the object to be coated is,
A method of manufacturing a carbon nanotube-coated sheet in which the carbon nanotube airgel is radiated from the bottom of the gas-phase fluidized bed reactor to the coated body to coat the coated body.
상기 피코팅체는, 고분자 필름, 반도체 기판, 금속 자제 중 어느 하나의 것을 사용하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법.In claim 1,
A method of manufacturing a carbon nanotube-coated sheet wherein the coated body uses any one of a polymer film, a semiconductor substrate, and a metal material.
상기 탄소원, 촉매 및 활성제의 유량을 조절하여 상기 피코팅체의 코팅 두께를 조절하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법.In claim 1,
A method of manufacturing a sheet coated with carbon nanotubes, wherein the coating thickness of the coated body is adjusted by controlling the flow rate of the carbon source, catalyst, and activator.
상기 이송부의 속도를 제어하여 상기 피코팅체의 코팅 두께를 조절하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법.In claim 1,
A method of manufacturing a sheet coated with carbon nanotubes, wherein the coating thickness of the coated body is adjusted by controlling the speed of the transfer unit.
상기 피코팅체의 표면을 코팅하는 회수를 조절하여 상기 피코팅체의 코팅 두께를 조절하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조방법.In claim 1,
A method of manufacturing a sheet coated with carbon nanotubes, wherein the coating thickness of the coated body is adjusted by controlling the number of times the surface of the coated body is coated.
상기 원료공급부에서 공급된 원료를 이용하여 탄소나노튜브 에어로겔을 합성하고, 상기 탄소나노튜브 에어로겔을 피코팅체에 코팅하는 코팅부; 및
상기 피코팅체를 코팅부 측으로 운반하고, 상기 탄소나노튜브 에어로겔이 코팅된 피코팅체를 외부로 이송하는 이송부;를 포함하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치.A raw material supply unit that supplies carbon sources, catalysts, and activators;
a coating unit that synthesizes carbon nanotube airgel using raw materials supplied from the raw material supply unit and coats the carbon nanotube airgel on a body to be coated; and
An apparatus for manufacturing a sheet coated with carbon nanotubes, comprising: a transfer unit that transports the coated body to the coating unit and transports the coated body coated with the carbon nanotube airgel to the outside.
상기 원료공급부는,
상기 코팅부와 연결되며, 상기 코팅부에 비활성 기체를 공급하는 제1기체공급부재와,
상기 코팅부와 연결되며, 상기 코팅부에 탄화수소 기체를 공급하는 제2기체공급부재와,
상기 코팅부와 연결되며, 상기 코팅부에 혼합 기체를 공급하는 제3기체공급부재와,
상기 제3기체공급부재와 연결되며, 상기 코팅부에 촉매를 공급하는 촉매공급부재와,
상기 제3기체공급부재와 연결되며, 상기 코팅부에 부촉매를 공급하는 부촉매공급부재를 포함하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치.In claim 13,
The raw material supply department,
A first gas supply member connected to the coating unit and supplying an inert gas to the coating unit;
a second gas supply member connected to the coating unit and supplying hydrocarbon gas to the coating unit;
a third gas supply member connected to the coating unit and supplying a mixed gas to the coating unit;
a catalyst supply member connected to the third gas supply member and supplying a catalyst to the coating portion;
An apparatus for manufacturing a sheet coated with carbon nanotubes, including a subcatalyst supply member connected to the third gas supply member and supplying a subcatalyst to the coating unit.
상기 코팅부는,
상기 원료공급부에서 공급된 원료가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 유입구에서 유입된 원료를 탄소나노튜브 에어로겔로 합성하는 반응기와,
상기 반응기를 감싸며, 상기 반응기의 온도를 입력된 값으로 가열하는 히터와,
상기 반응기 하부에 배치되며, 상기 반응기에서 합성된 상기 탄소나노튜브 에어로겔을 피코팅체와 수직하게 배출하는 배출구를 포함하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치.In claim 13,
The coating part,
A reactor formed with an inlet through which raw materials supplied from the raw material supply unit flow, and synthesizing the raw materials introduced from the inlet into carbon nanotube airgel;
a heater surrounding the reactor and heating the temperature of the reactor to the input value;
An apparatus for manufacturing a sheet coated with carbon nanotubes, which is disposed at the bottom of the reactor and includes an outlet for discharging the carbon nanotube airgel synthesized in the reactor perpendicular to the coated body.
상기 이송부는,
상기 배출구의 하측에 이격되어 배치되는 제1와인더와,
상기 제1와인더와 수평방향으로 이격되어 배치되는 제2와인더와,
상기 제1와인더 및 제2와인더를 감싸도록 설치되며, 일 측면에 상기 피코팅체가 안착되어 이송되는 컨베이어벨트를 포함하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치.In claim 13,
The transfer unit,
A first winder disposed spaced apart below the outlet,
a second winder arranged to be spaced apart from the first winder in a horizontal direction;
An apparatus for manufacturing a sheet coated with carbon nanotubes, including a conveyor belt installed to surround the first winder and the second winder and transporting the coated body on one side.
상기 코팅부는,
상기 제1와인더의 측면에 위치한 상기 피코팅체측으로 탄소나노튜브 에어로겔을 분사하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치.In claim 16,
The coating part,
An apparatus for manufacturing a carbon nanotube-coated sheet that sprays carbon nanotube airgel toward the coated body located on the side of the first winder.
상기 탄소나노튜브 에어로겔이 코팅된 피코팅체 상에 휘발성 용매를 분사하여 건조하는 건조부를 더 포함하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치.In claim 13,
An apparatus for manufacturing a sheet coated with carbon nanotubes, further comprising a drying unit for spraying and drying a volatile solvent on the carbon nanotube airgel-coated body.
상기 피코팅체는, 원형 단면 형상인 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치.In claim 13,
The apparatus to be coated is a sheet coated with carbon nanotubes having a circular cross-sectional shape.
상기 이송부는, 상기 피코팅체를 수평방향 및 수직방향으로 이송시키고,
상기 코팅부는, 상기 이송부에 의하여 수직방향으로 이동하는 상기 피코팅체에 상기 탄소나노튜브 에어로겔을 분사하는 탄소나노튜브가 코팅된 시트의 제조장치.
In claim 13,
The transport unit transports the coated body in horizontal and vertical directions,
An apparatus for manufacturing a carbon nanotube-coated sheet, wherein the coating unit sprays the carbon nanotube airgel onto the coated body moving in the vertical direction by the transfer unit.
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