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[국내논문] 개별 수직성장된 나노튜브와 금속의 복합 구조체 제작 및 분석
Fabrication and Analysis of a Free-Standing Carbon Nanotube-Metal Hybrid Nanostructure 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.36 no.1 = no.316, 2012년, pp.25 - 29  

장원석 (한국기계연구원 나노역학연구실) ,  황준연 (북택사스대 재료공학과) ,  한창수 (고려대학교 기계공학과)

초록
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탄소나노튜브의 기계적 특성과 금속의 전기적 특성을 이용할 수 있는 나노 복합구조체의 특성은 두 재료 사이의 계면이 중용한 역할을 한다. 본 연구에서는 나노임프린트 패터닝을 이용하여 촉매금속을 패턴하고 이를 이용한 개별 성장된 탄소나노튜브 위에 증기증착법을 이용하여 니켈을 증착한 나노구 조체의 계면을 조사하였다. 이를 위하여 고해상의 투사전자현미경과 3 차원 원자 프로브 분석기를 이용하였다. 탄소나노튜브 위에서 성장된 나노결정의 경우 준 안정 상태인 조밀입방구조의 $Ni_3C$ 를 형성하는 것으로 나타났다. 이러한 특성을 이용한 나노복합체의 응용가능성을 살펴보았다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The properties of carbon nanotube-metal hybrid nanostructures are critically dependent on the structure and chemistry of the metal-carbon nanotube interface. In this study, the interface between nickel and multi-walled carbon nanotubes (CNTs) has been investigated using physical vapor-deposited (spu...

Keyword

#탄소나노튜브   #나노복합구조체   #3 차원 원자분석기   #증기증착법  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이는 이미 보고된 촉매, 에너지 흡수체, 자성 저장체 등의 넓은 응용가능성 때문이다. 본 연구에서는 50 nm 이하의 직경을 가지는 수직형 탄소나노튜브와 니켈 복합체를 구성하는 기술을 제안하고 이에 대한 나노스케일에서의 분석을 시도하였다. 나노결정(nanocrystals)을 탄소나노튜브 위에 증착하거나 합성하는 방법에 관한 보고는 지속적으로 나타나고 있으나, 제작된 나노구조체의 분석은 제한적인 해상도를 가지고 구조 및 성분 분석을 한 것에 국한되어 있다.
  • 또한 정상 상태에서는 Ni3C 를 형성하지 않는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 상온에서 니켈의 비정상 상태 구조와 니켈-탄소화합물이 탄소나노튜브를 통하여 형성될 수 있음을 보이고, 이것을 고해상 전자현미경(HRTEM, high resolution transmission electron microcopy)과 3 차원 원자분석기(3DAP, three-dimensional atom probe)를 이용하여 분석하여 새로운 나노구조체의 제작과 응용 가능성을 살펴 보았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
나노복합체에 사용하는 금속 중 니켈을 이용한 나노결정체의 관심이 높은 이유는 무엇인가? (1~5) 특히, 나노복합체에 사용하는 금속중 니켈을 이용한 나노결정체에 대한 관심이 높다. 이는 이미 보고된 촉매, 에너지 흡수체, 자성 저장체 등의 넓은 응용가능성 때문이다. 본 연구에서는 50 nm 이하의 직경을 가지는 수직형 탄소나노튜브와 니켈 복합체를 구성하는 기술을 제안하고 이에 대한 나노스케일에서의 분석을 시도하였다.
일반적으로 니켈은 정상 상태에서 어떤 구조를 가지는가? 일반적으로 니켈은 정상상태에서는 면심입방구조(FCC, face-centered cubic)(7) 구조를 가진다. 흥미 로운 것은 비정상태, 즉 불안정한 구조인 조밀육방구조(HCP, hexagonal closed packed)(7)의 니켈도 특정 조건에서 나노구조체를 형성한 형태로 보고 되고 있으며, 준 안정상태(metastable)인 육방형 Ni3C도 형성되는 것으로 보고된바 있다.
복합 나노구조체의 응용 분야에는 무엇이 있는가? 나노스케일의 3 차원 형상을 가지는 탄소나노튜브를 기초로 금속 혹은 산화물을 합성하는 복합 나노구조체는 최근 다양한 응용 가능성으로 인하여 많은 관심을 받고 있다. 이러한 구조를 이용한 응용의 예는 바이오 센서, 에너지 저장체, 촉매, 전자소자, 초경화 구조 등 다양한 분야에서 보고 되고 있다.(1~5) 특히, 나노복합체에 사용하는 금속중 니켈을 이용한 나노결정체에 대한 관심이 높다.
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참고문헌 (9)

  1. Zhang, H., Cao, G., Wang, Z., Yang, Y., Shi, Z. and Gu, Z., 2008, "Growth of Mananese Oxide Nanoflowers on Vertically-Aligned Carbon Nanotube Arrays for High-Rate Electrochemical Capacitive Energy Storage," Nano Lett., Vol. 8, Issue 9, pp. 2664-2668. 

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  2. Lu, G., Ocola, L. E. and Chen, J., 2009, "Room- Temperature Gas Sensing Based on Electron Tranfer between Discrete Tin Oxide Nanocrystals and Multiwalled Carbon Nanotubes," 2009, Adv. Mater., Vol. 21, Issue 24, pp. 2487-2491. 

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  3. Dinesh, J., Eswaramoorthy, M. and Rao, C. N. R., 2006, "Use of Amorphous Carbon Nanotube Brushes as Templates to Fabricate GaN Nanotube Brushes and Related Materials," J. Phys. Chem. C, Vol. 111, Issue 2, pp. 510-513. 

  4. Shi, W., Zeng, H., Sahoo, Y., Ohulchanskyy, T. Y., Ding Y., Wang, Z. L., Swihart, M. and Prasad, P. N., 2006, "A General Approach to Binary and Ternary Hybrid Nanocrystals," Nano Lett., Vol. 6, Issue 4, pp. 875-881. 

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  5. Ota, K., Kawabata, A., Murakami, H. and Kita, E., 2001, "Metal Nanocrystals Grown by Vacuum Deposition on Aligned Carbon Nanotubes," Mater. Trans., Vol. 42, No. 8, pp. 1684-1687. 

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  6. Hwang, J. Y., Singh, A. R. P., Chaudhari, M., Tiley, J., Zhu, Y., Banerjee, D. R., 2010, "Templated Gorwth of Hexagonal Nickel Carbide Nanocrystals on Vertically Aligned Carbon Nanotubes," J. Phys. Chem. C, Vol. 114, pp. 10424-10429. 

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  7. Callister, W. D. Jr., 1991, Materials Science and Engineering An Introduction, John Wiley & Sons, Inc., New York, pp. 33-36. 

  8. Illy, S., Tillement, O., Machizud, F., Dubois, J. M., Massicot, F., Fort, Y. and Ghanbaja, J., 1999, "First Direct Evidence of Size-Dependent Structural Transition in Nanosized Nickel Particles," Philos. Mag. A, Vol. 79, Issue 5, pp. 1021-1031. 

  9. Rodriguez-Gonzalez, V., Marceau, E., Beaunier, P., Che, M. and Train, C., 2007, "Stabilization of Hexagonal Closed-Packed Metallic Nickel for Alumina-Supported Systems Prepared from Ni(II) Glycinate," J. Solid State Chem., Vol. 180, Issue 1, pp. 22-30. 

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