[논문]APS로 표면 처리한 Fe 나노 입자 촉매를 이용한 CNT의 직경제어

이선우

doi:10.4313/jkem.2013.26.6.478

APS로 표면 처리한 Fe 나노 입자 촉매를 이용한 CNT의 직경제어
Diameter Control of Carbon Nanotubes Using Surface Modified Fe Nano-Particle Catalysts with APS 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.26 no.6, 2013년, pp.478 - 481

Abstract ▼ AI-Helper

Diameter controlled carbon nanotubes (CNTs) were grown using surface modified iron nano-particle catalysts with aminpropyltriethoxysilane (APS). Iron nano-particles were synthesized by thermal decomposition of iron pentacarbonyl-oleic acid complex. Subsequently, APS modification was done using the iron nano-particles synthesized. Agglomeration of the iron nano-particles during the CNT growth process was effectively prevented by the surface modification of nano-particles with the APS. APS plays as a linker material between Fe nano-particles and $SiO_2$ substrate resulting in blocking the migration of nano-particles. APS also formed siliceous material covering the iron nano-particles that prevented the agglomeration of iron nano-particles at the early stages of the CNT growth. Therefore we could obtain the diameter controlled CNTs by blocking agglomeration of the iron nano-particles.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

뭉침 현상을 효과적으로 방지함으로써 나노 입자의 크기에 상당하는 직경의 탄소나노튜브를 성장할 수 있다는 것을 확인하였다. APS를 이용한 표면 처리에 의한 Fe 나노 입자의 뭉침 현상을 방지하는 메커니즘에 대해 고찰한다. 나노 크기의 촉매 입자는 탄소나노튜브의 합성을 위해 필요한 고온의 환경에서 서로 뭉침으로써 큰 나노 입자를 형성하여 결과적으로 성장하는 탄소나노튜브의 직경이 커지는 결과를 초래한다.
본 논문에서는 촉매 나노 입자의 표면을 APS로 처리함으로써 고온에서 APS가 나노 입자의 표면에 실리카 물질을 형성하여 탄소나노튜브의 성장을 위해 필요한 고온의 환경에서도 나노 입자의 뭉침 현상을 방지할 수 있는 방법에 대해 보고하고 메커니즘에 대해 고찰한다.

제안 방법

본 연구에서는 APS를 이용하여 표면 처리한 Fe 나노 입자를 촉매로 사용하여 직경을 제어한 탄소나노튜브를 합성하였다. APS-Fe 나노 입자는 탄소나노튜브의 성장에 필요한 고온의 환경에서도 나노 입자 간의 뭉침 현상이 발생하지 않기 때문에, 나노 입자 초기의 크기에 상당하는 직경을 가진 탄소나노튜브를 성장시키는 것을 가능하게 한다.

성능/효과

이러한 결과로부터 우리는 Fe 나노 입자의 APS 표면 처리를 통해 탄소나노튜브의 성장 시에 필요한 고온의 환경에서도 나노 입자의 뭉침 현상이 발생하지 않았다는 것을 알 수 있다. 뭉침 현상을 효과적으로 방지함으로써 나노 입자의 크기에 상당하는 직경의 탄소나노튜브를 성장할 수 있다는 것을 확인하였다. APS를 이용한 표면 처리에 의한 Fe 나노 입자의 뭉침 현상을 방지하는 메커니즘에 대해 고찰한다.
또한, APS는 탄소나노튜브의 성장을 위해 필요한 고온의 환경에서 열분해하여 Fe 나노 입자의 표면에 실리케이트를 형성하여 뭉침 현상을 방지하는 역할을 한다. 이상의 APS의 역할로부터 우리는 고온의 환경에서도 서로 뭉치지 않고 초기 상태의 크기를 유지하는 Fe 나노 입자로부터 고밀도의 직경이 제어된 탄소나노튜브를 얻을 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탄소나노튜브의 전기적인 특성은 무엇에 의해 결정되는가?	이와 같이 응용분야에 따라서로 다른 특성의 탄소나노튜브가 요구되고 있다. 탄소나노튜브의 전기적인 특성은 직경에 따라 달라지는 에너지 밴드갭에 의해 결정되기 때문에, 동일한 특성의 소자를 제작하기 위해서는 균일한 직경의 탄소나노튜브의 합성이 필수적이다 [10]. 탄소나노튜브의 직경은 촉매로 사용되는 금속 입자의 크기에 의해 결정되기 때문에, 금속 입자를 형성하는 금속 막의 두께를 조절하여 직경을 제어하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다 [11].
	금속 입자를 형성하는 금속 막의 경우 탄소 나노튜브의 징경에도 산포가 발생하는 이유는?	탄소나노튜브의 직경은 촉매로 사용되는 금속 입자의 크기에 의해 결정되기 때문에, 금속 입자를 형성하는 금속 막의 두께를 조절하여 직경을 제어하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다 [11]. 금속 막은 탄소나노튜브를 성장하기 위해 필요한 600℃ 이상의 고온의 환경에서 나노입자를 형성하여 촉매의 역할을 수행하는데, 형성되는 나노 입자의 크기가 각각 다르기 때문에 합성된 탄소나노튜브의 직경에도 산포가 발생하게 된다 [12]. 이러한 문제를 극복하기 위해 촉매 금속 막으로부터 나노 입자를 형성하는 방법 대신에 촉매의 나노 입자를 미리 형성하여 기판에 분산시켜 촉매로서 사용하고자 하는 시도가 이루어져 왔다 [13].
	탄소나노튜브의 특성은?	Iijima에 의해 발견된 이래 [1], 지난 20여 년간 전기, 전자, 재료, 화학, 기계 분야 등의 여러 분야에서 많은 관심을 받으며 연구가 진행되었다. 특히, 탄소나노튜브는 화학적, 기계적, 전기적인 특성이 매우 우수하여 FET와 배선 등의 반도체 분야 [2,3], FED와 같은 전자 분야 [4], 바이오 센서와 같은 화학 분야 [5], 복합재료와 같은 소재 분야에서 차세대 소자를 위한 최적의 재료로써 각광을 받아왔다 [6]. 응용 분야에 적합한 탄소나노튜브를 합성하는 방법 역시 동시에 발전을 거듭해 왔다[7-9].

참고문헌 (14)

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