[논문]션트 저항체의 제작을 위한 Yarned CNT Fiber 저항에 대한 열처리의 영향

윤종현; 이선우

doi:10.4313/jkem.2019.32.5.403

션트 저항체의 제작을 위한 Yarned CNT Fiber 저항에 대한 열처리의 영향
Effect of Thermal Annealing on Resistance of Yarned Carbon Nanotube Fiber for the Use of Shunt Resistor 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.32 no.5, 2019년, pp.403 - 406

윤종현 (경북전문대학교 전기과) , 이선우 (인하공업전문대학 전기정보과)

Abstract ▼ AI-Helper

We prepared yarned carbon nanotube (CNT) fibers from a CNT forest synthesized on a Si wafer by chemical vapor deposition (CVD). The yarned CNT fibers were thermally annealed to reduce their resistance by removing the amorphous carbonaceous impurities present in the fibers. The resistance of the yarned CNT fiber gradually decreased with an increase in the annealing temperature from $200^{\circ}C$ to $400^{\circ}C$ but increased again above $450^{\circ}C$. We carried out thermogravimetric analysis (TGA) to confirm the burning properties of the amorphous carbonaceous impurities and the crystalline CNTs present in the fibers. The pattern of the mass change of the sample CNT fibers was very similar to that of the resistance change. We conclude that CNT fibers should be thermally annealed at temperatures below $400^{\circ}C$ for reducing and stabilizing their resistance.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. Experimental setup of yarning process.
그림 Fig. 2. SEM images of the CNT fiber taken: (a) low magnification image with scale bar of 50 μm and (b) high magnification image with scale bar of 10 μm.
그림 Fig. 3. Resistance change of the CNT fiber with annealing temperature.
그림 Fig. 4. TGA result of the CNT fiber.

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 CNT 파이버에서 비정질 탄소 불순물을 제거함으로써, CNT 파이버의 저항을 낮고 안정적인 값을 가지게 만들고자 한다. 결정질의 CNT와 비정질 탄소 불순물이 산소와 결합하여 연소하는 온도가 다른 점을 이용하여 비정질 탄소 불순물을 선택적으로 제거하는 연구를 진행하였으며, 그 결과와 함께 메커니즘에 대해 고찰하였다.

제안 방법

본 논문에서는 CNT 파이버에서 비정질 탄소 불순물을 제거함으로써, CNT 파이버의 저항을 낮고 안정적인 값을 가지게 만들고자 한다. 결정질의 CNT와 비정질 탄소 불순물이 산소와 결합하여 연소하는 온도가 다른 점을 이용하여 비정질 탄소 불순물을 선택적으로 제거하는 연구를 진행하였으며, 그 결과와 함께 메커니즘에 대해 고찰하였다.

대상 데이터

화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)으로 실리콘 웨이퍼 위에 성장시킨 CNT로부터 방사공정(yarning process)을 활용하여 CNT 파이버를 제작하였다 [11]. 방사공정은 웨이퍼 위에 성장한 CNT의 일부를 잡아당기면서 회전시킴으로써 파이버 형태로 제작한다.

데이터처리

열처리가 CNT 파이버의 저항 변화를 발생시키는 메커니즘을 규명하기 위해 열질량분석(themogravimetric analysis, TGA)을 수행하였다.

성능/효과

결론적으로, CNT 파이버의 저항을 낮추기 위해 수행하는 열처리는 비정질 탄소 불순물만을 선택적으로 제거할 수 있는 온도범위인 400℃ 미만의 제한적인 온도에서 수행하여야 한다는 것을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CNT의 특징은?	CNT는 화학적인 안정성, 기계적인 강도 및 탄성과 함께 전기적인 전도성이 우수하여, 전기전자 분야나 다양한 소재 분야에서 활용이 기대되는 재료이다[6-8]. 또한, CNT는 합성되는 과정에서 정해지는 chirality에 의해 반도체성 CNT와 금속성 CNT가 형성되는데, 그 비율이 각각 2/3와 1/3이다.
	CNT를 저항체의 재료로 사용할 때 생기는 문제는?	이러한 CNT를 저항체의 재료로 사용하기 위해서는 합금 와이어와 같은 형태인 CNT 파이버의 형태로 제작한다[4]. 그러나 CNT 파이버에는 결정질의 CNT와 함께 비정질의 탄소 불순물이 혼합되어 존재한다[10]. 비정질의 탄소 물질은 CNT 파이버의 저항을 크게 하고 균일하지 않게 만드는 원인이다.
	이차 전지는 어디에 사용되는가?	전기 자동차(electric vehicle, EV)와 에너지 저장장치(energy storage system, ESS)에 사용되는 이차 전지(secondary battery)에는 배터리의 충전과 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS)이 사용된다[1]. BMS에서 전류검출을 담당하는 전류 감지 저항체(current sensing resistor, CSR)로 사용되는 션트저항의 요구조건인 고정저항을 구현하기 위해 저항온도계수(temperature coefficient of resistance, TCR)를 낮추고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다 [2].

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