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[국내논문] 탄소나노튜브의 합성수율 증대와 저온 합성에 미치는 기판 전처리의 영향
Effect of substrate pretreatment on the growth yield enhancement and growth temperature decrease of carbon nanotubes 원문보기

産業技術硏究 : 江原大學校 産業技術硏究所 = Journal of industrial technology, v.39 no.1, 2019년, pp.7 - 14  

신의철 (J&L Tech) ,  조성일 (Department of Advanced Materials Science and Engineering, Kangwon National University) ,  정구환 (Department of Advanced Materials Science and Engineering, Kangwon National University)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Carbon nanotubes (CNT) on metal substrates are definitely beneficial because they can maintain robust mechanical stability and high conductivity between CNT and metal interfaces. Here, we report direct growth of CNT on Ni-based superalloy, Inconel 600, using thermal chemical vapor deposition (CVD) w...

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문제 정의

  • 본 연구에서는 Inconel 600 합금을 CNT의 합성 기판으로 이용했을 때, 다양한 기판의 열산화 전처리 방법이 CNT의 합성수율과 저온합성에 어떠한 영향을 미치는 지에 대해 연구하였다. 연구 결과 성장 전 금속기판의 열산화 처리는 금속기판의 표면조도의 증가하게 하였고, 이는 CNT 성장온도의 저온화에 큰 영향을 준 것으로 밝혀졌다.
  • CNT의 성장은 TCVD법을 이용하였고, Ar, H2, C2H2을 적정 비율로 혼합하여 다양한 온도 범위에서 (400~725°C) 합성하였다. 성장 전 금속기판의 열산화 처리가 CNT의 합성수율과 저온성장에 영향을 미치는 것을 조사하였다. 또한, 열산화 처리온도를 성장온도와 동일하게 하는 방법과 특정 온도로 고정시키는 방법으로 나누어 CNT 합성수율과 저온성장에 미치는 열처리 온도의 의존성을 살펴보았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CNT를 성장시키는 방법은 무엇이 있는가? Iijima에 의해 발견된 탄소나노튜브 (Carbon nanotubes, CNT)는 우수한 물리적, 화학적, 전기적 특성으로 인하여 다양한 분 야에서 차세대 응용재료로써 각광을 받고 있다[1, 2]. CNT를 성장시키는 방법으로 아크 방전법[3, 4]과 Laser ablation법[5], 화학기상증착법[6, 7], 플라즈마 화학기상증착법[8] 등이 주로 이용되어 왔다. 그 중 화학기상증착법은 CNT의 고 순도화, 구조 선택적 성장의 가능성, 높은 합성 수율 등의 장점을 가지고 있다.
TGA 분석은 무엇을 알 수 있는가? CNT의 결정성을 평가하기 위한 다른 방법으로, TGA 분석을 하였다. TGA 분석은 CNT의 종류 및 결함 밀도와 타는 온도가 밀접한 관계가 있기 때문에 CNT의 결정성에 관해 알 수 있다. Fig.
화학기상증착법의 단점은 무엇인가? 그 중 화학기상증착법은 CNT의 고 순도화, 구조 선택적 성장의 가능성, 높은 합성 수율 등의 장점을 가지고 있다. 하지만 CNT 합성을 위해서는 Fe, Co, Ni 등의 전이금속 촉매가 필수적으로 요구되며 촉매의 활성화 및 원료가스의 분해를 위한 고온공정이 요구된다. 이에 향후 산업적 응용을 고려한다면 CNT의 대량생산과 더불어 합성온도의 저온화의 이슈는 시급하게 해결해야 할 과제로 남아있다.
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참고문헌 (20)

  1. Iijima, S., 1991, Helical Microtubules of Graphitic Carbon, Nature, 354 56. 

  2. Ajayan, P.M., 1999, Nanotubes from Carbon, Chem. Rev., 99 1787. 

  3. Bethune, D.S., Klang, C.H., de Vries, M.S., Gorman, G., Savoy, R., Vazquez, J., Beyers, R., 1993, Cobalt-Catalysed Growth of Carbon Nanotubes with Single-Atomic-Layer Walls, Nature, 363 605. 

  4. Journet, C., Maser, W.K., Bernier, P., Loiseau, A., Lamy de la Chapelle, Lefrant, S., Deniard, P., Lee, R., Fischer, J.E., 1997, Large-Scale Production of Single-Walled Carbon Nanotubes by the Electric-Arc Technique, Nature, 388 756. 

  5. Thess, A., Lee, R., Nikolaev, P., Dai, H., Petit, P., Robert, J., Xu, C., Lee, Y.H., Kim, S.G., Rinzler, A.G., Colbert, D.T., Scuseria, G.E., Tomanek, D., Fischer, J.E., Smalley, R.E., 1996, Crystalline Ropes of Metallic Carbon Nanotubes, Science, 273 483. 

  6. Li, W.Z., Xie, S.S., Qian, L.X., Chang, B.H., Zou, B.S., Zhou, W.Y., Zhao, R.A., Wang, Z.G., 1996, Large-Scale Synthesis of Aligned Carbon Nanotubes, Science, 274 1701. 

  7. Geohegan, D.B., Puretzky, A.A., Ivanov, I.N., Jesse, S., Eres, G., Howe, J.Y., 2003, In Situ Growth Rate Measurements and Length Control during Chemical Vapor Deposition of Vertically Aligned Multiwall Carbon Nanotubes, Appl. Phys. Lett, 83 1851. 

  8. Ren, Z.F., Huang, Z.P., Xu, J.W., Wang, J.H., Bush, P., Siegal, M.P., Provencio, P.N., 1998, Synthesis of Large Arrays of Well-Aligned Carbon Nanotubes on Glass, Science, 282 1105. 

  9. Ducati, C., Alexandrou, I., Chhowalla, M., Amaratunga, G.A.J., Robertson, J., 2002, Temperature Selective Growth of Carbon Nanotubes by Chemical Vapor Deposition, J. Appl. Phys, 92 3299. 

  10. Kim, K.E., Kim, K.J., Jung, W.S., Bae, S.Y., Park, J.H., Choi, J.H., Choo, J.B., 2005, Investigation on the Temperature-Dependent Growth Rate of Carbon Nanotubes Using Chemical Vapor Deposition of Ferrocene and Acetylene, Chem. Phys. Lett, 401 459. 

  11. Maruyama, S., Kojima, R., Miyauchi, Y., Chiashi, S., Kohno, M., 2002, Low-Temperature Synthesis of High-Purity Single-Walled Carbon Nanotubes from Alcohol, Chem. Phys. Lett, 360 229. 

  12. Chhowalla, M., Teo, K.B.K., Ducati, C., Rupesinghe, N.L., Amaratunga, G.A.J., Ferrari, A.C., Roy, D., Robertson, J., Milne, W.I., 2001, Growth Process Conditions of Vertically Aligned Carbon Nanotubes Using Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, J. Appl. Phys, 90 5308. 

  13. Zhang, H., Cao, G., Wang, Z., Yang, Y., Shi, Z., Gu, Z., 2008, Influence of Ethylene and Hydrogen Flow Rates on the Wall Number, Crystallinity, and Length of Millimeter-Long Carbon Nanotube Array, J. Phys. Chem. C 112 12706. 

  14. Duy, D.Q., Kim, H.S., Yoon, D.M., Lee, K.J., Ha, J.W., Hwang, Y.G., Lee, C.H., Cong, B.T., 2009, Growth of Carbon Nanotubes on Stainless Steel Substrate by DC-PECVD, Appl. Surf. Sci, 256 1065. 

  15. Gao, L., Peng, A., Wang, Z.Y., Zhang, H., Shi, Z., Gu, Z., Cao, G., Ding, B., 2008, Growth of Aligned Carbon Nanotube Arrays on Metallic Substrate and Its Application to Supercapacitors, Solid State Commun, 146 380. 

  16. Hiraoka, T., Yamada, T., Hata, K., Futaba, D.N., Kurachi, H., Uemura, S., Yumura, M., Iijima, S., 2006, Synthesis of Single- and Double-Walled Carbon Nanotube Forests on Conducting Metal Foils, J. Am. Chem. Soc., 128 13338. 

  17. Masarapu, C., Wei, B., 2007, Direct Growth of Aligned Multiwalled Carbon Nanotubes on Treated Stainless Steel Substrates, Langmuir, 23 9046. 

  18. Yi, W., Yang, Q., 2010, CVD Growth and Field Electron Emission of Aligned Carbon Nanotubes on Oxidized Inconel Plates without Addition of Catalyst, Diam. Relat. Mater, 19 870. 

  19. Pal, S.K., Talapatra, S., Kar, S., Ci, L., Vajtai, R., Borca-Tasciuc, T., Schadler, L.S., Ajayan, P.M., 2008, Time and Temperature Dependence of Multi-Walled Carbon Nanotube Growth on Inconel 600, Nanotechnol, 19 45610. 

  20. Nessim, G.D., Seita, M., O'Brien, K.P., Hart, A.J., Bonaparte, R.K., Mitchell R.R., Thompson, C.V., 2009, Low Temeprature Synthesis of Vertically Aligned Carbon Nanotubes with Electrical Contact to Metallic Substrates Enabled by Thermal Decomposition of the Carbon Feedstock, Nano Lett, 9 3398. 

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