초록 ▼

● UV-VIS NIR을 이용한 SWCNT 순도 평가법 개발
아크 방전법으로 합성된 SWCNT의 순도를 평가하기 위하여 고순도 SWCNT, 카본블랙, 플러렌, 금속촉매의 표준 물질을 사용하여 순도 평가방법을 개발하였다. UV-Vis-NIR을 이용하여 SWCNT의 순도를 가할 때 SWCNT의 S₂₂만을 이용하는 기존의 순도평가 방법에서 SWCNT, 카본블랙, 플러렌 또는 금속입자와 같은 물질들이 흡수면적에 대한 기여도가 다르기 때문에 상당히 큰 오차가 발생한다. 따라서 S₂₂만을 이용하는

● UV-VIS NIR을 이용한 SWCNT 순도 평가법 개발
아크 방전법으로 합성된 SWCNT의 순도를 평가하기 위하여 고순도 SWCNT, 카본블랙, 플러렌, 금속촉매의 표준 물질을 사용하여 순도 평가방법을 개발하였다. UV-Vis-NIR을 이용하여 SWCNT의 순도를 가할 때 SWCNT의 S₂₂만을 이용하는 기존의 순도평가 방법에서 SWCNT, 카본블랙, 플러렌 또는 금속입자와 같은 물질들이 흡수면적에 대한 기여도가 다르기 때문에 상당히 큰 오차가 발생한다. 따라서 S₂₂만을 이용하는 기존 평가법은 SWCNT 순도가 과도하게 평가되는 문제를 가지고 있으며, 다양한 불순물에 적용될 수 있는 순도평가방법이 필요하다. UV-Vis-NIR 스펙트럼에서 탄소물질의 π 플라즈몬과 전자의 여기를 포함하는 전체 면적이 순도평가에 사용된다면, 평가되는 탄소물질의 전체 스펙트럼 면적은 sp²형태의 탄소의 밀도와 관련이 있다. 다양한 탄소물질로 인한 π 플라즈몬 배경흡수가 불순물에 따라 변하는 로컬 면적방법을 사용하는 것보다 전체 π 플라즈몬과 관련된 전체 흡수면적을 사용하면 더 정확하게 도평가를 할 수 있고, 이러한 순도평가 방법과 평가 수식이 본 연구에서 제안되었다.
● 열중량 분석법(TGA)에 의한 SWCNT 순도 평가법 개발
본 연구에서 시료 내에 존재한 SWCNT의 양을 TGA로 정량적으로 평가하기 위하여 합성물에 포함된 각 탄소 물질들의 열적 특성을 체계적으로 분석하였다. 다양한 산화온도에서 산화에 따른 시료의 형태와 구조변화를 SEM과 TEM으로 분석하였다. 장 시간의 산화가 진행함에 따라 주요 불순물인 탄소나노입자는 300~400 ℃에서 산화되고, 이 온도범위에서 SWCNT의 함량은 증가하였다. 그러나 425~475 ℃에서 SWCNT는 급격하게 줄어들어, 최종적으로 흑연입자와 금속입자들만 남았다. SEM, TEM, TG 및 DTG 데이터의 해석을 바탕으로 AP-SWCNT의 DTG 곡선을 deconvolution하여 각 탄소성분별 피크로 분리하였다. AP-SWCNT 시료에서 SWCNT를 덮고 있는 미세한 비정질 탄소가 저온(385 ℃)에서 나타나고, 다음은 탄소나노입자(455 ℃), SWCNT(537 ℃), 흑연입자(~750 ℃)의 순으로 열에 강한 특성을 보였고, 각 피크의 아래 면적을 계산하여 함량을 측정하였다. TGA를 이용한 SWCNT의 순도 평가는 장비에 대한 접근이 쉽고 간단해서 널리 사용될 것으로 예상되고, 아크 방전법으로 합성한 AP-SWCNT 시료에 대해 열처리 온도와 시간을 조절하면 고순도의 SWCNT를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
● 정제된 시료의 순도평가 및 전기적 특성 평가
본 연구를 통하여 단일벽 탄소나노튜브의 순도, 길이, 번들 직경 등이 투명 전도성 필름의 전도성에 주는 영향에 대하여 연구하였고, 그동안 단일벽 탄소나노튜브 투명 전도성 필름 연구에 주로 사용되었던 열 정제 및 산정제를 한 단일벽 탄소나노튜브보다 열 정제한 단일벽 탄소나노튜브로 제작된 투명 전도성 필름의 우수함을 확인하였다. 아크방전법으로 합성된 시료는 비정질 탄소 및 불순물들이 많이 포함되어 있어 열 정제 및 산 정제의 단계를 거쳐 AS-SWCNT (순도 : 2.7 %), TP-SWCNT (16.3 %), TAP-SWCNT (76.4 %)를 얻었다. 순도가 다른 단일벽 탄소나노튜브를 이용하여 투명 전도성 필름을 제작하고 전기적 특성을 확인해 본 결과 지금까지 투명 전도성 필름에 주로 사용되고 있는 열 정제 및 산정제를 한 단일벽 탄소나노튜브(84 %, 216.2 Ω/sq) 보다 열 정제한 단일벽 탄소나노튜브(84 %, 155.8 Ω/sq)의 특성이 우수하게 나타났다. 열 정제한 단일벽 탄소나노튜브는 상대적으로 길이가 길어, 필름상 CNT 네트워크 형성 시 나노튜브들의 접촉되는 부분이 줄어들어 접촉저항이 감소함으로서 전기적 특성이 향상되었다. 또한 번들 직경은 열 정제한 단일벽 탄소나노튜브 보다 열 정제 및 산 정제를 거친 단일벽 탄소나노튜브의 번들 직경이 커져서 전기적 특성을 나빠지게 했다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 13
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 14
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 15
• Ⅲ. 연구성과 ... 16
• 끝페이지 ... 18