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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 정구환
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수10
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2013
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SWNTs는 우수한 전기적, 광학적, 기계적 특성뿐만 아니라 화학적 안정성도 갖고 있어 다양한 분야에 응용이 예상되며, 최근까지 SWNTs를 이용하여 트랜지스터, 각종 센서 등으로의 응용연구가 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 SWNTs는 그 직경과 뒤틀림도(chirality)에 따라서 금속성, 또는 반도체성을 띄는 것으로 알려져 있다. 하지만, 합성단계에서는 금속성 SWNTs와, 반도체성 SWNTs가 혼재되어 있기 때문에 전술한 바와 같은 차세대 응용을 위해서는 SWNTs의 전도성 제어 합성기술의 개발 및 합성 후 전도성에 따라 튜브를 분리(separation)하는 기술이 반드시 해결해야 할 문제로 남아있는 실정이다.
본 연구에서는 SWNTs의 전도성 제어를 해결하기 위하여 합성단계에서부터 SWNTs의 전도성을 직접적으로 제어하고자 튜브직경 및 chirality와 밀접한 연관성을 갖는 촉매 입자의 크기제어를 목표로 하여 SWNTs의 직경을 제어, 나아가 합성되는 SWNTs의 전도성을 제어하기 위한 연구를 진행 하였다.
기존 SWNTs의 합성 촉매로는 주로 철, 코발트, 니켈 등의 전이 금속을 사용하여 촉매 입자의 크기를 제어하는 방법이 주로 보고 되었으나, 최근에는 전이금속 뿐만 아니라 금, 은, 백금 등의 귀금속에서부터 다양한 금속산화물의 나노입자에 이르기까지 그 범위가 확장되었고, 특히 금은 전이금속에 비하여 융점이 낮기 때문에 비교적 낮은 온도의 열처리를 통해서도 증발에 따른 입자 크기 제어가 용이하다는 장점을 갖고 있어 본 연구에서는 금 콜로이드 입자를 SWNTs의 합성 촉매로 선정 하였다.
먼저 열화학기상증착법(TCVD)를 이용하여 SWNTs 합성의 최적조건을 찾았으며 SWNTs 합성 최적조건으로는 합성온도 900℃, 합성가스 수소와 메탄(100:900 sccm)의 혼합가스를 사용하여 10분 간 합성하였다. 900°C의 고온에서 열처리를 통하여 촉매인 금 나노 입자의 크기를 제어 하였고, 직경이 제어된 금 콜로이드 입자를 이용하여 SWNTs의 합성을 진행 하였다. SWNTs의 수평배향을 위해 본 연구에서는 퀄츠 기판위에 스텝을 형성시켜 직접 SWNTs를 합성시킴으로써 수평 배향된 나노튜브의 합성을 도모하였다. 열처리 시간이 증가함에 따라 촉매 나노입자의 크기, 및 SWNTs의 직경이 감소하는 것을 원자현미경, 라만분광기를 이용하여 확인 하였으며 퀄츠 기판 위에 수평배향 된 SWNTs는 PMMA를 이용하여 다른 원하는 기판으로의 전사하는 기술을 확립함으로써 향후 SWNTs기반의 나노소자 제작기술의 바탕을 제시 하였다.
본 연구에서는 SWNTs의 전도성 제어를 해결하기 위하여 합성단계에서부터 SWNTs의 전도성을 직접적으로 제어하고자 튜브직경 및 chirality와 밀접한 연관성을 갖는 촉매 입자의 크기제어를 목표로 하여 SWNTs의 직경을 제어, 나아가 합성되는 SWNTs의 전도성을 제어하기 위한 연구를 진행 하였다.
기존 SWNTs의 합성 촉매로는 주로 철, 코발트, 니켈 등의 전이 금속을 사용하여 촉매 입자의 크기를 제어하는 방법이 주로 보고 되었으나, 최근에는 전이금속 뿐만 아니라 금, 은, 백금 등의 귀금속에서부터 다양한 금속산화물의 나노입자에 이르기까지 그 범위가 확장되었고, 특히 금은 전이금속에 비하여 융점이 낮기 때문에 비교적 낮은 온도의 열처리를 통해서도 증발에 따른 입자 크기 제어가 용이하다는 장점을 갖고 있어 본 연구에서는 금 콜로이드 입자를 SWNTs의 합성 촉매로 선정 하였다.
먼저 열화학기상증착법(TCVD)를 이용하여 SWNTs 합성의 최적조건을 찾았으며 SWNTs 합성 최적조건으로는 합성온도 900℃, 합성가스 수소와 메탄(100:900 sccm)의 혼합가스를 사용하여 10분 간 합성하였다. 900°C의 고온에서 열처리를 통하여 촉매인 금 나노 입자의 크기를 제어 하였고, 직경이 제어된 금 콜로이드 입자를 이용하여 SWNTs의 합성을 진행 하였다. SWNTs의 수평배향을 위해 본 연구에서는 퀄츠 기판위에 스텝을 형성시켜 직접 SWNTs를 합성시킴으로써 수평 배향된 나노튜브의 합성을 도모하였다. 열처리 시간이 증가함에 따라 촉매 나노입자의 크기, 및 SWNTs의 직경이 감소하는 것을 원자현미경, 라만분광기를 이용하여 확인 하였으며 퀄츠 기판 위에 수평배향 된 SWNTs는 PMMA를 이용하여 다른 원하는 기판으로의 전사하는 기술을 확립함으로써 향후 SWNTs기반의 나노소자 제작기술의 바탕을 제시 하였다.
목차
Ⅰ. 서 론 1Ⅱ. 이론적 배경 41. 탄소나노튜브 41-1.탄소나노튜브의 종류 41-2. 탄소나노튜브의 구조 41-3. 탄소나노튜브의 특성 51-4. 탄소나노튜브의 합성 101-4-1. 아크방전법 (Arc-discharge) 101-4-2. 레이저 증발법 (Laser ablation) 101-4-3. 열화학기상증착법 (TCVD) 111-4-4. 플라즈마화학기상증착법 (PECVD) 111-5. 탄소나노튜브의 응용 131-5-1. 전계방출소자 131-5-2. 나노전자소자 131-5-3. 센서 141-5-4. 에너지 저장소자 152. 단일벽 탄소나노튜브 (SWNTs) 162-1. SWNTs의 전도성 제어 172-1-1. 합성조건을 이용한 전도성 제어 172-1-2. 분리를 통한 전도성 제어 172-2. SWNTs의 방향성 합성 182-2-1. 전기장을 이용한 방향성 합성 182-2-2. Laminar flow를 이용한 방향성 제어 192-2-3. 단결정기판을 이용한 방향성 제어 19Ⅲ. 실험 방법 251. 수평배향 성장을 위한 퀄츠 기판의 열처리 252. 퀄츠 기판의 표면 전처리 253. 촉매 금 나노입자의 준비 264. 열화학기상증착법을 이용한 SWNTs의 합성방법 265. 분석방법 27Ⅳ. 결과 및 고찰 291. 촉매 금 나노입자의 단 분산 최적화 291-1. APTES 와 toluene의 비율 제어 292. 금 나노입자의 크기 제어 312-1. 온도와 시간을 변수로 한 열처리를 통한 크기 제어 312-2. 농도 제어를 통한 금 나노입자의 응집을 방지 343. SWNTs의 직경제어 합성의 최적화 373-1. SWNTs의 합성 373-2. SWNTs의 직경제어 합성 404. 패턴 기판으로 SWNTs의 전사 455. Raman 분광기를 이용한 SWNTs의 특성 평가 486. 구조적 제어 합성된 SWNTs의 응용 51Ⅴ. 결 론 53
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