Ti의 표면 특성이 carbon nanotube (CNT)의 성장에 미치는 영향

Abstract

산업의 발전으로 인해 수반된 환경오염문제의 해결은 더 이상 선택적 개선의 경제논리가 아닌 21세기 국가경쟁력의 근간을 이루고 나아가 인류 생존에 있어서 필수적인 과제로 대두되었다.[1] 이에 따라, 각종 수질 및 대기 환경 오염물질의 제거를 위한 고 효율성 다공성 재료의 개발은 환경문제 해결을 위한 핵심적인 연구 분야가 되었다.[2] 하지만 현재 다공성 재료의 효율 개선을 위한 연구는 재료 내 기공 크기나 분포 제어를 통해 비표면적을 증가 시키는 등의 일차원적인 연구에 국한 되어 있으며 비표면적 극대화에는 한계에 다다른 실정이다. 이에 따라 우수한 비표면적 및 오염물질 흡착성을 가진 탄소나노튜브를 다공성 재료 내에 성장시킴으로써 높은 비표면적을 갖는 고 기능, 고 효율성 다공성 금속 재료를 개발 하는 것은 기존 다공성 재료의 문제점 및 한계성을 극복할 수 있는 독창적인 기술이라 할 수 있다.[3,4] 탄소나노튜브를 이용한 다공성 금속 재료의 제조에 관한 기존 기술들은 탄소나노튜브가 함유된 슬러리에 다공성 재료를 함침 시키거나 슬러리를 다공성 재료에 여과시켜 탄소나노튜브를 재료 표면에 분산 부착시킨다. 그러므로, 탄소나노튜브들이 바인더 등에 의하여 묻혀버리기 때문에 다공성 재료의 표면상에 균일한 나노구조체를 형성시키기 어렵다. 또한, 이미 제조된 탄소나노튜브를 슬러리로 만드는 공정과 모재를 함침시키는 복잡한 공정에 의해 제품의 제조에 소요되는 시간이 길어지는 등의 여러 가지 문제점들이 있을 수 있다. 따라서 기존 방식의 문제점을 개선하기 위해 다공성 재료 여재에 버텀-업(Bottom-Up) 방식으로 탄소나노튜브를 직접 합성, 성장 시켜 공정 상의 단계를 획기적으로 줄이고 이에 따르는 비용저감을 구현 하고자 하였다 [5,6] 한편, CNT의 합성에 있어 직경, 결정성 등과 같은 성장거동 해석은 이미 많은 연구진에 의해 수행되어 왔으나, substrate 표면에 균일하게 제조하고 분산 시키는 연구는 전무하다. 고 기능성 다공성 재료 제조를 위해서는 고 수율의 탄소나노튜브를 성장 시키고 균일하게 분산 시키는 것이 핵심 변수로 작용 하므로 이에 대한 연구가 선행되어야 한다.[4,6,7] 일반적으로 나노 구조체의 분산도는 모재의 표면 특성에 크게 좌우 되므로 본 연구에서는 Ti substrate의 표면 특성이 탄소나노튜브의 성장 및 분산도에 미치는 영향을 고찰하고자 50% 황산(H2SO4)을 이용하여 50℃에서 30분~12시간 etching을 실시한 후 Ti 기지의 표면 roughness를 관찰하였다. 또한 표면 개질 된 Ti substrate표면에 나노크기의 Fe 촉매금속을 석출시키고, 열 화학 기상 증착법을 이용하여 탄소나노튜브를 성장하였다. 제조된 탄소나노튜브의 수율 및 미세조직 특성을 분석하여 탄소나노튜브 합성시 최적의 모재 표면 조건을 제시하고자 한다. |As the air and water pollutions have become a serious problem throughout the world, interest in environmental preservation has increased. The demand for green electronics such as air purifier and water purifier is rising along with the expansion of well-being trend. In addition, the research on improving the purifying performance of filter, which is a key part of green electronics, has been studied at home and abroad. In case of a metal filter, even though the performance can be improved by decreasing the size of pores or modifying the surface of porous body, it is less effective. Recently, adopting CNTs to porous materials is studied because they have a tremendously large specific surface area and a bio-adsorptive property. However, distributing CNTs in a filter to maximize the filtering efficiency is nonexistence. In this study, therefore, Ti substrate was surface-modified by sulfuric etching in order to distribute CNTs uniformly and increase the CNT yield. The surface roughness was analyzed by AFM and the distribution of Fe catalysts by EPMA. The graphite structure of CNT was confirmed by Raman and the shape and size by FE-SEM.; As the air and water pollutions have become a serious problem throughout the world, interest in environmental preservation has increased. The demand for green electronics such as air purifier and water purifier is rising along with the expansion of well-being trend. In addition, the research on improving the purifying performance of filter, which is a key part of green electronics, has been studied at home and abroad. In case of a metal filter, even though the performance can be improved by decreasing the size of pores or modifying the surface of porous body, it is less effective. Recently, adopting CNTs to porous materials is studied because they have a tremendously large specific surface area and a bio-adsorptive property. However, distributing CNTs in a filter to maximize the filtering efficiency is nonexistence. In this study, therefore, Ti substrate was surface-modified by sulfuric etching in order to distribute CNTs uniformly and increase the CNT yield. The surface roughness was analyzed by AFM and the distribution of Fe catalysts by EPMA. The graphite structure of CNT was confirmed by Raman and the shape and size by FE-SEM.