산화실리콘 표면에 성장시킨 탄소나노튜브의 분석과 응용

Abstract

본 연구에서는 산화 실리콘 나노선 표면에 탄소나노튜브를 성장시켜서 1차원 나노 복합 구조체를 형성시키는 방법에 대해 소개하고자 한다. 산화 실리콘 나노선은 기체-액체-고체 성장 메커니즘을 이용하여 금 나노입자를 촉매로 하여 아르곤 환경의 고온 열처리를 통해서 성장시켰다. 이렇게 성장시킨 산화 실리콘 나노선 표면에 탄소나노튜브를 합성시키기 위해서 물리 증착 방법으로 니켈 나노입자를 나노선 표면에 증착시켰다. 탄소나노튜브는 플라즈마 화학 기상 증착 방법으로 니켈 나노입자가 증착된 산화실리콘 나노선 표면에 성장시켰다. 합성된 산화 실리콘 나노선-탄소나노튜브 복합구조는 기존의 평평한 기판에 성장시킨 탄소나노튜브 보다 단위면적당 더 높은 밀도를 가지므로 활성면의 촉매제, 가스 센서 등의 용도로써 더 나은 성능을 보여줄 수 있으리라 기대된다. 또한, 니켈 나노입자 크기를 조절함으로써 산화 실리콘 나노선 표면에 성장하는 탄소나노튜브의 길이, 두께 및 밀도를 조절 가능한 방법에 대하여 제시하였다. 더 많은 양의 니켈을 증착시켰을 때 탄소나노튜브의 길이와 두께 및 밀도가 증가하였고 적은 양의 니켈을 증착 시켰을 경우에는 탄소나노튜브가 성장하지 않은 니켈 나노입자가 나노선 표면에 상대적으로 더 많이 존재하였다. 이와 같은 실험을 통해서 탄소나노튜브가 성장하기 위한 촉매로써의 역할을 하기 위해서는 어느 임계 크기 이상의 니켈 나노입자가 형성되어야 한다는 사실을 확인할 수 있었다. 마지막으로 SiOX 나노 와이어 표면에 성장시킨 CNT를 이용하여 전기흡착용 전극 및 수처리용 필터로써의 활용도와 기존의 전극 물질들의 문제점들을 개선할 수 있는 방안을 소개하고자 한다. 기존의 CNT를 이용한 전기흡착용 전극과 비교하였을때 SiOX 나노 와이어 표면에 성장시킨 CNT를 수처리용 전기흡착 전극으로 사용하게 된다면 처리수 내 이온의 흡착속도와 흡착용량이 증가하여 높은 효율로 수처리가 가능할 것으로 예상된다. 또한, 상기 전기흡착 전극에 역전류를 흘려줌으로써 이온이 탈착되는 간단한 재생의 방법을 통해 반영구적인 사용이 가능함으로써 경제적인 효율성이 높아질 것으로 기대된다.