탄소 나노튜브의 광/전자 특성에 관한 연구

Abstract

탄소 나노튜브(Carbon nanotube)는 다른 나노 신소재들에 비해 독특한 특성과 다양한 장점을 지니고 있고, 잠재적인 응용 가능성(Field Emission Display, 수소저장 장치, 센서, 단-전자 트랜지스터 등)이 매우 크다. 하지만 탄소 나노튜브는 균일한 구조의 합성, 전기적 성질 및 꼬임성 제어 등 실제 상용화 과정까지는 아직 많은 문제점을 가지고 있다. 유기분자의 탄소 나노튜브 내부에 삽입을 통하여 에너지 구조의 변화를 유도하고, 유기물의 이온화 에너지와 전자친화도의 선택으로 필요한 에너지 구조의 탄소 나노튜브를 얻는 연구들이 진행되고 있다. 합성된 탄소 나노튜브 내부로 다양한 유기분자를 내부 삽입하여 전기적 전도성이 변화되는 것을 관찰하였다. 이러한 변화는 탄소 나노튜브의 에너지 레벨 변화가 가능함을 의미한다. 내부 삽입을 증명하기 위하여 IR, near-IR, Raman 그리고 XRD 등의 광학적 특성을 유기분자 삽입 전후에 관하여 비교 연구하였다. 또한 형광 특성을 갖는 유기 분자를 삽입하면 원래는 가지고 있지 않던 가시광선 영역에서의 발광현상을 관찰하였다. 마지막으로 탄소 나노튜브의 응용 분야 중 선택비(aspect ratiofh) 인하여 가장 많은 각광을 받고 있는 전계방출 효과에 대하여 연구하였다. 일반적인 방법과는 다른 유전체의 박막을 이중으로 코팅하여 강한 전기장하에서 유전체의 전도대역을 통하여 전계방출이 보다 원활하게 나타나는 결과를 얻었다. 강한 전기장하에서 전계방출 현상이 일어날 때, 에미터의 끝부분이 고열로 인하여 파손되는 경우가 많은데 유전체가 코팅된 Carbon nanotube에서는 이러한 현상이 현격하게 줄어들었다.; Reaction of SWNTs (Single-Walled Carbon Nanotubes) with molecules having large electron affinity and small ionization energy achieved p-type (C60, Tetracyano-p-quiodimetaane), n-type (Terathiafulvalene, aliphatic thiol series depend on chain length) doping, respectively. Doping progressed that encapsulation of various molecules inside nanotube in vacuum environment. Doping changed electric property drastically by charge transfer depends on encapsulated molecules. The simplicity of the synthetic process offers a viable route for the large-scale production of SWNTs with controlled doping states, because of using MAT-SWNT. We think that electric character change measurement of encapsulated C60 MAT-SWNT is investigated at first by our group. Optical characterization (Near-IR, Raman spectrum) and electric properity (conductivity) revealed that charge transfer between SWNTs and molecules starts at certain critical energies. We measured field emission (FE) and secondary electron emission (SEE) of carbon nanotubes (CNTs) after coating of wide band-gap materials such as MgO and CsI. FE was increased more after MgO coating (MgO-coated CNTs) and successive CsI coating (CsI/MgO-coated CNTs) for both singled-walled and multi-walled CNTs. SEE also showed the same increase after monolayer and double layer coating. The field enhancement factor β and the SEE yield δ were calculated from the Fowler-Nordheim equation of FE graph and secondary electron measurements, respectively, for monolayer and double layer-coated nanotubes. The both values have the same trends as follows; (1) The double layer-coated CNTs were higher than the mono layer-coated CNTs. (2) The single-walled CNTs were higher than the multi-walled CNTs. The photoluminescence (PL) spectrum of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) is found around near-IR range (950~1150nm). Another visible photoluminescence at 515 nm of ruthenium-doped multiwall carbon nanotubes was also reported. Here, we prepared 1-(2-amino-phenyl) naphthalene-2-ylamine (APNA) molecules (photoluminescent material) encapsulated-SWNTs (APNA@SWNT) by using self-assembly encapsulation method in vacuum. We measured UV/Vis spectroscopy of the APNA@SWNT. This APNA@SWNT showed strong absorption peak at 265 and 326nm. As result of PL of APNA@SWNT, we found strong visible luminescence at around 400nm at excitation of 265 and 326nm.