플라즈마 화학기상증착 장비를 이용한 3차원 필라 사이에 연결된 탄소나노튜브 표면 개질에 관한 연구

Abstract

3차원 네트워크 탄소나노튜브 구조체는 전지의 전극, 광촉매 그리고 센서 등 다양한 곳에 응용되고 있다. 3차원 네트워크 탄소나노튜브구조체는 표면 개질을 용액상에서 진행하는 경우 건조과정에서 강한 반데르발스 힘이나, 혹은 모세관 힘에 의해서 탄소나노튜브 구조체가 뭉치거나 붕괴되는 현상이 발생한다. 그러므로, 3차원 네트워크 탄소나노튜브 구조체의 형태를 유지하고자, 플라즈마를 이용한 표면 개질을 진행하였다. 본 연구에서는 아세틸렌 플라즈마 및 암모니아 플라즈마 처리를 이용하여 3차원 네트워크 탄소나노튜브의 표면 개질을 수행하였다. 탄소나노튜브를 아세틸렌 플라즈마 처리를 통해서 비정질 탄소로 균일하게 형성시킨 뒤, 암모니아 플라즈마 처리를 통하여 질소가 함유된 작용기로 개질하였다. 전자현미경, 접촉각 측정, X선 광전자 분광법 (XPS), 그리고 형광을 이용하여, 플라즈마 처리된 3차원 네트워크 구조체를 분석하였다. 아세틸렌 플라즈마 처리한 구조체에서는 높은 소수성을 보인 반면에, 암모니아 플라즈마 처리를 한 구조체의 경우, 표면의 여러 작용기 형성으로 접촉각이 큰 폭으로 감소된 것을 관측하였다. 또한 플라즈마 처리된 구조체에 형광 이소티오시아네이트 (FITC) 용액과 반응시킨 결과, 탄소나노튜브와 암모니아 플라즈마 처리한 탄소나노튜브는 형광을 보이지 않았지만, 암모니아/아세틸렌 플라즈마 처리된 3차원 네트워크 구조체의 형광 강도는 아세틸렌 플라즈마 처리된 구조체보다 6배 높게 관측이 되었다. 또한 XPS 데이터에서도, 암모니아/아세틸렌 플라즈마 처리한 구조체에서 질소 함량이 아세틸렌 플라즈마 처리한 것보다 크게 증가한 것을 관측할 수 있었다. 그러므로, 아세틸렌 플라즈마 처리한 탄소나노튜브의 질소를 포함한 작용기의 개질은 성공적이었으며, 다양한 응용이 가능할 것으로 기대된다.