스프레이법을 이용한 탄소나노튜브 박막 생성과 그 특성 분석

Abstract

기존 디스플레이에 표준 물질로 사용되고 있는 TIO(Indium Tin Oxide)는 외부 스트레스에 의해 쉽게 파괴되며 증착방식에 따른 고비용, 인듐 등의 매장량 제한 등의 단점이 있어 향후 대체 소재의 출현이 요구되고 있다. CNT의 분산 기술과 일액형 코팅액 제조기술, 그리고 나노코팅 및 패터닝 기술이 개발된다면 ITO를 능가하는 투명전극 소재가 될 것으로 예측된다.

본 연구에서는 Carbon nanotubes(CNTs) thin film을 형성할 수 있는 spray system을 설계 및 제작하고 spray 분사 조건을 잡았다. Spray 기법은 다른 방법에 비해 대면적에 균일하게 CNTs 박막을 형성할 수 있고 방법이 간단하고, 비용이 저렴하다는 장점이 있다. Spray system을 구축하기 위해 CNTs에 의해 nozzle이 막힘을 예방하고 균일한 분사를 위해 특수 자동 spraygun을 선택했다. 자동 spraygun이 대면적의 기판에 균일하게 CNTs 박막을 형성할 수 있도록 3.7 N·m 의 holding torque를 갖고 pulse에 의해 정확한 이동이 가능한 stepping motor와 구동 drive를 준비했다. CNTs suspension이 기판 표면에서 균일한 박막을 형성시키기 위해 약 300 ℃까지 온도 조절과 유지가 가능한 heating plate 제작하였다.

Spray 기법으로 균일하고 우수한 CNTs 박막을 형성하려면 Van der waals force에 의해 응집된 형태로 존재하는 CNTs를 잘 분산해야한다. Single-Walled carbon nanotubes(SWCNTs)을 DI water에 계면활성제 Sodium Dodecylbenzene Sulfonate(SDBS)와 초음파를 이용해 분산하고 원심분리기로 bundle 및 defect를 제거하고 nozzle의 막힘을 줄이기 위해 저농도의 SWCNTs suspension을 만들었다.

Spray 분사 횟수에 따라 SWCNTs 박막을 형성하였고, 50% HNO3 3시간 처리와 350 ℃에서 10분 간의 열 처리를 실시했다. 제작된 박막은 Scanning Electron Microscope(SEM)을 통해 형성된 SWCNTs 박막의 표면 특성을 확인할 수 있었고, monochromator를 이용해서 광학적 특성을 확인할 수 있었다. 4 point probe는 박막의 전기적 특성을 파악할 수 있었다.