Studies on surface properties of carbon nanotubes irradiated by high-energized beams

Abstract

탄소나노튜브는 넓은 표면적과 높은 강도, 높은 열전도 등의 물리적 특징을 가지고 있는 이상적인 신소재 나노구조체로 각광받고 있다. 이러한 물리적 성질 중에서 표면에 가스분자를 흡착시키는 등온흡착방법이 물리적 구조와 표면적을 조사하는 데 유용한 정보를 준다. 최근 들어 탄소나노튜브의 표면계질 변화를 위해 높은 외부 에너지 빔을 (보통 2 MeV 이상) 조사하는 방법이 소개되고 있다. 이때 사용되는 에너지는 2MeV 보다 높은 외부 에너지인 바, 양성자 빔, 전자빔등을 조사한 샘플과 조사하지 않은 샘플 등에 대해 등온흡착장비를 이용하여 Ar 분자를 흡착시키는 방법으로 각각의 온도에서의 결과를 조사하였다. 등온흡착 데이터는 Labview software를 사용한 자동흡착장비를 이용하여 얻었고, Ar분자의 삼중점 (83.78K) 아래에서 측정하였다. 그 결과 조사하지 않았던 탄소나노튜브를 기판으로 사용한 isotherm에 대해 분석하였을 때 첫 번째 원자 층이 생겼고, 일부 온도에 대해서는 2개의 원자 층이 생겼다. 이 결과를 보완해주기 위해서 K_(2D), Q_(st) 등의 열역학적인 성질을 통하여 확인하였고, 그 결과 외부에너지를 조사하지 않은 탄소나노튜브에 Ar 가스분자의 흡착을 통해서 1개 이상의 원자 층이 생기는 것을 확인하였다. 이 데이터를 기본으로 하여 양성자 빔과 전자빔등 외부 에너지를 조사한 탄소나노튜브 시료를 기판으로 사용하여 Ar 가스분자와 등온 흡착한 결과와 비교하였을 때 전자빔을 조사한 샘플의 경우 전체 온도에 대해 2개의 원자 층이 생기는 차이가 있음을 알 수 있었고, 양성자 빔의 경우 TEM 분석을 통하여 탄소나노튜브의 표면에 있는 금속원소들의 비율이 줄어드는 차이를 발견하였다. 즉, 외부에너지 조사를 통하여 표면 개질변화를 유도하였고, 샘플의 전 영역에서 나타나기 보다는 국소적으로 결함이 나타난 것이라고 isotherm결과와 TEM 결과를 통해서 알 수 있다.; Carbon nanotubes (CNTs) are recognized as the ultimate carbon fiber with large surface area, high strength, high thermal conductivity, and outstanding field emission properties. Among physical properties, Characteristics of gas adsorption on surface are expected to give useful information to investigate the physical structure on surface and specific surface area. High energized-external-beam irradiation technique including proton beam and electron beam was proposed to modify the surface treatment of CNTs. A series of Ar adsorption isotherm on each CNTs (unirradiated, proton beam and electron beam irradiated) was investigated by using an adsorption isotherm apparatus. The gas adsorption isotherm data for Ar was measured below the triple point (83.78K). The results of isotherm data from the pure CNTs showed two atomic layers on the surface at 65K. The evidence for the formation of isotherm step was confirmed by the calculations of the 2-D compressibility and the isosteric heat of adsorption values. After high-energized-beam irradiation, a local defect on surface was noted by the isotherm results and the investigation measured by using TEM.