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탄소나노튜브. 물리현상의 이해 10 조. Flow chart. 들어가기 앞서. 탄소나노튜브의 합성. 탄소나노튜브를 응용하게 되면 ?. 왜 탄소나노튜브 일까 ?. 탄소나노튜브란 ?. 탄소나노튜브의 응용분야. 여러 개의 튜브를 이용할순 없을까 ?. 미래의 탄소나노튜브 ?. 들어가기앞서. 나노과학기술 전자정보통신 , 의약 , 소재 , 제조공정 , 환경 및 에너지등의 분야 탄소나노튜브→새로운 물질특성의 구현이 가능→기초연구의 중요성과 산업적 응용성
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탄소나노튜브 물리현상의 이해 10조
Flow chart 들어가기 앞서 탄소나노튜브의 합성 탄소나노튜브를 응용하게 되면? 왜 탄소나노튜브 일까? 탄소나노튜브란? 탄소나노튜브의 응용분야 여러 개의 튜브를 이용할순 없을까? 미래의 탄소나노튜브?
들어가기앞서... • 나노과학기술 • 전자정보통신, 의약, 소재, 제조공정, 환경 및 에너지등의 분야 • 탄소나노튜브→새로운 물질특성의 구현이 가능→기초연구의 중요성과 산업적 응용성 • Fullerene발견(1985)→탄소나노튜브 발견(전기방전법,1991)→헬륨압력高, 합성수율이 크게 증가(1992)→단중벽 나노튜브합성(1993)→다발형 나노튜브(1996)
왜 탄소나노튜브인가? • 구조적인 다양성(직경,연결손) • 물리적 특성의 다양성(Armchair:금속,Zigzag:반도체) • 고화상 • Semi-one dimensional quantum effects • 탄소들의 벌집이 원통모양으로 이어져 있는 것 • 1개의 탄소는 3개의 다른 탄소와 인접 • 그 원통의 지름은 나노미터 단위 • 원통을 형성하는 각도나 직경에 따라 전기적 성질 변화 • 지름에 비해 길이가 매우 길다.
1. 탄소나노튜브란? • 가늘고 긴 대롱 모양의 탄소구조 • 하나의 탄소원자는 3개의 다른 탄소원자와 결합되어 있고 육각형 벌집 무늬 • 종이를 어느 각도로 말 것인가? 반도체(Zigzag 구조) 전기적 도체(Armchair 구조)
1.탄소나노튜브란? • 말린 형태는?단중벽 나노튜브(Single-wall Nanotube)다중벽 나노튜브(Multi-wall Nanotube)다발형 나노튜브(Rope Nanotube)분류기준→전이금속의 유무와 종류 • 불순물 도핑(doping)소량의 불순물을 일부러 첨가 p-형, 혹은 n-형의 반도체형성 • 튜브를 여러 다발로 포개놓음 반도체적 특성 Rope Nanotube Multi-wall Nanotube
Mirror Symmetry • 도핑 과정없이 도체가 반도체가 될 수 있음 • 나노투브한개가 존재할 때는 거울대칭성으로 인하여 두 개의 에너지띠가 서로 교차할 수 있어 금속이 된다 • 튜브들이 다발을 이루거나, 튜브에 다른원자들이 많이 붙거나, 혹은 튜브 모양을 적당히 변형시키면 거울대칭성이 깨어짐 • 교차하던 에너지띠가 갈라져서 반도체 같이 되는데 이와 동시에 에너지 값이 변하면서 n형,p형,혹은 두가지가 섞인(즉 어떤 형태로든 도핑이 된)반도체가 된다.
증가에 있어서 유의점 • 탄소나노튜브의 거대한 생산 • 탄소나노튜브의 고순도 증가 • 저온증가 • 탄소나노튜브의 수직정렬 • 넓은 지역에서의 고르게 분배된 증가 • 직경과 길이의 제어 • 탄소나노튜브의 구조적인 제어
2. 탄소나노튜브를 합성하면? • 전기방전법(arc-discharge)
2. 탄소나노튜브를 합성하면? • 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)
2. 탄소나노튜브를 합성하면? • 열화학 기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition)
응용가능성 • 반도체 제조 과정에서 한단계-도핑 -제거 • 현재보다 훨씬 높은 직접도의 회로개발 가능 • 강한 탄소공유결합으로 화학적으로 안정-전자회로외에도 초강력 섬유나 열, 마찰에 잘 견디는 표면재로로 • 열전도성 높아서 방출잘함 • 탄소에 대한 연구가 이미 많이 되어 있으므로 생물체와의 직접적인 정보교환까지 기대
문제점 • 대량생산 요원 • 튜브의 배열 기술 어려움- 새로운 응용가능성→뒤엉킨 상태 그대로 놓고 소위 병렬 분산 기어소자로 활용
3. 응용분야 • (1) FED (Field Emission Display) • LCE의 문제점 • 시야각이 좁음 • 백라이트픽셀별 트랜지스터 필요 • 고소비전력,고가격 • 문제점 해결 • 부피감소(3Cm이하) • 시야각이 넓어짐,밝기(휘도)개선 • 무게감소 • 제조원가 절감
3. 응용분야 • FED의 개략도
3. 응용분야 • 탄소나노튜브를 이용한 CRT Display
3. 응용분야 (2) 2차전지전극 및 연료전지 응용
3. 응용분야 (3) 극미세 전자 스위칭소자 응용
3. 응용분야 • 초미세 시스템의 초미세 연결선, 초미세 파이프, 초미세 액체주입 장치, 탄소나노튜브의 가스 흡착성을 이용하는 가스센서와 탄소와 생체 조직과의 친화성을 이용한 의료용 장치의 부품으로서의 응용 • 표면상의 특정 작용기를 감지하는 센서의 가능성 • 높은 전기전도성을 이용하여 optoelectronics 적용 복합체 연구 (4) Mechatronics 응용
3. 응용분야 • 첨단 전자정보산업 분야의 적용 • emitter 및 디스플레이 응용, 2차전지 및 연료전지, 나노부품 및 시스템, 고기능 복합체등에 관한 탄소나노튜브 응용연구 • 탄소나노튜브의 구조 및 형태제어, 대면적 합성기술, 저온합성 기술이 당면과제 (5)향후과제