탄소 나노튜브(CNT)는 다양한 방법으로 합성됩니다.
가장 널리 사용되는 상업적 공정은 화학 기상 증착(CVD)입니다.
다른 전통적인 방법으로는 레이저 제거와 아크 방전이 있습니다.
CVD 공정에는 일산화탄소와 최근에는 용융염에서 전기분해로 포집한 메탄 열분해 및 이산화탄소와 같은 친환경 또는 폐기물 공급원료를 포함한 다양한 공급원료가 사용됩니다.
5가지 주요 기술 설명
1. 화학 기상 증착(CVD)
CVD는 상업적으로 탄소 나노튜브를 합성하는 데 가장 널리 사용되는 방법입니다.
이 기술은 일반적으로 금속 촉매가 있는 상태에서 고온에서 탄소 함유 가스를 분해하여 탄소 원자를 나노튜브 형태로 기판에 증착하는 기술입니다.
온도, 압력, 가스 유량, 촉매의 특성과 같은 공정 파라미터는 CNT의 품질과 수율에 큰 영향을 미칩니다.
2. 레이저 제거
이 방법은 고출력 레이저를 사용하여 고온 챔버에서 흑연 타겟을 기화시키는 방법입니다.
기화된 탄소는 응축되어 CNT를 형성합니다.
이 기술은 고품질의 CNT를 생산하는 것으로 알려져 있지만 높은 에너지 소비와 비용으로 인해 상업적으로 실용성이 떨어집니다.
3. 아크 방전
아크 방전에서는 보호 가스 분위기에서 두 흑연 전극 사이에 직류 전류가 흐릅니다.
아크에 의해 생성된 강렬한 열이 양극을 기화시키고 그 증기로부터 CNT가 형성됩니다.
이 방법도 고품질의 CNT를 생산할 수 있지만 높은 에너지 소비와 제한된 확장성 등 레이저 제거와 유사한 단점이 있습니다.
4. 친환경 또는 폐기물 공급 원료를 사용하는 새로운 방법
최근 환경 영향을 줄이고 폐기물을 활용하기 위해 친환경 또는 폐기물 공급 원료를 사용하여 CNT를 합성하는 방법이 연구되고 있습니다.
예를 들어, 메탄 열분해는 메탄을 열분해하여 수소와 고체 탄소로 분해하는 방법인데, 여기에는 CNT가 포함될 수 있습니다.
이 방법은 탄소 포집 및 활용을 위한 잠재적인 경로를 제공하여 온실가스를 가치 있는 물질로 전환합니다.
마찬가지로 용융염에서 이산화탄소를 전기분해하는 방법도 CNT를 생산하는 데 사용되었지만, 생산된 물질의 품질에 대한 우려가 지속되고 있습니다.
5. 기타 혁신적인 기술
위에서 언급한 방법 외에도 연구자들은 CNT 합성을 개선하기 위한 새로운 기술을 지속적으로 모색하고 있습니다.
여기에는 생물학적 시스템, 플라즈마 기반 방법 및 CNT 생산의 효율성과 지속 가능성을 향상시키기 위한 기타 새로운 접근 방식이 포함됩니다.
이러한 방법은 각각 고유한 장점과 과제를 가지고 있는 CNT 합성에 대한 다양한 접근법을 강조합니다.
원하는 용도, 비용 고려 사항, 환경에 미치는 영향에 따라 방법을 선택해야 합니다.
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