탄소 나노튜브(CNT)의 합성에는 여러 가지 방법이 있으며, 비용 효율성과 구조적 제어 가능성으로 인해 화학 기상 증착(CVD)이 가장 널리 사용되고 있습니다. 이 방법은 촉매와 열처리를 사용하여 기체 탄소 공급원으로부터 CNT의 성장을 촉진합니다. 이 공정은 온도, 탄소원 농도, 체류 시간과 같은 매개변수의 영향을 받으며, 이는 CNT의 품질과 수율에 큰 영향을 미칩니다.
화학 기상 증착(CVD):
CVD는 CNT를 대규모로 합성하는 데 널리 사용되는 기술입니다. 일반적으로 철, 코발트 또는 니켈과 같은 금속 촉매가 있는 상태에서 고온에서 탄화수소 가스를 분해하는 방식입니다. 촉매 입자는 탄소 함유 가스를 흡착하고 탄소 원자가 재배열되어 관형 구조를 형성함으로써 탄소 나노튜브의 형성을 촉진합니다. 촉매의 크기와 반응 조건(온도, 압력, 가스 유량)을 제어하면 직경, 길이, 키랄리티와 같은 CNT의 특성을 조작할 수 있습니다.촉매 화학 기상 증착(CCVD):
- 이것은 촉매가 성장 과정에서 보다 적극적인 역할을 하는 수정된 버전의 CVD입니다. CCVD를 사용하면 CNT의 구조와 방향을 보다 정밀하게 제어할 수 있으므로 정렬 또는 수직 방향의 CNT가 필요한 애플리케이션에 적합합니다. 일부 CCVD 방법에서 일산화탄소를 공급 원료로 사용하면 공정의 효율성과 다양성이 더욱 향상됩니다.기타 방법:
- 레이저 어블레이션: 이 기술은 고출력 레이저를 사용하여 흑연 타겟을 기화시켜 가스 상에서 CNT를 생성한 다음 수집합니다. 고품질의 단일벽 CNT를 생산하는 데 특히 유용하지만 CVD보다 확장성이 떨어지고 에너지 집약적입니다.
- 아크 방전: 이 방법은 불활성 대기에서 두 흑연 전극 사이에 전기 아크를 사용하여 CNT를 생성하는 방식입니다. 효과적이기는 하지만 CVD에 비해 제어 및 확장성이 떨어집니다.
친환경 및 폐기물 공급원료: 새로운 방법은 환경 친화적이거나 폐기물을 탄소 공급원으로 사용하는 데 중점을 둡니다. 예를 들어, 용융염에서 전기분해로 포집한 이산화탄소와 메탄 열분해는 환경에 미치는 영향을 줄이면서 CNT를 생산하기 위해 연구되고 있습니다.
도전 과제와 고려 사항:
