탄소 나노튜브(CNT)를 합성하는 주요 화학적 방법은 화학 기상 증착(CVD)입니다. 이 방법은 탄화수소 가스를 고온에서 금속 촉매로 분해하여 탄소 나노튜브를 형성하는 것입니다. CVD는 확장성과 나노튜브 구조에 대한 제어로 인해 선호되며, 상업적으로 가장 많이 사용되는 공정입니다.
자세한 설명:
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화학 기상 증착(CVD) 공정:
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CVD 공정에서는 일반적으로 메탄이나 에틸렌과 같은 탄화수소인 전구체 가스를 600°C에서 1200°C 사이의 고온에서 금속 촉매(주로 철, 코발트 또는 니켈)를 통과시킵니다. 금속 촉매 입자는 가스의 탄소 원자가 분해되어 나노튜브의 튜브 구조로 재결합하는 핵 형성 부위 역할을 합니다. 나노튜브의 성장은 촉매 표면에 수직인 방향으로 이루어집니다.촉매 및 기판 준비:
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촉매는 실리콘 웨이퍼 또는 세라믹 플레이트가 될 수 있는 기판 위에 증착되는 경우가 많습니다. 촉매 입자는 나노튜브의 성장을 촉진하기 위해 적절한 크기(일반적으로 1-100nm)여야 합니다. 촉매 층의 준비는 나노튜브의 밀도, 정렬 및 품질에 영향을 미치기 때문에 매우 중요합니다.
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공정 파라미터:
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CVD를 통한 CNT 합성의 성공 여부는 온도, 가스 유량, 압력, 촉매 선택 등 여러 파라미터에 따라 달라집니다. 예를 들어, 온도가 높을수록 일반적으로 성장이 빨라지지만 나노튜브에 결함이 생길 수도 있습니다. 가스 유속은 성장에 사용할 수 있는 탄소 원자의 농도에 영향을 미치며, 압력은 이러한 원자가 촉매 표면으로 확산되는 데 영향을 줄 수 있습니다.새로운 기술 및 공급 원료:
최근 CVD의 발전에는 변형된 촉매 CVD 방법에서 일산화탄소를 공급 원료로 사용하는 것이 포함됩니다. 또한 용융염의 전기분해 또는 메탄 열분해로 포집한 이산화탄소와 같은 친환경 또는 폐기물 공급원료를 사용하는 것에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 이러한 방법은 환경 폐기물을 관리하고 온실가스 배출을 줄이면서 CNT를 생산하는 것을 목표로 합니다.
