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<탄소나노튜브 실이란?> 

탄소나노튜브 실은 순수하게 탄소나노튜브로만 이루어져 있고, 반데르발스 힘(Van der Waals Force)에 의하여 탄소나노튜브가 연속적으로 결합해 여러 가닥의 다발로 형성된다.

실리콘 기판 위 탄소나노튜브 성장 시에 탄소나노튜브 밀도를 조절하는 방법으로 기판위에 수직 배양된 탄소나노튜브로부터 직접 탄소나노튜브 다발을 잡아당기면, 탄소나노튜브들 사이에 반데르발스 힘에 의해 실처럼 계속적으로 뽑혀 나온다.

탄소나노튜브 실은 높은 탄성과 철의 100배에 달하는 강도를 가지고 있어서 방탄복에 유용하고 뛰어난 전기 전도도와 열전도 물성 때문에 기능성 복합직물로도 활용이 가능합니다.

탄소나노튜브는 지난 2002년에 첫 등장했지만, 아직 세계적으로 상용화가 안 된 소재입니다.

남승훈 박사

처럼 고성능 방탄복과 항공우주 분야 등 첨단산업 소재로 사용되는 탄소나노튜브 실을 만드는 기술이 KRISS(한국표준과학연구원) 재료측정표준센터 남승훈 박사 연구팀에 의해 개발됐습니다.


연구팀은 실리콘 기판 위에 길이가 300㎛(마이크로미터)와 12㎚(나노미터) 굵기의 탄소나노튜브를 수직으로 배양시킨 후, 이로부터 여러 가닥의 탄소나노튜브를 다발로 형성시켜 실 모양으로 뽑아내는 방법으로 기존의 제조기법을 크게 개선시켰습니다.

탄소나노튜브 실의 굵기는 1마이크로미터 이하로, 연구팀은 1ⅹ1 ㎠  실리콘 기판 위에 수직 배양된 탄소나노튜브로부터 수십 m 이상 길이의 실을 만들 수 있도록 했습니다.

이번 개발된 기술로 가느다란 탄소나노튜브 실 여러 가닥을 한꺼번에 뽑아낼 수 있으며, 탄소나노튜브 실에 폴리머와 같은 물질을 쉽게 코팅할 수도 있습니다.

이 기술을 이용하면 향후 탄소섬유 방직산업에도 폭넓게 활용될 전망입니다.

금속 표면에 고전압을 가했을 때 전자가 튀어나오는 전계방출현상이 탄소나노튜브 실에서는 보다 낮은 전압에서도 나타나 산업적 활용도 기대됩니다.

이는 휴대용 X-ray 튜브나 전자총 등에 활용 할 수 있으며, 휴대용 초소형 비파괴검사 시스템에도 사용될 수 있습니다.

또 연구팀은 이번 연구를 통해 전자현미경을 이용해 전계방출 시 탄소나노튜브들 사이의 상호 반발에 의한 실 끝부분의 형태 변화를 실시간으로 촬영하는데도 성공했습니다.

이번 기술 개발로 탄소나노튜브를 실 형태 뿐만 아니라 시트 모양으로 균일하게 뽑아낼 수 있게 됨에 따라, 대면적 탄소나노튜브 필름의 대량제조도 예상되고 있습니다.

탄소나노튜브 시트는 유연성이 좋고, 투과율과 전기 전도도가 높아 앞으로 터치스크린 소재인 ITO((Indium Tin Oxide)필름을 대체할 수 있을 전망입니다.

또한 탄소나노튜브 시트 필름 양단에 직류 12V를 가하면 시트 필름 표면의 온도가 상승, 이를 이용한 자동차 유리 김서림 방지용 히터 등에eh 활용 가능합니다.

이번 연구는 국제학술지인 '카본(Carbon)'에 게재됐습니다.

탄소나노튜브 실


진공 속에서 전계방출 시 변화하는 탄소나노튜브 실 끝의 모양 변화


<연구개요> 

Ⅰ. 과제개요

 ○ 사업명 : 나노메카트로닉스기술개발사업(교육과학기술부 21세기 프론티어연구개발사업)

 ○ 과제명 : 나노 패턴손상 및 복합물성 측정기술 개발

 ○ 연구책임자 : 남승훈 박사(한국표준과학연구원)

 ○ 참여자 :  유권상 박사, 이윤희 박사, 백운봉 박사, 김용일 박사, 장훈식 박사, 조용재 박사, 제갈원 박사, 조현모 박사, 정인현 책임연구원, 박종서 선임기술원, 전상구 연구원, 박수영 연구원, 이정표 연구원(이상 한국표준과학연구원)

 ○ 연구기간(3단계) : 2008. 4~2012. 3

 ○ 주요 연구성과 : 국내외 논문 발표 및 게재(121건), 국내외 특허출원 및 등록(33건), 나노구조체 복합물성 측정기술 및 센서 개발 해외특허 출원(PCT/KR2011/000145), 탄소나노튜브 실 제조기술 연구성과 "Carbon Vol. 49" 표지 등재(2011. 1)


 용  어  설  명

 카본(Carbon)지(http://ees.elsevier.com/carbon/)
 : 네덜란드 Elsevier 출판사에서 출간되며, 탄소관련 소재기술의 전반적인 분야를 다루는 전문 학술저널. 2009년  Impact Factor 4.506인 저널로 소재분야의 가장 권위있는 학술 저널중 하나로 인정받고 있다

전계방출(Field emission)
: 금속의 표면에 강전계를 가했을 때 상온에서 생기는 전자 방출 현상.

 

탄소나노튜브 실의 전계방출 실험 장면

posted by 글쓴이 과학이야기

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