Carbon Nano Tube(탄소나노뉴브) (CNT)의 구조 및 물성, 응용기술, 응용제품

소개글

Carbon Nano Tube(탄소나노뉴브) (CNT)의 구조 및 물성, 응용기술, 응용제품에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 들어가는 말

2. CNT
2.1 CNT의 구조
2.2 CNT의 합성 및 정제
2.2.1 Laser ablation법
2.2.2 아크방전법(Arc discharge)
2.2.3 화학기상증착법(Chemical vapor depositio,CVD)
2.2.4 열분해법(Pyrolysis of hydrocarbon)
2.2.5 CNT의 정제 방법
2.3 CNT의 물성
2.3.1 기계적 성질
2.3.2 열적 성질
2.3.3 전기적 성질

3. CNT의 응용기술
3.1 CNT 기반 투명전도성 필름 제조기술
3.1.1 기술 동향
3.1.2 향후 전망
3.2 CNT 고분자 복합소재
3.2.1 기술 동향
3.3 CNT BLU

4. CNT 응용제품

5. 결론 및 발전방향

본문내용

TV의 응답속도를 나타낸 그래프이다. 응답속도는 밝기가 90%에서 10%로 감소하는 시간으로 정의된다. 그래프에 나타난 바와 같이 CNT BLU를 채용한 경우 CCFL에 비해 거의 3배나 응답 속도가 빠른 것을 알 수 있다. 이러한 CNT BLU의 특성을 이용하여 순간적인 강력한 백라이트 발광을 일으킬 경우 잔상에 의한 화질 저하 문제가 해결될 수 있다. 이는 현재 CNT BLU만 가능한 기술이다.
그림 24. LCD TV의 응답속도 비교
FED 다음으로 대표적인 분야가 바로 LCD 구동에 꼭 필요한 부품인 BLU이다. 그 동안 사용되던 CCFL BLU의 경우 수은을 포함하고 있어 환경 문제와 복잡한 공정이 필요하다. 그로 인해, 최근 LED를 이용한 BLU나 면광원 BLU 등 이를 대체할 BLU를 개발하기 위한 노력이 계속 되어왔다. 그 중 하나가 바로 탄소나노튜브를 이용한 BLU이다.
-BLU 종류별 특성 비교-
Source: Samsung Advanced Institute of Technology, ‘Carbon nanotubes for display application
탄소나노튜브의 전계방출 원리를 이용한 탄소나노튜브 BLU는 수은을 전혀 사용하지 않아 환경친화적이며, 구조가 단순하고, 두께도 더욱 얇아진다는 장점이 있다. 하지만 아직은 휘도가 1만 칸델라 수준에 머물고 있어, 이를 업계 요구 수준인 1만 5,000칸델라 이상으로 개선해야 한다는 과제가 남아 있다
4. CNT 응용제품
2000년 이전에 탄소나노튜브로 가장 많은 연구와 기대를 갖고 있던 분야는 반도체 소자였다. 직경이 1nm인데다 이론적으로 반도체 특성이 매우 좋아 전자의 이송이나 발열에 있어서 기존의 물질에 비해 월등히 우수하다고 판단되었기 때문이다. 하지만 실제로 제작된 탄소나노튜브는 이론과는 매우 달랐을 뿐더러 직경에 따라 반도체의 성질이 달라지는 특성 때문에 직경을 완벽하게 제어하고 또한 1nm직경의 나노튜브를 웨이퍼 전체에 균일하게 정렬하여 배치하는 것은 현실적으로 거의 불가능에 가까운 일이었다. 따라서 지금까지도 많은 연구가 진행되고 있으며, 반도체 로드맵(ITRS)에서 탄소나노튜브가 차세대의 반도체 재료로 인정받고 있지만 수년 내에 해결하기 힘든 기술적인 장벽을 가지고 있는 것도 사실이다.
최근에는 반도체 소자 분야에서 Cu를 대체할 수 있는 배선 소재로서 탄소나노튜브에 대해 주목하고 있다. 기존의 Cu배선이 반도체 선폭이 줄어갈수록 높은 발열로 인해 문제가 발생하기 때문에 이에 대한 해결책으로 전자의 이송시 스캐터링이 적어서 발열이 상대적으로 적게 일어날뿐더러, 소재 자체가 가지는 단위면적당 전류전송용량이 Cu의 1000배에 가깝기 때문에 가능성이 매우 큰 것으로 기대되고 있다. 그러나 아직까지 이론적인 값에 비해 낮은 성능을 가지는 점과 대면적에 균일하게 나노튜브를 배열하는 기술이 개발되지 않고 있어서 기술개발에 어려움을 겪고 있다(그림 25).
그림 25. (좌) Top-gate 나노튜브 트랜지스터의 개념도 (우) a) 다중벽 탄소나노튜브의 배선 개념도, b) 성장된 탄소나노튜브 c) TEM으로 찍은 (b)의 단면
또 다른 큰 기대를 가지고 연구되던 분야는 전계발광 디스플레이(FED)이다. 탄소나노튜브는 기존의 Mo팁과 달리 낮은 전압에서도 전자를 방출하는 특성을 가지고 있어서 매우 이상적인 전계발광소스로 인정되고 있으며, FED뿐 아니라 램프, X-ray, 전계발광 SEM용 전자 빔 소스로 연구되고 있다. 이 분야는 처음에는 기존의 디스플레이에 비해 저렴하고, 낮은 소비전력과 박형을 구현할 수 있다는 장점 때문에 삼성을 비롯해서 많은 기업이 연구를 진행해왔으나, 최근에는 기술적 및 시장환경 때문에 디스플레이 시장에 진입하지 못하고 있으며, 백라이트용으로 쓰이는 램프 등에 대한 연구가 주로 이뤄지고 있다(그림 26).
그림 26. (좌)삼성에서 개발된 FED, (우) CNT 램프, 나노퍼시픽
전자소자로서 이외에도 나노라디오, TFT, RFID 태그 등의 연구가 진행되고 있다. 센서에 대한 연구로는 가장 많은 연구가 진행되고 있는 분야가 가스센서이다. 2003년 스탠포드대학의 H. Dai가 산소와 암모니아에 대해 매우 낮은농도의 가스검출이 가능하다는 것을 사이언스에 발표한 이래로 많은 가스들에 대한 실험이 이뤄져왔으며, 나노믹스사에서는 이산화탄소와 수소를 검출하는 탄소나노튜브 가스센서의 프로토타입을 제시하기도 했다. 아직까지 시중에 출시된 상품화된 제품은 없는 것으로 알려져 있다. 이는 나노튜브가 가스에 대한 민감도는 매우 큰 반면에 상대적으로 특정가스에 대한 선택성이 부족한 문제가 있기 때문이다. 이를 극복하기 위해 탄소나노튜브와 금속입자를 결합 물질이나, 다수의 변형된 탄소나노튜브를 통한 신호분석 기법을 통한 해결방법이 제시되고 있으며, 최근에는 나노튜브를 대신해서 나노와이어를 이용한 가스센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 외의 센서로는 광학센서와 무선센서에 대한 학문적 수준에서의 연구가 진행되고 있다(그림 26).
그림 26. (좌) 일회용 CO2 측정기, (우) 수소 측정기
최근 들어 각광을 받고 있는 분야 중 하나는 탄소나노튜브를 투명전도성 필름으로 활용하는 것이다. 2003년에 SID(Society for Information & Display)전시회에서 EIKOS사가 탄소나노튜브의 투명전도성 필름의 응용가능성을 발표한 이래로 많은 연구와 개발이 이루어져왔다. 국내회에서 2005년에 설립된 탑나노시스가 이 분야의 연구를 시작한 이래로 2006년부터 10인치 터치 패널 프로토타입, 투명 스피커, 투명 LED 사인보드 등을 차례로 상품화함으로써 이 분야를 세계적으로 리드패널갠고 있다. 탄소나노튜브 투명전도성필름야를 부터 ITO를 대체하기 위한 목적으로 개발되었으며, 유연성에 큰 을 이 명전도성플렉서블 10인치 터치적합한 것으로 알려져 있다. 또한 태양전지, TFT, OLED, E-Paper 등의 투명전극으로의 적용 가능성에 대해 연구가 진행되고 있으며, 궁극적으로는 희귀금속으로 고갈되고 있는 인듐터치 패널상대적인 가격적 을 차례로 상ITO가 적용될 사인보는 영

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