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>CNT를 분산했습니다. >그런데 이 분산 용액의 안정성을 어떻게 평가하죠? >상온에서 그냥 방치한다음 뭉침이 없는지 확인하나요? >아님 기기를 이용해서 확인하나요? >표준으로 잡힌게 있나요? 궁금하네요.. >논문에서는 몇일간 놔두고 안정하다고 하는데... 첨부자료 참조하세요...3페이지 부터 비번은 www.kosen21.org

>CNT를 분산했습니다. >그런데 이 분산 용액의 안정성을 어떻게 평가하죠? >상온에서 그냥 방치한다음 뭉침이 없는지 확인하나요? >아님 기기를 이용해서 확인하나요? >표준으로 잡힌게 있나요? 궁금하네요.. >논문에서는 몇일간 놔두고 안정하다고 하는데... CNT의 종류별 및 사용용도에 분산 방법이 다릅니다. 분산 후 침전이나 응집이 안되면 분산이 잘 되었다고 봅니다. 아래 분산방법을 살펴보시고 지금 사용하시는 CNT가 SWNT인지 MWNT인지 확인하시고 사용용도를 정한 후 분산에 임하십시오 CNT 및 나노소재의 화학적 분산기술 탄소나노튜브는 합성단계에서 나노튜브 입자간의 응집현상이 발생하며, μm 수준의 물리적 응집과 수십 nm 수준의 화학적 응집으로 구분할 수 있다. 일반적인 MWNT는 물리적 응집이 대부분이고 직경이 작은 thin MWNT (직경20~5 nm)의 경우 일부가 화학적 응집을 이루고 있다. SWNT는 개개의 튜브가 화학적 응집으로 모여 수십 nm 수준의 번들을 이루고 이번들이 다시 물리적응집을 보이는 구조를 이루고 있다. 특히 분산문제에 있어 SWNT는 매우 다루기 힘들고 난이도가 높다고 할 수 있다. DWNT는 상대적으로 SWNT 대비 약한 화학적 응집과 물리적 응집을 이루고 있다. 따라서 CNT 분산기술에서 난이도 순으로 보면 MWNT, DWNT, SWNT 순으로 어려워지는 것을 알 수 있다. 이와 같은 응집현상은 전도도 구현에서 3차원 네트워크 구조형성을 방해하고 입자 대비 전도효율을 감소시키기 때문에 상업적 활용을 위해서는 반드시 극복해야한다. 물리적 응집현상을 극복하지 못하면 극단적으로 튜브가 아닌 μm 수준의 구형입자를 사용하는 것과 유사하며, 더나아가 화학적 응집현상을 극복하지 못하면 이론적인 퍼콜레이션 농도를 달성할 수 없다. 전도성 필름 또는 전도성 고분자로의 응용을 위해서는 바인더 또는 고분자 내에서 나노튜브가 충분히 분산되어 3차원 네트워크를 형성해야 하며 고분자 물질과의 계면 접착력도 향상시켜야 한다. 이러한CNT 및 나노소재의 분산기술에 있어 난이도가 높고 투명전극소재로 활용이 가능한 SWNT를 기준으로 분산기술의 기술하고자 한다. 2.1. 용매를 이용한 분산 유기용매를 이용한 초음파 분산은 가장 단순한 형태의 분산기법이다. SWNT를 분산시키는 최적의 용매는 amide계열이지만 단순한 solvation에 의한 분산이기 때문에 안정성이 떨어지는 문제가 있으며, 용액공정에 일반적으로 사용되는 다양한 용매들에 대해서는 용해도가 매우 낮은 문제가 있다. 2.2. 계면활성제를 이용한 분산 나노입자 분산에서 계면활성제를 이용하는 방법은 오랫동안 사용되어 왔으며 CNT 분산에도 유사한 방법으로 적용될 수 있다. 번들로 존재하는 SWNT는 반데르 발스 인력에 의해 튜브간 간격이 0.3 nm 수준으로 안정화되어 있으며 계면활성제가 도입되어 튜브 간격을 2~3 nm 수준으로 유지하면서 안정화 시키는 작용을 한다. 2.3. 산처리를 이용한 분산 탄소나노튜브의 산처리는 나노튜브 정제를 위한 기본적인 방법으로 산용액에서 간단한 처리를 통해 금속성 촉매를 제거할 수 있다. 산처리 공정의 부수적인 효과로는 나노튜브의 분해, 절단, 관능기 도입 등이며 질산, 황산 등에서 처리시 카르복실기(-COOH)의 도입이 주로 이루어진다. 산처리 단계에서 직경이 작은 SWNT의 분해가 쉽게 발생하기 때문에 산 의 농도, 처리조건 등의 최적화가 필요하며 말단의 캡이 선택적으로 기능화된 나노튜브의 제조도 가능하다. 나노튜브의 팁부분에 도입 된 기능성기는 물분자와의 인력이 증가하고 나노튜브는 음으로 대전되면서 정전기적 반발력이 생성된다. 이와 같은 처리를 통해 수소결합이 가능한 용매의 용해도가 증가하며 정전기적으로 안정한 용액을 제조할 수 있다. 2.4. 전해질을 이용한 분산 전지 등의 전해질로 주로 사용되는 ionic liquid(IL)가 SWNT와 쉽게 bucky gel을 형성한다는 보고가 있었으며, 이러한 특성을 이용한 전해질 또는 염(salt)을 이용한 나노튜브의 분산도 다양하게 시도되고 있다. 대표적인 IL 재료로서 1-butyl-3-methylimidazoliumtetrafluoroborate (BMIMBF4), 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMIMPF6) 등을 들 수 있으며 grinding을 통해 나노튜브 함량을 10 mg/mL 수준까지 용해시킬 수 있다. 또한 이 단계에서 제조된 CNT paste를 유기용매에 재분산시키는 방법으로 새로운 용해가능 용매를 찾아낼 수 있으며. 기존 산처리, 계면활성제 방법에 비해 보다 단순한 공정으로 분산 용액을 제조할 수 있다. 이상의 대표적인 방법 외에도 다양한 분산 기법들이 보고되고 있다. 추가로 몇가지를 기술하면 수용액에서의 고분자 wrapping 개념을 이용하여 극성용매와 수용성고분자(PVOH)를 이용한 안정된 CNT 분산용액 제조방법이 보고되었다. 또한 pyrene group을 이용하여 CNT 표면에 π-π stacking을 도입하는 방법 으로 분산성을 개선할 수 있다. 말단에 긴 사슬의 알킬그룹을 갖는 pyrene 유도체를 사용하여 계면활성제와 유사한 특성을 구현할 수 있으며, 알킬그룹의 치환을 통해 나노튜브 표면에 금속입자, DNA 등을 흡착시킬 수 있는 방법으로도 사용되고 있다. 2.5. 고분자를 이용한 분산 CNT의 입자의 수준에서 응집현상으로 물리적 힘에 의존하여 분산하는 것은 대단히 어렵다. 일반적으로 CNT에 고분자를 직접 혼합하거나 모노머 단계에서 in-situ polymerization방법에 의해 제조한다. 기계적으로 정제 된 MWNT와 에폭시 수지를 혼합하여 복합체를 제조한다. 이 복합체는 nonconjugated polymer를 사용한 복합체 연구의 재료로도 사용하고 있다. 이 복합체를 제조하기 위해서는 용매와 계면활성제를 사용하여 초음파로 통한 분산이 가장 바람직하고 CNT를 이용한 투명성 도전성 필름 제조에도 응용 할 수 있다. 3. CNT 및 나노소재의 기계적 분산기술 3.1.초음파 분산 알콜류와 같은 용매를 CNT에 넣고 초음파 처리하여 분산시키는 가장 단순한 일반방식. 서로 얽힌 CNT의 분산력을 높이기 위하여 일단 길이를 짧게 하는 것이 가장 좋은 방법인데 길이의 절단과정에서 CNT가 비가역적으로 bend된다거나 buckling현상 등으로 많은 손상이 생겨서 절단 후 다발(bundle)의 크기가 감소한 후 길이가 감소하는데 절단된 후에는 다시 super-rope로 재결합되면서 경우에 따라 다발크기가 오히려 증가하여 초음파 분산의 문제점으로 대두 되고 있다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 좀더 비파괴적인 방법으로 분산시키기 위하여 다이야몬드 결정을 이용한 초음파분산이 필요하다. 3.2. 볼밀링에 의한 분산 볼밀링(Ball Milling)은 CNT의 길이와 직경분포를 최소화하기 위해 사용된다. 이 과정에서 CNT의 tip가 열려서 기체흡착을 증대 시킬 수 있다. 볼밀링 분산은 파괴적인 방법이지만 리튬-SWNT 층간화합믈을 제조하기 위한 공정으로 사용될 수 있으며 볼밀링 처리된 SWNT를 이차전지 전극으로 사용할 수 있다 3.3 연마와 마찰 분산 CNT의 길이를 줄이기 위한 방법으로 연마나 마찰공정을 사용한다. 이 방법은 매우 파괴적인 방법으로 CNT의 절단과 구부러짐을 발생시킬 수 있다. 이 공정에 비해 CNT에 손상을 적게 줄려면 C용매를 CNT와 함께 막자 사발에 넣고 연마공정을 통하여 화학적을 가미시켜 절단하면 CNT의 손상을 억제하면서 길이와 다발 뚜께가 현저히 감소시킬 수 있다. 3.4.높은 전단력에 의한 분산 높은 전단력은 흔히 좁은 출구를 통해 상대적으로 매우 빠른 유속을 가진 유체가 통과 할 때 생긴다. 대부분 회전자(rotor)가 사용되며 연료분사장치도 이용되기도 한다. 이때 CNT에 계면활성제 P를 넣어 분산한다. 이 결과 CNT의 점도가 상당히 감소되고 높은 전단력에 의하여 CNT의 응집체가 깨어지면서 작은 크기의 응집체로 형성된다. 이는 계면활성제 P상의 네트웍크 구조의 CNT 응집체가 상당히 분쇄되어 있고 이방성 역시 크게 감소되었다. 향후 디스플레이의 발전방향에 따라 대면적 코팅, 유연기판 도입, 낮은 공정단가, 단순한 프린팅 공정 등이 요구되고 있어 기존 ITO소재를 부분적 또는 전체적으로 대체하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 이를 위해 기존 TCO (transparent conductive oxide) 재료의 용액공정 방식, 나노메탈 분산 방식, 전도성 고분자 그리고 CNT 분산 등의 기술이 경쟁하고 있다. 이들 중 CNT는 전기저항이 10-4 Ωcm로 금속에 버금가는 전기 전도도를 가지고 있으며, 표면적이 벌크 재료에 비해 1000배 이상 높고, 외경에 비해 길이가 수천배 정도로 길기 때문에 전도성 구현에 있어 이상적인 재료이며, 표면기능화를 통해 기질에의 결합력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 이론적 퍼콜레이션 농도가 0.04%에 불과하여 광학적 성질을 유지시키면서 전도도를 구현할 수 있는 이상적인 재료로 평가되고 있으며, 플렉서블한 기질에의 사용이 가능하여 그 용도가 무한할 것으로 기대되고 있다. 다만, 전술한 바와 같이 CNT 소재를 이용하여 투명전극 소재를 구현하기 위해서는 SWNT, DWNT 그리고 직경이 작은 MWNT로 사용이 제한되며 이때 수반되는 분산의 어려움을 극복해야 한다. 투명전극의 가장 이상적인 소재인 SWNT의 전기적 특성은 합성 단계에서 결정되는 구조로부터 영향을 받고 있는데, chirality에 따라 금속성과 반도성 튜브로 구분되어 전도성의 차이가 변화한다. 따라서 투명전극을 형성하기 위해 가장 바람직한 CNT 전극의 형태는 산화에 의한 결함 없이 불순물이 제거 된 고순도, 구조적 완결성을 갖는 SWNT에서 금속성 튜브만을 선택적으로 분리하여 이를 전도성고분자에 나노 스케일로 고르게 분산하는 것이다. 앞서 기술한 바와 같이 고성능의 CNT 투명전극을 개발하기 위해서는 정제, 분리, 분산 등 CNT 제어기술을 개발하는 것이 매우 중요하다.