KITECH 생산기술 전문지

탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)는 우수한 기계적 강도, 전기전도도 및 열전도도를 동시에 지닌 차세대 나노소재로, 항공우주, 에너지, 전자소자 등 다양한 산업 분야에서 높은 응용 잠재력을 보이고 있다. 본 연구에서는 화학기상증착법을 이용하여 수직 정렬된 CNT forest를 합성하고, 이를 기반으로 건식방사(dry-spinning) 공정을 통해 높은 배향도를 갖는 CNT sheet를 제조하였다. CNT forest의 합성 공정은 세 단계로 구분된다. 먼저 금속 촉매를 실리콘 웨이퍼 기판 위에 스퍼터링하여 증착하는 공정이 수행되며, 두번째로 어닐링 공정을 통한 촉매의 핵생성 및 클러스터링을 유도한다. 마지막으로 탄화수소 가스와열에너지를 통해 촉매 핵 위에서 CNT 를 성장시킨다. 이를 통해 평균 직경 13.3 nm, 높이 약 200–300 μm의 고밀도로 정렬된 CNT forest가 합성되었다. 본 연구에서는 합성된 CNT forest를 용액 분산 과정 없이 연속적으로 건식 방사하여 CNT 섬유 시트를 생산하는 방법을 제안한다. 본 기술은 분말 형태 CNT를 용액에 분산하여 사용함으로써 발생하는 응집 문제를 근본적으로 해결하고, 누에고치 방사와 유사한 연속 섬유화 공정이 가능함을 제시하였다. 본 연구는 고성능 CNT 섬유의 대량생산 기술 확보 및 복합소재, 에너지 저장소재, 전자소자 등 다양한 산업 응용을 위한 기반 기술로서의 가능성을 보여준다.

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