버키북으로서의 탄소 나노튜브 

 

탄소 나노튜브(carbon nanotubes) 개개는 나노전자소자로 응용될 가능성을 갖고 

있지만, 이들의 흥미로운 성질을 박막 및 멤브레인 등의 거대 수준으로 이용하기 위

해선 수많은 튜브가 조립되어야만 한다. 종이를 닮아있는 이러한 거대 응집체는 일

반적으로 버키페이퍼(buckypaper)로 불리는데, 탄소 나노튜브가 서로 엮어 제조된 

얇은 시트이다. 

 

CNT가 임의로 배치된 거미줄처럼 모여 있는 버키페이퍼는 광학적 투명성, 기계적 

유연성, 우수한 전기 전도성, 일정한 크기, 조절 가능한 전자 성질, 큰 표면적, 매끈

한 표면 형상 등의 성질을 갖는다. 이러한 모든 특성을 통해 버키페이퍼는 광전자소

자, 나노복합체, 화학적 분리기, 생체호환 플랫폼, 에너지 변환 및 저장과 같은 다양

한 분야의 기능적 요소 혹은 구조적 성분으로서의 잠재성을 내재하고 있다. 

 

최근까진 개개 CNT의 고유 성질을 자발적으로 유지하는 것이 어려웠으며, 상이한 

형태를 형성하는 특성으로 인해 이후의 제조 공정에 많은 문제를 유발시켰다. 한편 

CNT 멤브레인은 고대의 종이 제조 방식을 통해 주로 제조된다. 즉, 물에 CNT 현탁

액을 거른 후 이를 건조시키는 방식이다. 또한 버키페이퍼를 제조하는 다양한 방법

은 고체 회화, 스핀 코팅, 주조, 랭뮤어-블러젯 침착(Langmuir-Blodgett 

deposition) 등에서 보고되었다. 

 

CNT 종이의 품질은 CNT 순도와 분산 정도에 따라 달라진다. 따라서, 우수한 품질

의 CNT 종이를 얻기 위해선 일반적으로 정제를 위한 강산과 분산을 위한 트리트론 

X-100(Triton X-100)과 같은 계면 활성제를 이용하는 공정이 요구된다. 따라서, 제조

된 종이를 손상시키거나 오염시킬 뿐 아니라 공정이 완료된 후 화학 폐기물이 남는 

단점이 있었다. 그러므로 이러한 방법들은 CNT의 품질 저하, 구조 조절의 어려움, 

생산 효율성의 저하와 같은 단점을 유발하게 되었다. 

 

하지만, 최근 중국의 연구진은 수 밀리미터의 두께를 갖는 책과 같은 나노튜브 거대

구조를 직접적이고 비파괴적으로 제조할 수 있는 간단한 방법을 보고하였다. 기존 

방법과의 중요한 차이점은 일정하며 조절 가능한 단일 벽 탄소 나노튜브가 거대한 2

차원 박막으로 직접 조립된 후, 이를 3차원 다층 시트의 거대구조로 조립될 수 있다

는 사실이라고 후이-밍 쳉(Hui-Ming Cheng)은 말한다. 이번 연구 결과는 CNT 및 

기타 탄소 나노구조체를 합성하는데 사용되는 플로팅 촉매 화학 증착법(floating 

catalyst chemical vapor deposition (FCCVD))을 통해 수행되었다. 

 

SWCNT는 조립 공정 동안 손상되지 않기 때문에 제조된 버키북은 우수한 기계적 유

연성, 선택적 흡착성, 전기 전도성 등과 같은 나노튜브의 고유 성질이 그대로 유지된

다. 강성이 우수한 기다란 SWCNT로 인해 FCCVD 공정의 고속 기체 흐름에서 떠 있

는 SWCNT는 최대한 결속되어 우수한 기계적 특성과 전기 전도성을 갖는 네트워크

를 형성하게 된다. 한편, 이번에 개발된 방법은 이중 벽 혹은 다중 벽 CNT 및 

FCCVD로 제조될 수 있는 기타 무기 나노튜브 등의 조립에도 쉽게 적용될 수 있다. 

 

[그림] 

직경 40 mm (a) 및 3 mm 두께(b)의 버키북 및 버키북에서 뜯어낸 단일 시트(c). 

SWCNT 버키북의 측면 (d) 및 500 nm 두께 (e)의 단일시트에 대한 SEM 이미지. 고

품질의 SWCNT 다발로 구성된 SWCNT 시트에 대한 TEM 이미지(f). 삽입 그림: 

SWCNT 묶음의 육각 밀집 구조.

 

 

http://www.nanowerk.com/

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-03-10