탄소 나노튜브(CNT, carbon nanotube)는 탁월한 재료 특성으로 인해 나노 스케일

에서의 센서, 나노 복합재, 나노 전자학 등과 같은 많은 잠재적 응용을 가지고 있다. 

나노 전자학의 예로는 차세대 컴퓨터, 나노튜브 트랜지스터 등이 포함된다. 탄소 나

노튜브 기반의 나노 전자학 디바이스는 제조 및 동작 중에 고온이 발생할 수 있다. 

이것은 디바이스에 열 팽창과 잔류 응력을 야기할 수 있으며, 디바이스의 신뢰성에 

영향을 줄 수 있다. 그러므로 탄소 나노튜브의 열 팽창 계수(CTE, coefficient of 

thermal expansion)는 탄소 나노튜브 기반의 나노 전자학에서 중요한 특성이다. 

이것은 오늘날 마이크로 전자학의 주요 물질인 실리콘도 마찬가지이다. 실리콘의 

열 팽창 계수는 지난 수 십 년간 철저히 조사되어 왔다. 실리콘의 열팽창 계수는 저

온에서 음의 값을 가져 열수축하고 고온에서 양의 값을 가져 열팽창하는 독특하고 

흥미로운 온도 의존성을 보이고 있다. 

그러나 탄소 나노튜브의 열팽창 계수에 대한 연구는 나노 스케일에서의 실험과 모델

링의 어려움으로 인해 매우 제한적이다. 여러겹(multiwall)의 탄소 나노튜브 열팽창 

계수에 대해서는 X선 회절(X-ray diffraction) 등을 이용하여 매우 적은 실험적 연구

가 보고되고 있다. 

한편 홀겹(single wall)의 탄소 나노튜브 열팽창 계수는 나노 전자학뿐만 아니라, 탄

소 나노튜브 뭉치(bundle) 및 탄소 나노튜브-폴리에틸렌(polyethylene) 복합재의 

열 특성에 대한 기초적인 이해에 있어 그 중요성에도 불구하고 현재까지 홀겹의 탄

소 나노튜브 열팽창 계수에 대한 실험적 연구는 보고되지 않고 있다.

이에 따라 본 연구에서는 원자간의 포텐셜(interatomic potential)과 국소 조화 모델

(local harmonic model)에 기초한 홀겹의 탄소 나노튜브 열팽창 계수를 결정하기 

위한 해석적 방법을 제안했다. 암채어(armchair) 탄소 나노튜브의 경우, 축방향보다

는 반경 방향 열팽창 계수가 훨씬 적다. 그러나 지그재그(zigzag) 탄소 나노튜브의 

경우는 그 반대이다. 

또한 탄소 나노튜브의 반경방향 열팽창 계수는 탄소 나노튜브의 나선성(helicity)과 

무관하지만,축방향 열팽창 계수는 나선성에 크게 의존한다. 탄소 나노튜브의 열팽

창 계수는 저온 및 상온에서 음의 값을 가져 열수축하지만 고온에서는 양의 값을 가

져 열팽창 한다. 탄소 나노 튜브의 반경이 줄어듦에 따라 열팽창 계수가 음인 영역

이 줄어들고 있다. 

정보출처   ASME Journal of Engineering Materials and Technology JULY 2004, 

Vol. 126  

원본파일    /upload/wokk/ThermalEx.pdf