단층 카본 나노 튜브(Single-wall Carbon Nanotube, SWNT)는 그라파이트 시트를 

롤상으로 말아놓은 직경 1nm~수nm의 통 모양 구조를 한 탄소 물질이다.

 

시트를 어느 방향으로 말아놓는가에 의해서 SWNT는 금속이 되거나 반도체가 되거

나 하는 매우 독특한 성질을 가진다. 

 

1. SWNT로 만드는 “발광 박막”

SWNT를 이용한 반도체 소자로서는 지금까지 전계 효과 트랜지스터(FET)에 관해 

많은 연구를 해왔다. 반면, 반도체의 중요한 특성인 빛과의 상호작용을 이용한 소자

(예를 들면 광전 변환, 전계 발광 등)에 관해서는 거의 진전이 없었다.

 

그것은 그러한 연구 목적에 적절한 재료 프로세스 기술, 특히 고품질 박막을 만드는 

기술이 존재하지 않았기 때문이다. 계면활성제를 이용해 SWNT를 수중 분산하면 밴

드간의 광학 천이에 의한 발광을 검출할 수 있다는 것은 이전부터 알려져 있었다.

 

그러나, 분산액으로 박막을 만들려고 하면 그 과정에서 튜브끼리의 강한 인력 때문

에 응집현상이 발생해 발광 기능이 없어져 박막으로서의 광-전자 기능을 조사하는 

것이 곤란했다.

 

본 연구 그룹에서는 “SWNT가 가지는 독특한 광-전자 기능을 산업에 응용하기 위해

서는 고품질의 박막을 만드는 기술, 특히 빛나는 SWNT 박막을 만드는 기술을 확립

하는 것이 반드시 필요하다”라는 생각을 기본 전략의 하나로 연구를 진행시켜 왔다.

 

지금까지는 가용화한 SWNT의 클로로 포름 용액을 수면에 전개해 수면에서 만든 막

을 1층씩 기판 표면으로 옮기는 것으로 고품질의 SWNT 박막을 형성할 수 있었으

며, 유동 배향 효과에 의해 튜브를 일정한 방향으로 배향할 수 있었다. 그러나, 이 방

법으로는 원료의 SWNT를 정제, 가용화하는 과정에서 튜브끼리 단단하게 응집되어 

발광 기능을 가지는 박막을 제작하는 것은 곤란했다.

 

2. 젤라틴 수용액으로부터 만드는 “광학 박막”

이번 연구에서는 젤라틴 수용액에 원료인 SWNT를 분산시켜 그 분산액으로부터 필

름을 만드는 매우 간단한 방법으로 고립 SWNT가 균질하게 분산한 박막을 형성할 

수 있었다.

 

젤라틴 필름은 사진 감광체의 뛰어난 분산 매체로서 100년 이상에 걸쳐서 사용되고 

있는데, 이번 방법도 그러한 특성을 이용한 것이다.

 

특히, SWNT의 응집 방지라는 점에서는 젤라틴 용액의 겔화가 중요한 역할을 했다. 

즉, 젤라틴의 온수 용액을 방치, 냉각하면, 40℃ 부근에서 유동성 있는 상태(졸)에서 

유동성이 없는 상태(겔)로 변화한다(식용 젤리를 만드는 것과 같은 원리).

 

이것에 의해 분산한 SWNT의 움직임이 제한되어 막의 건조 과정에서 일어나는 튜브

의 응집을 방지할 수 있었다고 생각하고 있다.

 

이번에 제작된 박막은 광학적으로 균질해 가시광선을 조사하면 근적외역에서 

SWNT 특유의 발광이 관측되었다. 이것은 반도체 SWNT의 밴드간 광학 천이에 유래

하는 것이다.

 

튜브가 응집한 박막에서는 튜브간 상호작용 때문에 발광 기능이 없어지지만 새롭게 

개발된 방법에 따르면 젤라틴의 분산 작용에 의해 튜브끼리의 고립 상태가 유지되

기 때문에 발광SWNT 박막을 실현할 수 있었던 것이다.

 

3. “발광 박막”의 산업화

카본 나노 튜브에 관해서는 전세계가 치열한 연구 경쟁을 벌이고 있지만 발광 박막, 

게데가 편광 발광하는 SWNT 박막은 유례가 없는 것이다.

 

발광 성질은 반도체로서의 특성을 보다 충실히 유지하고 있는 것이기 때문에 본 박

막은 광-전자 기능에만 머물지 않고 FET 등을 포함한 다양한 반도체소자에 전개가 

가능할 것이다.

 

이번 개발한 재료 프로세스 기술을 발전시키면 카본 나노 튜브 응용의 새로운 장을 

개척할 수 있을 것으로 확신하고 있다.

 

연구 그룹에서는 최근 지금까지와 비교해 20배 이상의 고농도로 SWNT를 고립 분산

시키는 방법 및 분산막을 처리해 다른 시료 형태로 전환하는 방법도 개발해 카본 나

노 튜브의 산업적 응용 실현에 앞으로도 독자적인 접근을 진행시킬 계획이다.

 

 

  정보출처   http://www.aist.go.jp/aist_j/aistinfo/aist_today/vol05_06/p24.html  

  원문언어   일어 

  출판날짜   2005년 06월 00일 

  국      가   일본 

  주제분야   화공재료(고분자, 전자, 전지, 일반)(X19) 

  원본파일   http://techtrend.kisti.re.kr/down.jsp?

gubun=trend&down_url=/upload/genest/20050602-1.htm