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High-quality double-walled carbon nanotubes (DWNTs) were synthesized without defects and amorphous carbonaceous particles by catalytic decomposition method at 800 ℃ in high yield. As-synthesized carbon materials almost consist of DWNT bundles with a diameter 12-20 nm. The DWNTs rope have uniform diameter about 2-5 um and length up to several tens micrometer. DWNTs is inner tube diameter 0.9-1.5 nm and outer tube 1.6-2.2 nm. We investigate the crystallinity of DWNTs by TEM and Raman spectroscopy. We also found that the Fe-Mo bimetallic catalyst was active as a very efficient catalyst for the synthesis of DWNTs with the catalyst decomposition method. Our results also indicate that Tetra Hydro Furan (THF) is a very ideal carbon source for the synthesis of DWNTs.

전자 방출원 및 디스플레이 응용분야에서 우수한 가능성을 보이고 있는 이중벽 탄소나노튜브를 Tetrahydrofuran (THF) 열분 해 방법으로 대량 합성하였다. 합성된 이중벽 탄소나노튜브는 불순물로 비정질 탄소와 금속촉매를 포함하고 있어, 이를 제거 하기 위해 열처리와 과산화수소, 질산, 염산을 이용한 산 처리를 하였다. 정제된 이중벽 탄소나노튜브를 계면 활성제인 Sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS)를 사용하여 잉크를 제작하였고, 잉크를 스프레이 방법으로 Indium Tin Oxide (ITO)기판에 분무하여 전계방출을 위한 에미터를 제작하였다. 본 연구에서는 염산 처리 시간에 따른 이중벽 탄소나노튜브의 특성을 X-ray diffraction, Thermal Gravity Analysis (TGA) 측정을 통해 평가하였고, 염산 처리 시간이 증가할수록 전계방 출 특성이 향상되는 것을 FE-current 측정으로 확인하였다. 주제어 : 탄소나노튜브, Tetrahydrofuran, 정제, 전계방출 * [전자우편] sokjh@uos.ac.kr I. 서 론 탄소나노튜브는 1991년 Sumio Iijima 박사에 의해 처음 발견된 이후 [1] 다양한 구조와 물성에 따라 전기적, 열적, 기계적 특성이 크게 달라지기 때문에 다양한 분야에서 큰 관심을 받고 있다 [2,3]. 또한 최근에는 고해상도, 저 동작 전압, 낮은 소비전력, 얇고 가벼운 액정디스플레이의 시장 이 커지면서 그에 따른 Backlight unit (BLU)의 기술 개발 도 활발히 진행이 되고 있다. 특히 액정디스플레이는 자체 적으로 빛을 내지 못하기 때문에 광원의 우수한 특성이 요 구된다. 기존의 BLU는 고휘도를 얻기 위해 여러 개의 냉음 극 형광램프(Cold cathode fluorescent lamp, CCFL)를 사용하고 있는데 이는 내부에 인체에 유해한 수은을 함유 하고 있어 대체 기술이 요구된다. 또한 최근에는 액정디스 플레이 기술개발이 활발히 진행됨에 따라 고휘도 특성 및 국부적인 발광 기술이 요구된다. 그 중에서도 탄소나노튜브를 이용한 광원은 수은을 사용 하지 않아 친환경적이면서 순간적인 고휘도 구현이 가능한 장점을 가지고 있다 [4]. 더불어 높은 응답속도를 가지는 전계방출 원리를 지니고 있어 잔상 제거 기술까지 적용하 여 차세대 BLU로 기대를 받고 있다 [5]. 우수한 전계 방출 원을 제작하기 위해서는 전자 방출원을 설계할 때 팁에 인 가되는 전계가 최소가 되고 방출원의 일함수가 최소가 되 도록 설계해야 한다. 이는 낮은 인가전압에서 충분한 양의 방출 전류를 얻는 것과 관계가 있기 때문이다 [6]. 탄소나노튜브의 합성 방법으로는 전기방전법, 레이저증 착법, 화학기상증착법, 기상합성법 등 다양한 방법들이 제 시되고 있다 [7-10]. 최근에는 저비용으로 대량합성이 가 능한 촉매 화학 기상 증착법에 관한 연구가 활발히 진행중 이다 [9]. 이러한 탄소나노튜브를 광원을 비롯한 다양한 응 용에 적용하기 위해서는 탄소나노튜브의 선택적 구조 제어 및 저비용 대량합성 및 정제, 분산 등의 연구가 필요한 실 정이다. 또한 합성된 탄소나노튜브 외에 존재하는 비정질 탄소물질과 촉매금속은 전극 사이에서 아킹이나 break-down을 일으키는 원인이 될 수 있으므로 전계 방출 특성을 평가하기 위해서는 정제 공정이 필요하다. 정제 공정은 보 통 물리적인 방법과 화학적인 방법 그리고 이 두 가지를 혼 합한 방법이 있다 [11-14]. 본 연구에서는 저비용으로 대량 합성이 가능하고 촉매금 속 크기를 선택적으로 제어할 수 있는 촉매 화학 기상 증착 법으로 이중벽 탄소나노튜브를 합성하였고, 합성된 이중벽 탄소나노튜브 외에 불순물인 비정질 탄소입자를 수직형 산 이중벽 탄소나노튜브의 염산처리 시간에 따른 전계방출 특성 평가 한국진공학회지 High-quality double-walled carbon nanotubes (DWCNTs) were synthesized by catalytic decomposition method at 800 o C using Tetrahydrofuran. The as-synthesized DWCNTs typically have catalytic impurities and amorphous carbon, which were removed by two-step purification process, consisting of thermal oxidation and H2O2, HNO3, HCl treatment. The DWCNT suspension was prepared by dispersing the purified DWCNTs in an aqueous sodium dodecylbenzenesulfonate solution with horn-type sonication. This was then sprayed on ITOglass to fabricate CNT field emitters. The quality of purified DWCNTs was estimated with X-ray diffraction and Thermal Gravity Analysis. The field emission properties were improved by increasing the process time of HCl treatment.