[환경공학]탄소나노튜브

소개

탄소나노튜브 구조와 활용

목차

I. 탄소나노튜브 구조
1. 합성온도에 따른 탄소나노튜브의 구조특성을
2. 탄소나노튜브 성장에 대한 온도의존성을
3. 전자방출특성
4. 촉매금속에 따른 탄소나노튜브의 성장 및 구조특성을
II.탄소나노튜브의 활용
1. 저온형 연료전지란?
2. 응용범위

본문내용

탄소나노튜브는 흑연면(graphite sheet)이 나노 크기의 직경으로 둥글게 말린 상태이며, 이 흑연면이 말리는 각도 및 구조에 따라서 금속 또는 반도체의 특성을 보인다. 또한 벽을 이루고 있는 결합 수에 따라서 단중벽 탄소나노튜브(Single-walled Carbon Nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(Double-walled Carbon Nanotube),다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled Carbon Nanotube), 다발형 탄소나노튜브(Rope Carbon Nanotube)로 구분한다. 이에 관한 그림이 Fig.1에 나타나 있다.
탄소나노튜브는 Fig. 1에서 볼 수 있듯이 zigzag와 armchair 라고 알려진 두 개의 대칭구조가 가능하다. 실제적으로 대부분의 탄소나노튜브는 이러한 대칭구조를 갖는 대신에 벌집 모양의 육각형이 튜브축을 따라서 나선형으로 배열된 chiral 구조를 갖는다. 각각의 튜브 구조를 분류하는 간단한 방법은 graphene 격자위의 두 점을 연결하는 벡터 Ch로 표시한다. 실린더는 이 벡터의 두 끝점이 만나도록 평면을 말아올린 것이다. Fig. 2(a)는 Dresselhaus의 표기 방법에 따른 graphene 면을 보여주고 있다. 이 그림에서 정수 짝(n, m)은 나노튜브가 만들어지는 가능한 구조를 나타낸다. 그러므로 n과 m으로 벡터 Ch를 다음과 같이 표시할 수 있다.
Ch = na1 + ma2
여기서 a1과 a2는 graphene 면의 단위세포 기본벡터이며, n≥m 이다. zigzag 튜브는 m=0 이며, armchair 튜브는 n=m 의 값을 갖는다. 위의 조건과 다른 튜브들은 chiral 이다
탄소나노튜브의 전기적 성질은 직경과 chirality의 함수로서 금속 혹은 반도체적 성질을 주기적으로 가지며, 이론적 연구에 의하면 SWNT의 1/3이 금속성, 나머지는 band gap이 나노튜브 직경에 반비례하는 반도체 성질을 나타낸다. 일반적으로 n-m = 3q (단, q는 정수)일 때, Fig. 2(b)에서 보는 것처럼 (n,m) 나노튜브는 금속성을 가진다. 모든 armchair 구조의 나노튜브와 zigzag구조의 약 1/3의 정도의 나노튜브가 금속성을 가진다. 일반적인 금속이 평탄한 DOS(density of state)를 가지는 반면, 나노튜브의 DOS는 각 피크가 single quantum subband에 일치하는 많은 특이성(singularity)이 존재한다. 이들 특이성은 STS(scanning tunnelling spectroscopy)나 공명 라만분광(resonant Raman spectra)등의 실험적 결과를 해석하는데 중요하다

참고자료

· 없음