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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 신백균
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수21
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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탄소 나노튜브 섬유는 탄소 나노튜브를 거시적 구조로 제조한 섬유로 탄소 나노튜브의 우수한 전도 특성으로 기존의 금속을 대체할 전도체로 주목받고 있으나 탄소 나노튜브 섬유의 특성이 탄소 나노튜브의 전도도 특성에 미치지 못하여 금속을 증착하여 전도도를 향상시킨다. 탄소 나노튜브 섬유의 금속 증착에 있어 Cu가 많이 사용되고 있으나 CNT와 Cu 계면간의 결합력이 떨어져 이를 보완하기 위해 CNT에 Al을 증착시킨 후 Cu를 증착하여 알루미늄 카바이드를 국부적으로 형성시켜 계면 결합력을 높였다. 또한 전도체로의 응용에 있어서 저항온도계수의 절대 값은 변화하는 온도 조건에 대한 전도의 둔감성을 보장하므로 가능한 낮아야 하기 때문에 전체적으로 부의 저항온도계수의 특성을 가지는 탄소 나노튜브 섬유에 정의 저항온도계수의 특성을 갖는 Al/Cu를 증착하여 낮은 저항온도계수 특성을 갖는 복합 섬유를 제조하였다.
본 논문에서는 탄소 나노튜브 섬유의 전기적 특성의 향상을 위해 Al/Cu를 저항 가열 진공 증착 장비를 사용하여 증착하고 전도도 및 저항온도계수 특성을 분석하였다. Al 펠렛과 Cu 펠렛을 텅스텐 보트에 장입하여 해당 장비에서 증착 공정을 진행하는데 있어 인가 전력, 증발체의 양, 증착 시간 등의 조건을 조사하여 공정을 진행하였다. 진공 증착 방법에 있어 탄소 나노튜브 섬유가 원통형의 기하학적 형상을 띄는 것에 기인해 증착 공정에 있어 표면을 회전시키며 증착시키기 위해 180도 회전 가능한 장치를 별도 제작하여 공정에 도입하였다. 또한 저항가열 진공 증착법의 보트의 가열을 통해 증발체를 증발 시켜 증착 공정을 진행하는데 있어 보트에 증발체가 용융되어 표면 전체에 wetting 되면 보트의 저항이 낮아져 보트 전압이 하강하고 증발체가 기화되며 보트 저항이 높아져 보트 전압이 상승하는 특성에 착안하여 셔터를 열어 증착 시점을 결정하였고 증발 체가 기화되며 전압이 상승하는 정도를 30초 단위로 측정하여 전압 상승률을 통해 섬유 회전 시점을 결정하여 표면을 고르게 증착시키는 공정을 진행하여 해당 장비를 통한 탄소 나노튜브 섬유의 금속 증착에 적절한 조건을 확립하였다. Al 증착 공정은 120A의 전류를 인가하여 90 초간 회전을 시
켜주며 진행하였고 Cu 증착 공정은 140 A의 전류를 인가하여 180초/ 360초/ 540초의 조건에서 진행하였다.
탄소 나노튜브 복합 섬유의 전기적 특성을 확인하기 위해 silver paste로 전극을 1mm 간격으로 4군데 형성하여 Keithley 2400을 통해 각각의 섬유 당 5회 4-point probe 법으로 저항을 측정하여 평균값을 구하였다. 증착 공정을 진행하지 않은 탄소 나노튜브 섬유의 경우 43.92 Ω의 저항 값이 측정되었고 Al 90초/ Cu 540초 증착한 경우 2.47 Ω의 저항이 측정되었고 상기 제시한 조건을 토대로 증착 시간의 증가에 따라 저항이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 저항온도계수 특성을 확인하기 위해 25℃에서 125℃ 로 온도를 변화시켜 저항을 측정한 결과 증착 공정을 진행하지 않은 탄소 나노튜브 섬유의 저항 온도 계수는 -1251 ppm/ ℃ 였으며 Al 90초/ Cu 540초 증착한 탄소 나노튜브 섬유의 저항온도계수는 241 ppm/ ℃ 로 개선된 것을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 탄소 나노튜브 섬유의 전기적 특성의 향상을 위해 Al/Cu를 저항 가열 진공 증착 장비를 사용하여 증착하고 전도도 및 저항온도계수 특성을 분석하였다. Al 펠렛과 Cu 펠렛을 텅스텐 보트에 장입하여 해당 장비에서 증착 공정을 진행하는데 있어 인가 전력, 증발체의 양, 증착 시간 등의 조건을 조사하여 공정을 진행하였다. 진공 증착 방법에 있어 탄소 나노튜브 섬유가 원통형의 기하학적 형상을 띄는 것에 기인해 증착 공정에 있어 표면을 회전시키며 증착시키기 위해 180도 회전 가능한 장치를 별도 제작하여 공정에 도입하였다. 또한 저항가열 진공 증착법의 보트의 가열을 통해 증발체를 증발 시켜 증착 공정을 진행하는데 있어 보트에 증발체가 용융되어 표면 전체에 wetting 되면 보트의 저항이 낮아져 보트 전압이 하강하고 증발체가 기화되며 보트 저항이 높아져 보트 전압이 상승하는 특성에 착안하여 셔터를 열어 증착 시점을 결정하였고 증발 체가 기화되며 전압이 상승하는 정도를 30초 단위로 측정하여 전압 상승률을 통해 섬유 회전 시점을 결정하여 표면을 고르게 증착시키는 공정을 진행하여 해당 장비를 통한 탄소 나노튜브 섬유의 금속 증착에 적절한 조건을 확립하였다. Al 증착 공정은 120A의 전류를 인가하여 90 초간 회전을 시
켜주며 진행하였고 Cu 증착 공정은 140 A의 전류를 인가하여 180초/ 360초/ 540초의 조건에서 진행하였다.
탄소 나노튜브 복합 섬유의 전기적 특성을 확인하기 위해 silver paste로 전극을 1mm 간격으로 4군데 형성하여 Keithley 2400을 통해 각각의 섬유 당 5회 4-point probe 법으로 저항을 측정하여 평균값을 구하였다. 증착 공정을 진행하지 않은 탄소 나노튜브 섬유의 경우 43.92 Ω의 저항 값이 측정되었고 Al 90초/ Cu 540초 증착한 경우 2.47 Ω의 저항이 측정되었고 상기 제시한 조건을 토대로 증착 시간의 증가에 따라 저항이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 저항온도계수 특성을 확인하기 위해 25℃에서 125℃ 로 온도를 변화시켜 저항을 측정한 결과 증착 공정을 진행하지 않은 탄소 나노튜브 섬유의 저항 온도 계수는 -1251 ppm/ ℃ 였으며 Al 90초/ Cu 540초 증착한 탄소 나노튜브 섬유의 저항온도계수는 241 ppm/ ℃ 로 개선된 것을 확인할 수 있었다.
목차
제 1 장 서 론 1제 2 장 이 론 52.1 탄소 나노튜브 섬유 52.1.1 탄소 나노튜브의 구조와 특성 52.1.2 탄소 나노튜브 섬유의 제조 방법 72.1.2.1 수직 성장 법으로 제조된 탄소 나노튜브 섬유 72.1.3 탄소 나노튜브 섬유의 특성 92.1.3.1 탄소 나노튜브 섬유의 기계적 특성 92.1.3.2 탄소 나노튜브 섬유의 열적 특성 102.1.3.3 탄소 나노튜브 섬유의 전기적 특성 112.2 탄소 나노튜브 섬유의 금속 코팅 공정 122.3 진공 증착 공정 132.3.1 진공 증착의 종류와 특징 132.3.2 진공과 진공 증착 장치 152.3.3 증발원 182.3.4 박막의 형성 202.4 저항온도계수 222.4.1 저항온도계수 222.4.2 정의 저항온도계수 232.4.3 부의 저항온도계수 262.4.4 Near zero TCR의 실현 272.5 탄소 나노튜브 섬유의 전도체 응용 분야 29제 3 장 실험 방법 333.1 실험 재료 333.2 탄소 나노튜브 섬유의 금속 증착 공정 개선방안 343.3 진공 증착 공정 373.4 특성 분석 403.4.1 탄소 나노튜브 복합 섬유의 전기전도도 측정 403.4.2 탄소 나노튜브 복합 섬유의 저항온도계수 측정 41제 4 장 결과 및 고찰 434.1 보트 전류-전압 특성을 통한 금속 증착 조건 434.2 탄소 나노튜브 복합 섬유의 전기전도도 464.3 탄소 나노튜브 복합 섬유의 저항온도계수 51제 5 장 결 론 54참고문헌 56
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