탄소 나노튜브 (CNT)는 우수한 기계적, 전기적, 열적 특성으로 특수한 다 기능성을 보인다. 실용적인 응용들로 이용되기 위해, CNT는 박막,
섬유, 합성물질 등 매크로크기 구조로 조립될 필요가 있다. 그러나, 지금까지 이 매크로구조의 특성은 개별 CNT에 비해 1000 배 낮을 정도로
나빴다.
낮은 CNT 구조 완성도, 배열 및 튜브 상호 작용은 이런 나쁜 특성에 대한 중요한 문제이다. 최근의 연구에서, 연구팀은
CNT가 프리커서(precursor)로 당길 수 있는 CNT 배열을 이용하여 매우 잘 배열되고 밀도가 높고 당겨진 CNT 박막을 초강력,
고전도성으로 만들기 위한 분산 제한 없이 간단하고 효율적이며 크기가 조절되는 박막을 제조했다.
"Ultrastrong,
Foldable, and Highly Conductive Carbon Nanotube Film"라는 제목으로 ACS Nano에 게재된 논문에서,
연구원들은 다중 벽 CNT 시트들의 고체상태 층 조립으로 초강력, 접었을 때 부서짐 없는 CNT 박막을 제조했다고 밝혔다.
배열된
CNT 박막을 준비하기 위해, 연구팀은 촉매 화학 증착법으로 성장된 방적 가능한 나노튜브 배열로 이루어진 배열되고 투명한 CNT 시트를 당기고
계속해서 매끄러운 박막 롤 (roll)을 제조하기 위해 층층이 회전하는 스핀들로 감았다. 1 센티미너 길이의 나노튜브 배열은 분당 1미터의 당김
속도로 10 미터 길이 나노튜브 시트로 연속적으로 전환시킬 수 있다. CNT 박막의 두께는 감기 수에 따르며, 박막의 너비는 나노튜브 시트의
초기 너비에 의해 결정된다.
CNT 박막이 스핀들에 감긴 후, 간단히 날카로운 칼로 원하는 크기의 스트립으로 자를 수 있다. 이전
연구와 비교하여, 연구원들은 적은 수의 벽을 가진 CNT는 박막을 강하게 만들기 위해 두꺼운 다중벽 CNT를 능가하고, CNT 배열과 밀도는
강도를 증가시키기 위해 모두 적용시켰으며, 배열된 CNT 박막은 효율적인 전하 경로를 제조할 수 있어 빠른 속도로 충전과 방전을 하는 고성능
전극으로써 사용할 수 있다고 밝혔다.
이런 고성능 CNR 박막은 좋은 배열, 긴 길이, 작은 직경, 높은 밀도 등 CNT의 4가지
기본적인 특색을 가지고 있다. 또한, 당길 수 있는 CNT 배열로 CNT는 계면 활성물질에 의해 분산과 표면 오염이 없도록 유지할 수 있다.
이 특이한 구조 때문에 이 박막은 강하지만 가벼운 합성물질, 열 전도 호일, 플랙서블 전극 이나 고온 연마재와 봉인 물질 등 많은
첨단 응용들에 매우 유망하다. 또한, 쉬운 유지와 확장성 측면에서, 연구원들은 이 방법이 새로운 탄소 기반 기능 물질의 제조 상에서 새로운
바람을 불게 해 줄 것으로 기대하고 있다. 다른 CNT와 그라핀 기판 물질들과 비교하여, 연구팀의 CNT 박막의 높은 기계적 특성은 훌륭한
배열, 적은 결함, 강한 튜브 상로 작용으로 CNT의 구성이 매크로 크기에서 탄소 나노튜브의 고유 특성의 이용에 중요하다는 것을 나타낸다.
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