나노 기술  해외정보
단층 CNT를 그라파이트로
효율적인 생성은 10밀리초 이내 실험으로 해명
통상의 탄소 신소재, 단층 카본나노튜브(CNT)를 그라파이트로 만들 때, 최초의 10밀리초 이내에 반응시키면 효율이 좋다. 이런 실험결과를 首都大學東京의 鈴木信三 조교 등이 정리했다. 단층CNT의 생성과정 해명으로 이어질 성과이다.
레이저 증발법으로 실험했다. 아르콘 가스 속에서 그라파이트와 촉매금속인 니켈 코발트 합금에 YAG레이저를 수십 나노초 동안 각각 쏘였다. 이 때 촉매금속에 레이저를 쏘이는 시간을 약간 늦춰 단층CNT의 생성량을 비교했다. 주위의 온도가 1000℃ 일 때, 두 개의 레이저를 동시에 쏘였을 경우 가장 생성량이 많았다. 그러나 10밀리초 늦췄을 때는 생성량이 약 3분의 1까지 줄었다. 그 이상의 시간차에서는 생성량이 별로 변하지 않았고, 50밀리초 늦춰도 생성되었다. 온도가 800℃인 경우, 레이저를 동시에 쏘여도 생성량은 1000℃일 때의 약 5분의 1로, 10초 늦췄을 때는 생성량이 거의 제로가 되었다. 주위의 온도가 1000-1200℃라는 조건 이외에 반응의 타이밍이 중요하다는 것을 알았다.
鈴木조교는 “레이저 조사 직후에(단층 CNT의)머리 부분이 생기는 것이 중요하다. “통 부분이 생길지 어쩔지는 정확히 그 타이밍에 촉매금속을 만날 수 있을 것이가에 의해 결정되는 것이 아닐까”라고 추측했다. 단층 CNT 생성법 가운데, 레이저 증발법과 아크 방전법의 경우는 일반적으로 그라파이트가 사용된다. 鈴木조교는 이번 결과가 아크 방전법에도 들어맞을 것으로 보고 있다.
레이저 증발법은 다른 생성법에 비해 고순도이며 균질한 단층 CNT를 얻기가 용이하다. 또 주위의 온도와 가스의 종류, 압력, 탄소의 증발법 등 실험조건을 각각 바꿀 수 있기 때문에 단층 CNT의 생성과정을 조사하는데 적합하다. (NK)

직경 1마이크로미터 이하로 몇 마이크로미터 이상의 입자
효율적인 분리 기술 개발
東京大學의 藤田豊久 교수 등은 직경 1마이크로미터 이하의 입자와 직경 몇 마이크로 이상의 입자를 효율적으로 분리하는 기술을 개발했다. 입자의 현탁액을 유리관으로 흘려 넣으면 직경 1마이크로미터 이하의 입자만 간단히 분리할 수 있다. 우선 니켈 입자로 실험에 성공했으며, 칩 콘덴서인 니켈 전극을 비롯해 여러 가지 응용이 전망된다. 입자의 현탁액을 유리관에 넣으면 몇 마이크로미터 이상의 입자만이 관벽에 부착하는 한편, 1마이크로미터 이하의 입자는 관 벽에 접촉하지 않고 흘러나간다.
이것은 유리가 마이너스 전하를 입자가 플러스 전하를 갖고 있기 때문으로, 1마이크로미터 이하의 입자는 대부분이 유속이 가장 빠른 관의 중앙부분을 통과하므로 관 벽에 부착되지 않는다. 몇 마이크로미터 이상의 입자는 관 벽 근처를 더듬어 가기 때문에 부착되어 버린다.
실험은 내경(內徑) 1밀리미터의 유리관을 100~200줄로 묶은 장치에, 농도가 1중량%인 니켈 입자 현탁액을 매초 2밀리미터의 속도로 흘려 넣었다. 1마이크로미터 이하의 입자와 몇 마이크로미터~몇 십 마이크로미터 입자의 분리에 성공했다.
니켈이나 그 이외의 금속 이외에 세라믹스 등에도 사용할 수 있는 기술로 보고 있어 “서브미크론 입자나 나노입자에서 널리 이용할 수 있기를 바란다”고 藤田교수는 말한다. (NK)

브러시 모양 카본나노튜브 새 제법 개발
東京理科大學의 桑野潤 조교수와 齊藤守弘 조교 등은 브러시의 털처럼 밀집한 카본나노튜브(통산탄소분자)의 새 제법을 개발했다. 제조조건을 엄밀하게 제어하지 않아도 생산할 수 있도록 원료를 연구했다. 대학이나 기업이 실험용 나노튜브를 손쉽게 만들 수 있게 된다고 한다.
새 제법은 브러시 상태의 나노튜브의 양산에 적합하다고 하는 화학적기상성장법(CVD)의 일종이다. 탄소와 철로 된 페로센, 장뇌(樟腦), 장뇌로 만드는 다른 분자를 원료로 했다. 기판에 철 미립자를 붙이고 원료인 고체를 기화시킨 가스를 공급하면 나노튜브가 철 미립자로부터 수직으로 뻗는다.실험에서는 외경 48나노미터, 길이 30나노미터 정도의 나노튜브를 고밀도로 형성할 수 있었다. 튜브의 벽은 다층구조이고, 방향이 일정하며 순도도 높았다고 한다.
현재, 원료로 사용하고 있는 탄화수소계 가스는 폭발하기 쉬워서 제조 과정에서 농도의 감시 등 안전관리가 필요했다. 반응 전에 철 미립자가 공기와 닿아서 산화되지 않도록 제조장치도 복잡했다. 새 제법이라면 이러한 문제가 없이 브러시 상 나노튜브를 비교적 손쉽게 생산할 수 있다고 한다. 브러시 모양의 나노튜브는 연료전지 등의 전극으로 사용할 수 있다. 화합물의 형태로 저장한 연료용 수소를 꺼내는 촉매로도 유망하다. 앞으로 기업과 연계하여 양산기술을 개발하는 일도 검토한다. (일경산업)