해외기술
탄소나노튜브로부터 얻을 수 있는
전기공학적 이득

 편집부(외신)

단일 벽 탄소나노튜브(SWCNT)의 구조를 체계적으로 개선하기 위한 새로운 방법을 적용하면 전기적 물성과 나노전기공학의 새로운 길을 열수 있을 것으로 기대되고 있다. 열전자 전력 생산을 위한 재료 개선에 대해 연구하고 있는 미 Argonne 국립 연구소의 연구진은 탄소 나노튜브의 벽에 결함들을 추가하는 새로운 기술을 개발하였다.
“만약 정해진 방법으로 결함을 추가하여 전자 구조를 바꾸면, 보다 효율적인 열전자 재료를 만들 수 있습니다.”라고 Molecular Material Group의 리더인 Larry Curtiss가 말했다. “우리는 태양이나 핵에너지 또는 열전력 발전으로부터 보다 효율적으로 전기를 생산할 수 있습니다.”
단일 벽 나노튜브는 육각형으로 이뤄진 체인으로 연결된 울타리의 긴 관과 유사하게 생겼다. 나노튜브에 분자를 첨가하여 결함들을 형성시키면 크기가 변하기 때문에 어려움이 많아 Argonne 팀은 컴퓨터 시뮬레이션 툴을 사용하여 어떻게 단일 탄소 다이머-탄소가 두개가 붙어 있는 분자-를 SWCNT에 첨가할 수 있는지 연구하고 있다. 연구진은 탄소 다이머를 부착하는 다양한 접근법을 시뮬레이션 하여 가장 쉽고도 강력한 방법이 수평으로 탄소 다이머를 두 두 육각 결합에 삽입하여, 두 조절된 오각형과 육각형을(칠 면체 구조) 만드는 것이라는 것을 알아냈다.
“재미있는 것은 다중 패턴을 만들 때입니다. 우리는 다이머를 마치 빌딩 블록처럼 사용하여 패턴을 형성해 튜브에 첨가해 나갔습니다.”라고 Curtiss는 말한다. 연구진은 여러 가지의 재미있는 변형 방법을 개발해냈다.
쪾‘bumpy’ 튜브는 튜브의 외부 주변에 대칭적으로 탄소 다이머를 가지고 있어 안정한 돌출부위를 가진 구조이다.
쪾‘zipper’ 튜브는 축 방향을 따라 모든 육각형에 다이머를 첨가하여 번갈아가며 팔각형 한개와 두개의 오각형을 갖고 있는 구조이다.
쪾‘다중 zipper’ 튜브는 6개의 축 방향 zipper를 육각형 열에 의해 떨어져 있게 튜브 주변에 가지고 있다.
“구조를 시뮬레이션 하여 보니 새롭고 기대하지 않았던 특성이 나타났습니다. 이 튜브들은 전자기적 특성이 변경되어 미래의 전자기적 제품에 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다.”라고 물리학자인 Peter Zapol이 말했다.
Zipper구조는 특수하게 Argonne 과학자들에게 어필했는데 그 이유는 열려져 있는 원자 공간이 UltrananocrystallineTM과 결합할 수 있는 크기와 정확하게 같았기 때문이었다. Ultrananocrystalline 다이아몬드는 Argonne에 의해 개발되어 다이아몬도의 특성을 많이 가지면서도 다양한 표면에 증착할 수 있는 나노탄소의 안정된 형태이다.
(Ceramic Bulletin)

나노튜브 디자인. 위에서부터 bumpy, zipper와 다중 zipper