라이스 대학(Rice University)의 연구팀은 전도성을 가진 탄소 나노튜브를 거의 투명한 박막으로 제조할 수 있는 새로운 방법을 개발했다.

이번 연구진은 클로로설폰산(chlorosulfonic acid, CSA)과 순수한 나노튜브의 용액 속에 함침된 슬라이드가 이전 방법에서 관찰된 어떤 단점도 가지지 않는다는 것을 발견했다. 저널 ACS Nano에 게재된 이번 연구에서, 연구진은 이렇게 생성된 박막이 플렉서블 전자 디스플레이와 터치스크린에 적합할 수 있다는 것을 보여주었다.

연구진은 이 프로세스가 매우 간단하기 때문에 고성능 투명한 전극을 만드는데 적용될 수 있을 것이라고 생각한다. 이 방법은 산업 전반에 사용되는 슬롯(slot), 슬라이드(slide), 롤 코팅(roll coating)과 같은 높은 효율의 프로세스에 적용 가능하다. 나노튜브, 특히 긴 것의 문제점은 일반적인 용매 속에서 서로를 끌어당기는데, 이것은 그들의 분산을 방해한다. 그래도 긴 나노튜브가 고성능 박막의 핵심이 될 것이라고 생각된다.

연구진은 응집을 유지할 수 있는 다른 방법을 시도했다. 화학물질로 덮인 기능성 나노튜브는 서로에게 덜 끌어당기지만, 이것은 그들의 바람직한 전기적 성질을 손상시킨다. 또한 계면활성제와 초음파 처리의 결합이 시도되었지만, 나노튜브는 초음파 처리 동안 부서지고, 계면활성제는 세척되지 않는 잔재물을 남긴다.

기계적 코팅과 관련된 다양한 방법들이 나노튜브 박막을 생성하는데 사용될 수 있지만, 어떤 것도 이번 연구팀의 품질 수준을 달성할 수 없었다. 이전보다 수 천 배 더 긴 나노튜브로 만들어진 박막들은 3개월 후에도 전기적으로 안정적이다.

나노튜브는 산 테스트를 통과했다. CSA는 이 연구실에서 일반적으로 사용되는 산이다. 이번 연구진은 CSA 속에 탄소 나노튜브를 넣어서 새로운 유형의 탄소 나노튜브를 얻을 때, 무슨 일이 일어나는지를 관찰하였다. 이번 연구진은 산이 반데르발스 힘을 상쇄시켜서 튜브 간의 반발력을 유도하기 때문에 고품질 나노튜브를 얻을 수 있다는 결정을 내렸다.

연구진은 다양한 농도의 CSA에 단일벽 또는 이중벽 탄소 나노튜브를 결합함으로써 박막을 생산했다. 연구진은 코팅을 보장하도록 엔진이 달린 암(arm)을 가진 나노튜브 용액 속에 유리 슬라이드를 함침시켰다. 긴 탄소 나노튜브(10 μm)를 사용해서, 뛰어난 광전기적 성능을 가진 균일한 박막을 얻을 수 있었다(가시광선에서 90% 투과도와 100 Ω/sq 시트 저항).

연구진은 산을 응고시키고 슬라이드를 건조시키기 위해서 클로로포름을 사용했고, 이후에 디에틸에테르(diethyl ether)로 세척했다. 연구진은 클로로포름이 아주 얇은 액체 층에 영향을 주지 않아서 놀랐다. 이 연구결과는 투명도와 시트 저항 간의 최고의 균형을 가진 몇 나노미터의 박막을 생성시켰다.

연구진은 인듐 주석 산화물의 대체물로서 나노튜브 박막을 제시했다. 인듐 주석 산화물은 투명한 디스플레이에 일반적으로 적용되는 전도성 레이어(layer)이다. 모든 사람들은 상업적 적용을 위해서 ITO를 사용하지만 이것의 문제는 세라믹이고 쉽게 부서질 수 있다는 것이다. 또한 이것은 플렉서블 전자장치에 적합하지 않고, 생산을 위해서 고온 또는 진공 프로세스를 필요로 한다; 이것은 더 많은 에너지를 사용하고 더 많은 비용이 든다.

휴대폰과 같은 분야에 이 박막이 적용되면 매우 적은 재료(몇 마이크로그램의 나노튜브)만이 필요하다. 그래서 비용이 많이 들지 않으면서 ITO와 유사한 투명도와 전도성을 가질 수 있다. 이 연구결과는 저널 ACS NANO에 “High-Performance Carbon Nanotube Transparent Conductive Films by Scalable Dip Coating”이라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/nn303201g).
[이 게시물은 최고관리자님에 의해 2013-04-04 22:11:53 Free Board에서 이동 됨]