광학적 분광기를 이용한 탄소 나노튜브의 수용액 내 분산도 예측

Abstract

탄소 나노튜브(CNT: carbon nanotube)는 높은 강도와 열전도도 및 전기전도도의 특성을 가지는 나노 사이즈의 입자로 이러한 성질을 활용하기 위해 다양한 물질들과 혼합하여 강도 증진 및 기계적, 전기적 성질을 개선시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, CNT는 수용액과 같은 무기 매질에서 서로 응집되어 분산이 잘 되지 않는 특징을 가지고 있어 효과적인 활용에 어려움을 겪고 있다. 본 연구는 CNT의 표면 성질에 따라 물속에서의 분산도가 어떻게 변하는지 동향을 파악하고 X선 광전자 분광법(XPS: X-ray photoelectron spectroscopy)과 라만 분광법과 같은 광학적 분광기를 통해 CNT의 수용액 내 분산도를 미리 예측할 수 있는 방안을 소개한다. 이 과정에서 표면 성질이 다른 네 종류의 CNT를 비교한 결과, 표면을 수산화기로 개질시키고 비정질성 결함이 없을수록 물속에서 분산도가 높아진다는 결과를 확인하였다.

Carbon nanotubes (CNTs) are nano-sized particles with high strength, thermal conductivity, and electrical conductivity. Research is being conducted to improve their mechanical and electrical properties by mixing with various materials to utilize these properties. However, CNTs are difficult to effectively utilize because they agglomerate with each other in an inorganic solvent such as an aqueous solution and are not well dispersed. These characteristics differ depending on the surface properties of CNTs. Therefore, this study analyzed the effect of the surface properties of CNTs on their dispersion in water, and optical spectroscopy techniques such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectroscopy were introduced for predicting the dispersion of CNTs in an aqueous solution. Comparing four CNTs with different surface properties in this process confirmed that the CNT that was modified with a hydroxyl group and had no amorphous defects was well dispersed in an aqueous solution.