KR101744052B1 - Separation method of single-walled carbon nanotubes using polydimethylsiloxane film - Google Patents
Separation method of single-walled carbon nanotubes using polydimethylsiloxane film Download PDFInfo
- Publication number
- KR101744052B1 KR101744052B1 KR1020150075936A KR20150075936A KR101744052B1 KR 101744052 B1 KR101744052 B1 KR 101744052B1 KR 1020150075936 A KR1020150075936 A KR 1020150075936A KR 20150075936 A KR20150075936 A KR 20150075936A KR 101744052 B1 KR101744052 B1 KR 101744052B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- walled carbon
- carbon nanotubes
- film
- polydimethylsiloxane film
- separating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 134
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 title claims abstract description 54
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 57
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims abstract description 26
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 19
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical group [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000004720 dielectrophoresis Methods 0.000 claims description 7
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 4
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims 2
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 41
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 9
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 9
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 8
- 239000003945 anionic surfactant Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 4
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 2
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- REYJJPSVUYRZGE-UHFFFAOYSA-N Octadecylamine Chemical group CCCCCCCCCCCCCCCCCCN REYJJPSVUYRZGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940008309 acetone / ethanol Drugs 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002298 density-gradient ultracentrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000012954 diazonium Substances 0.000 description 1
- 150000001989 diazonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920000131 polyvinylidene Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 230000005588 protonation Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- QQQSFSZALRVCSZ-UHFFFAOYSA-N triethoxysilane Chemical compound CCO[SiH](OCC)OCC QQQSFSZALRVCSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C01B31/026—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/04—Polysiloxanes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
- C01B2202/02—Single-walled nanotubes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
본 발명은 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 유전 영동 전극 사이에 배열된 단일벽 탄소 나노 튜브 혼합물에 스탬핑함으로써 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브를 분리하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법에 의하면, 기존 대량 합성법으로 제조된 상용 단일벽 탄소 나노 튜브를 별도의 표면처리 없이 계면활성제만을 사용한 스탬핑 방법으로 금속 및 반도체 SWNT를 분리할 수 있다. The present invention relates to a method for separating single-walled carbon nanotubes using a polydimethylsiloxane film, and more particularly, to a method for separating single-walled carbon nanotubes by stamping a polydimethylsiloxane film functionalized with an amine group into a single-walled carbon nanotube mixture arranged between dielectrophoretic electrodes To a method for separating metallic single-walled carbon nanotubes.
According to the method for separating single-walled carbon nanotubes using the polydimethylsiloxane film according to the present invention, the commercial single-walled carbon nanotubes produced by the conventional mass-synthesis method can be used as a stamping method using only a surfactant without any surface treatment, Can be separated.
Description
본 발명은 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 유전 영동 전극 사이에 배열된 단일벽 탄소 나노 튜브 혼합물에 스탬핑함으로써 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브를 분리하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for separating single-walled carbon nanotubes using a polydimethylsiloxane film, and more particularly, to a method for separating single-walled carbon nanotubes by stamping a polydimethylsiloxane film functionalized with an amine group into a single-walled carbon nanotube mixture arranged between dielectrophoretic electrodes To a method for separating metallic single-walled carbon nanotubes.
최근, 탄소나노 튜브 기술은 그 기본적인 특성 및 장래의 응용으로 인해 큰 관심을 받고 있다. 탄소 나노 튜브의 흥미로운 특징들로는 전기적, 기계적, 광학적 및 화학적 특성들이 존재하는데, 이러한 특성들로 인해 많은 응용 분야에서 탄소 나노 튜브가 유용하게 된다. 탄소나노 튜브는 종횡비와 비표면적이 크고 기계적 특성, 전기적 특성, 열적 특성이 뛰어나고 화학적으로 안정한 우수한 특성을 갖고 있으므로 전도성 투명전극, 트랜지스터, 전자방출소자 등 많은 분야에서의 응용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, carbon nanotube technology has received great attention due to its basic characteristics and future applications. Interesting features of carbon nanotubes include electrical, mechanical, optical, and chemical properties, which make carbon nanotubes useful in many applications. Carbon nanotubes have high aspect ratio and specific surface area, and are excellent in mechanical properties, electrical properties, and thermal properties and chemically stable properties. Therefore, studies on application in many fields such as conductive transparent electrodes, transistors, and electron emitting devices are actively conducted have.
탄소나노 튜브는 레이저 증발법, 아크 방전법 및 화학 기상 성장법(CVD법) 등의 여러 가지 방법으로 합성되고 있다. 그러나, 현재의 상태에서는 어느 합성 방법을 이용하여도 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브와 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브의 혼합물의 형태로밖에 얻어지고 있지 않다.Carbon nanotubes are synthesized by various methods such as laser evaporation, arc discharge, and chemical vapor deposition (CVD). However, in the present state, any synthesis method is used only in the form of a mixture of metal single-walled carbon nanotubes and semiconductor single-walled carbon nanotubes.
실사용에 있어서는 금속형 또는 반도체형 중 어느 한쪽의 성질만을 사용하는 경우가 많기 때문에 단일벽 탄소 나노 튜브 혼합물로부터 금속형 또는 반도체형의 단일벽 탄소 나노 튜브만을 분리 정제하기 위한 연구가 중요시되고 있다. 또한, 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브에서는 그 구조[직경이나 키랄성(후술)]에 따라 반도체의 특성이 다르기 때문에 균일한 구조를 갖는 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브를 얻기 위한 방법이 절실하게 필요한 상황이다. 그러나, 결합에너지가 비슷한 각 탄소나노 튜브들이 다만 키이랄 각도의 차이에 의해 전자구조가 달라진 것이어서 그 차이를 이용하여 분리를 진행한다는 것이 쉽지 않다.In practical use, since only metal or semiconducting materials are used in many cases, research for separating and purifying only metal or semiconductor single-walled carbon nanotubes from a single-walled carbon nanotube mixture has become important. In addition, since semiconducting single-walled carbon nanotubes have different characteristics of semiconductors according to their structures (diameter and chirality (to be described later)), a method for obtaining semiconducting single-walled carbon nanotubes having a uniform structure is desperately needed . However, the carbon nanotubes having similar binding energies are different in electronic structure due to the difference in the keying angle, and it is not easy to carry out the separation using the difference.
금속형 단일벽 탄소 나노 튜브와 반도체형 단일벽 탄소나노 튜브를 분리하는 방법에 대한 연구들이 진행된 바 있지만, (1) 복잡한 공정을 거치기 때문에 자동화를 할 수 없는 점, (2) 장시간을 요하는 점, (3) 대량 처리를 할 수 없는 점, (4) 고가의 설비나 약품을 필요로 하는 점, (5) 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브와 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브 중 어느 한쪽밖에 얻어지지 않는 점, (6) 회수율이 낮은 점 등의 산업적으로 금속형 단일벽 탄소나노 튜브와 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브를 생산하는데 문제점이 있다. Although there have been studies to separate metal single-walled carbon nanotubes and semiconductor single-walled carbon nanotubes, there are many problems that (1) automation can not be performed due to complicated processes, (2) , (3) it can not be mass-processed, (4) it requires expensive equipment or chemicals, (5) only one of metal single wall carbon nanotubes and semiconductor single wall carbon nanotubes , And (6) low recovery rates, which are industrially problematic in producing metal single wall carbon nanotubes and semiconductor single wall carbon nanotubes.
예를 들면, 계면활성제로 분산시킨 단일벽 탄소 나노 튜브를 미소전극 상에서 유전 영동시키는 방법(비특허문헌 1)이나, 용매 중에서 아민류를 분산제로 사용하는 방법(비특허문헌 2, 3), 과산화수소에 의해 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브를 선택적으로 소각하는 방법(비특허문헌 4) 등이 있지만 이들은 상기 문제점 중에서도 특히, 얻어지는 최종 물질이 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브만으로 한정되어 회수율이 낮다는 문제점이 여전히 남아 있다.For example, a method of dielectrophorizing a single-walled carbon nanotube dispersed with a surfactant on a microelectrode (Non-Patent Document 1), a method of using amines as a dispersant in a solvent (Non-Patent Documents 2 and 3) (Non-Patent Document 4). However, these problems are particularly problematic in that the final material obtained is limited to metal single-walled carbon nanotubes only and thus the recovery rate is low. Remains.
반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브와 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브의 혼합물을 액체 중에 분산시키고, 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브를 입자와 선택적으로 결합시켜 입자와 결합한 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브를 제거해서 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브를 분리하는 방법(특허문헌 1), 단일벽 탄소 나노 튜브를 니트로늄 이온 함유 용액으로 처리한 후 여과 및 열처리하여 탄소 나노 튜브에 함유된 금속형 단일벽 탄소나노 튜브를 제거하여 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브를 얻는 방법(특허문헌 2), 황산 및 질산을 사용하는 방법(특허문헌 3), 전계를 인가하여 단일벽 탄소 나노 튜브를 선택적으로 이동 분리시켜 전기 전도율 범위를 좁힌 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브를 얻는 방법(특허문헌 4) 등이 있다. 그러나, 이와 같은 방법의 경우 얻어지는 최종 물질이 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브에만 한정되어 그 회수율이 낮다는 문제점이 여전히 남아 있다.A mixture of semiconducting single-walled carbon nanotubes and metallic single-walled carbon nanotubes is dispersed in a liquid and the metallic single-walled carbon nanotubes are selectively bonded to the particles to remove the metallic single-walled carbon nanotubes A method for separating single-walled carbon nanotubes from semiconductors (Patent Document 1) discloses a method for separating single-walled carbon nanotubes from semiconductor single-walled carbon nanotubes by treating the single-walled carbon nanotubes with a solution containing nitronium ions, filtering and heat- (Patent Document 2), a method of using sulfuric acid and nitric acid (Patent Document 3), a method of selectively moving and separating a single-walled carbon nanotube by applying an electric field to obtain an electric conductivity range And a method of obtaining narrowed semiconductor single-walled carbon nanotubes (Patent Document 4). However, in such a method, there still remains a problem that the final material obtained is confined to semiconductor single-walled carbon nanotubes and the recovery rate thereof is low.
계면활성제로 분산시킨 단일벽 탄소 나노 튜브를 밀도구배 초원심 분리법에 의해 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브와 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브로 분리하는 방법이 있다(비특허문헌 1). 이 방법은 초원심 분리기라는 매우 고가인 기기를 사용하는 점, 초원심 분리 조작이 장시간을 요하는 점, 초원심 분리기 자체의 대형화는 한계가 있어 병렬해서 초원심 분리기를 복수 설치하게 되어서 자동화 등의 처리가 어려운 점과 같은 문제점이 있다.There is a method of separating a single-walled carbon nanotube dispersed with a surfactant into a metal-type single-walled carbon nanotube and a semiconductor-type single-walled carbon nanotube by a density gradient ultracentrifugation method (Non-Patent Document 1). This method uses a very expensive instrument called an ultracentrifuge, requires a long centrifugal operation and requires a large number of ultracentrifuges in parallel. There is a problem such as difficulty in processing.
또한, 계면활성제로 분산시킨 단일벽 탄소 나노 튜브 용액의 pH나 이온 강도를 조절함으로써 단일벽 탄소 나노 튜브의 종류에 따라 다른 정도의 프로톤화를 발생시키고, 전기장을 검으로써 금속형과 반도체형을 분리하려는 보고가 있지만(특허문헌 6), 이 방법은 분리에 앞서 현탁한 나노 튜브 혼합물의 pH나 이온 강도를 강산을 이용하여 전처리하는 공정을 필요로 하고, 또한 그것을 위한 엄밀한 공정 관리가 부득이하게 됨과 아울러 최종적으로는 금속형과 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리가 효율적이지 않다는 문제점이 있다.In addition, by controlling the pH and ionic strength of a single-walled carbon nanotube solution dispersed with a surfactant, protonation is generated to different degrees depending on the kind of the single-walled carbon nanotube, and the metal type and semiconductor type are separated (Patent Document 6), this method requires a step of pre-treating the pH or ionic strength of the suspended nanotube mixture prior to separation using a strong acid, and strict process control is inevitable for this, Finally, there is a problem in that separation of metallic and semiconductor single-walled carbon nanotubes is not efficient.
최근에 organic molecule 과 SWNT의 interaction에 의한 분리 방법이 보고된 바 있다. Octadecylamine 등과 같이 electron donor 기를 갖고 있는 amine 물질들은 sc-SWNT에 강하게 결합하고, 방향족 폴리머 물질들은 pi-pi interaction에 의해 polarizability가 큰 m-SWNT에 강하게 결합한다고 보고된바 있으며, 이러한 화학종에 따른 m-SWNT와 sc-SWNT와의 결합세기 차이를 이용한 SWNT 분리방법들이 최근 보고되었다. Bao 그룹은 amine을 붙인 monolayer층에 SWNT solution을 스핀 코팅으로 증착하였을 때 sc-SWNT가 선택적으로 붙음을 보고하였고, 이를 이용하여 얇은 thin film transistor를 제조하는데 성공하였다. 또한, Zhang 그룹은 최근에 amine과 phenyl 작용기가 각각 붙은 스카치 테이프에 CVD를 이용하여 성장시킨 단일벽 탄소나노 튜브를 붙인 후 띄어내어 m-과 sc-SWNT를 각각 분리하는데 성공하였다. 상기 두 방법 모두 단일벽 탄소나노 튜브 고유의 특성을 유지한 채 손상 없이 분리할 수 있다는 장점이 있다. Recently, the separation method by the interaction of organic molecule and SWNT has been reported. It has been reported that amine compounds with electron donor groups such as octadecylamine strongly bind to sc-SWNTs and aromatic polymer materials bind strongly to m-SWNTs with high polarizability by pi-pi interaction. SWNT separation methods using the binding strength difference between SWNT and sc-SWNT have recently been reported. The BaO group reported that sc-SWNT was selectively deposited when a SWNT solution was deposited by spin coating on an amine-coated monolayer layer, and succeeded in fabricating a thin thin film transistor using this. In addition, Zhang group recently succeeded in separating m- and sc-SWNTs by sticking single-walled carbon nanotubes grown by CVD on scotch tape with amine and phenyl functional groups, respectively. Both of these methods have the advantage that they can be separated without damaging while maintaining the inherent characteristics of single-walled carbon nanotubes.
하지만, 상기 spin coating 방법은 분리 수율이 다소 낮고 기판(substrate) 크기의 제약이 있으며, CVD로 성장시킨 단일벽 탄소 나노 튜브 분리의 경우, CVD 방법이 대용량 단일벽 탄소나노 튜브를 제조하기에 어려운 방법이기 때문에 상용화 시키기에는 어렵다는 단점이 있었다.
However, the spin coating method has a somewhat low separation yield and a substrate size limitation. In the case of single-walled carbon nanotube separation grown by CVD, the CVD method is difficult to manufacture a single-walled carbon nanotube having a large capacity It is difficult to commercialize it.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 상용화된 대량생산 SWNT를 음이온 계면활성제가 포함된 수용액 상에서 분산하고 유전 영동 방법으로 정렬한 뒤 표면을 음이온으로 기능화시킨 폴리디메틸실록산 필름을 이용하여 한번의 스탬핑 방법으로 간편하게 반도체형 단일벽 탄소 나노 튜브와 금속형 단일벽 탄소 나노 튜브를 분리할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
DISCLOSURE Technical Problem In order to overcome the problems of the prior art as described above, the present invention provides a method for producing a polyvinylidene fluoride film by dispersing commercialized mass produced SWNTs in an aqueous solution containing an anionic surfactant, aligning the polyvinylidene siloxane film with an anion- And a new method for separating semiconductor single walled carbon nanotubes and metal single walled carbon nanotubes from each other by a single stamping method.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 The present invention has been made to solve the above problems
탄소 나노 튜브 분산 용액을 제조하는 단계; Preparing a carbon nanotube dispersion solution;
상기 단일벽 탄소 나노 튜브 용액을 유전 영동을 이용하여 정렬시키는 단계; Aligning the single-walled carbon nanotube solution using dielectrophoresis;
표면이 기능화된 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 필름을 제조하는 단계; Preparing a functionalized polydimethylsiloxane film;
상기 표면이 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 상기 유전 영동을 이용하여 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브에 압착시켜서 스탬핑하는 단계; 및 Pressing the surface-functionalized polydimethylsiloxane film onto a single-walled carbon nanotube aligned using the dielectrophoresis; And
상기 표면이 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 분리하는 단계; 를 포함하는 Separating the functionalized polydimethylsiloxane film; Containing
폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법을 제공한다. A method for separating single-walled carbon nanotubes using a polydimethylsiloxane film is provided.
도 1에 본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법을 개략적으로 나타내었다.
FIG. 1 schematically shows a method for separating single-walled carbon nanotubes using the polydimethylsiloxane film according to the present invention.
본 발명에 있어서, 상기 단일벽 탄소 나노 튜브 분산 용액을 제조하는 단계는 In the present invention, the step of preparing the single-walled carbon nanotube dispersion solution includes
계면활성제를 증류수에 용해시키는 단계; Dissolving the surfactant in distilled water;
상기 계면활성제가 용해된 증류수에 단일벽 탄소 나노 튜브를 분산시키는 단계; 및Dispersing the single walled carbon nanotubes in the distilled water in which the surfactant is dissolved; And
상기 단일벽 탄소 나노 튜브를 포함하는 용액을 원심분리시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. Centrifuging the solution containing the single-walled carbon nanotubes; And a control unit.
본 발명에 있어서, 상기 계면활성제는 음이온성 계면활성제인 것이 바람직하며, 구체적으로는 소듐도데실설페이트(sodium dodecyl sulfate, SDS)인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the surfactant is preferably an anionic surfactant, and more specifically, it is sodium dodecyl sulfate (SDS).
본 발명에 있어서, 상기 계면활성제는 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브에 선택적으로 결합하는 음이온성 계면활성제인 것이 바람직하며, 상기 계면활성제에 의하여 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브가 음전하를 나타내게 되면 양전하를 나타내는 폴리디메틸실록산 필름과의 정전기적 인력으로 분리되게 된다. In the present invention, it is preferable that the surfactant is an anionic surfactant that selectively binds to the metallic single-walled carbon nanotube. When the metallic single-walled carbon nanotube exhibits negative charge due to the surfactant, Lt; RTI ID = 0.0 > siloxane < / RTI > film.
본 발명에 있어서, 상기 계면활성제는 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브에만 선택적으로 결합하는 특성을 나타내며, 이와 같이 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브에만 선택적으로 결합하도록 하기 위해서는 계면활성제 외에 디아조늄염 등을 이용한 공유 결합 반응으로 단일벽 탄소 나노 튜브를 기능화시킨 후 디아조늄염을 다시 치환하여 원하는 전하로 하전되게 하는 것이 가능하다. In the present invention, the surfactant selectively binds only to the metallic single-walled carbon nanotubes. In order to selectively bond the metallic single-walled carbon nanotubes to the metallic single-walled carbon nanotubes, the surfactant may be a covalent bond It is possible to functionalize the single-walled carbon nanotube in the reaction and then re-substitute the diazonium salt to be charged to a desired electric charge.
본 발명에 있어서, 폴리디메틸실록산 필름은 상기 계면활성제가 나타내는 전하와는 반대되는 전하를 나타내도록 기능화되며, 구체적으로는 아민으로 기능화되어 양전하를 나타내게 된다. 본 발명에 있어서, 아민으로 표면처리된 폴리디메틸실록산을 계면활성제로 처리된 후 유전 영동 전극 사이에 배열된 단일벽 탄소 나노 튜브에 스탬핑하게 되면 음전하를 나타내는 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브만이 정전기적 인력에 의하여 아민으로 표면처리된 폴리디메틸실록산 필름에 부착되면서 분리되는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the polydimethylsiloxane film is functionalized to exhibit a charge opposite to the charge represented by the surfactant, specifically, functionalized with an amine to exhibit a positive charge. In the present invention, when polydimethylsiloxane surface-treated with an amine is treated with a surfactant and then stamped on single-walled carbon nanotubes arranged between dielectrophoretic electrodes, only semiconductive single-walled carbon nanotubes exhibiting negative charges are electrostatically Characterized in that it is separated while being attached to a polydimethylsiloxane film surface-treated with amines by gravity.
본 발명에 있어서, 상기 단일벽 탄소 나노 튜브를 포함하는 용액을 원심분리시키는 단계는 2500 내지 3500 rpm 으로 3시간 내지 5시간 동안 수행하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the step of centrifuging the solution containing the single-walled carbon nanotubes is performed at 2500 to 3500 rpm for 3 to 5 hours.
본 발명에 있어서, 상기 단일벽 탄소 나노 튜브 용액을 유전 영동을 이용하여 정렬시키는 단계에서는 상호 마주보도록 형성되는 제 1 및 제 2 유전 영동 전극에 1kMHz 내지 10 MHz, 2 내지 5 V 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of aligning the single-walled carbon nanotube solution using dielectrophoresis, a voltage of 1 kHz to 10 MHz, 2 to 5 V is applied to first and second dielectrophoretic electrodes facing each other .
본 발명에 있어서, 상기 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 제조하는 단계는 In the present invention, the step of preparing a polydimethylsiloxane film whose surface is functionalized with an amine group
실리콘 엘라스토머 베이스와 실리콘 엘라스토머 큐어링 에이전트를 10:1 내지 10:2 의 중량비로 혼합하는 단계; Mixing a silicone elastomeric base and a silicone elastomeric curing agent in a weight ratio of 10: 1 to 10: 2;
상기 혼합물을 기판위에 스핀 코팅하여 필름 형태로 형성하는 단계; Spin-coating the mixture on the substrate to form a film;
상기 형성된 형성을 소성하는 단계; Firing said formed formation;
상기 소성된 필름의 표면을 에어 플라즈마로 처리하는 단계; Treating the surface of the fired film with air plasma;
상기 에어 플라즈마로 처리된 필름을 아민기를 포함하는 화합물 수용액 내에 침지시키는 단계; Immersing the film treated with the air plasma in an aqueous solution of a compound containing an amine group;
에탄올로 세척하여 반응하지 않은 아민기를 포함하는 화합물을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. And washing with ethanol to remove a compound containing an unreacted amine group.
본 발명에 있어서, 상기 아민기를 포함하는 화합물은 3-aminopropyl-triethoxysilane (C9H23NO3Si, APTES) 것을 특징으로 한다. In the present invention, the amine group-containing compound is 3-aminopropyl-triethoxysilane (C 9 H 23 NO 3 Si, APTES).
본 발명에 있어서, 상기 소성 단계는 1시간 동안 900℃ 내지 1000℃ 오븐에서 소성하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the firing step is characterized in that the firing is performed in an oven at 900 ° C to 1000 ° C for 1 hour.
본 발명에 있어서, 상기 분리된 폴리디메틸실록산 필름에는 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브가 포함되는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the separated polydimethylsiloxane film includes metallic single-walled carbon nanotubes.
본 발명에 있어서, 상기 스탬핑하는 단계 이후 상기 유전 영동 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브에는 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브가 포함되는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the single-walled carbon nanotube aligned between the dielectrophoretic electrodes after the stamping step may include semiconducting single-walled carbon nanotubes.
도 2에 본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법에 있어서, 음이온성 계면활성제로 처리된 단일벽 탄소 나노 튜브와 아민기로 표면 기능화된 폴리디메틸실록산 필름과의 상호 작용을 나타내었다. 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법은 단일벽 탄소 나노 튜브를 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브와 더 강하게 흡착하고 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브에는 약하게 흡착하는 것으로 알려진 음이온성 계면활성제와 혼합한 후, 혼합 용액을 유전 영동 전극 사이에 넣고, 유전 영동 방법으로 정렬시킨 후 세정 공정을 수행하면 반도체성 단일벽 탄소나노 튜브에 약하게 부착된 계면활성제는 세정 과정에서 제거되지만, 상기 음이온성 계면 활성제가 반도체성 단일벽 탄소나노 튜브에는 강하게 부착되어 세정 과정에서도 제거되지 않게 되면서 반도체성 단일벽 탄소나노 튜브만이 음전하를 나타내게 된다.
FIG. 2 is a graph showing the results of the interaction between a single-walled carbon nanotube treated with an anionic surfactant and a polydimethylsiloxane film surface-functionalized with an amine group in the method of separating single-walled carbon nanotubes using a polydimethylsiloxane film according to the present invention. Respectively. As shown in FIG. 2, the method of separating single-walled carbon nanotubes using the polydimethylsiloxane film according to the present invention comprises: adsorbing single-walled carbon nanotubes more strongly with metallic single-walled carbon nanotubes; After mixing with the anionic surfactant known to adsorb weakly, the mixed solution is placed between the dielectrophoretic electrodes, aligned by dielectrophoretic method, and then subjected to a cleaning process, the surfactant weakly attached to the semiconducting single-walled carbon nanotubes The anionic surfactant is strongly adhered to the semiconducting single-walled carbon nanotube and is not removed during the cleaning process, so that only the semiconducting single-walled carbon nanotube exhibits a negative charge.
본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법은, 기존 대량 합성법으로 제조된 상용화된 대량생산 단일벽 탄소 나노 튜브를 음이온 계면활성제가 포함된 수용액 상에서 분산하고 유전 영동 방법으로 정렬한 뒤 아민 작용기 처리된 폴리디메틸실록산 필름을 이용하여, 한번의 스탬핑 방법으로 금속성 탄소나노 튜브와 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브의 표면에 손상 없이 한 단계로 고효율 분리할 수 있으며, 스케일 업(scale-up)을 기대할 수 있다.
The method for separating single-walled carbon nanotubes using the polydimethylsiloxane film according to the present invention is characterized in that commercialized mass-produced single-walled carbon nanotubes prepared by the conventional mass synthesis method are dispersed in an aqueous solution containing an anionic surfactant, After the alignment, the polymethylsiloxane film treated with an amine functional group can be used to separate the metal carbon nanotubes and semiconducting single-walled carbon nanotubes in one step with high efficiency, by a single stamping method. -up) can be expected.
도 1은 본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 원리를 나타낸다.
도 3은 본 발명에서 사용된 유전 영동 장치를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의하여 유전 영동 장치의 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브와 본 발명의 다른 실시예에 의하여 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름으로 분리된 단일벽 탄소 나노 튜브의 SEM 사진을 측정한 결과를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의하여 유전 영동 장치의 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브와 본 발명의 다른 실시예에 의하여 스탬핑 방법을 수행한 후 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름 및 유전 영동 장치의 전극 사이에 남아있는 단일벽 탄소 나노 튜브의 라만 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸다. 1 schematically shows a method for separating single-walled carbon nanotubes using the polydimethylsiloxane film according to the present invention.
2 shows the principle of separation of single-walled carbon nanotubes using the polydimethylsiloxane film according to the present invention.
Figure 3 shows the dielectrophoretic device used in the present invention.
Figure 4 illustrates a single-wall carbon nanotube arrayed between electrodes of a dielectrophoretic device according to an embodiment of the present invention and a single wall carbon nanotube separated into a polydimethylsiloxane film whose surface is functionalized with amine groups according to another embodiment of the present invention. SEM photographs of the nanotubes are shown.
FIG. 5 is a graph showing the results of a single-walled carbon nanotube aligned between electrodes of a dielectrophoretic device according to an embodiment of the present invention and a polydimethylsiloxane film whose surface is functionalized with an amine group after performing a stamping method according to another embodiment of the present invention And Raman spectra of single-walled carbon nanotubes remaining between the electrodes of the dielectrophoretic device.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의하여 더욱 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the present invention is not limited by the following examples.
<< 실시예Example 1> 1> 단일벽Single wall 탄소 나노 튜브 분산액 제조 Carbon Nanotube Dispersion Manufacturing
HipCO (High-pressure carbon monoxide process) 단일벽 탄소 나노 튜브는 420℃에서 1hr동안 전처리하였고, 다른 side-wall 작용기를 최소화하기 위하여 별도의 세정 작업을 하지 않았다. HipCO (High-pressure carbon monoxide process) Single-walled carbon nanotubes were pretreated for 1 hour at 420 ° C, and no separate cleaning operation was performed to minimize other side-wall functionalities.
계면활성제로서 1%(w/v) 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브에 선택적으로 흡착하는 것으로 알려진 음전하를 나타내는 소듐도데실설페이트(Sodium dodecyl sulfate, SDS) 를 증류수에 용해시킨 후, 상기 단일벽 탄소 나노 튜브를 분산시켰다. Sodium dodecyl sulfate (SDS), which is a negative charge known to selectively adsorb to 1% (w / v) metallic single wall carbon nanotubes as a surfactant, is dissolved in distilled water, and the single wall carbon nanotube .
분산된 단일벽 탄소 나노 튜브를 개별적으로 분리시키기 위해 초고속 원심분리기를 이용하여 3000rpm, 4 시간 동안 원심분리하였다. 단일벽 탄소 나노 튜브 solution의 최종 농도는 0.5 mg/ml이다.
To separate the dispersed single-walled carbon nanotubes individually, they were centrifuged at 3000 rpm for 4 hours using an ultrafast centrifuge. The final concentration of the single walled carbon nanotube solution is 0.5 mg / ml.
<< 실시예Example 2> 전기영동법을 이용한 2> electrophoresis 단일벽Single wall 탄소 나노 튜브 정렬 Carbon nanotube alignment
본 발명에서는 도 3에 나타낸 유전 영동 장치를 사용하였다. In the present invention, the dielectrophoretic apparatus shown in Fig. 3 was used.
종래 나노 튜브와 같은 가늘고 긴 물질을 기판상에 수직으로 정렬하기 위한 방법으로 유전 영동을 이용하는 방법이 알려져 있다. 이 방법은 도 3에 나타낸 바와 같이 전하가 부여되도록 사전에 화학적 처리를 한 물질(2)이 퍼져있는 용액(3)이 수용된 조(bath: 4) 내에 마주보게 배치된 두 개의 평행한 전극판 (1a,1b)에 직류(Direct current: DC)를 걸어주면, 상기 물질(2)은 하전 된 형태에 따라 음전하쪽이나 양전하쪽으로 이동하게 되는데, 일반적으로는 음극판(1b) 방향으로 나노 튜브가 이동하게 된다.Methods of using dielectrophoresis as a method for vertically aligning elongated materials such as conventional nanotubes on a substrate are known. The method comprises the steps of providing two parallel electrode plates (not shown) disposed opposite one another in a bath (4) containing a solution (3) in which a pre-chemically treated material (2) The direct current (DC) is applied to the anode plate 1a and the anode plate 1b. The material 2 moves to the negative charge side or the positive charge side depending on the charged state. Generally, the nanotube moves toward the cathode plate 1b .
전극 사이에 자기장을 발생시키기 위하여 교류를 사용하였다. 전극은 도 3(b)와 같이 디자인하였고 전극의 넓이는 10㎛이고 간격은 6㎛이다. 전극 위에 남아있는 불순물은 제거하였다. 분산된 단일벽 탄소 나노 튜브 용액을 유전 영동 장치의 소스 전극(source)과 드레인 전극(drain) 사이에 5 ㎕ 떨어뜨렸다. 단일벽 탄소 나노 튜브를 고밀도로 배열시킬 수 있는 최적의 유전 영동 조건은 1kHz~10MHz 와 2~5V 사이에서 발생함을 확인하였다.An alternating current was used to generate a magnetic field between the electrodes. The electrodes were designed as shown in Fig. 3 (b), the width of the electrodes was 10 탆, and the spacing was 6 탆. The impurities remaining on the electrode were removed. 5 mu l of the dispersed single-walled carbon nanotube solution was dropped between the source electrode and the drain electrode of the dielectrophoretic device. It was confirmed that optimum dielectrophoretic conditions that can arrange single wall carbon nanotubes at high density occur between 1kHz ~ 10MHz and 2 ~ 5V.
전극에 전압을 인가하여 유전 영동 전극 사이에 단일벽 탄소 나노 튜브를 정렬시킨 후, 단일벽 탄소 나노 튜브가 정렬된 부분을 확대한 그림을 도 3(b)에 나타내었다.
FIG. 3 (b) shows an enlarged view of the single-walled carbon nanotubes aligned after the single-walled carbon nanotubes are aligned between the dielectrophoretic electrodes by applying a voltage to the electrodes.
<< 실시예Example 3> 표면이 3> The surface 아민기로Amine group 기능화된 Functionalized 폴리디메틸실록산Polydimethylsiloxane 필름의 제조 Production of film
폴리디메틸실록산의 프리폴리머와 경화제를 10:1의 질량비로 혼합한 블렌드를 20분 교반 후, 혼합물 내에서의 공기 방울을 제거하기 위하여 1시간 동안 방치하였다. A blend prepared by mixing a prepolymer of polydimethylsiloxane and a curing agent at a mass ratio of 10: 1 was stirred for 20 minutes, and then left for 1 hour to remove air bubbles in the mixture.
현미경 슬라이드를 필름 제조를 위한 기판으로 사용하였다. 먼저 현미경 슬라이드를 증류수/아세톤/에탄올/증류수 단계를 거쳐 초음파로 세척하였다. 세척된 현미경 슬라이드 표면에 상기 폴리디메틸실록산의 프리폴리머와 경화제를 혼합한 블렌드를 도포하고 1시간 동안 980℃ 오븐에서 소성하여 elastomeric 폴리디메틸실록산 필름을 제조하였다. The microscope slides were used as substrates for film production. First, the microscope slide was ultrasonically washed through distilled water / acetone / ethanol / distilled water. A blend of the prepolymer of the polydimethylsiloxane and the curing agent was applied to the surface of the cleaned microscope slide and fired in an oven at 980 ° C for 1 hour to prepare an elastomeric polydimethylsiloxane film.
제조된 폴리디메틸실록산 필름은 표면이 오염되기 전에 즉시 현미경 슬라이드를 뜯어내고 15 sccm의 가스 유량으로 90W의 힘으로 에어 플라즈마 처리하였다. 에어 플라즈마 처리 시간은 각각 5, 10, 15분으로 달리하였다. The prepared polydimethylsiloxane film was immediately subjected to air plasma treatment at a force of 90 W at a gas flow rate of 15 sccm before removing the microscope slide before the surface was contaminated. The air plasma treatment time was changed to 5, 10, and 15 minutes, respectively.
폴리디메틸실록산 필름 위에 아민기를 부착시키기 위해 아민기를 포함하는 화합물로서 3-aminopropyl-triethoxysilane (C9H23NO3Si, APTES) 을 에탄올에 1, 5, 10, 20, 30%의 농도로 만들었다. 3-aminopropyl-triethoxysilane (C 9 H 23 NO 3 Si, APTES) as a compound containing an amine group was added to ethanol at concentrations of 1, 5, 10, 20, and 30% for attachment of amine groups onto the polydimethylsiloxane film.
상기 에어 플라즈마로 처리된 폴리디메틸실록산 필름을 10분 동안 상기 아민기를 포함하는 화합물 용액에 침지시켜서 폴리디메틸실록산 필름 표면에 아민기가 부착되도록 하였다. 이후 반응하지 않은 triethoxysilane을 제거하기 위해 에탄올로 세척하였다. 생성된 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름은 5분동안 건조한 후 사용하였다.
The polydimethylsiloxane film treated with the air plasma was immersed in a solution of the compound containing amine groups for 10 minutes to allow amine groups to adhere to the polydimethylsiloxane film surface. Then, it was washed with ethanol to remove unreacted triethoxysilane. The polydimethylsiloxane film functionalized with the resulting amine groups was used after drying for 5 minutes.
<< 실시예Example 4> 표면이 4> The surface 아민기로Amine group 기능화된 Functionalized 폴리디메틸실록산Polydimethylsiloxane 필름을 이용하여 유전 영동 전극 사이에 정렬된 Film was used to align the dielectrophoretic electrodes 단일벽Single wall 탄소 나노 튜브 분리 Carbon nanotube separation
상기 실시예 3에서 제조된 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 상기 실시예 2에서 제조된 유전 영동법을 이용하여 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브 층 위에 적층시키고 스탬핑 방법으로 압력을 가하여 유전 영동 장치의 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브 중 금속 단일벽 탄소 나노 튜브를 제거하였다.
The polydimethylsiloxane film functionalized with an amine group on the surface prepared in Example 3 was laminated on the aligned single-walled carbon nanotube layer using the dielectrophoretic method prepared in Example 2, and pressure was applied by a stamping method, The metal single wall carbon nanotubes among the single wall carbon nanotubes aligned between the electrodes were removed.
<< 실험예Experimental Example > > SEMSEM 사진 측정 Photo measurement
상기 실시예 2에서 유전 영동 장치의 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브와 상기 실시예 4에서 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름으로 분리된 단일벽 탄소 나노 튜브 각각에 대해 SEM 사진을 측정하고 각각 도 4(a) 및 도 4(b) 에 나타내었다. SEM photographs of single-walled carbon nanotubes aligned between the electrodes of the dielectrophoretic device in Example 2 and single-walled carbon nanotubes separated into polydimethylsiloxane films functionalized with amine groups on the surface in Example 4 were measured And are shown in Figs. 4 (a) and 4 (b), respectively.
도 4(a)와 도 4(b)의 가장 큰 차이는 표면에 있는 단일벽 탄소 나노 튜브의 밀도이며, 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름과의 스탬핑에 의해 유전 영동 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브의 상당 수가 제거되었음을 알 수 있다.
The greatest difference between Figures 4 (a) and 4 (b) is the density of the single-walled carbon nanotubes on the surface, which is a single wall aligned between the dielectrophoretic electrodes by stamping with a polydimethylsiloxane film functionalized with amine groups. It can be seen that a considerable number of carbon nanotubes have been removed.
<< 실험예Experimental Example > 라만 분석 > Raman analysis
상기 실시예 2에서 제조된 유전 영동 장치의 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브와 상기 실시예 4에서 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름으로 분리된 단일벽 탄소 나노 튜브 및 유전 영동 장치의 전극 사이에 남아있는 단일벽 탄소 나노 튜브의 3개의 샘플에 대해 각각 라만 분석을 수행하고 그 결과를 도 5에 나타내었다. Single-walled carbon nanotubes aligned between the electrodes of the dielectrophoretic device prepared in Example 2 and single-wall carbon nanotubes and dielectrophoretic devices separated into polydimethylsiloxane films functionalized with an amine group in Example 4 Raman analysis was performed on three samples of single-walled carbon nanotubes remaining between the electrodes, and the results are shown in FIG.
라만 스펙트럼은 632.8nm의 여기 파장(excitation wavelength)에서 측정하였다. 라만의 Radial breathing mode에서 160-200cm- 1 에서 나타나는 피크들은 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브들을, 200-280cm- 1 에서 나타나는 peak 들은 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브들을 나타내는 것으로 알려져 있다. The Raman spectrum was measured at an excitation wavelength of 632.8 nm. 160-200cm in the Raman Radial breathing mode - the peak shown at 1 are the metallic single-wall carbon nanotubes, 200-280cm - peak appears at first are known to represent the semiconducting SWNTs.
상기 실시예 1의 계면활성제로서 소듐도데실설페이트(Sodium dodecyl sulfate, SDS) 수용액에 분산한 분리 전 단일벽 탄소 나노 튜브의 라만 스펙트럼의 radial breathing mode(RBM) 영역에서는 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브와 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브가 동시에 존재하지만, 도 5b 에서 보는 바와 같이 상기 실시예 4에서 제조된 양전하를 나타내는 아민으로 표면처리된 폴리디메틸실록산 필름으로 스탬핑 후 유전 영동 장치의 전극 사이 SiO2/Si substrate 위에 놓인 단일벽 탄소 나노 튜브는 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브 비율이 증가하였으며, 도 5c 에서 보는 바와 같이 아민 처리된 폴리디메틸실록산 필름 위에 붙어 있는 단일벽 탄소 나노 튜브에서는 높은 순도의 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브가 존재함을 확인하였다.In the radial breathing mode (RBM) region of the Raman spectrum of the single-walled carbon nanotube before being dispersed in the aqueous solution of sodium dodecyl sulfate (SDS) as the surfactant of Example 1, the metal single-walled carbon nanotubes and semiconductors However, as shown in FIG. 5B, the polydimethylsiloxane film surface-treated with amines exhibiting a positive charge prepared in Example 4 was sandwiched between the electrodes of the post-stamping dielectrophoretic device, SiO 2 / Si substrate As shown in FIG. 5C, in the single-walled carbon nanotube attached on the amine-treated polydimethylsiloxane film, the ratio of the single-walled carbon nanotube to the metallic single-walled carbon nanotube increased. The presence of the tube was confirmed.
Claims (10)
상기 단일벽 탄소 나노 튜브 용액을 유전 영동을 이용하여 정렬시키는 단계;
표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 필름을 제조하는 단계;
상기 표면이 아민기로 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 상기 유전 영동을 이용하여 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브에 압착시켜서 스탬핑하는 단계; 및
상기 표면이 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 분리하는 단계; 를 포함하고,
상기 단일벽 탄소 나노 튜브 분산 용액을 제조하는 단계는
계면활성제를 증류수에 용해시키는 단계;
상기 계면활성제가 용해된 증류수에 단일벽 탄소 나노 튜브를 분산시키는 단계; 및
상기 단일벽 탄소 나노 튜브를 포함하는 용액을 원심분리시키는 단계; 를 더욱 포함하고,
상기 계면활성제는 소듐도데실설페이트(sodium dodecyl sulfate, SDS)인 것인 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
Preparing a single walled carbon nanotube dispersion solution;
Aligning the single-walled carbon nanotube solution using dielectrophoresis;
Preparing a polydimethylsiloxane film whose surface is functionalized with an amine group;
Pressing and poling a polydimethylsiloxane film functionalized with an amine group on the surface of the single-walled carbon nanotube aligned using the dielectrophoresis; And
Separating the functionalized polydimethylsiloxane film; Lt; / RTI >
The step of preparing the single walled carbon nanotube dispersion solution
Dissolving the surfactant in distilled water;
Dispersing the single walled carbon nanotubes in the distilled water in which the surfactant is dissolved; And
Centrifuging the solution containing the single-walled carbon nanotubes; Further comprising:
Wherein the surfactant is sodium dodecyl sulfate (SDS). ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
상기 단일벽 탄소 나노 튜브를 포함하는 용액을 원심분리시키는 단계는 2500 내지 3500 rpm 으로 3시간 내지 5시간 동안 수행하는 것인
폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of centrifuging the solution containing the single-walled carbon nanotubes is performed at 2500 to 3500 rpm for 3 hours to 5 hours
A method for separating single walled carbon nanotubes using polydimethylsiloxane film.
상기 단일벽 탄소 나노 튜브 용액을 유전 영동을 이용하여 정렬시키는 단계는
상호 마주보도록 형성되는 제 1 및 제 2 유전 영동 전극에 1kMHz 내지 10 MHz, 2 내지 5 V 전압을 인가하여 수행하는 것인
폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
The method according to claim 1,
The step of aligning the single walled carbon nanotube solution using dielectrophoresis
Wherein the first and second dielectrophoretic electrodes are formed by applying a voltage of 1 kHz to 10 MHz and a voltage of 2 to 5 V to the first and second dielectrophoretic electrodes,
A method for separating single walled carbon nanotubes using polydimethylsiloxane film.
상기 표면이 기능화된 폴리디메틸실록산 필름을 제조하는 단계는
실리콘 엘라스토머 베이스와 실리콘 엘라스토머 큐어링 에이전트를 10:1 내지 10:2 의 중량비로 혼합하는 단계;
상기 혼합물을 기판위에 스핀 코팅하여 필름 형태로 형성하는 단계;
상기 형성된 필름을 소성하는 단계;
상기 소성된 필름의 표면을 에어 플라즈마로 처리하는 단계;
상기 에어 플라즈마로 처리된 필름을 아민기를 포함하는 화합물 수용액 내에 침지시키는 단계; 및
에탄올로 세척하여 반응하지 않은 아민기를 포함하는 화합물을 제거하는 단계; 를 포함하는 것인
폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
The method according to claim 1,
The step of producing the functionalized polydimethylsiloxane film comprises:
Mixing a silicone elastomeric base and a silicone elastomeric curing agent in a weight ratio of 10: 1 to 10: 2;
Spin-coating the mixture on the substrate to form a film;
Firing the formed film;
Treating the surface of the fired film with air plasma;
Immersing the film treated with the air plasma in an aqueous solution of a compound containing an amine group; And
Washing with ethanol to remove the compound containing unreacted amine groups; ≪ / RTI >
A method for separating single walled carbon nanotubes using polydimethylsiloxane film.
상기 아민기를 포함하는 화합물은 3-aminopropyl-triethoxysilane (C9H23NO3Si, APTES)것인
폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
The method according to claim 6,
The amine group-containing compound is 3-aminopropyl-triethoxysilane (C 9 H 23 NO 3 Si, APTES)
A method for separating single walled carbon nanotubes using polydimethylsiloxane film.
상기 소성하는 단계는 1시간 동안 900℃ 내지 1000℃ 오븐에서 소성하는 것인 것인
폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the calcining step is a calcining in an oven at 900 DEG C to 1000 DEG C for 1 hour
A method for separating single walled carbon nanotubes using polydimethylsiloxane film.
상기 분리된 폴리디메틸실록산 필름에는 금속성 단일벽 탄소 나노 튜브가 포함되는 것인
폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the separated polydimethylsiloxane film comprises metallic single wall carbon nanotubes
A method for separating single walled carbon nanotubes using polydimethylsiloxane film.
상기 스탬핑하는 단계 이후 상기 유전 영동 전극 사이에 정렬된 단일벽 탄소 나노 튜브는 반도체성 단일벽 탄소 나노 튜브가 포함되는 것인 폴리디메틸실록산 필름을 이용한 단일벽 탄소 나노 튜브의 분리 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the single-walled carbon nanotubes aligned between the dielectrophoretic electrodes after the stamping step comprise semiconducting single-walled carbon nanotubes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150075936A KR101744052B1 (en) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | Separation method of single-walled carbon nanotubes using polydimethylsiloxane film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150075936A KR101744052B1 (en) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | Separation method of single-walled carbon nanotubes using polydimethylsiloxane film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160139962A KR20160139962A (en) | 2016-12-07 |
| KR101744052B1 true KR101744052B1 (en) | 2017-06-20 |
Family
ID=57573666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150075936A Expired - Fee Related KR101744052B1 (en) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | Separation method of single-walled carbon nanotubes using polydimethylsiloxane film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101744052B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190046252A (en) | 2017-10-25 | 2019-05-07 | 광주과학기술원 | Conjugated molecule for selective separation of carbon nanotubes |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117602616A (en) * | 2023-11-22 | 2024-02-27 | 苏州卡哥亚智能科技有限公司 | Preparation method of purifiable and dispersible metallic single-walled carbon nanotubes |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040038251A1 (en) | 2002-03-04 | 2004-02-26 | Smalley Richard E. | Single-wall carbon nanotubes of precisely defined type and use thereof |
| JP2005104750A (en) | 2003-09-29 | 2005-04-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nanotube purification method |
| KR100580641B1 (en) | 2004-01-02 | 2006-05-16 | 삼성전자주식회사 | Screening method of semiconducting carbon nanotubes |
| KR100773369B1 (en) | 2004-05-12 | 2007-11-05 | 삼성코닝 주식회사 | Screening method of semiconducting carbon nanotubes |
| JP4982980B2 (en) | 2005-07-29 | 2012-07-25 | ソニー株式会社 | Metallic carbon nanotube separation method, semiconducting carbon nanotube thin film manufacturing method, thin film transistor manufacturing method, and electronic device manufacturing method |
-
2015
- 2015-05-29 KR KR1020150075936A patent/KR101744052B1/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| G. Hong et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, Vol. 50, pp. 6819-6823 (2011.06.06.)* |
| 양승보 외, 한국고분자학회 2012년 춘계학술대회 연구논문 초록집, 2PS-153* |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190046252A (en) | 2017-10-25 | 2019-05-07 | 광주과학기술원 | Conjugated molecule for selective separation of carbon nanotubes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20160139962A (en) | 2016-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hong et al. | Separation of Metallic and Semiconducting Single‐Walled Carbon Nanotube Arrays by “Scotch Tape” | |
| Zhu et al. | Solution-processed dielectrics based on thickness-sorted two-dimensional hexagonal boron nitride nanosheets | |
| JP6461958B2 (en) | Semiconducting single-walled carbon nanotubes | |
| Hasan et al. | Transferable graphene oxide films with tunable microstructures | |
| CA2661638C (en) | Monodisperse single-walled carbon nanotube populations and related methods for providing same | |
| JP6216724B2 (en) | Manufacture of graphene | |
| EP2362459A1 (en) | Modified graphene structure and method of manufacture thereof | |
| WO2011020035A2 (en) | Sorting two-dimensional nanomaterials by thickness | |
| TW201522217A (en) | Method for purifying graphene nanobelt | |
| JP2014523391A (en) | Distribution method | |
| TW201605724A (en) | Water-based and organic suspension of sheet-like nano carbon material, and manufacturing method and use thereof | |
| CN101125649B (en) | Method for separating metallic single-wall carbon nano-tube | |
| CN107285298B (en) | Methods and applications for selective separation of single-walled carbon nanotubes of specific diameter and chirality | |
| KR20100077475A (en) | Fabrication method of gauge like film made up of nano-structured molecules on substrate and substrate with gauge like nano-structured molecules film thereby | |
| Mesgari et al. | Gel electrophoresis using a selective radical for the separation of single-walled carbon nanotubes | |
| KR101744052B1 (en) | Separation method of single-walled carbon nanotubes using polydimethylsiloxane film | |
| WO2013062488A1 (en) | Methods of enriching different species of carbon nanotubes | |
| KR20100098647A (en) | Separation of nanostructures | |
| KR102306356B1 (en) | Channel device including aligned carbon nanotubes | |
| Ohmori et al. | Fractionation of single wall carbon nanotubes by length using cross flow filtration method | |
| Kumar et al. | Selective chemistry-based separation of semiconducting single-walled carbon nanotubes and alignment of the nanotube array network under electric field for field-effect transistor applications | |
| US20220267152A1 (en) | Carbon nanotube separation method and separation apparatus | |
| KR102072888B1 (en) | Method for doping of graphene films by using graphene oxides | |
| KR101828353B1 (en) | Method for separating metallic and semiconducting carbon nanotube and separating tape of metallic and semiconducting carbon nanotube | |
| KR102183047B1 (en) | Method for doping of graphene films by using graphene oxides |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20150529 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20161205 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20170529 |
|
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20170531 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20170601 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20200424 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20210512 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20230311 |