(57)【要約】【課題】本発明はカーボンナノチューブペースト及びそれの製造方法を提供する。【解決手段】カーボンナノチューブペーストは、絶縁耐火物からなった第１ナノパウダー、金属酸化物からなった第２ナノパウダー、第１ナノパウダー及び第２ナノパウダーを分散させるための溶媒、電界放出源として溶媒に分散されるカーボンナノチューブ、及びエミッタ電極との接着のために溶媒に添加される有機バインダーを含む。従って、カーボンナノチューブエミッタの製造のための高温工程を経た後にも高出力特性を保持することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁耐火物からなった第１ナノパウターと、
金属酸化物からなった第２ナノパウダーと、
前記第１ナノパウダー及び前記第２ナノパウダーを分散させるための溶媒と、
電界放出源として前記溶媒に分散されるカーボンナノチューブと、
エミッタ電極との接着のために前記溶媒に添加される有機バインダーと、を含むことを特徴とするカーボンナノチューブペースト。
【請求項２】
前記第１ナノパウダーは、
シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）及びシリア輝石（ＬｉＡｌＳｉ２Ｏ６）のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブペースト。
【請求項３】
前記第２ナノパウダーは、
ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、イットリウム（Ｙ）及びジルコニウム（Ｚｒ）の酸化物のうちいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブペースト。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブは、前記第１ナノパウター及び第２ナノパウターの混合物重量の５〜１５％の比率で混合されることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブペースト。
【請求項５】
前記第１ナノパウダーと前記第２ナノパウダーはモル分率基準で１０：１〜２０：１の比率で混合されることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブペースト。
【請求項６】
前記第１ナノパウダーと前記第２ナノパウダーは重量比基準で５：１〜３０：１の比率で混合されることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブペースト。
【請求項７】
溶媒に絶縁耐火物からなった第１ナノパウダー及び金属酸化物からなった第２ナノパウダーを分散する段階と、
前記溶媒に電界放出源としてカーボンナノチューブを分散する段階と、
前記溶媒に粘性を有するように有機バインダーを添加する段階と、を含むことを特徴とするカーボンナノチューブペーストの製造方法。
【請求項８】
前記第１ナノパウダーは、
シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）及びシリア輝石（ＬｉＡｌＳｉ２Ｏ６）のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項７に記載のカーボンナノチューブペーストの製造方法。
【請求項９】
前記第２ナノパウダーは、
ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、イットリウム（Ｙ）及びジルコニウム（Ｚｒ）の酸化物のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項７に記載のカーボンナノチューブペーストの製造方法。
【請求項１０】
前記カーボンナノチューブは前記第１ナノパウダー及び第２ナノパウダーの混合物重量の５〜１５％の比率で混合されることを特徴とする請求項７に記載のカーボンナノチューブペーストの製造方法。
【請求項１１】
前記第１ナノパウダーと前記第２ナノパウダーはモル分率基準で１０：１〜２０：１または重量比基準で５：１〜３０：１の比率で混合されることを特徴とする請求項７に記載のカーボンナノチューブペーストの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ：ＣＮＴ）ペースト（Ｐａｓｔｅ）及びそれの製造方法に関わり、より詳細にはカーボンナノチューブエミッタの形成の後にも高出力特性を保持することのできる高出力電界放出エミッタ用カーボンナノチューブペースト及びそれの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線発生装置は静電気除去など産業用、医療用、研究用など多様な分野で使用され、Ｘ線発生装置の電子供給源として主にフィラメントが使用されてきたが、最近、医療機器など敏感なコントロールが必要な高付加価値デバイスを中心としてカーボンナノチューブが電界放出源として導入されている。
【０００３】
カーボンナノチューブの電界放出は陰電極に形成されたカーボンナノチューブ端での電気場増幅を用いてカーボンナノチューブの電子を真空中に放出する方式で、熱エネルギーによって電子を無作為方向に放出するフィラメントに比べて非常に迅速に駆動し電流密度の高いという長所がある。単一カーボンナノチューブの電界放出の際の報告された電流密度は１０９Ａ／ｃｍ２に至り、これは電界放出素子の特性の中でも独歩の優れた数値である。
【０００４】
カーボンナノチューブをＸ線発生装置などデバイスのエミッタに適用する際、数十万〜数百万の個のカーボンナノチューブを一括的に陰電極に形成するようになる。
【０００５】
しかし、それぞれのエミッタを単一エミッタと同一に処理するのが現実的に不可能であり、従って、デバイスに装着されたエミッタの電流密度は前記単一カーボンナノチューブに及ばなくなる。
【０００６】
また、Ｘ線発生装置の制作過程で最終の工程である真空パッケージングは真空チャンバの内または大気中で行われるが、この時の高温工程及び酸素との接触がカーボンナノチューブエミッタの特性を悪化させる主要な原因として指目されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明はこのような問題点を勘案したもので、本発明はカーボンナノチューブエミッタの製造のための高温工程を経た後にも高出力特性を保持することのできる高出力電界放出エミッタ用カーボンナノチューブペースト及びそれの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するための本発明の一実施例によるカーボンナノチューブペーストは、絶縁耐火物からなった第１ナノパウダー、金属酸化物からなった第２ナノパウダー、前記第１ナノパウダー及び第２ナノパウダーを分散させるための溶媒、電界放出源として前記溶媒に分散されるカーボンナノチューブ、及びエミッタ電極との接着のために前記溶媒に添加される有機バインダーを含む。
【０００９】
前記第１ナノパウダーは、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）及びシリア輝石（ＬｉＡｌＳｉ２Ｏ６）のうち少なくともいずれか一つを含んでいても良い。
【００１０】
前記第２ナノパウダーは、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、イットリウム（Ｙ）及びジルコニウム（Ｚｒ）の酸化物のうちいずれか一つを含んでいても良い。
【００１１】
前記カーボンナノチューブは前記第１ナノパウター及び第２ナノパウターの混合物重量の５〜１５％の比率で混合されてもよい。
【００１２】
前記第１ナノパウダー及び前記第２ナノパウダーはモル分率基準で１０：１〜２０：１の比率で混合されてもよい。
【００１３】
前記第１ナノパウダー及び前記第２ナノパウダーは重量比基準で５：１〜３０：１  の比率で混合されてもよい。
【００１４】
本発明の一実施例によるカーボンナノチューブペースト製造方法は、溶媒に絶縁耐火物からなった第１ナノパウダー及び金属酸化物からなった第２ナノパウダーを分散する段階と、前記溶媒に電界放出源としてカーボンナノチューブを分散する段階と、前記溶媒に粘性を有するように有機バインダーを添加する段階と、を含む。
【発明の効果】
【００１５】
このようなカーボンナノチューブペースト及びそれの製造方法によると、カーボンナノチューブペーストに絶縁耐火物からなった第１ナノパウダー及び金属酸化物からなった第２ナノパウダーを添加することで、カーボンナノチューブエミッタの形成のための大気または真空の高温の工程を経た後にも、カーボンナノチューブエミッタの安定的な高出力特性を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例によるカーボンナノチューブペーストを用いて製造する電界放出エミッタの概略的な断面図である。
【図２】本発明の一実施例によるカーボンナノチューブペーストの製造段階を示す流れ図である。
【図３】本発明によるカーボンナノチューブペーストを用いたエミッタの表面処理後のＳＥＭ写真である。
【図４】本発明によるカーボンナノチューブペーストを通じて製造されたエミッタの出力特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は多様な変更を加えることができ、多様な形態を有することできる。ここでは、特定の実施形態を図面に例示し本文に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むこととして理解されるべきである。    
【００１８】
第１、第２などの用語は多用な構成要素を説明するのに使用されることがあるが、前記構成要素は前記用語によって限定解釈されない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみとして使用される。例えば、本発明の権利範囲を外れることなく第１構成要素を第２構成要素ということができ、類似に第２構成要素も第１構成要素ということができる。
【００１９】
本出願において使用した用語は単なる特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に示さない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書に記載された特徴、数字、ステップ、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを意味し、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないこととして理解されるべきである。
【００２０】
特別に定義しない限り、技術的、科学的用語を含んでここで使用される全ての用語は本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同一の意味を有する。
【００２１】
一般的に使用される辞書に定義されている用語と同じ用語は関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的またも過度に形式的な意味に解釈されない。
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の好適な一実施例をより詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施例によるカーボンナノチューブペーストを用いて製造する電界放出エミッタの概略的な断面図である。
【００２４】
図１を参照すると、本発明の一実施例によるカーボンナノチューブペースト１００は電界放出エミッタの制作のためにエミッタ電極２００に塗布される。例えば、カーボンナノチューブペースト１００はスクリンプリンティングまたはティッピング方法を通じてエミッタ電極２００に塗布される。
【００２５】
本発明の一実施例によるカーボンナノチューブペースト１００は絶縁耐火物からなった第１ナノパウター（１００）、金属酸化物からなった第２ナノパウダー（１２０）、前記第１ナノパウダー（１１０）及び第２ナノパウダー（１２０）を分散させるための溶媒、電界放出源として前記溶媒に分散されるカーボンナノチューブ（１３０）、及びエミッタ電極（２００）との接着のために前記溶媒に添加される有機バインダーを含む。前記溶媒と有機バインダーは乾燥または熱処理工程を続いて除去されるので、図面上に図示しない。
【００２６】
前記絶縁耐火物からなった第１ナノパウダー１１０は真空たまは大気中での高温工程で耐える物質として、高温で劣化しないでその強度を十分に保持し、化学的作用などにも耐える材料から形成される。例えば、前記第１ナノパウダー１１０は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）及びシリア輝石（ＬｉＡｌＳｉ２Ｏ６）のうち少なくとも一つを含んでいても良い。
【００２７】
このように、カーボンナノチューブペースト１００内に絶縁対価特性を有する前記第１ナノパウダー１１０を添加することで、高温熱処理工程、例えば、真空または大気中での真空パッケージング工程の際、前記カーボンナノチューブペースト１００の高温安定性を向上させることができる。
【００２８】
前記金属酸化物からなった第２ナノパウダー１２０は高電圧状態で炭化物より伝導性のよい物質から形成される。例えば、前記第２ナノパウダー１２０はニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、イットリウム（Ｙ）及びジルコニウム（Ｚｒ）の酸化物のうちいずれか一つを含んでいても良い。
【００２９】
このように、高電圧の下で炭化物より伝導性の優れた第２ナノパウダー１２０を前記カーボンナノチューブペースト１００内に添加することで、カーボンナノチューブ１３０とエミッタ電極２００と間の接触抵抗の絶対値及び偏差を減少させ、これを通じて電界放出エミッタの電流密度を増加させることができる。
【００３０】
前記第１ナノパウダー１１０及び前記第２ナノパウダー１２０は前記カーボンナノチューブペースト１００内に均一に混合され、これによって、エミッタ形成のためのカーボンナノチューブペースト１００の表面処理の際、より高い平坦度の表面を具現することができる。
【００３１】
前記第１ナノパウダー１１０及び前記第２ナノパウダー１２０の混合比率によって、最終的に製造されたカーボンナノチューブエミッタの電界放出特性が異なってくる。例えば、前記カーボンナノチューブペースト１００をエミッタ電極２００上に形成した後にはローラまたはテープの吸着現象を用いた表面処理工程が進行され、このような表面処理工程を通じて、カーボンナノチューブエミッタの表面での前記第１ナノパウダー１１０及び前記第２ナノパウダー１２０の混合比率がカーボンナノチューブエミッタの内部での前記第１ナノパウダー１１０及び前記第２ナノパウダー１２０の混合比率と異なるようにして、エミッタの表面と内部で互いに異なる配列の規則性を付与するようになる。
【００３２】
前記表面処理工程に用いられる吸着現象を最適化するためには、粒径が似ているものの粒子構造及び密度などが相異して分子間の引力の差異を極大化させることのできる前記第１ナノパウダー１１０及び前記第２ナノパウダー１２０の混合比率を設定する必要がある。これのために、前記第１ナノパウダー１１０と前記第２ナノパウダー１２０はモル分率基準で約１０：１〜２０：１の混合比率で混合されてもよい。また、前記第１ナノパウダー１１０と前記第２ナノパウダー１２０は重量比基準で約５：１〜３０：１の混合比率で混合されてもよい。
【００３３】
一方、前記第１ナノパウダー１１０と前記第２ナノパウダー１２０の混合比率はカーボンナノチューブ１３０の大きさによって異なる混合比率で混合されることが望ましい。例えば、前記の混合比率はカーボンナノチューブ１３０が約５ｎｍの大きさを有する場合に対する望ましい混合比率を示すのである。万一、カーボンナノチューブ１３０の大きさが５ｎｍより大きくなると、前記第１ナノパウダー１１０がさらに添加されなければならなく、反面、カーボンナノチューブ１３０の大きさが５ｎｍより小さくなると、前記第２ナノパウダー１２０がさらに添加されることが望ましい。
【００３４】
前記カーボンナノチューブ１３０は前記第１ナノパウダー１１０及び前記第２ナノパウダー１２０の混合物重量の約５〜１５％の比率で添加され、前記カーボンナノチューブペースト１００に伝導性を付与する一方、優れた電界放出特性を有するようにする。前記カーボンナノチューブペースト１００に添加される前記カーボンナノチューブ１３０の比重があまり小さいと、エミッタに形成されるカーボンナノチューブ１３０の形成密度があまり小さくなってエミッタの電界放出の特性が劣れるようになり、反面、前記カーボンナノチューブ１３０の比重があまり大きくなると、前記カーボンナノチューブ１３０の混合及び分散性が劣れて電界放出の際カーボンナノチューブ１３０に印加される電気的ストレスが増加するようになる。従って、前記カーボンナノチューブ１３０は混合及び分散特性と、エミッタの電界放出特性などを考慮してナノパウダー混合物の重量と比較して約５〜１５％重量で添加されることが望ましい。
【００３５】
前記有機バインダーは前記第１ナノパウダー１１０、前記第２ナノパウダー１２０及び前記カーボンナノチューブ１３０が混合された溶媒に添加されてエミッタ電極２００に接着されるように粘性を付与する役割を遂行する。この際、前記有機バインダーの投入量を調節することによって前記カーボンナノチューブペースト１００の最終粘度を調節することができる。例えば、前記有機バインダーは約１００、０００ｃｐｓ以上の粘度を有することができる。
【００３６】
以下、本発明の一実施例によるカーボンナノチューブペーストの製造方法を説明する。
【００３７】
図２は本発明の一実施例によるカーボンナノチューブペーストの製造段階を示す流れ図である。
【００３８】
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施例によるカーボンナノチューブペーストの製造方法は、溶媒に絶縁耐火物からなった第１ナノパウダー１１０及び金属酸化物からなった第２ナノパウダー１２０を分散する段階（Ｓ１０）、前記溶媒にカーボンナノチューブ１３０を分散する段階（Ｓ２０）、及び前記溶媒に粘性を付与する有機バインダーを添加する段階（Ｓ３０）を含む。
【００３９】
前記カーボンナノチューブペーストを製造するために、まず、絶縁耐火物からなった第１ナノパウダー１１０及び金属酸化物からんった第２ナノパウダー１２０を溶媒に分散する（Ｓ１０）。
【００４０】
前記第１ナノパウダー１１０は前記カーボンナノチューブペースト１００の高温安定性を向上させるためのもので、例えば、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）及びシリア輝石（ＬｉＡｌＳｉ２Ｏ６）のうち少なくとも一つを含んでいても良い。また、前記第２ナノパウダー１２０はカーボンナノチューブ１３０とエミッタ電極２００と間の接触抵抗の絶対値及び偏差を減少させてエミッタの電流密度を増加させるためのもので、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、イットリウム（Ｙ）及びジルコニウム（Ｚｒ）の酸化物のうちいずれか一つを含んでいても良い。
【００４１】
前記第１ナノパウダー１１０と前記第２ナノパウダー１２０はエミッタの製造のために表面処理の工程の際、吸着現象を最適化するためにモル分率基準で約１０：１〜２０：１の混合比率で混合されるか、または重量比基準で約５：１〜３０：１の混合比率で混合されてもよい。
【００４２】
次に、前記第１ナノパウダー１１０及び第２ナノパウダー１２０が分散されている溶媒に前記カーボンナノチューブ１３０を分散させる（Ｓ２０）。
【００４３】
前記カーボンナノチューブ１３０は前記カーボンナノチューブペースト１００の電子放出源として作用するもので、例えば、前記第１ナノパウダー１１０及び第２ナノパウダー１２０の混合物重量の約５〜１５％が添加される。
【００４４】
従って、前記カーボンナノチューブペースト１００に投入される前記第１ナノパウダー１１０の重量を１とする時、前記第２ナノパウダー１２０は約０．０３〜０．２、また、前記カーボンナノチューブ１３０は約０．０５〜０．１５程度の比率で投入されてもよい。
【００４５】
次に、前記溶媒に粘性を有するようにする有機バインダーを添加して前記カーボンナノチューブペースト１００を製造する（Ｓ３０）。
【００４６】
一方、前記のような方法を通じて製造されたカーボンナノチューブペースト１００をエミッタ電極２００に塗布した後、乾燥工程、熱処理工程、表面処理工程などを経てカーボンナノチューブエミッタを製造することができる。
【００４７】
図３は本発明によるカーボンナノチューブペーストを用いたエミッタの表面処理後のＳＥＭ写真であり、図４は本発明によるカーボンナノチューブペーストを通じて製造されたエミッタの出力特性を示すグラフである。
【００４８】
図３を参照すると、カーボンナノチューブペーストの表面処理工程を通じて、カーボンナノチューブペーストの平坦度が向上され、カーボンナノチューブがエミッタ電極に対して水力方向に立てられてチップ（ｔｉｐ）形態に配列されることを確認することができる。即ち、ローラまたはテープの吸着現象を用いてカーボンナノチューブペーストの表面処理を遂行する場合、接着力の弱い部分と不必要なペースト残存物が除去されながら、カーボンナノチューブペーストの平坦度が高くなりカーボンナノチューブがチップ形態に配列されることを確認することができる。
【００４９】
図４を参照すると、本発明によるカーボンナノチューブペーストを用いて電界放出エミッタを製造する場合、カーボンナノチューブペーストの表面処理の後、電流密度が向上されることを確認することができる。
【００５０】
以上のように、カーボンナノチューブペースト１００を製造することにおいて、絶縁耐火物からなった第１ナノパウダー１１０及び金属酸化物からなった第２ナノパウダー１２０を添加することで、カーボンナノチューブエミッタの形成のための大気または真空の高温工程を経た後にも、カーボンナノチューブエミッタの安定的な高出力特性を保持することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
【符号の説明】
【００５２】
１００：カーボンナノチューブペースト
１１０：第１ナノパウダー
１２０：第２ナノパウダー
１３０：カーボンナノチューブ
２００：エミッタ電極
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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