(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側にカーボンナノチューブ合成空間を提供する合成炉と
上記合成炉の下部に配置され、複数のノズルを介して不活性気体を噴射して前記合成炉から排出されるカーボンナノチューブを集束する気体供給部とを備え、
前記複数のノズルは、上記合成炉から排出されるカーボンナノチューブを囲むように、上記気体供給部の円弧に沿って配置され、個別に調節可能であり、
上記ノズルは、
上記気体供給部の中心に向かって上側、下側、左側、および右側のいずれかの方向に鋭角を有するように調節可能であり、
上記気体供給部と結合されている平面に対して鋭角を持つように時計回りまたは反時計回りに傾くように配置され、
上記ノズルの直径を調節することで、上記不活性気体の供給速度の調節が可能であるカーボンナノチューブ集合体製造装置。
【請求項２】
上記気体供給部は、前記合成炉の中心から所定の距離だけ離隔され、前記中心と同心円の関係を持つように位置し、管状部材が円形に形成される請求項１に記載のカーボンナノチューブ集合体製造装置。
【請求項３】
上記ノズルは、上記気体供給部に一端が固定され、上記気体供給部の中心に向かって他端が延長されるように形成される請求項１に記載のカーボンナノチューブ集合体製造装置。
【請求項４】
カーボンナノチューブ集合体の製造のための合成原料を供給する原料供給部をさらに含む請求項１に記載のカーボンナノチューブ集合体製造装置。
【請求項５】
上記気体供給部の一側に設けられ、前記不活性気体を注入する気体注入部をさらに含む請求項１に記載のカーボンナノチューブ集合体製造装置。
【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集合体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、合成炉で合成されたカーボンナノチューブ集合体は、湿式または乾式工程を通じて集束され、集束されたカーボンナノチューブ集合体は、繊維形状を持つようになる。湿式工程は、合成されたカーボンナノチューブ集合体が合成炉の下端部に設置された水、エタノールなどの溶媒が入った浴槽を通過しながら集束される方法である。移送ガスとして使用された水素気体による爆発を防止するためには、浴槽を密閉しなければならず、密閉された浴槽に入れられた水素を処理するために、水素捕集装置を設置して使用する。水素捕集装置を使用する場合、作業者は、カーボンナノチューブ繊維の切り捨てなどの問題が発生した時の迅速な対処が難しいという問題がある。
【０００３】
一方、不活性気体を用いた乾式工程の場合には、開放された環境で作業が行われるため、必要な場合はいつでも設備に作業者が接近することが可能で、効率的な生産が可能である。つまり、乾式工程を通じてカーボンナノチューブ集合体を集束する技術は、カーボンナノチューブ集合体の製造工程を簡略化することができ、安全でありながら均齊度が優れたカーボンナノチューブ集合体を生産することができる。加えて、生産工程で、別の水素捕集装置を必要としないので作業しやすさと工程の柔軟性を大幅に向上させることができる。
【０００４】
さらに、合成されたカーボンナノチューブ集合体を集束された状態で、巻取りをすると切断現象が減り、連続工程で非常に有利である。しかし、カーボンナノチューブ集合体を製造する工程に基づいて合成されたカーボンナノチューブ集合体は、非常に弱いため、連続的に巻き取ることが困難である。したがって、このような問題点を解決するための方案が模索される必要がある。
【０００５】
これに関連して、先行技術韓国特許出願第１０−２０１６−００６４１０３号（発明の名称：ガスシール方式を用いた合成装置）は、窒素ガスを使用して外気を遮断する方法で、既存の水素捕集装置を代替した合成装置について開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一部の実施例は、上述した問題点を解決するために創出されたもので、乾式工程でカーボンナノチューブ集合体の製造工程の安全を向上させ、また、品質に優れたカーボンナノチューブ集合体を製造するカーボンナノチューブ集合体製造装置を提供する。
【０００７】
ただし、本実施例が解決しようとする技術的課題は、上記したような技術的課題に限定されず、また他の技術的課題が多く存在することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した技術的課題を達成するための技術的手段として、本発明の一実施例に係るカーボンナノチューブ集合体製造装置は、内側にカーボンナノチューブ合成空間を提供する合成炉と合成炉の下部に配置され、複数のノズルを介して不活性気体を噴射して合成炉から排出されるカーボンナノチューブを集束する気体供給部とを含み、複数のノズルは、合成炉から排出されるカーボンナノチューブを囲むように気体供給部の円弧に沿って配置され、個別に調節可能である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、不活性気体を使用して、渦流を形成し、これを利用してカーボンナノチューブ集合体にねじれを付与して集束することにより、集束されたカーボンナノチューブ集合体の強力と均齊度を向上させることができる。
【００１０】
さらに、不活性気体は、外気を遮断するだけではなく、合成に使用された水素を希釈することで安全性が大幅に向上し、開放された環境での生産が可能なので、合成設備に作業者が直接接近して、切り捨てのような問題状況に迅速に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例に係るカーボンナノチューブ集合体製造装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施例に係る気体供給部の断面図である。
【図３】本発明の一実施例に係るカーボンナノチューブ集合体の集束と従来の乾式集束装置を比較して説明するための図である。
【図４】本発明の一実施例に基づいて製造されたカーボンナノチューブ集合体の不活性気体投入量に応じて変化する直径を示した図である。
【図５】本発明の一実施例に係るノズル方向の設定に応じた不活性気体の進行方向を説明するための図である。
【図６】図５の直線型の不活性気体の進行方向と螺旋型の不活性気体の進行方向に沿って製造されたカーボンナノチューブ集合体を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、添付した図面を参照して、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の実施例を詳細に説明する。しかし、本発明は、複数の異なる形態で具現されることがあり、ここで説明する実施例に限定されない。そして図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通じて類似した部分については同様の符号を付した。
【００１３】
明細書全体で、どの部分が他の部分と「接続」されているとき、これは「直接的に接続」されている場合だけではなく、その中間に他の素子を間に置いて、「電気的に接続」されている場合、も含んでいる。また、どの部分がどのような構成要素を「含む」とするとき、これは特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味し、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分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ものと理解されるべきである。
【００１４】
図１は、本発明の一実施例に係るカーボンナノチューブ集合体製造装置の構成図であり、図２は、本発明の一実施例に係る気体供給部の断面図であり、図３は、本発明の一実施例に係るカーボンナノチューブ集合体の集束と従来の乾式集束装置を比較して説明するための図であり、図４は、本発明の一実施例に基づいて製造されたカーボンナノチューブ集合体の不活性気体投入量に応じて変化する直径を示した図であり、図５は、本発明の一実施例に係るノズル方向の設定に応じた不活性気体の進行方向を説明するための図であり、図６は、図５の直線型の不活性気体の進行方向と螺旋型の不活性気体の進行方向に沿って製造されたカーボンナノチューブ集合体を示した図である。
【００１５】
図１を参照すると、本発明のカーボンナノチューブ集合体製造装置は、内側にカーボンナノチューブの合成空間を提供する合成炉１０と合成炉１０の下部に配置され、複数のノズル１００を介して不活性気体を噴射し、合成炉１０から排出されるカーボンナノチューブを集束する気体供給部２０を含んでいる。
【００１６】
合成炉１０は、内部にカーボンナノチューブ繊維の合成が行われる空間を提供する。例えば、合成炉１０は、円柱の形状を持つことができるが、その形や大きさは、ユーザーの必要に応じて多様に設定することができる。
【００１７】
複数のノズル１００は、合成炉１０から排出されるカーボンナノチューブを囲むように気体供給部２０の円弧に沿って配置され、個別に調節可能である。このとき、複数のノズル１００を介して噴射される不活性気体には、渦流が形成されることができる。つまり、このような渦流が形成された不活性気体によってねじれが付与されたカーボンナノチューブ集合体が製造されることができる。これにより、本発明のカーボンナノチューブ集合体製造装置により製造されたカーボンナノチューブ集合体は、強力と均齊度が向上することができる。加えて、不活性気体は、外気を遮断するだけでなく、合成に使用された水素を希釈することで安全性が大幅に向上することができる。
【００１８】
具体的には、図１および２を参照すると、気体供給部２０は、合成炉１０の中心から所定の距離だけ離隔され、中心と同心円の関係を持つように位置し、管状部材を円形に形成したことになり得る。また、気体供給部２０は、一側に設置されて不活性気体を注入する気体注入部２１を含むことができる。一例として、不活性気体は窒素であることができるが、これに限定されるものではない。
【００１９】
ノズル１００は、気体供給部２０に一端が固定され、機体供給部の中心に向かって他端が延長されるように形成されることができる。ノズル１００は、不活性気体の供給速度を調節することができる。一例として、カーボンナノチューブ集合体の直径が減少するように不活性気体の供給速度を増加する場合には、カーボンナノチューブ集合体の間の接触面積が増加し、これにより、カーボンナノチューブとの間の荷重伝達効果が良くなり、カーボンナノチューブ集合体の電気的な接触抵抗は減少させ、機械的な物性は増加させることができる。
【００２０】
ノズル１００は、気体供給部２０の中心に向かって上側、下側、左側、右側のいずれかの方向に鋭角を有するように調節可能である。一例として、図１に示すように、ノズル１００の他端は、０°〜９０°の角度を有するように上側と下側に調節され、０°〜９０°の角度を有するように、左側と右側に調節することができる。
【００２１】
また、ノズル１００は、気体供給部２０と結合されている平面に対して鋭角を持つように時計回りまたは反時計回りに傾くように配置されることができる。例示的に、図２に示すように、複数のノズル１００が反時計方向に均一に所定の角度だけ気体供給部２０の壁と鋭角を持つように斜めに配置される場合には、各ノズル１００を介して噴射される不活性気体は、渦流を形成することになる。これにより、合成炉１０から排出されるカーボンナノチューブは、不活性気体の渦流によってねじれが付与されたカーボンナノチューブ集合体で集束されることができる。
【００２２】
本発明のカーボンナノチューブ集合体製造装置は、カーボンナノチューブ集合体の製造のための合成原料を供給する原料供給部１１をさらに含むことができる。原料供給部１１は、合成炉１０によって表面が囲まれた形で形成されて、合成原料が供給され、合成炉１０は、原料供給部１１内の合成原料を分解および再組み立てしてカーボンナノチューブを合成する。このとき、合成原料はアセトン（Ａｃｅｔｏｎｅ）、フェロセン（Ｆｅｒｒｏｃｅｎｅ）、チオフェン（Ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）などで構成され、これは一実施例に対応するものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
以下、本発明の理解を助けるために実施例を挙げ詳細に説明する。ただし、下記の実施例は、本発明の内容を例示するものに過ぎず、本発明の範囲が下記の実施例に限定されるものではない。本発明の実施例は、当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されているものである。
【００２４】
図３の（ａ）は、不活性気体を単に乾式集束装置の狭く、長い穴（ｓｌｉｔ）Ａを介して投入したことを示したものであり、図３の（ｂ）は、ノズルが設置された本発明のカーボンナノチューブ集合体製造装置に不活性気体を投入したことを示したものである。合成溶液は、アセトン（Ａｃｅｔｏｎｅ）９８  ｗｔ％、フェロセン（Ｆｅｒｒｏｃｅｎｅ）０．４  ｗｔ％、チオフェン（Ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）１．６  ｗｔ％の組成で使用しており、移送ガスＨ２は、１０００  ｓｃｃｍの速度で注入し、合成温度は、１２００℃に設定した。
【００２５】
図３の（ａ）は、下部に穴Ａは、狭く、長い形（ｓｌｉｔ）に備えた従来の乾式集束装置であり、このような構成によると、気体が下方にのみ噴射されてカーボンナノチューブが集束されないことを確認することができている。また、図３の（ｂ）は、本発明の一実施例に係るカーボンナノチューブ集合体製造装置であり、ノズルを介して噴射された不活性気体によってカーボンナノチューブ集合体にねじれが付与され、集束されることを確認することができる。
【００２６】
つまり、乾式集束装置に単純に穴だけあいた場合、外気の流入による水素ガスの爆発現象は防ぐことができるが、カーボンナノチューブ集合体を集束させることができない。また、穴Ａを介して投入された不活性気体が垂直方向に広がりながら外気の流入を遮断することができるが、カーボンナノチューブのバンドルを集束させられる力がカーボンナノチューブ集合体に加えられない。一方、ノズルが設置された乾式集束装置の場合、ノズルを通過しながら同じ量の不活性気体が供給されても、より速い速度で不活性気体が投入され、カーボンナノチューブ集合体は、渦流によってトルクが加えられてねじれが加わることになる。
【００２７】
図４は、不活性気体の供給量を異にしながらカーボンナノチューブ集合体にねじれを付与し、これの直径を測定したことを示したものである。カーボンナノチューブ繊維の巻取り速度は１０  ｍ／ｍｉｎで同じように維持して、気体の供給速度は、１５００  ｓｃｃｍから４０００  ｓｃｃｍまで増やした。気体の投入量が増加すると、カーボンナノチューブ集合体の直径が減少する傾向を見せたが、これは不活性気体の投入量が増加しながらカーボンナノチューブ集合体に加わるトルクがより大きくなるからである。したがって、カーボンナノチューブ集合体の直径がより減少すると、カーボンナノチューブとの間の接触がより良くなる。つまり、集束力が増加すると、カーボンナノチューブとの間の接触面積が増加し、これはカーボンナノチューブとの間の荷重伝達効果が良くなり、電気的な接触抵抗は低くなって機械的物性は良くなる。
【００２８】
図５の（ａ）は、不活性気体のノズルの方向を合成炉の下端部の中央部の方向に設定した場合を示したものであり、図５の（ｂ）は、不活性気体のノズル方向を螺旋型に設定した場合を示したものである。これにより、カーボンナノチューブ集合体の特性を比較することができる。つまり、不活性気体の供給方向に沿って合成炉の下端部での不活性気体気流の進行方向が変わり、これに伴うカーボンナノチューブ集合体の特性が異なった。図５の（ａ）に示すように、ノズルをノズルが結合される気体供給部２０の平面に対して垂直な方向、すなわち、気体供給部２０の中心方向に配置して不活性気体を供給したときのカーボンナノチューブ集合体が一部の集束はされたがねじれは付与されなかった。一方、図５の（ｂ）に示すように、ノズルをノズルが結合される気体供給部２０の平面に対して鋭角を有するように配置すると、すなわち、ノズルが気体供給部２０の中心に対して時計回りまたは反時計回りに所定の角度だけ傾くように配置すれば、不活性気体を供給したときに不活性気体の気流が螺旋型に形成されてカーボンナノチューブ集合体にねじれが付与されて集束された。
【００２９】
図６の（ａ）は、図５の（ａ）に示された直線形の不活性気体気流によって集束されたカーボンナノチューブ集合体を示したものであり、カーボンナノチューブ集合体の均齊度が不均衡なことを示す。一方、図６の（ｂ）は、図５の（ｂ）に示された螺旋型の不活性気体気流によって集束されたカーボンナノチューブ集合体を示したものであり、カーボンナノチューブ集合体にねじれが加わってカーボンナノチューブ集合体の均齊度が安定したことを示す。
【００３０】
前述した本発明の説明は、例示のためのものであり、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更せず、他の具体的な形で容易に変形が可能であることを理解できるだろう。したがって、以上で記述した実施例は、すべての面で例示的なものであり限定的ではないと理解しなければならない。例えば、単一型で説明されている各構成要素は、分散されて実施されることがあり、同様に分散されたものと説明されている構成要素も結合された形態で実施することができる。
【００３１】
本発明の範囲は、上記の詳細な説明よりは、後述する特許請求範囲によって示され、特許請求範囲の意味と範囲及びその均等概念から導き出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００３２】
１０：合成炉
２０：気体供給部
１１：原料供給部
２１：気体注入部
１００：ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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