▲ 전계 유도층 형성 방법 (ELF 법)에 의해 99% 이상 고순도로 분리된 반도체형 금속형 CNT의 분산 (左부터 반도체형 CNT는 파란색을 금속형 CNT는 적색을 띄는 것을 알 수 있다) (출처 : NEDO 홈페이지).

일본이 전자용으로 악영향을 주는 이온성 분산제를 사용하지 않고 CNT를 고순도로 분리하는 기술을 개발했다. 향후 인쇄전자장치 재료로 사용해 대면적·초박형·플레시블·고성능 트렌지스터 등에 응용이 기대된다.

일본 국가연구개발신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)는 일본전기(주)와 산업기술종합연구소, (주)메이조나노카본이 비이온성 분산제를 이용해 99% 이상의 고순도 반도체용 단층 CNT를 분리할 수 있는 제조 기술을 개발했다고 지난 8일 밝혔다.

단층카본나노튜브(단층 CNT)는 직경 약 1nm, 길이 수 μm의 탄소(C)에 의한 원통형 구조로 탄소 정렬의 차이(감는 법)에 의해 반도체형과 금속형 등 다양한 물성을 나타낼 수 있다.

특히 반도체형 CNT는 인쇄 기술을 이용해 전자 회로 등의 전자 제품을 생산하는 고기능성 잉크로 주목 받고 있다.

또한 인쇄전자는 높은 전자 이동도·화학적 안정성을 가지는 반도체형 CNT를 트랜지스터의 채널 재료로 이용해 대면적·초박형·플렉시블 저렴하고 빠른 작업 가능해 고성능 사물인터넷(IoT)에 필수적인 센서 제조에 기여할 것으로 기대된다.

하지만 단층 CNT는 생성할 때 반도체형과 금속형이 혼합돼 반도체형 CNT를 위한 분리 기술이 필수적이다. 기존에 다양한 분리 기술이 제안됐지만, 모두 이온성 계면 활성제 등을 사용해 안전성이 떨어지는 등의 문제가 있었다.

▲ (a) ELF 법에 의한 단층 CNT 분리 장치 (b) 광 흡수 스펙트럼 (출처 : NEDO 홈페이지).

이에 일본 연구진들은 이온성 계면 활성제를 사용하지 않고 단층CNT를 분리하는 기술 ‘전계 유도층 형성 방법 (ELF 법)’을 개발해 99% 이상의 고순도 반도체 형 CNT를 분리하는 데 성공했다.

‘ELF법’은 단층 CNT를 비이온성 계면활성제로 분산시켜 분산액을 분리 장치에 넣고 상하로 배치 된 전극에 전압을 인가해 분리하는 기술이다.

단층 CNT의 반도체형 금속형에서 다른 표면 전위의 차이를 이용해 무담체 전기 영동에 의해 음극·양극에 각각 이동시킨 내부에서 밀도에 따른 분리로 반도체형과 금속형의 단층 CNT의 안정적인 분리를 가능하게 했다.

일본 연구진은 “ELF 법으로 99% 이상의 고순도 반도체형 CNT를 제조 했으며 도포·인쇄 특성이 뛰어난 고성능 안정적으로 동작하는 장치를 제작할 수 있다. 또한 제조 시설은 저렴·간편·대형화가 용이해 대량 생산에 적합하다”고 밝혔다.

단층CNT는 (주)메이조나노카본을 통해 2018년부터 샘플 판매가 시작되며 향후 3년간 100개의 기업·단체에 제공한다는 목표다.

한편, NEDO와 (주)메이지나노 카본, NEC는 2018년 2월 14일부터 16일까지 도쿄 빅사이트에서 개최되는 ‘nano tech 2018(제 17회 국제 나노 테크놀로지 종합전·기술 회의)’에서 본 성과를 소개한다.