For the application of field emission display (FED), it is essential to develop a carbon nanotube (CNT) cathode with high emission current density. In this study, we developed and demonstrated a post-heat treatment (PHT) process to improve field emission properties of CNT cathodes. Since the PHT is intended to burn out organic materials covering the CNTs, the PHT was carried out by heating samples at a high temperature in an atmosphere. The PHT process is applied for samples processed by surface treatment with an adhesive tape. Compared to samples prior to the PHT, samples after the PHT at $360^{\circ}C$ showed about 17% improvement in emission current density. The major reason for the increased current density is mainly the increased aspect ratio of the CNTs because of the removal of the adhesive organic residues covering the CNTs, which were attached on the CNT surfaces during the surface treatment using the adhesive taping method.
본 연구에서는 기능성 나노복합재를 제작하는 방법이 제시되었다. 미소 입자들을 포함하고 있는 점성을 가진 유체에 전기장을 가하여 유체속에 포함된 입자들을 전기장의 방향에 따라 규칙적으로 배열을 하였다. FAiMTa 기술이라고 불리는 이 방법은 마이크로 혹은 나노 사이즈의 입자들을 체인의 형태로 배열하여 직교이방성 폴리머 나노복합재의 제작을 가능하게 하였다. 알루미나($Al_2O_3$), 탄소나노튜브(CNT), 탄소(Graphite), 텅스텐(W) 등의 마이크로 혹은 나노 사이즈 입자 분말을 사용하여 FAiMTa기술의 유효성을 확인하는 시험을 수행하였다. 이러한 입자들을 전기장을 사용하여 일정한 방향으로 배열하여 직교이방성 폴리머 복합재를 만들었고, 시험시편의 물리적 특성 즉 기계적 열적 특성을 측정하여 방향성을 확인하였다. 이렇게 제작된 첨단 나노복합재는 각종 산업분야에서 큰 효과가 기대된다.
본 연구에서는 폴리유산 나노복합재의 열탄성 거동을 예측하기 위해 분자동역학 전산모사를 수행하고 그 결과를 열탄성 미시역학 모델 예측해와 비교하였다. 폴리유산의 두 이성질체인 D유산(Poly D-lactide)와 L유산(Poly L-lactide)을 혼합한 스테레오 콤플렉스를 모델링하였고 이들을 기지로 사용한 탄소나노튜브 나노복합재를 구성하였다. 유산의 분해 유무에 따른 유리전이온도와 탄성계수 그리고 열팽창계수를 앙상블 전산모사를 통해 예측하였다. 미시역학 모델에서는 계면의 완전 결합을 가정한 이중입자 모델을 적용하여 탄성계수와 열팽창계수를 동일한 조성에서 예측하였다. 그 결과 열적 안정성에 있어 스테레오 콤플렉스에 탄소나노튜브가 첨가될 경우 유산의 뛰어난 계면 흡착과 이에 따른 열적 안정성 향상을 보였다. 순수한 유산과 나노복합재 모두 가수 분해에 따른 열적 특성 변화는 관찰되지 않았다. 또한, 스테레오 콤플렉스와 나노튜브 간 계면은 약한 불완전 결합상태 임을 알 수 있었다.
Pd nanoparticles (NPs) were successfully functionalizedon the surfaces of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) by dendrimer-mediated synthesis. The hydrogen sensing properties of the Pd NPs functionalized SWNTs were investigated. Pd NPs-dendrimer-SWNTs sensors show much better speedsand superior recovery rates but lower sensitivity compared to Pd NPs-functionalized SWNTs directly fabricated due to the existence of dendrimers. Pyrolysis of the dendrimers by heat treatment resulted in a fast response time and high sensitivity owing to the reduced length of the dendrimers. These results demonstrate that the heat treatment of dendrimers in Pd NPs-dendrimer-SWNTs sensors can enable significant electrical conductance modulation upon exposure to extremely low concentrations (10 ppm) of hydrogen gas ($H_2$) in air.
Double-walled carbon nanotubes (DWCNTs) with high purity were produced by the catalytic decomposition of tetrahydrofuran (THF) using a Fe-Mo/MgO catalyst at $800^{\circ}C$. The as-synthesized DWCNTs typically have catalytic impurities and amorphous carbon, which were removed by a two-step purification process consisting of acid treatment and oxidation. In the acid treatment, metallic catalysts were removed in HCl at room temperature for 5 hr with magnetic stirring. Subsequently, the oxidation, using air at $380^{\circ}C$ for 5 hr in the a vertical-type furnace, was used to remove the amorphous carbon particles. The DWCNT suspension was prepared by dispersing the purified DWCNTs in the aqueous sodium dodecyl sulfate solution with horn-type sonication. This was then air-sprayed on ITO glass to fabricate DWCNT field emitters. The field emission properties of DWCNT films related to transmittance were studied. This study provides the possibility of the application of large-area transparent CNT field emission cathodes.
This paper shows that carbon nanotubes can be applied to a nanopipette. Nano space in atomic force microscope multi-wall carbon nanotube tips is filled with molecules and atoms with charges and then, the tips can be applied to nanopipette when the encapsulated media flow off under applying electrostatic forces. Since the nano space inside the tips can be refilled, the tips can be permanently used in ideal conditions of no chemical reaction and no mechanical deformation. Molecular dynamics simulations for nanopipette applications demonstrated the possibility of nano-lithography or single-metallofullerene-transistor array fabrication.
Carbon-nanotube field-effect transistors (CNFETs) have drawn wide attention as one of the potential substitutes for metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) in the sub-10-nm era. Output characteristics of coaxially gated CNFETs were simulated using FETToy simulator to reveal the dependence of drain current on the nanotube diameter and gate oxide thickness. Nanotube diameter and gate oxide thickness employed in the simulation were 1.5, 3, and 6 nm. Simulation results show that drain current becomes large as the diameter of nanotube increases or insulator thickness decreases, and nanotube diameter affects the drain current more than the insulator thickness. An equation relating drain saturation current with nanotube diameter and insulator thickness is also proposed.
근래 탄소 단원자 두께의 2차원 결정재료인 그래핀은 연구자들에게 연구대상물질로 가장 각광 받고 있지만 그 합성법 및 이에 따른 분석법은 매우 제한되어 있다. 특히 분석의 핵심인 결정구조 및 원자구조 등을 탐구하기 위해서는 투과전자현미경(TEM)의 이용이 필수적이다. 최근 수차보정 기법을 이용한 투과전자현미경의 비약적인 발전으로 인해 탄소와 같이 가벼운 원소의 단원자까지 이미징해 낼 수 있는 수준에 이르고 있지만 정확한 그래핀 분석을 위해서는 전자현미경의 기본적인 이해와 분석사례 중심으로 깊이 있게 분석법을 살펴보는 것이 유용하다. 본 Tutorial에서는 전자현미경의 기본적인 이론과 최첨단 투과전자현미경의 소개, 그리고 이 투과전자현미경을 이용한 그래핀의 분석 방법과 그 사례들, 제한점등에 대해 알아본다. 그래핀의 층수분석을 위한 전자회절법, 그래핀의 결정입계 분석을 위한 전자회절, 암영상법 및 원자분해능 이미징, STEM영상 기법, 그래핀을 나노재료 분석에 지지막으로 이용하는 방법, bilayer 그래핀 등에 대해 살펴본다. 그리고 저전압에서 작동하는 저손상 단원자 분해능의 성능과 미래의 응용 가능성, 발전방향등을 전망해 본다.
A carbon-based hybrid resistor was fabricated using carbon nanotube (CNT) paste as an adhesive layer to establish electrically continuous ohmic contacts between CNT sheets and different CNT sheet or copper based metal alloy plates, and its electrical properties were evaluated. CNT sheets were fabricated using vacuum filtration with a CNT solution dispersed in isopropyl alcohol (IPA) solvent. The electrical characteristics of these carbon-based hybrid resistors were investigated. The CNT paste fulfilled the requirements for forming ohmic contacts between CNT sheets and metal alloy plates, which was attributed to the lowest work function difference and excellent wettability at the interface.
High-quality single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) were synthesized by catalytic decomposition of $C_2H_2$ using Fe-Mo/MgO catalyst at $800^{\circ}C$. The as-synthesized SWCNTs typically occurred in the form of a bundle with a diameter of 10~20 nm together with amorphous carbon and catalytic impurities, which were removed by a two-step purification process consisting of oxidation and an acid treatment. The oxidation step, using an $O_2$-Ar mixture at $380^{\circ}C$ for 5 hr in a vertical-type furnace and a $HNO_3$ treatment at $100^{\circ}C$ for one hour, was utilized to remove the amorphous carbon particles. Subsequently, metallic catalysts were removed in HCl at room temperature for 5 hr under magnetic stirring. The SWCNT suspension was prepared by dispersing the purified SWCNTs in an aqueous sodium dodecyl benzene sulfonate solution with horn-type sonication. This was then air-sprayed on glass to fabricate CNT field emitters. The samples had a turn-on field value of 4 V/${\mu}m$ and a current density of 0.67 mA/$cm^2$ at 9 V/${\mu}m$. Increasing the HCl treatment time improved the field emission properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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