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만식 호
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1 8 장의윤 강태준 임형욱韓國複合材料學會誌 김대원 김용협韓國複合材料學會誌論文 담지방법을통해유리기판위에형성된탄소나노튜브네트워크의전기적및광학적특성 장의윤 *, 강태준 *, 임형욱 *, 김대원 *, 김용협 *+ Electrical and Optical Properties of Carbon Nanotube Networks Formed on Glass Substrate by Dip-Coating Method Eui Yun Jang *, Tae June Kang *, Hyung Wook Im *, Dae Weon Kim *, and Yong Hyup Kim *+ ABSTRACT Single-walled carbon nanotube networks(swnt-networks) were uniformly formed on a glass substrate by the dip-coating method. The changes of electrical and optical properties of SWNT-networks were investigated with respect to processing variables including number of dip, concentration of SWNT-colloidal solution, withdrawal velocity. Consequently, the sheet resistance and transmittance of the SWNTs-networks were sensitively controlled by the processing variables. The networks have highly uniform sheet resistance and optically excellent transmittance within the range of visible ray. 초록 담지방법을통해유리기판위에단일벽탄소나노튜브네트워크를형성하였고, 코팅공정변수 ( 담지횟수, 콜로이드용액의농도, 기판의인출속도 ) 에따른탄소나노튜브네트워크의전기적및광학적특성변화를관찰하였다. 그결과네트워크의면저항및투과도는코팅공정변수들에의해민감하게조절됨을확인할수있었다. 탄소나노튜브네트워크는매우균일한면저항을보이는동시에, 가시광선영역에서우수한투과도특성을보였다. Key Words : 단일벽탄소나노튜브 (Single-walled Carbon Nanotube), 담지 (Dip-Coating), 네트워크 (Network), 투명전극 (Transparent Conductive Electrode) 1. 서론 탄소나노튜브 (carbon nanotubes) 는매우우수한기계적, 열적, 전기적특성을갖고있는나노소재이다 [1-5]. 특히, 탄도전자-수송 (ballistic electron-transport) 현상 [6] 은탄소나노튜브가전자의이동통로로써매우이상적인재료임을보여준다. 최근에는탄소나노튜브를투명전극 (transparent conductive electrode) 에적용하는연구가진행되고있다. 1차원미세구조의탄소나노튜브를이용하여넓은절연기판에전기적통로를형성하기위해서는네트워크 (networks) 형태를이루며고르게분포하는것이중요하다 [7-11]. 탄소나노튜브네트워크형성은스핀 (spin) 코팅 [12,13], 분사 (spray) 코팅 [14], 랑뮈르-브로젯 (Langmuir-Blodgett) 코팅 [15] 등과같은방법으로가능하다. 그러나스핀코팅은대면적적용이어려우며용액의손실이크다는단점이있고, 분사코팅은공정이간단하지만, 균일한네트워크를얻기가어려우며, 랑뮈르-브로 * 서울대학교기계항공공학부 *+ 서울대학교기계항공공학부항공우주신기술연구소, 교신저자 ( yongkim@snu.ac.kr)

第 21 券第 1 號 2008. 2 담지방법을통해유리기판위에형성된탄소나노튜브네트워크의전기적및광학적특성 9 젯코팅은진동과같은주위환경에매우민감하고, 두께조절이어려운단점이있다. 한편, 담지방법 (dip-coating) 은앞에서언급한여러방법의문제점을해결할수있다.

2 第 21 券第 1 號 담지방법을통해유리기판위에형성된탄소나노튜브네트워크의전기적및광학적특성 9 젯코팅은진동과같은주위환경에매우민감하고, 두께조절이어려운단점이있다. 한편, 담지방법 (dip-coating) 은앞에서언급한여러방법의문제점을해결할수있다. 탄소나노튜브가고르게분산된용액과젖음성 (wettability) 이좋은기판을준비하고, 기판을용액에담지후일정한속도로인출하면고르게분포된탄소나노튜브네트워크를형성할수있다. 담지방법은이처럼매우간단하면서도일단공정조건이확립되면재현성있는결과를얻을수있고, 대량생산이가능하다는장점이있다. 본연구에서는담지방법을통해유리기판위에매우균일한단일벽탄소나노튜브 (single-walled carbon nanotube) 네트워크를형성하였고, 코팅공정변수 ( 담지횟수, 콜로이드용액의농도, 기판의인출속도 ) 에따른단일벽탄소나노튜브네트워크의특성을조사하였다. 특히, 흥미로운점은반복코팅과정에서앞서형성된탄소나노튜브네트워크가다음코팅되는탄소나노튜브에영향을주는것을확인할수있었다. 공정변수를통해단일벽탄소나노튜브네트워크의두께및밀도조절이가능하고, 이에따른광학적특성및전기적특성의제어가가능함을보여주며, 코팅된단일벽탄소나노튜브네트워크는가시광선영역에서균일하면서도우수한투과도특성을보여차세대투명전극으로의적용이기대된다. 2. 실험 정제를위해단일벽탄소나노튜브 (product number: ASP-100F, Iljin Nanotech) 를질산용액에서 30분동안초음파처리 (sonication) 를하였다 [16,17]. 습식산화후탄소나노튜브는초순수 (deionized water) 를이용하여중화시키고, 진공여과 (vacuum filtration) 하였다. 탄소나노튜브콜로이드용액을만들기위해용매로 1,2-다이클로로벤젠 (1,2-dichlorobenzene) 을사용하였다 [18, 19]. 분산및절단을위해준비된단일벽탄소나노튜브를용매에넣고 10시간동안초음파처리를하였다. 기판은상용화제품인소다라임 (soda lime) 유리를사용하였다. 피라나클리닝 (piranha cleaning) 공정을통해유리기판표면의불순물을제거하는동시에표면을극성 (polarity) 으로개질하였다. 담지공정은인출속도조절이가능하도록제작된딥-코터 (dip-coater) 를이용하여수행하였다. 딥-코터에는 Fig. 1에서처럼용기를올려놓을수있는발판 (stage) 과기판의설치및이송을할수있는거치대 (hanger) 가있다. 거치대의위치를조절하는조종기 (manipulator) 와발판의상 하이동및속도 Fig. 1 Dip-coater. 조절역할을하는구동기 (motor) 가장착되어있다. 비커에담긴단일벽탄소나노튜브콜로이드용액을정지된발판위에올려놓고, 조종기를이용하여거치대에부착된기판을원하는위치까지용액속으로담지후, 딥-코터를동작시키면발판이일정한속도로하강하면서, 기판표면에탄소나노튜브네트워크가형성된다. 본실험은 0.3, 3.0, 6.0 mm/min의인출속도에서진행되었으며, 담지-인출-건조를 1회로하여담지횟수를변화시켰다. 이때의건조는항온및항습이유지되는대기중에서진행되었다. 단일벽탄소나노튜브네트워크의면저항은 4점탐침 (4-point probe, model: CMT-SR2000N, AIT) 을이용하여측정하였다. 결과에표시된면저항은탄소나노튜브가코팅된부분의여러위치에서측정된면저항들에대한평균값이고, 표준편차를통해네트워크의균일도를평가하였다. 투과도는자외선-가시광선분광광도계 (ultraviolet-visible spectrophotometer, model: Lambda-20, Perkin Elmer) 를이용하여 nm 파장영역에서측정하였다. 탄소나노튜브밀도분석은주사전자현미경 (SEM, model: S-4800, Hitachi) 을이용하였고, 네트워크의두께및표면형상은원자력현미경 (AFM, XE-150, PSIA) 을통해측정하였다. 기판의극성변화를관찰하기위해접촉각분석기 (model: Phoenix 150, SEO) 를이용하였다. 3. 결과및고찰 인출속도에따른탄소나노튜브네트워크의면저항변화를조사하였다. Fig. 2는탄소나노튜브콜로이드용액의농도에대한

10 장의윤 강태준 임형욱 김대원 김용협韓國複合材料學會誌 Fig. 3 SEM micrographs of single-walled carbon nanotube networks corresponding to withdrawal velocity of (a) 0.3, (b) 3.0, and (c) 6.0 mm/min in 0.0125 mg/ml, (d) 0.

3 10 장의윤 강태준 임형욱 김대원 김용협韓國複合材料學會誌 Fig. 3 SEM micrographs of single-walled carbon nanotube networks corresponding to withdrawal velocity of (a) 0.3, (b) 3.0, and (c) 6.0 mm/min in mg/ml, (d) 0.3, (e) 3.0, and (f) 6.0 mm/min in 0.2 mg/ml (number of dip: 1). Fig. 2 Change of sheet resistance according to withdrawal velocity (number of dip: 1). 인출속도와면저항의관계를보여준다. 모든시편은 1회담지하여준비하였다. 용액의농도를0.0125, 0.05, 0.2, 0.8 mg/ml 농도로변화시키면서인출속도에따른면저항을측정하였다. Fig. 2에서보는바와같이인출속도를증가시킬수록면저항이증가함을알수있고, 그러한경향은용액의농도가낮을수록뚜렷하게관찰되었다. 탄소나노튜브네트워크의면저항은코팅된탄소나노튜브의밀도와나노튜브간의접촉저항 (electrical contact resistance)[10] 에의해결정된다. 탄소나노튜브의밀도는단위면적당튜브의개수로정의할수있고, 접촉저항은일정하다고가정한다. 탄소나노튜브의밀도가증가하면전하운송자의통로 (electrical path) 가직렬또는병렬로더많이생성되어면저항을감소시킨다. Fig. 3의 a, b, c는용액의농도가낮은경우 ( mg/ml), 다양한인출속도로형성된탄소나노튜브네트워크의 SEM 사진이다. Fig. 3 a, b, c에서보는바와같이인출속도가증가함에따라탄소나노튜브의밀도가약간감소함을확인할수있고, 이결과는Fig. 2에서확인한바와같이면저항의증가로나타난다. 인출속도에따른탄소나노튜브의밀도변화가크지않음에도불구하고, 용액의농도가낮은경우탄소나노튜브네트워크의밀도자체가낮으므로약간의밀도변화도면저항에는크게반영된다. 이처럼인출속도에따라코팅되는탄소나노튜브밀도의변화는Fig. 7 a에서모세관힘 (capillary force) 에의해기판으로향하는탄소나노튜브와인출방향으로움직이는기판과의상대속도변화로설명될수있다. 담지횟수가1회이므로용액과기판사이의계면특성변화가없고, 따라서메니스커스 (meniscus) 형상은일정하게유지된다. 모세관힘에의해기판으로향하는탄소나노튜브의유입량 (influx) 변화가없는상태에서기판의인출속도가증가하면코팅되는탄소나노튜브밀도가상대적으로감소하는것으로생각된다. Fig. 4 Change of sheet resistance according to number of dip (withdrawal velocity: 6 mm/min). 한편, 용액의농도가증가할경우, Fig. 3 d, e, f에서보는바와같이탄소나노튜브들은번들 (bundle) 형태를이루며네트워크를형성한다. 번들은수많은탄소나노튜브들이반데르발스의힘 (van der Waals forces) 을통해응집되어있다. 탄소나노튜브네트워크의밀도자체가높으므로인출속도에따른탄소나노튜브밀도변화의영향이감소하여면저항도크게변화하지않는다. 따라서 Fig. 2에서보는바와같이용액의밀도가높을경우 (0.2, 0.8 mg/ml), 인출속도에따른면저항의변화는거의무시할정도가된다. Fig. 4은탄소나노튜브콜로이드용액의농도에대한면저항과담지횟수와의관계를보여준다. 모든용액에서담지횟수가증가함에따라면저항이지수적으로감소하다가일정한값으로수렴되는것을확인할수있다. 면저항의지수적감소현상은탄소나노튜브밀도증가로인한네트워크가고르게분포되기때문이라고생각된다.

第 21 券第 1 號 2008. 2 담지방법을통해유리기판위에형성된탄소나노튜브네트워크의전기적및광학적특성 11 (a) Fig.

5 (a) AFM micrograph of SWNT-networks (number of dip: 1, concentration of solution: 0.05 mg/ml, withdrawal velocity: 6.0 mm/min) (b) Relationship between number of dip and thickness.

05 mg/ml 용액을이용하여 1회코팅한단일벽탄소나노튜브네트워크를보여준다. 탄소나노튜브들은교차접합을형성하여서로고르게연결되어있음을확인할수있다. AFM을통해이시편과더불어같은농도의3, 10, 15 회시편들에대한두께를측정하였다. Fig. 5 b는담지횟수에따른두께변화를나타낸다. Fig. 5 b에서보는바와같이담지횟수에따라두께는선형적관계를보이지않는다.

담지횟수가증감함에따라탄소나노튜브의밀도는증가하지만, 그변화의폭은점점감소함을알수있다. Fig. 6 a와 b에서는탄소나노튜브의밀도변화를확연히볼수있지만, Fig. 6 c와 d 에서는밀도변화의차이가크지않다. 이사진들은 Fig. 5 b 의결과에해당하는시편들이며, 탄소나노튜브네트워크의두께는탄소나노튜브밀도의척도가되기때문에 Fig.

4 第 21 券第 1 號 담지방법을통해유리기판위에형성된탄소나노튜브네트워크의전기적및광학적특성 11 (a) Fig. 6 SEM micrographs of SWNT-networks according to number of dip: (a) 1st coating, (b) 3rd coating, (c) 10th coating, and (d) 15th coating (b) Fig. 5 (a) AFM micrograph of SWNT-networks (number of dip: 1, concentration of solution: 0.05 mg/ml, withdrawal velocity: 6.0 mm/min) (b) Relationship between number of dip and thickness. 그러나담지횟수에따른면저항이특정한값으로수렴하는현상은담지횟수의증가에따라탄소나노튜브의밀도가선형적으로증가하지않음을시사한다. 담지횟수에따른탄소나노튜브네트워크의두께를 AFM을이용하여측정하였다. 비접촉식 (non-contact) 방식을통해시편의 2.5ⅹ2.5 μm 2 영역에대해서스캔을하였다. Fig. 5 a의 AFM 사진은 0.05 mg/ml 용액을이용하여 1회코팅한단일벽탄소나노튜브네트워크를보여준다. 탄소나노튜브들은교차접합을형성하여서로고르게연결되어있음을확인할수있다. AFM을통해이시편과더불어같은농도의3, 10, 15 회시편들에대한두께를측정하였다. Fig. 5 b는담지횟수에따른두께변화를나타낸다. Fig. 5 b에서보는바와같이담지횟수에따라두께는선형적관계를보이지않는다. 담지횟수의증가에따라탄소나노튜브네트워크의두께는점차증가하지만, 그증가량은점차감소한다. 담지횟수의증가에따라두께증가량이일정하지않는현상은탄소나노튜브의밀도가선형적변화를보이지않음을의미하며, 결국 Fig. 4의결과로나타난다. Fig. 6은담지횟수에따른탄소나노튜브네트워크의형상을보여주는 SEM사진이다. Fig. 6 a-d는각각 1, 3, 10, 15회담지를했을경우탄소나노튜브의밀도를보여준다. 담지횟수가증감함에따라탄소나노튜브의밀도는증가하지만, 그변화의폭은점점감소함을알수있다. Fig. 6 a와 b에서는탄소나노튜브의밀도변화를확연히볼수있지만, Fig. 6 c와 d 에서는밀도변화의차이가크지않다. 이사진들은 Fig. 5 b 의결과에해당하는시편들이며, 탄소나노튜브네트워크의두께는탄소나노튜브밀도의척도가되기때문에 Fig. 6의밀도변화경향은앞선결과와일치함을알수있다. 이렇게담지횟수에따른탄소나노튜브의밀도변화는 Fig. 7 을통해설명할수있다. 담지방법에서탄소나노튜브밀도는탄소나노튜브, 기판, 용매사이의상호작용에의한효과와액체의유동에의한효과에의해결정된다. Fig. 7 a, b는각각 1회코팅과재코팅에따른메니스커스형상변화와그에따른유동현상을보여주고있다. 가는직선형화살표는단일벽탄소나노튜브를나타내고, 화살표방향은이동방향을나타낸다. V W 는기판의인출속도를나타내며, 굵은직선형화살표는인출방향을가리킨다. 1회코팅인경우극성으로처리된소다라임유리기판이코팅되는면이지만, 재코팅인경우소다라임유리기판위에탄소나노튜브네트워크가이미형성된표면에탄소나노튜브가추가적으로코팅된다. 여기서탄소나노튜브는피라나클리닝공정으로처리된소다라임유리기판에비해극성이낮다. 따라서기판의극성변화로인해메니스커스형상이변형되고, 이로인해모세관현상에의한용액의유입량이변화하여탄소나노튜브의밀도가달라진다. 담지횟수의증가와함께유리기판위에앞서형성된탄소나노튜브네트워크로인해기판의극성이줄어

5 12 장의윤 강태준 임형욱 김대원 김용협韓國複合材料學會誌 (a) Fig. 8 Change of sheet resistance with respect to the concentration of solution (number of dip: 1, withdrawal velocity: 3 mm/min). (b) Fig. 7 Variation of meniscus shape according to polarity of substrate: (a) 1st coating, (b) recoating. 들게되고, 용매와기판과의부착력 (adhesion) 이작아져접촉각 (θ) 이증가한다. 따라서모세관힘이줄어들고탄소나노튜브의유입량이감소되어탄소나노튜브의밀도가줄어들게된다. 실제로기판의극성변화를관찰하기위해극성처리가된유리기판과탄소나노튜브가코팅된유리기판에대해각각 1,2-다이클로로벤젠과함께액체시험방울접촉각 (contact angle of droplet) 측정하였다. 극성처리가된유리기판에대한 1,2-다이클로로벤젠의접촉각은 2.1 이고, 단일벽탄소나노튜브가코팅된유리기판에대해서는 16.4 로측정되었다. 이를통해극성처리가된유리기판인경우가단일벽탄소나노튜브가코팅된유리기판에비해극성이크다는것을알수있으며, 1회코팅인경우가재코팅인경우보다메니스커스의접촉각이작을것으로판단된다. 한편, 탄소나노튜브는극성으로처리가된유리표면으로강하게흡착하려는성질을보인다 [18]. 그러나담지횟수가증가함에따라극성을띄는유리표면의노출면적이줄어들게되고, 코팅된탄소나노튜브의표면이확대됨으로인해다음에코팅되는탄소나노튜브는기판과의작용력이줄어든다 [20]. 더욱이탄소나노튜브의 극성기능기는음의전하를띄고있으므로, 앞서코팅된탄소나노튜브는이후코팅되려는탄소나노튜브를전기적으로밀어내어코팅을어렵게한다. 따라서극성기판에 1회코팅할경우높은밀도의탄소나노튜브가코팅되지만, 재코팅의경우에는밀도의증가가감소하게된다. 결국이런모든요인이코팅과정에서복합적으로발생하기때문에 Fig. 4의담지횟수와면저항관계인지수적감소현상에영향을미친다. 한편, Fig. 2와 Fig. 4에서보면용액의농도증가에따라면저항이감소함을알수있고, Fig. 8에서는면저항이지수적으로감소함을분명히볼수있다. 이현상은앞서언급한원인들로부터분석이가능하다. 탄소나노튜브와유리기판사이의작용력이일정하다고가정하면, 용액의단위부피당탄소나노튜브의양이많을수록기판에코팅되는탄소나노튜브밀도가증가하게되므로면저항의감소를가져온다. Fig. 8의 SEM사진들은각각 0.05, 0.2, 0.8 mg/ml 농도인경우기판의표면형상을보여주고있다. 용액의농도증가와함께코팅되는탄소나노튜브밀도의증가를확인할수있다. 그러나 0.05 와 0.2 mg/ml 농도인경우를비교해보면탄소나노튜브의밀도차이를분명히볼수있지만, 0.2와 0.8 mg/ml의농도인경우를비교해보면, 탄소나노튜브밀도차이가크지않음을알수있다. 이결과는면저항의지수적감소현상원인이탄소나노튜브의밀도변화폭의감소와밀접한관계가있음을보여주고있다. 탄소나노튜브의밀도변화가감소하는원인은탄소나노튜브네트워크의차원 (dimensionality) 변화로설명할수있다. 탄소나노튜브가부착되는기판의면적은한정되어있기때문에, 탄소나노튜브의밀도가증가하면탄소나노튜브네트워크는준 2차원구조에서 3차원구조로변화하고, 3차원구조로갈수록두께방향으로부착력구배를이루게된다. 즉,

第 21 券第 1 號 2008. 2 담지방법을통해유리기판위에형성된탄소나노튜브네트워크의전기적및광학적특성 13 Fig. 9 SWNT-networks coated glass. 기판으로부터멀어질수록탄소나노튜브가유리기판의극성표면을가리기때문에탄소나노튜브와기판사이의흡착력이줄어들어탄소나노튜브의밀도가감소하게된다.

코팅전, 후의광학적특성변화를육안으로식별할수있는지여부를관찰하기위해유리기판에탄소나노튜브를반쪽만코팅한후다양한색상 ( 빨강, 노랑, 녹색, 파랑 ) 의줄무늬가표시된종이위에올려놓았다. 그림에서점선을기준으로오른쪽에는탄소나노튜브가코팅되어있고, 왼쪽은코팅이안된유리기판이다.

6 第 21 券第 1 號 담지방법을통해유리기판위에형성된탄소나노튜브네트워크의전기적및광학적특성 13 Fig. 9 SWNT-networks coated glass. 기판으로부터멀어질수록탄소나노튜브가유리기판의극성표면을가리기때문에탄소나노튜브와기판사이의흡착력이줄어들어탄소나노튜브의밀도가감소하게된다. 특히, 탄소나노튜브네트워크의차원변화와기판의극성변화에따라코팅된탄소나노튜브밀도변화를통해 Fig. 4에서콜로이드용액의농도에따라면저항이다른값으로수렴하는현상을이해할수있다. Fig. 9는 20ⅹ70 mm 2 소다라임유리기판에단일벽탄소나노튜브를코팅한광학사진이다. 코팅전, 후의광학적특성변화를육안으로식별할수있는지여부를관찰하기위해유리기판에탄소나노튜브를반쪽만코팅한후다양한색상 ( 빨강, 노랑, 녹색, 파랑 ) 의줄무늬가표시된종이위에올려놓았다. 그림에서점선을기준으로오른쪽에는탄소나노튜브가코팅되어있고, 왼쪽은코팅이안된유리기판이다. 단일벽탄소나노튜브가코팅된시편을육안으로보았을때밝은회색으로보이는코팅부분의명암이일정하며, 이를통해탄소나노튜브네트워크가균일하게형성되었음을판단할수있다. 실제로탄소나노튜브의균일도를정량적으로평가하기위해서코팅부분의전면적에대해면저항을측정한결과, 면저항의표준편차는 2% 이내로매우작았고, 이는균일한네트워크를형성했다는것을보여준다. 또한표시된줄무늬의색상을이용하여탄소나노튜브가코팅된부분의파장별투과특성을육안으로관찰하였다. 코팅된부분을통해보이는색은유리부분을통해보이는색과비교했을때, 육안으로는거의차이가없었다. Fig. 10은다양한면저항을갖는시편에대한가시광선영역에서의투과도특성을보여준다. 모든그래프는 nm의파장의가시광선영역에대해서비슷한경향을보인다. 단파장으로갈수록투과도가저하하는특성을보여주지만, 전체적으로균일한투과도를보인다. 그리고면저항의감소에따라네트워크의두께증가로인한투과도의감소가나타난다. 또한면저항의변화와함께파장에따른투과도의균일도가변하는것을알수있다. 이것은단일벽탄소나노튜브네트워크의파장별흡수계수가네트워크의두께에의존하기때문 Fig. 10 Transmittance for sheet resistance within the range of visible ray. 이다 [21]. 현재투명전극으로널리사용되는 ITO (Indium Tin Oxide) 인경우는가시광선영역의일정구간에서불균일한투과도특성을보인다 [7]. 이점은탄소나노튜브네트워크가 ITO 를대체할수있는차세대투명전극으로기대되는이유중에하나이다. 그러나이실험에서가시광선전영역에서투과도 80 % 이상일때의면저항은대략500~600 Ω/sq. 이고, 이수치는같은투과도에서수십 Ω/sq. 의면저항을갖는 ITO에비해전기적특성이떨어짐을알수있다. 이렇게면저항이높은이유는사용한단일벽탄소나노튜브중반도체특성을갖는단일벽탄소나노튜브가많이존재하기때문이라고판단된다 [22]. 그리고매우안정한단일벽탄소나노튜브콜로이드분산을위해과도한초음파처리 ( 주파수 : KHz, 시간 : 10 hr) 를수행하였는데, 이과정에서탄소나노튜브의길이절단및표면의결함이증가하게된다. 이상태의단일벽탄소나노튜브를이용하여네트워크를형성했을경우, 전기적삼투문턱 (percolation threshold) 의임계밀도 [11] 가증가하고, 이는튜브간의접촉점의증가를의미하며, 이에따른접촉저항의증가를유도한다. 또한표면의결함은단일벽탄소나노튜브의탄도전자-수송특성을방해하는인자로작용하여단일벽탄소나노튜브자체의전기적저항을증가시킨다. 이러한문제점들을극복하기위해서는반도체성과금속성이혼재한단일벽탄소나노튜브에서금속성단일벽탄소나노튜브만을분리해서사용하는것과적절한초음파처리가필요하다. 4. 결론 담지방법을이용하여유리기판위에매우균일한단일벽탄소나노튜브네트워크를형성할수있음을보였다. 기본적으

7 14 장의윤 강태준 임형욱 김대원 김용협韓國複合材料學會誌 로탄소나노튜브는유리기판전면적에고르게코팅되어있고, 튜브들은교차접합을형성하며서로연결되어있어균일한전기적특성을갖는네트워크가형성되었다. 단일벽탄소나노튜브네트워크는수십나노미터정도의두께를갖기때문에가시광선영역에서투명한특성을보이며, 파장에따라균일한투과도를보였다. 이러한전기적및광학적특성은담지공정에서의코팅공정변수 ( 담지횟수, 콜로이드용액의농도, 기판의인출속도 ) 에따라변화함을보였다. 특히, 코팅공정변수에따른면저항의지수적변화의원인으로단지네트워크의확대에따른저항감소뿐만아니라기판의표면특성에따른콜로이드코팅변화도분명히고려되어야한다고생각한다. 그리고코팅공정변수를통해단일벽탄소나노튜브의밀도조절이가능하며, 담지방법을통해다양한특성을갖는단일벽탄소나노튜브기반의투명전도막을제작할수있다. 또한담지방법은매우간단하면서도최적의공정조건이확립된후에는대량생산이가능하여, 단일벽탄소나노튜브기반의투명전도막을이용하는제품의양산화를유도할수있을것이라고기대한다. 담지방법을이용한단일벽탄소나노튜브네트워크형성은앞으로다양한분야에적용될것이며, 이를위해서는다양한기판에대한탄소나노튜브네트워크형성방법, 기판과탄소나노튜브의접착력향상, 접촉저항의저감에대한지속적인연구가반드시필요하다. 후기 본연구는서울대학교차세대기계항공시스템창의설계인력양성사업단 (BK21) 과서울대학교나노응용시스템국가핵심연구센터 (NSI-NCRC) 의지원을받아수행된것임을밝히며, 이에감사드립니다. 참고문헌 1) J. Hone, M.C. Llaguno, M.J. Biercuk, A.T. Johnson, B. Batlogg, Z. Benes, J.E. Fischer, Thermal properties of carbon nanotubes and nanotube-based materials, Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process., Vol. 74, 2002, pp ) A. Krishnan, E. Dujardin, T.W. Ebbesen, P.N. Yianilos, M.M.J. Treacy, Young s modulus of single-walled nanotubes, Phys. Rev. B, Vol. 58, 1998, pp ) B.G. Demczyk, Y.M. Wang, J. Cumings, M. Hetman, W. Han, A. Zettl, R.O. Ritchie, Direct mechanical measurement of the tensile strength and elastic modulus of multi-walled carbon nanotubes, Mater. Sci. Eng. A, Vol. 334, 2002, pp ) B.Q. Wei, R. Vajtai, P.M. Ajayan, Reliability and current carrying capacity of carbon nanotubes, Appl. Phys. Lett., Vol. 79, 2001, pp ) T. Durkop, S.A. Getty, E. Cobas, M.S. Fuhrer, Extraordinary mobility in semiconducting carbon nanotubes, Nano Lett., Vol. 4, 2004, pp ) C.T. White, T.N. Todorov, Carbon nanotubes as long ballistic conductors, Nature, Vol. 393, 1998, pp ) Z. W, Z. C, X. Du, J. M. Logan, J. Sippel, M. Nikolou, K. Kamaras, J. R. Reynolds, D. B. Tanner, A. F. Hebard, A. G. Rinzler, Transparent, conductive carbon nanotube films, Science, Vol. 305, 2004, pp ) G. Grüner, Carbon nanotube films for transparent and plastic electronics, J. Mater. Chem., Vol. 16, 2006, pp ) Y. Zhou, L. Hu, G. Grüner, A method of printing carbon nanotube thin films, Appl. Phys. Lett., Vol. 88, 2006, pp (1) (3). 10) D. S. Hecht, L. Hu, G. Grüner, Conductivity scaling with bundle length and diameter in single walled carbon nanotube networks, Appl. Phys. Lett., Vol. 89, 2006, pp (1) (3). 11) L. Hu, D. S. Hecht, G. Grüner, Percolation in transparentand conducting carbon nanotube networks, Nano Lett., Vol. 4, 2004, pp ) M. Meitl, Y. Zhou, A. Gaur, S. Jeon, M. Usrey, M. Strano, J. Rogers, Solution Casting and Transfer Printing Single-Walled Carbon Nanotube Films, J. Nano Lett., Vol. 4, 2004, pp ) S. Soliveres, J. Gyani, C. Delseny, A. Hoffmann, F. Pascal, 1/f noise and percolation in carbon nanotube random networks, Appl. Phys. Lett., Vol. 90, 2007, pp (1) (3). 14) M. Kaempgen, G. S. Duesherg, S. Roth, Transparent carbon nanotube coatings, Appl. Surf. Sci., Vol. 252, 2005, pp ) Y. Kim, N. Minami, W. Zhu, S. Kazaoui, R. Azumi, M. Matsumoto, Langmuir Blodgett Films of Single-Wall Carbon Nanotubes: Layer-by-layer Deposition and In-plane

8 第 21 券第 1 號 담지방법을통해유리기판위에형성된탄소나노튜브네트워크의전기적및광학적특성 15 Orientation of Tubes, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 42, 2003, pp ) J. Liu, A. G. Rinzler, H. Dai, J. H. Huffman, F. Rodriguez-Macias, Y.-S. Shon, T. R. Lee, D. T. Colbert, R. E. Smalley, Fullerene pipes, Science, Vol. 280, 1998, pp ) M. A. Hamon, J. Chen, H. Hu,Y. Chen, M. E. Itkis, A. M. Rao, P. C. Eklund, R. C. Haddon, Dissolution of single-walled carbon nanotubes, Adv. Mater., Vol. 11, 1999, pp ) S. B. Fagan, A. G. S. Souza Filho, J. O. G. Lima, J. Mendes Filho, O. P. Ferreira, I. O. Mazali, O. L. Alves, M. S. Dresselhaus, 1,2-dichlorobenzene interacting with carbon nanotubes, Nano Lett., Vol. 4, 2004, pp ) J. Bahr, E. Mickelson, M. Bronikowski, R. E. Smalley, J. M. Tour, Dissolution of small diameter single-wall carbon nanotubes in organic solvents?, Chem. Commun., 2001, pp ) S. G. Rao, L. Huang, W. Setyawan, S. Hong, Large-scale assembly of carbon nanotubes, Nature, Vol. 425, 2003, pp ) F. Borondics, K. Kamarás, M. Nikolou, D. B. Tanner, Z. H. Chen, A. G. Rinzler, Charge dynamics in transparent single-walled carbon nanotube films from optical transmission measurements, Phys. Rev. B, Vol. 74, 2006, pp (1) (6). 22) R. Krupke, F. Hennrich, H. v. Löhneysen, M. M. Kappes, Separation of metallic from semiconducting single-walled carbon nanotubes, Science, Vol. 301, 2003, pp

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jaeryomading review.pdf 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1. S. Kim, H. Y. Jeong, S. K. Kim, S. Y. Choi and K. J. Lee, Nano Lett. 11, 5438 (2011). 2. E. Menard, K. J. Lee, D. Y. Khang, R. G. Nuzzo and J. A. Rogers, Appl. Phys. Lett. 84,