참고문헌

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1. Geim A K, Novoselov K S, “The rise of graphene”, Nat. Mater., 2007, 8, 183-191.

2. Geim A K, “Graphene: status and prospects”, Science, 2009, 324, 1530-1534.

3. Schedin F, Geim A K, Morozov S V, Hill E W, Blake P, Katsnelson M I, Novoselov K S,“Detection of individual gas molecules adsorbed on graphene”, Nat. Mater., 2007, 6, 652-655.

4. Liu H, Liu Y, Zhu D, “Chemical doping of graphene”, J. Mater.

Chem., 2011, 21, 3335-3345.

5. Wang H, Maiyalagan T, Wang X, “Review on recent progress in nitrogen-doped graphene: synthesis, characterization, and its potential applications”, ACS Catal., 2012, 2, 781-794.

6. Chang D W, Lee E K, Park E Y, Yu H, Choi H J, Jeon I Y, Sohn G J, Shin D, Park N, Oh J H, Dai L, Baek J B, “Nitrogen-doped graphene nanoplatelets from simple solution edge-functionalization for n-type field-effect transistors”, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135 8981-8988.

7. Liang J, Jiao Y, Jaroniec M, Qiao S Z, “Sulfur and nitrogen dual-doped mesoporous graphene electrocatalyst for oxygen reduction with synergistically enhanced performance”, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51 11496-11500.

8. Zheng Y, Jiao Y, Jaroniec M, Qiao S Z, “Two-step boron and nitrogen doping in graphene for enhanced synergistic catalysis”, Angew.

Chem. Int. Ed., 2013, 125, 3192-3198.

9. Welton T, “Room-temperature ionic liquids. solvents for synthesis and catalysis”, Chem. Rev., 1999, 99, 2071-2084.

11. Bhunia P, Hwang E, Yoon Y, Lee E, Seo S, Lee H, “Synthesis of highly n-type graphene by using an ionic liquid”, Chem. Eur. J., 2012, 18, 12207-12212.

12. Hummers W S, Offeman R E, “Preparation of Graphitic Oxide”, J.

Am. Chem. Soc., 1958, 80, 1339-1340.

13. Kohn W, Sham L, “Self-consistent equations including exchange and correlation effects”, Phys. Rev., 1965, 140, A1133-A1138.

14. Kresse G, Joubert D, “From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method”, Phys. Rev., 1999, B 59, 1758-1775.

15. Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M, “Generalized gradient approximation made simple”, Phys. Rev. Lett., 1996, 77, 3865-3868.

16. Jeon I Y, Choi H J, Choi M, Seo J. M, Jung S M, Kim M J, Zhang S, Zhang L, Xia Z, Dai L, Park N, Baek J B, “Facile, scalable synthesis of edge-halogenated graphene nanoplatelets as efficient metal-free eletrocatalysts for oxygen reduction reaction”, Sci.

Rep., 2013, 95, 1810.

17. Morgan W E, Wan Wazer J R, Stec W J, “Inner-orbital photoelectron spectroscopy of the alkali metal halides, perchlorates, phosphates, and pyrophosphates”, J. Am. Chem. Soc., 1973, 95, 751-755.

18. Hollóczki O, Firaha D S, Friedrich J, Brehm M, Cybik R, Wild M, Stark A, Kirchner B, “Carbene formation in ionic liquids:

spontaneous, induced, or prohibited?”, J. Phys. Chem. B, 2013, 117, 5898-5907.

19. Moon I K, Lee J, Ruoff R S, Lee H, “Reduced graphene oxide by chemical graphitization”, Nat. Commun., 2010, 1, 73.

제 3 장

열화학적 가교결합을 이용한

고강도 탄소나노튜브 섬유 제조

3.1. 서론

탄소나노튜브는 인장강도가 ~150 GPa, 강성은 ~1 TPa에 이를 정도로 우수 한 기계적 물성을 지니고 있고, ~104 S/cm의 전기전도도와 ~3000 W/mK의 열 전도도 등의 높은 전도성을 갖지만 밀도는 0.2 ± 0.01 g/cm3 로 낮기 때문 에 과학계에서 상당한 관심을 받아왔다[1-5]. 그러나 탄소나노튜브는 주로 분말 형태로 합성이 되고, 여러 개의 탄소나노튜브들이 뭉쳐있기 때문에 분 산성이 낮아 가공이 어렵다는 문제가 있다. 또한 불충분한 길이 때문에 실용 적인 응용에 적합하지 않다는 문제가 있다[6-8]. 최근, 화학기상성장법 (CVD) 에 의한 직접 방사법 (direct spinning) 이나 기판 위에 탄소나노튜브 를 성장시키는 포레스트 방법 (forest spinning) 등으로 탄소나노튜브를 길 고 강한 섬유의 형태로 제조하려는 시도가 이루어지고 있다[9-11]. 이러한 탄소나노튜브 섬유는 분말 형태의 탄소나노튜브 보다 실용적인 분야에 응용 하기 더 적합하다. 그럼에도 불구하고, 직접 방사법을 기반으로 제조된 탄소 나노튜브 섬유는 순도가 낮거나 계면 상호작용이 약하다는 문제가 있고, 이 는 기계적 물성이나 전기전도가 낮아지는 원인이 된다[12-14]. 따라서 최근 들어 탄소나노튜브 섬유의 물성을 향상시키려는 연구가 많은 각광을 받고 있 다.

탄소나노튜브 섬유의 물성을 향상시키기 위한 방법은 1) 전자나 양성자 또 는 이온 라디칼에 의한 계면 공유결합[15-16], 2) 다이아조늄 염 반응과 같 은 탄소나노튜브-아릴 라디칼 반응을 기반으로 한 화학적 후처리 공정 방법 [17], 3) 금속 촉매나 진공 아크 가열냉각 등을 이용하여 결함을 치유하는 방법이 있다[18,19]. 이러한 방법들을 이용하면, 탄소나노튜브 섬유를 구성 하는 각각의 탄소나노튜브들 간의 화학적 가교결합을 형성할 수 있으며, 이 는 탄소나노튜브 섬유의 인장강도와 인장 탄성률을 증가시킬 수 있다. 그러 나 이러한 가교결합은 탄소나노튜브를 구성하고 있는 탄소의 sp2 혼성화를 sp3로 변화시키기 때문에 전기전도도를 감소시키는 부정적인 역할을 하기도 한다. 그렇기 때문에 탄소나노튜브 섬유의 전기전도도를 감소시키지 않으며 동시에 기계적 강도를 향상시키는 것은 어려운 것으로 여겨지고 있다.

최근, 열화학적으로 4-아이오도페닐을 기능화하는 방법을 이용하여 높은 전도성을 보이는 환원된 그래핀 옥사이드 (rGO) 를 제조하는 연구가 보고되 었다[20]. 이 연구에 따르면, 아이오도 그룹이 환원된 GO의 전기전도도 향상

을 촉진시키는 것으로 알려졌다. 그래서 본 연구에서는 직접 방사한 탄소나 노튜브 섬유를 구성하는 각각의 탄소나노튜브의 결함 영역에 연이은 화학적, 열적 처리를 하면 이들 탄소나노튜브가 서로 공유 가교결합을 통해 이어져서 결함 영역이 치유되고, 이를 통해 전기전도도의 감소 없이 기계적 강도가 향 상될 수 있을 것이라 가정하여, 열화학적 방법으로 아이오도페닐을 기능화한 뒤, 라디칼 커플링 반응을 이용해 직접 방사한 탄소나노튜브 섬유 사이에 공 유 가교결합을 형성하는 것을 시도하였다.

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