주식시장의 주목을 받고 있는 CNT에 관한 내용

주식시장의 주목을 받고 있는 CNT에 관한 내용으로, 
MWCNT는 현재 기술적으로 성숙되어져 있어 많은 업체들이 진입을 시도하고 있습니다. 

MWCNT는 CNT제조보다 분산기술이 더 중요하며, 나노신소재가 이 분산기술에 있어 장점을 지니고 있습니다. 

SWCNT는 제조공정이 매우 어려워, 현재 러시아 옥시알이 글로벌 시장을 독점(90%)하고 있으며, 현재 일부 중국(Cnano) 및 한국 업체(제이오 등)들이 관련 시장에 뛰어들고는 있으나 중국 업체의 속도가 좀 더 빠른 상황입니다. 

----------------
● CNT 제조 과정 및 분산제

현재 MWCNT의 경우 단일 생산라인에서 연 수천톤 규모로 양산 가능한 수준까지 올라왔음. 
LG화학이 단일 생산라인으로는 세계최대 생산량을 가지고 있음. 

MWCNT를 모아서 1m㎡의 단면적을 가지는 와이어를 제작했다고 가정하면 이 와이어는 6.4톤에 해당하는 물체를 들어올릴 수 있을 정도의 강한 기계적 강도를 지닐 수 있음. 

CNT는 높은 전도성으로 인해 기존 전도체인 Carbon Black을 대체해 나가고 있음. 

그래핀은 2차원적 구조를 지니고 있지만, CNT는 그래핀이 말려 있는 3차원적 구조를 지니고 있음. 
직경이 수-수십 나노미터에 이르며 형상이 튜브와 비슷하다고 해서 CNT라고 불림. 
즉, CNT는 그래핀이 모양만 변형된 상태이기 때문에 전기전도도가 그래핀과 매우 유사한 특성을 지님.

CNT는 합성 조건에 따라, SWCNT와 MWCNT, 직경(1 – 100nm)과 길이(1 – 수십 마이크론)등이 다양하게 합성될 수 있음. 


○ CNT 제조방법

MWCNT의 가장 잘 알려진 생산 방법은 유동층 반응기에 촉매와 에탄 혹은 메탄가스를 주입하여 반응시킴. 

촉매 입자를 반응기에 투입한 후 온도를 700도까지 상승시킨 이후 질소와 수소의 혼합가스를 주입하여 촉매입자를 반응기에서 움직이게 하고 동시에 탄소의 원료인 에탄이나 메탄 가스를 주입함.  

CNT를 제조하기 위해서는 촉매입자 위에서 메탄/에탄 가스가 분해되어야 하는데 이러한 반응은 고온에서 만 일어날 수 있음. 

고온으로 가열된 촉매 입자가 반응기 내부에서 주입되는 가스(질소, 수소 혼합가스)에 의해 부양되어진 상태에서 탄소원자의 소스가 되는 메탄가스가 주입됨. 
메탄가스(CH4)는 촉매 표면과 접촉하면 고온에서의 촉매작용에 의하여 탄소와 수소의 결합이 깨지면서 탄소원자 하나와 수소원자 4개로 분리되며, 수소원자들은 서로 결합하여 수소가스로 변환되어 반응기로부터 빠져나가게 됨. 

다량의 메탄가스가 촉매 표면에서 이런 과정을 반복하게 되면 촉매표면에 다수의 탄소원자가 존재하게 되고, 원자상태의 탄소는 탄소원자들끼리 결합을 시도하게 됨. 

촉매 표면에 산재된 탄소원자들은 주어진 조건에서 가장 안정된 형태로 성장하게 되는데 이때 탄소원자들은 튜브의 구조를 택하게 됨. (CNT)

이때 CNT의 성장재료인 메탄가스의 투입량과 시기를 조절하면서 CNT의 양과 길이, 직경 등을 조절할 수 있음. 

이때 생성된 CNT들은 얽힌 실타래와 같은 형상을 가지게 되며 CNT를 2차전지 첨가제로 사용하기 위해서는 얽힌 실타래를 풀어줘야 하며, 용매에 균일하게 분포시킬 수 있게 분산시켜줘야 함. 

개별 CNT와 CNT사이에 상호작용이 강하게 나타나기 때문에 엉켜져 있는 CNT다발을 기계적으로 서로 띄어 놓더라도 시간이 지나면 다시 뭉치게 됨. 

뭉쳐있는 CNT들을 밀링머신이라는 장비에 투입시켜 물리적 힘을 가함으로써 CNT간의 상호작용을 약화시킴. 
이렇게 분리된 CNT들을 다시 엉키지 않게 표면처리를 해주는데, 이때 표면처리용으로 사용되는 물질은 한쪽은 CNT와의 상호작용이 큰 화학적 구조를 지니고 있으며, 다른 한쪽은 용매와의 상호작용이 크게 만들어져 있음. 
이런 성질을 지닌 물질로 CNT를 코팅하게 되면 CNT들이 장시간 얽히는 현상을 억제할 수 있음. 

이런 성질을 지닌 물질들을 통상 분산제라고 함. 

CNT의 경우 주로 고분자 형태로 된 분산제를 사용

이렇게 제조된 CNT 분산용액은 2차전지 양극재와 음극재에 혼합되어 사용되면, 기존의 탄소 도전재(Carbon Black)에 비해 소량만 사용하더라도 전기전도도를 높여주는 특성을 지닐 수 있음. 

MWCNT의 생산과 분산방법은 현재 상당한 기술적 성숙이 이뤄져 있으며, 한국, 일본, 중국에서 대부분의 생산이 이뤄지고 있음. 
MWCNT 관련 업체 : LG화학, 제이오, 금호, CNano(중국) 등

SWCNT의 경우 OCSiAL이라는 러시아 업체에 의해서 독점되고 있음. (글로벌 생산량의 90%)
최근 중국 CNano가 SWCNT의 본격적 양산 진입을 선언하였음. 

 

https://www.youtube.com/watch?v=8EFk3pjaWzw