탄소나노튜브(MWCNT)는 그 구조적 특징에 따라 열적, 기계적 안정성이 우수하며 고분자 매트릭스 내에 소량만 첨가하여도 향상된 물성을 얻을 수 있다. 그러나 탄소나노튜브를 고분자 복합체에 응용 시 분산이 필수적으로 요구되기 때문에 전처리 기술이 필요하다. 본 연구에서는 PEO 막의 CO2 투과도 향상을 위해 PEO/EVA 혼합물에 산처리를 통해 표면에 친수성기가 도입된 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT-COOH)를 첨가하여 PEO/EVA/MWCNT 혼성막을 제조하였다. 제조된 혼성막의 특성을 FT-IR, TGA, SEM 분석으로 확인하였다.

다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)는 전기적, 기계적 성질이 매우 우수한 소재이나, MWCNT를 복합 체로 응용하는 과정에서 MWCNT의 분산이 어려워 복합체의 제조에 제한을 받고 있다. 본 연구에서는 MWCNT의 표면을 산화시켜 -OH기를 표면에 도입하고, 표면에 음전하를 증가시켜 불소 고분자(PTFE) 도막에서 MWCNT의 분산을 증대시켰다. 그리고, MWCNT의 효과적인 분산으로 PTFE 복합체 도막의 경도와 소수성이 증가되고, 전기 정도성을 부여하여 표면의 기능성이 증대됨을 보여주었다.

In this paper, the effect of electrical characteristics and electrode shape on the alignment and attachment of multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) has been studied. The attraction and alignment of MWNTs between the gaps has been investigated by applying electric field which is called electrophoresis and dielectrophoresis. According to the frequency of electric field, positive or negative dielectrophoretic force can be determined. The concentration of MWNTs solution was , and a droplet of was dropped between two electrodes. Through the repeated experiments, the optimal electrical conditions for aligning and attaching MWNTs in the desired places were obtained. Since the frequency range of 100 kHz~10 MHz generated positive dielectrophoretic force, MWNTs were attracted and aligned between the gaps with this frequency range. For generating enough force to attract MWNTs, the appropriate voltage range was . Furthermore, the effect of electrode shape on the alignment of MWNTs was investigated. A single MWNT attachment was accomplished on the round shaped with 70% yield.

Si nanowire/multiwalled carbon nanotube nanocomposite arrays were synthesized. Vertically aligned Si nanowire arrays were fabricated by Ag nanodendrite-assisted wet chemical etching of n-type wafers using HF/AgNO3 solution. The composite structure was synthesized by formation of a sheath of carbon multilayers on a Si nanowire template surface through a thermal CVD process under various conditions. The results of Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, and high resolution transmission electron microcopy demonstrate that the obtained nanocomposite has a Si nanowire core/carbon nanotube shell structure. The remarkable feature of the proposed method is that the vertically aligned Si nanowire was encapsulated with a multiwalled carbon nanotube without metal catalysts, which is important for nanodevice fabrication. It can be expected that the introduction of Si nanowires into multiwalled carbon nanotubes may significantly alter their electronic and mechanical properties, and may even result in some unexpected material properties. The proposed method possesses great potential for fabricating other semiconductor/CNT nanocomposites.

The electrocatalytic characteristics of oxygen reduction reaction of the PtxM(1-x) (M = Co, Cu, Ni) supported on multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) have been evaluated in a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC). The PtxM(1-x)/MWNTs catalysts with a Pt : M atomic ratio of about 3 : 1 were synthesized and applied to the cathode of PEMFC. The crystalline structure and morphology images of the PtxM(1-x) particles were characterized by X-ray diffraction and transmission electron microscopy, respectively. The results showed that the crystalline structure of the Pt alloy particles in Pt/MWNTs and PtxM(1-x)/MWNTs catalysts are seen as FCC, and synthesized PtxM(1-x) crystals have lattice parameters smaller than the pure Pt crystal. According to the electrochemical surface area (ESA) calculated with cyclic voltammetry analysis, Pt0.77Co0.23/MWNTs catalyst has higher ESA than the other catalysts. The evaluation of a unit cell test using Pt/MWNTs or PtxM(1-x)/MWNTs as the cathode catalysts demonstrated higher cell performance than did a commercial Pt/C catalyst. Among the MWNTs-supported Pt and PtxM(1-x) (M = Co, Cu, Ni) catalysts, the Pt0.77Co0.23/MWNTs shows the highest performance with the cathode catalyst of PEMFC because they had the largest ESA.

Multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) were synthesized on different substrates (bare Si and SiO2/Si substrate) to investigate dye-sensitized solar cell (DSSC) applications as counter electrode materials. The synthesis of MWNTs samples used identical conditions of a Fe catalyst created by thermal chemical vapor deposition at 900˚C. It was found that the diameter of the MWNTs on the Si substrate sample is approximately 5~10nm larger than that of a SiO2/Si substrate sample. Moreover, MWNTs on a Si substrate sample were well-crystallized in terms of their Raman spectrum. In addition, the MWNTs on Si substrate sample show an enhanced redox reaction, as observed through a smaller interface resistance and faster reaction rates in the EIS spectrum. The results show that DSSCs with a MWNT counter electrode on a bare Si substrate sample demonstrate energy conversion efficiency in excess of 1.4 %.

나노물질의 사용은 계속 증가하는 추세이며, 이로 인해 나노물질이 환경 내에서 미치는 영향에 대한 관심이 많아지고 있다. 다양한 나노물질들 중 탄소나노튜브(Carbon nanotubes, CNTs)는 반도체, 배터리, 스포츠용품 등 다양하게 활용되고 있는 대표적인 탄소계 나노물질로, 현재로서는 특별한 배출 기준이 없는 실정이다. 탄소나노튜브는 분산되어 자연계로 유출될 수 있으며, 특히 대부분이 매립으로 최종 처분될 가능성이 높아 매립지내 유출가능성에 대한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 주상실험(Column test)을 통해 매립지 점토차수층에서의 유출을 모사하여 탄소나노튜브의 거동을 연구하였다. 점토차수층은 수도권매립지에서 사용하고 있는 원지반토를 이용하였다. 다짐시험을 통해 원지반토의 최적함 수율을 구한 후, 이를 컬럼 내부에 3 cm 깊이로 다짐하여 점토차수층을 모사하였다. 탄소나노튜브를 이용하여 주상실험을 진행하기 이전에 증류수를 이용해 컬럼을 안정화하였으며, 안정화된 후의 투수계수는 7.95×10-7 cm/sec로 매립지 점토차수층 기준인 10-7 cm/sec이하보다는 다소 높은 값이었다. 탄소나노튜브는 2.5-3 mg/L의 농도로 제조된 분산액을 이용하였으며, 탄소나노튜브의 농도 측정에는 UV-vis (Optizen 2120UV, Mecasys)를 이용하였다. 추가적으로 pH의 변화에 따른 탄소나노튜브의 유출영향을 분석하기 위해 분산액의 pH를 5-8의 중성범위로 조절하여 약 10 PV (pore volume)의 분산액을 통과시키면서 유출되는 탄소나노튜브의 농도를 측정하였다. 8일(10 pore volume에 해당)동안 진행된 실험에서 점토차수층을 통해 파과(breakthrough)된 다중벽 탄소나노튜브는 관찰되지 않았으며, 본 실험의 pH 조절 범위 내에서는 다중벽 탄소나노튜브의 파과가 관찰되지 않았다. 실험이 종료된 후 컬럼을 해체하여 점토차수층 시료를 관찰한 결과, 탄소나노튜브가 차수층 상부에 누적되어 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 탄소나노튜브가 점토차수층을 통과하지 못하였으나, 점토차수층에서의 나노물질 차단을 정확히 검증하기 위해서는 유기물의 존재, 나노물질의 형태 등에 따른 유출 여부 연구가 추가적으로 필요할 것으로 생각된다.

최근 나노물질의 사용량이 증가하면서 전 세계적으로 나노물질의 위해성에 대한 우려가 커지고 있으며, 이에 따라 나노물질의 독성과 환경노출 가능성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 현재 대부분 연구가 기초연구 단계로 전반적인 정보가 부족한 실정이며, 더욱이 최종처분된 이후의 나노물질에 대한 연구는 전무하다. 나노물질은 관련 제품의 제조과정에서 발생되는 부산물과 사용 후 폐기물의 형태로 배출될 수 있기 때문에 환경노출 가능성을 평가하기 위해서는 나노물질의 이동에 대한 연구가 필요하다. 탄소나노튜브(Carbon nanotubes, CNTs)는 대표적인 나노물질로 소수성의 성질을 가지고 있지만 수계 내에서 물리화학적 영향에 의해 안정한 형태로 분산될 수 있으며, 이는 수생태계로의 유출 가능성이 있음을 의미한다. 이에 본 연구에서는 탄소나노튜브의 분산 안정성을 분석하고 실험을 통해 분산액 제조 및 정량분석을 수행하였다. 다중벽 탄소나노튜브의 초기 주입농도에 따른 분산 후의 농도를 TOC-analyzer를 통해 분석하여 주입용량 및 분산액의 농도를 결정하였으며, 길이가 상대적으로 길고 짧은 두 종류(2.5-20 μm, 1-2 μm)의 다중벽 탄소 나노튜브를 이용해 서로 분산된 정도 및 분산안정성을 비교하였다. 소수성으로 수중에서 쉽게 분산되지 않는 다중벽 탄소나노튜브는 Sonication을 통해 분산된 상태로 만들 수 있었으며, 적정농도의 분산액은 일정기간 동안 안정한 상태를 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 농도별 분산을 통해 주입용량이 결정된 두 종류의 다중벽 탄소나노튜브의 Zeta potential과 TEM(Transmission Electron Microscope) 이미지를 측정하여 탄소나노튜브의 길이에 따른 특성비교 및 정량분석을 수행하였다.