탄소나노튜브 편집하기

탄소나노튜브는 원기둥 모양의 나노구조를 지니는 [[탄소]]의 [[동소체]]이다. 길이와 지름의 비가 132,000,000:1에 이르는 나노튜브도 만들어졌는데, 이는 지금까지 알려진 물질 중 가장 높은 값이다. 탄소나노튜브는 여러 특이한 성질을 가지고 있어서 나노기술, 전기공학, 광학 및 재료공학 등 다양한 분야에서 유용하게 쓰일 수 있다. 특히 열전도율 및 기계적, 전기적 특성이 매우 특이하여 다양한 구조 물질의 첨가제로도 응용되고 있다. 예를 들면 (주로 탄소섬유로 만들어지는) 야구방망이나 골프채, 자동차 부품, 다마스쿠스 강에 탄소나노튜브를 소량 첨가하기도 한다.

[[나노튜브]]는 [[풀러렌]] 계열의 구조를 지니며, [[그래핀]]이라는 탄소 원자 한 층으로 이루어진 막을 벽으로 하며 길고 속이 빈 튜브 모양으로 만들어졌기 때문에 탄소나노튜브라는 이름이 붙었다. 그래핀을 둥그렇게 마는 각도에 따라 다른 나노튜브가 만들어질 수 있는데, 이렇게 말리는 각도와 지름에 의해 [[금속]]이 될 수도 있고 [[반도체]]가 될 수도 있다. 나노튜브는 단일벽 나노튜브와 다중벽 나노튜브로 나눌 수 있다. 나노튜브는 판데르발스 힘에 의해 여러 가닥이 뭉쳐진 "로프" 형태로 정렬되는 경우가 많다.

탄소나노튜브는 인장 강도와 탄성률의 측면에서 지금까지 발견된 물질 중 가장 단단하고 강한 물질이며, 이는 탄소 원자들 사이에 형성된 sp² 공유 결합 때문이다. 2000년, 다중벽 탄소나노튜브는 63 기가 파스칼(GPa)의 인장 강도를 가지고 있다는 것이 실험을 통해 증명되었다. 이후 이어진 2008년의 실험에서, 각각의 탄소나노튜브 껍질들은 100 GPa 이상의 강도를 가지고 있다는 것이 밝혀졌다.

이에 비해 실험적으로 판명된 단일벽 탄소나노튜브는 640 GPa ~1 TPa 범위의 매우 높은 인장 탄성율과 150∼180 GPa의 높은 인장 강도를 가진다. 2008년에 실시된 연구에 따르면 개별 CNT 껍질은 양자/원자 모델과 일치하는 약 100 GPa의 높은 인장 강도를 가지고 있음이 밝혀졌다. 개별 CNT 껍질의 인장 강도는 매우 높지만, 인접 껍질과 튜브 사이의 약한 전단 상호 작용은 다중벽 탄소나노튜브 및 탄소나노 튜브 다발의 유효 인장 강도를 단 몇 GPa로 현저히 감소시킨다. 이러한 한계는 내부 껍데기와 튜브를 가교시키는 고 에너지 전자 조사를 적용하여 해결되었으며, 다중벽 탄소나노튜브의 경우 약 60 GPa로 인장 강도를 효과적으로 증가시켰다.

탄소나노튜브는 압축하의 조건에서는 기계적 성질이 강하지 않다. CNT의 중공 구조 및 높은 종횡비로 인해 압축, 비틀림 또는 굽힘 응력하에 놓이면 구부러지는 경향이 있다. 반경 방향에서의 CNT의 영률은 수 GPa 단위로 측정되어서 탄소나노튜브가 반경 방향으로 매우 부드럽다는 것을 보여 주었다. 섬유 또는 섬유 응용 분야에서 비강도(specific strength)는 일반적인 섬유의 기계적 강도의 척도이다. 비강도는 재료의 강도(파괴 시 단위 면적당 힘)를 밀도로 나눈 값이며 SI 단위는 Pa·m³/kg 또는 N·m/kg이다. 밀도가 낮은 섬유는 높은 비강도를 가진다. 탄소나노튜브의 밀도는 1.3~1.4 g/cm³로서 탄소강의 밀도인 7.85 g/cm3 보다 낮은 밀도를 가지기 때문에 탄소강의 비강도가 154 kN·m·kg-1인데 비하여 탄소나노튜브의 비강도는 48,000 kN·m·kg-1의 높은 비강도를 보이고 있어서 비중이 알려진 물질 중에서 가장 우수한 비강도를 보인다.

탄소나노튜브의 기계적인 특성은 [[철]] 및 [[알루미늄]]보다 강하며, [[금속]] 중에서 가벼운 금속인 알루미늄(2.0g/cm³)보다 가볍다. 일반 [[탄소섬유]]는 분자 구조의 1%만 변형돼도 끊기지만, 탄소나노튜브는 15%가 변형돼도 견딘다. 탄소나노튜브가 [[강철]]·[[다이아몬드]]·[[구리]]·[[섬유]] 등 산업용 소재의 패러다임을 완전히 바꿀 [[나노시대]]의 핵심 소재로 꼽히는 이유가 된다.

전기적인 특성으로는 탄소나노튜브의 축에 대해 감긴 형태(chirality)에 따라 [[금속]](metallic) 혹은 [[반도체]](semiconducting)의 특성을 다양하게 나타낸다. 금속성 탄소나노튜브의 경우 구조적인 특성에 의해 [[전자]]가 산란되지 않고 길이 방향으로 잘 전달될 수 있다. 단일벽 탄소나노튜브는 큰 음향양자(phonon)를 나타내며 이로 인해 [[열전도도]]가 6000 W/(m·K)로써 높은 값을 가진다. 탄소나노튜브에 [[전기]]를 흘리면 [[LED]](발광다이오드)보다 효율이 100배 이상 높은 빛을 낸다.

탄소나노튜브의 [[열전도율]]은 자연계에서 가장 뛰어난 [[다이아몬드]]와 같고, [[인장력]]은 다이아몬드를 능가한다. 탄소나노튜브는 [[구리]]와 같은 수준의 [[전기전도율]]을 가지고 있다.

탄소나노튜브의 흥미로운 전자 성질들은 일반적으로 새로운 [[전극]] 재료, [[리튬이온 배터리]]용 음극으로서 특히 실험 중인 [[배터리]] 분야에 희망을 보여주었다. 탄소나노튜브의 흥미로운 전기적 특성이 일반적으로 그들에게 새로운 전극 물질, 특히 음극으로 실험하면서 배터리 분야에서의 가능성을 보여 주고 있다. 이는 탄소나노튜브 등의 흑연계 복합에 의해 지금까지 관찰된 유일한 금속 리튬 전위에 근접하고, 불가역 용량에 적당한 비교적 높은 가역 용량을 필요로 한다는 사실에 기인한다.

그들은 그 기능을 일반적으로 반복되는 충 방전에 의한 전지의 열화를 매우 효과적으로 경감할 뿐만 아니라 리튬 이온 배터리의 용량을 크게 개선하였다. 과학자들은 탄소나노튜브의 훌륭한 강도, 전도성, 그리고 낮은 밀도 뿐 아니라 아주 훌륭한 능력을 이용하는 것에서 매우 뛰어난 잠재력을 보고있다. 또한, 음극에서는 전자 수송력이 매우 높은 금속성 탄소나노튜브를 사용하여 향상시킬 수있다.

탄소나노튜브는 양면을 다 사용할 수 있는 수용력(300~600mA→1000mA)을 가지고있다. 한편, 대부분은 음극 재료로 사용되는 흑연은 이러한 리튬 배터리에 대해서 유일한 320mA의 능력을 보여 주었다. 탄소나노튜브를 합성/생성함으로써, 과학자들은 우수한 강도, 전도성, 낮은 밀도 뿐 아니라 이러한 탁월한 부분으로 많은 잠재력을 느낀다.

== 탄소나노튜브의 합성 ==

== 탄소나노튜브의 정제 ==

CNT를 생산할 때 필연적으로 발생하는 부산물은 CNT를 연구하는데 많은 혼란을 주며 복합재료 제조 시 특성을 저하시킨다. 따라서 이를 제거하기 위하여 다양한 정제 방법들이 시도되었다.

탄소나노튜브의 독성이 [[나노테크놀로지]]에서 중요한 질문이 된 적이 있었다. 2007년에 [[독성]]에 대한 연구가 시작되었다. 데이터는 아직 단편적이고 주관적이다. 임시의 결과는 이 혼합된 물질의 유독성을 평가하는 것의 어려움을 강조한다. [[샘플]]의 순도뿐 아니라 구조, 입도 분포, 표면, 표면화학, 표면 전류, 집합체 상태가 탄소나노튜브의 반응성에 엄청난 영향을 가진다. 그러나, 이용 가능한 정보에 따르면, 특정 상황에서는 탄소나노튜브가 [[염증]]이나 [[섬유증]]과 같은 해로운 효과를 유도할 수 있다고 한다.