왜 우리가 CNT 제조에 적외선 가열 방식을 사용하게 되었는가?
탄소나노튜브를 만드는 데 있어서 가장 중요한 것은 바로 열입니다. 화학증기침착법(CVD)을 효과적으로 적용하기 위해서는 매우 정확한 온도 분포가 필요합니다. 오랫동안 사용되던 방식은 전통적인 저항식 난방 장치였죠. 하지만 솔직히 말해서, 작은 기판을 뜨겁게 만들기 위해 오븐 전체를 가열하는 것은 에너지 낭비입니다.
그래서 우리는 적외선 가열 장치를 사용하기 시작했습니다.
에너지 낭비 줄이기
적외선 램프의 장점은 주변 공기를 가열하지 않는다는 것입니다. 대신 방사 에너지를 이용해 기판을 직접 가열합니다. CNT를 성장시킬 때는 촉매가 즉시 활성화 온도에 도달해야 합니다. 단파 적외선을 사용하면 몇 초만에 그 목표를 달성할 수 있습니다. 정말 빠릅니다. 그리고 이는 전체 공정의 효율성을 크게 높여줍니다.
기계의 외부 벽이나 내부 공기를 오랜 시간 동안 가열할 필요가 없으므로, 한 번 처리할 때 필요한 전력량도 크게 줄어듭니다. 이는 훨씬 더 효율적인 방식이며, 탄소 발자국도 줄어듭니다.
장비
강력한 열을 처리하기 위해 우리는 석영으로 된 껍질에 할로겐 필라멘트를 감아서 사용합니다. 문제가 생기지 않도록 이 장비들은 PID 컨트롤러와 연동됩니다. 여기서 주의해야 할 점은, 너무 많은 에너지를 작은 면적에 집중시키면 필라멘트가 손상되거나 나노튜브가 망가질 수 있다는 것입니다. 정밀도가 매우 중요합니다.
또 다른 장점은, 적외선 배열은 부피가 큰 난방 장치보다 훨씬 적은 공간을 차지한다는 것입니다. 게다가, 냉각이 필요할 때도 공정을 더 잘 제어할 수 있습니다.
단점
물론 모든 것이 순조롭지는 않습니다. 이러한 시스템은 많은 열을 방출하기 때문입니다. 그냥 오래된 장비에 적외선 장비를 설치해서는 안 됩니다. 주변 온도가 너무 높아지지 않도록 적절한 냉각 장치가 필요합니다. 냉각 시스템에 문제가 생기면 램프가 금방 고장 날 수 있습니다.
그리고 물론 비용 문제도 있습니다. 컨트롤러와 보호 장치를 설치하는 데는 기본적인 저항식 난방 장치보다 더 많은 비용이 듭니다. 하지만 초기 투자 비용을 감수하더라도, 월간 전력 비용을 줄이고 더 효율적인 실험실을 만들 수 있다는 점에서 우리는 이 방식을 기꺼이 선택합니다.