Abstract

Carbon coils could be synthesized on nickel catalyst layer-deposited silicon oxide substrate using $C_2H_2$ and $H_2$ as source gases and SF6 as an additive gas under thermal chemical vapor deposition system. The geometries of as-grown carbon materials were investigated with increasing the reaction temperature as the increment of $25^{\circ}C$ from $650^{\circ}C$ up to $800^{\circ}C$. At $650^{\circ}C$, the embryos for carbon coils were formed. With increasing the reaction temperature to $700^{\circ}C$, the coil-type geometries were developed. Further increasing the reaction temperature to $775^{\circ}C$, the development of wave-like nano-sized coils, instead of nano-sized coils, and occasional appearance of micro-sized carbon coils could be observed. Fluorine in $SF_6$ additive may shrink the micro-sized coil diameter via the reduction of Ni catalyst size by fluorine's etching role. Finally, the preparation of the micro-sized carbon coils having the smaller coil diameters, compared with the previously reported ones, could be possible using $SF_6$ additive.

니켈촉매 막을 증착시킨 산화규소 기판위에 아세틸렌기체와 수소기체를 원료로, 육불화황기체를 첨가기체로 열화학기상증착 시스템하에서 탄소코일을 증착하였다. 반응온도를 $650^{\circ}C$에서 $800^{\circ}C$까지 증가시키면서 증착된 탄소 코일의 기하구조를 조사하였다. $650^{\circ}C$에서는 주로 탄소나노필라멘트 형성의 전단계가 나타났으며, 반응온도가 증가하자($700^{\circ}C$) 나노 크기의 코일들이 나타났다. $775^{\circ}C$로 반응온도를 더욱 증가시키자, 파도물결과 같은 나노 코일들이 성장되었으며, 간혹 마이크로 크기의 코일들도 나타났다. 육불화황에 첨가된 불소의 에칭효과로 니켈 촉매의 크기를 줄일 수 있을 것으로 여겨지며, 따라서 육불화항 첨가기체의 사용으로 기존에 보고된 것보다 작은 크기의 직경을 갖는 마이크로 탄소 코일을 얻을 수 있었다.

Keywords

• Carbon coil;
• $SF_6$;
• Geometry;
• Reaction temperature;
• Thermal chemical vapor deposition

• 탄소 코일;
• 육불화항;
• 기하구조;
• 반응온도;
• 열화학기상증착;