1: PAL SNU, 2: 강원대, 신소재공학과||2009||||KAPRA||||||임선택1, 조정현1, 허성렬1, 정구환2, 김곤호1||Korea||플라즈마 이온 조사에 의해 수직 합성된 다중벽 탄소나노튜브가 원뿔형 팁이 될 수 있으며[1] 원뿔형 탄소나노튜브 팁은 기존의 구조적, 기계적 성질의 향상과 더불어 향상된 전계방출 능력을 가질 것으로 기대되어 이를 X-선원, 전계방출디스플레이(FED), 유기발광다이오드(OLED) 백라이트 등의 전자빔원으로 적용하기 위한  연구가 진행되고 있다. 따라서 향상된 전계방출을 위한 원뿔형 탄소나노튜브 팁의 형상 제어를 위하여 원뿔형 탄소나노튜브 팁이 생성되는 메커니즘과 조사되는 플라즈마 이온의 역할에 대해서 이해하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 입사되는 이온의 에너지, 조사량, 입자종을 독립적으로 조절하여 원뿔형 탄소나노튜브 팁이 생성되는 메커니즘과 이온의 역할을 밝혀내었다. 70 eV의 이온 에너지, 7.6 x 1016 cm-2의 조사량에서 산소, 질소, 수소, 알곤 플라즈마 이온 조사를 독립적으로 수행하였고 전자주사현미경(SEM)과 X-선 광전자 분광기(XPS)를 통해 산소 또는 질소 플라즈마 이온 조사에서 원뿔형 탄소나노튜브 팁이 생성되었으며 산소와 질소가 원뿔형 탄소나노튜브 팁 윗면에 흡착되어 있음이 관찰되었다. 이로부터 산소 또는 질소 플라즈마 이온 조사 시에 탄소나노튜브 끝단에 생성되는 C-O, C-N 등의 결합에 의한 향상된 유도 쌍극자와 쉬스 전기장에 의해 탄소나노튜브 끝단이 모여 원뿔형 탄소나노튜브 팁이 생성됨을 밝혀내었다. XPS 결과를 통하여 산소가 탄소나노튜브에 흡착되기 쉬워 질소 이온 조사에 의한 C-N 결합보다 C-O 결합의 세기가 크고 개수가 많아 유도 쌍극자의 크기가 클 것임을 유추하였고 이는 산소 이온 조사에 의한 원뿔형 탄소나노튜브 팁의 직경과 높이가 질소 이온 조사보다 큰 것으로 증명되었다. 산소 플라즈마 이온 조사에서 이온의 에너지 조절에 의한 쉬스 전기장 조절과 조사량 조절을 독립적으로 수행하여 원뿔형 팁의 직경 및 높이가 쉬스 전기장 및 조사량에 따라 증가하는 것을 보였고 이로부터 입사하는 이온의 입자종, 쉬스 전기장 및 조사량 조절을 통하여 원뿔형 팁의 형상 제어가 가능함을 보였다.
[1] Y. Liu et al., Diamond & Related Materials 13, 1609 (2004)