폴리이 미드 라이트닝 바카라에서 균일하게 탄소 나노 튜브를 성공적으로 분산시킨다

고급 산업 과학 기술 연구소 (Yoshikawa Hiroyuki 회장) (이하 AIST ", 광학 기술 연구 부서 [Watanabe Masanobu) Sakakibara Yoichi 및 Itaya Taro, 최고 연구 부서 인 Yokoy MicaMi MicaMIA와 함께 일할 예정입니다 연구 그룹, Tokumoto en 및 PI Technology Research Institute Co, LtdCarbon Nanotube(CNT)폴리이 미드나노 미터의 균질성 수준에서 라이트닝 바카라로 분산되어 있습니다 (약 10 억 미터)Nanocomposite 재료비선형 광학 장치에 적용될 수있는 우수한 재료임을 밝히기 위해 개발되었습니다

CNT는 광학 통신에 사용되는 파장의 빛포화 흡수성 효과비선형 광학 효과이후 고속으로 표시되며 광학 통신 장치 및 레이저 장치에 적용될 것으로 예상됩니다 그러나, 분말로 인해, 정상적인 CNT 재료는 광학 품질이 좋지 않으며 장치 구조로 처리 할 수 없으므로 광학 장치 개발에 주요 장애물이되었습니다 이 문제를 해결하기 위해 투명성, 내열성, 견고성 및 가공성이 우수한 폴리이 미드 라이트닝 바카라 및 CNT로 만들어진 나노 복합 재료를 개발했습니다 실제로, 우리는 초음파를 사용하여 유기 용매에 CNT를 분산시키고 CNT와 잘 혼합하는 기술을 개발했습니다블록 공중 합체 폴리이 미드라는 특수 폴리이 미드 라이트닝 바카라를 사용하여, 나노 복합 재료를 얻었다

AIST는이 재료를 비선형 광학 장치에 적용하려고 시도했습니다 이 재료의 필름 장치 사용Erbium 이온 도핑 된 섬유 레이저| 펄스 폭은 165fs (femtoseconds)로 매우 짧은 펄스 광을 생성하기 위해 생산되었습니다 이 장치는 탁월한 성능, 재현성, 내구성 및 대량 생산을 가지고있어 실용적으로 사용하기 위해 유망합니다 또한, 고급 마이크로 가공 기술은이 재료를 코어로 사용하여 프로토 타입 광 도파관을 성공적으로 생산했으며, 비선형 광학 장치로서 기능하는 것으로 확인되었다

이 결과는 2006 년 2 월 21 일부터 23 일까지 도쿄 큰 시야에서 개최됩니다Nano Tech2006 (국제 라이트닝 바카라 기술 일반 전시회 및 기술 컨퍼런스) 및 OFC2006 (광섬유 통신 회의)에서 발표됩니다

2001 년 AIST는 도쿄 메트로폴리탄 대학교 및 펨토초 기술 연구소와 협력하여 탄소 라이트닝 바카라 튜브가 광 통신 파장 대역에서 포화 흡수 효과라고하는 비선형 광학 효과를 나타냅니다 이 효과를 사용하는 박막 장치에는 초저 펄스를 진동하는 유망한 레이저가 있음이 밝혀졌습니다 또한 광학 스위치와 같은 광학 통신 장치에 적용될 것으로 예상되며 AIST는 연구 및 개발을 계속하고 있습니다

이러한 광학 장치로 우수한 성능, 재현성, 내구성 및 대량 생산을 제공하려면 고품질 재료를 사용하여 고급 장치 구조를 구성해야합니다 그러나, 고도로 응집력있는 분말로 인해, 일반 CNT 재료의 광학 품질은 매우 열악하고 어떤 형태로도 처리 될 수 없어 광학 장치의 개발에 큰 장애물이되었습니다

이에 대한 유망한 솔루션은 나노 계수 수준의 균질성에서 CNT가 투명한 라이트닝 바카라로 분산되는 나노 복합 재료의 개발이다 이러한 나노 복합 재료는 광학 동질성과 투명성을 가지며 다양한 형태로 처리 될 수 있기 때문입니다 다양한 유형의 라이트닝 바카라 재료가 있지만 광학 장치의 응용 분야에는 투명성, 내열성, 견고성 및 가공성과 같은 다양한 조건이 동시에 있어야합니다 폴리이 미드 라이트닝 바카라는 이들 모두를 만족시키기 때문에 매우 유망한 후보 재료이며, CNT 및 폴리이 미드 라이트닝 바카라를 사용하여 우수한 광학 품질을 갖는 나노 복합 재료의 개발은 중요한 연구 및 개발 문제가되었습니다

PI Giken은 블록 공중 합체 폴리이 미드 (Block Copolymer Polyimide)라는 독특한 폴리이 미드를 개발했으며, RESIST 등의 폴리이 미드에 대한 AIST와 공동 연구의 실적을 기록했습니다 AIST는 PI와의 공동 연구를 수행하고 있습니다 2003 년부터, 품질의 안정성, 분자 설계의 다양성 및 유기 용매의 용해도와 같은 특징은 CNT와 함께 라이트닝 바카라 복합 재료의 사용에 유리합니다

・ 탄소 라이트닝 바카라 튜브 및 폴리이 미드의 라이트닝 바카라 복합 재료

라이트닝 바카라 기반 나노 복합 재료를 생성하는 방법으로서, 필러 (분산 물질)가 용매에 먼저 분산되는 방법이 있으며, 라이트닝 바카라는 또한 동일한 용매에 용해되고, 두 용액을 혼합 한 후, 용매가 증발된다 이 경우 먼저 용매에서 필러를 나노 미터 크기로 분산시키는 기술을 설정해야합니다 일반적으로 고품질 나노 복합 재료를 제조하기는 쉽지 않으며 나노 기술 분야의 최첨단 연구 주제 중 하나가되었습니다 이는 충전제가 나노 미터 크기가되면 총 표면적이 빠르게 증가하고 충전제와 배지 사이의 계면 에너지가 증가하고, 충전제가 집합 될 때 종종 더 안정적이며 매체에서 분리되기 때문입니다 따라서, 필러 및 라이트닝 바카라의 분리가 발생하지 않도록 적절한 필러 재료와 라이트닝 바카라 재료를 결합해야합니다

CNT는 매우 강한 응집 특성을 가지므로 전통적으로 용매에서 나노 미터 크기로 분산하기가 어려웠지만 최근에는 CNT를 수성 계면 활성제 용액과 혼합하고 강력한 초음파 파도를 적용함으로써 응집을 풀고 물에 분산시키기 위해 기술이 개발되었습니다 그러나, 폴리이 미드 라이트닝 바카라는 물에 용해되지 않기 때문에,이를 용해시키는 유기 용매에 폴리이 미드 라이트닝 바카라를 분산시키는 방법을 개발할 필요가 있었다 이번에, 비 이온 성 계면 활성제는 폴리이 미드 라이트닝 바카라를위한 용매로서 종종 사용되는 아미드 기반 유기 용매에 첨가되었고, 초음파 파를도 1에 도시 된 바와 같이 CNT에 적용 하였다 1

그림 1 유기 용매에 분산 된 CNT

이 CNT가 블록 공중합 폴리이 미드의 용액으로 분산되는 용액을 혼합하면 CNT의 응집 분리를 유발하지 않는 매우 안정적인 용액을 제공합니다 이 용액으로부터 유기 용매를 증발 시켰을 때,도 1에 도시 된 바와 같이 우수한 광학 균질성을 갖는 고품질 투명 필름 고품질 분산을 유지하면서 2가 생산되었습니다 필름의 오른쪽보기는 준비된 필름의 광학 현미경 사진입니다 이 현미경은 최대 약 500 라이트닝 바카라 미터를 식별 할 수 있지만,이 사진에서는 아무것도 보이지 않아 광학 품질이 높습니다 이 필름의 CNT의 대부분은 각각 분리에 의해 분리 된 상태에서 분산 된 것으로 확인되었다

그림 2 광학적으로 균질 한 필름 왼쪽에는 통치자의 영화 사진이 있습니다 오른쪽의 결과는 높은 배율 광학 현미경의 관측치입니다 당신이 아무것도 볼 수 없다는 사실은 높은 광학 품질을 나타냅니다

이러한 우수한 CNT 및 폴리이 미드 라이트닝 바카라 복합 재료가 얻어 졌기 때문에, AIST는이 물질을 비선형 광학 장치에 적용하려고 시도했다

이 재료로 만든 필름 장치를 사용하여 Erbium 이온 도핑 된 섬유 레이저에서 펄스 폭이 165fs로 매우 짧은 펄스 광을 생성 할 수있었습니다 이 유형의 레이저로 달성 할 수있는 한계보다 짧습니다 이러한 매우 짧은 펄스 라이트가 생성 될 수있는 이유 중 하나는 CNT가 나노 미터 크기로 균질하게 분포되어 광 산란으로 인한 장치 손실이 낮기 때문입니다 또한,이 유형의 레이저는 흡수 된 빛의 에너지가 열 에너지로 변환되기 때문에 장치가 온도를 증가시킬 수 있지만, 폴리이 미드라는 열 내성 라이트닝 바카라가 사용되기 때문에 안정적인 작동이 계속 될 수 있습니다 또한,이 재료를 사용하는 장치는 재현성과 대량 생산이 우수하기 때문에 실제적인 사용에서 매우 유망합니다

또한, 고급 미세 가공 기술을 적용함으로써, 우리는이 자료를 핵심으로 사용하여 프로토 타입 광 도파관을 성공적으로 생산했습니다 광 도파관은도 1에 도시 된 바와 같이 클래딩 부분이라고 불리는 것보다 더 낮은 굴절률을 갖는 코어 부분이라고 불리는 높은 굴절률을 갖는 길쭉한 영역을 덮어 긴 거리에 대해 전파되는 장치이다 3 구속에 의해 광강이 증가 할 수 있기 때문에, 높은 광도가 필요한 비선형 광학 장치에 적합하며 차세대 초고속 광학 통신 시스템에 사용되는 광학 스위치 및 광학 노이즈 감소 장치에 적용될 것으로 예상됩니다 실제로 이러한 미세 구조 장치를 생성하기 위해서는 코어가 마이크로 미터 수준의 작업성을 갖기 위해 사용되는 비선형 광학 재료가 필요하며, CNT를 린 농도, 높은 투명성 및 내열성으로 균일하게 분산시키는 능력이 필요합니다 이번에 성공적으로 개발 된 CNT 및 폴리이 미드의 라이트닝 바카라 복합 재료는 이러한 요구 사항을 충족시키는 우수한 재료입니다 실제로, 반도체 처리에 사용되는 리소그래피 공정을 사용 하고이 재료에 미세 처리를 적용함으로써,도 1에 도시 된 바와 같이 프로토 타입 광 도파관 구조를 생성 할 수 있었다 4 또한 IT가 비선형 광학 장치로 기능한다는 것이 확인되었으며,이 재료는 비선형 광 도파관 장치에도 우수하다는 것이 입증되었다

그림 3 광 도파관 장치의 개략도

그림 4 프로토 타입 도파관 장치의 단면

AIST는 이번에 성공적으로 개발 된 CNT 및 폴리이 미드 라이트닝 바카라 복합 재료를 사용하여 비선형 광학 장치의 성능을 향상시키기 위해 노력하고 있습니다 또한,이 물질은 또한 CNT의 분산 농도를 증가시켜 항성 물질로 사용될 수 있지만, 폴리이 미드의 내열성 및 기계적 강인성을 이용하는 응용 분야에 대해 탐색되고있다

◆ Carbon Nanotube

육각형 메쉬 같은 모양으로 카본 원자가 늘어선 물질은 관형 구조를 형성하기 위해 주위를 감싸는 물질 라이트닝 바카라 기술의 대표 자료로 주목을 받고 있습니다 단일 튜브가있는 단일 벽 탄소 라이트닝 바카라 튜브와 다중 튜브가 겹치는 다중 벽 탄소 라이트닝 바카라 튜브가 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ Polyimide

분자 내에서 반복 된 구조 단위로 Imide 그룹이라는 화학 구조를 갖는 폴리머에 대한 일반적인 용어 일반적인 화학 공식은 아래 다이어그램에 나와 있습니다 넓은 온도 범위에 걸쳐 우수한 내열성과 물리적 특성의 변화가 거의 없기 때문에 응용 분야는 항공 우주에서 전자 및 광학 통신 필드로 확장되며 유연한 인쇄 회로 보드, 반도체 장착 용 필름, 차량 및 산업 모터 용 코일 절연체에 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ Nanocomposite 재료

라이트닝 바카라 미터 크기의 초저 입자가 배지에 분산되는 복합 재료 라이트닝 바카라 미터 크기의 입자는 광 산란을 줄이고 흐린 재료는 투명 해집니다 또한, 소량의 첨가는 기계적 강도 및 열적 특성을 향상시킬 수 있으며 전기 전도성을 부여 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 포화 흡수 효과

빛 강도가 증가 할 때 물질의 성능 (광 흡수 계수)을 감소시키는 효과는 빛을 흡수합니다 최소한 투명 해집니다[참조로 돌아 가기]

◆ 비 라인 광학 효과

광도를 증가시키는 효과는 굴절률 및 광 흡수 계수와 같은 재료의 광학적 특성을 변화시키는 효과[참조로 돌아 가기]

◆ Block Copolymer Polyimide

분자 내의 반복 구조 단위로서 아래 다이어그램에 도시 된 바와 같이 화학 구조를 갖는 폴리이 미드 아르 자형₁및 r₁' 그리고 r₂및 r₂' 각각 다른 종입니다 블록 공중 합체 폴리이 미드에서, N과 M의 수가 일정하다는 것을 반복한다 이러한 공중 합체를 사용함으로써, 기능화를 결합하고 유기 용매에이를 화학 종에 의해 공유되는 기능을 용이하게 할 수있다 일반적으로, 합성 반응의 제한으로 인해 N 및 M이 무작위로 변하는 무작위 공중 합체만이 수득 될 수 있지만, 블록 공중 합체 폴리이 미드는 특수 합성 반응을 사용함으로써 블록 공중 합체로 제조된다는 사실을 특징으로한다[참조로 돌아 가기]

◆ Erbium 이온 도핑 섬유 레이저

희토류 요소의 이온은 약 15 µm의 파장 밴드에서 형광을 생성하는 특성을 갖는다 에르 비움 도핑 된 광섬유는 소량의 에르 비움 이온을 함유하는 광섬유이다 이에 적절한 여기 빛이 발생할 때, 형광은 Erbium 이온의 증가 된 에너지 상태에 의해 생성된다 펌핑 광 강도가 큰 경우 레이저 작동을 수행 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]