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단일벽 탄소나노튜브(Single walled carbon nanotube : SWCNT)는 전기방전법, 레이저기화법, HiPCO, eDIPS, Floating catalyst 순으로 발전해왔습니다. 현재는 eDIPS를 포함하는 Floating catalyst 방법만이 상용화에 성공하였으며, 러시아(러-우 전쟁 후 룩셈부르크로 이전)와 중국에서만 소규모 양산이 이루어지고 있다. 이큐브머티리얼즈는 Floating catalyst 방식에 의한 SWCNT 개발을 꾸준히 진행해왔으며, 2025년에는 그 성과로 수평 CVD 방식의 FC-CVD장치를 자체 개발하여 고품질의 SWCNT를 선보이고, 최근에는 분산용 SWCNT 공급을 시작하였습니다.
일반적인 CNT합성 CVD가 촉매를 분말이나 기판에 부착시키고 가스를 분해하여 고정촉매에서 CNT를 합성하는 반면, FC-CVD는 촉매를 기화시켜서 나노클러스터로 만들고 부유된 촉매에서 CNT가 자라며 반응기를 빠져나오도록 만든 연속형 CNT 합성장치입니다. 이 방식은 생산속도는 느리지만 SWCNT를 고품질로 합성할 수 있다는 큰 장점이 있습니다.
그동안 국내에서 개발된 SWCNT 합성 FC-CVD장치는 연구기관과 대학에서 개발한 장비로 연구용에 적합한 낮은 생산성을 가진 장비들이었습니다. 이에 이큐브머터리얼즈는 SWCNT의 생산성을 높이고 품질을 균일하게 할 수 있는 특별한 구조의 수평형 FC-CVD를 자체 개발하였습니다. 특히, 촉매 주입속도를 올리는 신기술을 개발하여 단위체적 당 생산속도를 기존 대비 7배 향상시켰습니다.
이큐브머티리얼즈는 상향식 수직형 합성장치, 하향식 수직형 합성장치 등을 개발 단계에서 시험하였으나, 챔버의 열기가 위로 올라가는 문제로 인해 노즐의 가열과 막힘, 상부 회전기류에 의한 불량 발생, 중앙과 외곽 가스흐름 차이에 의한 불량 발생 등의 문제를 겪었습니다. 특히, 수직형에서 1회 시험 후 긴 냉각 시간을 기다리는건 큰 손실이었습니다. 우리는 이에 실험을 좀 더 빠르고 안정적으로 진행하기 위해 수평회전식 SWCNT 합성장치를 개발하여 사용하게 되었습니다. (특허 출원) 수평형은 반응부는 1300도지만 주입노즐 온도는 낮게 유지할 수 있고, 반응부 800도의 높은 온도에서도 샘플을 회수할 수 있어서 단시간에 많은 실험을 할 수 있는 장점이 있습니다. 우리는 이를 통해 1년만에 경쟁사들 보다 7배 높은 단위체적 당 생산속도를 개발할 수 있었습니다.
신규 개발 장비를 사용하여 합성한 SWCNT는 순도 65%에 IG/ID = 45로 만들어지고 있습니다. 이는 경쟁사 대비 촉매 함량이 10%나 높은 것으로 생산에 치명적인 단점으로 보일 수 있으나, 우리는 촉매를 과량으로 집어넣고도 고품질의 SWCNT만 합성되게 하는 공정기술을 개발하여 과량의 촉매로 대량의 SWCNT를 만드는 방법을 발전시키고 있습니다. 우리는 이런 기술개발을 통해 경쟁사 보다 7배 높은 SWCNT 생산속도를 확보하였고, 경쟁사 보다 가격 경쟁력을 30% 이상 높였습니다.
이큐브머티리얼즈는 연간 550kg 생산장치를 개발하고 있으며, 27년도에는 10대를 모듈화하여 연간 5.5톤 생산량을 달성할 계획입니다.
