안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
탄소나노튜브의 화학적 성질은 탄소 원자들이 sp2 혼성 결합으로 이루어진 육각형 벌집 구조와, 이를 원통형으로 말았을 때 생기는 곡율에 의해 결정됩니다. 그 특징에 대해 자세히 설명해 드릴게요.
탄소나노튜브는 강한 sp2 공유 결합을 형성하고 있어 기본적으로 강산, 강염기, 일반적인 유기 용매에 쉽게 부식되거나 반응하지 않는 높은 화학적 안정성을 가지며, 평면 구조인 그래핀과 달리 강제로 굽혀진 원통 구조를 가지므로 결합 각도에 변형이 존재합니다. 지름이 얇을수록 곡률이 커져 전자 밀도 불균형이 생기며, 이로 인해 평면 흑연보다 화학 반응에 참여하기 용이해집니다. 특히 튜브의 양 끝단과 구조적 결함 부위의 반응성이 가장 높습니다. 또한, 순수한 상태의 탄소나노튜브는 강한 반데르발스 힘으로 인해 서로 뭉치는 성질이 강하고, 물이나 유기 용매에 녹지 않는 극도의 비극성을 띱니다. 그러나 표면 기능화를 거치면 극성 유기용매나 물에도 잘 분산되는 성질로 변합니다.
이외에도 공기 중에서 약 400~600°C 이상의 고온에 노출되면 산소와 반응하여 이산화탄소 가스로 산화되어 사라집니다. 이러한 산화 특성의 차이를 이용해 합성 과정에서 섞인 무정형 탄소나 금속 촉매 잔여물을 제거합니다.