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금속전구체 및 유기물을 포함하는 금속전구체-유기물 나노섬유를 형성하는 단계; 및상기 유기물의 탄소가 산화되고, 동시에, 상기 금속전구체가 금속으로 환원되도록 상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 선택적 산화 열처리함으로써, 금속-탄소 나노섬유를 형성하는 단계;를 포함하고,상기 금속은 탄소보다 산화반응성이 낮고, 상기 선택적 산화 열처리는 복수의 열처리 단계가 아닌 하나의 열처리 단계로 수행되며,상기 선택적 산화 열처리가 수행되는 산소분압 및/또는 시간에 따라 서로 상이한 구조를 가지는 금속-탄소 나노섬유를 형성할 수 있는, 금속-탄소 나노섬유의 제조방법
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제 1 항에 있어서,상기 금속은 탄소보다 산화 반응성이 낮은 금속인 구리, 니켈, 코발트 ,철 또는 은을 포함하는, 금속-탄소 나노섬유의 제조방법
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제 1 항에 있어서,상기 선택적 산화 열처리는 제 1 산소분압 내지 제 2 산소분압의 분위기에서 수행되며, 상기 제 1 산소분압보다 낮은 산소분압의 분위기에서 상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 열처리하는 경우, 상기 금속전구체의 금속이 환원되고 상기 유기물의 탄소도 환원되며, 상기 제 2 산소분압보다 높은 산소분압의 분위기에서 상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 열처리하는 경우, 상기 금속전구체의 금속이 산화되고 상기 유기물의 탄소도 산화되는, 금속-탄소 나노섬유의 제조방법
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제 3 항에 있어서,상기 제 1 산소분압 내지 제 2 산소분압의 분위기에서 상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 열처리하는 경우, 상기 금속전구체-유기물 나노섬유 중의 탄소가 산화되고 남은 잔류탄소는 상기 금속-탄소 나노섬유의 구조를 지지할 수 있으며, 상기 제 2 산소분압보다 높은 산소분압의 분위기에서 상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 열처리하는 경우, 상기 금속전구체-유기물 나노섬유 중의 탄소가 산화되고 남은 잔류탄소는 상기 금속-탄소 나노섬유의 구조를 지지할 수 없는, 금속-탄소 나노섬유의 제조방법
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제 3 항에 있어서,상기 선택적 산화 열처리는 상기 제 1 산소분압 이상이고 상기 제 2 산소분압보다 작은 제 3 산소분압 미만의 분위기에서 수행되며, 상기 제 3 산소분압 이상의 산소분압의 분위기에서 상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 열처리하는 경우, 상기 금속전구체-유기물 나노섬유 중의 탄소가 산화되고 남은 잔류탄소의 농도구배에 따른 탄소의 확산에 의하여 상기 금속-탄소 나노섬유의 내부에 중공이 생성되고, 상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 상기 제 1 산소분압 이상 상기 제 3 산소분압 미만의 분위기에서 선택적 산화 열처리함으로써 형성된 상기 금속-탄소 나노섬유는, 중공이 없는 섬유상의 탄소체의 기지 내부와 상기 탄소체의 외면 상에 금속 입자가 고르게 분산 배치된 구조를 가지는, 금속-탄소 나노섬유의 제조방법
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제 5 항에 있어서,상기 선택적 산화 열처리는 상기 제 3 산소분압 이상이고 상기 제 2 산소분압보다 작은 제 4 산소분압 미만의 분위기에서 수행되며, 상기 제 4 산소분압 이상의 산소분압의 분위기에서 상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 열처리하는 경우, 상기 금속전구체-유기물 나노섬유 중의 탄소가 산화되고 남은 잔류탄소의 농도구배에 의하여 상기 금속-탄소 나노섬유의 내부에 중공이 생성되고, 상기 금속-탄소 나노섬유 중의 금속은 상기 금속-탄소 나노섬유의 코어 뿐만 아니라 외면으로도 확산되고, 상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 상기 제 3 산소분압 이상 상기 제 4 산소분압 미만의 분위기에서 선택적 산화 열처리함으로써 형성된 상기 금속-탄소 나노섬유는, 금속 입자가 상기 코어를 형성하고 탄소가 상기 금속 입자를 둘러싸는 쉘을 형성하는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가지는, 금속-탄소 나노섬유의 제조방법
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제 6 항에 있어서,상기 선택적 산화 열처리는 상기 제 4 산소분압 이상이고 상기 제 2 산소분압보다 작은 제 5 산소분압 미만의 분위기에서 수행되며, 상기 제 5 산소분압 이상의 산소분압의 분위기에서 상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 열처리하는 경우, 상기 금속전구체-유기물 나노섬유 중의 탄소가 산화되고 남은 잔류탄소의 농도구배에 의하여 상기 금속-탄소 나노섬유의 내부에 중공이 생성되고, 상기 금속-탄소 나노섬유의 외면의 일부는 두께가 얇아져 파열(rupture)되며, 상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 상기 제 4 산소분압 이상 상기 제 5 산소분압 미만의 분위기에서 선택적 산화 열처리함으로써 형성된 상기 금속-탄소 나노섬유는, 금속 입자가 상기 중공을 한정하는 튜브 형상의 탄소체의 기지 내부와 상기 탄소체의 외면 상과 상기 중공 내에 분산 배치된 구조를 가지는, 금속-탄소 나노섬유의 제조방법
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제 7 항에 있어서,상기 선택적 산화 열처리는 상기 제 5 산소분압 이상이고 상기 제 2 산소분압 이하인 분위기에서 수행되며, 상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 상기 제 5 산소분압 이상 상기 제 2 산소분압 이하의 분위기에서 선택적 산화 열처리함으로써 상기 금속전구체-유기물 나노섬유 중의 탄소가 산화되고 남은 잔류탄소의 농도구배에 의하여 상기 금속-탄소 나노섬유의 내부에 중공이 생성되고, 상기 금속-탄소 나노섬유의 외면의 일부는 두께가 얇아져 파열(rupture)되어 탄소체의 외면과 중공 내에 금속이 분산된 구조를 가지는, 금속-탄소 나노섬유의 제조방법
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제 1 항에 있어서,상기 선택적 산화 열처리가 수행되는 시간에 따라, 중공이 없는 섬유상의 탄소체의 기지 내부와 상기 탄소체의 외면 상에 상기 금속이 고르게 분산 배치된 구조; 상기 금속이 코어를 형성하고 탄소가 상기 금속을 둘러싸는 쉘을 형성하는 코어-쉘(core-shell) 구조;중공을 한정하는 튜브 형상의 탄소체의 기지 내부와 상기 탄소체의 외면 상과 상기 중공 내에 상기 금속이 분산 배치된 구조; 및나노섬유의 내부에 중공이 생성되고, 금속-탄소 나노섬유의 외면의 일부는 두께가 얇아져 파열(rupture)되어 탄소체의 외면과 중공 내에 상기 금속이 분산 배치된 구조;가 순차적으로 형성되는, 금속-탄소 나노섬유의 제조방법
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제 9 항에 있어서,상기 선택적 산화 열처리가 수행되는 동안 상기 산소분압은 일정한, 금속-탄소 나노섬유의 제조방법
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제 1 항에 있어서,상기 금속전구체는 구리전구체인 구리아세테이트(Cu(CH3COO)2)를 포함하고, 상기 유기물은 구리아세테이트와 수소 결합을 형성하는 폴리비닐알콜(PVA, poly vinyl alcohol)을 포함하는, 금속-탄소 나노섬유의 제조방법
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제 11 항에 있어서,상기 유기물의 탄소가 산화되고, 동시에, 상기 금속전구체가 금속으로 환원되도록 상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 선택적 산화 열처리함으로써, 금속-탄소 나노섬유를 형성하는 단계는,상기 구리전구체의 아세테이트 작용기로부터, 상기 선택적 산화 열처리에 의하여, 발생한 일산화탄소(CO)를 환원제로 하여 상기 구리전구체를 구리로 자가환원(Auto-reduction)하는 단계를 포함하는, 금속-탄소 나노섬유의 제조방법
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제 1 항에 있어서,상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 선택적 산화 열처리함으로써 금속-탄소 나노섬유를 형성하는 단계는, 상기 금속전구체-유기물 나노섬유를 구성하는 탄소의 일부를 열분해(pyrolysis)가 아닌 연소(combustion)로 분해하는 단계를 포함하는, 금속-탄소 나노섬유의 제조방법
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