KR20050079151A - Mass production method for nano-crystal metallic oxide by using ultrasonic spraying heating method - Google Patents

Mass production method for nano-crystal metallic oxide by using ultrasonic spraying heating method Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속염을 이용하여 상기 금속의 산화물을 나노결정 크기로 대량생산하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 (1) 금속염 용액과 연료를 혼합하는 단계 (제 1 단계), (2) 상기 제 1 단계에서 혼합된 용액을 캐리어 가스와 함께 초음파분무하는 단계 (제 2 단계), (3) 분무된 용액을 고온의 반응구역에서 일정시간 반응시키는 단계 (제 3 단계) 및 (4) 반응구역에서 반응된 결과 생성된 분말을 수거하는 단계 (제 4 단계) 로 이루어지며 각 단계를 순차적으로 시행하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for mass-producing oxides of the metals in nanocrystalline size using metal salts, specifically (1) mixing a metal salt solution and a fuel (first step), (2) the first Ultrasonic spraying the mixed solution with the carrier gas (step 2), (3) reacting the sprayed solution in a high temperature reaction zone for a predetermined time (step 3) and (4) reaction in the reaction zone Collecting the resulting powder (fourth step) and characterized in that to perform each step sequentially.

본 발명에 의할 경우 응집이 적고 형상이 구형인 나노결정 크기의 분말을 대량생산가능하다.According to the present invention, it is possible to mass-produce nanocrystal-sized powders with less aggregation and spherical shape.

Description

초음파분무 연소법을 이용한 나노결정 금속산화물 분말의 대량 제조방법{MASS PRODUCTION METHOD FOR NANO-CRYSTAL METALLIC OXIDE BY USING ULTRASONIC SPRAYING HEATING METHOD}Mass production method of nanocrystalline metal oxide powder using ultrasonic spray combustion method {MASS PRODUCTION METHOD FOR NANO-CRYSTAL METALLIC OXIDE BY USING ULTRASONIC SPRAYING HEATING METHOD}

본 발명은 나노결정 금속산화물분말을 제조하는 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 초음파분무 연소법을 이용하여 금속염 용액으로부터 나노결정 금속산화물 분말을 대량생산하는 방법에 관한 발명이다.The present invention relates to a method for producing a nanocrystalline metal oxide powder, and more particularly, to a method for mass production of nanocrystalline metal oxide powder from a metal salt solution using ultrasonic spray combustion.

과학기술의 진보와 함께 우수한 성능과 기능을 갖는 세라믹스 재료의 개발이 불가피하게 되었는데 이런 세라믹스 재료로는 ZnO, TiO2 등이 대표적이다. 이 재료를 나노크기로 제조하므로써 경도, 인성, 연성과 구조적 특성의 향상과 함께 전자·통신기기 산업분야에서 전기적, 광학적 특성이 증진됨으로 인해서 나노크기의 세라믹스 재료를 제조하고 응용하는데 많은 연구가 되어지고 있지만 나노크기의 세라믹스 재료를 제조하는 것은 실험실 규모에 국한되고 있다.With the advancement of science and technology, the development of ceramic materials with excellent performance and function is inevitable. ZnO and TiO 2 are representative examples of such ceramic materials. The manufacture of nano-sized materials increases the hardness, toughness, ductility and structural properties, as well as the electrical and optical properties in the electronics and telecommunications industry. However, manufacturing nanoscale ceramic materials is limited to laboratory scale.

나노(nano)라는 말은 10억 분의 1에 해당되는 크기를 말한다. The word nano is about one billionth the size.

나노기술(nanotechnology)이란 나노미터 크기의 영역, 즉 원자, 분자 또는 거대분자구조의 수준에서 재료(materials), 장치(devices), 시스템(systems)을 제작하고 활용하는 기술을 포괄적으로 의미한다. 나노기술은 주요 기존 기술을 대체하거나 새로운 산업을 창출하고, 에너지, 환경, 생체, 전산, 우주항공, 재료관련 분야 등에서의 전형적인 과학적 모델들을 변화시킬 잠재력을 가지고 있다. Nanotechnology is a comprehensive description of the technology for fabricating and utilizing materials, devices, and systems at the nanometer scale, ie, at the level of atoms, molecules, or macromolecular structures. Nanotechnology has the potential to replace major existing technologies or create new industries and to change typical scientific models in energy, environment, biotechnology, computing, aerospace and materials.

이 나노재료는 입자가 아주 극히 미세해짐에 따라 일반 분말재료에서는 발현되지 않는 특이한 기계적, 물리적 특성이 나타난다. 즉, 고체 결정질의 경우 화학·물리적 특성은 그 결정만이 갖는 고유한 성질을 가지고 있다. 예를 들면 녹는점, 끓는점, 경도, 강도 및 광학적 특성은 그 물질만이 갖는 고유한 특성인데 결정의 물리·화학적 성질은 결정질의 형태나 크기에 무관하게 그 결정질의 성분과 결정구조에 의해 좌우된다. 하지만, 물질의 크기가 나노 단위로 되면 결정의 크기는 물질의 성질에 대한 변수로 작용된다. 이러한 나노분말은 입자의 크기가 작아질수록 체적특성(bulk property)은 감소하고 표면특성(surface property)이 급격히 증가하기 때문에 재료의 기본 특성인 강도, 자기적, 전기적 특성 및 흡수성, 촉매능, 흡착능 등이 혁신적으로 증가하는 특성이 있어, 재료, 기계, 전기, 전자분야는 물론 촉매, 의학 및 생명공학 등의 각종 산업분야에 걸쳐서 나노분말재료의 응용이 기대된다.As the nanoparticles become extremely fine, they exhibit unusual mechanical and physical properties that are not found in ordinary powder materials. That is, in the case of solid crystalline, the chemical and physical properties have inherent properties only of the crystal. For example, melting point, boiling point, hardness, strength, and optical properties are inherent to the material alone, and the physical and chemical properties of the crystal are dependent on the crystalline composition and crystal structure regardless of the crystalline form or size. . However, when the size of the material is nanoscale, the crystal size acts as a variable for the material's properties. As the particle size decreases, the nanopowder decreases the bulk property and the surface property rapidly, so that the basic properties of the material are strength, magnetic, electrical properties and absorbency, catalytic performance, and adsorption capacity. The innovative properties of the light and the like, the application of nano-powder material is expected in a variety of industries such as materials, mechanical, electrical, electronics as well as catalyst, medicine and biotechnology.

이러한 우수한 표면특성을 가진 나노분말재료의 예로서는 산화아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2), 이산화세륨(CeO2), 탄소나노튜브 등을 들 수 있는데, 본원발명에서 주목하고 있는 나노분말재료는 Zn, Ce 또는 Ti와 같은 금속의 산화물(즉, ZnO, CeO2 또는 TiO2)로 이루어진 것으로, 이들 금속의 염은 물에 용해되어 수용액을 형성할 수 있거나 알콜성 용매에 용해되어 알콕사이드를 형성할 수 있는 것들이다.Examples of the nano powder material having such excellent surface properties include zinc oxide (ZnO), titanium dioxide (TiO 2 ), cerium dioxide (CeO 2 ), carbon nanotubes, and the like. Consisting of oxides of metals such as Zn, Ce or Ti (ie, ZnO, CeO 2 or TiO 2 ), salts of these metals can be dissolved in water to form aqueous solutions or dissolved in alcoholic solvents to form alkoxides That can be.

이중, ZnO 나노분말은 전기적, 열적, 광학적, 촉매 특성이 우수하고, 압전성이 크고 광투과성 및 형광성이 매우 우수한 재료이다. 상기 특성을 이용하여 ZnO는 전자산업 분야에서 varistor, FED 등의 phosphor, 광촉매, UV 반도체 레이저의 gain medium, gas sensor, 태양전지에서 창측재료 등에 적용되고 있으며 또한 도료, 플라스틱, 화장품등의 자외선 차단 및 흡수제등 기타 여러 적용분야에서 사용되어지고 있다. Of these, ZnO nanopowders are excellent in electrical, thermal, optical, and catalytic properties, are piezoelectric, have high light transmittance, and are excellent in fluorescence. ZnO is applied to phosphors, photocatalysts, gain medium of UV semiconductor laser, gas sensor, window material in solar cell, etc. It is used in many other applications such as absorbents.

또한, CeO2는 자동차용 삼원촉매장치, 화학 기계적 평탄화 공정에 유용하게 사용되고 있는 소재로서 그 수요가 점차로 증가되고 있는 추세이다.In addition, CeO 2 is a material that is usefully used in automotive three-way catalysts and chemical mechanical planarization process, the demand is gradually increasing.

TiO2는 최근 각광받고 있는 중요한 나노분말 소재의 하나로서 태양전지, 전자종이, 광촉매 약물전달 시스템 등에서 아주 우수한 특성을 나타내고 있는 소재이다.TiO 2 is one of the important nanopowder materials that has been in the spotlight in recent years, and has excellent properties in solar cells, electronic paper, and photocatalytic drug delivery systems.

상기와 같은 소재의 우수한 특성은 상술하였듯이, 벌크소재일 때에는 그 특성이 발현되지 않으며 나노크기의 미세한 분말일 경우에 구현될 수 있다. 따라서, 상기와 같은 우수한 특성을 가지는 소자를 제조하기 위해서는 우선 나노결정의 금속 산화물 분말을 제조하는 공정의 개발이 필요하다. As described above, the superior properties of the material may not be expressed when the bulk material is formed, and may be implemented in the case of nano-size fine powder. Therefore, in order to manufacture a device having the above excellent characteristics, it is necessary to first develop a process for producing a metal oxide powder of nanocrystals.

이러한 나노결정 금속산화물 분말을 제조하는 방법은 여러가지가 있는데 금속산화물 나노분말로 대표적으로 사용되고 있는 산화아연(ZnO)의 제조법을 예로 들면 프랑스법과 미국법이 있다.There are various methods of manufacturing such nanocrystalline metal oxide powders. Examples of the method of preparing zinc oxide (ZnO), which are typically used as metal oxide nano powders, include French and US methods.

상기 프랑스법은 금속아연을 융해 후 증기화 시키면, 증기 상태에서 공기에 의한 산화되어 ZnO 분말을 얻는 방법이다. 그러나 상기 벙법을 이용하여 입자크기를 100nm 이하로 제조하기 위해서 필요한 분말의 합성반응조건을 조절하는 것이 매우 어렵다는 단점이 있다.The French method is a method of obtaining ZnO powder by melting the zinc zinc after melting and oxidizing with air in the vapor state. However, there is a disadvantage that it is very difficult to control the synthesis reaction conditions of the powder required to prepare the particle size to 100nm or less by using the method.

미국법은 수산화아연이나 탄산아연을 석탄과 환원하여 얻는 제조방법인데 상기 방법에 의하여 ZnO 분말을 제조할 경우 제조되는 분말의 순도가 떨어져 고순도의 분말을 얻기가 매우 힘들다는 단점이 있다. 따라서 나노크기의 ZnO 개발과 관련하여 필수적인 고신뢰성, 고기능성이 순도저하로 인하여 상실되게 되므로 적용이 불가능하다.The US method is a method of obtaining zinc hydroxide or zinc carbonate by reducing coal with a disadvantage that when the ZnO powder is produced by the above method, the powder is very difficult to obtain a high purity powder. Therefore, high reliability and high functionality, which are essential for the development of nanoscale ZnO, are lost due to a decrease in purity and thus are not applicable.

또한, 상기 방법 이외에도 습식법, 졸-겔법, 균일침전법, Sol-gel법, 기상산화법, 분무 열분해법 및 자발착화 연소법과 같은 다양한 방법들이 제시되어 현재 각각의 용도에 맞추어 사용되고 있다.In addition to the above methods, various methods such as a wet method, a sol-gel method, a uniform precipitation method, a Sol-gel method, a gas phase oxidation method, a spray pyrolysis method, and a self-ignition combustion method have been proposed and are currently used for each purpose.

습식법은 ZnSO4 또는 ZnCl2 용액과 Na2CO3 용액과 반응에 의해서 염기성 탄산아연을 석출시켜 여과, 수세한 다음 약 400 로 가열 분해해서 ZnO를 만드는 방법으로 작은 크기의 입자를 만들 수 있다는 장점은 있지만, 분말입자들의 형상이 판상과 봉상으로 불규칙하며 구형의 입자를 만들 수 없다는 단점이 있다.The wet method has the advantage that small particles can be produced by depositing basic zinc carbonate by reaction with ZnSO 4 or ZnCl 2 solution and Na 2 CO 3 solution, filtering, washing with water, and heating to about 400 to make ZnO. However, there are disadvantages in that the shape of the powder particles is irregular in plate and rod shape and cannot make spherical particles.

졸-겔법은 알콕사이드 또는 콜로이드 졸-겔법으로 나누어지며 사용되는 전구체로는 금속유기화합물, 금속무기화합물 그리고 산화물 3종류가 있다. 졸(sol)은 일반적으로 1 ∼ 1000nm 정도의 입자로 van der waals 인력이나 표면 전하에 의해서 침전이 발생하지 않는 분산된 콜로이드 서스펜션을 말한다. 수화 - 축합 (Hydroxylation-condensation)에 의해서 또는 분말상의 입자들이 분산된 분산용매의 제거를 통해서 겔(gel)로 전이된다. 전이란 점성액체로부터 점탄성고체 (visco-elastic solid)로 최종적으로 탄성고체로의 비교적 급격한 변화를 말한다. 이러한 습식화학법을 이용한 나노분말 제조공정을 졸-겔법이라 하고 졸-겔법은 공정상에서 표면이나 계면을 조절함으로써 재료 내에서 발생하는 불균질을 제거하여 우수한 물성의 세라믹스를 얻을 수 있다. 다만, Zinc-chloride로부터 제조된 ZnO 분말은 pH와 온도조건 등의 제어가 까다롭고 입자가 심하게 응집되어 분말의 응용에 한계가 있다.The sol-gel method is divided into alkoxide or colloidal sol-gel method, and there are three kinds of precursors which are metal organic compounds, metal inorganic compounds and oxides. A sol is a dispersed colloidal suspension in which particles of about 1 to 1000 nm are generally not precipitated due to van der waals attraction or surface charge. It is transferred to the gel by hydration-condensation or removal of the dispersed solvent in which the powdery particles are dispersed. Transfer refers to a relatively rapid change from viscous liquid to viscoelastic solid and finally to an elastic solid. The nanopowder manufacturing process using the wet chemistry method is called sol-gel method, and the sol-gel method is capable of obtaining ceramics having excellent physical properties by removing inhomogeneities generated in the material by controlling the surface or interface in the process. However, ZnO powder made from zinc chloride is difficult to control pH and temperature conditions, and the particles are agglomerated severely, which limits the application of the powder.

기상산화법은 CVD 공정의 프리커서(precursor)/캐리어(carrier) 가스의 반응에 의한 금속 및 세라믹 박막 형성공정을 응용한 것으로 미세한 크기의 입자를 얻을 수 있으나 입자들의 형성 및 집적과정에서 응집이 심하게 발생한다는 단점이 있다.The gas phase oxidation method is a metal and ceramic thin film formation process by the reaction of precursor / carrier gas in the CVD process. Fine particles can be obtained, but aggregation occurs severely during the formation and accumulation of particles. The disadvantage is that.

한편, 분무 열분해법은 질산아연염을 미세한 액적상태로 분무하여 가열하면 액적표면에서 순간적으로 용매를 증발시키고 열분해되면서 미세한 구형의 입자를 얻을 수 있으나 열분해를 위해서는 매우 고온에서 분해가 일어나고, 산업적 측면인 회수율면에서 매우 떨어지므로 실험실 규모에서는 가능하지만 대량생산에는 한계가 있는 공정이다. On the other hand, spray pyrolysis can be obtained by spraying zinc nitrate in the form of fine droplets and heating them to instantly evaporate the solvent from the surface of the droplets and pyrolyze to obtain fine spherical particles, but for pyrolysis, decomposition occurs at very high temperatures. It is very low in terms of recovery and therefore possible on a laboratory scale, but has limited production in mass production.

자발착화에 의해 산화물의 합성을 유도하는 자발착화 연소법의 경우에는 금속질산염과 연료를 물에 용해, 가열하여 과량의 수분을 증발시키면서 질산염이 착화제 역할을 하면서 스스로 자발착화됨에 따라 생기는 막대한 발열반응의 열을 이용하여 금속이온과 산소의 반응을 도와주고, 그 결과 중간물질의 생성없이 고순도의 분말을 얻는 공정이다. 하지만 ZnO 분말제조를 위해 일반적인 자발착화 연소법을 적용하는 경우에는 Zn 또는 ZnO의 높은 증기압과 착화 반응 시의 매우 높은 반응열로 인해서 분말의 응집이 심하며 폭발적인 반응으로 인해서 포집이 매우 어렵기 때문에 회수율이 매우 낮아서 대량생산에 적용하기에는 문제점이 많다. In the case of self-ignition combustion, which induces the synthesis of oxides by self-ignition, metal nitrate and fuel are dissolved and heated in water to evaporate excess water, and the nitrate acts as a complexing agent, causing the enormous exothermic reaction. By using heat to help the reaction of metal ions and oxygen, as a result of obtaining a high-purity powder without the formation of intermediates. However, in the case of applying the general self-ignition combustion method for the production of ZnO powder, the recovery rate is very low because of the high vapor pressure of Zn or ZnO and the very high heat of reaction during the complexing reaction, and the collection of the powder is very difficult due to the explosive reaction. There are many problems to apply to mass production.

따라서, 상기에서 볼 수 있듯이 기존의 나노분말을 제조하는 방법은 입자의 크기 및 형상제어, 응집 및 생산성 등에 관한 문제점을 하나 이상을 보유하고 있어 구형의 미세하고 균일한 형상을 가진 나노 분말을 응집이 일어나지 않도록 하면서 대량으로 생산하는 방법에는 적합하지 않다.Therefore, as can be seen above, the conventional method for producing nanopowders has one or more problems related to particle size and shape control, agglomeration, and productivity, thereby agglomerating nanoparticles having a spherical fine and uniform shape. It is not suitable for high volume production without causing it to happen.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 구형의 미세하고 균일한 형상을 가진 나노 분말을 응집이 일어나지 않도록 하면서 대량으로 생산하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a large amount of nano-powder having a spherical fine and uniform shape without causing aggregation to solve the above problems.

본 발명의 또 다른 목적은 간단하고도 신속한 공정을 통하여 고순도의 금속 산화물 나노분말을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a high purity metal oxide nano powder through a simple and rapid process.

본 발명의 또하나의 목적은 기존의 분무 열분해법에서 요구되는 온도보다 훨씬 낮은 온도에서도 금속산화물 나노분말을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for preparing metal oxide nanopowders even at temperatures much lower than those required by conventional spray pyrolysis.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은Characteristic configuration of the present invention for achieving the above object

(1) 금속염 용액과 연료를 혼합하는 단계 (제 1 단계),(1) mixing a metal salt solution and a fuel (first step),

(2) 상기 제 1 단계에서 혼합된 용액을 캐리어 가스(carrier gas)와 함께 초음파 분무하는 단계 (제 2 단계),(2) ultrasonic spraying the solution mixed in the first step together with a carrier gas (second step),

(3) 분무된 용액을 고온의 반응구역에서 일정시간 반응시키는 단계 (제 3 단계), (3) reacting the sprayed solution for a predetermined time in a high temperature reaction zone (third step),

(4) 반응구역에서 반응된 결과 생성된 분말을 수거하는 단계 (제 4 단계) 로 이루어지며 각 단계를 순차적으로 시행하는 것을 특징으로 한다.(4) collecting the powder produced as a result of the reaction in the reaction zone (fourth step), characterized in that to perform each step sequentially.

본 발명은 상기 특징적인 구성에서 설명하였듯이 나노결정 금속산화물의 원료가 되는 금속염 용액에 연료와 대기 또는 산소공급장치에서 공급되는 분위기 중 산소가 반응하여 생성되는 고온의 열을 공급하고 이 열로 인하여 원료의 열분해가 일어난 뒤에 여분의 산소와 열분해된 금속을 산화반응시켜서 분말을 제조하고 이를 회수하는 방법이다. 기존의 분말제조 방법으로는 나노분말 제조가 어렵고 회수율이 매우 낮아서 대량생산이 어려우므로 이런 단점들을 보완하고 회수율을 생산성이 있게 높이기 위해서 상기와 같은 초음파분무 연소법을 이용하였다. 본 발명의 각 단계에 대한 상세한 설명을 이하에서 하기로 한다.As described in the above characteristic configuration, the present invention supplies the high temperature heat generated by the reaction of oxygen in the fuel supplied with the fuel or the atmosphere or the oxygen supply device to the metal salt solution which is the raw material of the nanocrystalline metal oxide, After pyrolysis has occurred, a method of producing powder and recovering the powder by oxidizing excess oxygen and pyrolyzed metal. Conventional powder manufacturing method is difficult to manufacture nano-powder and the recovery rate is very low, so mass production is difficult, so as to compensate for these disadvantages and increase the recovery rate, the ultrasonic spray combustion method as described above was used. Detailed description of each step of the present invention will be described below.

본 발명의 상기 제 1 단계는 반응구역에서 공급되는 열을 낮추고 순간적으로 반응시키기 위하여 연료를 첨가하는 단계로서 원료에 포함된 금속이온을 연료와 결합시키는 단계이다. 상기 원료로서는 금속을 알코올에 용해시켜서 알콕사이드 상태로 만든 용액이나 금속염의 수용액을 사용한다. 이러한 원료의 선택은 금속염이 수용액을 형성할 수 있는가, 아니면 알콕사이드를 형성할 수 있는가에 따라서 정해질 수 있다. 즉, 예를 들면 티타늄과 같은 금속의 염은 물에 접하면 수용액을 만들기보다 수화물을 생성하기 때문에 용액형성이 힘든 반면 알코올에 녹일 경우에는 티타늄 알콕사이드를 형성하여 완전한 용액이 될 수 있다. 상기와 같은 용액을 형성하여야 반응구역 및 연료의 연소반응시에 공급되는 열에 의하여 금속의 열분해가 가능하다. 그러나 Zn 과 같은 경우에는 질산염이 물에 용이하게 용해되어 수용액이 될 수 있으므로 이러한 경우에는 질산염 수용액을 형성시키는 것이 바람직하다. 이때, 금속질산염은 자체로 판매되는 질산염 수용액을 사용하거나 금속 수산화물을 질산수와 반응시켜서 사용하는 것도 가능하다. 알콕사이드를 형성하는 대표적인 금속으로서는 티타늄(Ti)을 들 수 있으며, 수용액을 형성하는 경우는 아연(Zn)이나 세륨(Ce)의 질산염을 들 수 있다. 다만, 알콕사이드 용액을 형성시킬 경우에는 산화제의 역할을 하는 질산 수용액을 소정량 첨가하여야 한다. 또한 연료로서는 아민(-NH2)기 또는 카르복실(-COOH)기를 포함하고 있는 유기화합물이면 된다. 그 예로서는 글리신(CH2-NH2-COOH), 요소, 구연산(citric acid) 등을 들 수 있다.The first step of the present invention is the step of adding fuel to lower the heat supplied from the reaction zone and react instantaneously to combine the metal ions included in the raw material with the fuel. As said raw material, the solution which melt | dissolved metal in alcohol and made it into the alkoxide state, or the aqueous solution of metal salt is used. The choice of such raw materials can be determined depending on whether the metal salt can form an aqueous solution or an alkoxide. That is, a salt of a metal such as titanium, for example, is more difficult to form a solution when it is in contact with water, rather than to form an aqueous solution, but when dissolved in alcohol, a salt of titanium may form a titanium alkoxide to form a complete solution. The above solution should be formed to allow thermal decomposition of the metal by the heat supplied during the combustion reaction of the reaction zone and the fuel. However, in the case of Zn, since nitrate can be easily dissolved in water to form an aqueous solution, it is preferable to form an nitrate aqueous solution in this case. In this case, the metal nitrate may be used by using an aqueous nitrate solution sold by itself or by reacting the metal hydroxide with nitric acid water. Representative metals for forming an alkoxide include titanium (Ti), and in the case of forming an aqueous solution, nitrates of zinc (Zn) or cerium (Ce) may be mentioned. However, when forming an alkoxide solution, a predetermined amount of nitric acid solution that serves as an oxidant should be added. The fuel may be an organic compound containing an amine (-NH 2 ) group or a carboxyl (-COOH) group. Examples thereof include glycine (CH 2 —NH 2 —COOH), urea, citric acid, and the like.

상기 제 1 단계에서는 적당량의 증류수에 금속염을 알콜성 용액에 녹인 연료를 녹인 후 교반기로 충분히 교반하여 금속염 수용액을 제조하고, 연료를 수용액과 혼합하는 것이 바람직하다. 연료의 혼합비는 원료와의 화학양론적 비율을 감안하여 적절하게 선택하는 것이 바람직한데 글리신(glycine, CH2-NH2-COOH)을 사용하는 경우에는 금속염에 대하여 화학양론적 비율(아연질산염을 사용할 경우에는 아연질산염 1 몰 당 1.12몰, 세륨질산염을 사용할 경우에는 세륨질산염 1 몰 당 2.24 몰)의 0.36∼0.63 배(즉, 아연질산염을 원료로 사용하는 경우에는 0.4 내지 0.7 몰, 세륨질산염을 사용하는 경우에는 0.8 내지 1.4 몰)로 혼합하는 것이 바람직하다. 여기서 화학양론적 비율이라 함은 원료와 연료의 산화될 수 있는 원자가와 환원될 수 있는 원자가를 고려하여 계산된 원료 1 몰당 필요한 연료의 몰 수를 말한다. 상기 혼합비율보다 적게 연료를 첨가할 경우에는 발열량이 감소하여 금속산화물의 회수율이 감소하게 되며 반대로 상기 혼합비율보다 많이 연료를 첨가할 경우에는 산소가 과다하게 요구되거나 산소양이 부족하여 분말형성이 되지 않고 바로 액적상태로 떨어지거나 덩어리진 것으로 바로 떨어질 염려가 있다. 이 때, 용액의 교반이 잘 이루어지도록 약간의 가열(30∼50℃)과 교반을 동시에 수행하여야 한다. 유지시간은 약 30분 정도가 적당하다.In the first step, it is preferable to dissolve the fuel dissolved in the alcoholic solution of the metal salt in an appropriate amount of distilled water, and then stir with a stirrer to prepare a metal salt aqueous solution, and mix the fuel with the aqueous solution. The mixing ratio of the fuel is preferably selected in consideration of the stoichiometric ratio with the raw material. When glycine (glycine, CH 2 -NH 2 -COOH) is used, the stoichiometric ratio of the metal salt (zinc nitrate can be used. 1.12 mol per mol of zinc nitrate in the case, 2.24 mol per mol of cerium nitrate in the case of cerium nitrate (that is, 0.4 to 0.7 mol when using nitric acid as a raw material, cerium nitrate If so, it is preferable to mix with 0.8-1.4 mol). Here, the stoichiometric ratio refers to the number of moles of fuel required per mole of raw material calculated by considering the oxidizable and reduced valences of the raw materials and fuel. If the fuel is added less than the mixing ratio, the amount of heat generated decreases, and the recovery rate of the metal oxide is reduced. There is a risk of falling directly into the droplet state or falling into a lump. At this time, slight heating (30-50 ° C.) and agitation should be performed at the same time so that the solution is well stirred. The holding time is about 30 minutes.

나노결정 금속 산화물 분말의 입자 크기는 공급된 금속염의 양에 비례한다. 즉, 금속염의 양이 많으면 열분해되는 금속의 양도 많아지게 되며 이에 따라 산화되어 생성된 산화물의 입도도 커지게 되는 것이다. 이러한 금속염의 동일한 농도하에서는 액적의 크기에 비례하게 된다. 따라서 미세한 크기의 액적을 제조하는 것이 매우 중요하며 이를 구현하기 위하여 상기 제 2 단계에서는 혼합된 용액을 정량펌프를 통해서 초음파분무 발진기로 공급되어 혼합된 용액이 일정하고 미세한 크기의 액적이 일정한 유속으로 초음파분무되도록 하는 것이 필요하다. 이때 분무되는 액적의 크기는 20∼50㎛의 범위의 크기가 바람직하며, 분무되는 액적의 유속은 10∼120 cc/min의 범위가 바람직하다. The particle size of the nanocrystalline metal oxide powder is proportional to the amount of metal salt supplied. In other words, when the amount of the metal salt is large, the amount of the metal that is pyrolyzed is also increased, thereby increasing the particle size of the oxide produced by oxidation. Under the same concentration of this metal salt, it is proportional to the size of the droplets. Therefore, it is very important to prepare droplets of fine size, and to realize this, in the second step, the mixed solution is supplied to the ultrasonic atomizer via a metering pump, so that the mixed solution is ultrasonically at a constant flow rate with constant and fine droplets. It is necessary to be sprayed. At this time, the size of the sprayed droplets is preferably in the range of 20 to 50㎛, the flow rate of the sprayed droplets is preferably in the range of 10 to 120 cc / min.

이 때, 본 발명에 의하여 제조되는 나노결정은 산화물이므로 초음파 분무시에 캐리어 가스로서 산소의 공급원인 공기 또는 산소기체를 공급할 필요가 있다. 유입되는 공기의 양을 조절하기 위해서도 초음파분무건에 연결된 공기 또는 산소주입구에 니들밸브를 장착하여 조절하는 것이 바람직하다. At this time, since the nanocrystal produced by the present invention is an oxide, it is necessary to supply air or oxygen gas, which is a source of oxygen, as a carrier gas during ultrasonic spraying. In order to control the amount of air introduced, it is preferable to adjust the needle valve to the air or oxygen inlet connected to the ultrasonic spray gun.

본 발명의 상기 제 3 단계는 혼합된 용액과 분위기 중의 산소가 반응하여 착화됨과 동시에 고열을 발생하여 용액 중 금속염의 열분해 및 산화반응이 일어나는 단계이다. 본 발명은 분무 열분해법과는 달리 연료를 용액과 혼합하여 분무된 액적이 자발적으로 착화되어 열분해 반응에 필요한 열을 공급하는 방법으로서 분무 열분해법에서처럼 반응구역에 높은 온도를 유지할 필요는 없다. 따라서 적절한 온도 범위만 유지하면 되는데 본 발명에 따른 방법에서는 반응구역의 온도를 500∼700℃로 유지하면 충분하다. 이러한 온도는 기존의 분무열분해법에서 요구되던 온도이던 1000℃이상보다 훨씬 낮은 온도로써 본 발명에 의한 방법을 실현하는 장치의 내구성을 향상시키고 또한 반응관등의 부품을 저온에서 사용가능한 저렴한 부품으로 대체하는 것이 가능하도록 한다. 또한, 용액으로 열공급 효율을 높이고 분말이 가능한한 오랜 시간동안 반응구역내에 체류하게 하기 위하여 반응구역은 수직의 관상체 반응관으로 이루어지는 것이 바람직하다.The third step of the present invention is a step in which the mixed solution and oxygen in the atmosphere react with each other to complex and generate high heat to thermally decompose and oxidize the metal salt in the solution. Unlike spray pyrolysis, the present invention is a method of spontaneously igniting droplets by mixing fuel with a solution to supply heat required for a pyrolysis reaction, and does not need to maintain a high temperature in the reaction zone as in spray pyrolysis. Therefore, only an appropriate temperature range needs to be maintained, but in the method according to the present invention, it is sufficient to maintain the temperature of the reaction zone at 500 to 700 ° C. This temperature is much lower than 1000 ° C., which is the temperature required by the conventional spray pyrolysis method, which improves the durability of the device realizing the method of the present invention and replaces components such as reaction tubes with inexpensive parts that can be used at low temperatures. Make it possible. It is also preferred that the reaction zone consists of a vertical tubular reaction tube in order to increase the heat supply efficiency with the solution and to keep the powder in the reaction zone for as long as possible.

제 4 단계는 제 3 단계에서 생성된 나노분말을 포집하는 단계로서, 분말의 포집은 나노분말의 입도가 매우 작아서 회수가 어려우므로 특별한 조치가 필요하다. 우선 반응구역을 통과하는 나노분말을 분위기중의 공기와 함께 흡입한 후 흡입되는 분말의 이동 경로 중에 필터(SUS-filter, HEPA-filter등)를 설치하여 회수하는 것이 바람직하다. The fourth step is to collect the nano-powder produced in the third step, the powder is collected is very small particle size of the nano-powder is difficult to recover, so special measures are required. First, it is preferable to inhale the nano powder passing through the reaction zone together with the air in the atmosphere and to collect and recover a filter (SUS-filter, HEPA-filter, etc.) in the moving path of the sucked powder.

각 단계의 과정을 실시하는 동안 로 내부는 완전히 밀폐시키는 것이 바람직하다. 그 이유는 로 상부에 초음파분무건 등을 설치하기 위하여 초음파 분무건등이 장착된 덮개를 설치하게 되는데 이때 로와 덮개가 완전히 밀폐되지 않을 경우 로와 덮개의 틈새로 대기중의 공기가 압력차이 등의 이유로 흡입될 수 있는데, 흡입된 공기가 로 내부의 층류(laminar flow) 흐름에 영향을 주어 난류(turbulent flow)로 변화되게 하는데 이로 인하여 초음파에 의해 분무된 미세액적들이 서로 충돌하여 거대액적으로 변화고 생성되는 분말도 조대화 될 우려가 있기 때문이다.It is advisable to seal the inside of the furnace completely during each step. The reason for this is that a cover equipped with an ultrasonic spray gun is installed to install an ultrasonic spray gun on the upper part of the furnace.In this case, if the furnace and the cover are not completely sealed, air pressure in the atmosphere is increased due to the gap between the furnace and the cover. This can be inhaled for the reason that the inhaled air affects the laminar flow flow inside the furnace, causing it to turn into turbulent flow, which causes the microdroplets sprayed by the ultrasonic waves to collide with each other. This is because there is a risk of coarsening of the resulting powder.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 유리한 효과를 관찰한 결과를 나타내었다. Hereinafter, the results of observing the advantageous effect of the present invention through a preferred embodiment of the present invention.

단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로, 본 발명의 내용이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the examples.

(실시예)(Example)

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 우선 제 1 단계 과정으로 자발착화연소반응을 위한 전구용액(100)을 제조하였는데 전구용액으로는 산화제인 아연질산염(Zn(NO3)2) 수용액을 사용하고 연료로는 글리신을 사용하였다. 상기의 전구용액을 제조하기 위하여 증류수에 아연질산염(Zn(NO3)2·6H2O)과 연료를 녹인 후에 교반과 가열을 동시에 수행한 후에 정량 펌프(90)를 이용하여 혼합된 용액을 수직노 위에 장착된 초음파분무 발진기(80)로 공급하였다. 이때 사용되는 증류수의 양은 큰 제한이 없으며 다만 아연질산염이 완전히 용해될 수 있고 그리고 혼합된 용액이 정량펌프(90)로 용이하게 공급될 수 있을 정도로 일정 수준 이상의 점성을 가지고 있으면 충분하다. 이 때, 금속질산염과 연료의 양의 상관관계를 알아보기 위하여 연료를 금속질산염 몰 수의 0∼1.12(화학양론적 비율의 0∼1.07배)배로 비율을 변경하면서 혼합하여 실험에 사용하였다.Hereinafter, the preferred embodiment of the present invention will be described in detail. First, the precursor solution 100 for the self-ignition combustion reaction was prepared in the first step. As the precursor solution, an aqueous solution of zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 ), which is an oxidizing agent, was used. Glycine was used as a fuel. In order to prepare the precursor solution, zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O) and fuel were dissolved in distilled water, and then stirred and heated at the same time, and then the mixed solution was vertically mixed using a metering pump 90. It was fed to an ultrasonic atomizer 80 mounted on the furnace. At this time, the amount of distilled water used is not particularly limited, but it is sufficient if the zinc nitrate is completely dissolved and has a viscosity of a certain level or more so that the mixed solution can be easily supplied to the metering pump 90. At this time, in order to examine the correlation between the amount of metal nitrate and the fuel, the fuel was mixed and changed in the ratio of 0 to 1.12 (0 to 1.07 times the stoichiometric ratio) of the number of moles of metal nitrate, and used in the experiment.

이 후 제 2 단계 과정으로, 도 1에 도시된 수직노 안으로 초음파분무를 실시하였는데, 분무되는 액적의 유량을 10∼120 cc/min로 변화하여 분무하였고, 분무되는 액적의 크기는 20∼50 ㎛ 범위에서 분무하였다. Thereafter, as a second step, ultrasonic spraying was performed into the vertical furnace shown in FIG. 1, and sprayed by changing the flow rate of the sprayed droplet to 10 to 120 cc / min, and the sprayed droplet size was 20 to 50 μm. Sprayed in the range.

제 3 단계 과정에서 반응구역(20)의 온도변화에 따른 효과를 관찰하고 초음파분무 발진기에 의해서 분무된 액적의 반응온도를 제어하기 위해서 수직노에 반응지역을 3 군데로 구분하여 K-type의 열전대와 콘트롤러를 설치하였다. 이 때 설정된 온도를 400∼700℃로 변경하여 실험하였다. In order to observe the effect of the temperature change in the reaction zone 20 in the third step process and to control the reaction temperature of the droplets sprayed by the ultrasonic atomizer, the reaction zone was divided into three zones and the K-type thermocouple. And installed the controller. At this time, the experiment was carried out by changing the set temperature to 400 ~ 700 ℃.

제 4 단계 회수 과정은 도 1 에서 볼 수 있듯이 합성된 분말을 블로우어(blower)에서 흡입하여 사이클론 타입의 2개의 시스템(40, 50))과 블로우어(70) 내에 설치된 스테인레스 필터를 이용하여 회수하는 형태로 실시하였다.As shown in FIG. 1, the fourth step recovery process is performed by suctioning the synthesized powder in a blower and recovering it using a stainless filter installed in the blower 70 and two cyclones-type systems 40 and 50. It carried out in the form to do.

이하 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 실시예의 실험결과를 하기에 나타내었다.Hereinafter, the experimental results of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4.

우선 도 2을 참조하면 나노분말의 회수율을 높이기 위한 금속질산염과 연료의 혼합비의 최적의 조건은 아연질산염에 대한 연료의 몰비가 0.4 내지 0.7(화학양론적 비율의 0.36 내지 0.63배)인 경우 였으며, 반응구역의 온도는 연료의 비를 0.65로 하였을 때 500 내지 700℃인 경우가 최적으로 판명되었다. First, referring to FIG. 2, the optimum condition of the mixing ratio of the metal nitrate and the fuel to increase the recovery of the nanopowder was when the molar ratio of the fuel to zinc nitrate was 0.4 to 0.7 (0.36 to 0.63 times the stoichiometric ratio). The temperature of the reaction zone was found to be optimal at 500 to 700 ° C. when the fuel ratio was 0.65.

도 3과 도 4에 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 의하여 제조된 나노분말의 X-선 회절 시험 결과와 전자현미경 사진 촬영결과를 나타내었다. 초음파분무 연소법으로 합성된 분말은 X-선 회절 결과에서 볼 수 있듯이 다른 불순물이 거의 존재하지 않는 뚜렷한 ZnO 상을 나타내고 있었다(도 3 참조). 그리고, 도 4에서 볼 수 있듯이 형상 및 크기 제어 결과도 일차입자의 크기가 20∼30nm인 약한 응집체로 이루어진 구형으로서 양호한 형상과 크기를 나타내었다. 또한, 나노분말은 벌크특성보다는 표면특성에 의하여 그 우수한 성질을 나타내는 물질이므로 비표면적이 넓을 수록 유리한데, 본 실시예에 의할 경우 비표면적이 20∼25 m2/g인 산화아연 나노분말을 제조할 수 있었다(도 4a 및 4b 참조).3 and 4 show the X-ray diffraction test results and electron micrographs of the nanopowders prepared by the most preferred embodiment of the present invention. The powder synthesized by the ultrasonic spray combustion showed a distinct ZnO phase with little other impurities as shown in the X-ray diffraction results (see FIG. 3). And, as shown in Figure 4, the shape and size control results also showed a good shape and size as a sphere consisting of a weak aggregate having a primary particle size of 20 ~ 30nm. In addition, the nano powder is a material exhibiting excellent properties by surface properties rather than bulk properties, the more the specific surface area is more advantageous, according to the present embodiment zinc oxide nano powder having a specific surface area of 20 to 25 m 2 / g. It could be made (see FIGS. 4A and 4B).

또한, 본 실시예에서 제조되는 분말의 제조 속도는 약 500g/hr 로 대량생산이 가능하다는 것을 알 수 있었다.In addition, it can be seen that the mass production rate of the powder produced in this example is about 500 g / hr.

본 발명에 의한 방법은 타 공정에 비해서 제조공정이 간단하고 제조단가 역시 경제적이며, 합성시간이 매우 짧으면서 합성 후의 분말을 재열처리가 필요하지 않는 고품위, 고순도 산화아연 등을 대량으로 생산 할 수 있다. 특히, 나노크기이므로 최근 더욱 소형, 경량화, 고신뢰성등의 특성이 필수적인 전기·전자·통신기기 등에 사용되어질 것이다. 본 발명에서는 입자의 크기가 20∼50 nm 범위의 구형에 가까운 입자들이 형성되었으며, 기존에 방법에서 보여왔던 심한 응집체의 결합이 아닌 약한 응집체로서 분산이 쉬으므로 인해서 반도체의 coating등에 유리하며 20 m2/g의 높은 비표면적 값으로 인해서 광촉매분야에도 응용이 가능할 것으로 기대된다.Compared to other processes, the method of the present invention is simpler in manufacturing process and more economical in manufacturing cost, and can produce high quality, high purity zinc oxide in a large amount, which does not require reheating of the powder after synthesis, and the synthesis time is very short. . In particular, since it is a nano-size, it will be used in electric, electronic, communication devices, etc., where characteristics such as small size, light weight, and high reliability are essential. In the present invention, particles having a spherical particle size ranging from 20 to 50 nm are formed, and are easy to disperse as weak aggregates rather than heavy aggregates shown in the conventional method. The high specific surface area value of g is expected to enable applications in photocatalytic applications.

제 1 도는 본 발명에 의한 방법을 실현하는 초음파분무 장치 및 분말 수거장치의 모식도,1 is a schematic diagram of an ultrasonic atomizing device and a powder collecting device for realizing the method according to the present invention;

제 2 도는 본 발명에 의한 방법에 의하여 나노결정 산화아연을 제조하는 경우의 연료와 반응 온도에 따른 회수율,2 is a recovery rate according to fuel and reaction temperature when producing nanocrystalline zinc oxide by the method according to the present invention,

제 3 도는 본 발명에 의한 방법에 의하여 제조된 나노결정 산화아연의 X-선 회절 결과, 그리고3 is an X-ray diffraction result of nanocrystalline zinc oxide prepared by the method according to the present invention, and

제 4 도는 본 발명에 의한 방법에 의하여 제조된 나노결정 산화아연의 전자현미경 사진을 나타내는 그림으로서, 4a는 주사전자현미경(SEM)으로 형태를 분석한 결과이고, 4b는 투과전자현미경(TEM)으로 형태를 분석한 결과이다.4 is an electron micrograph of the nanocrystalline zinc oxide prepared by the method according to the present invention, 4a is a result of analyzing the form by scanning electron microscope (SEM), 4b is a transmission electron microscope (TEM) This is the result of the form analysis.

Claims (10)

(1) 금속염 용액과 연료를 혼합하는 단계 (제 1 단계),(1) mixing a metal salt solution and a fuel (first step), (2) 상기 제 1 단계에서 혼합된 용액을 캐리어 가스와 함께 초음파분무하는 단계 (제 2 단계),(2) ultrasonically spraying the solution mixed in the first step together with the carrier gas (second step), (3) 분무된 용액을 고온의 반응구역에서 일정시간 반응시키는 단계 (제 3 단계), 및(3) reacting the sprayed solution for a predetermined time in a high temperature reaction zone (third step), and (4) 반응구역에서 반응된 결과 생성된 분말을 수거하는 단계 (제 4 단계) 로 이루어지며 각 단계를 순차적으로 시행하는 것을 특징으로 하는 초음파분무 연소법을 이용한 나노결정 금속산화물 분말의 대량 제조방법.(4) A method for mass-producing a nanocrystalline metal oxide powder using an ultrasonic atomizing combustion method comprising the steps (fourth step) of collecting the powder produced as a result of the reaction in the reaction zone and sequentially performing each step. 제 1 항에 있어서, 금속염은 알콕사이드 화합물을 형성하거나 금속염 수용액을 형성할 수 있는 금속염인 것을 특징으로 하는 초음파분무 연소법을 이용한 나노결정 금속산화물 분말의 대량 제조방법.The method of claim 1, wherein the metal salt is a metal salt capable of forming an alkoxide compound or an aqueous metal salt solution. 제 1 항에 있어서, 연료로는 아민(-NH2) 또는 카르복실(-COOH)기 중 하나 이상을 포함하고 있는 유기화합물인 것을 특징으로 하는 초음파분무 연소법을 이용한 나노결정 금속산화물 분말의 대량 제조방법.The method of claim 1, wherein the fuel is an organic compound containing at least one of amine (-NH 2 ) or carboxyl (-COOH) group, characterized in that the mass production of nanocrystalline metal oxide powder using the ultrasonic spray combustion method Way. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 연료의 혼합비율은 금속염의 환원에 필요한 화학양론적 비율의 0.36 내지 0.63 배로 하는 것을 특징으로 하는 초음파분무 연소법을 이용한 나노결정 금속산화물 분말의 대량 제조방법.The method of claim 2 or 3, wherein the mixing ratio of the fuel is 0.36 to 0.63 times the stoichiometric ratio required for the reduction of the metal salt. 제 3 항에 있어서, 아민(-NH2) 또는 카르복실(-COOH)기 중 하나 이상을 포함하고 있는 유기화합물인 연료로는 글리신, 요소 및 구연산 중에서 선택된 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 나노결정 금속산화물 분말의 대량 제조방법.According to claim 3, wherein the fuel is an organic compound containing at least one of an amine (-NH 2 ) or carboxyl (-COOH) group, characterized in that at least one selected from glycine, urea and citric acid is used. Mass production method of crystalline metal oxide powder. 제 1 항에 있어서, 초음파분무되는 액적의 직경은 20∼50 ㎛ 이며, 액적의 유속은 10∼120 cc/min의 범위인 것을 특징으로 하는 초음파분무 연소법을 이용한 나노결정 금속산화물 분말의 대량제조방법.The method of claim 1, wherein the diameter of the droplets to be ultrasonically sprayed is 20 to 50 ㎛, the flow rate of the droplets is in the range of 10 to 120 cc / min. . 제 1 항에 있어서, 반응구역의 온도를 500∼700℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 초음파분무 연소법을 이용한 나노결정 금속산화물 분말의 대량제조방법.The method for mass production of nanocrystalline metal oxide powder using the ultrasonic atomizing combustion method according to claim 1, wherein the temperature of the reaction zone is maintained at 500 to 700 占 폚. 제 1 항에 있어서, 반응구역은 수직의 관상체 반응관으로 하는 것을 특징으로 하는 초음파분무 연소법을 이용한 나노결정 금속산화물 분말의 대량제조방법.The method for mass production of nanocrystalline metal oxide powder using the ultrasonic spray combustion method according to claim 1, wherein the reaction zone is a vertical tubular reaction tube. 제 1 항에 있어서, 제 4 단계의 나노분말의 수거방법으로 반응구역을 통과하는 나노분말을 분위기중의 공기와 함께 흡입한 후 흡입되는 분말의 이동 경로 중에 설치된 필터를 이용하여 회수하는 방식인 것을 특징으로 하는 초음파분무 연소법을 이용한 나노결정 금속산화물 분말의 대량제조방법.The method of claim 1, wherein the nanopowder passing through the reaction zone is sucked together with the air in the atmosphere by a method of collecting the nanopowder of the fourth step, and then recovered using a filter installed in the moving path of the sucked powder. A method for mass production of nanocrystalline metal oxide powders using ultrasonic spray combustion. 제 1 항에 있어서, 초음파 분무장치와 반응로는 밀폐되게 하는 것을 특징으로 하는 나노결정 금속산화물 분말의 대량제조방법.The method of claim 1, wherein the ultrasonic atomizer and the reactor are sealed.
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