KR100581391B1 - Preparation of silicon oxide nanotube with functional group and application thereof - Google Patents

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KR100581391B1
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김성진
정영리
김영미
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이화여자대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 나노튜브를 응용하는데 있어 난관이 되고 있는 표면개질 단계를 없앨 수 있는 작용기를 지닌 나노튜브의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a nanotube having a functional group that can eliminate the surface modification step is a challenge in the application of nanotubes.

Figure 112005014957500-pat00001
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나노미터 크기의 나노구조 다공성 알루미늄 산화물 형판을 사용하여 작용기를 지닌 실란을 포함한 혼합용액을 졸-겔 반응시킴으로써 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브를 제조할 수 있다. Silicon nanotubes having functional groups can be prepared by sol-gel reaction of a mixed solution including functional silane using nanometer-sized nanostructured porous aluminum oxide template.

본 발명에 따른 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브는 작용기의 종류를 변화시킴에 따라 여러 물질들과의 결합이 가능하기 때문에 복합체 형성에 유리하며 이를 이용하여 나노소자에서 다양하게 응용될 수 있다.Silicon oxide nanotubes having a functional group according to the present invention is advantageous in forming a composite because it can be combined with various materials by changing the kind of functional groups, and can be used in various nanodevices.

작용기, 실란, 나노튜브, 졸-겔 반응 Functional Groups, Silanes, Nanotubes, Sol-Gel Reactions

Description

작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브의 제조방법 및 디바이스에의 응용 {Preparation of silicon oxide nanotube with functional group and application thereof}Preparation method of silicon oxide nanotube with functional group and application to device {Preparation of silicon oxide nanotube with functional group and application}

도 1, 2는 3-머켑토프로필트리메톡시실란을 이용하여 제조된 나노튜브에 대한 SEM사진(도 1의 배율은 100,000, 도 2의 배율은 10,000)이다. 1 and 2 are SEM photographs of the nanotubes prepared using 3-mercetopropyltrimethoxysilane (the magnification of FIG. 1 is 100,000, and the magnification of FIG. 2 is 10,000).

도 3는 3-아미노프로필트리에톡시실란을 이용하여 제조된 나노튜브에 대한 SEM사진(배율은 15,000)이다.3 is a SEM photograph (magnification: 15,000) of nanotubes prepared using 3-aminopropyltriethoxysilane.

도 4는 3-머켑토프로필트리메톡시실란을 이용하여 제조된 나노튜브의 머켑토 작용기와 금 기판을 반응시킨 것에 대한 SEM사진(배율은 50,000)이다. FIG. 4 is a SEM photograph (magnification: 50,000) of the reaction of the gold substrate with the mucto functional group of the nanotube prepared using 3-merctopropyltrimethoxysilane.

도 5는 3-아미노프로필트리에톡시실란을 이용하여 제조된 나노튜브의 IR 스펙트럼이다. 5 is an IR spectrum of nanotubes prepared using 3-aminopropyltriethoxysilane.

본 발명은 나노튜브를 응용하는데 있어 난관이 되고 있는 표면개질 단계를 없앤 작용기를 지닌 나노튜브의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 작용기를 지닌 실란을 포함하는 용액을 이용하여 졸-겔 방법으로 제조된 나노튜 브에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a nanotube having a functional group that eliminates the surface modification step that is a challenge in the application of nanotubes, and more particularly, a sol-gel method using a solution containing a silane having various functional groups. It relates to a nanotube manufactured by.

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상기 나노튜브에서 주된 결합은 Si-O로 이루어져 있고 작용기인 X는 아민기 또는 머켑토기 중에서 선택된다.The main bond in the nanotube consists of Si—O and the functional group X is selected from an amine group or a mercto group.

현재 연구되고 있는 무기나노튜브들은 효과적인 디바이스 구성물임에도 불구하고 표면개질이라는 단계를 거쳐야 응용할 수 있다는 한계점을 나타내고 있다. 예를 들면 기판위에 나노튜브를 배치하는 단계에 있어서도 이를 고정시켜야 한다는 문제점에 이르게 된다. 즉, 나노튜브를 디바이스에 응용하는데 있어 나타나는 한계에는 여러 가지 이유가 있으나, 기본적으로 나노튜브의 표면개질에서 기인한다고 볼 수 있으며, 현재 응용되고 있는 대부분의 나노튜브는 합성 후 표면개질 단계를 거쳐 다음 단계로 진행하게 되므로 디바이스 응용에 있어 많은 제한을 받을 수 밖에 없다. Although inorganic nanotubes are currently being studied, they show limitations that they can be applied through the surface modification step despite being effective device components. For example, even in the step of placing nanotubes on a substrate, this leads to the problem of fixing them. In other words, there are various reasons for the limitation of nanotubes applied to the device, but it can be said that it is basically due to the surface modification of nanotubes. As it progresses to the stage, there are bound to be many limitations in device application.

나노튜브는 1991년에 Iijima 박사가 전기방전법을 사용하여 흑연 음극상에 형성시킨 탄소덩어리를 투과전자현미경 (Transmission Electron Microscope (TEM))으로 분석하는 과정에서 가늘고 긴 대롱 모양의 탄소나노튜브 (Carbon Nano Tube (CNT))를 발견하여 Nature에 처음으로 발표함으로써 알려졌다. 이러한 탄소나노튜브는 기계적, 전기적, 화학적 특성등에 있어서 지금까지의 어떤 소재보다도 뛰어난 성질을 보여주고 있으며, 그 크기 면에서도 전기, 전자소자 특성에 잘 맞는다. 따라서 메모리 소자, FED(Field Emission Display) 등에 대한 이용이 활발하게 연구되고 있다. 그러나 탄소나노튜브는 제작과정에서 고온을 유지해야 하며 나노튜브의 성장 및 정제과정이 매우 복잡하며, 제작비용이 고가라는 단점이 있다. 그러므로 이러한 문제점이 대두된 이후 금속 나노튜브는 물론, 반도체 나노선 등 다양한 종류의 나노튜브를 합성하여 나노소자에 이용하려는 연구가 진행되어 왔다.Nanotubes were formed in 1991 by Dr. Iijima using an electrodischarge method to analyze carbon masses formed on graphite cathodes with a transmission electron microscope (TEM). Nano Tube (CNT) was discovered and published for the first time in Nature. These carbon nanotubes are superior to any materials in terms of mechanical, electrical and chemical properties so far, and are well suited to the characteristics of electrical and electronic devices in terms of their size. Therefore, the use of memory devices, FEDs (Field Emission Display) and the like are being actively studied. However, carbon nanotubes must maintain a high temperature in the manufacturing process, the growth and purification process of nanotubes is very complicated, and manufacturing costs are expensive. Therefore, since these problems have emerged, studies have been conducted to synthesize various types of nanotubes such as semiconductor nanowires as well as metal nanotubes and use them in nanodevices.

실리콘 산화물의 나노튜브는 좋은 인광(Photoluminescence) 물질로 알려져 있어 많은 연구가 진행되고 있다. (Bo Zeng et al. Adv. Mater., 2002, 14, 122) 특히 실리콘 산화물의 나노튜브에 다른 물질을 결합시킴으로써 인광의 효율을 증가시켜 실생활 및 첨단산업분야에 응용하려는 연구가 진행되었으나 실리콘 산화물의 표면을 개질시키지 않는 경우 다른 물질과의 결합이 어렵기 때문에 나노소자에 적용하는데 한계가 있었다. 따라서 작용기를 지닌 나노튜브를 제조할 필요성이 생겨났다.Nanotubes of silicon oxide are known as good photoluminescence materials and much research is being conducted. (Bo Zeng et al. Adv. Mater., 2002, 14, 122) In particular, research has been conducted to increase the efficiency of phosphorescence by incorporating other materials into nanotubes of silicon oxide and to apply them in real life and high-tech industries. If the surface is not modified, it is difficult to combine with other materials, so there is a limit to the application to nanodevices. Thus, there is a need to manufacture nanotubes with functional groups.

또한 나노소자의 응용을 위해서는 나노튜브의 직경과 그 길이가 일정해야 한다. 따라서 이를 위한 다양한 나노튜브의 합성방법이 개발되었는데 그 중에서 알루미늄 산화물을 형판으로 사용하여 나노튜브를 제조하는 경우 나노튜브의 직경과 길이가 일정한 것으로 알려졌다.In addition, the nanotubes must have a constant diameter and length for nanodevice applications. Therefore, various methods for synthesizing nanotubes have been developed. Among them, when the nanotubes are manufactured using aluminum oxide as a template, the diameters and lengths of the nanotubes are known to be constant.

이에 본 발명에서는 양극 산화된 다공성 알루미늄 산화물을 형판으로 사용하여 다른 물질들과 복합체를 형성할 수 있는 작용기를 가지면서도 직경과 길이가 일정한 나노튜브를 개발하는 것을 그 해결하고자 하는 기술과제로 한다.Therefore, in the present invention, the development of nanotubes having a constant diameter and length while having a functional group capable of forming a composite with other materials using anodized porous aluminum oxide as a template is a technical problem to be solved.

즉, 본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 나노 크기를 가짐으로써 미세한 전자소자에 응용이 가능함과 동시에 기존의 탄소나노튜브와는 달리 제조공정이 용이하고 직경과 길이를 쉽게 조절할 수 있으며, 가공성이 뛰어난 다른 물질들과의 복합체를 형성할 수 있는 작용기를 지닌 나노튜브를 제공하는 것이다.That is, the first technical problem to be achieved by the present invention is that the nano-size allows for application to fine electronic devices and at the same time unlike the existing carbon nanotubes, the manufacturing process is easy and the diameter and length can be easily adjusted. To provide nanotubes with functional groups that can form complexes with other superior materials.

본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 작용기를 지닌 나노튜브의 제조방법을 제공하는 것이다.The second technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for producing a nanotube having a functional group.

본 발명은 하기 화학식 (1)의 전구체를 졸-겔 중합하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브에 관한 것으로, 하기 화학식 (1)에서 R은 직쇄 또는 측쇄 알킬렌이고 R1, R2 및 R3은 각각 같거나 상이한 직쇄 또는 측쇄 알킬이고, A는 NR4R5 또는 SR6이고, R4, R5 및 R6는 각각 같거나 상이한 수소, 직쇄 알킬, 측쇄 알킬, 환식 알킬 또는 탄화수소 환을 포함하는 알킬이다.The present invention relates to a silicon oxide nanotube having a functional group, which is obtained by sol-gel polymerization of a precursor of formula (1), wherein in formula (1), R is linear or branched alkylene and R 1 , R 2 and R 3 are each the same or different straight or branched alkyl, A is NR 4 R 5 or SR 6 , and R 4 , R 5 and R 6 are the same or different hydrogen, straight chain alkyl, branched alkyl, cyclic alkyl or Alkyl containing hydrocarbon rings.

Figure 112005014957500-pat00003
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화학식 (1)Formula (1)

특히 본 발명은 상기 전구체가 3-아미노프로필트리에톡시실란 또는 3-머켑토프로필트리메톡시실란인 것을 특징으로 하는 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to a silicon oxide nanotube having a functional group, characterized in that the precursor is 3-aminopropyltriethoxysilane or 3-mercetopropyltrimethoxysilane.

본 발명은 또한 The invention also

(a) 용매에 하기 화학식 (1)의 전구체를 첨가하고 교반하여 졸 상태의 용액을 제조하는 단계,(a) adding a precursor of formula (1) to the solvent and stirring to prepare a sol solution;

(b) 상기 졸 상태의 용액에 나노구조의 다공성 산화알루미늄 형판을 침지시키는 단계,(b) immersing the nanostructured porous aluminum oxide template in the sol solution,

(c) 상기 다공성 산화알루미늄 형판을 건조시키는 단계 및(c) drying the porous aluminum oxide template and

(d) 상기 나노튜브가 삽입되어 있는 다공성 산화알루미늄 형판으로부터 산화알루미늄 형판을 제거하여 작용기를 지닌 나노튜브를 얻어내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브의 제조방법에 관한 것이다.(d) removing the aluminum oxide template from the porous aluminum oxide template into which the nanotube is inserted to obtain a nanotube having a functional group. .

Figure 112005014957500-pat00004
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화학식 (1)Formula (1)

상기 화학식 (1)에서 R은 직쇄 또는 측쇄 알킬렌이고 R1, R2 및 R3은 각각 같거나 상이한 직쇄 또는 측쇄 알킬이고, A는 NR4R5 또는 SR6이고, R4, R5 및 R6는 각각 같거나 상이한 수소, 직쇄 알킬, 측쇄 알킬, 환식 알킬 또는 탄화수소 환을 포함하는 알킬이다.In formula (1), R is straight or branched alkylene and R 1 , R 2 and R 3 are the same or different straight or branched alkyl, A is NR 4 R 5 or SR 6 , R 4 , R 5 and R 6 is alkyl, including the same or different hydrogen, straight chain alkyl, branched chain alkyl, cyclic alkyl or hydrocarbon ring.

또한 본 발명은 상기 단계 (a)의 용매가 메틸트리메톡시실란, H2O 및 에탄올의 혼합용액으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for producing a nanotube, characterized in that the solvent of step (a) consists of a mixed solution of methyltrimethoxysilane, H 2 O and ethanol.

또한 본 발명은 상기 다공성 산화알루미늄 형판을 제거하는 단계가 상기 다공성 물질을 에탄올, 물 및 NaOH를 혼합한 용액에 침지시키는 것임을 특징으로 하는 나노튜브의 제조방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a method for producing a nanotube, characterized in that the step of removing the porous aluminum oxide template is to immerse the porous material in a solution mixed with ethanol, water and NaOH.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에 의한 작용기를 지난 나노튜브의 제조에 사용되는 전구체를 하기 화학식 (1)에 나타내었다.The precursor used for the preparation of the nanotubes past the functional group according to the present invention is shown in the following formula (1).

Figure 112005014957500-pat00005
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화학식 (1) Formula (1)

상기 화학식 (1)에서 R은 직쇄 또는 측쇄 알킬렌이고 R1, R2 및 R3는 각각 같거나 상이한 직쇄 또는 측쇄 알킬이고, A는 NR4R5 또는 SR6이고, R4, R5 및 R6는 각각 같거나 상이한 수소, 직쇄 알킬, 측쇄 알킬, 환식 알킬 또는 탄화수소 환을 포함하는 알킬이다. 상기 알킬렌기의 바람직한 탄소수는 3~5이고, 상기 알킬기의 바람직한 탄소수는 1~10이며 더욱 바람직하게는 1~5이다. 상기 환식 알킬 또는 탄화수소환의 환탄소의 수는 바람직하게는 3~7이다.In formula (1), R is straight or branched alkylene, R 1 , R 2 and R 3 are the same or different straight or branched alkyl, A is NR 4 R 5 or SR 6 , R 4 , R 5 and R 6 is alkyl, including the same or different hydrogen, straight chain alkyl, branched chain alkyl, cyclic alkyl or hydrocarbon ring. Preferable carbon number of the said alkylene group is 3-5, Preferable carbon number of the said alkyl group is 1-10, More preferably, it is 1-5. The number of ring carbons of the cyclic alkyl or hydrocarbon ring is preferably 3 to 7.

상기 전구체 물질로 바람직한 것은 3-아미노프로필트리에톡시실란 또는 3-머켑토프로필트리메톡시실란이다.Preferred as the precursor material are 3-aminopropyltriethoxysilane or 3-mercetopropyltrimethoxysilane.

본 발명에 의해 제조된 나노튜브의 작용기는 알킬아민과 알킬머켑토로 이들 작용기는 다양한 물질들과 복합체를 형성할 수 있다.The functional groups of the nanotubes prepared by the present invention are alkylamines and alkylmercetos, and these functional groups can complex with various materials.

본 발명의 나노튜브와 복합체를 형성할 수 있는 물질의 예로는 금 나노입자와 루테늄 착물등이 있다. 금 나노입자의 경우 촉매로서의 사용이 가능하며 루테늄 착물의 경우 광전반응시스템이 가능한 디바이스에 응용할 수 있다.Examples of the material capable of forming a composite with the nanotubes of the present invention include gold nanoparticles and ruthenium complexes. Gold nanoparticles can be used as catalysts and ruthenium complexes can be applied to devices capable of photoreaction systems.

이하 상기 전구체를 이용한 나노튜브의 제조방법을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a nanotube using the precursor will be described in detail.

본 방법은 SiO2 나노선을 제조한 M.Zhang 등의 방법(J. Mater. Sci. Lett. 1999, 18, 1911)과 일부 유사하나 상기 방법의 경우 제조된 실리콘 산화물이 작용 기를 전혀 가지고 있지 않다는 차이가 있다.This method is somewhat similar to M. Zhang et al. (J. Mater. Sci. Lett. 1999, 18, 1911), which produced SiO 2 nanowires, but the silicon oxide produced had no functional groups at all. There is a difference.

즉, 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane), 에탄올 및 물의 혼합용액에 작용기를 가지는 상기 실란 전구체를 혼합하여 잘 분산된 용액을 만들고, 축합반응시키면 졸 상태가 된다. 상기 반응 용액에 나노크기의 다공성 알루미늄 산화물을 담근 후, 꺼낸 다음 공기 중에서 건조하여 겔 상태로 만든다. 그 후 150℃, 질소 하에서 열건조를 시키면 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브가 제조된다.That is, the silane precursor having a functional group is mixed with a mixed solution of methyltrimethoxysilane, ethanol and water to form a well dispersed solution, and condensation reaction results in a sol state. After dipping nanoscale porous aluminum oxide into the reaction solution, it is taken out and dried in air to make a gel state. Thereafter, thermal drying under nitrogen at 150 ° C. produces a silicon oxide nanotube having a functional group.

상기 졸-겔 용액을 만드는 과정에서 그 용액의 상태 즉, 반응온도, 용매와 전구체의 종류와 몰비율 등은 나노튜브의 생성에 영향을 미친다. 바람직한 반응온도는 15~20℃이고, 반응용매로는 알킬알콕시실란, 알코올 및 H2O의 혼합용매가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 메틸트리메톡시실란, H2O 및 에탄올의 혼합용매이다. 반응용액 중의 전구체의 농도는 혼합용액의 10~30%가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 20%이다.In the process of making the sol-gel solution, the state of the solution, that is, the reaction temperature, the type and the molar ratio of the solvent and the precursor affect the production of the nanotubes. Preferred reaction temperature is 15 ~ 20 ℃, the reaction solvent is preferably a mixed solvent of an alkyl alkoxysilane, alcohol, and H 2 O, and more preferably methyl trimethoxysilane, a mixture of H 2 O and ethanol. The concentration of the precursor in the reaction solution is preferably 10 to 30% of the mixed solution, more preferably 20%.

본 발명은 사용되는 다공성 산화알루미늄 형판의 나노크기의 조절에 의해 얻어지는 실리콘 산화물 나노 튜브의 직경과 길이를 조절할 수 있다. 다공성 산화 알루미늄 형판은 황산 또는 옥살산에서 전기적인 산화방법에 의하여 제조할 수 있으며 구체적인 방법은 하기와 같다.The present invention can control the diameter and length of the silicon oxide nanotubes obtained by controlling the nanosize of the porous aluminum oxide template used. The porous aluminum oxide template may be prepared by an electrical oxidation method in sulfuric acid or oxalic acid, and specific methods are as follows.

*1단계로 고순도 (99.999%)의 알루미늄을 더욱 순수하게 하기 위하여 전기적으로 폴리싱(polishing)처리를 한다. 즉, 에탄올과 과염소산(perchlolic acid)을 5:1의 비율로 혼합한 후 3℃에서 15.0V로 2분정도 처리를 하여 매끈하고 고순도의 알루미늄을 얻는다.In one step, an electropolishing process is performed to make the high purity (99.999%) aluminum more pure. That is, ethanol and perchloric acid (perchlolic acid) is mixed at a ratio of 5: 1, and then treated at 15.0 V for 2 minutes at 3 ° C to obtain smooth and high purity aluminum.

2단계로 +극(양극)의 전극으로 상기 순수한 알루미늄을 사용하고 -극(음극)의 전극으로 탄소플레이트를 사용하여, 0 ℃, 0.5 M 황산 용액에서 25V의 전압을 12시간동안 일정하게 걸어주면 다공성 산화 알루미늄 형판이 제조된다. In the second step, using pure aluminum as the positive electrode (positive electrode) and carbon plate as the negative electrode (cathode) electrode, a constant voltage of 25 V in a 0.5 M sulfuric acid solution at 0 ° C. Porous aluminum oxide templates are produced.

한편, 형판의 직경이나 모양을 더욱 규칙적으로 할 필요가 있는 경우, 2단계에서 제조된 형판을 제거한 후 다시 2단계를 시행한다. 형판의 길이는 걸어준 시간에 비례하여 조절 가능하며 또한 형판의 직경도 걸어준 전압을 조절함으로써 조절가능하다. 또한 황산 대신 옥살산을 사용하는 경우에는 40V에서 24h동안 반응을 걸어주어 산화시킬 수 있다.On the other hand, if it is necessary to make the diameter or shape of the template more regular, remove the template manufactured in step 2 and perform the second step again. The length of the template can be adjusted in proportion to the time taken, and the diameter of the template can also be adjusted by adjusting the applied voltage. If oxalic acid is used instead of sulfuric acid, it can be oxidized by reacting at 40V for 24h.

본 발명에서 사용 가능한 산화알루미늄의 직경은 60 ~ 80 nm가 바람직하며, 길이는 5~15㎛가 바람직하며 더욱 바람직하게는 10㎛이다.The diameter of the aluminum oxide usable in the present invention is preferably 60 to 80 nm, preferably 5 to 15 µm in length, and more preferably 10 µm.

한편, 상기 제조방법에 따라 제조된 나노튜브는 다공성 산화알루미늄 형판 내부에 합성되어 있으므로 순수한 작용기를 지닌 나노튜브를 얻기 위해서는 에탄올, 물 및 수산화나트륨을 적당한 비율로 혼합한 용액, 바람직하게는, 에탄올과 0.1 M 수산화나트륨을 부피비로 1:1로 혼합한 용액에 침지시킴으로서 상기 산화알루미늄 형판을 제거한다. On the other hand, since the nanotubes prepared according to the above method are synthesized in a porous aluminum oxide template, in order to obtain nanotubes having pure functional groups, a solution in which ethanol, water and sodium hydroxide are mixed in an appropriate ratio, preferably, ethanol and The aluminum oxide template is removed by dipping 0.1 M sodium hydroxide in a 1: 1 mixture by volume.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나 하기의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, which are intended for the purpose of description and are not intended to limit the present invention.

[실시예 1]Example 1

메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane), 에탄올 및 물을 1 : 4 : 2로 혼합한 후 3-머켑토프로필트리메톡시실란을 2의 비율로 혼합하여 잘 분산된 용액을 만들고, 20시간동안 축합반응시켜 졸 상태가 되도록 한다. 상기 졸 상태의 용액에 나노크기의 다공성 알루미늄 산화물을 1시간 가량 담근 후, 꺼낸 다음 공기 중에서 12시간 건조하여 겔 상태로 만든다. 그 후 150℃에서 2시간 가량 질소 하에서 열건조를 시켜 실리콘 산화물 나노튜브를 제조한다.Methyltrimethoxysilane, ethanol, and water were mixed at 1: 4: 2, and 3-merctopropyltrimethoxysilane was mixed at a ratio of 2 to form a well dispersed solution, and condensation reaction was carried out for 20 hours. To sol. The nano-sized porous aluminum oxide was immersed in the sol solution for about 1 hour, then taken out and dried in air for 12 hours to obtain a gel state. Then, silicon oxide nanotubes are manufactured by heat drying at 150 ° C. for 2 hours under nitrogen.

상기 나노튜브를 에탄올, 물 및 수산화나트륨을 적당한 비율로 혼합한 용액에 침지시킴으로서 산화알루미늄 형판을 제거하고 3-머켑토프로필 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브를 회수한다.The nanotubes are immersed in a solution in which ethanol, water and sodium hydroxide are mixed in an appropriate ratio to remove the aluminum oxide template and recover the silicon oxide nanotubes with 3-merctopropyl functional groups.

상기 3-머켑토프로필트리메톡시실란을 이용하여 제조된 나노튜브에 대한 SEM사진을 도 1 및 도 2에 나타내었다.SEM photographs of the nanotubes prepared using the 3-mermethopropyltrimethoxysilane are shown in FIGS. 1 and 2.

[실시예 2]Example 2

메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane), 에탄올 및 물을 1 : 4 : 2로 혼합한 후 3-아미노프로필트리에톡시실란을 4의 비율로 혼합하여 3-아미노프로필 작용기를 가진 실리콘 산화물 나노튜브를 합성한다. 제조된 나노튜브에 대한 SEM사진 및 IR 스펙트럼을 각각 도 3 및 도 5로 나타내었다.Methyltrimethoxysilane, ethanol, and water were mixed at 1: 4: 2, and 3-aminopropyltriethoxysilane was mixed at a ratio of 4 to synthesize silicon oxide nanotubes having 3-aminopropyl functional groups. do. SEM photographs and IR spectra of the prepared nanotubes are shown in FIGS. 3 and 5, respectively.

상기 도 1 내지 도 3의 SEM사진에 의하여 본 발명에 의하여 나노크기의 튜브 가 생성되어 있음을 알 수 있다.It can be seen that the nano-sized tube is produced by the present invention by the SEM photograph of FIGS. 1 to 3.

[실시예 3]Example 3

한편 실시예 1에 의하여 제조된 나노튜브의 기타 물질과의 복합체 형성 능력을 알아보기 위하여 금 기판과 반응을 시켰다. 알루미나 형판을 제거하여 나노튜브만 남아있는 용액에 2배의 에탄올을 붓고 금 기판을 담근 후 24시간동안 가만히 둔다. 그 후 금기판을 꺼낸 후 순수한 에탄올에 담그고 초음파 세척기에서 30 분 정도 진행시킨다.Meanwhile, the nanotubes prepared in Example 1 were reacted with the gold substrate in order to determine the complex formation ability with other materials. Remove the alumina template, pour twice the ethanol into the solution with only the nanotubes remaining, soak the gold substrate and let stand for 24 hours. Then remove the gold plate, soak in pure ethanol and proceed for 30 minutes in an ultrasonic cleaner.

도 4는 3-머켑토프로필트리메톡시실란을 이용하여 제조된 나노튜브의 머켑토 작용기와 금 기판을 반응시킨 것에 대한 SEM사진이다. FIG. 4 is a SEM photograph of the reaction of the gold substrate with the mucto functional group of the nanotube prepared using 3-merctopropyltrimethoxysilane.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 가공성이 뛰어나고 경제적으로 저렴한 실리콘 산화물 시료를 나노튜브 형태로 만들 수 있을 뿐만 아니라 작용기를 지니고 있으므로, 기존의 나노소자의 응용에 있어 제한이 되었던 표면개질단계를 거치지 않고 다른 물질과의 복합체를 형성할 수 있으므로 다양한 분야에 응용될 수 있다. As described above, the present invention can not only make nanotubes of silicon oxide samples having excellent processability and economical cost, but also have functional groups, without undergoing the surface modification step that has been limited in the application of conventional nano devices. Since it can form a complex with other materials, it can be applied to various fields.

Claims (11)

하기 화학식 (1)의 전구체를 졸-겔 중합하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브.A silicon oxide nanotube having a functional group, which is obtained by sol-gel polymerization of a precursor of formula (1).
Figure 112005014957500-pat00006
Figure 112005014957500-pat00006
화학식 (1)Formula (1) 상기 화학식 (1)에서 R은 직쇄 또는 측쇄 알킬렌이고 R1, R2 및 R3은 각각 같거나 상이한 직쇄 또는 측쇄 알킬이고, A는 NR4R5 또는 SR6이고, R4, R5 및 R6는 각각 같거나 상이한 수소, 직쇄 알킬, 측쇄 알킬, 환식 알킬 또는 탄화수소 환을 포함하는 알킬이다.In formula (1), R is straight or branched alkylene and R 1 , R 2 and R 3 are the same or different straight or branched alkyl, A is NR 4 R 5 or SR 6 , R 4 , R 5 and R 6 is alkyl, including the same or different hydrogen, straight chain alkyl, branched chain alkyl, cyclic alkyl or hydrocarbon ring.
제 1 항에 있어서, A가 NH2 또는 SH인 것을 특징으로 하는 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브.The silicon oxide nanotubes of claim 1, wherein A is NH 2 or SH. 제 2 항에 있어서, R이 탄소수 3 내지 5의 직쇄 또는 측쇄 알킬렌이고, R1, R2 및 R3은 각각 같거나 상이한 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 측쇄 알킬인 것을 특징으로 하는 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브.3. The functional group according to claim 2, wherein R is straight or branched alkylene having 3 to 5 carbon atoms, and R 1 , R 2 and R 3 are each the same or different straight or branched chain alkyl having 1 to 5 carbon atoms. Silicon oxide nanotubes. 제 3 항에 있어서, 상기 전구체가 3-아미노프로필트리에톡시실란 또는 3-머켑토프로필트리메톡시실란인 것을 특징으로 하는 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브.4. The silicon oxide nanotubes of claim 3, wherein the precursor is 3-aminopropyltriethoxysilane or 3-mercetopropyltrimethoxysilane. (a) 용매에 하기 화학식 (1)의 전구체를 첨가하고 교반하여 졸 상태의 용액을 제조하는 단계,(a) adding a precursor of formula (1) to the solvent and stirring to prepare a sol solution; (b) 상기 졸 상태의 용액에 나노구조의 다공성 산화알루미늄 형판을 침지시키는 단계,(b) immersing the nanostructured porous aluminum oxide template in the sol solution, (c) 상기 다공성 산화알루미늄 형판을 건조시키는 단계 및(c) drying the porous aluminum oxide template and (d) 상기 나노튜브가 삽입되어 있는 다공성 산화알루미늄 형판으로부터 산화알루미늄 형판을 제거하여 작용기를 지닌 나노튜브를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작용기를 지는 실리콘 산화물 나노튜브의 제조방법.(d) removing the aluminum oxide template from the porous aluminum oxide template into which the nanotubes are inserted to obtain a nanotube having a functional group.
Figure 112005014957500-pat00007
Figure 112005014957500-pat00007
화학식 (1)Formula (1) 상기 화학식 (1)에서 R은 직쇄 또는 측쇄 알킬렌이고 R1, R2 및 R3은 각각 같거나 상이한 직쇄 또는 측쇄 알킬이고, A는 NR4R5 또는 SR6이고, R4, R5 및 R6는 각각 같거나 상이한 수소, 직쇄 알킬, 측쇄 알킬, 환식 알킬 또는 탄화수소 환을 포함하는 알킬이다.In formula (1), R is straight or branched alkylene and R 1 , R 2 and R 3 are the same or different straight or branched alkyl, A is NR 4 R 5 or SR 6 , R 4 , R 5 and R 6 is alkyl, including the same or different hydrogen, straight chain alkyl, branched chain alkyl, cyclic alkyl or hydrocarbon ring.
제 5 항에 있어서, A가 NH2 또는 SH인 것임을 특징으로 하는 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브.6. The silicon oxide nanotubes of claim 5, wherein A is NH 2 or SH. 제 5 항에 있어서, 상기 단계 (a)의 용매가 메틸트리메톡시실란, H2O 및 에탄올의 혼합용액임을 특징으로 하는 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브의 제조방법.The method of claim 5, wherein the solvent of step (a) is a mixed solution of methyltrimethoxysilane, H 2 O and ethanol. 제 5 항에 있어서, 상기 다공성 산화알루미늄 형판은 직경이 60 ~ 80 nm, 길이가 10㎛인 다공성 구조인 것임을 특징으로 하는 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브의 제조방법.The method of claim 5, wherein the porous aluminum oxide template is a porous structure having a diameter of 60 to 80 nm and a length of 10 μm. 제 5 항에 있어서, 상기 단계(d)가 상기 나노튜브가 삽입되어 있는 다공성 산화알루미늄 형판을 에탄올, 물 및 수산화나트륨의 혼합용액에 침지시키는 것임을 특징으로 하는 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브의 제조방법.The method of claim 5, wherein the step (d) is to immerse the porous aluminum oxide template into which the nanotubes are inserted in a mixed solution of ethanol, water, and sodium hydroxide. . 제 1 항의 작용기를 지닌 실리콘 산화물 나노튜브를 이용한 복합체.Composite using silicon oxide nanotubes having the functional group of claim 1. 제 10 항에 있어서, 상기 복합체가 작용기를 가진 실리콘 나노튜브와 금기판과의 반응에 의한 것임을 특징으로 하는 복합체.The complex according to claim 10, wherein the complex is a reaction between a silicon nanotube having a functional group and a gold substrate.
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