KR100788413B1 - 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법 - Google Patents
열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법Info
- Publication number
- KR100788413B1 KR100788413B1 KR1020070024657A KR20070024657A KR100788413B1 KR 100788413 B1 KR100788413 B1 KR 100788413B1 KR 1020070024657 A KR1020070024657 A KR 1020070024657A KR 20070024657 A KR20070024657 A KR 20070024657A KR 100788413 B1 KR100788413 B1 KR 100788413B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- plasma
- thermal plasma
- sample
- reaction chamber
- powder
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 33
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 27
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- XPGAWFIWCWKDDL-UHFFFAOYSA-N propan-1-olate;zirconium(4+) Chemical compound [Zr+4].CCC[O-].CCC[O-].CCC[O-].CCC[O-] XPGAWFIWCWKDDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910003023 Mg-Al Inorganic materials 0.000 claims description 4
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 2
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 13
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 abstract description 12
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 27
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 14
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 12
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 9
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 9
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 229910000986 non-evaporable getter Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910002058 ternary alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003921 particle size analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G25/00—Compounds of zirconium
- C01G25/02—Oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
- C07F7/28—Titanium compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
본 발명은 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법에 관한 것으로서, 플라즈마 토치부를 작동시켜서 열플라즈마를 발생시키는 단계와; 플라즈마 토치부와 수직 방향으로 연결된 반응 챔버내에 수용된 시료로부터 나노 복합 분말을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 열플라즈마를 이용하여 다양한 형태의 시료로 나노 분말을 제조함으로써, 플라즈마 디스플레이 패널의 불순 가스 제거용 고순도 게터를 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다.
Description
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 열플라즈마 장치를 도시한 구성도,
도 2는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 입자의 SEM 사진,
도 3은, 도 2의 나노 입자의 EDX 데이터,
도 4는, 도 2의 나노 입자의 XRD 분석 그래프,
도 5는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 나노 입자의 SEM 사진,
도 6은, 도 5의 나노 입자의 TEM 사진,
도 7은, 도 5의 나노 입자의 EDX 데이터,
도 8은, 도 5의 나노 입자의 XRD 분석 그래프,
도 9는, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 나노 입자의 SEM 사진,
도 10은, 도 9의 나노 입자의 EDX 데이터,
도 11은, 도 9의 나노 입자의 XRD 분석 그래프,
도 12는, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 나노 입자의 SEM 사진,
도 13은, 도 12의 EDX 데이터,
도 14는, 도 12의 XRD 분석 그래프,
도 15는, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 나노 입자의 SEM 사진,
도 16은, 도 15의 나노 입자의 EDX 데이터,
도 17은, 도 15의 나노 입자의 XRD 그래프,
도 18은, 도 15의 나노 입자의 BET 그래프,
도 19는, 도 15의 나노 입자의 입도 그래프.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 >
100...열플라즈마 장치 110...전원 공급부
120...플라즈마 토치부 130...반응 챔버
140...진공 펌프 160...포집부
190...제어부
본 발명은 나노 복합 분말 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 열플라즈마를 이용하여 평판 표시 장치내의 불순 가스의 제거를 위한 게터를 제조하기 위한 나노 복합 분말 제조 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel)은, 복수의 기판 사이에 주입된 불활성 가스의 방전에 의하여 발생하는 진공 자외선이 형광체층에 충돌하여 방출시키는 가시광을 이용하여 문자 및 그래픽을 표시하는 평판 표시 장치(flat display device)를 말한다.
상기 플라즈마 디스플레이 패널은, 방전 셀 내부에서 방전에 의하여 불순 가 스의 발생으로 인한 압력의 증가, 방전 개시 전압의 상승, 암점(dark spot)의 발생, 콘트라스트의 저하, 수명 저하 등의 결함을 야기한다. 여기서, 불순 가스들은 일반적으로 H2, H2O, N2, O2 그리고 CO2가 패널 내부의 소재에 물리적 또는 화학적으로 흡착되어 있는 상태로서 봉입되고 방전시에 탈착됨으로써, 수명과 화질 등에 영향을 미치게 된다. 상기 불순 가스의 발생원은, 패널의 공정중에 대기에 노출된 MgO 보호막층, 형광체층, 격벽등과 같이 실질적으로 방전이 일어나는 공간을 형성하는 소재를 들 수 있다.
종래에는 패널 내부의 불순 가스 문제를 해결하기 위하여, 공정을 진공하에서 이루어지도록 하는 방법, 패널을 수십 시간에 걸쳐서 진행되는 에이징 방전법, 또는 방전 가스 주입 이전의 배기 공정에서 수시간 동안 가열 및 유지하는 방법 등이 사용되고 있다.
그러나, 진공 분위기하에서의 공정은 대단히 큰 비용이 소모되고, 그 이외의 방법들은 생산 시간이 길어져서 생산성이 하락하게 되는 원인이 된다.
이와 더불어, 패널을 장시간 사용하게 되면, 플라즈마에 존재하는 양이온에 의하여 플라즈마와 접한 벽면에서 발생한 불순 성분들이 누적되어 방전 특성에 영향을 미치게 되므로, 작동 중에도 방전 셀 내부에서 불순 성분들을 지속적으로 제거할 수 있는 게터(getter)의 적용이 요구된다.
상기 게터는 일반적으로 증발형 게터(evaporable getter)와, 비증발형 게터(non-evaporable getter)로 구분할 수 있다. 상기 증발형 게터는 쉽게 증발이 가 능한 금속 물질로 이루어져 있고, 음극선관의 진공 유지에 많이 이용되고 있다. 상기 비증발형 게터는, 플라즈마 디스플레이 패널과 같이 패널의 부피가 너무 작아 충분한 양의 게터 박막이 형성되기 어려운 플라즈마 디스플레이 패널과 같이, 증발형 게터가 사용되기 어려운 경우에 사용된다.
일반적으로, 상온에서 보관 중이던 비증발형 게터의 표면은 가스를 흡착하기에 적합하지 않은 상태로 있으므로, 열을 가하여 활성화시켜야만 가스와 반응하게 된다. 이처럼, 게터 물질이 가스와 반응할 수 있도록 열을 가하는 과정을 게터를 활성화시킨다고 한다. 비증발형 게터는 게터의 활성화 여부에 따라 게터의 효율 및 특성이 좌우된다.
또한, 불순 가스는 게터의 표면에 반데르발스(van der Waals) 힘에 의하여 물리적으로 흡착되어 해리한 후 화학적 흡착되어 제거되므로, 고다공성 게터의 제조가 요구된다.
이때, 게터 제조용 금속 분말의 입자 크기가 작아질수록 표면적이 증가하므로, 높은 흡착 특성을 갖도록 게터용 금속 분말을 나노 크기로 제조하는 것이 중요하다. 또한, 셀의 크기가 작아질수록 게터 박막 형성이 어려우므로, 패널의 해상도 향상을 위해서도 비증발형 게터용 금속 나노 분말의 제조가 필요하나, 종래의 방법에 의하면 게터용 금속 나노 분말을 제조하기가 용이하지 않는 문제점이 있었다.
금속 물질은 대기 중에서 얇은 산화막으로 덮여있어 불순물 가스를 흡착하는 특성을 갖도록 고온으로 활성화시켜야 하고, 활성 온도는 복합 금속의 경우 성분 및 조성으로 조절할 수 있으므로, 낮은 온도에서도 활성화가 가능하고, 상온에서도 흡착 특성이 뛰어난 복합 금속 나노 분말로 제조해야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열플라즈마를 이용하여 고다공성 게터용으로 적용되는 나노 분말을 용이하게 제조하기 위한 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 낮은 온도에서도 활성화가 가능하고 상온에서도 흡착특성이 뛰어난 복합 금속 나노 분말을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법은, 플라즈마 토치부를 작동시켜서 열플라즈마를 발생시키는 단계와; 상기 플라즈마 토치부와 수직 방향으로 연결된 반응 챔버내에 수용된 시료로부터 나노 복합 분말을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 액상의 시료는 상기 플라즈마 토치부와, 반응 챔버 사이에 연결된 어댑터로 주입하고, 상기 플라즈마 토치부의 양극과 음극 사이의 방전에 의하여 열플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 한다.
또한, 고상의 시료는 상기 반응 챔버내에 장착된 홀더 지지대에 설치된 홀더내에 담기며, 상기 플라즈마 토치부의 양극 및 음극 사이의 방전과, 홀더 지지대에 양극과 동일한 전위가 인가되는 것에 의하여 열플라즈마가 발생하는 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 복합 분말을 제조하기 위한 열플라즈마 장치(100)를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 상기 열플라즈마 장치(100)에는 전원이 공급되는 전원 공급부(110)가 구비되어 있다. 상기 전원 공급부(110)에는 이로부터 인가되는 전압에 의하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 토치부(120)가 설치되어 있다. 상기 플라즈마 토치부(120)는, 단부에 텅스텐이 장착된 구리 재질의 음극봉과, 음극봉의 주위를 따라서 설치된 구리 재질의 양극을 포함하는 열음극형 플라즈마 토치인 것이 바람직하다.
상기 플라즈마 토치부(120)에는 반응 챔버(130)가 결합되어 있다. 상기 반응 챔버(130)는 고체, 액체, 기체의 시료를 다같이 사용할 수 있다. 상기 플라즈마 토치부(120)와 반응 챔버(130)는 수직 방향으로 결합되어 있고, 상기 반응 챔버(130) 내에서 플라즈마 불꽃에서 생성된 입자가 고온의 분위기에서 성장할 수 있다.
상기 반응 챔버(130) 내에는 고상의 시료를 사용할 경우 사용되는 홀더 지지대(131)가 설치되어 있으며, 상기 홀더 지지대(131)의 상단면에는 홀더(132)가 장착되고, 홀더(132)에는 고상의 시료(133)가 수용된다.
비이송식(non-transferred type)과 달리, 이송식(transferred type)으로 열음극형 플라즈마 토치부(120)를 사용할 경우에는, 양극과 홀더 지지대(131)에 (+) 를, 음극에 (-)를 인가하게 된다.
상기 반응 챔버(130)의 일측에는 진공 펌프(140)가 연결되어 있다. 상기 진공 펌프(140)는, 반응 챔버(130) 내부의 공기를 제거하고, 고순도 아르곤 가스와 같은 불활성 기체를 충진하기 위한 것이다.
상기 반응 챔버(130)에는 냉각 튜브(140)에 의하여 연결된 포집부(160)가 설치되어 있어, 반응 챔버(130)로부터 생성된 복합 성분의 나노 금속 분말의 수거가 가능하다. 또한, 상기 열플라즈마 장치(100)는, 이후 후처리를 위한 스크러버(170)와, 상기 고온의 플라즈마에서 발생된 열을 냉각하는 강제 수냉식의 열교환부(180)와, 상기 장치들(110 내지 180)을 제어하는 제어부(190)를 포함한다.
한편, 상기 열플라즈마 장치(100)는 상술한 바와 같이, 고상의 시료(133)를 이용하여 금속 나노 분말을 제조할 수 있지만, 액상 또는 기상의 시료를 사용할 경우에도 금속 나노 분말의 제조가 가능하다. 이를테면, 상기 플라즈마 토치부(120)와 반응 챔버(130) 사이에 어댑터(도시 생략)를 설치하여, 어댑터를 통하여 액상 또는 기상의 시료를 공급할 수 있다.
이하, 상기 열플라즈마 장치(100)를 이용하여 본원발명의 게터용 나노 복합 분말을 제조한 방법 및 그 결과를 설명한다.
(실시예 1)
플라즈마 불꽃으로 액상의 시료 Titanium(Ⅳ) isopropoxide(98w/w%)를 주입하여 산소와 반응시켜 TiO2 나노 분말을 제조하였다. 액상의 시료는 삼구 플라스크 에 담겨 있는 50㎖의 Titanium(Ⅳ) isopropoxide를 끓는점인 232℃ 이상으로 가열하여 증발시키며, 1.5bar, 4ℓ/min의 산소를 통과시켜 플라즈마 토치부(120)와 반응 챔버(130) 사이에 연결된 어댑터로 주입시켰다. 플라즈마는 70A의 전류를 공급하여 비이송식으로 발생시키고, 방전 가스는 3bar, 35ℓ/min의 고순도 아르곤 가스를 사용하며, 실험 조건은 표 1에 도시된 바와 같이 수행하는 것에 의하여 나노 입자를 제조하였다.
(표 1)
| 플라즈마 입력전류 | 70A | 가열온도 | 250℃ |
| 플라즈마가스 | 아르곤 | 반응가스 | O2 |
| 플라즈마가스유속 | 35ℓ/min | 반응가스유속 | 4ℓ/min |
| 플라즈마가스압 | 3bar | 반응가스압 | 1.5bar |
도 2는 액상의 시료인 Titanium(Ⅳ) isopropoxide를 증발시켜서 산소와 함께 어댑터로 주입하여 제조된 분말의 샘플 사진과, TiO2 입자의 SEM 사진으로서, 입자들이 서로 응집되어 있으나, 입경이 약 20 내지 50 나노미터인 균일한 구형 입자가 제조됨을 알 수 있다.
도 3은 Titanium(Ⅳ) isopropoxide를 증발시켜 산소와 함께 어댑터로 주입하여 제조된 TiO2 입자의 EDX 분석 데이터로서, 분석을 위하여 카본 테이프의 탄소 성분을 제외한 Ti와, O의 질량비로부터 TiO2가 생성된 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 열플라즈마 장치(100)를 이용하게 되면, 전극 물질에 의한 오염은 발생하지 않았는데, 이것은 고온의 플라즈마 불꽃에서 선구 물질로 사용한 Titanium(Ⅳ) isopropoxide가 산소와 격렬하게 반응하여 TiO2 나노 입자들이 무수히 많이 제조되어, 전극 물질로부터 불순물이 발생되더라도 상대적으로 매우 적은 양이기 때문에 EDX 분석에 나타나지 않은 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 TiO2 입자의 결정 구조는 도 4에의 XRD 분석에 나타낸 바와 같이, 루틸(Rutile)(○)과, 아나타제(Anatase)(＋)가 혼합되어 있는 것으로 관찰된다. 열플라즈마는 일반적인 방법으로는 조성할 수 없는 초고온이므로, 열플라즈마에 의하여 생성된 TiO2 입자는 Anatase이지만, 생성된 입자가 반응 챔버(130)의 고온 분위기에 의하여 Rutile로 상전이가 된 것이다. 따라서, 생성된 TiO2 입자가 반응 챔버(130)의 고온 분위기에서 체류하는 시간을 제어하여 결정 구조를 제어할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 1의 TiO2 나노 입자를 제조하기 위한 방법과 동일한 방법으로 프로판올에 98w/w%로 희석되어 있는 Zirconium(Ⅳ) propoxide 용액으로부터 단일 성분의 Zr 나노 입자를 제조하였다.
액상의 시료 Zirconium(Ⅳ) propoxide 용액이 담긴 삼구 플라스크를 약 250℃로 가열하여 아르곤 가스를 통과시켜 플라즈마 불꽃이 생성되는 어댑터로 주입하였다. 실험 조건은 표 2에 도시된 바와 같이 수행하는 것에 의하여 나노 입자를 제조하였다.
(표 2)
| 플라즈마 입력전류 | 70A | 가열온도 | 250℃ |
| 플라즈마가스 | 아르곤 | 반응가스 | 아르곤 |
| 플라즈마가스유속 | 35ℓ/min | 반응가스유속 | 4ℓ/min |
| 플라즈마가스압 | 3bar | 반응가스압 | 1.5bar |
이 경우에는 액상 시료를 증발시키기 위하여 가열할 때, Zirconium(Ⅳ) propoxide의 비점이 매우 높아 프로판올이 먼저 증발함에 따라 용액중의 Zirconium(Ⅳ) propoxide의 농도가 증가하여 점도가 증가하고, 증발된 선구 물질이 어댑터로 연결된 주입관 내부에서 다시 응축 및 응고되어 시료 주입구가 막히는 현상이 관찰되어, 시료 주입관 전체를 가열 테이프로 가열하였다.
도 5는 액상의 시료인 Zirconium(Ⅳ) propoxide 용액을 증발시켜 아르곤과 함께 어댑터로 주입하여 제조된 입자의 SEM 사진으로서, 입자의 크기와 형상을 파악하기 힘들 정도로 응집되어 있음을 알 수 있다.
이 분말은 시료를 주입한 어댑터에서 포집된 것으로서, 에탄올에서 초음파로 분산시킨 입자의 TEM 사진은 도 6에 도시되어 있다. 도 6를 참조하면, TEM 사진으로부터 어댑터에서 포집된 분말은 약 10 나노미터 이하의 나노 입자들로 구성되어 있음을 알 수 있다.
도 7은 Zirconium(Ⅳ) propoxide 용액을 증발시켜 아르곤과 함께 어댑터로 주입하여 제조된 입자의 EDX 분석 데이터로서, EDX 분석으로부터 Zr 피크와 함께 산소 피크가 나타나 알콜이 분해되어 나온 산소와 반응하였거나, 분말을 포집할 때 산화가 일어났을 것으로 추측된다.
또한, 소량이지만 전극 물질인 Cu와 Zn이 관찰되었다. 이것은 Zirconium(Ⅳ) propoxide 용액을 증발시켜 시료를 주입하는 과정에서, Zirconium(Ⅳ) propoxide의 비점이 매우 높아 프로판올이 먼저 증발하여 용액의 농도 및 점도가 증가하고, 이에 따라 선구 물질이 어댑터 내부로 원활하게 공급되지 못하여 생성된 입자의 양이 적기 때문에 전극 물질의 피크가 관찰된 것으로 볼 수 있다. 따라서, 비점이 높은 시료로부터 나노 입자를 제조할 경우, 전극 물질에 의하여 발생한 불순물이 생성되는 입자의 순도에 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
도 8은 Zirconium(Ⅳ) propoxide 용액으로부터 생성된 입자의 XRD 분석 결과로 31.8도(100), 34.52(102), 36.31(101)등 α-Zr에 해당하는 피크가 관찰되었으며, 산화된 Zr의 피크도 검출되었다. 따라서, 금속 입자 제조 과정에서 발생할 수 있는 산화물 생성 방지를 위해서는, 반응 챔버(130)로의 산소 유입 차단과, 생성된 입자가 포집 과정에서 대기중에 노출되어 급격하게 산화되는 현상을 방지해야 함을 알 수 있다.
(실시예3)
Zr, V, Fe 3성분을 57:36:7의 질량비로 혼합하여 아크 멜팅법으로 준비한 3 성분계 합금 인고트(ingot)를 고상 시료로 사용하여 복합 성분의 나노 분말을 제조하였다. 이때, 상기 열플라즈마 장치(100)에서 액상/기상의 시료 주입용 어댑터를 제거하고, 반응 챔버(130)의 플라즈마 불꽃이 분사되는 위치에 고상의 시료(133)를 위치시켜, 표 3과 동일한 조건에서 비이송식으로 플라즈마를 발생시켜 수행하였다.
(표 3)
| 플라즈마 입력전류 | 70A | 가열온도 | 250℃ |
| 플라즈마가스 | 아르곤 | 반응가스 | 아르곤 |
| 플라즈마가스유속 | 35ℓ/min | 반응가스유속 | 4ℓ/min |
| 플라즈마가스압 | 3bar | 반응가스압 | 1.5bar |
도 9는 상기 반응 챔버(130) 중앙의 시료 홀더(132)에 고정된 3원계 합금 인고트로부터 제조된 입자의 SEM 사진으로서, 구형의 입자가 약 50 나노미터의 크기로 균일하게 생성되어 응집되는 것을 알 수 있다.
도 10은 반응 챔버(130) 중앙의 시료 홀더(132)에 고정된 3원계 합금 인고트로부터 제조된 입자의 EDX 분석 데이터로서, EDX 분석으로부터 Zr, V, Fe의 질량비가 57:36:7인 3성분계 합금 인고트를 고상 시료로 사용하였으나, V와 Fe 성분은 검출되지 않고, Zr과 전극 물질인 Z, Cu등의 피크들만 관찰되었다. 이것은 Zr이 시료에 가장 많이 함유되어 있는 성분이지만, Zr의 비점이 4377℃, V의 비점이 3380℃, Fe의 비점이 2750℃인 것을 고려하면, 아크 멜팅법으로 인고트를 제조하는 과정에서 충분하게 혼합되지 않았고, 시료가 증발하는 플라즈마 불꽃의 중심부 위치가 Zr 성분이 편중되어 있는 부분이었기 때문인 것으로 해석된다.
도 11에 나타난 XRD 분석으로부터, Zr, ZrO2에 해당하는 피크와 함께 ZnO, CuO등 전극 물질이 산화된 피크도 관찰됨을 알 수 있다. Zr의 주피크는 31.949도, 34.833도, 36.512도로, ZnO의 주피크인 31.777도, 34.432도, 36.263도와 거의 구분하기 어려운 패턴을 가지고 있지만, Cu에 해당하는 43.317도와 50.449도에서 피크가 검출되어 산화되지 않는 Zr도 일부 존재함을 알 수 있다. 특히, 28.69도에서 CuZrO2의 피크가 관찰되어, Zr과 전극 물질로 구성되었음에도 복합 성분의 나노 입자가 제조되었음을 알 수 있다.
(실시예 4)
상기 열플라즈마 장치(100)를 이송식으로 작동시켜, Mg-Al 2성분계 합금으로부터 복합 금속 분말의 제조를 시도하였다. 상기 진공 펌프(140)로 반응 챔버(130)의 공기를 제거하고, 고순도 아르곤 가스를 충진시켰다. 플라즈마 가스 압력은 2bar, 플라즈마 가스 유량은 20ℓ/min, 음극과 시료와의 거리는 20 밀리미터로 유지하였으며, 전류는 100 내지 200A로 서서히 증가시켰다.
도 12는 이송식 열음극형 플라즈마 발생장치(100)를 사용하여 Mg-Al 합금 시료로부터 제조된 분말의 SEM 사진으로서, 입자들이 서로 응집되어 있으나, 입경이 약 20 내지 30 밀리미터인 균일한 크기의 구형 입자가 제조되었음을 확인할 수 있다.
도 13에 나타낸 EDX 그래프를 살펴보면, 시료의 주성분인 Mg, Al이 검출되었으며, 중공 냉음극형 직류 플라즈마 발생장치를 사용하였을 경우 문제가 되었던 전극 물질에 의한 오염은 전혀 발생하지 않았다.
도 14에 나타낸 XRD 분석으로부터, 37.86도, 44.08도, 77.27도에서 Mg-Al 합금에 해당하는 피크가 검출되었으나, 대부분의 분말이 MgAl2O4로 산화되었고, MgO에 해당하는 피크들도 검출되었다. MgO가 관찰된 것은 Mg의 비점 1090℃이 Al의 비점 2467℃보다 낮기 때문에, 전류를 100A에서 200A까지 서서히 증가시키는 과정에서 Mg가 먼저 증발되어 생성된 것이다.
(실시예 5)
Zr,V,Fe의 3성분을 57:36:7의 조성에 맞추어 아크 멜팅으로 제조한 3원계 합 금 인고트를 시료로 하여, 전극 간격, 플라즈마 가스의 유량, 인가 전류 등의 공정 조건이, 생성되는 복합 금속 분말의 특성에 미치는 영향을 측정하였다.
도 15는 전극 거리 40 밀리미터, 플라즈마 가스의 유량 30ℓ/min, 인가 전류 75A에서 제조된 분말의 SEM 사진으로서, 대부분 약 20 내지 50 나노미터의 구형 입자들로 이루어져 있으며, 약 100 나노미터 입자들도 관찰되었다.
도 16은 EDX 분석으로부터 시료에 포함되어 있던 Zr, V, Fe 3성분 모두 관찰되었으나, 시료의 조성과는 많은 차이를 보였다. V 성분이 상대적으로 가장 많이 검출된 것은, 비점이 Zr의 비점 4377℃보다 약 1000℃ 낮아 Zr 성분보다 상대적으로 많은 양이 증발되었고, Fe의 비점 2750℃보다 약 600℃ 높지만, 시료에 Fe 성분보다 상대적으로 많은 양이 존재하였기 때문이다.
도 17의 XRD 분석을 살펴보면, EDX 분석서 Zr 성분이 상대적으로 적게 검출되었지만, ZrO2에 해당하는 피크가 30.54도, 35.50도, 51.06도, 60.72도에서 관찰되었다.
도 18과 도 19는 각각 BET와 입도 분석 결과로, 평균 입경은 약 111 나노미터로 측정되었으나, 도 15의 SEM 사진에서 관찰된 입자 크기와 비교하여 많은 차이가 있었다. 이는 응집된 나노 입자들이 충분히 분산되지 못하여 실제 입자보다 크게 측정되어진 것으로 보여진다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법에 의하면, 열플라즈마를 이용하여 다양한 형태의 시료로 나노 분말을 제조함으로써, 플라즈마 디스플레이 패널의 불순 가스 제거용 고순도 게터를 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (7)
- 삭제
- 플라즈마 토치부를 작동시켜서 열플라즈마를 발생시키는 단계; 상기 플라즈마 토치부와 수직 방향으로 연결된 반응 챔버 내에 수용된 시료로부터 나노 복합 분말을 형성하는 단계;를 포함하는 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법에 있어서,액상의 시료가 상기 플라즈마 토치부와 반응 챔버 사이에 연결된 어댑터로 주입되고, 상기 플라즈마 토치부의 양극과 음극 사이의 방전에 의하여 열플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 액상의 시료로 Titanium(Ⅳ) isopropoxide를 상기 어댑터로 주입하여 산소와 반응시켜 Ti 나노 입자를 제조하는 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법
- 제2항에 있어서,상기 액상의 시료로 프로판올에 희석된 Zirconium(Ⅳ) propoxide를 상기 어댑터로 주입하여 아르곤 가스와 반응시켜 Zr 나노 입자를 제조하는 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법
- 제2항에 있어서,고상의 시료가 상기 반응 챔버내에 장착된 홀더 지지대에 설치된 홀더내에 담기고, 상기 플라즈마 토치부의 양극 및 음극 사이의 방전과, 홀더 지지대에 양극과 동일한 전위가 전가되는 것에 의하여 열플라즈마가 발생하는 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 고상의 시료로 Zr, V, Fe 3성분으로 된 합금 인고트를 사용하여 복합 금속 나노 입자를 제조하는 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 고상의 시료로는 Mg-Al 2성분으로 된 합금 인고트를 사용하여 복합 금속 나노 입자를 제조하는 것을 특징으로 하는 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070024657A KR100788413B1 (ko) | 2007-03-13 | 2007-03-13 | 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070024657A KR100788413B1 (ko) | 2007-03-13 | 2007-03-13 | 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR100788413B1 true KR100788413B1 (ko) | 2007-12-24 |
Family
ID=39147921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020070024657A KR100788413B1 (ko) | 2007-03-13 | 2007-03-13 | 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100788413B1 (ko) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010021454A2 (en) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Inha-Industry Partnership Institute | Method of preparing carbon-doped titanium dioxide nanoparticles by decompositing carbon dioxide using thermal plasma |
| KR101345907B1 (ko) * | 2011-12-19 | 2013-12-30 | 호서대학교 산학협력단 | 이산화탄소 분해와 산화금속 입자의 동시 생성 장치 및 방법 |
| KR20170015307A (ko) * | 2014-06-05 | 2017-02-08 | 닛신 엔지니어링 가부시키가이샤 | 텅스텐 복합 산화물 입자의 제조방법 |
| KR20170110755A (ko) | 2016-03-23 | 2017-10-12 | (주)플라즈마텍 | 나노 파우더 제조 장치 |
| KR20180059590A (ko) * | 2016-11-25 | 2018-06-05 | (주)제이 앤 엘 테크 | 중공음극방전에 의한 나노구조체 제조방법 및 장치 |
| WO2019215563A1 (en) * | 2018-05-08 | 2019-11-14 | Makhnitskaya, Elena | Method and apparatus for extracting high-purity molibdenium oxide powders |
| KR20230013687A (ko) * | 2021-07-16 | 2023-01-27 | 주식회사 원익홀딩스 | Zr계 게터의 표면 불순물 제거 방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6379419B1 (en) | 1998-08-18 | 2002-04-30 | Noranda Inc. | Method and transferred arc plasma system for production of fine and ultrafine powders |
-
2007
- 2007-03-13 KR KR1020070024657A patent/KR100788413B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6379419B1 (en) | 1998-08-18 | 2002-04-30 | Noranda Inc. | Method and transferred arc plasma system for production of fine and ultrafine powders |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010021454A2 (en) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Inha-Industry Partnership Institute | Method of preparing carbon-doped titanium dioxide nanoparticles by decompositing carbon dioxide using thermal plasma |
| WO2010021454A3 (en) * | 2008-08-18 | 2010-04-15 | Inha-Industry Partnership Institute | Method of preparing carbon-doped titanium dioxide nanoparticles by decompositing carbon dioxide using thermal plasma |
| KR100991754B1 (ko) | 2008-08-18 | 2010-11-04 | 인하대학교 산학협력단 | 열플라즈마에 의한 이산화탄소 분해와 동시에 이산화티탄 나노입자를 제조하는 방법 |
| KR101345907B1 (ko) * | 2011-12-19 | 2013-12-30 | 호서대학교 산학협력단 | 이산화탄소 분해와 산화금속 입자의 동시 생성 장치 및 방법 |
| KR20170015307A (ko) * | 2014-06-05 | 2017-02-08 | 닛신 엔지니어링 가부시키가이샤 | 텅스텐 복합 산화물 입자의 제조방법 |
| KR102349973B1 (ko) | 2014-06-05 | 2022-01-10 | 닛신 엔지니어링 가부시키가이샤 | 텅스텐 복합 산화물 입자의 제조방법 |
| KR20170110755A (ko) | 2016-03-23 | 2017-10-12 | (주)플라즈마텍 | 나노 파우더 제조 장치 |
| KR20180059590A (ko) * | 2016-11-25 | 2018-06-05 | (주)제이 앤 엘 테크 | 중공음극방전에 의한 나노구조체 제조방법 및 장치 |
| KR101925688B1 (ko) | 2016-11-25 | 2018-12-07 | (주)제이 앤 엘 테크 | 중공음극방전에 의한 나노구조체 제조방법 및 장치 |
| WO2019215563A1 (en) * | 2018-05-08 | 2019-11-14 | Makhnitskaya, Elena | Method and apparatus for extracting high-purity molibdenium oxide powders |
| KR20230013687A (ko) * | 2021-07-16 | 2023-01-27 | 주식회사 원익홀딩스 | Zr계 게터의 표면 불순물 제거 방법 |
| KR102588567B1 (ko) | 2021-07-16 | 2023-10-16 | 주식회사 원익홀딩스 | Zr계 게터의 표면 불순물 제거 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100788413B1 (ko) | 열플라즈마를 이용한 나노 복합 분말 제조 방법 | |
| US7968072B2 (en) | In-situ synthesis of carbon nanotubes filled with metallic nanoparticles using arc discharge in solution | |
| Filipič et al. | Copper oxide nanowires: a review of growth | |
| Liang et al. | Catalytic growth of semiconducting In2O3 nanofibers | |
| Xiong et al. | Mesoporous NiO with various hierarchical nanostructures by quasi-nanotubes/nanowires/nanorods self-assembly: controllable preparation and application in supercapacitors | |
| Ji et al. | Rare-earth hexaborides nanostructures: recent advances in materials, characterization and investigations of physical properties | |
| US20020127351A1 (en) | Method for preparing nano-carbon and nano-carbon prepared by such method and composite material or mixed material containing nano-carbon and metal fine particle, apparatus for preparing nano-carbon, method for patterning nano-carbon and nano carbon base material patterned by the use of such method, as well as electron emission source using such patterned nano-carbon base material | |
| Ashkarran | Metal and metal oxide nanostructures prepared by electrical arc discharge method in liquids | |
| US20100143234A1 (en) | Methods of preparing and purifying carbon nanotubes, carbon nanotubes, and an element using the same | |
| Zonarsaghar et al. | Hydrothermal synthesis of CeVO4 nanostructures with different morphologies for electrochemical hydrogen storage | |
| CN112452315B (zh) | 一种高温抗烧结催化剂的应用 | |
| KR20110070400A (ko) | 이송식 또는 비이송식 플라즈마 장치를 이용한 벌크 구리로부터 구리 나노분말의 제조방법 | |
| WO2007063579A1 (ja) | カーボンナノチューブの製造方法および精製方法 | |
| CN112403461B (zh) | 一种高温抗烧结催化剂及其合成方法 | |
| JP4443423B2 (ja) | 単層カーボンナノチューブの製造方法および製造装置 | |
| WO2013058383A1 (ja) | カーボンナノホーンを含む多孔質材料及びその利用 | |
| JP2002263496A (ja) | 触媒組成物、その製造方法及びカーボンナノファイバーの製造方法 | |
| US8124044B2 (en) | Carbon nanotubes, a method of preparing the same and an element using the same | |
| JP2012020884A (ja) | カーボンナノ材料及びその利用 | |
| KR100593265B1 (ko) | 플라즈마 아크방전을 이용한 나노분말 제조공정 | |
| Kiss et al. | Decoration of titanate nanowires and nanotubes by gold nanoparticles: XPS, HRTEM and XRD characterization | |
| KR101269407B1 (ko) | 탄소피막이 형성된 구리분말의 제조방법 | |
| KR102498711B1 (ko) | 게터의 안정화 처리 방법 | |
| CN114506827A (zh) | 一种鸡毛掸子状六方氮化硼微纳米管片复合结构的制备方法 | |
| CN111185211B (zh) | 碳包覆镍纳米复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| G170 | Publication of correction | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121205 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131127 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141209 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |