KR100830834B1 - Anodic Aluminum Oxide Template - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (100) 집합 조직(결정 방위)을 갖춤으로써 나노 금속이 채워지는 미세공의 정밀도가 우수한 양극 산화 알루미늄 템플레이트에 관한 것이다. The present invention relates to an anodized aluminum template having an excellent precision of micropores filled with nano metals by having a (100) texture (crystal orientation).
본 발명은, 알루미늄 재료의 기판; 상기 기판의 일측에 형성된 양극 산화 층; 및 상기 양극 산화 층에 형성된 다수의 나노 크기의 미세공;을 포함하고, 상기 기판은 (100) 집합 조직을 갖는 구조의 양극 산화 알루미늄 템플레이트를 제공한다.The present invention, a substrate of aluminum material; An anodization layer formed on one side of the substrate; And a plurality of nano-sized micropores formed in the anodization layer, wherein the substrate provides an anodized aluminum oxide template having a structure of (100) texture.
본 발명에 의하면, (100) 집합 조직의 양극 산화 알루미늄 템플레이트가 다른 (110),(111) 집합 조직의 양극 산화 알루미늄 템플레이트들 보다 우수한 평면 미세공의 형태 및 단면 미세공의 정렬 도를 갖는다. 따라서 본 발명에 의하면 직경 및 길이 측면에서 균일도가 우수한 나노 로드를 얻을 수 있는 것이다.According to the present invention, the anodized aluminum oxide template of the (100) texture has a better planar micropore shape and the degree of alignment of the cross-sectional micropores than the other (110) and (111) textures of the aluminum oxide template. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a nanorod having excellent uniformity in terms of diameter and length.
집합 조직, 결정 방위, 양극 산화 알루미늄 템플레이트, 알루미늄 기판, 나노 크기 미세공, 나노 로드 Assembly tissue, crystal orientation, anodized aluminum template, aluminum substrate, nano size micropore, nano rod
Description
도 1a) 내지 1c)는 본 발명에 따른 양극 산화 알루미늄 템플레이트(AAO Template)를 도시한 구성도로서, Figures 1a) to 1c) is a block diagram showing an anodized aluminum oxide (AAO Template) according to the present invention,
a)도는 절개 단면도, b)도는 종 단면도, c)도는 평면도; a) drawing cutaway section, b) drawing longitudinal section, c) drawing plan view;
도 2는 본 발명에 따른 양극 산화 알루미늄 템플레이트와 다른 집합 조직을 갖는 양극 산화 알루미늄 템플레이트를 도시한 것으로서, Figure 2 shows an anodized aluminum oxide template having a different structure than the anodized aluminum template according to the present invention,
a)도는 (100) 집합 조직의 미세공을 도시한 평면 사진, a) is a planar photograph showing micropores of (100) aggregated tissue,
b)도는 (110) 집합 조직의 미세공을 도시한 평면 사진, b) is a planar photograph showing micropores of (110) aggregated tissue,
c)도는 (111) 집합 조직의 미세공을 도시한 평면 사진; c) is a planar photograph showing the micropores of the (111) texture;
도 3은 본 발명에 따른 양극 산화 알루미늄 템플레이트의 제조 공정을 단계적으로 도시한 플로우 챠트; Figure 3 is a flow chart showing step by step the manufacturing process of the anodized aluminum template according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 양극 산화 알루미늄 템플레이트에서 미세공 확장이 이루어진 상태를 사진으로 도시한 평면도 및 측 단면도; Figure 4 is a plan view and side cross-sectional view showing a state in which micropores are expanded in the anodized aluminum oxide template according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 양극 산화 알루미늄 템플레이트에서 식각이 진행됨에 따라서 미세공들의 직경이 확장됨과 동시에, 기판의 두께가 증가되는 상태를 시간대 별로 도시한 그래프도; FIG. 5 is a graph illustrating, by time zone, a state in which the thickness of the micropores is expanded and the thickness of the substrate is increased as the etching proceeds in the anodized aluminum oxide template according to the present invention;
도 6은 (100),(110),(111) 집합 조직의 알루미늄 단결정을 갖는 양극 산화 알루미늄 템플레이트들의 XRD 패턴을 도시한 그래프도; 6 is a graph showing XRD patterns of anodized aluminum oxide templates having aluminum single crystals of (100), (110) and (111) textures;
도 7은 본 발명에 따른 양극 산화 알루미늄 템플레이트에서 얻어진 Ni 나노 로드를 촬영한 사진이다. Figure 7 is a photograph of the Ni nanorods obtained from the anodized aluminum oxide template according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1.... 본 발명에 따른 양극 산화 알루미늄 템플레이트1 .... anodized aluminum template according to the invention
1'... 110) 집합 조직을 갖는 양극 산화 알루미늄 템플레이트1 '... 110) Anodized Aluminum Oxide Template with Assembly Structure
1"... (111) 집합 조직을 갖는 양극 산화 알루미늄 템플레이트1 "... (111) Anodized Aluminum Oxide Template with Assembly Structure
10,10',10"... 알루미늄 재료의 기판 10,10 ', 10 "... substrate of aluminum material
12,12',12"... 전해 연마(electropolishing)12,12 ', 12 "... electropolishing
14,14',14"... 1차 양극 산화(Anodic Oxidation)]14,14 ', 14 "... First Anodic Oxidation]
15,15',15"... 양극 산화 층 16,16',16"... 1차 미세공15,15 ', 15 "... anodized layer 16,16', 16" ... primary micropores
18,18',18"... 딤플(dimples) 20,20',20"... 미세공18,18 ', 18 "
30.... 니켈(Ni) 나노 로드 32.... 니켈 기판30 .... Nickel (Ni) Nano Rod 32 .... Nickel Substrate
34.... 니켈(Ni) 나노 금속34 .... Nickel (Ni) Nano Metals
본 발명은 나노 로드(nanorod)를 제조하기 위하여 사용되는 양극 산화 알루미늄(AAO) 템플레이트에 관한 것으로, 보다 상세히는 (100) 집합 조직(결정 방위)을 갖춤으로써 나노 금속이 채워지는 미세공의 정밀도가 우수하여 균일한 나노 로드를 얻을 수 있도록 개선된 양극 산화 알루미늄 템플레이트에 관한 것이다. The present invention relates to an anodized aluminum oxide (AAO) template used to fabricate nanorods, and more particularly, to have a (100) texture (crystal orientation), thereby reducing the precision of micropores filled with nano metals. It relates to an anodized aluminum template that has been improved to achieve excellent and uniform nanorods.
현재 전자소자 업계에서는 소자의 소형화와 고집적화가 매우 빠르게 진행됨에 따라 과거의 마이크로패턴에서 나노 급의 초미세 패턴의 필요성이 증대되고 있다. 이와 같은 나노 패턴이나 나노구조를 만드는 기술로는 E-Beam 리소그라피, 주사 통과 현미경(STM: Scanning Tunneling Microscope), 원자 힘 현미경(AFM: Atomic Force Microscope) 등의 기술이 있는데 이들을 이용하면, 기본 단위의 나노 패턴이나 나노구조는 제작이 가능하다.In the current electronic device industry, the miniaturization and high integration of devices are rapidly progressing, thereby increasing the need for nanoscale ultrafine patterns in the past micropatterns. Techniques for making such nanopatterns or nanostructures include E-Beam lithography, Scanning Tunneling Microscope (STM), and Atomic Force Microscope (AFM). Nano pattern or nano structure can be manufactured.
그렇지만 이는 매우 고가의 장비와 많은 시간이 소요되는 단점을 안고 있어 대량이나 대면적의 나노 도트(nano dot), 나노 선(nano wire) 및 나노 튜브(nano tube) 등을 만드는데 현실적으로 문제점을 갖고 있다. However, it has very expensive equipment and a lot of time-consuming disadvantages, so there are practical problems in making a large or large area of nano dots, nano wires and nano tubes.
따라서 전형적인 전자빔 전사 업계의 대안으로써 대면적 고정열의 나노구조를 만들고 이를 응용하여 나노 자기학의 기본 연구를 위해서뿐만 아니라, 방사 작용과 자성감지, 고집적 자기회로 등에서의 응용 가능성을 지닌 나노 금속 자기 선의 배열 연구를 위해서는 경제적이고 효율이 높은 고 정렬 배열을 이루어내는 것이 중요하다. Therefore, as an alternative to the typical electron beam transfer industry, large-area fixed-row nanostructures are fabricated and applied to not only basic research of nanomagnetics, but also nanometal magnetic lines with potential for application in radiation, magnetic sensing, and highly integrated magnetic circuits. For this purpose, it is important to achieve an economical and efficient high alignment arrangement.
지금까지 당 업계에서는 물리적으로나 화학적으로 안정하다고 알려진 양극 산화 알루미늄(AAO) 템플레이트가 저가, 고 수득률, 대면적의 나노 로드 및 나노선 배열을 제조하는데 고도의 처리능력이 있음을 입증해 왔다. To date, the industry has demonstrated that anodized aluminum oxide (AAO) templates, known to be physically and chemically stable, have a high degree of processing power to produce low cost, high yield, large area nanorods and nanowire arrays.
상기와 같은 나노 구조물을 제작하는 기술은 크게 탑-다운(Top-Down) 방식과 바텀-업(Bottom-Up) 방식으로 구분된다. 현재도 탑-다운 방식의 기술인 전자빔 리소그래프(Electron-Beam Lithography), 주사 통과 현미경(STM: Scanning Tunneling Microscope), 원자 힘 현미경(AFM: Atomic Force Microscope) 등의 기술을 사용하여 나노 구조물을 제작하는 연구가 진행되고 있으나, 이러한 방식은 비용이 많이 들고 생산성이 제한되어 있어서, 상업적으로 활용가능한 50nm 이하의 나노 구조물을 만드는 리소그래피 기술은 아직도 실현되지 못하고 있다.The technology for manufacturing such a nanostructure is largely divided into a top-down method and a bottom-up method. Nano-fabrication is being made using top-down techniques such as Electron-Beam Lithography, Scanning Tunneling Microscope, and Atomic Force Microscope. While research is underway, this approach is expensive and limited in productivity, and lithographic techniques for producing commercially available nanostructures below 50nm are still unrealized.
이에 반하여 버텀-업 방식은 비용이 적게 들고 생산성도 높으나, 아직 원하는 나노 구조물을 자유 자재로 제작할 수 있는 수준에 이르지 못하여 대부분이 연구 단계에 머무르고 있다.On the other hand, the bottom-up method is low in cost and high in productivity, but most of them are still in the research stage because they are not able to freely manufacture desired nanostructures.
한편, 버텀-업 방식의 기술로는 나노 템플레이트(nanotemplate) 기술이 있는데, 이는 나노미터 크기의 정밀도로 틀을 제작하고, 제작된 틀 속에 원하는 물질을 넣어서 나노점(nanodot), 나노선(nanowire) 및 나노튜브(nanotube) 등의 나노 구조물을 용이하게 만들 수 있다는 장점을 지닌다. On the other hand, the bottom-up technique is a nano template (nanotemplate) technology, which produces a mold with nanometer precision, and put the desired material in the fabricated nanodot (nanodot), nanowire (nanowire) And nanostructures such as nanotubes.
따라서 나노 템플레이트 기술은 다른 많은 기술들과 서로 연계되어 있으며, 나노 템플레이트를 기반으로 한 나노 구조물의 제작은 나노 기술 분야에서 크게 주목 받고 있다.Therefore, nano-template technology is interconnected with many other technologies, and the production of nano-structures based on nano-templates has attracted much attention in the field of nanotechnology.
상기 나노 템플레이트(nanotemplate)의 재료로서 사용되는 알루미늄(Al)은 자체의 산소 친화력이 커서 산화 막으로 덮인 상태로 자연계에 존재하며, 알루미늄 산화 막은 부식에 대한 높은 저항력을 가진다. 이와 같은 알루미늄을 기반으로 한 나노 템플레이트는 일 측면에 양극 산화 알루미늄 막을 형성하고 있으며, 양극 산화 알루미늄 템플레이트(Anodic Aluminum Oxide Template)로 명명되어 대표적인 나노 템플레이트의 기술 중의 하나로 확립되어 있다.Aluminum (Al), which is used as a material of the nano template, is present in nature in a state of being covered with an oxide film because of its high oxygen affinity, and the aluminum oxide film has a high resistance to corrosion. The aluminum-based nano-template forms an anodized aluminum oxide film on one side, and is named as an anodic aluminum oxide template, and has been established as one of the representative nano-template technologies.
그리고 이와 같은 양극 산화 알루미늄 템플레이트는 현재의 리소그래피 기술로는 달성하기 어려운 수준의 매우 큰 종횡비(aspect ratio)를 가지는 다양한 나노 구조물의 제작에 활용할 수 있기 때문에 여러 분야에서 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다. 상기와 같은 양극 산화 알루미늄 템플레이트는 그 일 측면에 나노 크기의 다수의 미세공들이 형성되고, 이러한 미세공 내에 니켈(Ni) 등과 같은 금속을 채워 넣어 니켈 나노 로드 등을 제작할 수 있다.In addition, since such anodized aluminum template can be used to fabricate various nanostructures having a very large aspect ratio, which is difficult to achieve with current lithography technology, related researches are being actively conducted in various fields. In the anodized aluminum template as described above, a plurality of nano-sized micropores may be formed on one side thereof, and a nickel nano rod may be manufactured by filling a metal such as nickel (Ni) in the micropores.
그러나 상기와 같은 양극 산화 알루미늄 템플레이트는 나노 금속들이 채워지는 미세공들의 직경 및 길이가 균일하게 형성되어야 금속이 균일하게 미세공 내에 채워져서 결과적으로 얻어지는 나노 금속의 균일성을 확보할 수 있다. 따라서 균일한 물리적 특성을 갖는 나노 금속을 얻기 위해서는 양극 산화 알루미늄 템플레이트 에 형성되는 미세공들의 물리적인 특징이 균일해야 함이 필수적이다.However, such an anodized aluminum template should be uniformly formed in the diameter and length of the micropores in which the nanometals are filled to ensure uniformity of the resulting nanometals by uniformly filling the metal into the micropores. Therefore, in order to obtain nano metals with uniform physical properties, it is essential that the physical characteristics of the micropores formed in the anodized aluminum template should be uniform.
한편 이러한 양극 산화 알루미늄 템플레이트는 양극 산화 층(15)(AAO layer)에 생기는 미세공의 정밀도가 여러 가지 실험 변수에 따라서 변하게 된다. 미세공의 정밀도에 영향을 미치는 인자는 양극 산화 중의 전압, 온도, 에칭액의 종류, 알루미늄의 순도, 알루미늄의 집합조직(결정 방위) 등 다양하게 영향을 받는다.On the other hand, in the anodized aluminum template, the precision of micropores generated in the anodic oxide layer 15 (AAO layer) is changed according to various experimental variables. Factors affecting the precision of the micropores are variously influenced such as voltage, temperature during anodization, type of etching solution, purity of aluminum, and texture of aluminum (crystal orientation).
특히 이들 중에서 미세공의 크기(dimension) 정밀도는 알루미늄 집합조직으로부터 큰 영향을 받는 데, 이에 대해서 지금까지 당 업계에서 연구된 바는 없는 것이다.In particular, the size precision of the micropores among them is greatly affected by the aluminum texture, which has not been studied in the art so far.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 평면 미세공의 형태 및 단면 미세공의 정렬 도에 영향을 미치는 알루미늄 재료의 집합조직중에서 우수한 미세공의 크기(dimension) 정밀도를 갖도록 개선된 양극 산화 알루미늄 템플레이트를 제공함에 있다.The present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, the object of the present invention is to provide an excellent precision of the size (dimension) of fine pores in the assembly of aluminum material affecting the shape of the planar micropores and the degree of alignment of the cross-sectional micropores It is to provide an anodized aluminum oxide template improved to have.
그리고 본 발명은 우수한 미세공의 크기(dimension) 정밀도를 갖춤으로써 최종적으로 균일하고 우수한 품질의 나노 로드를 얻을 수 있도록 개선된 양극 산화 알루미늄 템플레이트를 제공함에 있다.In another aspect, the present invention provides an improved anodized aluminum template to obtain a uniform and excellent quality nano-rod finally by having an excellent fine hole (dimension) dimension precision.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 나노 구조물을 제작하는 데에 사용되는 양극 산화 알루미늄 템플레이트에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention, in the anodized aluminum oxide template used to fabricate nanostructures,
알루미늄 재료의 기판;A substrate of aluminum material;
상기 기판의 일측에 형성된 양극 산화 층; 및An anodization layer formed on one side of the substrate; And
상기 양극 산화 층에 형성된 다수의 나노 크기의 미세공;을 포함하고,And a plurality of nano-sized micropores formed in the anodic oxidation layer.
상기 기판은 (100) 집합 조직을 갖는 것임을 특징으로 하는 양극 산화 알루미늄 템플레이트를 제공한다.The substrate provides an anodized aluminum template, characterized in that it has a (100) texture.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명에 따른 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)는 우수한 미세공의 크기(dimension) 정밀도를 갖는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 알루미늄 재료의 기판(10)을 구비하고, 상기 기판(10)의 일측으로는 양극 산화 층(15)이 형성되며, 상기 양극 산화 층(15)에는 다수의 나노 크기의 미세공(20)들을 형성한 구조이다.The anodized
그리고 본 발명은 상기 알루미늄 기판(10)이 (100) 집합 조직(결정 방위)을 갖는 구조이다. And this invention is a structure in which the said
이와 같이 알루미늄 기판(10)이 (100) 집합 조직(결정 방위)을 갖는 본 발명의 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)는, 도 2에 도시된 바와 같이 다른 집합 조 직, 예를 들면 (110) 집합 조직을 갖는 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1')와, (111) 집합 조직을 갖는 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1")들에 비해 양극 산화 층(15)에 형성된 미세공(20)의 평면 진원도가 매우 우수한 것이다.In this way, the anodized
본 발명의 작용 효과를 보다 구체적으로 설명하기 위해 아래와 같이 일련의 시험을 실시하였다.In order to explain the effect of the present invention in more detail, a series of tests were conducted as follows.
본 발명에서 사용된 시료들은 직경 20mm, 두께 2mm를 갖는 시판용 알루미늄 기판(10)(10')(10")들을 사용하였고, (100),(110),(111)의 세 가지 다른 집합 조직을 갖는 것이었다.The samples used in the present invention used commercially
이와 같이 각각 다른 집합 조직들을 갖는 알루미늄 단결정 기판(10)(10')(10")들을 사용하여 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)들을 제조하였으며, 이들에 형성된 표면 미세공(20) 형태와 단면들을 모두 관찰하였다.As described above,
이하, (100),(110),(111)의 세 가지 집합 조직을 갖는 알루미늄 단결정 기판(10)(10')(10")들을 사용한 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)(1')(1")들의 제조 공정과 각각의 미세공(20)(20')(20") 관찰 결과를 설명한다.Hereinafter, anodized aluminum template (1) (1 ') (1 "using aluminum
본 발명에서는 (100),(110),(111) 집합 조직의 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)(1')(1")들에 대해 공통적인 제조 공정이 사용되었고, 그 제조 공정은 도 3에 도시된 바와 같이 제시되어 있다.In the present invention, a common manufacturing process was used for the (100), (110), and (111) anodized aluminum oxide templates (1) (1 ') (1 "), and the manufacturing process is shown in FIG. It is shown as shown.
본 발명은 각각의 알루미늄 단결정 기판(10)(10')(10")들을 양극 산화시키기에 앞서, 표면 이물질의 제거를 위해 아세톤에 10분간 초음파세척 하였으며, 인산: 크롬산: 초 순수(7 : 2 : 1)의 비율로 혼합한 용액에 35g/liter CrO3 를 첨가한 용액을 사용하여 전해 연마(electropolishing)(12)(12')(12") 하였다.(도 3a 참조)Prior to anodizing each of the aluminum
상기 전해연마(12)(12')(12") 조건은 전해액 온도 50~80℃에서 3~10A의 전류를 인가하여 5~15분간 시행하였다.The electropolishing (12) (12 ') (12 ") conditions were carried out for 5 to 15 minutes by applying a current of 3 ~ 10A at an electrolyte temperature of 50 ~ 80 ℃.
전해 연마란 산 용액 속에서 알루미늄을 전기적으로 연마시키는 것이다. 산 용액 속에서 알루미늄을 산화시키면, 산소와 알루미늄이 결합하여 알루미나(Al2O3)의 막이 표면에 형성된다. 산화가 일어나는 알루미늄은 양극(Positive Electrode) 으로 사용되므로 이 공정을 양극 산화라 부른다. 이렇게 형성된 알루미나 막은 산 용액에 의해서 부식되어 식각이 일어나게 되는 데, 양극 산화의 속도보다 식각 속도가 더 빠르게 되면, 알루미늄의 표면을 연마하는 효과를 가져 온다. Electropolishing is the electrical polishing of aluminum in an acid solution. When aluminum is oxidized in an acid solution, oxygen and aluminum combine to form a film of alumina (Al 2 O 3 ) on the surface. This process is called anodic oxidation because aluminum where oxidation occurs is used as positive electrode. The alumina film thus formed is corroded by an acid solution to cause etching. If the etching rate is faster than the rate of anodization, the surface of aluminum is polished.
이와 같은 현상을 전해 연마라 하고, 이는 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)를 만들기 위한 전처리 공정으로서 매우 중요한 의미를 가진다. 알루미나의 산화 시, 식각은 등전위선(equi-potential line)과 수직으로 진행되므로, 평탄한 표면으로부터 출발하여 양극 산화를 진행하여야만 미세공(20)(20')(20")들의 방향 이 나란해 지기 때문이다.This phenomenon is called electropolishing, which has a very important meaning as a pretreatment process for making the
이와 같은 전해 연마 후, 각각의 알루미늄 단결정 기판(10)(10')(10")들을 1차 양극 산화(Anodic Oxidation)(14)(14')(14") 시켰다.(도 3b 참조)After such electropolishing, each of the aluminum
상기 알루미늄 단결정 기판(10)(10')(10")들은 양극 산화 장치 내에서 처리되었으며, 이때 양극 산화에 사용된 전해액으로는 0.3 mol% 옥살산 용액을 사용하였으며, 미 교반 상태로 전압은 50V 정전압 조건에 전해액 온도는 0~5℃, 시간은 5~15분간 하여 제작하였다. The aluminum
이와 같은 1차 양극 산화(14)(14')(14")의 초기에는 알루미나의 표면에 수직으로 1차 미세공(16)(16')(16")들이 형성되기는 하지만, 1차 미세공(16)(16')(16")들의 배열이 불규칙한 특성을 보였다. 그러나, 알루미늄이 알루미나로 변하면서 부피가 증가함에 따른 스트레스(stress)로 인하여 시간이 지나면서 이 1차 미세공(16)(16')(16")들은 스트레스를 최소화할 수 있는 형태로 자기 정렬(self-ordering)에 의해서 배열되었다.In the initial stages of such primary anodic oxidation 14, 14 ′, 14 ″, primary micropores 16, 16 ′, 16 ″ are formed perpendicularly to the surface of alumina, although primary micropores are formed. The arrangement of (16) (16 ') (16 ") showed irregular characteristics. However, due to stress as the volume increases as aluminum turns to alumina, these primary micropores (16) (16 ') (16 ") are arranged by self-ordering in a form that minimizes stress.
이때, 주어진 공간을 가장 효율적으로 활용할 수 있는 배열은 육방밀집충전(hexagonal close-packing) 구조이므로, 1차 미세공(16)(16')(16")들은 육각형으로 배열되었고, 결과적으로 벌집(honeycomb)과 같은 육각형의 구조가 형성되었다. 따라서 1차적으로 양극 산화 공정을 진행한 샘플의 1차 미세공(16)(16')(16")들은 도 3b)에 도시된 바와 같이, 단면으로 보아 불규칙하게 배열되었다.At this time, since the arrangement that can utilize the given space most efficiently is hexagonal close-packing structure, the primary micropores 16, 16 ', 16 "are arranged in a hexagon, and consequently, honeycomb ( Hexagonal structures, such as honeycomb), were formed so that the primary micropores 16, 16 ', 16 "of the sample subjected to the first anodic oxidation process were cross-sectional, as shown in Figure 3b). Seen irregularly arranged.
한편 상기와 같이 1차적으로 양극 산화 공정을 진행한 알루미늄 단결정 기판(10)(10')(10")들은 알루미늄과 알루미나의 경계면에서 규칙적인 배열을 가지게 되는데, 본 발명에서는 규칙적으로 정렬된 미세공이 필요하므로, 1차 양극 산화(14)(14')(14")에 의해서 형성된 알루미나층을 산 용액 속에서 화학적으로 녹여서 제거하였다. Meanwhile, the aluminum
이와 같은 구조가 도 3c)에 도시되어 있으며, 그 결과 알루미늄 단결정 기판(10)(10')(10")들은 딤플(dimple)(18)(18')(18") 들이 규칙적으로 배열된 알루미나 표면을 형성하였다.Such a structure is shown in FIG. 3C, whereby the aluminum
다음으로 본 발명에서는 상기의 1차 양극 산화 조건과 동일한 조건으로 딤플(dimple)(18)(18')(18") 들이 규칙적으로 배열된 알루미나 표면을 2차 양극 산화시켜서 양극 산화 층(15)(15')(15")에 규칙적으로 배열된 미세공(20)(20')(20")을 형성할 수 있었다. 이때 양극 산화 층(15)(15')(15")에서 얻어진 초기 미세공(20)(20')(20")의 크기는 직경 30~40nm로 생성되었다.(도 3d 참조)Next, in the present invention, the
그리고 본 발명에서는 미세공(20)(20')(20")의 크기를 확장시키기 위해서 미세공(20)(20')(20")의 확장 공정을 실시하였다. 이는 상기와 같이 직경 30~40nm의 초기 미세공(20)(20')(20")을 형성한 양극 산화 층(15)(15')(15")에 전기를 가하지 않은 상태에서 식각 처리하였다. 이와 같이 전기를 가하지 않은 상태에서 식각 처 리를 하면 미세공(20)(20')(20")의 내부가 균일하게 깍여 나가서 미세공(20)(20')(20")의 깊이와 그 사이 간격을 처음과 같이 유지하면서 미세공(20)(20')(20")의 직경 만을 크게 만들 수 있다. In the present invention, in order to expand the size of the
따라서 본 발명에서는 이와 같은 미세공 확장방법(pole widening)을 거쳐 직경 30~40nm의 1차 미세공(16)(16')(16")을 직경 80~100nm 크기의 미세공(20)(20')(20")으로 확장하였다.(도 3e 참조) Accordingly, in the present invention, the first micropores 16, 16 'and 16 "having a diameter of 30 to 40 nm are subjected to the
이와 같은 미세공 확장 공정에서는 20℃로 유지된 6.0wt% H3PO4 + 1.8wt% CrO3 용액을 사용하여 50분간 1차 미세공(16)(16')(16") 확장을 하였으며, 이는 도 4a),b)에서 평면 및 단면으로 도시된 바와 같이, 다수의 80~100nm 크기의 미세공(20)(20')(20")들이 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)의 양극 산화 층(15)(15')(15")에 형성되었다. 이와 같이 양극 산화시킨 양극 산화 알루미늄 템플레이트중의 하나를 FE-SEM으로 촬영한 것이었다. In the micropore expansion process, primary micropores 16, 16 'and 16 "were expanded for 50 minutes using 6.0 wt% H 3 PO 4 + 1.8 wt% CrO 3 solution maintained at 20 ° C. This is shown by a planar and cross-sectional view in FIGS. 4a) and b) where a plurality of 80-100
이와 같은 미세공 확장 공정에서 미세공(20)(20')(20")들은 시간이 지남에 따라서 그 직경이 일정하게 확장됨을 알 수 있었으며, 이러한 과정이 도 5a)에 그래프로서 도시되어 있다. 또한 미세공(20)(20')(20")들의 직경이 확장됨과 동시에 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)(1')(1")의 두께도 도 5b)에 도시된 바와 같이 증가되었다.In this micropore expansion process, the
이와 같은 그래프를 통해 본 발명에서는 직경 80~100nm의 미세공(20)(20')(20") 크기를 갖는 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)(1')(1")들을 (100),(110),(111)의 세 가지 집합 조직을 갖는 알루미늄 단결정 기판(10)(10')(10")들 별로 제조하였다.Through such a graph, in the present invention, anodized aluminum oxide templates (1) (1 ') (1 ") having sizes of micropores (20, 20', 20") having a diameter of 80 to 100 nm (100), ( Aluminum
도 6의 a),b),c)에는 (100),(110),(111) 집합 조직의 알루미늄 단결정을 갖는 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)(1')(1")들의 XRD 패턴이 각각 다르게 도시되어 있다.In Figs. 6A, 6B and 6C, XRD patterns of anodized aluminum oxide templates (1) (1 ') (1 ") having aluminum single crystals of (100), (110) and (111) textures, respectively, are shown. It is shown differently.
이와 같은 (100),(110),(111) 집합 조직의 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)(1')(1")들은 도 2의 a),b),c)에 도시된 바와 같이, 양극 산화 층(15)(15')(15")에 형성된 미세공(20)(20')(20")의 평면 진원도가 각각 다르게 얻어졌다. Such anodized aluminum oxide templates (1) (1 ') (1 ") of the (100), (110) and (111) textures are anodes as shown in a), b), c) of FIG. Different planar roundness of the
이와 같은 (100),(110),(111) 집합 조직의 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)(1')(1")들 중에서 (100) 집합 조직의 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)가 그 평면 미세공(20)의 형태 및 단면 정렬도 측면에서 가장 우수한 것으로 판명되었다.Of these (100), (110), and (111) anodized aluminum oxide templates (1) (1 ') (1 "), the anodized aluminum oxide template (1) of the (100) texture is the planar fine. The shape and cross-sectional alignment of the
도 7에는 본 발명에 따른 (100) 집합 조직의 양극 산화 알루미늄 템플레이 트(1)를 이용하여 제작한 니켈(Ni) 나노 로드(30)가 도시되어 있다.FIG. 7 shows a nickel (Ni)
이와 같은 니켈(Ni) 나노 로드(30)는 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)의 미세공(20)(20')(20")들을 니켈 금속으로 전기 도금하여 채운 후, 니켈 나노 로드(30)를 관찰하기 위해 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)를 에칭하여 제거한 것이다.Such nickel (Ni) nanorods 30 are electroplated with nickel metal to fill the
이와 같이 제조된 니켈(Ni) 나노 로드(30)는 니켈 기판(32) 위에 균일한 크기의 니켈(Ni) 나노 금속(34)들이 성장한 모습이 관찰되었다. The nickel (Ni) nanorods 30 manufactured as described above were observed to have grown on the
따라서 본 발명에 의해서 얻어진 (100) 집합 조직의 양극 산화 알루미늄 템플레이트(1)를 이용하면 직경 및 길이 측면에서 균일성이 우수한 니켈(Ni) 나노 로드(30)를 얻을 수 있음을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the use of the anodized aluminum oxide template (1) of the (100) texture obtained by the present invention enables obtaining the nickel (Ni) nanorods 30 having excellent uniformity in terms of diameter and length.
본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 수정 또는 변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.Although the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such a specific structure. Those skilled in the art may variously modify or change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. Nevertheless, it will be apparent that all such modifications or variations will fall within the scope of the present invention.
상기에서와 같이 본 발명에 의하면, (100) 집합 조직의 양극 산화 알루미늄 템플레이트가 다른 (110),(111) 집합 조직의 양극 산화 알루미늄 템플레이트들 보다 우수한 평면 미세공의 형태 및 단면 미세공의 정렬 도를 갖는 것이다.As described above, according to the present invention, the shape of the planar micropores and the alignment of the cross-sectional micropores are better than those of the other anodized aluminum templates of the (110) and (111) textures. To have.
따라서 본 발명에 따른 (100) 집합 조직의 양극 산화 알루미늄 템플레이트를 이용하면 직경 및 길이 측면에서 균일도가 우수한 나노 로드를 얻을 수 있는 것이다.Therefore, by using the anodized aluminum oxide template of the (100) texture according to the present invention it is possible to obtain a nanorod with excellent uniformity in terms of diameter and length.
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KR1020060103926A KR100830834B1 (en) | 2006-10-25 | 2006-10-25 | Anodic Aluminum Oxide Template |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20230131105A (en) | 2022-03-04 | 2023-09-12 | 창원대학교 산학협력단 | Fabrication of high aspect ratio nanopatterns using porous nanotemplate and Digital Light Process that allows free design of shapes |
Citations (2)
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KR20050035734A (en) * | 2003-10-14 | 2005-04-19 | 주식회사 엘지화학 | High surface area electrode prepared by using porous template, and electric device prepared therefrom |
KR100619354B1 (en) * | 2005-04-29 | 2006-09-06 | 삼성전기주식회사 | Nano particle filter using aluminum anodizing oxide template and manufacturing method thereof |
-
2006
- 2006-10-25 KR KR1020060103926A patent/KR100830834B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
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