KR100838026B1 - The apparatus for mass production of zno nanostructures and the process for mass production thereof - Google Patents

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이득희
이진무
박현규
김상우
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금오공과대학교 산학협력단
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Abstract

An apparatus and a method for mass-producing zinc oxide nanostructures are provided to synthesize the zinc oxide nanostructures in commercial quantity through gas-phase synthesis without using a substrate. An apparatus for mass-producing zinc oxide nanostructures includes (a) a catalyst sauce supply part(110) which supplies a catalyst source, (b) a reaction source supply part(100) which supplies a reaction source, (c) a reaction furnace(130) which provides a space for synthesizing zinc oxide nanostructures by a pyrolysis of the catalyst source and reaction source and an interaction between the pyrolyzed gas-phase sources; and (c) a gas discharge part which discharges the gas-phase sources that do not take part in the reaction. Further, the reaction furnace is a tube comprised of quartz and contains one or more resistance heating elements.

Description

산화아연 나노구조체의 대량 합성장치 및 산화아연 나노구조체의 대량 합성방법{THE APPARATUS FOR MASS PRODUCTION OF ZnO NANOSTRUCTURES AND THE PROCESS FOR MASS PRODUCTION THEREOF}Mass synthesis apparatus of zinc oxide nanostructures and mass synthesis method of zinc oxide nanostructures {THE APPARATUS FOR MASS PRODUCTION OF ZnO NANOSTRUCTURES AND THE PROCESS FOR MASS PRODUCTION THEREOF}

도 1 은 본 발명에 따른 산화아연 나노구조물의 대량 합성을 위한 제1저항 발열체만을 갖는 수평 반응로의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a horizontal reactor having only a first resistance heating element for mass synthesis of zinc oxide nanostructures according to the present invention.

도 2 는 본 발명에 따른 산화아연 나노구조물의 대량 합성을 위한 제1저항 발열체, 제2저항 발열체를 갖는 수평 반응로의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a horizontal reactor having a first resistance heating element and a second resistance heating element for mass synthesis of zinc oxide nanostructures according to the present invention.

도 3 은 본 발명에 따른 산화아연 나노구조물의 대량 합성을 위한 제1저항 발열체만을 갖는 수직 반응로의 개략도이다.3 is a schematic view of a vertical reactor having only a first resistance heating element for mass synthesis of zinc oxide nanostructures according to the present invention.

도 4 는 본 발명에 따른 산화아연 나노구조물의 대량 합성을 위한 제1저항 발열체, 제2저항 발열체를 갖는 수직 반응로의 개략도이다.4 is a schematic view of a vertical reactor having a first resistance heating element and a second resistance heating element for mass synthesis of zinc oxide nanostructures according to the present invention.

도 5 는 각 반응로 튜브 내에 설치되는 노즐 형태, 멀티 노즐 형태 또는 샤워 헤드 형태의 분사기의 개략도이다.5 is a schematic view of an injector in the form of a nozzle, multi-nozzle or shower head installed in each reactor tube.

도 6 은 수직 반응로에서 채택되는 합성된 산화아연 나노구조물 수집기의 개략도이다. 6 is a schematic of a synthesized zinc oxide nanostructure collector employed in a vertical reactor.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 수평로 반응 소스 공급부100: horizontally the reaction source supply

110 : 수평로 촉매 소스 공급부110: catalyst source supply horizontally

120 : 비활성 운반가스 공급부120: inert carrier gas supply unit

130 : 반응로 및 수집기130: reactor and collector

140 : 가스 배출부 140: gas outlet

200 : 수직로 반응 소스 공급부200: reaction source supply vertically

210 : 수직로 촉매 소스 공급부210: catalyst source supply vertically

220 : 비활성 운반가스 공급부220: inert carrier gas supply unit

230 : 반응로230: reactor

240 : 가스 배출부240 gas discharge unit

250 : 수집기 250: Collector

본 발명은 산화아연 나노구조체의 합성에 관한 것으로, 특히 산화아연 나노구조체를 대량으로 합성하기 위한 합성장치 및 그 합성장치를 사용하는 합성방법에 관한 것이다.The present invention relates to the synthesis of zinc oxide nanostructures, and more particularly, to a synthesis apparatus for synthesizing zinc oxide nanostructures in large quantities and a synthesis method using the synthesis apparatus.

산화아연은 육방정 구조를 갖는 Ⅱ-Ⅵ 화합물 반도체로서, 상온에서도 3.37eV의 밴드갭을 가질 뿐 아니라, 상온에서의 열에너지 24mV보다 훨씬 큰 60mV의 엑시톤 결합에너지를 갖고 있어 엑시톤에 의한 자외선 영역의 발광이 쉬운 특성을 나타낸다. 산화아연의 우수한 전기적, 광학적 특성은 나노 구조화되었을 때 더욱 향상된다. 산화아연의 이러한 우수한 광학적 성질로 인하여, 산화아연 나노구조 기술을 기반으로 한 고효율 발광다이오드의 연구 및 개발이 진행 중이다.Zinc oxide is a II-VI compound semiconductor with a hexagonal structure. It has a band gap of 3.37 eV at room temperature, and has an exciton binding energy of 60 mV, which is much larger than 24 mV of thermal energy at room temperature. This is an easy characteristic. The excellent electrical and optical properties of zinc oxide are further enhanced when nanostructured. Due to the excellent optical properties of zinc oxide, research and development of high efficiency light emitting diodes based on zinc oxide nanostructure technology is underway.

한편, 금속 산화물 박막형 투명전극 및 탄소나노튜브 전극을 이용한 플렉시블 디스플레이 소자 및 조명용 디스플레이 소자의 개발이 진행되어 오고 있으나, 기술적인 한계와 제약으로 인하여 이들 소자의 상용화에 어려움이 있었다. 이에 우수한 투과 전도 산화물의 일종인 산화아연의 1차원 나노구조 네트워크를 이용한 고유연성 및 고효율 투명전극을 통하여 고효율 플렉시블 디스플레이를 구현하기 위한 노력이 진행되고 있다. Meanwhile, development of flexible display devices and lighting display devices using metal oxide thin film type transparent electrodes and carbon nanotube electrodes has been in progress, but technical limitations and limitations have made it difficult to commercialize these devices. Efforts have been made to implement high efficiency flexible displays through highly flexible and highly efficient transparent electrodes using zinc oxide's one-dimensional nanostructure network, which is a kind of excellent transmission conducting oxide.

이러한 산화아연의 우수한 광학적 특성 및 응용성에도 불구하고, 산화아연 나노구조체의 대량 합성의 어려움으로 인해 산화아연 나노구조체를 이용한 소자의 상용화에 여전히 어려움이 남아 있다. 현재 산화아연 나노구조체는 유기금속화학기상증착법, 분자빔증착법, 졸-겔 증착법, 스퍼터링법, 반응증발장치법, 분무열분해법, 펄스레이저증착법, 전기방전법, 기상 합성법 등의 다양한 방법으로 합성되어 지고 있다. Despite the excellent optical properties and applicability of zinc oxide, it is still difficult to commercialize devices using zinc oxide nanostructures due to the difficulty of mass synthesis of zinc oxide nanostructures. Currently, zinc oxide nanostructures are synthesized by various methods such as organometallic chemical vapor deposition, molecular beam deposition, sol-gel deposition, sputtering, reaction evaporation, spray pyrolysis, pulsed laser deposition, electro-discharge, and gas phase synthesis. ought.

그러나 기상 합성법을 제외한 나머지 방법들은, 기판 표면에 산화아연 나노구조체를 증착 합성하는 방법으로서, 기판을 이용하는 산화아연 나노구조체의 합성법은 산화아연 나노구조체를 대량으로 합성하는데 한계를 보이고 있다.However, except for the gas phase synthesis method, a method of depositing and synthesizing a zinc oxide nanostructure on the surface of the substrate, the synthesis method of the zinc oxide nanostructure using the substrate has shown a limitation in synthesizing the zinc oxide nanostructure in large quantities.

반면, 기상합성법은 기판을 사용하지 않고 인위적 또는 자연적 산소 분위기의 반응로 내에서 고상, 기상 또는 액상의 아연을 포함한 반응 소스를 열분해하여 기상의 반응 소스를 산화시킴으로써 산화아연 나노구조체를 합성하는 방법으로 촉 매 소스 및 반응 소스의 계속적인 공급만으로도 산화아연 나노구조체의 합성이 가능하므로 대량합성에 유리한 장점이 있다.On the other hand, the gas phase synthesis method is a method of synthesizing zinc oxide nanostructures by oxidizing a gaseous reaction source by pyrolyzing a reaction source containing solid, gaseous or liquid zinc in a reactor of artificial or natural oxygen atmosphere without using a substrate. The continuous supply of catalyst and reaction sources allows the synthesis of zinc oxide nanostructures, which is advantageous for mass synthesis.

이에 본 발명은 기판을 사용하지 않는 기상 합성을 통한 산화아연 나노구조체를 대량으로 합성할 수 있는 장치 및 이를 이용한 합성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a device capable of synthesizing a large amount of zinc oxide nanostructures through vapor phase synthesis without using a substrate and a synthesis method using the same.

본 발명의 산화아연 나노구조체의 대량 합성은, 기상합성법을 이용하는 것으로서, 그 원리는 아연을 포함하는 액상 또는 기상의 반응 소스를 전이금속 또는 전이금속을 포함한 촉매 소스와 함께 상압 또는 저압 상태의 고온의 반응로로 투입하여 촉매 소스를 열분해시키고 반응 소스를 산화시킴으로써 이루어지는 것이다.The mass synthesis of the zinc oxide nanostructures of the present invention uses a gas phase synthesis method, the principle of which is a liquid or gaseous reaction source containing zinc in combination with a transition metal or a catalyst source containing a transition metal of a high temperature of atmospheric pressure or low pressure It is made by injecting into the reactor to pyrolyze the catalyst source and oxidize the reaction source.

본 발명의 산화아연 나노구조체의 합성에 사용되는 반응 소스로는 산화아연 분말(ZnO powder), 아연 분말(Zn powder), 아연 펠렛(Zn pellet), 아연 금속(Zn metal), 징크 니트레이트 분말(Zn nitrate powder), DEZn(디에틸징크), DMZn(디메틸징크) 및 징크 니트레이트 용액(Zn nitrate solution) 등을 들 수 있고, 촉매 소스로는 Fe(CO)5, Mo(CO)6, Co2(CO)8, (C5H5)2Fe, Ni(CO)5, 징크 아세테이트 분말로 이루어지는 군으로부터 선택된 유기금속화합물, 금속나노입자 또는 징크 아세테이트 분말 등을 들 수 있다. As a reaction source used in the synthesis of the zinc oxide nanostructures of the present invention, zinc oxide powder (ZnO powder), zinc powder (Zn powder), zinc pellet (Zn pellet), zinc metal (Zn metal), zinc nitrate powder ( Zn nitrate powder), DEZn (diethyl zinc), DMZn (dimethyl zinc) and zinc nitrate solution (Zn nitrate solution) with and the like, the catalyst source is Fe (CO) 5, Mo ( CO) 6, Co 2 (CO) 8 , (C 5 H 5 ) 2 Fe, Ni (CO) 5 , an organometallic compound selected from the group consisting of zinc acetate powder, metal nanoparticles or zinc acetate powder, and the like.

이러한 산화아연 나노구조체의 대량 합성에 사용될 수 있는, 본 발명의 산화 아연 나노구조체의 대량 합성장치는,Mass production apparatus of the zinc oxide nanostructures of the present invention, which can be used for mass synthesis of such zinc oxide nanostructures,

(a) 촉매 소스를 공급하는 촉매 소스 공급부;(a) a catalyst source supply for supplying a catalyst source;

(b) 반응 소스를 공급하는 반응 소스 공급부;(b) a reaction source supply for supplying a reaction source;

(c) 촉매 소스와 반응 소스의 열분해 및 열분해 된 기상의 소스들 간의 상호작용에 의한 산화아연 나노구조체의 합성 공간을 제공하는 반응로; 및 (c) a reactor that provides a synthesis space for the zinc oxide nanostructures by the interaction between the pyrolysis and pyrolyzed gaseous sources of the catalyst source and the reaction source; And

(d) 반응에 참여하지 않은 기상의 소스를 배출하는 가스 배출부를 포함하여 이루어진다.and (d) a gas outlet for discharging a gaseous source not participating in the reaction.

본 발명의 산화아연 나노구조체의 합성장치에 대한 이해를 용이하게 하기 위하여, 이하 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 산화아연 나노구조체의 합성장치를 설명한다.In order to facilitate understanding of the apparatus for synthesizing the zinc oxide nanostructures of the present invention, the apparatus for synthesizing the zinc oxide nanostructures of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 산화아연 나노구조체의 합성 장치에 있어서, 반응 소스 공급부(100, 200) 및 촉매 소스 공급부(110, 210)는 소스의 종류에 따라 반응로의 외부 (도 1 내지 도 4) 또는 내부(미도시)에 설치될 수 있다. 반응 소스 및 촉매 소스가 유기 금속 화합물인 경우에는, 반응 소스 공급부(100, 200) 및 촉매 소스 공급부(110, 210)를 반응로의 외부에 설치하는 것이 바람직하다. In the apparatus for synthesizing the zinc oxide nanostructures of the present invention, the reaction source supply units 100 and 200 and the catalyst source supply units 110 and 210 may be formed in the outer (FIG. 1 to FIG. 4) or the inner ( It may be installed in (not shown). In the case where the reaction source and the catalyst source are organometallic compounds, it is preferable to provide the reaction source supply parts 100 and 200 and the catalyst source supply parts 110 and 210 outside the reactor.

만일, 반응 소스 공급부(100, 200) 및 촉매 소스 공급부(110, 210)가 반응로의 외부에 설치되는 경우에는 산화아연 나노구조체의 합성장치는, 운반가스 공급기(121, 122 또는 221, 222)를 포함하는 운반가스 공급부(120, 220)를 추가로 포함하고, 반응 소스 공급부(100, 200) 및 촉매 소스 공급부(110, 210)가 기화기(102, 111, 201, 211)를 포함하도록 하여, 촉매 소스 및 반응 소스가 기화기로부터 비활 성 운반가스에 의해 반응로 내부로 공급되도록 하는 것이 바람직하다.If the reaction source supply unit 100, 200 and the catalyst source supply unit 110, 210 are installed outside the reactor, the apparatus for synthesizing the zinc oxide nanostructures may include a carrier gas supplier 121, 122, or 221, 222. Further comprising a carrier gas supply unit (120, 220) comprising a, so that the reaction source supply unit (100, 200) and catalyst source supply unit (110, 210) includes a vaporizer (102, 111, 201, 211), It is preferred that the catalyst source and the reaction source be fed into the reactor by the inert carrier gas from the vaporizer.

상기 기화기(102, 111, 201, 211) 내에는 유기 금속 화합물이 반응 소스 및 촉매 소스로서 제공되고, 기화기 내의 반응 소스 또는 촉매 소스는 운반가스 공급부(120, 220)로부터 공급되는 비활성 운반가스에 의해 기화된 후 반응로(130, 230)로 공급된다. 상기한 운반 가스 공급기에 사용되는 운반 가스는 아르곤 가스와 같은 비활성 가스인 것이 바람직하다. 이러한 운반 가스는 반응 소스 또는 촉매 소스의 공급 및 운반 기능을 담당하는 것으로서, 운반 가스의 흐름은 10 ~ 5000 sccm 인 것을 사용한다.In the vaporizers 102, 111, 201, and 211, an organometallic compound is provided as a reaction source and a catalyst source, and the reaction source or catalyst source in the vaporizer is provided by an inert carrier gas supplied from the carrier gas supply units 120 and 220. After the vaporization is supplied to the reactor (130, 230). The carrier gas used in the above carrier gas supplier is preferably an inert gas such as argon gas. This carrier gas is responsible for the supply and delivery function of the reaction source or catalyst source, the flow of the carrier gas is used that is 10 to 5000 sccm.

한편, 반응 소스 공급부(100, 200) 및 촉매 소스 공급부(110, 210)가 반응로의 내부에 설치되는 경우에는, 반응 소스 및 촉매 소스는 비활성 운반 가스에 의해서 나노 구조체의 합성이 이루어질 자리로 운반된다.On the other hand, when the reaction source supply unit 100 and 200 and the catalyst source supply unit 110 and 210 are installed inside the reactor, the reaction source and the catalyst source are transported to the site where the nanostructures are to be synthesized by the inert carrier gas. do.

반응로(130, 230)는 석영 또는 쿼츠로 이루어진 튜브이며, 반응로를 고온으로 만들어 줄 수 있는 저항 발열체를 하나 이상 포함함으로써 반응 소스와 촉매 소스의 열분해 및 열분해 된 기상의 소스들 간의 상호작용으로 인한 산화아연 나노구조체의 합성 공간을 제공하는 역할을 한다. 반응로의 저항 발열체는 50℃ ~ 1600℃ 온도 범위를 갖는 것이 바람직하다. 촉매 소스가 징크 아세테이트 분말인 경우에는, 촉매 소스 공급부는 반응로 내부 저항 발열체 위치에 설치되는 것이 바람직하다. The reactors 130 and 230 are tubes made of quartz or quartz, and include one or more resistive heating elements that can make the reactor high temperature, thereby allowing the reaction between the pyrolysis of the reaction source and the catalyst source and the interaction of pyrolyzed gaseous sources. It serves to provide a space for the synthesis of zinc oxide nanostructures. The resistance heating element of the reactor preferably has a temperature range of 50 ° C to 1600 ° C. When the catalyst source is zinc acetate powder, the catalyst source supply is preferably installed at the reactor internal resistance heating element position.

반응로는 수평 반응로(130) 또는 수직 반응로(230)의 두 가지 형태를 모두 취할 수 있으나, 다만 수직 반응로(230)의 경우는 합성된 산화아연 나노구조체를 수집하기 위한 수집기(250)가 요구되는데, 수집기(250)는 석영 또는 쿼츠로 이루어진 다양한 형태의 보트(251)로 이루어지는 것이 바람직하며 튜브의 형상이 허용하는 한 보트의 형태에는 제한이 없다.The reactor may take both types of horizontal reactor 130 or vertical reactor 230, but in the case of vertical reactor 230, a collector 250 for collecting the synthesized zinc oxide nanostructures. The collector 250 is preferably made of various types of boats 251 made of quartz or quartz, and the shape of the boat is not limited as long as the shape of the tube allows.

수평 반응로에서 상기 반응 소스 공급부는 반응로 튜브 내에 제1저항 발열체 또는 제2저항 발열체 위치에서 산화아연 분말, 아연 분말, 아연 펠렛, 아연 금속, 아연 니트레이트 분말을 열분해하여 기상의 소스를 공급할 수 있으며, DEZn(디에틸징크), DMZn(디메틸징크) 및 징크 니트레이트 용액(Zn nitrate solution) 등의 금속화합물 원료 공급부를 반응로 외부에 설치하여 반응로 내로 주입시켜 열분해하여 기상의 반응 소스를 공급할 수 있다. In a horizontal reactor, the reaction source supply unit may pyrolyze zinc oxide powder, zinc powder, zinc pellet, zinc metal, and zinc nitrate powder at a first resistance heating element or a second resistance heating element in a reactor tube to supply a gaseous source. In addition, a metal compound raw material supply unit such as DEZn (diethyl zinc), DMZn (dimethyl zinc), and zinc nitrate solution (Zn nitrate solution) may be installed outside the reactor and injected into the reactor to thermally decompose to supply a gaseous reaction source. Can be.

또한, 수직 반응로에서 상기 반응 소스 공급부는 DEZn(디에틸징크), DMZn(디메틸징크) 및 징크 니트레이트 용액(Zn nitrate solution) 등의 금속화합물 원료 공급부를 반응로 외부에 설치하여 반응로 내로 주입시켜 열분해하여 기상의 반응 소스를 공급하는 것이 바람직하다.In addition, in the vertical reactor, the reaction source supply part is installed in the outside of the reactor by supplying a metal compound raw material supply unit such as DEZn (diethyl zinc), DMZn (dimethyl zinc) and zinc nitrate solution (Zn nitrate solution) It is preferable to supply a gaseous reaction source by thermal decomposition.

상기한 반응로 튜브 내에는 반응 소스 공급부 또는 촉매 소스 공급부로부터 공급되는 유기 금속 원료 소스를 반응로 튜브 내로 분사할 수 있는 분사기(131a~e , 231a~e)가 더 설치되는 것이 바람직하며, 분사기는 단일 노즐, 멀티 노즐 형태 또는 샤워 헤드 형태를 모두 포함할 수 있다.In the reactor tube, injectors 131a to e and 231a to e may be further installed to inject the organometallic raw material source supplied from the reaction source supply unit or the catalyst source supply unit into the reactor tube. It can include a single nozzle, a multi-nozzle form or a shower head form.

가스 배출부(140, 240)는 반응에 참여하지 않은 기상의 소스 및 운반 가스를 배출하기 위한 장치이다. 유독 가스의 배출이 우려될 경우 유독 가스 정화기(141, 241)를 포함한 배출 장치를 추가로 설치할 수 있다.Gas outlets 140 and 240 are devices for discharging gaseous sources and carrier gases that do not participate in the reaction. If the release of toxic gas is concerned, the discharge device including the toxic gas purifier (141, 241) can be further installed.

본 발명의 산화아연 나노구조체의 대량 합성장치는 상기한 구성 외에 본 발명에 이점을 줄 수 있거나 필요한 여분의 장치를 포함할 수 있음은 당연하다. It is obvious that the mass synthesis apparatus of the zinc oxide nanostructures of the present invention may include the extra devices that may be advantageous or necessary to the present invention in addition to the above-described configuration.

전술한 본 발명의 산화아연 나노구조체의 대량합성 장치를 이용한 산화아연 나노구조체의 합성방법은,The method for synthesizing the zinc oxide nanostructures using the mass synthesis apparatus of the zinc oxide nanostructures of the present invention described above,

(ⅰ) Fe(CO)5, Mo(CO)6, Co2(CO)8, (C5H5)2Fe, Ni(CO)5, 징크 아세테이트 분말로 이루어지는 군으로부터 선택된 유기금속화합물 촉매 소스, 금속나노입자 촉매 소스 또는 징크 아세테이트 분말 촉매 소스를 고온의 반응로에 주입하여 열분해시킴으로써 반응 소스의 핵 생성 자리를 제공하는 단계;(Iii) an organometallic compound catalyst source selected from the group consisting of Fe (CO) 5 , Mo (CO) 6 , Co 2 (CO) 8 , (C 5 H 5 ) 2 Fe, Ni (CO) 5 , and zinc acetate powder Injecting a metal nanoparticle catalyst source or a zinc acetate powder catalyst source into a high temperature reactor to pyrolyze to provide a nucleation site of the reaction source;

(ⅱ) 산화아연 분말(ZnO powder), 아연 분말(Zn powder), 아연 펠렛(Zn pellet), 아연 금속(Zn metal), 징크 니트레이트 분말(Zn nitrate powder), DEZn(디에틸징크), DMZn(디메틸징크) 및 징크 니트레이트 용액(Zn nitrate solution) 으로 이루어진 군으로부터 선택된 기상 또는 액상의 반응 소스를 반응로로 주입하여 고온의 반응로 내에서 열분해시키는 단계;(Ii) ZnO powder, Zn powder, Zn pellet, Zn metal, Zn metal, Zn nitrate powder, DEZn (diethyl zinc), DMZn Pyrolysis in a high temperature reactor by injecting a gaseous or liquid reaction source selected from the group consisting of (dimethyl zinc) and a zinc nitrate solution into the reactor;

(ⅲ) 열분해된 기상의 반응 소스가 기상의 촉매 소스에 의해 제공된 핵 생성 자리에서 핵을 생성함으로써 나노구조체의 합성을 개시하는 단계; 및(Iii) initiating the synthesis of the nanostructure by the pyrolysed gaseous reaction source generating nuclei at nucleation sites provided by the gaseous catalyst source; And

(ⅳ) 산화아연 나노구조체의 합성이 완성되는 단계를 포함한다.(Iii) the synthesis of the zinc oxide nanostructures is completed.

상기 촉매 소스 및 반응 소스를 반응로로 주입함에 있어서, 촉매 소스 및 반응 소스가 유기금속화합물이면 아르곤 등과 같은 비활성 운반 가스에 의해 반응로로 공급되며, 반응로 내의 촉매 소스와 반응 소스도 비활성 운반가스에 의해 합성 이 이루어지는 자리로 운반된다.In injecting the catalyst source and the reaction source into the reactor, if the catalyst source and the reaction source is an organometallic compound is supplied to the reactor by an inert carrier gas, such as argon, the catalyst source and the reaction source in the reactor also inert carrier gas Is transported to the site where the synthesis takes place.

여기서, 촉매 소스와 반응 소스의 반응로 내로의 공급은 분사에 의하여 이루어질 수 있으며, 반응로 내의 공급되는 위치와 분사 형태는 다양하게 변형될 수 있다.Here, the supply of the catalyst source and the reaction source into the reaction furnace may be made by spraying, and the position and the injection shape supplied in the reactor may be variously modified.

이상, 본 발명에 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하였으나, 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이지 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 도면에 기재된 것에 다양한 응용과 변경이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but the accompanying drawings are provided to aid the understanding of the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention. Those skilled in the art will appreciate that a variety of applications and modifications can be made to those described in the accompanying drawings.

본 발명의 산화아연 나노구조체의 합성장치 및 합성방법에 따르면, 반응로 튜브 내부에서 산화아연 나노구조체의 대량 합성이 이루어질 수 있다. 이에 따라, 수 nm ~ 수백 nm 의 직경을 가지는 산화아연 나노구조물의 합성 수율을 증가시킴으로써 많은 연구 결과에서 입증된 광학적, 전기적 특성의 효율을 극대화 할 수 있는 산화아연 나노구조체의 산업적 응용에 이로움을 제공할 수 있게 된다.According to the synthesizing apparatus and method of synthesizing the zinc oxide nanostructures of the present invention, mass synthesis of the zinc oxide nanostructures can be performed in a reactor tube. Accordingly, by increasing the synthesis yield of zinc oxide nanostructures having a diameter of several nm to hundreds of nm, it provides benefits for industrial applications of zinc oxide nanostructures that can maximize the efficiency of the optical and electrical properties proven in many studies You can do it.

Claims (12)

(a) 촉매 소스를 공급하는 촉매 소스 공급부;(a) a catalyst source supply for supplying a catalyst source; (b) 반응 소스를 공급하는 반응 소스 공급부;(b) a reaction source supply for supplying a reaction source; (c) 촉매 소스와 반응 소스의 열분해 및 열분해 된 기상의 소스들 간의 상호작용에 의한 산화아연 나노구조체의 합성 공간을 제공하는 반응로; 및 (c) a reactor that provides a synthesis space for the zinc oxide nanostructures by the interaction between the pyrolysis and pyrolyzed gaseous sources of the catalyst source and the reaction source; And (d) 반응에 참여하지 않은 기상의 소스를 배출하는 가스 배출부를 포함하는 산화아연 나노구조체의 대량 합성장치.(d) Apparatus for mass synthesis of zinc oxide nanostructures comprising a gas outlet for discharging a gaseous source not involved in the reaction. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응로는 석영 또는 쿼츠로 이루어진 튜브로서 하나 이상의 저항 발열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노구조체의 대량 합성장치.The reactor is a large-scale synthesis apparatus of zinc oxide nanostructures, characterized in that the tube made of quartz or quartz comprising at least one resistance heating element. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 저항 발열체는 50℃ ~ 1600℃ 온도 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노구조체의 대량 합성장치.The resistance heating element is a mass synthesis apparatus of zinc oxide nanostructures, characterized in that having a temperature range of 50 ℃ ~ 1600 ℃. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 반응 소스 및 촉매 소스의 공급 및 운반을 위한 비활성 운반가스 공급부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노구조체의 대량 합성장치.Apparatus for mass synthesis of zinc oxide nanostructures further comprising an inert carrier gas supply for supply and delivery of reaction sources and catalyst sources. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 비활성 운반가스 공급부에 의하여 공급되는 운반 가스의 흐름이 10 ~ 5000 sccm 인 것을 특징으로 하는 산화아연 나노구조체의 대량 합성장치.Mass production apparatus of the zinc oxide nanostructures, characterized in that the flow of the carrier gas supplied by the inert carrier gas supply is 10 ~ 5000 sccm. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 상기 촉매 소스 공급부 및 반응 소스 공급부는 반응로의 외부에 설치되며, 기화기를 추가로 포함함으로써, 촉매 소스 및 반응 소스가 기화기로부터 비활성 운반가스에 의해 반응로 내부로 공급되는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노구조체의 대량 합성장치.The catalyst source supply part and the reaction source supply part are installed outside the reactor, and further include a vaporizer, so that the catalyst source and the reaction source is supplied into the reactor by the inert carrier gas from the vaporizer, characterized in that the zinc oxide nano Mass synthesizer of structures. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 촉매 소스 공급부 및 반응 소스 공급부는 반응로의 내부에 설치되며, 촉매 소스 및 반응 소스가 비활성 운반 가스에 의해서 나노 구조체의 합성이 이루어질 자리로 운반되는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노구조체의 대량 합성장치.A catalyst source supplying unit and a reaction source supplying unit are installed inside the reactor, and the catalyst source and the reaction source is a mass synthesis apparatus of the zinc oxide nanostructures, characterized in that for transporting to the place where the synthesis of the nanostructures by the inert carrier gas. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 가스 배출부는 비활성 운반가스도 함께 배출하는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노구조체의 대량 합성장치.The gas discharge unit is a mass synthesis device of zinc oxide nanostructures, characterized in that also discharged with an inert carrier gas. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응로는 수직 반응로 또는 수평 반응로인 것을 특징으로 하는 산화아연 나노구조체의 대량 합성장치.The reactor is a mass synthesis apparatus of zinc oxide nanostructures, characterized in that the vertical reactor or horizontal reactor. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 반응로는 수직 반응로이고, 합성된 산화아연 나노구조체를 수집하기 위한 수집기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노구조체의 대량 합성장치.The reactor is a vertical reactor, the mass synthesis apparatus of the zinc oxide nanostructures further comprises a collector for collecting the synthesized zinc oxide nanostructures. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응로는 반응 소스 공급부 또는 촉매 소스 공급부로부터 공급되는 소스를 분사할 수 있는 분사기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 산화아연 나노구조체의 대량 합성장치.The reactor is a mass synthesis apparatus of zinc oxide nanostructures further comprises an injector capable of injecting a source supplied from the reaction source supply or the catalyst source supply. (ⅰ) Fe(CO)5, Mo(CO)6, Co2(CO)8, (C5H5)2Fe, Ni(CO)5, 징크 아세테이트 분말로 이루어지는 군으로부터 선택된 유기금속화합물 촉매 소스, 금속나노입자 촉매 소스 또는 징크 아세테이트 분말 촉매 소스를 고온의 반응로에 주입하여 열분해시킴으로써 반응 소스의 핵 생성 자리를 제공하는 단계;(Iii) an organometallic compound catalyst source selected from the group consisting of Fe (CO) 5 , Mo (CO) 6 , Co 2 (CO) 8 , (C 5 H 5 ) 2 Fe, Ni (CO) 5 , and zinc acetate powder Injecting a metal nanoparticle catalyst source or a zinc acetate powder catalyst source into a high temperature reactor to pyrolyze to provide a nucleation site of the reaction source; (ⅱ) 산화아연 분말(ZnO powder), 아연 분말(Zn powder), 아연 펠렛(Zn pellet), 아연 금속(Zn metal), 징크 니트레이트 분말(Zn nitrate powder), DEZn(디에틸징크), DMZn(디메틸징크) 및 징크 니트레이트 용액(Zn nitrate solution) 으로 이루어진 군으로부터 선택된 기상 또는 액상의 반응 소스를 반응로로 주입하여 고온의 반응로 내에서 열분해시키는 단계;(Ii) ZnO powder, Zn powder, Zn pellet, Zn metal, Zn metal, Zn nitrate powder, DEZn (diethyl zinc), DMZn Pyrolysis in a high temperature reactor by injecting a gaseous or liquid reaction source selected from the group consisting of (dimethyl zinc) and a zinc nitrate solution into the reactor; (ⅲ) 열분해된 기상의 반응 소스가 기상의 촉매 소스에 의해 제공된 핵 생성 자리에서 핵을 생성함으로써 나노구조체의 합성을 개시하는 단계; 및(Iii) initiating the synthesis of the nanostructure by the pyrolysed gaseous reaction source generating nuclei at nucleation sites provided by the gaseous catalyst source; And (ⅳ) 산화아연 나노구조체의 합성이 완성되는 단계를 포함하는 산화아연 나노구조체의 대량 합성방법.(Iii) A method of mass synthesis of zinc oxide nanostructures comprising the step of completing the synthesis of zinc oxide nanostructures.
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