KR100852385B1 - 연속 전해합성법을 이용한 나노와이어 제조방법 - Google Patents

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Abstract

전기화학 침착법을 이용한 금속, 금속산화물 또는 금속/금속산화물 복합체 나노와이어의 선택적 제조방법을 제공한다.
상세하게 본 발명은 전기화학 침착법을 사용하여 나노 구조물을 제조하는 방법에 있어, 음극과 양극 사이에 교류를 인가하고, 인가되는 교류 전원의 전압의 크기, 전압의 파형(사인파형, 펄스파형, 톱니파형 또는 사각파형), 전압의 주파수, 또는 이들의 조합을 이용하여 금속, 금속산화물 또는 금속/금속산화물 복합체 나노와이어를 선택적으로 제조한다.
나노 와이어, 구리, 산화구리, 전기화학 침착법, 도금

Description

연속 전해합성법을 이용한 나노와이어 제조방법{Fabrication Method of Nano Wire Using Continuous Electrochemical Deposition}
도 1은 본 발명에 따른 금속 나노 와이어를 형성시키기 위해 시간에 따른 교류전압의 크기를 나타낸 타이밍 다이어그램(timing diagram)의 일 도시예이며,
도 2는 본 발명에 따른 금속 나노 와이어를 형성시키기 위해 시간에 따른 교류전압의 크기를 나타낸 타이밍 다이어그램(timing diagram)의 다른 도시예이며,
도 3은 본 발명에 따른 금속산화물 나노 와이어를 형성시키기 위해 시간에 따른 교류전압의 크기를 나타낸 타이밍 다이어그램(timing diagram)의 일 도시예이며,
도 4는 본 발명에 따른 금속/금속산화물 복합체 나노 와이어를 형성시키기 위해 시간에 따른 교류전압의 크기를 나타낸 타이밍 다이어그램(timing diagram)의 일 도시예이며,
도 5는 본 발명에 따른 금속/금속산화물 복합체 나노 와이어를 형성시키기 위해 시간에 따른 교류전압의 크기를 나타낸 타이밍 다이어그램(timing diagram)의 다른 도시예이며,
도 6은 본 발명의 실시예 1의 실험세트 A에 의해 제조된 나노 와이어의 주사전자현미경 사진이며,
도 7은 본 발명의 실시예 1의 실험세트 B에 의해 제조된 나노 와이어의 주사전자현미경 사진이며,
도 8은 본 발명의 실시예 1의 실험세트 C에 의해 제조된 나노 와이어의 주사전자현미경 사진이며,
도 9는 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 나노 와이어의 X-ray 회절 패턴이며,
도 10은 본 발명의 실시예 2의 실험세트 A에 의해 제조된 나노 와이어의 투과전자현미경 사진이며,
도 11는 본 발명의 실시예 2의 실험세트 A에 의해 제조된 나노 와이어의 투과전자현미경 고배율 사진이며 도 12의 오른쪽 상부에 첨부된 사진은 도 12의 나노와이어의 제한시야전자회절패턴이며,
도 12은 본 발명의 실시예 2의 실험세트 C에 의해 제조된 나노 와이어의 투과전자현미경 사진이며,
도 13는 본 발명의 실시예 2의 실험세트 C에 의해 제조된 나노 와이어의 투과전자현미경 고배율 사진이며 도 13의 오른쪽 상부에 첨부된 사진은 도 13의 나노와이어의 제한시야전자회절패턴이며,
도 14는 본 발명의 실시예 2에 의해 제조된 나노 와이어의 X-ray 회절 패턴이다.
나노 구조물은 리소그래피(lithography)를 이용하여 제작된 나노 템플레이트(template) 자체나 템플레이트에 존재하는 나노 세공에 전기화학 침착법(ED; Electrochemical Deposition), 졸-겔법(Sol-Gel) 또는 화학증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition)등을 이용하여 원하는 물질을 코팅시켜 만들어 진다.
일반적으로 전기화학 침착법은 금속염을 포함하는 전해조에서 금속의 침착이 일어나는 음극, 흑연(graphite)나 백금으로 이루어진 양극 및 은/염화은이나 염화제일수은(calomel)의 기준 전극(reference electrode)이 사용되며, 침착은 직류나 펄스(pulse)형태의 전기장을 음극과 양극 사이에 인가하여 이루어진다.
최근 템플레이트를 이용한 금속 및 금속산화물 나노와이어 제조방법으로 전기화학 침착법이 집중적으로 연구되고 있다. 특히, 산화구리 박막제조는 일부 기상법으로 제조하는 연구가 진행되었지만 저가 공정인 전기화학 침착법을 이용한 연구가 대부분이다(P.E. de Jongh et al. Chem. Mater. 11, 1999, pp. 3512-3517). 이들 전기화학 침착법을 이용한 산화구리 박막의 제조는 염기 수용액(pH 7~12)에서 직류도금(또는 펄스도금)을 수행하여 음극에서 수산화구리(Cu(OH))를 환원시킴으로써 얻을 수 있다. 이 때 염기 수용액의 pH, 인가전압을 변화시켜 산화구리박막을 제조할 수 있으나, 산화구리(Cu2O)는 염기성 수용액 분위기에서 열역학적으로 불안정하다고 알려져 있다. 또는 산화구리를 제조하기위하여 전기도금이나 기상증착법으로 구리를 증착한 후에 고온의 산화분위기에서 산화시켜 산화구리를 제조하는 방 법도 알려져 있다(X. Liu et al. J. Mater. Res. 20, 2005, pp. 2371-2378).
산성 수용액(pH 4.5~5.0)에서 직류 전류 제어를 이용하여 구리 나노와이어를 제조하고자 할 때 부산물로 산화구리(CuO 와 Cu2O)가 혼입된다는 보고가 있었으나 (T. Gao et al. J. Phys.: Condens. Matter 14, 2002, pp.355-363) 금속 나노와이어 및 금속산화물 나노와이어를 동축이종 구조의 형태로 연속적으로 성장시켜 금속/금속산화물 복합체 나노와이어 제조방법에 대한 연구는 전무한 실정이다.
본 발명의 목적은 전기화학 침착법을 이용하여 음극과 양극 사이에 인가되는 교류전원의 전압의 크기, 전압의 파형, 전압의 주파수, 또는 이들의 조합을 제어하여 금속, 금속산화물 또는 금속 및 금속산화물 복합체 나노와이어를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 전기화학 침착법을 사용하여 나노 구조물을 제조하는 방법에 있어, 음극과 양극 사이에 교류를 인가하고, 인가되는 교류전원의 전압의 크기, 전압의 파형(사인파형, 펄스파형, 톱니파형 또는 사각파형), 전압의 주파수, 또는 이들의 조합을 이용하여 금속, 금속산화물 또는 금속 및 금속산화물 복합체 나노와이어를 제조하는 특징을 갖는다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 나노 와이어(nano wire)를 형성하는 금속 재료의 이온을 함유하는 산성 전해질이 담긴 전해조에 소정의 형상으로 구비된 주형체인 제 1전극과 도전체인 제 2전극을 상기 전해질에 담지 하고, 상기 제 1전극과 상기 제 2전극에 교류전원을 인가시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전해질은 일반적인 산성수용액(pH 1~6)이 바람직하며 제조하고자 하는 금속 또는 금속산화물을 형성하는 금속 재료의 이온을 함유함이 바람직하다.
상기 주형체(template)는 PAM(Porous Alumina Membrane), ITO(Indium Tin Oxide) 및 TFO(Fluorine-doped Tin Oxide)를 포함하는TCS(Transparent Conducting Substrate), 고분자막(polymeric membrane), AAO (Anodic Aluminum Oxide), 또는 이들의 조합에서 선택된 물질로 구성될 수 있으며, 상기 소정의 형상은 조절된 기공(pore)의 밀도나 크기, 전기/화학/물리적 식각에 의한 나노 크기의 패턴, 태퍼드(tapered) 기공 등을 포함하는 형상이다.
종래의 전기화학 침착법(ED; electrochemical deposition)에 의한 나노 와이어의 제조는 직류전원이나 펄스형 전원을 인가하여 음극에 시편(도금대상)을 놓고 순수금속을 전기화학적으로 증착하여 금속 나노 와이어를 제조하거나, 양극에 시편을 놓고 산화시키는 양극산화 공정을 이용하여 금속산화물 나노 와이어를 제조한다.
본 발명은 나노 와이어가 형성되는 주형체인 제 1전극과 백금 또는 나노 와이어를 형성하는 금속 재료와 동일한 금속판 또는 높은 도전성과 화학적 안정성을 가진 금속판에서 선택된 도전체로 이루어진 제 2전극에 교류를 인가하여, 주형체인 제 1전극이 제 2전극에 대하여 양극 또는 음극의 성질을 갖도록 하여 순수 금 속(Cu, Ni, Zn, Sn, Co 등), 금속산화물(Cu2O, NiO, ZnO, SnO2, CoO 등) 또는 금속/금속산화물 복합체(composite)로 이루어진 나노 와이어를 제조할 수 있다.
제 1전극인 주형체에 순수 금속, 금속산화물 또는 금속/금속산화물 복합체 나노 와이어를 선택적으로 형성시키기 위해, 상기 교류전원의 인가 시 전압의 크기, 전압의 파형, 전압의 주파수, 또는 이들의 조합에 의해 변화되는 교류전원을 제 1전극 및 제 2전극에 인가한다.
이때, 모든 교류전원의 전압 파형에 대해 전기화학적 침착이 이루어지지만, 바람직한 상기 전압 파형은 사인파형, 펄스파형, 톱니파형 또는 사각파형, 또는 이들의 조합인 것이 바람직하다.
또한 상기 전압의 크기는 -20V 내지 20V가 바람직하며, 상기 주파수는 1Hz 내지 10kHz가 바람직하다.
상기 교류전원의 전압의 크기는 최대값과 최소값의 절대값이 서로 다를 수 있다.
상기 제 1전극에 인가되는 음의 전압의 평균 인가 시간이 상기 제 1전극에 인가되는 양의 전압의 평균 인가 시간과 동일할 때, 상기 전압의 최대값과 전압의 최소값만을 조절하여 주형체에 형성되는 나노 와이어의 물질을 순수 금속, 순수 금속산화물 또는 금속/금속산화물 복합체로 조절할 수 있으며, 상기 제 1전극에 인가되는 음의 전압의 평균 인가 시간이 상기 제 1전극에 인가되는 양의 전압의 평균 인가 시간과 서로 다를 때, 상기 음의 전압 또는 양의 전압의 평균 인가 시간을 조절하거나, 전압의 최대값과 최소값을 조절하여 금속, 금속산화물 또는 금속/금속산화물 복합체 나노 와이어를 선택적으로 형성시킬 수 있다.
상세하게는 상기 제 1전극에 인가되는 교류전원의 전압의 최대값에서 상기 제 1전극에 인가되는 교류전원의 전압의 최소값의 절대값을 뺀 전압차가 음의 값을 갖도록 교류전원을 인가하면 상기 주형체에 금속 나노 와이어를 형성시킬 수 있으며, 상기 제 1전극에 인가되는 교류전원의 전압의 최대값에서 상기 제 1전극에 인가되는 교류전원의 전압의 최소값의 절대값을 뺀 전압차가 양의 값을 갖도록 교류전원을 인가하여 상기 주형체에 금속산화물 나노 와이어가 형성시킬 수 있다.
도 1은 금속 나노 와이어를 형성시키기 위해 시간에 따른 교류전압의 크기를 나타낸 타이밍 다이어그램(timing diagram)의 일 도시예이다. 제 1전극과 제 2전극에 인가되는 교류전원의 전압의 파형, 전압의 크기, 인가 시간, 주파수는 침착 과정에 영향을 미치게 되고, 도 1에 도시된 바와 같이 사각파형의 50% 듀티(duty)로 제 1전극에 인가되는 전압의 최대값이 V1이고 제 1전극에 인가되는 전압의 최소값은 V2이며 상기 V1과 V2의 절대값의 차가 음의 값을 가지도록 하면, 주형체에 금속 나노 와이어가 형성되게 된다. 이때, ta는 제 1전극에 음의 전압이 인가되는 시간이며, tb는 제 1전극에 양의 전압이 인가되는 시간이다. tc는 ta와 tb의 합이며 인가되는 전압파형의 주기와 같다. 따라서 1/tc의 주파수로 교류가 인가되는 것이다.
도 1에 도시한 예에서는 ta와 tb가 같으며, 하나의 파형이 반복되어 인가되는 예를 도시하였지만, ta와 tb가 다를 수 있으며, 파형의 반복이 아닌 임의의 모양을 가지며 교류가 인가될 수 있다.
도 2는 도 1의 타이밍 다이어그램에서 듀티를 달리한 타이밍 다이어그램으로, 제 1전극에 음의 전압(V2)이 인가되는 시간(ta')가 제 1전극에 양의 전압(V1)이 인가되는 시간(tb')보다 더 긴 예이다. 이때, 도 1의 교류 인가시보다 도 2의 교류 인가 시 제 1전극인 주형체에 금속 나노 와이어가 더 빠른 속도로 형성되게 된다.
도 3은 금속산화물 나노 와이어를 얻기 위한 교류전압의 다이어그램의 일 도시예이다. 금속산화물 나노 와이어를 얻기 위해서는 제 1전극에 인가되는 전압의 최대값이 V3이고 제 1전극에 인가되는 전압의 최소값은 V4이며 상기 V3과 V4의 절대값의 차가 양의 값을 가지도록 교류 전압을 인가한다. 도 3에 도시된 전압의 파형은 톱니파형이며, 제 1전극에 양의 전압이 인가되는 시간이 td이고 제 1전극에 음의 전압이 인가되는 시간이 te가 되며 1/tf의 주파수를 갖는다.
도 4는 금속/금속산화물 복합체로 이루어진 나노 와이어를 얻기 위한 교류전압의 다이어그램의 일 도시예이다. 도 4의 도시예에서 금속/금속산화물 복합체의 나노와이어를 얻기 위해, 사인파형으로 제 1전극에 인가되는 전압의 최대값(V5)과 제 1전극에 인가되는 전압의 최소값(V5')의 절대값이 동일하도록 교류전압을 인가한 예이다.
도 4의 도시예에서 제 1전극에 양의 전압이 인가되는 시간동안 주형체에 금속산화물이 침착되며, 음의 전압이 인가되는 시간동안 주형체에 금속이 침착되는 과정이 반복적으로 일어나 최종적으로 금속/금속산화물 복합체 나노 와이어를 얻을 수 있다.
원하는 물질로 구성된 나노 와이어를 얻기 위한 전압 크기의 차이(V1+V2, V3+V4 또는 V5+V5')는 전해질을 구성하는 물질의 종류 및 농도, 전해질의 교반 여부, 전해질의 온도 등에 따라 달라진다.
바람직하게는 금속 나노 와이어를 얻기 위해 상기 음의 값을 갖는 전압차가 교류전원의 전압의 최소값의 절대값을 기준으로 -10 ~ -30% 인 것이 바람직하다. -30%를 넘어서는 전압차를 가질 때는 템플레이트 내에 균일한 성장이 일어나지 못하거나 템플레이트의 손상을 일으킬 수 있다.
바람직하게는 금속산화물 나노 와이어를 얻기 위해 양의 값을 갖는 전압차가 교류전원의 전압의 최소값의 절대값을 기준으로 20 ~ 30% 의 값인 것이 바람직하다. 20% 이하의 전압차를 가질 때는 순수한 금속산화물 나노 와이어가 아닌 일부분 금속 결정입(grain)이 형성된 나노 와이어를 얻게 될 수 있으며, 30%를 넘어서는 전압차를 가질 때는 템플레이트 내에 균일한 성장이 일어나지 못하거나 템플레이트의 손상을 일으킬 수 있다.
바람직하게는 금속/금속산화물 복합체 나노 와이어를 얻기 위해 상기 전압차는 교류전원의 전압의 최소값의 절대값을 기준으로 -10% 내지 20% 사이의 값인 것이 바람직하다. 상기의 범위 이상이나 이하의 차를 가질 때는 순수한 금속산화물 나노 와이어 또는 순수한 금속 나노 와이어를 얻게 될 수 있다.
금속/금속산화물 복합체 나노 와이어를 얻기 위해 교류 전원을 인가할 때, 제 1전극에 인가되는 교류전원의 전압의 최대값과 최소값의 절대값의 전압 크기차가 음의 값으로 작을수록 금속/금속산화물 복합체에서 금속의 질량비가 증가하게 되고, 상기 전압 크기차가 양의 값으로 클수록 금속산화물의 질량비가 증가하게 된다.
이때, 제 1전극에 인가되는 교류전원의 전압의 최대값과 최소값이 고정되어 있을 때, 제 1전극에 양의 전압이 인가되는 시간과 음의 전압이 인가되는 시간을 변화시켜 나노 와이어를 구성하는 금속과 금속산화물의 질량비를 조절 할 수 있으며, 제 1전극에 음의 전압이 인가되는 시간의 평균값이 클수록 금속의 질량비가 증가하게 된다. 즉, 교류전원의 전압 주파수, 상기 교류전원의 전압의 파형, 또는 이들의 조합을 이용하여, 제 1전극에 음의 전압이 인가되는 평균 시간 및 상기 제 1전극에 양의 전압이 인가되는 평균 시간을 조절하여 상기 주형체에 형성되는 나노와이어를 구성하는 물질의 금속산화물:금속의 질량비가 0:100 내지 100:0이 되도록 조절할 수 있다.
또한 단일한 나노 와이어의 제조 중, 제 1전극인 주형체에 인가되는 교류전원의 전압의 크기, 전압의 파형, 전압의 주파수, 또는 이들의 조합을 변경하여 금속 및 금속산화물로 구성된 코어쉘(core-shell) 구조의 나노 와이어를 형성시킬 수 있다.
도 5는 코어가 금속이고 코어를 둘러싼 쉘이 금속산화물으로 구성된 나노와이어를 제조하기 위한 교류전압의 타이밍 다이어그램 일 도시예이다. 전기화학 침착반응을 위해 제 1전극과 제 2전극에 교류를 인가할 때, 제 1전극에 인가되는 전압의 최대값(V6)과 제 1전극에 인가되는 전압의 최소값(V7)의 절대값의 차가 음의 값을 가지는 tg의 구간동안 제 1전극인 주형체에 금속 입자(grain)들이 형성되고, 그 후, 제 1전극에 인가되는 전압의 최대값(V6')과 제 1전극에 인가되는 전압의 최소값(V7')의 값을 변화시켜 V6'와 V7'의 절대값의 차가 양이 되도록 하여 th의 구간동안 금속 위에 금속산화물이 침착되어 코어쉘 구조를 얻을 수 있다.
도 1 내지 도 5의 타이밍 다이어그램의 도시예를 기반으로 본 발명의 특징을 상세히 설명한 바와 같이 교류전원의 전압의 주파수, 전압의 최대값 및 최소값, 전압의 파형, 또는 이들의 조합을 이용하여, 상기 주형체에 형성되는 나노 와이어를 구성하는 물질의 금속산화물:금속의 질량비가 0:100 내지 100:0로 조절할 수 있으며, 나노 와이어를 구성하는 금속과 금속산화물의 질량비 구배 또한 조절 할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다.
(실시예 1)
본 발명에 따른 구리, 산화구리, 구리/산화구리 복합체 나노 와이어의 제조 실시예를 제공한다.
원통모양의 채널이 육방조밀구조(HCP)로 형성된 산화알루미늄 주형체의 한 면에서만 침착이 이루어지도록 주형체의 뒷면은 내산 테이프 를 이용하여 테이핑(taping)하여 통전이 되는 것을 방지하였다. 2 셀(cell) 방식의 전해도금 장비를 이용하였으며, 황산동(copper sulfate pentahydrate, JUNSEI, 83435-1250) 100g/L,과 붕산(boric acid, JUNSEI, 69025-1250) 20g/L의 혼합 수용액을 제조하여 전해질 로 사용하였다.
상기 주형체를 제 1전극으로, 구리 판을 제 2전극으로 사용하였으며, 파형 발생기(function generator, Agilent, 33220A)를 이용하여 교류전원을 생성하여 상기 제 1전극과 제 2전극에 전원을 인가하였다.
순수 구리 나노 와이어를 얻기 위해, 표 1의 실험세트A에 따라 50% 듀티(duty)의 펄스(pulse)형 교류를 제 1전극에 인가되는 전압의 최소값이 -8V이고 제 1전극에 인가되는 전압의 최대값이 6V가 되도록 조절하여 100Hz의 주파수로 2분동안 인가하여 순수 구리 나노 와이어를 제조하였다.
상기의 실시예 1의 순수 구리 나노 와이어의 제조 방법에서 표 1의 실험세트 B와 실험세트 C에 따라 인가되는 교류 전압의 형태만 변화시켜 산화구리 나노 와이어(실험세트 C) 및 구리/산화구리 복합체 나노 와이어(실험세트 B)를 제조하였다.
(표 1)
Figure 112008039102962-pat00015

도 6은 실험세트 A에 의해 제작된 나노 와이어의 주사전자현미경(SEM; Scanning Electronic Microscope) 사진이며, 도 7은 실험세트 B에 의해 제작된 나노 와이어의 주사전자현미경 사진이며, 도 8은 실험세트 C에 의해 제작된 나노 와이어의 주사전자현미경 사진이다. 도 6 내지 도 8에서 알 수 있듯이 교류 전원을 인가하여 균일한 나노 와이어를 얻을 수 있었다.
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나노 와이어를 구성하는 물질을 알아보기 위해, 각 실험 세트에 따라 제조된 나노 와이어의 X-선 회절 패턴(X-ray diffraction pattern)을 도 9에 도시하였다. 도 9에 나타낸 바와 같이 실험세트 A에서는 순수 구리 나노 와이어가, 실험세트 C에서는 순수 산화구리 나노 와이어가, 실험세트 B에서는 구리와 산화구리 복합체 나노 와이어가 제조되었음을 알 수 있다. 즉 제 1전극에 인가되는 양의 전압의 크기가 증가함에 따라 순수구리에서 복합체, 그리고 순수 산화구리가 순차적으로 제조되었음을 알 수 있다.
도 10은 실험세트 A에 의해 제조된 나노 와이어의 투과전자현미경(TEM; Transmission Electron Microscope) 명시야상(bright field image)이다. 약 1000nm 이상의 길이를 가지는 균일한 나노 와이어가 제조되었음을 알 수 있으며, 도 11의 오른쪽 상부에 첨부된 제한시야전자회절(SAED; Selected Area Electron Diffraction) 패턴에서 알 수 있듯이 실험세트 A에 의해 순수 구리 나노 결정립(grain)들로 나노 와이어가 제조된 것을 알 수 있다.
도 12은 실험세트 C에 의해 제조된 나노 와이어의 투과전자현미경 명시야상 이며, 도 13의 오른쪽 상부에 첨부된 제한시야전자회절 패턴에서 알 수 있듯이 순수 산화구리 나노 결정립들로 나노 와이어가 제조된 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
상기의 실시예 1의 순수 구리 나노 와이어의 제조 방법에서 표 2의 실험세트 D 내지 실험세트 F에 따라 인가되는 교류 전압의 형태만 변화시켜 구리 나노와이어(실험세트 D), 산화구리 나노 와이어(실험세트 F) 및 구리/산화구리 복합체 나노 와이어(실험세트 E)를 제조하였다.
(표 2)
Figure 112008039102962-pat00016

도 14는 상기의 표 2에 따른 교류전원을 인가하여 제조된 나노 와이어의 실험세트별 X-선 회절패턴을 도시한 것이다. 표 1의 실험세트별 결과와 마찬가지로 제 1전극에 인가되는 양의 전압의 크기가 10V, 12V, 13V로 증가함에 따라 순수구리(실험세트 D)에서 복합체(실험세트 E), 그리고 순수 산화구리(실험세트 F)가 제조되었음을 알 수 있다.
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상기의 실시예들에서는 구리, 산화구리 또는 구리/산화구리 복합체 나노와이어를 제조하는 방법을 설명하였지만, 음극과 양극에 교류전원을 인가하고, 교류전원의 전압의 크기, 전압의 파형, 전압의 주파수, 또는 이들의 조합을 이용하여 금속, 금속산화물, 금속/금속산화물 복합체 나노와이어를 선택적으로 제조할 수 있다는 본 발명의 핵심 사상은 전기화학침착법에 의해 제조될 수 있는 모든 물질에 적용 가능함은 명백하다.
본 발명은 산성 수용성 전해질에서 교류전압을 인가하여, 증착 및 산화 과정을 반복함으로써 금속 나노와이어, 금속산화물 나노와이어 또는 금속/금속산화물 복합체를 제조하고나 그들을 이용한 동축이종 나노 와이어와 같은 나노구조물을 형성할 수 있다.
본 발명은 FET, LED, 센서, 전자방출소자 등의 다양한 범위의 응용이 가능하며, 특히 구리는 현재 반도체 디바이스의 중요 배선재료로 사용되고 있어 향후 나노디바이스의 구현에도 사용될 것으로 기대되는 재료로서 나노 연결선의 응용을 목적으로 기판 수직형 구리나노선 제조에 이용될 수 있으며, 산화구리(Cu2O)는 가스센서로 사용되거나 전계 방출소자로 사용될 수도 있다.

Claims (12)

  1. 나노 와이어를 형성하는 금속 재료의 이온을 함유하는 산성 전해질이 담긴 전해조에
    소정의 형상으로 구비된 주형체인 제 1전극과 도전체인 제 2전극을 상기 전해질에 담지하고, 상기 제 1전극과 상기 제 2전극에 교류전원을 인가시키고,
    상기 교류전원의 전압의 크기, 전압의 파형, 전압의 주파수, 또는 이들의 조합을 이용하여, 금속; 금속산화물; 또는 금속 및 금속산화물 복합체; 나노와이어를 선택적으로 제조하는 것을 특징으로 하는 나노 와이어 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전압의 파형은 사인파형, 펄스파형, 톱니파형, 사각파형, 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전압의 크기는 교류전원의 전압의 최대값;과 최소값의 절대값;이 서로 다른 것을 특징으로 하는 나노 와이어 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극에 인가되는 교류전원의 전압의 최대값;에서 상기 제 1전극에 인가되는 교류전원의 전압의 최소값의 절대값;을 뺀 전압차가 음의 값을 갖도록 교류전원을 인가하여 상기 주형체에 금속 나노 와이어가 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 나노 와이어 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 음의 값을 갖는 전압차가 교류전원의 전압의 최소값의 절대값을 기준으로 -10 ~ -30% 인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극에 인가되는 교류전원의 전압의 최대값;에서 상기 제 1전극에 인가되는 교류전원의 전압의 최소값의 절대값;을 뺀 전압차가 양의 값을 갖도록 교류전원을 인가하여 상기 주형체에 금속산화물 나노 와이어가 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 나노 와이어 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 양의 값을 갖는 전압차가 교류전원의 전압의 최소값의 절대값을 기준으로 20 ~ 30 % 의 값인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극에 인가되는 교류전원의 전압의 최대값;에서 상기 제 1전극에 인가되는 교류전원의 전압의 최소값의 절대값;을 뺀 전압차의 값을 조절하여 상기 주형체에 금속/금속산화물 복합체의 나노와이어가 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 나노 와이어 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 전압차는 교류전원의 전압의 최소값의 절대값을 기준으로 -10% ~ 20% 사이의 값인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 교류전원의 전압의 주파수, 전압의 파형, 또는 이들의 조합을 이용하여,
    상기 제 1전극에 음의 전압이 인가되는 평균 시간 및 상기 제 1전극에 양의 전압이 인가되는 평균 시간을 조절하여 상기 주형체에 형성되는 나노와이어를 구성하는 물질의 금속산화물:금속의 질량비가 0:100 내지 100:0이 되는 것을 특징으로 하는 나노 와이어 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    단일한 나노 와이어의 제조 중,
    상기 주형체에 인가되는 교류전원의 전압의 크기, 전압의 파형, 전압의 주파수, 또는 이들의 조합을 변경하여 금속 및 금속산화물로 구성된 코어쉘 구조의 나노 와이어를 형성시키는 것을 특징으로 하는 나노 와이어 제조방법.
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