KR101072845B1 - 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법 - Google Patents

초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 산화세륨(CeO2) 분말을 합성하기 위한 소스 용액인 세륨 착화합물과 알칼리염을 용매에 첨가하여 출발 용액을 준비하여 시료챔버로 공급하는 단계와, 초음파를 이용하여 상기 출발 용액을 액적 상태로 활성화시키는 단계와, 운반 가스를 상기 시료챔버로 공급하여, 상기 액적을 미리 가열된 반응로에 분무시키는 단계와, 상기 반응로에서 상기 액적이 열분해되고 산화되는 단계와, 상기 반응로를 통과하여 열분해되어 생성된 산화세륨(CeO2) 분말을 포집기에서 포집하는 단계 및 상기 포집된 산화세륨(CeO2) 분말의 구상화를 위하여 상기 알칼리염이 용융되는 온도보다 낮고 400℃ 이상의 온도에서 산화 분위기로 열처리하는 단계를 포함하는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 산화세륨(CeO2) 분말 제조시에 유독 가스가 거의 발생하지 않으며, 빠른 시간 내에 제조가 가능하고 제조 비용이 저렴하므로 대량 생산에 적합하며, 제조된 산화세륨(CeO2) 분말은 초미세의 나노 크기 입도를 갖고 그 입자 형상도 구형으로서 규칙적인 형태를 띤다.
산화세륨 분말, 초음파 분무 열분해법, 세륨 착화합물, 알칼리염, 액적(mist)

Description

초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법{Manufacturing method of cerium oxide powder using ultrasonic spray pyrolysis method}
본 발명은 산화세륨 분말의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유독 가스가 거의 발생하지 않으며, 빠른 시간 내에 제조가 가능하고 제조 비용이 저렴하므로 대량 생산에 적합하며, 초미세의 나노 크기 입도를 갖고 그 입자 형상도 구형으로서 규칙적인 형태를 띠는 산화세륨(CeO2) 분말을 얻을 수 있는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨(CeO2) 분말의 제조방법에 관한 것이다.
산화세륨(CeO2) 분말은 그 물성이 우수하여 많은 산업 분야에 널리 이용되는 재료이며, 이를 제조하는 방법이 지속적으로 개발되어 왔다. 산화세륨은 희토류원소들 중에서 가장 안정된 형태로 이에 대한 분해가 용이하지 않으며, 이와 같은 산화세륨(CeO2)을 주성분으로 하는 세륨계 연마재는 여러가지 유리 재료의 연마에 사용되고 있다. 최근에는 하드디스크 등의 자기기록매체용 유리, 액정표시장 치(Liquid Crystal Display; LCD)의 유리기판, 플라즈마표시패널(Plasma Display Panel; PDP)의 유리기판과 같은 전기·전자기기에서 사용되고 있는 유리 재료의 연마에도 사용되고 있으며, 그 응용분야가 점차 확대되고 있다.
최근에는 반도체 소자의 화학기계적평탄화(Chemical Mechanical Planarization) 공정의 연마재로서도 많이 사용되고 있다.
한편, 산화세륨(CeO2)은 산화환원 능력이 뛰어나 자동차 3원촉매 재료, 고체산화물 연료전지의 전해질, 연료전지의 개질기 등의 촉매재료로서 널리 사용되고 있어 미래 에너지 재료로서도 각광을 받고 있다.
상기 응용분야에 적용하기 위해서는 산화세륨(CeO2)분말 입자가 구형이고 독립적이 입자로 구성될 필요가 있다. 즉, 연마재로서 구형입자는 연마 스크래치를 적게 발생키고 구름 특성을 좋게하여 평탄화에 기여할 수 있다. 또한, 촉매재료로서 구형입자는 표면적을 크게 하여 촉매 효율을 증가시키는 것이 가능하다. 또한, 연료전지 분야 후막 재료로서 구형 입자는 충진밀도를 높게 하고 조직을 균질성을 올려서 제품 성능을 향상시킨다. 결론적으로 나노급 바람직하게는 100㎚ 이하 구형 산화세륨(CeO2) 입자의 필요성이 점차 증대되고 있다.
산화세륨(CeO2) 분말을 만드는 방법으로 공침법, 졸겔법, 분쇄법 등이 있으나 공침법은 입자간 응집이 많고 형상 제어가 힘들며, 졸겔법은 작은 입자는 가능하나 100㎚급은 제조하기 어렵고 결정이 나쁜 것이 단점이다. 또한, 분쇄법은 입자분포가 좋지 않고 구형 입자 제조가 불가능하다.
이에 본 연구자들은 구형 입자가 쉽게 만들어 지고, 유독 가스 등이 발생되지 않으면서 빠른 시간 내에 초미세의 나노 산화세륨(CeO2) 분말을 저가에 대량 생산할 수 있는 새로운 방법을 연구하게 되었으며 그 결과물을 여기에 소개하고자 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유독 가스가 거의 발생하지 않으며, 빠른 시간 내에 제조가 가능하고 제조 비용이 저렴하므로 대량 생산에 적합하며, 초미세의 나노 크기 입도를 갖고 그 입자 형상도 구형으로서 규칙적인 형태를 띠는 산화세륨(CeO2) 분말을 얻을 수 있는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨(CeO2) 분말의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 산화세륨(CeO2) 분말을 합성하기 위한 소스 용액인 세륨 착화합물과 알칼리염을 용매에 첨가하여 출발 용액을 준비하여 시료챔버로 공급하는 단계와, 초음파를 이용하여 상기 출발 용액을 액적 상태로 활성화시키는 단계와, 운반 가스를 상기 시료챔버로 공급하여, 상기 액적을 미리 가열된 반응로에 분무시키는 단계와, 상기 반응로에서 상기 액적이 열분해되고 산화되는 단계와, 상기 반응로를 통과하여 열분해되어 생성된 산화세륨(CeO2) 분말을 포집기에서 포집하는 단계 및 상기 포집된 산화세륨(CeO2) 분말의 구상화를 위하여 상기 알칼리염이 용융되는 온도보다 낮고 400℃ 이상의 온도에서 산화 분위기로 열처리하는 단계를 포함하는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법을 제공한다.
상기 열처리하는 단계 전에, 상기 포집된 산화세륨(CeO2) 분말을 미립화 및 구상화하기 위하여 건식 분쇄 또는 습식 분쇄하는 단계를 더 포함하며, 상기 건식 분쇄는 건식 제트밀 또는 건식 볼밀 공정으로 이루어지고, 상기 습식 분쇄는 초음파 분쇄, 습식 제트밀 또는 습식 볼밀 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 포집된 산화세륨(CeO2) 분말에 초음파를 주사하여 입자간 결합이 끊어지게 하여 응집을 억제하고 입자를 미립화하는 상기 초음파 분쇄의 주파수는 10kHz∼5MHz 범위이고, 상기 초음파 분쇄는 5분∼2시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
상기 산화세륨 분말의 제조방법은, 상기 열처리하는 단계 후에, 산화세륨(CeO2) 분말에 함유된 알칼리염을 제거하기 위하여 상기 알칼리염을 용해시키는 용매를 이용하여 세정하는 단계 및 세정된 산화세륨(CeO2) 분말을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 세륨 착화합물과 상기 알칼리염은 몰비로 1:1∼10(세륨 착화합물:알칼리염)의 함량으로 상기 용매에 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 알칼리염은 NaCl, KCl 또는 이들의 혼합물로 이루어진 클로라이드계 염일 수 있다.
상기 알칼리염은 K2CO3, Na2CO3 또는 이들의 혼합물로 이루어진 탄산계 염일 수 있다.
상기 세륨 착화합물은 세륨 나이트레이트(Ce(NO3)3·6H2O), 세륨 아세테이 트(Ce(O2C2H3)3·xH2O) 또는 세륨 클로라이드(CeCl3·xH2O)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 초음파는 복수 개의 초음파 진동자에 의해 발생되고, 복수 개의 초음파 진동자를 선택적으로 제어하여 초음파의 강도를 조절하며, 상기 초음파의 진동수는 10kHz∼5MHz 범위로 설정하여 초음파를 발생시키는 것이 바람직하다.
석영으로 이루어진 상기 반응로의 둘레를 감싸는 가열수단을 제어하여 상기 반응로 내에서 열분해되는 온도를 알칼리염의 용융 온도보다 낮고 400℃ 이상의 온도로 조절하며, 상기 액적이 유입되는 반응로 입구부의 온도가 액적이 열분해되고 산화되어 배출되는 반응로 출구부의 온도보다 낮게 설정하는 것이 바람직하다.
상기 반응로는 복수 개의 가열 수단에 의해 가열되고, 상기 시료챔버와 연결되는 상단 부분은 제1 가열 수단에 의해 가열되고, 상기 반응로의 중간 부분은 제2 가열 수단에 의해 가열되며, 상기 포집기에 연결되는 하단 부분은 제3 가열 수단에 의해 가열되고, 상기 반응로의 온도는 제1 내지 제3 가열 수단에 의해 각각 독립적인 온도 조절이 가능하며, 상기 제1 가열 수단에 의해 가열되는 반응로의 상단 부분 온도는 상기 제2 및 제3 가열 수단에 의해 가열되는 반응로의 온도보다 낮게 설정되는 것이 바람직하다.
상기 포집기의 둘레에 구비된 냉각 실린더 내부를 냉각수가 순환되게 하여 산화세륨(CeO2) 분말이 응축되어 포집기에 달라붙어 포집되게 하는 것이 바람직하다.
상기 산화세륨 분말의 제조방법은, 상기 포집기에 연통된 펌핑부에 의해 상기 반응로에서 합성된 산화세륨(CeO2) 분말이 상기 포집기로 흐르도록 유도하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법은, 빠른 시간 내에 산화세륨(CeO2) 분말을 제조할 수 있고, 제조 비용도 저렴하며, 대량 생산에 적합하다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 산화세륨(CeO2) 분말은 초미세의 나노 크기(여기서, 나노 미터 크기라 함은 나노 미터 단위의 크기로서 1㎚∼1㎛의 크기를 의미함) 입도를 갖고, 그 입자 형상도 구형으로서 규칙적인 형태를 띤다.
또한, 산화세륨(CeO2) 분말 제조시에 유독 가스가 거의 발생하지 않는다는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니 다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 초음파 분무 열분해법(Ultrasonic Spray Pyrolysis; USP)을 이용하여 세륨 착화합물 용액을 초음파 발생장치를 이용하여 안개와 같은 미세한 액적(mist) 상태로 만든 후, 고온의 반응로에서 열분해 및 반응을 시켜 산화세륨(CeO2) 분말을 만드는 방법을 제시하며, 본 발명에 의하면 미세하고 입도 분포가 좁은 구형의 산화세륨(CeO2) 분말 제조가 가능하다.
초음파 분무는 초음파 진동자에서 발생하는 고주파의 초음파가 기상과 액상의 계면에 집중되면서 액체의 표면에 게이저(geyser)가 형성되고 게이저의 높이가 초음파의 강도에 따라 증가하면서 액체 표면에서의 진동과 계면에서의 공동현상(cavitation)에 의해 게이저가 액적으로 변하는 원리를 이용하는 것이다.
액체에 초음파가 조사될 때 임계 초음파 강도 이상에서 액적이 분무되는데, 액적 표면에서의 모세관 파장(λc)과 액적의 평균 반경(D)과의 상호 관계는 다음과 같다.
Figure 112009073661972-pat00001
상기 수학식 1에서 a는 상수이다.
켈빈(Kevin) 식에 의하면 λc는 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073661972-pat00002
수학식 2에서 γ는 용액의 표면장력(dyne/com), ρ는 밀도(g/㎤), f는 진동수(여기서는 주파수, MHz)이다. 주파수가 증가하면 액적의 크기가 작아짐과 동시에 액적의 크기 분포가 매우 좁게 나타나며, 액적의 수와 부피도 증가한다. 그러므로, 초음파 진동자의 효율을 극대화함으로써 균일한 크기의 입자를 합성할 수 있다.
출발 용액으로부터 형성된 액적은 자체가 반응 용기의 역할을 함으로써 생성되는 입자 성장을 2차 성장 이내로 국한시킬 수 있으며, 따라서 균일한 입도의 입자를 얻을 수 있다. 또한, 출발 용액의 농도를 조절함으로써 입도의 크기와 입도의 분포를 조절할 수 있다.
본 발명에서는 세륨 나이트레이트(cerium nitrate; Ce(NO3)3·6H2O)와 같은 세륨 착화합물과 알칼리염을 용매에 녹인 용액을 출발 용액으로 사용하여 초음파 분무 열분해법으로 산화세륨(CeO2) 분말을 합성하는 방법을 제시한다.
상기 세륨 착화합물은 세륨 나이트레이트(Ce(NO3)3·6H2O) 이외에도 세륨 아세테이트(Ce(O2C2H3)3·xH2O) 또는 세륨 클로라이드(CeCl3·xH2O) 등을 그 예로 들 수 있다.
산화세륨(CeO2) 분말을 얻기 위하여 소스 원료인 세륨 착화합물과 함께 알칼 리염을 함께 사용한다. 상기 세륨 착화합물과 상기 알칼리염은 몰비로 1:1∼10(세륨 착화합물:알칼리염)의 함량으로 용매에 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 알칼리염은 NaCl, KCl과 같은 클로라이드계 염, K2CO3, Na2CO3와 같은 탄산계 염일 수 있다. 이와 같은 알칼리염을 함께 사용하게 되면, 세륨 나이트레이트(Ce(NO3)3·6H2O)와 같은 세륨 착화합물 용액만을 사용한 경우에 비하여 더욱 작고 응집이 적은 구형의 산화세륨(CeO2) 분말을 얻을 수 있는 장점이 있다. 실험에 의하면, 염화나트륨(salt; NaCl)의 첨가가 산화세륨(CeO2) 분말 입자의 크기를 크게 감소시키는 것으로 나타났으며, 입자들의 입도가 작아지면서 형상이 구형으로 규칙적인 형태를 띠는 것으로 나타났다.
초음파 분무 열분해법을 이용하여 산화세륨(CeO2) 분말을 합성하여 포집된 산화세륨(CeO2) 분말에는 알칼리염이 포함되어 있으며, 이 알칼리염을 제거하기 위하여 알칼리염을 용해시키는 용매를 이용하여 세정(washing)한 후, 세정된 산화세륨(CeO2) 분말을 건조하는 과정을 더 포함할 수 있다. 포집된 산화세륨(CeO2) 분말에는 알칼리염이 함유되어 있으므로 이를 제거할 필요가 있다. 알칼리염은 증류수 등에 잘 용해되며 이러한 용매를 이용하여 선택적으로 제거할 수 있다. 세정된 산화세륨(CeO2) 분말의 건조는 전기 오븐에서 80∼150℃의 온도에서 5분∼6시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
상기 세정 공정을 수행하기 전에, 산화세륨(CeO2) 분말을 미립화 및 구형화하기 위하여 열처리 공정 또는 분쇄 공정 및 열처리 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 분쇄는 건식 및 습식 분쇄가 모두 가능하며, 상기 건식 분쇄는 건식 제트밀(JET MILL), 건식 볼밀 등으로 이루어질 수 있고, 상기 습식 분쇄는 초음파 분쇄, 습식 제트밀, 습식 볼밀 등으로 이루어질 수 있다.
여기서는 습식 볼 밀링 공정을 예로 들어 설명한다. 포집된 산화세륨(CeO2) 분말을 볼밀링기(ball milling machine)에 장입하여 물, 알코올과 같은 용매와 함께 습식 혼합한다. 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 산화세륨(CeO2) 분말을 기계적으로 분쇄하고 균일한 크기의 입도를 갖게 한다. 볼 밀링에 사용되는 볼은 지르코니아, 알루미나와 같은 세라믹으로 이루어진 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절하여 목표하는 입자의 크기로 분쇄한다. 예를 들면, 입자의 크기를 고려하여 볼의 크기는 1㎜∼10㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 500∼3000rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀링은 목표하는 입자의 크기 등을 고려하여 1∼24 시간 동안 실시한다. 볼 밀링에 의해 산화세륨(CeO2) 분말은 미세한 크기의 입자로 분쇄되고, 균일한 입자 크기 분포를 갖게 된다. 상기 습식 볼밀로 분쇄된 슬러리를 구상화를 위한 열처리 공정을 위해 건조한다.
상기 습식 분쇄 공정으로 포집된 산화세륨(CeO2) 분말에 초음파를 주사하여 입자간 결합이 끊어지게 하여 응집을 억제하고 입자를 미립화할 수도 있다. 이때, 주사되는 초음파의 주파수는 10kHz∼5MHz 정도일 수 있으며, 초음파는 5분∼2시간 정도 주입하는 것이 바람직하다. 산화세륨(CeO2) 분말에 초음파를 주사하게 되면, 입자간의 결합이 끊어지게 되고, 따라서 응집이 억제되고 입자가 미립화되게 된다.
또한, 상기 포집된 산화세륨(CeO2) 분말의 구상화를 위하여 상기 알칼리염이 용융되는 온도보다 낮고 400℃ 이상의 온도에서 산화 분위기로 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 열처리 공정은 다음과 같은 방식으로 이루어질 수 있다.
포집된 산화세륨(CeO2) 분말을 전기로와 같은 퍼니스(furnace)에 장입하고, 목표하는 열처리 온도로 상승시킨다. 이때 퍼니스의 승온 속도는 5∼50℃/min 정도인 것이 바람직한데, 퍼니스의 승온 속도가 너무 느린 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고 퍼니스의 승온 속도가 너무 빠른 경우에는 급격한 온도 상승에 의해 산화세륨(CeO2) 분말에 열적 스트레스(thermal stress)가 가해질 수 있으므로 상기 범위의 승온 속도로 퍼니스의 온도를 올리는 것이 바람직하다. 이때 퍼니스 내의 압력은 상압을 유지하는 것이 바람직하다.
퍼니스의 온도가 목표하는 열처리 온도로 상승하면, 일정 시간(예컨대, 10분∼6시간)을 유지한다. 상기 열처리는 산소(O2), 공기(air)와 같은 산화 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 퍼니스 온도를 열처리 온도에서 일정 시간을 유지시키 게 되면 산화세륨(CeO2) 분말 입자들이 라운딩(rounding)화 되어 구상화(또는 구형화)가 일어나게 된다.
상기 열처리 온도는 알칼리염이 용융되는 온도보다 낮고 400℃ 이상인 것이 바람직한데, 열처리 온도가 너무 높은 경우에는 입자 성장이 일어나서 기계적 물성이 저하될 수 있고, 열처리 온도가 너무 낮은 경우에는 구상화되는 효율이 좋지 않을 수 있으므로 상기 범위의 열처리 온도에서 열처리하는 것이 바람직하다. 염화나트륨(NaCl)의 경우 801℃의 융융온도를 가지므로 알칼리염으로 염화나트륨(NaCl)을 사용하는 경우에는, 상기 열처리는 800℃ 이하의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 열처리가 알칼리염의 용융 온도 이상에서 일어나게 되면, 알칼리염의 용융으로 인해 산화세륨(CeO2) 분말의 기계적 특성과 같은 물성이 좋지 않을 수 있다. 상기 열처리 과정에서 산화세륨(CeO2) 분말에 함유된 알칼리염은 산화세륨(CeO2) 분말 입자들이 서로 붙는 것을 억제하고 특정방향 결정성장을 억제하며, 따라서 응집이 적고 구형의 입자를 가능하게 한다.
열처리 공정을 수행한 후, 상기 퍼니스 온도를 하강시켜 산화세륨(CeO2) 분말을 언로딩한다. 상기 퍼니스 냉각은 퍼니스 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하거나, 임의적으로 온도 하강률(예컨대, 10℃/min)을 설정하여 냉각되게 할 수도 있다. 퍼니스 온도를 하강시키는 동안에도 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.
상기 열처리 분말은 입자에 뭍어있는 알카리 염의 세정, 건조공정을 통하여 미립의 구형 산화세륨(CeO2)분말로 만들어지게 된다.
이하에서, 산화세륨(CeO2) 분말의 합성을 위해 제작된 초음파 분무 열분해 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 사용한 초음파 분무 열분해 장치를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에서 사용한 초음파 분무 열분해 장치를 보여주는 사진이다. 도 3a 내지 도 3b는 시료챔버와 초음파 분무기를 보여주는 사진이다. 도 4a 및 도 4b는 포집기를 보여주는 사진이다.
도 1 내지 도 4b를 참조하면, 초음파 분무 열분해 장치(100)는 시료챔버(110), 용액 공급부(120), 초음파 진동부(130), 운반가스 공급부(140), 반응로(150) 및 포집기(160)를 포함한다.
시료챔버(110)는 도관(116)을 통해 반응로(150)에 액적(mist)을 공급하는 역할을 한다. 시료챔버(110)의 상면(112) 및 측면(114)은 산 또는 염기에 대한 내화학성 및 내부식성을 갖는 재질, 예컨대 아크릴 재질로 이루어져 있다. 산 또는 염기 성분에 대한 내화학성 및 내부식성을 갖는 아크릴 재질로 시료챔버(110)가 이루어져 있으므로 부식을 방지할 수 있다. 상기 아크릴 재질로 이루어진 시료챔버(110)는 시료챔버(110) 내의 세륨 나이트레이트와 같은 세륨 착화합물 용액에 효과적으로 초음파 진동자(132)에 의한 초음파 진동이 전달되도록 하여 액적(mist)이 원활하게 형성될 수 있도록 한다.
용액 공급부(120)는 시료챔버(110)에 연결되고 세륨 착화합물 용액을 시료챔버(110)에 공급한다. 용액 공급부(120)에는 용액의 공급 유량을 제어하는 유량제어기(mass flow controller; MFC)(미도시)와 밸브(122)를 포함할 수 있다. 유량제어기(MFC)와 밸브(122)의 제어를 통해 세륨 착화합물 용액을 시료챔버(110)로 공급하게 된다.
초음파 진동부(130)는 소정 주파수(예컨대, 10kHz∼5MHz, 바람직하게는 1.65MHz)의 교류 신호에 의한 초음파 진동자(132)의 진동에 의해 시료챔버(110)에 기계적 에너지가 인가되어 용액의 계면 또는 표면에서 미세 액적(mist)을 발생시키는 역할을 한다. 초음파 진동부(130)에는 냉각수 공급부(134)로부터 연결관(136)을 통해 냉각수가 공급된다.
초음파 진동부(130)는 복수 개의 초음파 진동자(132)가 일렬로 배열되어 열을 이루고, 복수 개의 열이 병렬로 배열된 구조를 이룰 수 있다. 예컨대, 초음파 진동부(130)는 6개의 초음파 진동자(132)가 제1 열을 이루고, 5개의 초음파 진동자(132)가 제2 열을 이루며, 6개의 초음파 진동자(132)가 제3 열을 이루고, 상기 제1 열, 제2 열 및 제3 열은 병렬로 배열된 구조를 가질 수 있다. 초음파 진동부(130)의 각 열에는 전압이 선택적으로 인가될 수 있게 구비되어 각 열 단위로 초음파 진동자(132)가 선택적으로 동작할 수 있게 제어된다. 이를 위해 각각의 열을 제어할 수 있는 전원 스위치가 열의 수만큼 구비된다. 전원 스위치의 온(on)/오프(off)에 따라 대응되는 열의 초음파 진동자(132)가 동작하거나 동작하지 않게 된다. 예컨대, 제1 열을 제어하는 제1 전원 스위치와, 제2 열을 제어하는 제2 전원 스위치와, 제3 열을 제어하는 제3 전원 스위치가 구비되어 있다.
또한, 각 열에 배열된 복수 개의 초음파 진동자(132)에 대하여도 제어 스위치가 병렬로 구비되어 있어 각 열에 배열된 복수 개의 초음파 진동자(132)를 선택적으로 제어할 수 있다. 예컨대, 제1 열에는 6개의 초음파 진동자(132)가 일렬로 배열되어 있고, 각 6개의 초음파 진동자(132)에는 전압이 선택적으로 인가될 수 있게 제어 스위치가 구비되어 있으며, 6개의 초음파 진동자(132)에 대응되게 인가되는 제어 스위치가 병렬로 구비되어 각 제어 스위치를 온/오프함으로써 제1 열에 배열된 초음파 진동자(132)를 선택적으로 동작시킬 수 있다.
초음파 진동부(130)는 복수 개의 초음파 진동자(132)를 구비하고 있으며, 각각의 초음파 진동자(132)의 작동을 선택적으로 조절할 수 있어 필요에 따라 초음파 강도를 조절할 수 있는 장점이 있다. 진동수가 낮은 초음파 진동자(132)를 사용할 경우 합성되는 입자(반응로에서 열분해 반응되어 포집기에서 포집되는 산화세륨 입자)들의 입도 조절이 어려울 수 있고, 용액 공급부로부터 공급되는 세륨 착화합물 용액(반응 물질)의 점도가 높은 경우에는 액적으로 분무하기조차 어려울 수 있다. 초음파 진동부(ultrasonic nebulizer)의 진동수(frequency)를 10kHz∼5MHz로 증진시켜 시료챔버의 효율성을 극대화할 수 있다. 시료챔버(110)에서 발생되는 액적의 양은 초음파 진동부(130)의 전원 스위치와 제어 스위치를 선택하여 활성화되는 초음파 진동자(132)의 수를 조정함으로써 조절할 수 있다.
운반가스 공급부(140)는 시료챔버(110)에 연결되고 운반가스를 시료챔버(110)로 공급하는 역할을 한다. 운반가스 공급부(140)는 운반가스의 공급 유량을 제어하는 유량제어기(MFC)(미도시)와 밸브(142)를 포함할 수 있다. 유량제어기와 밸브(142)의 제어를 통해 운반가스를 공급하게 된다. 운반가스 공급부(140)로부터 시료챔버(110)로 유입된 운반가스는 액적을 반응로(150)로 밀어주는 역할을 하고 시료챔버(110)와 반응로(150) 사이에 구비된 도관(116)의 벽에 달라붙지 않게 한다. 운반가스의 공급 유량은 2ℓ/분∼20ℓ/분 정도인 것이 바람직하다. 운반가스로는 공기(air), 질소(N2) 가스 또는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스를 사용할 수 있다.
반응로(150)는 액적이 건조되고 열분해되는 공간을 제공하며, 시료챔버(110) 및 포집기(160)와 연통되어 있다. 반응로(150)는 내열 충격성을 갖는 물질, 예컨대 석영(quartz)과 같은 물질로 이루어진 원통형의 튜브(tube) 형상을 갖는다. 반응로(150) 둘레에는 가열 수단(heater)(152; 152a, 152b, 152c)이 구비되어 있다. 가열 수단(152a, 152b, 152c)은 반응로(150)의 내부 온도를 액적이 열분해될 수 있는 목표 온도(예컨대, 400∼800℃)로 상승시키고 일정하게 유지하는 역할을 한다. 상기 목표 온도는 알칼리염의 용융 온도보다 낮고 400℃ 이상의 온도인 것이 바람직하다. 반응로(150)는 가열 수단(heater)(152; 152a, 152b, 152c)에 의해 3단 가열영역(3 stage heating zone)으로 구분될 수 있다. 예컨대, 시료챔버(110)와 연결되는 상단 부분은 제1 가열 수단(152a)에 의해 가열되는 제1 가열 영역을 이루고, 반응로(150)의 중간 부분은 제2 가열 수단(152b)에 의해 가열되는 제2 가열 영역을 이루며, 포집기(160)에 연결되는 하단 부분은 제3 가열 수단(152c)에 의해 가열되 는 제3 가열 영역을 이룰 수 있다. 제1 내지 제3 가열 영역은 가열 수단(152a, 152b, 152c)에 의해 각각 독립적인 온도 조절이 가능하게 된다. 이러한 가열 영역에서의 온도 구배는 분무된 액적의 건조, 열분해 뿐만 아니라 열분해되어 생성된 반응 결과물의 소결 공정까지도 조절할 수 있어 이를 통한 반응 결과물 입자들의 형상 및 크기 제어까지 가능케 한다.
포집기(160)는 반응로(150)에서 열분해되어 형성된 산화세륨(CeO2) 분말을 포집한다. 포집기(160)는 산화세륨(CeO2) 분말을 포집할 수 있게 구비되는데, 내열성과 내화학성이 우수한 재질, 예컨대 스테인레스(SUS)로 된 원통 형상의 필터로 이루어질 수 있다. 포집기(160)로부터 유입되기 전에는 냉각 실린더(162)가 구비될 수 있고, 냉각 실린더 내부를 흐르는 냉각수(Cooling Water)에 의해 수냉시켜 포집기(160)의 표면에 달라붙어 효율적으로 포집되게 할 수 있다. 냉각 실린더(162)에는 냉각수 유입관(Cooling Water Inlet)을 연결하여 냉각수를 공급하고, 공급된 냉각수는 냉각수 배출관(Cooling Water Outlet)을 통해 배출되도록 하며, 냉각수가 냉각 실린더(162)를 순환되게 하여 전체적으로 골고루 냉각될 수 있도록 한다. 열분해 반응 과정에서 발생된 가스는 포집기(160)를 통과하여 가스 배출구를 통해 외부로 배출된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 분무 열분해 장치(100)는 펌핑부(170)를 더 포함할 수 있다. 펌핑부(170)는 열분해 반응에서 발생된 가스가 포집기(160)로부터 배출되도록 유도한다. 펌핑부(170)는 반응로에서 합성된 산화세 륨(CeO2) 분말이 포집기로 흐르도록 유도하기 위한 로터리 펌프(Rotary Pump)(172)와, 펌프(172)에 의한 가스의 배기를 차단하거나 조절하기 위한 밸브(174)를 포함할 수 있다.
이하에서 초음파 분무 열분해법을 이용하여 산화세륨(CeO2) 분말을 합성한 예를 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예를 참고로 더욱 상세히 설명되며, 이 실시예가 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
산화세륨(CeO2) 분말 입자 합성을 위하여 도 1 내지 도 4b를 참조하여 설명한 초음파 분무 열분해 장치를 사용하였다. 우선적으로 초음파 분무 열분해 장치에서 초음파 진동자(ultrasonic nebulizer)의 진동수(frequency)를 1.65MHz로 증진시켜 설정하고, 초음파 진동자를 6개로 설정하여 초음파 분무의 효율성을 극대화 하였다. 시료챔버(Sample chamber)는 도 3a 내지 도 3c에 나타난 바와 같은 아크릴 재질로 이루어진 것을 이용하여 초음파의 진동이 효율적으로 시료에 전달되도록 설계하였다. 건조 및 열분해 공정은 도 1에 도시된 바와 같이 3단 가열영역(3 stage heating zone)을 거치게 하였다.
합성되는 산화세륨(CeO2) 분말의 포집은 앞에서도 기술한 바와 같이 공정설비에 맞는 회수방식을 고려해야 한다. 본 발명의 실시예에서 적용한 초음파 분무 열분해 장치는 비용과 효율성을 고려하여 종이 필터를 사용하는 건식 필터 포집법을 적용하였다.
초음파 분무 열분해법을 이용한 분말 합성에 영향을 끼치는 공정변수로는 초음파의 출력과 주파수, 출발 용액의 농도, 출발 용액의 점도와 표면 장력, 운반(carrier) 가스의 유속, 반응로의 온도, 시료챔버(chamber) 속의 출발 용액의 높이 등이 있다. 여기서, 초음파의 출력과 주파수는 이미 고정된 변수이고 시료챔버 속의 출발 용액의 높이는 일정한 양의 용액을 사용할 경우 동일한 조건으로 유지된다. 그러므로, 인위적으로 조절이 가능한 변수로는 출발 용액의 농도(용액의 농도에 따라 점도와 표면 장력은 변화한다), 운반 가스의 유속, 반응로의 온도 등이 있다. 실험계획법을 이용하여 공정변수와 입자합성의 상관관계를 확립하기 위하여 출발물질은 세륨 나이트레이트로 고정하고, 아래의 표 1에서와 같이 공정조건을 변화시켜 실험을 진행하였다.
구분 반응온도
(℃)		 공기 플로우
(ℓ/min)		 세륨 나이트레이트 함량(g) 증류수(㎖) 세륨 나이트레이트:
NaCl의 몰비
실시예 1 800 5 50 500 1:4
실시예 2 800 10 50 500 1:4
실시예 3 800 15 50 500 1:4
실시예 4 700 5 50 500 1:4
실시예 5 700 10 50 500 1:4
실시예 6 700 15 50 500 1:4
실시예 7 제1 가열영역 700, 제2 및 제3 가열영역 800 5 50 500 1:4
실시예 8 제1 가열영역 700, 제2 및 제3 가열영역 800 10 50 500 1:4
실시예 9 제1 가열영역 700, 제2 및 제3 가열영역 800 15 50 500 1:4
세륨 나이트레이트와 증류수를 혼합한 출발 용액의 열 산화에 의한 산화세륨(CeO2) 분말의 생성은 염화수소와 같은 산성 기체를 발생시키지 않는다는 점에서 기상합성에 적합하다. 본 발명의 실시예에서 출발 용액은 세륨 나이트레이트(Aldrich chemicals사 제품)를 증류수를 희석하여 준비하였다. 준비된 용액은 정량펌프를 이용하여 시료챔버 안으로 주입되었고, 초음파에 의하여 분무되었다. 분무된 액적은 가열영역(heating zone)에서 건조, 열분해, 산화 반응을 거쳐 포집기의 금속 필터로 포집되었다.
반응온도는 700∼800℃ 범위에서 실험을 하였고, 운반가스인 공기(Air)의 유속은 5∼15 ℓ/min 범위에서 변화하였고, 세륨 나이트레이트:NaCl의 혼합 몰비는 1:4 비율로 실험하였다.
이하에서, 더욱 구체적으로 초음파 분무 열분해 장치를 이용하여 세륨 나이트레이트(tetraethyl orthosilicate) 용액으로 산화세륨(CeO2) 입자를 합성한 방법을 설명한다. 출발 용액으로 세륨 나이트레이트(Aldrich chemicals사 제품)과 증류수를 중량비로 표 1에 나타낸 바와 같이 1:10의 혼합비로 희석하여 준비하였다. 증류수에 희석된 세륨 나이트레이트 용액을 용액 공급부(120)에 장입하고, 밸브(122)을 열고 용액 공급부(120)로부터 시료챔버(110)에 세륨 나이트레이트 용액을 공급하였다. 세륨 나이트레이트 용액의 공급 유량은 50㎖/hr 정도로 설정하였다. 반응로(150)의 둘레를 감싸고 있는 가열 수단(152)에 전원을 공급하고 반응로(150)를 가열하여 목표하는 온도(표 1에 나타낸 반응온도)로 일정하게 유지하였다. 초음파 진동부(130)의 복수 개의 초음파 진동자(132) 중에서 전원 스위치와 제어 스위치를 선택하여 6개의 초음파 진동자(132)가 작동되도록 하였다. 밸브(142)를 열고 운반가스 공급부(140)로부터 시료챔버(110)에 운반가스를 공급하였다. 운반가스의 공급 유량은 표 1에 나타낸 가스 플로우로 설정하였다. 운반가스로는 공기(air) 가스를 사용하였다.
시료챔버(110) 내에서는 액적이 발생되고, 액적은 반응로(150)로 유입되어 건조, 열분해, 산화 반응을 거쳐 산화세륨(CeO2)을 형성한다. 반응로(150)에서 열분해 반응되어 형성된 산화세륨(CeO2) 분말은 스테인레스 필터로 이루어진 포집기(160)에서 포집하였다.
실험 후 남은 용액의 여액과 필터에 포집된 산화세륨(CeO2) 분말을 기준으로 하여 결과를 정리하면 실시예 8(반응로의 입구부인 제1 가열영역 온도 700℃, 제2 가열영역 온도 800℃, 반응로의 출구부인 제3 가열영역 온도 800℃, 가스 플로우(Gas Flow) 10ℓ/min, 세륨 나이트레이트와 증류수의 중량비 1:10, 세륨 나이트레이트와 NaCl의 몰비 1:4)일때 수득이 가장 높았다.
초음파에 의하여 생성되는 액적의 분무량은 초음파 강도와 용액의 물성에 의존한다. 초음파 강도와 운반가스의 유속이 일정할 때 액적의 생성속도(r), 즉 분무량은 다음과 같은 변수의 비에 따라 증가한다고 알려져 있다.
Figure 112009073661972-pat00003
여기서 Ps는 용액의 포화증기압이며, γ는 표면장력, η는 점도이다. 그러므로, 출발 용액의 표면장력과 점도가 감소하면 분무량은 증가하는 것이다.
분무 액적의 이동속도는 운반 가스의 양을 조절하여 변화시킬 수 있다. 즉 운반 가스의 양을 증가시키면 그만큼 운반 가스의 유속을 증가시켜 분말 합성의 효율을 향상시킨다. 그러나 일반적으로 유속이 20 ℓ/min을 초과하면 운반 가스에 의해 난류가 형성되어 액적의 크기 분포를 크게 하고 액적을 반응로 튜브(reactor tube) 내부에 부착시켜 전달되는 분무량을 감소시킨다.
실시예 8 및 실시예 9에서 포집된 산화세륨(CeO2) 분말의 미세구조를 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)(JEOL사의 6701F 제품)을 이용하여 관찰한 사진을 도 5a 및 도 5b에 각각 나타내었다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 합성된 입자들의 입도는 500㎚∼1.5㎛ 정도임을 알 수 있다.
도 6은 실시예 8에서 포집된 산화세륨(CeO2) 분말을 증류수로 세정하여 염화나트륨(NaCl)을 제거한 후 100℃의 오븐에서 2시간 동안 건조하여 얻은 산화세륨(CeO2) 분말의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 7은 실시예 8에서 포집된 산화세륨(CeO2) 분말을 700℃에서 4시간 동안 공기 분위기에서 열처리하고, 증류수로 세정하여 염화나트륨(NaCl)을 제거한 후 100℃의 오븐에서 2시간 동안 건조하여 얻은 산화세륨(CeO2) 분말의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 7을 참조하면, 산화세륨(CeO2) 분말의 입도는 20㎚∼100㎚ 정도이며, 비교적 균일한 입자 입도를 가짐을 볼 수 있으며, 도 6에 비하여 구상화가 높은 것을 볼 수 있다.
도 8은 실시예 8에서 포집된 산화세륨(CeO2) 분말을 초음파를 10분 동안 주사하여 분쇄하고, 700℃에서 4시간 동안 공기 분위기에서 열처리하고, 증류수로 세정하여 염화나트륨(NaCl)을 제거한 후 100℃의 오븐에서 2시간 동안 건조하여 얻은 산화세륨(CeO2) 분말의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 8을 참조하면, 산화세륨(CeO2) 분말의 입도는 20㎚∼100㎚ 정도이며, 비교적 균일한 입자 입도를 가짐을 볼 수 있으며, 도 6에 비하여 구상화가 높은 것을 볼 수 있다.
도 9는 실시예 8에서 포집된 산화세륨(CeO2) 분말을 증류수로 세정하여 염화나트륨(NaCl)을 제거한 후 100℃의 오븐에서 2시간 동안 건조하여 얻은 산화세륨(CeO2) 분말에 대한 X-레이 회절(X-ray Diffraction; XRD) 그래프이다. 도 9를 참조하면, XRD 그래프에서는 염화나트륨(NaCl)에 의한 피크(peak)가 나타나지 않고 산화세륨(CeO2)에 의한 피크(peak)만이 존재함을 볼 수 있으며, 이는 증류수 세정 공정에 의해 염화나트륨(NaCl)이 선택적으로 완전히 제거되었음을 나타낸다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 사용한 초음파 분무 열분해 장치를 설명하기 위하여 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 사용한 초음파 분무 열분해 장치를 보여주는 사진이다.
도 3a 내지 도 3c는 시료챔버와 초음파 분무기를 보여주는 사진이다.
도 4a 및 도 4b는 포집기를 보여주는 사진이다.
도 5a 및 도 5b는 실시예 8 및 실시예 9에서 포집된 산화세륨(CeO2) 분말의 미세구조를 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)(JEOL사의 6701F 제품)을 이용하여 관찰한 사진이다.
도 6은 실시예 8에서 포집된 산화세륨(CeO2) 분말을 증류수로 세정하여 염화나트륨(NaCl)을 제거한 후 100℃의 오븐에서 2시간 동안 건조하여 얻은 산화세륨(CeO2) 분말의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 7은 실시예 8에서 포집된 산화세륨(CeO2) 분말을 700℃에서 4시간 동안 공기 분위기에서 열처리하고, 증류수로 세정하여 염화나트륨(NaCl)을 제거한 후 100℃의 오븐에서 2시간 동안 건조하여 얻은 산화세륨(CeO2) 분말의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 8은 실시예 8에서 포집된 산화세륨(CeO2) 분말을 초음파를 10분 동안 주 사하여 분쇄하고, 700℃에서 4시간 동안 공기 분위기에서 열처리하고, 증류수로 세정하여 염화나트륨(NaCl)을 제거한 후 100℃의 오븐에서 2시간 동안 건조하여 얻은 산화세륨(CeO2) 분말의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 9는 실시예 8에서 포집된 산화세륨(CeO2) 분말을 증류수로 세정하여 염화나트륨(NaCl)을 제거한 후 100℃의 오븐에서 2시간 동안 건조하여 얻은 산화세륨(CeO2) 분말에 대한 X-레이 회절(XRD) 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 초음파 분무 열분해 장치 110: 시료챔버
120: 용액 공급부 130: 초음파 진동부
140: 운반가스 공급부 150: 반응로
160: 포집기 170: 펌핑부

Claims (13)

  1. 산화세륨(CeO2) 분말을 합성하기 위한 소스 용액인 세륨 착화합물과 알칼리염을 용매에 첨가하여 출발 용액을 준비하여 시료챔버로 공급하는 단계;
    초음파를 이용하여 상기 출발 용액을 액적 상태로 활성화시키는 단계;
    운반 가스를 상기 시료챔버로 공급하여, 상기 액적을 미리 가열된 반응로에 분무시키는 단계;
    상기 반응로에서 상기 액적이 열분해되고 산화되는 단계;
    상기 반응로를 통과하여 열분해되어 생성된 산화세륨(CeO2) 분말을 포집기에서 포집하는 단계; 및
    상기 포집된 산화세륨(CeO2) 분말의 구상화를 위하여 상기 알칼리염이 용융되는 온도보다 낮고 400℃ 이상의 온도에서 산화 분위기로 열처리하는 단계를 포함하며,
    석영으로 이루어진 상기 반응로의 둘레를 감싸는 가열수단을 제어하여 상기 반응로 내에서 열분해되는 온도를 상기 알칼리염의 용융 온도보다 낮고 400℃ 이상의 온도로 조절하며, 상기 액적이 유입되는 반응로 입구부의 온도가 액적이 열분해되고 산화되어 배출되는 반응로 출구부의 온도보다 낮게 설정하는 것을 특징으로 하는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열처리하는 단계 전에,
    상기 포집된 산화세륨(CeO2) 분말을 미립화 및 구상화하기 위하여 건식 분쇄 또는 습식 분쇄하는 단계를 더 포함하며, 상기 건식 분쇄는 건식 제트밀 또는 건식 볼밀 공정으로 이루어지고, 상기 습식 분쇄는 초음파, 습식 제트밀 또는 습식 볼밀 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 포집된 산화세륨(CeO2) 분말에 초음파를 주사하여 입자간 결합이 끊어지게 하여 응집을 억제하고 입자를 미립화하는 상기 초음파 분쇄의 주파수는 10kHz∼5MHz 범위이고, 상기 초음파 분쇄는 5분∼2시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열처리하는 단계 후에,
    산화세륨(CeO2) 분말에 함유된 알칼리염을 제거하기 위하여 상기 알칼리염을 용해시키는 용매를 이용하여 세정하는 단계; 및
    세정된 산화세륨(CeO2) 분말을 건조하는 단계를 더 포함하는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 세륨 착화합물과 상기 알칼리염은 몰비로 1:1∼10(세륨 착화합물:알칼리염)의 함량으로 상기 용매에 첨가되는 것을 특징으로 하는 초음 파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 알칼리염은 NaCl, KCl 또는 이들의 혼합물로 이루어진 클로라이드계 염인 것을 특징으로 하는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 알칼리염은 K2CO3, Na2CO3 또는 이들의 혼합물로 이루어진 탄산계 염인 것을 특징으로 하는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 세륨 착화합물은 세륨 나이트레이트, 세륨 아세테이트 또는 세륨 클로라이드를 사용하는 것을 특징으로 하는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 초음파는 복수 개의 초음파 진동자에 의해 발생되고, 복수 개의 초음파 진동자를 선택적으로 제어하여 초음파의 강도를 조절하며, 상기 초음파의 진동수는 10kHz∼5MHz 범위로 설정하여 초음파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 반응로는 복수 개의 가열 수단에 의해 가열되고, 상기 시료챔버와 연결되는 상단 부분은 제1 가열 수단에 의해 가열되고, 상기 반응로의 중간 부분은 제2 가열 수단에 의해 가열되며, 상기 포집기에 연결되는 하단 부분은 제3 가열 수단에 의해 가열되고, 상기 반응로의 온도는 제1 내지 제3 가열 수단에 의해 각각 독립적인 온도 조절이 가능하며, 상기 제1 가열 수단에 의해 가열되는 반응로의 상단 부분 온도는 상기 제2 및 제3 가열 수단에 의해 가열되는 반응로의 온도보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 포집기의 둘레에 구비된 냉각 실린더 내부를 냉각수가 순환되게 하여 산화세륨(CeO2) 분말이 응축되어 포집기에 달라붙어 포집되게 하는 것을 특징으로 하는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 포집기에 연통된 펌핑부에 의해 상기 반응로에서 합성된 산화세륨(CeO2) 분말이 상기 포집기로 흐르도록 유도하는 단계를 더 포함하는 초음파 분무 열분해법을 이용한 산화세륨 분말의 제조방법.
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