KR101080800B1 - 나노분말 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

무접촉 전자기 유도 용융 방식 및 휘발 급냉 방식을 이용하여 고순도의 나노분말을 대량 생산할 수 있는 나노분말 제조 장치에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 나노분말 제조 장치는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내부의 일측에 장착되는 용융 도가니; 상기 용융 도가니 내부의 금속 또는 비금속 원료를 상기 용융 도가니 내측벽에 무접촉 전자기 유도 용융하여 휘발시키는 전자기 유도 용융부; 상기 용융 도가니에서 휘발되는 금속 또는 비금속을 급냉 및 이송하기 위한 가스가 투입되는 가스 투입부; 상기 진공 챔버 내부의 다른 일측에 장착되며, 상기 가스에 의해 급냉되어 이송되는 금속 또는 비금속을 포집하는 포집부; 및 상기 포집부와 연결되며, 상기 가스를 배기시키는 진공 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

나노분말 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING NANO POWDER}
본 발명은 나노분말 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무접촉 전자기 유도 용융 방식 및 휘발 급냉 방식을 이용하여 고순도의 나노분말을 대량 생산할 수 있는 나노분말 제조 장치에 관한 것이다.
나노 와이어 또는 나노 입자와 같은 나노 물질로 이루어진 나노 소재는 양자구속효과(Quantum confinement effects)로 인해 마이크로(micro)급 이상의 크기를 갖는 소재들과는 전혀 다른 독특한 전기적, 광학적 성질을 나타낼 수 있어 최근 많은 연구가 이루어지고 있다.
이와 같은 나노 소재는 자기기록매체, 촉매, 도전페이스트, 자성유체, 연마제와 같은 기능성 소재로 광범위한 응용될 수 있으며, 태양전지와 LED와 같은 광전변환/광변환 소재와 같은 전자 소재로도 응용 가능하다.
특히, 고순도의 금속 또는 비금속 나노물질을 저가로 대량생산 할 수 있는 다양한 제조 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.
고순도의 금속 또는 비금속의 나노 입자 또는 나노 와이어, 즉 나노분말 제조법은 휘발 급냉법, 습식 화학법, 기계적 밀링법 등 다양한 공정이 개발되어 있으며, 일부는 상용화되고 있다.
이 중, 휘발급냉법은 금속 또는 비금속 원료를 용융시킨 후 용융된 용탕으로부터 휘발된 금속 또는 비금속 증기를 급냉시켜 나노분말을 제조하는 방법으로, 휘발 급냉법과 같은 기상법에 의한 나노소재의 제조는 특성 제어가 용이하고 고순도화가 가능하여 나노분말 제조법으로 가장 활발하게 연구개발이 이루어지고 있다.
휘발급냉법은 휘발시키는 에너지원에 따라 다양하게 개발되고 있으며, 대부분 레이저나 플라즈마를 휘발 에너지원으로 이용하고 있다. 하지만, 상기 레이저나 플라즈마를 휘발 에너지원으로 하여 휘발급냉법을 적용할 경우, 원료 휘발을 위하여 복잡한 공정 장비가 필요하며 장치의 대형화가 어려워, 나노분말의 제조 비용 상승의 원인이 된다.
본 발명의 목적은 무접촉 전자기 유도 용융 방식 및 휘발 급냉 방식을 이용하여 고순도의 나노분말을 저가의 공정비용으로 대량 생산할 수 있는 나노분말 제조 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 금속 또는 비금속 용탕의 휘발 효율을 높여 나노분말의 생산성을 향상시킬 수 있는 나노분말 제조 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노분말 제조 장치는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내부의 일측에 장착되는 용융 도가니; 상기 용융 도가니 내부의 금속 또는 비금속 원료를 상기 용융 도가니 내측벽에 무접촉 전자기 유도 용융하여 휘발시키는 전자기 유도 용융부; 상기 용융 도가니에서 휘발되는 금속 또는 비금속을 급냉 및 이송하기 위한 가스가 투입되는 가스 투입부; 상기 진공 챔버 내부의 다른 일측에 장착되며, 상기 가스에 의해 급냉되어 이송되는 금속을 포집하는 포집부; 및 상기 포집부와 연결되며, 상기 가스를 배기시키는 진공 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 용융 도가니는 흑연 도가니 또는 수냉동 도가니가 될 수 있으며, 원통의 형상으로 외측벽과 내측벽을 관통하는 연직방향의 복수의 슬릿이 형성되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 금속 원료를 사용할 경우 상기 용융 도가니는 흑연 도가니 또는 수냉동 도가니가 될 수 있으며, 비금속 원료를 사용할 경우 흑연 도가니가 될 수 있다. 상기 용융 도가니 내부의 장입되는 원료는 교류 전류가 인가되는 유도 코일을 포함하는 전자기 유도 용융부에 의해 전자기 유도 용융되어 용탕을 형성하되, 상기 용탕은 도가니 중심방향으로 작용하는 전자기력에 의해 상기 용융 도가니의 내측벽에 무접촉 전자기 유도 용융되어 고순도의 나노분말이 제조될 수 있다.
또한, 상기 유도 코일에는 10kHz 이하의 주파수를 갖는 교류전류가 인가되어 용탕의 교반현상을 향상시켜, 용탕의 표면 상태를 보다 불안정하게 함으로써, 금속 또는 비금속 용탕의 휘발효율을 향상시킬 수 있다.
상기 가스 투입부는 상기 진공 챔버의 상부 및 측면부 중 적어도 하나에 형성되어 있을 수 있으며, 상기 가스는 위발된 원료의 증기를 급냉 및 급냉된 나노분말을 이송하기 위한 아르곤(Ar) 가스가 될 수 있으며, 여기에 상기 급냉된 나노분말의 표면을 패시베이션(passivation)하기 위한 수소(H2) 가스, 질소(N2) 가스, 산소(O2) 가스 등의 패시베이션 가스 및 상기 급냉된 나노분말을 도핑(doping)하기 위한 붕소(B) 함유 가스, 인(P) 함유 가스 등과 같은 도핑 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 나노분말 제조 장치를 이용하여 제조된 나노분말은 1~100nm의 입경을 갖는 나노 입자의 형태나 1~100nm의 직경 및 적어도 500nm의 길이를 갖는 나노 와이어의 형태가 될 수 있다.
본 발명에 따른 나노분말 제조 장치는 무접촉 전자기 유도 용융 방식 및 휘발 급냉 방식을 접목함으로써 고순도의 나노분말을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 슬릿이 형성된 용융 도가니 구조를 통하여 무접촉 전자기 유도 용융이 가능하여 용탕의 표면적을 크게 하고, 유도코일에 인가되는 교류전류의 주파수를 10kHz 이하로 낮추어 용탕의 유동을 극대화할 수 있으며, 용융 도가니 직상부에 아르곤 가스 등을 투입하기 위한 가스 투입부를 형성할 수 있어, 전체적으로 휘발 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노분말 제조 장치에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 무접촉 전자기 유도 용융 및 휘발 급냉을 이용한 나노분말 제조 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 나노분말 제조 장치는 진공이 유지되는 진공 챔버(110), 금속 또는 비금속 원료가 용융 및 휘발되는 용융 도가니(120), 금속 또는 비금속 용탕을 용융 도가니(120) 내측벽에 무접촉 전자기 유도 용융시키기 위한 유도 용융부(130), 금속 또는 비금속 증기를 급냉시키고 기류를 형성하여 급냉된 나노분말을 이송하기 위한 가스가 공급되는 가스 투입부(140), 기류에 의해 이송되는 나노 분말을 포집하기 위한 포집부(150) 및 포집부를 통과하는 가스를 배기하기 위한 진공 펌프(160)를 포함한다.
본 발명에서 금속 분말이라 함은 순수한 단원자 금속 분말뿐만 아니라 합금 분말을 포함하며, 비금속 분말은 실리콘과 같은 반도체물질 분말을 포함한 비금속분말을 통칭하는 개념이다.
용융 도가니
용융 도가니(120)는 진공 챔버(110) 내부의 일측에 장착되며, 상부가 개방되어 있으며, 제조하고자 하는 나노분말의 원료가 내부에 배치된다.
도 2는 본 발명에 이용될 수 있는 용융 도가니의 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 용융 도가니(120)는 원통의 형상으로, 외측벽(121)과 내측벽(122)을 관통하는 연직방향의 복수의 슬릿(123)이 형성되어 있으며, 복수의 슬릿(123)에 의해 도가니는 각각의 세그먼트(124)로 분할된다.
이 경우, 용융 도가니(110) 내부의 금속 또는 비금속 원료(101)는 전자기 유도 용융부(130)에 의해 전자기 유도 용융되거나 또는 전자기 유도 용융부(130)에 의해 가열되는 용융 도가니(120)에 의해 간접 용융되어 초기 금속 용탕(101)을 형성한다. 초기에는 주로 용융 도가니(120)의 열에 의하여 간접 가열이 이루어지는데, 금속의 경우 일반적으로 낮은 온도에서도 전기전도도가 높아 초기부터 전자기 유도 용융이 함께 이루어질 수 있다. 하지만, 반도체를 포함한 비금속의 용융 방식은 상기 금속의 용융 방식과 차이가 있다. 예를 들어, 실리콘의 경우 대략 700℃까지는 전기전도도가 낮아 초기에는 용융 도가니(120) 열에 의해 간접 가열이 이루어지고, 700℃ 보다 높은 온도에서는 전기전도도가 급격히 높아져서 주로 전자기 유도 용융이 이루어진다.
형성된 용탕(101)은 도가니 중심방향으로 작용하는 전자기력에 의해 용융 도가니의 내측벽(122)에 무접촉 전자기 유도 용융되어, 결국에는 휘발이 이루어지게 된다.
상기 무접촉 전자기 유도 용융이 이루어지기 위하여는 전자기 유도 용융부(130)에 기인하는 전자기력이 용융 도가니(120) 내부에 작용할 수 있어야 한다. 이를 위하여 용융 도가니(120)에는 외측벽(121)과 내측벽(122)을 관통하는 연직방향의 복수의 슬릿(123)이 형성되어 있으며, 용융 도가니(120)는 재질 측면에서 흑연 도가니, 수냉동 도가니가 될 수 있다.
보다 구체적으로, 금속 원료를 사용할 경우 흑연 도가니, 수냉동 도가니 모두 사용 가능하며, 비금속 원료를 사용할 경우 흑연 도가니를 사용하여야 한다. 이 는, 비금속 원료는 유도 전기장에 의해 초기 용융이 이루어지지 않아 흑연 도가니를 통한 초기 용융이 필요하기 때문이다.
전자기 유도 용융부
전자기 유도 용융부(130)는 용융 도가니(120) 내부의 금속 또는 비금속 원료를 용융 도가니(120) 내측벽에 무접촉 전자기 유도 용융하여, 용융된 금속 또는 비금속을 용융 도가니(120) 상부를 통하여 휘발시킨다. 용융된 원료의 휘발은 가스 투입부(140)로부터 투입되는 아르곤 가스 등의 가스와의 접촉에 의해 이루어질 수 있다.
전자기 유도 용융부(130)는 교류 전류가 인가되는 유도 코일(131)을 포함할 수 있다.
도 3은 용융 도가니 내부에서의 용탕의 전자기력 및 용탕의 형성 방향을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 전자기 유도 용융부(130)에 의해 작용하는 전자기력은 용융 도가니(120) 내부의 중심방향으로 향하며, 금속 용탕은 중심에서부터 형성되어 도가니 내측벽 쪽으로 이동한다.
한편, 유도 코일(131)에 인가되는 교류 전류는 10kHz 이하의 주파수를 갖는 것이 바람직하다. 유도코일에 인가되는 교류의 주파수를 10 kHz 이하로 낮출 경우, 용탕 내부의 깊숙한 부분까지 전자기장을 형성할 수 있어 용융되는 금속의 유동을 극대화시킬 수 있다. 용융되는 금속 또는 비금속의 유동이 커지는 것은 용탕의 표면 상태를 보다 불안정하게 유지시킬 수 있게 되고, 결국 용융 원료의 휘발 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 유도코일에 인가되는 교류의 주파수를 10kHz 이하의 주파수를 낮추어 용융되는 원료의 유동을 극대화시키는 것은 합금나노소재를 제조할 때 큰 장점을 갖는다. 즉, 단일원소가 아닌 2 이상의 금속의 합금으로 이루어진 나노소재를 제조할 경우 제조되는 최종 나노물질의 혼합비가 균일하여야 하는데, 상기와 같은 높은 유동성은 합금 용탕의 균일한 혼합을 유도하게 되고, 이에 따라 최종 나노물질의 혼합비를 균일하게 유지할 수 있게 된다.
가스 투입부
가스 투입부(140)는 용융 도가니(120)로부터 휘발되는 금속 또는 비금속을 급냉시키고 아울러 기류를 형성하여 급냉된 나노분말을 이송하기 위한 가스가 투입된다.
가스 투입부(140)는 진공 챔버(110)의 상부에 형성되어 있거나, 측면부에 형성되어 있을 수 있으며, 상부 및 측면부에 모두 형성되어 있을 수 있다. 이때, 가스 투입부(140)는 용융 도가니(120)로부터 휘발되는 금속 또는 비금속을 급냉 및 이송시키기 위하여 용융 도가니(120)에 가까운 쪽에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
용탕의 휘발 효율을 높이기 위하여는 용탕 표면에 직접 아르곤 가스를 분사하는 것이 가장 바람직하다. 따라서, 가스 투입부(140)는 용융 도가니(120)의 직상부에 형성되거나 용융 도가니(120)의 직상부 및 측면부에 형성되어 있는 것이 바람 직하다.
가스 투입부(140)를 통하여 주입되는 가스의 유량, 가스 투입부(140)의 형상 및 위치는 제조된 나노분말의 크기 및 형상을 결정하게 된다.
상기 가스 투입부(140)를 통하여 공급되는 가스는 용융 도가니(120)로부터 휘발되는 금속 또는 비금속을 급냉 및 이송하기 위한 아르곤(Ar) 가스가 될 수 있다. 아르곤 가스에 의한 금속 또는 비금속 증기(102)가 급냉되면서 수 나노에서 수십 나노 크기의 입자 또는 와이어 형태의 나노분말(103)이 형성된다.
한편, 가스 투입부(140)를 통하여 공급되는 가스는 상기 아르곤 가스 외에 급냉되는 금속 또는 비금속을 처리하기 위한 처리 가스가 더 포함될 수 있다.
급냉되는 나노분말을 처리하기 위한 처리 가스는 급냉된 나노분말의 표면을 패시베이션(passivation)하기 위한 패시베이션 가스나 급냉된 나노분말을 도핑(doping)하기 위한 도핑 가스 등이 될 수 있다.
패시베이션 가스는 수소(H2) 가스, 질소(N2) 가스, 산소(O2) 가스 등을 들 수 있다. 예를 들어, 나노분말이 금속일 경우, 산소 가스를 아르곤 가스와 함께 주입할 경우 나노금속의 산화물이 형성되거나 나노금속의 표면 산화가 이루어질 수 있으며, 질소 가스를 아르곤 가스와 함께 주입할 경우 나노금속의 질화물이 형성되거나 나노금속의 표면 질화가 이루어질 수 있다. 수소 가스를 아르곤 가스와 함께 주입할 경우 수소 패시베이션이 가능하게 된다.
이들 가스 중 선택되는 가스를 단독으로 또는 2이상의 가스를 혼합하여 이용 할 수 있다.
한편, 도핑 가스는 붕소(B) 함유 가스 또는 인(P) 함유 가스가 될 수 있다.
포집부
포집부(150)는 진공 챔버(110) 내부의 다른 일측에 장착되며, 가스에 의해 급냉되어 이송되는 나노분말을 포집한다. 포집부(150)는 가스를 배기시키는 진공 펌프(160)와 연결되어, 진공 챔버(110) 내에서 기류가 끝나는 지점에 해당한다.
진공 챔버(110) 내부에서 기류는 기체가 투입되는 가스 투입부(140) 및 펌핑에 의해 기체를 배기가 이루어지는 진공 펌프(160)의 상호 작용에 의하여 형성된다.
포집부(150)는 나노분말을 포집하기 위한 단순 용기 또는 스테인리스 스틸(SUS)와 같은 금속 메쉬 등이 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 나노분말 제조 장치를 이용하여 제조되는 나노분말은 1~100nm의 입경을 갖는 나노 금속 입자 또는 1~100nm의 직경 및 500nm 이상의 길이를 갖는 나노 금속 와이어의 형태가 될 수 있다.
나노분말 제조의 생산성은 용융된 용탕의 휘발 효율에 의해 좌우된다. 용탕의 휘발 효율이 높은 경우 그만큼 나노분말의 생산성을 높일 수 있다.
이를 위해, 본 발명에서는 무접촉 전자기 유도 용융 방식이 적용될 수 있는 용융 도가니 구조, 즉 연직방향의 복수의 슬릿이 형성된 용융 도가니를 이용하여 용탕과 용융 도가니 내측면이 무접촉된 상태로 금속 또는 비금속을 용융하여, 용탕의 표면적을 극대화시켜 휘발 효율을 그만큼 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 용탕 표면에 직접 아르곤 가스를 분사할 수 있어 휘발 효율을 높일 수 있으며, 유도코일에 인가되는 파워의 주파수를 10kHz 이하로 낮추어 용탕의 유동을 극대화하여 표면을 불안정한 상태로 유지함으로써 용탕의 휘발 효율을 높일 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 나노분말 제조 장치는 무접촉 전자기 유도용융법 및 휘발 급냉법을 동시에 적용함으로써 저비용으로도 단시간 내에 고순도의 나노분말을 대량생산할 수 있는 장점이 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
본 발명에서는 실리콘을 용융 도가니 내측벽에 무접촉 전자기 유도 용융하여 실리콘 나노분말을 제조하였다.
우선, 도 2에 도시된 구조를 갖는 흑연 도가니 내부에 200g의 실리콘을 장입하였다. 이때, 도가니의 크기는 내경 60mm, 외경 90mm, 높이 130mm이었으며, 15˚의 각도로 세그먼트를 24개 형성하고, 슬릿을 1mm의 폭으로 형성하였다.
직경 8mm의 유도코일을 도가니의 상부를 기준으로 10번 감아 형성시켰으며, 이를 통해 7.6kHz의 주파수를 갖는 교류전류를 인가하였다.
이후, 진공 챔버 내부를 10-5torr 이하의 진공으로 1시간 이상 유지한 후, 아르곤(Ar) 가스를 투입하여 압력을 1 torr 정도로 형성하였다.
실리콘을 용융시키기 위한 인가 전력은 2~16kW 영역이었으며, 분당 0.7kW씩 20분 동안 상승시켰다. 15kW의 전력이 인가되었을 때, 장입된 실리콘의 중심부부터 용융이 시작되며, 용탕은 중심에서 내측벽 쪽으로 이동하면서 전체 실리콘을 용융하였다.
용탕이 형성된 직후, 전자기장에 의한 용탕의 교반효과와 휘발현상이 동시에 일어났으며, 실리콘의 완전용융이 이루어지면서, 용탕은 용융 도가니 내측벽에 비접촉하면서 중심부로 솟아 올랐으며, 용탕의 표면적이 증가하였다. 휘발량은 용탕의 표면적이 증가함에 따라 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
휘발된 증기상태의 금속은 도가니 상부에 위치한 이송가스(아르곤)에 의해 진공 챔버 내의 포집부로 이동하는 것을 관찰할 수 있었다. 진공 챔버의 포집부에 노란색의 입자들이 쌓이는 것을 확인할 수 있었으며, 아르곤 가스는 포집부 끝단에 위치한 진공 펌프에 의해 배기되었다.
유도코일에 인가되는 전력을 1시간 유지 후, 파워를 off시켜 용융 도가니에 잔류하는 실리콘 용융물을 응고하였다.
상기의 과정을 통하여 실리콘 나노분말을 제조한 후, 진공 챔버를 개방하고 포집부에 포집된 입자를 수집하여 일부(3g)를 바로 30ml의 에탄올에 분산시켰다.
도 4는 에탄올에 분산된 실리콘 나노분말의 사진을 나타낸 것으로, 도 4를 참조하면 에탄올에 실리콘 나노분말이 분산되어 노란색을 나타내고 있음을 알 수 있다.
또한, 수집된 나노분말을 실리콘 기판에 드롭(dropping)한 후, 건조하는 공정을 3회 반복하여, 막을 형성하였다.
도 5는 상기 과정을 통하여 형성된 실리콘 막의 주사전자현미경(SEM) 사진을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 형성된 실리콘 막은 평균 30nm 정도의 입경을 갖고, 대략 500nm 이상의 길이로 형성된 나노와이어인 것을 알 수 있다. 도 5에서 눈금 10칸의 길이는 500nm를 의미한다.
도 6은 상기 과정을 통하여 형성된 실리콘 막의 X-선 회절 분석(XRD) 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 실리콘의 (111)면, (200)면, (311)면 및 (331)면에 의한 회절피크가 나타나는 것을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양 한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 무접촉 전자기 유도 용융 및 휘발 급냉을 이용한 나노분말 제조 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 이용될 수 있는 용융 도가니의 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 용융 도가니 내부에서의 금속 또는 비금속 용탕의 전자기력 및 금속 용탕의 유동 방향을 나타낸 것이다.
도 4는 에탄올에 분산된 실리콘 나노물질의 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 나노분말 제조 장치를 이용하여 제조된 나노 실리콘으로부터 형성된 실리콘 막의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 나노분말 제조 장치를 이용하여 제조된 나노 실리콘으로부터 형성된 실리콘 막의 X-선 회절 분석(XRD) 결과를 나타내는 그래프이다.

Claims (15)

  1. 진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내부의 일측에 장착되는 용융 도가니;
    상기 용융 도가니 내부의 금속 또는 비금속 원료를 상기 용융 도가니 내측벽에 무접촉 전자기 유도 용융하여 휘발시키는 전자기 유도 용융부;
    상기 용융 도가니에서 휘발되는 금속 또는 비금속을 급냉 및 이송하기 위한 가스가 투입되는 가스 투입부;
    상기 진공 챔버 내부의 다른 일측에 장착되며, 상기 가스에 의해 급냉되어 이송되는 금속 또는 비금속을 포집하는 포집부; 및
    상기 포집부와 연결되며, 상기 가스를 배기시키는 진공 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용융 도가니는 원통의 형상으로, 외측벽과 내측벽을 관통하는 연직방향의 복수의 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 용융 도가니 내부의 금속 또는 비금속 원료는 상기 전자기 유도 용융부에 의해 용융되어 용탕을 형성하되,
    상기 용탕은 도가니 중심방향으로 작용하는 전자기력에 의해 상기 용융 도가니의 내측벽에 무접촉 전자기 유도 용융되는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 용융 도가니는 금속 원료일 경우 흑연 도가니 또는 수냉동 도가니이고, 비금속 원료일 경우 흑연 도가니인 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 유도 용융부는 교류 전류가 인가되는 유도 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유도 코일에 인가되는 교류 전류는 10kHz 이하의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가스 투입부는 상기 진공 챔버의 상부 및 측면부 중 적어도 하나에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스는 아르곤(Ar) 가스인 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가스는 급냉되는 금속 또는 비금속을 처리하기 위한 처리 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 처리 가스는 상기 급냉된 나노분말의 표면을 패시베이션(passivation)하기 위한 패시베이션 가스 및 상기 급냉된 금속을 도핑(doping)하기 위한 도핑 가스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 패시베이션 가스는 수소(H2) 가스, 질소(N2) 가스 및 산소(O2) 가스 중에서 선택되는 하나 이상의 가스이고, 상기 도핑 가스는 붕소(B) 함유 가스 또는 인(P) 함유 가스인 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 나노분말 제조 장치를 이용하여 제조된 나노 입자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 나노 입자는 1~100nm의 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 나노 입자.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 나노분말 제조 장치를 이용하여 제조된 나노 와이어.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 1~100nm의 직경 및 적어도 500nm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 나노 와이어.
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