KR101163854B1 - Method for manufacturing metal nanotube and metal nanotube manufactured by the same - Google Patents

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Abstract

금속 나노튜브 제조방법 및 이에 의하여 제조된 금속 나노튜브가 제공된다.
본 발명에 따른 금속 나노튜브 제조방법은 나노와이어 주형을 기판상에 성장시키는 단계; 상기 기판상에서 성장한 나노와이어 주형을 금속 용액에 침지시키는 단계; 상기 금속 용액의 금속이온을 환원시켜 나노와이어 주형상에 금속을 석출시키는 단계; 및 상기 금속이온 환원에 따라 감소되는 용액 pH에 의하여, 상기 나노와이어 주형을 용해시키는 단계를 포함하며, 별도의 주형 제거 공정 없이 나노튜브의 성장과 함께 나노와이어 주형의 제거를 동일 용기에서 동일 공정으로 수행할 수 있으므로, 경제적인 금속 나노튜브 제조가 가능하다. 또한, 종래 기술에 비하여 저온으로 나노튜브를 제조할 수 있으며, 균일한 형태와 길이의 나노튜브 제조를 가능하게 한다.
Provided are a metal nanotube manufacturing method and a metal nanotube produced thereby.
Metal nanotube manufacturing method according to the present invention comprises the steps of growing a nanowire template on a substrate; Immersing the nanowire template grown on the substrate in a metal solution; Reducing metal ions of the metal solution to precipitate metal on the nanowire template; And dissolving the nanowire template by the solution pH reduced with the metal ion reduction, and removing the nanowire template with the growth of the nanotubes in the same process without the separate mold removal process. As such, economical metal nanotube production is possible. In addition, it is possible to produce nanotubes at a lower temperature than the prior art, and to enable the production of nanotubes of uniform shape and length.

Description

금속 나노튜브 제조방법 및 이에 의하여 제조된 금속 나노튜브{Method for manufacturing metal nanotube and metal nanotube manufactured by the same}Method for manufacturing metal nanotube and metal nanotube manufactured by the same

본 발명은 금속 나노튜브 제조방법 및 이에 의하여 제조된 금속 나노튜브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 주형 제거 공정 없이 나노튜브의 성장과 함께 나노와이어 주형의 제거를 동일 용기에서 동일 공정으로 수행할 수 있으므로, 경제적인 금속 나노튜브 제조가 가능한 금속 나노튜브 제조방법 및 이에 의하여 제조된 금속 나노튜브에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a metal nanotube and a metal nanotube produced thereby, more specifically to remove the nanowire template with the growth of the nanotube without a separate mold removal process in the same process in the same vessel The present invention relates to a metal nanotube manufacturing method and a metal nanotube manufactured thereby, which enables economical metal nanotube production.

금속 나노 튜브 또는 이를 포함하는 나노 구조체는 나노 크기로 인하여 넓은 비표면적을 가질 뿐만 아니라, 튜브 형상으로 인한 전자이송 능력의 증가로 인하여 태양전지 또는 연료전지 분야 또는 저장 매체 분야와 같은 여러 가지 분야에서 그 활용이 기대되고 있다.Metal nanotubes or nanostructures comprising them not only have a large specific surface area due to their nano size, but also in many fields such as solar cell or fuel cell field or storage medium field due to the increase of electron transport ability due to the tube shape. It is expected to be utilized.

일반적으로 나노 입자들은 액상 합성법 또는 기상 합성법과 같이 전구체로부터 나노 입자들을 제조하는 방법에 의해 제조되는데, 상기 액상 합성법으로는 졸-겔 법을 들수 있으며, 상기 기상 합성법으로는 분무 열분해법과 분무 건조법 등을 들 수 있다. In general, nanoparticles are prepared by a method of preparing nanoparticles from precursors, such as liquid phase synthesis or gas phase synthesis. The liquid phase synthesis may include a sol-gel method, and the vapor phase synthesis method may include spray pyrolysis and spray drying. Can be mentioned.

상기와 같은 과정을 거치면 미세한 크기의 나노입자를 얻을 수 있는데, 나노 튜브 또는 이를 포함하는 나노 구조체의 경우는 형상의 특이성으로 인하여 통상적인 방법으로 제조하기는 어렵다. 즉, 통상적으로 전구체로부터 입자가 형성되는 반응은 한가지 상 내에서 또 한가지 상이 생성되는 반응이기 때문에 계면 에너지를 최소화할 수 있도록 계면적이 최소화되는 방향으로 진행되게 된다. 그 결과 나노입자 제조방법에 의해 제조된 입자들은 통상적으로 구형의 형상을 가지며, 이들 구형의 입자들이 포도 송이 형태로 소결된 형태의 구조체가 얻어지는 것이 보통이다.Through the above process, it is possible to obtain a nanoparticle of a fine size, in the case of a nanotube or a nanostructure comprising the same it is difficult to manufacture in a conventional method due to the specificity of the shape. That is, since a reaction in which particles are formed from a precursor is generally a reaction in which another phase is generated in one phase, the reaction proceeds in a direction in which the interfacial area is minimized to minimize the interfacial energy. As a result, the particles produced by the nanoparticle manufacturing method usually have a spherical shape, and it is common to obtain a structure in which these spherical particles are sintered in the form of grape clusters.

따라서, 금속 산화물 나노튜브를 제조하기 위해서 보다 특별한 방법에 의존할 필요가 있었다. 특허문헌인 대한민국 공개특허공보 10-2007-0045917호에는 음극 산화알루미늄 템플릿(template, 이하 주형)을 이용한 산화망간 나노튜브 또는 나노 막대의 제조방법이 개시되어 있는데, 상기 특허문헌에 의하면 음극산화알루미늄 주형 표면에 산화망간 전구체를 흡착시킨 후, 상기 흡착된 산화망간 전구체를 산화시키고, 이후 상기 주형을 제거하고 여과, 건조 및 하수 과정을 거쳐 산화망간 나노튜브를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은, 튜브 형태의 나노 재료를 형성하기 위하여 주형을 사용하고 상기 주형 외표면에 금속 산화물 튜브를 형성시킨 후 다시 주형을 제거하는 과정으로 요약된다. Thus, there was a need to rely on more specific methods to produce metal oxide nanotubes. Korean Patent Publication No. 10-2007-0045917, which is a patent document, discloses a method for producing manganese oxide nanotubes or nanorods using an anodized aluminum oxide template (hereinafter, a template). After adsorbing a manganese oxide precursor on a surface, the adsorbed manganese oxide precursor is oxidized, and then the template is removed, and a process for producing manganese oxide nanotubes is carried out through filtration, drying and sewage. The method summarizes the process of using a mold to form a nanomaterial in the form of a tube, forming a metal oxide tube on the outer surface of the mold, and then removing the mold again.

이와 같이 구형이 아닌 특정 형상, 예를 들면 튜브 형상의 나노 구조물을 제조하려는 종래 기술은 모두 주형을 제조하는 공정이 복잡하고 비경제적이다는 문제가 있다. 더 나아가, 주형의 표면에서 성장한 나노튜브를 회수, 조립하기 위해서는 주형을 별도의 공정에서 제거하여야만 하는데, 이러한 주형의 별도 제거 공정에 따라 나노튜브의 제조단가가 올라가고, 공정의 신뢰성 또한 떨어지는 문제가 있다.As described above, all of the prior art for producing nanostructures having a specific shape other than spherical shape, for example, a tube shape, have a problem that a process for manufacturing a mold is complicated and uneconomical. Furthermore, in order to recover and assemble the nanotubes grown on the surface of the mold, the mold must be removed in a separate process. According to the separate removal process of the mold, the manufacturing cost of the nanotube increases and the reliability of the process is also inferior. .

하지만, 주형을 사용하지 않는 경우는 일정한 형상의 나노구조물을 신뢰성 있게 제조하는 것이 어렵다는 문제가 있다.However, when the mold is not used, there is a problem that it is difficult to reliably manufacture a nanostructure having a certain shape.

따라서, 주형 제조/제거의 효율성과 동시에, 나노튜브와 같은 형상을 신뢰성있게 제조할 수 있는 나노구조물 제조방법은 아직 개시되지 못한 실정이다.Therefore, at the same time as the efficiency of the mold manufacturing / removal, nanostructure manufacturing method that can reliably manufacture the shape, such as nanotubes has not been disclosed yet.

따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는 간단하고, 경제적인 공정으로 일정한 형상의 금속 나노튜브를 제조할 수 있는, 금속 나노튜브 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing metal nanotubes, which can produce a metal nanotube of a uniform shape in a simple, economical process.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 일정한 형상으로 경제성 있게 제조된 금속 나노튜브를 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a metal nanotube manufactured economically in a certain shape.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 나노와이어 주형을 기판상에 성장시키는 단계; 상기 기판상에서 성장한 나노와이어 주형을 금속 용액에 침지시키는 단계; 상기 금속 용액의 금속이온을 환원시켜 나노와이어 주형상에 금속을 석출시키는 단계; 및 상기 금속이온 환원에 따라 감소되는 용액 pH에 의하여, 상기 나노와이어 주형을 용해시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 나노튜브 제조방법을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention comprises the steps of growing a nanowire template on the substrate; Immersing the nanowire template grown on the substrate in a metal solution; Reducing metal ions of the metal solution to precipitate metal on the nanowire template; And dissolving the nanowire template by a solution pH which decreases with the reduction of the metal ion.

본 발명의 일 실시예에서 상기 나노와이어 주형은 금속산화물로서, 상기 나노와이어 주형은 상기 침지된 용액의 pH가 감소됨에 따라 상기 용액에 대한 용해도가 증가한다. 상기 나노와이어는 ZnO 나노와이어일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the nanowire template is a metal oxide, and the nanowire template has increased solubility in the solution as the pH of the immersed solution is decreased. The nanowires may be ZnO nanowires.

본 발명에 따른 금속 나노튜브 제조방법은 상기 나노와이어 주형 성장 단계 후, 상기 나노와이어 표면에는 아민계 화합물이 존재할 수 있으며, 상기 나노와이어 주형은 상기 기판상의 나노와이어가 아래쪽을 향하는 방향으로 금속 전구체 용액에 침지될 수 있다. In the method of manufacturing metal nanotubes according to the present invention, after the nanowire template growth step, an amine compound may be present on the surface of the nanowire, and the nanowire template is a metal precursor solution in a direction in which the nanowires on the substrate face downward. Can be immersed in.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 아연염 및 아민계 화합물을 포함하는 용액에서 ZnO 나노와이어 주형을 수열합성법으로 기판상에 성장시키는 단계; 상기 주형을 금속 용액에 침지시키는 단계; 상기 금속 용액의 금속 이온을 상기 ZnO 나노와이어 주형 표면에서 환원시켜 석출시키는 단계; 상기 금속 이온의 환원에 따라 감소되는 용액의 pH에 의하여, 상기 ZnO 나노와이어 주형을 용해, 제거하는 단계; 및 상기 ZnO 나노와이어 주형표면에 석출된 금속 나노튜브를 수거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 나노튜브 제조방법을 제공한다. The present invention to solve the above problems, the step of growing a ZnO nanowire template on a substrate by hydrothermal synthesis in a solution containing a zinc salt and an amine compound; Immersing the mold in a metal solution; Reducing the metal ions of the metal solution on the surface of the ZnO nanowire mold to precipitate; Dissolving and removing the ZnO nanowire template by the pH of the solution which decreases with the reduction of the metal ions; And collecting metal nanotubes deposited on the surface of the ZnO nanowire template.

상기 ZnO 나노와이어 주형 성장은, 상기 아연염 및 아민계 화합물을 포함하는 수용액에 기판을 침지시키는 단계; 및 상기 용액을 가열하는 단계를 포함하며, 상기 성장된 ZnO 나노와이어 표면에는 상기 아민계 화합물이 결합된다. The ZnO nanowire template growth, the step of immersing the substrate in an aqueous solution containing the zinc salt and the amine compound; And heating the solution, wherein the amine-based compound is bonded to the grown ZnO nanowire surface.

상기 아민계 화합물은 상기 금속 이온의 환원제로 작용하며, 상기 ZnO 나노와이어 주형은 pH가 낮아짐에 따라 상기 금속 전구체 용액에 보다 많이 용해된다. 또한 상기 금속의 석출 단계와 상기 ZnO 나노와이어 주형의 제거 단계는 동일 용기에서 수행된다. The amine-based compound acts as a reducing agent of the metal ions, and the ZnO nanowire template is more dissolved in the metal precursor solution as the pH is lowered. In addition, the precipitation of the metal and the removal of the ZnO nanowire template are performed in the same vessel.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 상기 방법에 의하여 제조된 금속 나노튜브를 제공한다.
The present invention provides a metal nanotube produced by the above method, in order to solve the above problems.

본 발명에 따른 금속 나노튜브 제조방법은 별도의 주형 제거 공정 없이 나노튜브의 성장과 함께 나노와이어 주형의 제거를 동일 용기, 동일 공정으로 수행할 수 있으므로, 경제적인 금속 나노튜브 제조가 가능하다. 또한, 종래 기술에 비하여 균일한 형태와 길이의 금속 나노튜브 제조가 가능하다.
Metal nanotube manufacturing method according to the present invention can be carried out in the same container, the same process with the growth of nanotubes and the growth of nanotubes without a separate mold removal process, it is possible to manufacture economical metal nanotubes. In addition, it is possible to manufacture metal nanotubes of uniform shape and length compared to the prior art.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노튜브 제조방법의 단계도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 실리콘 기판에서 성장한 ZnO 나노와이어의 SEM 이미지이다.
도 3은 금속 전구체 용액에서의 산도 증가(pH 감소) 및 잔존하는 ZnO 함량을 시간 경과에 따라 도시한 그래프이다.
도 4는 백금 나노튜브의 SEM 이미지, 도 5a 내지 5b는 TEM 이미지이이고, 도 6은 EDS 분석 결과다.
도 7은 팔라듐 나노튜브의 SEM 이미지, 도 8a 및 8b는 TEM 이미지이다.
도 9a 및 9b는 각각 팔라듐 나노튜브의 단면 조성 성분 그래프와 HAADF-STEM-EDS 맵핑 결과이다.
1 is a step diagram of a metal nanotube manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
2 is an SEM image of ZnO nanowires grown on a silicon substrate in one embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the increase in acidity (pH decrease) and the remaining ZnO content in the metal precursor solution over time.
4 is an SEM image of platinum nanotubes, FIGS. 5A to 5B are TEM images, and FIG. 6 is an EDS analysis result.
FIG. 7 is an SEM image of palladium nanotubes, and FIGS. 8A and 8B are TEM images.
9A and 9B are graphs of cross-sectional compositional components and HAADF-STEM-EDS mapping of palladium nanotubes, respectively.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are provided as examples to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노튜브 제조방법의 단계도이다.1 is a step diagram of a metal nanotube manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 먼저 기판에서 주형으로 사용되는 나노와이어를 제조, 성장시킨다(S100). 본 발명의 일 실시예에서 상기 나노와이어는 금속산화물인 ZnO 나노와이어로서, 수열합성법에 의하여 합성, 제조되었다. 본 발명의 범위는 상기 방법 및 물질에 제한되지 않으나, 적어도 기판에 성장, 제조가능하며, 용액의 산도가 증가함에 따라 상기 용액에 대한 용해도가 증가하는 특성을 가져야 한다. Referring to FIG. 1, first, a nanowire used as a template in a substrate is manufactured and grown (S100). In one embodiment of the present invention, the nanowires are ZnO nanowires, which are metal oxides, synthesized and prepared by hydrothermal synthesis. The scope of the present invention is not limited to the above methods and materials, but should be at least grown and prepareable on a substrate, and should have the property of increasing solubility in the solution as the acidity of the solution increases.

기판에 성장된 상기 나노와이어는 본 발명에서 얻고자 하는 금속 튜브의 주형으로, 기판에서 성장된 후 금속 전구체 용액에 침지된다(S200). 상기 침지된 나노와이어 표면에는 금속 전구체 용액의 금속이온이 환원되어, 금속이 석출되며, 그 결과, 나노와이어가 내부에 삽입된 금속 나노튜브가 제조된다(S300). 본 발명의 일 실시예에서 나노튜브의 금속물질은 백금과 팔라듐이었으나, 환원가능한 임의의 모든 금속이 본 발명의 범위에 속하며, 본 발명의 범위는 본 실시예에 의하여 한정되지 않는다. The nanowires grown on the substrate are a template of a metal tube to be obtained in the present invention, and are grown on the substrate and then immersed in the metal precursor solution (S200). On the surface of the immersed nanowires, metal ions of the metal precursor solution are reduced to precipitate metals, and as a result, metal nanotubes having nanowires inserted therein are manufactured (S300). In one embodiment of the present invention, the metal material of the nanotubes was platinum and palladium, but any reducing metals fall within the scope of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the present embodiment.

본 발명자는 특히 금속 이온의 환원에 따라 용액의 산도가 증가되는 특성에 주목하였으며, 산도 증가에 따라 용액에 대한 용해도가 증가하는 상기 나노와이어 주형을 사용하여, 별도의 주형 제거 공정 없이 나노와이어 주형을 산도 증가로써 제거하며, 이로써 금속 나노튜브가 제조된다(S400).
The present inventors paid particular attention to the property that the acidity of the solution is increased with the reduction of metal ions, and using the nanowire template whose solubility in the solution increases as the acidity is increased, the nanowire template is removed without a separate mold removal process. Removed by increasing the acidity, thereby producing a metal nanotube (S400).

이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail through Examples and Experimental Examples.

실시예Example 1 One

나노와이어Nanowire 주형의 제조 Manufacture of molds

금속 나노튜브를 제조하기에 앞서 나노튜브의 주형으로 사용되는 ZnO 나노와이어를 종자 프로세스(seeding process)와 수열합성법을 이용하여 실리콘 기판위에 제조하였다. Prior to fabricating metal nanotubes, ZnO nanowires used as templates for nanotubes were prepared on silicon substrates using a seeding process and hydrothermal synthesis.

먼저, 실리콘 기판을 세척 용매(아세톤/이소프로판올/에탄올/탈이온수)에 침지시키고, 순서대로 10분씩 초음파 처리하여 질소가스로 건조하였다.First, the silicon substrate was immersed in a washing solvent (acetone / isopropanol / ethanol / deionized water), sonicated for 10 minutes in order and dried with nitrogen gas.

다음, ZnO 나노와이어 성장을 위한 seed(종자)로서 에탄올에 30-50nM 농도로 분산된 ZnO 나노입자 용액을 1~2 방울 기판 위에 떨어뜨려 골고루 코팅한 후, 에탄올 용액으로 가볍게 씻어낸 후 질소가스를 이용하여 건조하였다. 상기 과정을 5~6 반복한 후, 기판에 ZnO 나노입자가 균일하게 깔리게 한 후, 100~150℃의 온도로 위의 기판을 가열해 종자인 ZnO 나노입자가 기판상에 잘 부착되도록 하였다. 이후 종자인 ZnO 나노입자가 부착된 기판에서 ZnO 나노와이어를 성장, 제조하기 위해 상기 기판을 금속염인 Zn(NO3)2?6H2O과, 아민계 화합물인 HMTA(hexamethyltetramine), PEI(polyethyleneimine)이 함유된 전구체 용액에 담가 95℃에서 2.5시간 가열한 후, 탈이온수로 세척한 후, 건조한다. 종자가 도포된 기판에서는 수열반응에 따라 ZnO 나노와이어가 성장하게 된다. 특히 본 발명에서 수열반응에서 아연과 초기 결합하는 아민계 화합물이 금속이온 환원에 필요한 환원제로도 사용되는데, 이는 아래에서 보다 상세히 설명한다.Next, as a seed for seed growth of ZnO nanowires, the ZnO nanoparticle solution dispersed in ethanol at a concentration of 30-50 nM is dropped on the substrate, and then evenly coated with 1 to 2 drops of the substrate. Dried. After repeating the above process 5-6, ZnO nanoparticles are evenly spread on the substrate, and the substrate was heated to a temperature of 100 ~ 150 ℃ to ensure that the seed ZnO nanoparticles are well attached to the substrate. Subsequently, Zn (NO 3 ) 2 to 6H 2 O, a metal salt, HMTA (hexamethyltetramine) and PEI (polyethyleneimine) are used to grow and manufacture ZnO nanowires on a substrate to which seed ZnO nanoparticles are attached. It was immersed in this precursor solution, heated at 95 ° C. for 2.5 hours, washed with deionized water and dried. In the seed coated substrate, ZnO nanowires grow by hydrothermal reaction. In particular, in the present invention, the amine compound which is initially bonded with zinc in the hydrothermal reaction is also used as a reducing agent for metal ion reduction, which will be described in more detail below.

도 2는 본 발명의 일 실시예에서 실리콘 기판에서 성장한 ZnO 나노와이어의 SEM 이미지이다. 2 is an SEM image of ZnO nanowires grown on a silicon substrate in one embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 실리콘 기판에 막대 또는 와이어 형상의 ZnO 나노와이어가 효과적으로 성장되었음을 알 수 있다.
Referring to FIG. 2, it can be seen that ZnO nanowires having a rod or wire shape are effectively grown on a silicon substrate.

실시예Example 2 2

금속 metal 나뉴튜브NANUTU 제조 Produce

실시예 1에서 제조된 ZnO 나노와이어를 주형으로 하여 백금(Pt)과 팔라듐(Pd) 나노튜브를 본 실시예에서 제조하였다. 이를 위하여, 먼저 테플론으로 만든 홀더에 실시예 1의 실리콘 기판을 삽입, 고정시키고, 금속 전구체 용액에 침지시키고, 다시 90℃에서 1시간 동안 반응시킨다. 이때 기판의 크기는 가로는 0.5cm, 세로는 1cm로 잘라 사용하였으나, 본 발명의 범위는 상기 수치에 제한되지 않는다. 본 실시예에서 기판에서 성장한 나노와이어가 아래쪽을 향하도록 실리콘 기판을 뒤집어서 침지시켰는데, 그 이유는 환원 반응에 의하여 생성된 금속(platinum/palladim) 나노입자가 기판 위에 침전되는 것을 방지하기 위해서다. Platinum (Pt) and palladium (Pd) nanotubes were prepared in this example using ZnO nanowires prepared in Example 1 as templates. To this end, the silicon substrate of Example 1 is first inserted into a holder made of Teflon, fixed, immersed in a metal precursor solution, and then reacted at 90 ° C. for 1 hour. At this time, the size of the substrate is cut to 0.5cm in width, 1cm in length, but the scope of the present invention is not limited to the above numerical value. In this embodiment, the silicon substrate is immersed upside down so that the nanowires grown on the substrate face downward, in order to prevent the metal (platinum / palladim) nanoparticles produced by the reduction reaction from being deposited on the substrate.

본 실시예에서 금속 전구체 용액은 증류수에 potassium tetrachloro platinate/palladate (K2PtCl4/K2PdCl4)를 혼입, 초음파로 용해시켜 5mM 용액을 만든 후, 다시 상기 용액에 캡핑 반응제(capping reagent)로 30mM 구연산나트륨 용액을 첨가하여 제조되었다. In the present embodiment, the metal precursor solution is mixed with potassium tetrachloro platinate / palladate (K 2 PtCl 4 / K 2 PdCl 4 ) in distilled water and sonicated to form a 5 mM solution, and then capping reagent is added to the solution. Was prepared by adding 30 mM sodium citrate solution.

상기 금속 전구체 용액에 침지된 ZnO 나노와이어 표면에는 상기 반응에 따라 금속이 석출되며, 그 결과 내부에는 ZnO 나노와이어가 삽입된 금속 나노튜브가 제조되는데, 본 발명에서 금속 나노튜브가 나노와이어 주형에서 생성되는 원리는 다음과 같다. On the surface of the ZnO nanowires immersed in the metal precursor solution, metals are precipitated according to the reaction, and as a result, metal nanotubes having ZnO nanowires inserted therein are produced. In the present invention, the metal nanotubes are produced in a nanowire template. The principle is as follows.

먼저, 주형인 ZnO 나노와이어 제조시 사용되는 HMTA, PEI과 같은 아민계 화합물은 주형 표면에 결합, 존재하는 상태이다. 표면의 상기 아민계 화합물은 침지된 금속전구체 용액에서 금속 환원제로 작용하게 되며, 그 결과, 나노와이어 표면에서 백금/팔라듐 금속 이온이 환원되어 나노와이어 표면에 금속형태로 석출된다. 즉, 금속 전구체 용액의 금속 이온의 환원이 나노와이어 주형 표면에서 진행되며, 그 결과 나노와이어를 중심으로 하는 금속튜브가 제조된다.
First, amine-based compounds such as HMTA and PEI, which are used in the production of ZnO nanowires, which are templates, are bound and present on the surface of the template. The amine-based compound on the surface acts as a metal reducing agent in the immersed metal precursor solution, and as a result, platinum / palladium metal ions are reduced on the surface of the nanowires and precipitated in metal form on the surface of the nanowires. That is, the reduction of metal ions in the metal precursor solution proceeds on the surface of the nanowire template, resulting in a metal tube centered on the nanowire.

실시예Example 3 3

나노와이어Nanowire 주형 제거 Mold removal

실시예 2에서 금속 이온은 환원되며, 이에 따라 금속이 나노와이어 표면에 석출된다. 이와 같은 금속 이온 환원에 따라 나노와이어 주형이 침지된 용액의 산도(acidity) 또한 증가하는데, 본 실시예에서 반응 전 pH는 6.8이었으나, 실시예 2의 반응 후 pH는 3.0 수준으로 낮아졌다. 이때 높아진 용액의 산도(이것은 낮아진 pH에 대응된다)에서 주형으로 사용된 ZnO 나노와이어의 용액에 대한 용해도는 증가하게 되는데, 특히 비극성 비극평면(nonploar plane)보다 나노와이어 안쪽의 극평면(polar plane)이 빠른 에칭 속도를 보이게 된다. In Example 2, the metal ions are reduced, thereby depositing the metal on the nanowire surface. According to the metal ion reduction, the acidity of the solution in which the nanowire template is immersed also increases. In this example, the pH before the reaction was 6.8, but the pH was lowered to 3.0 after the reaction of Example 2. In this case, the solubility of the ZnO nanowires used as a template increases in the acidity of the solution (which corresponds to the lower pH), especially in the polar plane inside the nanowire than in the nonpolar nonplane plane. This rapid etching rate is shown.

도 3은 금속 전구체 용액에서의 산도 증가 및 잔존하는 ZnO 함량을 시간 경과에 따라 도시한 그래프이다. 3 is a graph showing the increase in acidity and the remaining ZnO content in the metal precursor solution over time.

도 3을 참조하면, 금속 전구체 용액에 실시예 1의 ZnO 나노와이어를 침지시키고 시간이 경과함에 따라 pH가 지속적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3을 참조하면, 기판에서 성장된 ZnO 나노와이어 또한 산도 증가에 따라 그 양이 감소하는 것을 알 수 있다. 상기 결과를 분석하면, ZnO 나노와이어는 높아지는 산도를 갖는 용액에서 용해되며, 이러한 용해에 따라 나노와이어 주형은 녹아 없어지게 되고, 그 결과 중심에 존재하던 나노와이어가 제거된, 금속튜브가 제조될 수 있다. 본 발명은 특히 주형을 제거하는 별도의 장치, 공정을 사용하지 않고서도, 실시예 2의 금속튜브의 제조와 실시예 3의 주형제거를 동일 장치에서 동시에 수행할 수 있다. 그 결과, 별도의 공정에서 주형을 제거하는 종래기술과 달리 본 발명은 금속 나노튜브 제조와 주형 제거를 동일한 환경에서 진행하므로, 경제적이다.
Referring to FIG. 3, it can be seen that the pH of the ZnO nanowires of Example 1 was immersed in the metal precursor solution and the pH continuously decreased over time. In addition, referring to Figure 3, it can be seen that the amount of ZnO nanowires grown on the substrate also decreases with increasing acidity. Analyzing the results, the ZnO nanowires are dissolved in a solution with increasing acidity, and the dissolution causes the nanowire template to melt away, resulting in the removal of the nanowires in the center, thereby producing a metal tube. have. The present invention enables the manufacture of the metal tube of Example 2 and the removal of the mold of Example 3 to be carried out simultaneously in the same apparatus, in particular without using a separate device or process for removing the mold. As a result, unlike the prior art of removing molds in a separate process, the present invention is economical because the metal nanotube manufacturing and mold removal proceed in the same environment.

실험예Experimental Example 1 One

백금 나노튜브 실험결과Platinum Nanotube Test Results

실시예 1 내지 3에 의해 제조된 백금 나노튜브의 형상과 성분 분석을 위하여 SEM, TEM, EDS 분석을 실시하였다. SEM, TEM, and EDS analysis were performed to analyze the shape and composition of the platinum nanotubes prepared in Examples 1 to 3.

도 4는 백금 나노튜브의 SEM 이미지, 도 5a 내지 5b는 TEM 이미지이이고, 도 6은 EDS 분석 결과다.4 is an SEM image of platinum nanotubes, FIGS. 5A to 5B are TEM images, and FIG. 6 is an EDS analysis result.

상기 분석 결과를 살펴보면, 내부의 중공이 효과적으로 형성된 백금 나노튜브가 본 발명에 따라 제조된 것을 알 수 있다(도 4 참조)Looking at the analysis results, it can be seen that the platinum nanotubes effectively formed inside the hollow according to the present invention (see FIG. 4).

또한, SEM과 TEM 이미지로부터 본 발명에 따라 대략 직경이 50~60nm, 두께가 10nm가 되는 백금 나노튜브가 제조됨을 확인할 수 있었으며, 튜브표면에는 백금 나노입자들이 뭉쳐져 붙어있음을 관찰할 수 있다. 이러한 현상은 고농도의 백금 첨가 시 이에 대응하는 수준의 캡핑 반응제인 구연산 나트륨이 첨가되지 않았기 때문으로 판단된다. In addition, from the SEM and TEM images, it could be confirmed that platinum nanotubes having a diameter of about 50 to 60 nm and a thickness of 10 nm were prepared according to the present invention, and the platinum nanoparticles were agglomerated and attached to the tube surface. This phenomenon is believed to be due to the addition of sodium citrate, the corresponding level of capping reagent, when a high concentration of platinum is added.

도 6의 EDS 분석결과를 참조하면, 주형으로 사용된 ZnO 나노와이어는 대부분 사라져 백금 나노튜브가 효과적으로 제조된 것을 알 수 있다.
Referring to the EDS analysis of FIG. 6, it can be seen that most of the ZnO nanowires used as templates disappeared and platinum nanotubes were effectively manufactured.

실험예Experimental Example 2 2

팔라듐 나노튜브 실험결과Palladium Nanotube Test Results

본 발명에 따라 제조된 팔라듐 나노튜브에 대한 SEM, TEM 분석을 실시하였다. SEM, TEM analysis was performed on the palladium nanotubes prepared according to the present invention.

도 7은 팔라듐 나노튜브의 SEM 이미지, 도 8a 및 8b는 TEM 이미지이다. FIG. 7 is an SEM image of palladium nanotubes, and FIGS. 8A and 8B are TEM images.

상기 분석 결과를 살펴보면, 내부의 중공이 효과적으로 형성된 팔라듐 나노튜브가 본 발명에 따라 제조된 것을 알 수 있으며, 또한, 상기 SEM 및 TEM 이미지로부터 팔라듐 나노튜브는 실험예 1의 백금 나노튜브와 달리 튜브의 두께가 50nm의 크기로 더 두꺼운 형태인 것을 알 수 있다. Looking at the results of the analysis, it can be seen that the palladium nanotubes effectively formed inside the hollow palladium nanotubes were prepared according to the present invention, and from the SEM and TEM images, palladium nanotubes are different from the platinum nanotubes of Experimental Example 1 It can be seen that the thickness is 50 nm thicker form.

얻어진 팔라듐 나노튜브의 조성비를 분석하고자 도 9a 및 9b에서 각각 나노튜브의 단면 조성 성분 line file (9a)그래프와 HAADF(high angle annular dark-field)-STEM-EDS 맵핑(9b) 결과를 도시하였다. In order to analyze the composition ratio of the obtained palladium nanotubes, the cross-sectional composition component line file (9a) graph and the high angle annular dark-field (HAADF) -STEM-EDS mapping (9b) results of the nanotubes are shown in FIGS. 9A and 9B, respectively.

도 9a 및 9b를 참조하면, 주형으로 사용된 ZnO 나노와이어는 없어지고 팔라듐 성분만 튜브에 남아있음을 확인할 수 있었다. 특히, 도 9a를 참조하면, 튜브 전체적으로 ZnO 함량은 떨어지는데 비해, 팔라듐은 튜브의 중심에서만 함량이 떨어지며, 이에 따라 팔라듐 나노튜브가 형성되었음을 알 수 있다.
9A and 9B, it was confirmed that the ZnO nanowires used as the template disappeared and only the palladium component remained in the tube. In particular, referring to Figure 9a, while the ZnO content of the tube as a whole, palladium content is reduced only in the center of the tube, it can be seen that the palladium nanotubes are formed.

Claims (14)

금속 나노튜브 제조방법에 있어서,
나노와이어 주형을 기판상에 성장시키는 단계;
상기 기판상에서 성장한 나노와이어 주형을 금속 용액에 침지시키는 단계;
상기 금속 용액의 금속이온을 환원시켜 나노와이어 주형상에 금속을 석출시키는 단계; 및
상기 금속이온 환원에 따라 감소되는 용액 pH에 의하여, 상기 나노와이어 주형을 용해시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 나노튜브 제조방법.
In the metal nanotube manufacturing method,
Growing a nanowire template on the substrate;
Immersing the nanowire template grown on the substrate in a metal solution;
Reducing metal ions of the metal solution to precipitate metal on the nanowire template; And
And dissolving the nanowire template by a solution pH which decreases with the metal ion reduction.
제 1항에 있어서,
상기 나노와이어 주형은 금속산화물인 것을 특징으로 하는, 금속 나노튜브 제조방법.
The method of claim 1,
The nanowire template is characterized in that the metal oxide, metal nanotube manufacturing method.
제 1항에 있어서,
상기 나노와이어 주형은 상기 침지된 용액의 pH가 감소됨에 따라 상기 용액에 대한 용해도가 증가하는 것을 특징으로 하는, 금속 나노튜브 제조방법.
The method of claim 1,
The nanowire template is characterized in that the solubility in the solution is increased as the pH of the immersed solution is reduced, metal nanotube manufacturing method.
제 3항에 있어서,
상기 나노와이어는 ZnO 나노와이어인 것을 특징으로 하는, 금속 나노튜브 제조방법.
The method of claim 3,
The nanowires are ZnO nanowires, characterized in that the metal nanotube manufacturing method.
제 1항에 있어서,
상기 나노와이어 주형 성장 단계 후, 상기 나노와이어 표면에는 아민계 화합물이 존재하는 것을 특징으로 하는, 금속 나노튜브 제조방법.
The method of claim 1,
After the nanowire template growth step, characterized in that the amine-based compound is present on the surface of the nanowire, metal nanotube manufacturing method.
제 1항에 있어서,
상기 나노와이어 주형은 상기 기판상의 나노와이어가 아래쪽을 향하는 방향으로 금속 전구체 용액에 침지되는 것을 특징으로 하는, 금속 나노튜브 제조방법.
The method of claim 1,
The nanowire template is characterized in that the nanowires on the substrate is immersed in the metal precursor solution in a downward direction, metal nanotube manufacturing method.
삭제delete 금속 나노튜브 제조방법에 있어서,
아연염 및 아민계 화합물을 포함하는 용액에서 ZnO 나노와이어 주형을 수열합성법으로 기판상에 성장시키는 단계;
상기 주형을 금속 용액에 침지시키는 단계;
상기 금속 용액의 금속 이온을 상기 ZnO 나노와이어 주형 표면에서 환원시켜 석출시키는 단계;
상기 금속 이온의 환원에 따라 감소되는 용액의 pH에 의하여, 상기 ZnO 나노와이어 주형을 용해, 제거하는 단계; 및
상기 ZnO 나노와이어 주형표면에 석출된 금속 나노튜브를 수거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 나노튜브 제조방법.
In the metal nanotube manufacturing method,
Growing a ZnO nanowire template on a substrate by hydrothermal synthesis in a solution containing a zinc salt and an amine compound;
Immersing the mold in a metal solution;
Reducing the metal ions of the metal solution on the surface of the ZnO nanowire mold to precipitate;
Dissolving and removing the ZnO nanowire template by the pH of the solution which decreases with the reduction of the metal ions; And
And collecting the metal nanotubes deposited on the surface of the ZnO nanowire template.
제 8항에 있어서,
상기 ZnO 나노와이어 주형 성장은,
상기 아연염 및 아민계 화합물을 포함하는 수용액에 기판을 침지시키는 단계; 및
상기 용액을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 나노튜브 제조방법.
The method of claim 8,
The ZnO nanowire template growth,
Immersing the substrate in an aqueous solution containing the zinc salt and the amine compound; And
Method for producing a metal nanotube, characterized in that it comprises the step of heating the solution.
제 8항에 있어서,
상기 성장된 ZnO 나노와이어 표면에는 상기 아민계 화합물이 결합된 것을 특징으로 하는, 금속 나노튜브 제조방법.
The method of claim 8,
The grown ZnO nanowire surface, characterized in that the amine compound is bonded, metal nanotube manufacturing method.
제 10항에 있어서,
상기 아민계 화합물은 상기 금속 이온의 환원제로 작용하는 것을 특징으로 하는, 금속 나노튜브 제조방법.
The method of claim 10,
The amine-based compound is characterized in that acts as a reducing agent of the metal ions, metal nanotube manufacturing method.
제 8항에 있어서,
상기 ZnO 나노와이어 주형은 pH가 낮아짐에 따라 상기 금속 전구체 용액에 보다 많이 용해되는 것을 특징으로 하는, 금속 나노튜브 제조방법.
The method of claim 8,
The ZnO nanowire template is characterized in that more dissolved in the metal precursor solution as the pH is lowered, metal nanotube manufacturing method.
제 8항에 있어서,
상기 금속의 석출 단계와 상기 ZnO 나노와이어 주형의 제거 단계는 동일 용기에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 금속 나노튜브 제조방법.

The method of claim 8,
The step of depositing the metal and the step of removing the ZnO nanowire template, characterized in that carried out in the same vessel, metal nanotube manufacturing method.

삭제delete
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