KR101399342B1 - 화학 기상 증착법을 통한 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 서로 다른 온도를 갖는 두 기체의 자연 발화를 이용한 화학 기상 증착법을 통해 고에너지 면이 노출된 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면 아나타제-루타일 상변태 이하의 온도에서 사염화티타늄과 수소의 혼합가스를 연소시켜 저온에서 화학 기상방법으로 증착하였으며, 실리콘을 이용하여 나노판의 성장방향을 제어함으로써 높은 표면에너지를 가지는 면이 노출되어 광촉매 성능이 우수한 고밀도의 아나타제 이산화티타늄 나노판을 합성하였다.
Description
본 발명은 서로 다른 온도를 갖는 두 기체의 자연 발화를 이용한 화학 기상 증착법을 통해 고에너지 면이 노출된 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법에 관한 것이다.
이산화티타늄은 우수한 광학적 특성 및 화학적 불활성 등의 특성을 가지고 있어 태양전지, 반도체, 광촉매, 안료, 화장품 등에 폭넓게 사용되고 있는 재료로 응용분야가 큰 물질이다. 그러나 물질 자체의 큰 밴드갭(band gap)으로 인하여 태양 빛 중 자외선 영역만을 흡수하는 특성을 보이며, 그 결과, 광촉매 및 태양전지 등의 분야에 적용하는데 있어 낮은 에너지 전환효율을 나타내는 단점을 가지고 있다.
이산화티타늄은 공업적으로 중요한 두 가지 상(phase)의 결정구조, 즉 아나타제(anatase) 또는 루타일(rutile) 등의 결정상을 가지는데, 상기 결정상은 합성온도에 영향을 받으므로 원하는 결정상을 얻기 위해서는 상 제어를 위한 온도조절이 필요하다. 아나타제상을 가지는 이산화티타늄은 아세톤, 페놀 또는 트리클로로 에틸렌의 광분해, 일산화질소 및 이산화수소와 같은 산화, 및 높은 광활성에 기인한 태양 에너지 전환 시스템을 위한 광촉매로 사용되어 왔으며, 루타일상을 가지는 이산화티타늄은 자외선을 방어하는 우수한 산란효과 때문에 백색 안료로 널리 사용되어 왔다.
통상적으로 사용되는 이산화티타늄 박막형 또는 분말형이지만, 이는 빛을 흡수할 수 있는 면적이 상기 이산화티타늄의 비표면적에 의하여 제한될 수 있어서 광촉매로서의 효율이 저하된다. 따라서 에너지 전환효율을 최대화하기 위하여 여러 방법이 시도되어 왔으며, 그 중 하나로 자연적으로 노출되는 표면에너지가 낮은 면의 성장을 억제할 수 있는 물질을 전구체에 포함시키고, 높은 반응성을 갖는 표면에너지가 높은 면을 노출시킴으로써 효율을 향상시키는 방안이 제시되었다(nature vol 453 29 2008 638).
그러나 상기 발명은 고가의 고압반응기(Autoclave)를 사용하며, 독성 물질인 불소 및 그 화합물을 형태 지형제(morphology-directing agent)로 이용해야하므로 생물학적, 환경적으로 유해하다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 이산화티타늄의 성장방향을 제어하면서 독성 물질을 사용하지 않고, 경제적인 새로운 방법이 필요한 시점이다.
본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 고에너지 면이 노출된 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 제조방법을 이용하여 제조된 고에너지 면이 노출된 아나타제 이산화티타늄 나노판을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는 상기 고에너지 면이 노출된 아나타제 이산화티타늄 나노판을 포함하는 수소저장체, 연료감응형 태양전지 또는 광촉매를 제공하는 것이다.
본 발명의 대표적인 일 측면에 따르면,
(1) 이너 튜브와 아우터 튜브를 포함하는 반응용기 내부에 실리콘이 코팅된 기판을 위치시키는 단계;
(2) 이너 튜브로 공급되는 제 1 기체와 아우터 튜브로 공급되는 제 2 기체를 서서히 흘려주어 반응용기 내부를 혼합기체 분위기로 안정화시키는 단계; 및
(3) 상기 (2) 단계의 혼합기체 분위기로 안정화된 반응용기에 제 1 기체의 분사량을 증가시켜 실리콘이 코팅된 기판 위에 나노판을 생성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법으로써,
상기 제 1 기체 및 상기 제 2 기체의 온도는 서로 상이하며,
상기 나노판은 고에너지면이 노출되는 것을 특징으로 하는 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 (3) 단계는 (a) 수소 공급을 차단하고 제 1 기체를 냉각시켜 제 2 기체를 이너 튜브 안쪽으로 역류시킴으로써, 층상구조 전구체를 제조하는 단계; 및
(b) 수소 공급밸브를 열어 상기 (a) 단계에서 제조한 층상구조 전구체를 포함하는 제 1 기체 혼합물을 상기 (3) 단계에서 제조한 나노판 위로 분사시키는 단계;를 추가로 수행함으로써 나노판의 밀도를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면,
상기 제조방법을 이용하여 제조된 고에너지 면이 노출된 아나타제 이산화티타늄 나노판은 수소저장체, 연료감응형 태양전지 또는 광촉매용으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 아나타제 이산화티타늄 나노판은 화학 기상 증착법을 이용하는 것으로, 실리콘 또는 실리콘이 코팅된 기판 위에 증착될 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 아나타제 이산화티타늄 나노판은 고가의 장비가 필요하지 않으며, 기존 화학 기상 방법을 통한 이산화티타늄 합성방법에 비하여 100 ℃ 이상 낮은 온도조건에서 짧은 시간 내에 제조되어 경제적이며, 기존 연구에서 필수적으로 이용되는 인체에 유해한 불소를 사용하지 않아 생체적, 환경적 위험요인을 제거하였으므로 산업현장에서 적용이 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 아나타제 이산화티탄 나노판의 전자현미경 사진 및 실리콘이 이산화티타늄의 성장방향을 제어하여 높은 표면에너지를 갖는 면이 노출되는 반응을 설명하기 위한 매커니즘의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아나타제 이산화티타늄 나노판을 제조하기 위한 장치의 개략도이다. 기체탱크 출구에는 질량유량계(mass flow controlle, MFC)를 장착하였으며, 수소 질량유량계와 사염화티타늄 버블러 사이에는 밸브를 장착하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 정렬되지 않은 나노판 전구체의 합성과정 및 주사 전자 현미경(Scanning Electrode Microscope, SEM) 이미지이다. 도 3(a)는 2.5 ㎛ 배율의 SEM 이미지이며, 도 3(b)는 500 nm 배율의 SEM 이미지이며, 도 3(c)는 정렬되지 않은 나노판 전구체의 합성과정을 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 정렬된 나노판의 합성과정 및 주사 전자 현미경(Scanning Electrode Microscope, SEM) 이미지이다. 도 4(a)는 2 ㎛ 배율의 SEM 이미지이며, 도 4(b)는 500 nm 배율의 SEM 이미지이며, 도 4(c)는 정렬된 나노판의 합성과정을 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 아나타제 이산화티탄 나노판의 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM) 이미지이다. 도 5(a)는 100 nm 배율의 TEM 이미지이며, 도 5(b)는 5 nm 배율의 TEM 이미지로, 상기 0.19 nm의 격자 간격은 고에너지 면인 (001)면이 나노판의 노출면임을 의미한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 아나타제 이산화티탄 나노판의 X선 회절 그래프로, ANS는 정렬된 나노판, RNS는 비정렬 나노판, JCPDS 84-1285는 파우더의 표준자료를 의미한다. (001)면에 평행한 면일수록 그래프의 신호가 상대적으로 감소함을 보이는데 이는 나노판의 주 성장방향이 [100]인 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아나타제 이산화티타늄 나노판을 제조하기 위한 장치의 개략도이다. 기체탱크 출구에는 질량유량계(mass flow controlle, MFC)를 장착하였으며, 수소 질량유량계와 사염화티타늄 버블러 사이에는 밸브를 장착하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 정렬되지 않은 나노판 전구체의 합성과정 및 주사 전자 현미경(Scanning Electrode Microscope, SEM) 이미지이다. 도 3(a)는 2.5 ㎛ 배율의 SEM 이미지이며, 도 3(b)는 500 nm 배율의 SEM 이미지이며, 도 3(c)는 정렬되지 않은 나노판 전구체의 합성과정을 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 정렬된 나노판의 합성과정 및 주사 전자 현미경(Scanning Electrode Microscope, SEM) 이미지이다. 도 4(a)는 2 ㎛ 배율의 SEM 이미지이며, 도 4(b)는 500 nm 배율의 SEM 이미지이며, 도 4(c)는 정렬된 나노판의 합성과정을 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 아나타제 이산화티탄 나노판의 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM) 이미지이다. 도 5(a)는 100 nm 배율의 TEM 이미지이며, 도 5(b)는 5 nm 배율의 TEM 이미지로, 상기 0.19 nm의 격자 간격은 고에너지 면인 (001)면이 나노판의 노출면임을 의미한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 아나타제 이산화티탄 나노판의 X선 회절 그래프로, ANS는 정렬된 나노판, RNS는 비정렬 나노판, JCPDS 84-1285는 파우더의 표준자료를 의미한다. (001)면에 평행한 면일수록 그래프의 신호가 상대적으로 감소함을 보이는데 이는 나노판의 주 성장방향이 [100]인 것을 의미한다.
화학 기상 증착법은 하나 이상의 기상 전구체가 기판 위에서 화학반응을 하고 그 결과로써 기판 위에 생성물을 얻는 방법으로 반도체, 디스플레이 등 여러 산업분야에서 널리 이용되고 있는 방법이다. 본 발명은 인체에 유해한 불소를 이용하는 기존 방법과는 달리, 실리콘을 이용하여 나노판의 성장방향을 제어하며 화학 기상 증착법을 통한 아나타제 이산화티타늄 나노판을 제공한다.
본 발명의 나노판을 합성하는 반응은 다음과 같은 화학반응식으로 설명할 수 있다.
사염화티타늄은 수화 및 산화반응을 발생시켜 층상구조의 티타늄염을 생성시킬 수 있는데, 일반적으로 티타늄염은 수화 및 산화반응을 거쳐 이산화티타늄으로 안정화되는 경향이 있다. 이러한 경향을 이용하여 층상구조의 티타늄염을 나노판의 전구체로 이용하면 나노판이 기판 위에 정렬되는 현상을 발생하여 그 밀도를 향상시킬 수 있다. 본 발명에서 이용되는 층상구조 중간체의 합성은 다음과 같은 화학 반응식으로 설명할 수 있다.
상기 식에서,
y는 2-4 범위의 수이며,
z는 0-2 범위의 수이다.
상기 화학식에서, TiOCl, TiOz(OH)4-2z (0≤z≤2)는 본 발명의 정렬된 나노판 합성을 위해 이용되는 층상구조의 전구체들이다. 본 발명의 아나타제 이산화티타늄 나노판을 합성하기 위해서는 두 가지 조건이 고려될 필요가 있다. 첫째로 기상의 티타늄 전구체가 기판까지 안정적으로 도달하면서도 아나타제-루타일 상전이를 막을 수 있는 적정 온도조건이 필요하고, 둘째로 실리콘이 성공적으로 이산화티타늄 결정에 흡착될 수 있는 압력조건이 필요하다. 이 두 조건을 만족시키기 위해서 본 발명인은 사염화티타늄과 수소의 혼합 기체를 저온에서 발화시키는 공정을 개발하여 고에너지 면이 노출된 고밀도 아나타제 이산화티타늄 나노판을 합성하였다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은, (1) 이너 튜브와 아우터 튜브를 포함하는 반응용기 내부에 실리콘이 코팅된 기판을 위치시키는 단계; (2) 이너 튜브로 공급되는 제 1 기체와 아우터 튜브로 공급되는 제 2 기체를 서서히 흘려주어 반응용기 내부를 혼합기체 분위기로 안정화시키는 단계; 및 (3) 상기 (2) 단계의 혼합기체 분위기로 안정화된 반응용기에 제 1 기체의 분사량을 증가시켜 실리콘이 코팅된 기판 위에 나노판을 생성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법으로써, 상기 제 1 기체 및 상기 제 2 기체의 온도는 서로 상이하며, 상기 나노판은 고에너지면이 노출되는 것을 특징으로 하는 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 아나타제 이산화티타늄 나노판은 아우터 튜브(100), 이너 튜브(110), 고온 전기로(120), 저온 전기로(130), 제 1 기체 공급관(140), 사염화탄소 버블러(141), 수소 탱크(142), 수소 밸브(210), 제 2 기체 공급관(150), 산소 탱크(151) 및 비활성기체 탱크(152)로 구성되는 반응장치를 이용하여 제조될 수 있다.
상기 반응장치에서, 상기 아우터 튜브(100)은 반응기로 사용할 수 있으며, 상기 아우터 튜브(100)의 일단은 제 2 기체 공급관(150)과 연결되고, 타단은 가스 배출구와 연결되며, 상기 아우터 튜브(100)는 고온 전기로(120)와 저온 전기로(130)를 차례대로 관통하여 배치될 수 있고, 상기 이너 튜브(110)는 아우터 튜브(100) 내부에 배치되는데, 상기 이너 튜브 1 직경부에 대해 아우터 튜브는 3-5 직경부일 수 있으며, 상기 이너 튜브의 일단은 제 1 기체 공급관(140)과 연결되고, 타단은 고온 전기로(120)를 지나 저온 전기로(130)의 중앙에 위치될 수 있으며, 상기 이너 튜브 및 아우터 튜브의 재질은 0-1000 ℃에서 변성되지 않는 재질이면 한정이 없으며, 석영일 수 있다.
상기 (1) 단계의 기판(200)은 종류에 한정이 없으나 실리콘과의 공융점이 500 ℃ 이상인 것이 바람직하며, 텅스텐 또는 알루미나 기판일 수 있고,
상기 기판에는 실리콘 코팅되는 것이 바람직한데, 상기 실리콘은 나노판이 [001] 방향으로 성장되는 것을 억제하여 고에너지면이 노출되도록 할 수 있다.
상기 실리콘의 코팅은 700-900 ℃에서 1-5 시간 동안 기화시켜 기판에 코팅시킬 수 있으며, 상기 실리콘 코팅층의 두께는 50-5000 nm일 수 있고, 상기 실리콘이 코팅된 기판은 이너 튜브 타탄 바깥쪽으로 배치될 수 있으며, 이를 도 2에 나타내었다.
본 발명에 있어서, 상기 (2) 단계의 상기 제 1 기체는 사염화티타늄과 수소의 혼합기체이며, 제 2 기체는 산소와 불활성기체의 혼합기체일 수 있는데, 서로 상이한 온도를 가지며,
상기 제 1 기체는 50-100 ℃의 사염화티타늄이 담긴 버블러에 수소를 버블링 시켜서 준비될 수 있으며, 상기 사염화티타늄과 수소의 혼합기체는 0.01-10 sccm으로 분사되어 고온 전기로에 의해 650-900 ℃로 예열되며,
상기 제 2 기체는 상기 불활성기체가 40-90 sccm으로, 상기 산소가 2-10 sccm으로 분사되어 저온 전기로에 의해 300-500 ℃로 예열되며, 상기 불활성기체는 질소, 헬륨, 아르곤 중에서 선택될 수 있다.
상기 (3) 단계는 650-900 ℃로 예열된 제 1 기체를 2-10 atm의 수소를 사용하여 300-500 ℃로 예열된 제 2 기체 분위기의 기판 위로 5-60초간 분사시킴으로써 수소 자연발화에 의한 섬광을 발생시켜 순간적인 열과 압력에 의해 나노판을 제조할 수 있는데, 상기 수소 자연발화는 실리콘의 기화를 발생시키며, 나노판이 [001] 방향으로 성장되는 것을 억제하여 (001)면이 노출되는 나노판을 합성할 수 있다.
상기 (3) 단계는 마이크로미터 제곱당 5-15 개의 나노판이 생성될 수 있으며, 상기 나노판의 두께는 50-100 nm일 수 있고, 상기 나노판은 정렬되지 않은 나노판으로, 상기 단계에서 나타나는 기체의 흐름 및 생성되는 나노판을 도 3에 나타내었다.
도 3 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따라 고에너지 면이 노출된 비정렬 나노판의 제조방법으로, 이너 튜브를 통해 공급되는 티타늄 및 수소와 아우터 튜브를 통해 공급되는 산소가 안정화된 상태를 유지하다가, 고압의 수소 공급에 의해 이너튜브 밖에서 수소 자연발화 및 이산화티타늄을 생성하는 반응을 도식화한 것으로, 수소 자연발화에 의해 기판의 열손상을 최소화 하면서 기판에 코팅된 실리콘을 기화시키며, 상기 실리콘은 이산화티타늄 나노판의 (001)면의 성장을 억제하는 것을 나타내는 도이고, 도 3 (a), (b)는 상기 도 3 (c)에 따라 제조된 비정렬 나노판을 각기 다른 배율에서 촬영한 주사전자현미경 이미지이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면,
(a) 수소 공급을 차단하고 제 1 기체를 냉각시켜 제 2 기체를 이너 튜브 안쪽으로 역류시킴으로써, 층상구조 전구체를 제조하는 단계; 및 (b) 수소 공급밸브를 열어 상기 (a) 단계에서 제조한 층상구조 전구체를 포함하는 제 1 기체 혼합물을 상기 (3) 단계에서 제조한 나노판 위로 5-60 초간 분사시키는 단계;를 추가로 수행함으로써 나노판의 밀도를 증가시킬 수 있다.
상기 층상구조 전구체는 TiOCl, TiOz(OH)4-2z (0≤z≤2)일 수 있고, 상기 (b) 단계는 마이크로미터 제곱 당 15-40개의 나노판이 생성될 수 있으며, 상기 (a) 및 (b) 단계를 반복 수행함으로써 나노판의 밀도를 더욱 증가시킬 수 있다.
상기 밀도가 증가된 나노판은 기판으로부터 수직으로 배열 또는 정렬된 나노판으로 상기 단계에서 나타나는 기체의 흐름 및 생성되는 나노판을 도 4에 나타내었다. 도 4 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따라 고에너지 면이 노출된 정렬된 나노판의 제조방법으로, 수소 공급을 차단하고 제 1 기체를 냉각시켜 산소를 이너 튜브 안쪽으로 역류시켜 층상구조 전구체를 제조하고, 추가로 공급되는 고압의 수소 가스에 의해 제 2차 수소 자연발화 및 이산화티타늄 반응이 일어나 정렬된 구조의 밀도가 증가된 나노판을 제조하는 과정을 도식화하여 나타내었으며, 도 4 (a), (b)는 상기 도 4 (c)에 따라 제조된 정렬된 나노판을 각기 다른 배율에서 촬영한 주사전자현미경 이미지이다.
또한, 본 발명의 고에너지 면이 노출된 아나타제 이산화티타늄 나노판은 수소저장체, 연료감응형 태양전지, 광촉매용으로 사용이 가능하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것 일뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1.
가용 온도가 상온-1000 ℃인 전기로 2 개, 사염화티타늄이 담긴 버블러, 직경이 1 인치인 원형 튜브 및 직경이 0.24 인치인 원형 튜브를 준비하였다.
두 전기로를 관통하도록 직경이 1인치인 원형 튜브를 배치하고 안쪽에 0.24 인치인 원형 튜브의 한쪽 끝이 뒤쪽 전기로의 중심부에 위치하도록 추가 배치하여 각각 아우터 튜브, 이너 튜브로 명명하였다. 0.24 인치 튜브에는 제 1 기체 공급관을 연결하고, 1 인치 튜브에는 제 2 기체 공급관을 연결하였다.
사염화티타늄 버블러 입구에는 수소가스를 연결하여 수소를 버블링 시키도록 하였으며, 사염화티타늄 버블러의 출구는 제 1 기체 공급관으로 연결하였고, 수소의 공급과 차단을 조절하기 위한 벨브를 배치하였다. 아르곤과 산소가 제 2 기체 공급관으로 배출되도록 연결한 후, 실리콘이 코팅된 기판을 이너튜브 끝에 배치시키고 기체 배출량을 조절하였다.
앞쪽 전기로를 800 ℃로, 뒤쪽 전기로를 450 ℃로, 사염화티타늄 버블러를 60 ℃로 조절하였다. 아르곤 배출량을 75 sccm으로, 산소 배출량을 5 sccm으로, 수소 배출량을 5 sccm으로 조절하여 반응기 내부를 안정화 시킨 후, 수소 배출량을 50 sccm으로 급격히 증가시켜 20 초 동안 반응시켜 정렬되지 않은 이산화티타늄 나노판을 합성하였다.
실시예 2.
수소 밸브를 잠그고 버블러의 온도를 20 ℃로 냉각시켜 제 2 기체를 이너튜브 안쪽으로 역류시켜 사염화티타늄의 산화 및 수화반응을 발생시켰다. 수소 밸브를 열어 수소 배출량을 50 sccm으로 급격히 증가시키고 10초동안 반응시켜 정렬되고 (001)면이 노출된 이산화티타늄 나노판을 합성하였다.
실험예 1.
실시예 1 및 2에서 제조한 나노판을 주사 전자 현미경(Scanning Electrode Microscope, SEM)으로 촬영하였다.
실험예 2.
실시예 1 및 2에서 제조한 나노판을 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM)으로 촬영하였다.
실험예 2.
실시예 1, 2에서 제조한 나노판 및 이산화티탄 파우더를 X선 회절분석기(x-ray diffractormeter)로 분석하였다.
100 아우터 튜브 110 이너 튜브
120 고온 전기로 130 저온 전기로
140 제 1 기체 공급관
141 사염화탄소 버블러 142 수소 탱크
150 제 2 기체 공급관
151 산소 탱크 152 비활성기체 탱크
200 기판 210 수소 밸브
120 고온 전기로 130 저온 전기로
140 제 1 기체 공급관
141 사염화탄소 버블러 142 수소 탱크
150 제 2 기체 공급관
151 산소 탱크 152 비활성기체 탱크
200 기판 210 수소 밸브
Claims (11)
- (1) 이너 튜브와 아우터 튜브를 포함하는 반응용기 내부에 실리콘이 코팅된 기판을 위치시키는 단계;
(2) 이너 튜브로 공급되는 제 1 기체와 아우터 튜브로 공급되는 제 2 기체를 서서히 흘려주어 반응용기 내부를 혼합기체 분위기로 안정화시키는 단계; 및
(3) 상기 (2) 단계의 혼합기체 분위기로 안정화된 반응용기에 제 1 기체의 분사량을 증가시켜 실리콘이 코팅된 기판 위에 나노판을 생성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법으로써,
상기 제 1 기체 및 상기 제 2 기체의 온도는 서로 상이하며,
상기 나노판은 고에너지면이 노출되며, 정렬되지 않은 것을 특징으로 하는 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법. - 제1항에 있어서, 제 1 기체는 사염화티타늄과 수소의 혼합기체이며, 제 2 기체는 산소와 불활성기체의 혼합기체인 것을 특징으로 하는 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 불활성기체는 질소, 헬륨 및 아르곤 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (3) 단계는 650-900 ℃로 예열된 제 1 기체를 2-10 atm의 수소를 사용하여 300-500 ℃로 예열된 제 2 기체 분위기의 기판 위로 분사시킴으로써 수소 자연발화에 의한 실리콘 기화를 발생시켜 생성되는 나노판의 성장방향이 제어되는 것을 특징으로 하는 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (3) 단계는 마이크로미터 제곱당 5-15 개의 나노판이 생성될 수 있으며, 상기 나노판의 두께는 50-100 nm인 것을 특징으로 하는 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
(a) 수소 공급을 차단하고 제 1 기체를 냉각시켜 제 2 기체를 이너 튜브 안쪽으로 역류시킴으로써, 층상구조 전구체를 제조하는 단계; 및
(b) 수소 공급밸브를 열어 상기 (a) 단계에서 제조한 층상구조 전구체를 포함하는 제 1 기체 혼합물을 상기 (3) 단계에서 제조한 나노판 위로 분사시키는 단계;를 추가로 수행함으로써 나노판의 밀도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법. - 제7항에 있어서, 상기 층상구조 전구체는 TiOCl, TiOz(OH)4-2z (0≤z≤2)인 것을 특징으로 하는 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법
- 제7항에 있어서, 상기 밀도가 증가된 나노판은 기판으로부터 수직으로 배열되는 것을 특징으로 하는 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법.
- 제7항에 있어서, 상기 (b) 단계의 증가된 밀도는 마이크로미터 제곱 당 15-40개의 나노판이 생성되는 것을 특징으로 하는 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법.
- 제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따라 제조된 아나타제 이산화티타늄 나노판.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130003550A KR101399342B1 (ko) | 2013-01-11 | 2013-01-11 | 화학 기상 증착법을 통한 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법 |
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| KR1020130003550A KR101399342B1 (ko) | 2013-01-11 | 2013-01-11 | 화학 기상 증착법을 통한 아나타제 이산화티타늄 나노판의 제조방법 |
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| KR101399342B1 true KR101399342B1 (ko) | 2014-05-27 |
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| KR (1) | KR101399342B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080071470A (ko) * | 2007-01-30 | 2008-08-04 | 고려대학교 산학협력단 | 티타니아 나노와이어 형성방법 |
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2013
- 2013-01-11 KR KR1020130003550A patent/KR101399342B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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