KR101479211B1 - 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법 - Google Patents

알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법에 관한 것으로, 금속모재인 알루미늄 금속을 금속염이 존재하는 전해질에 침지시켜 양극으로 사용하고, 백금을 음극으로 사용하여 상기 음극과 양극에 전압을 인가하여 상기 금속모재의 표면을 양극 산화시키는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법에 있어서, 상기 전해질은 유기전해질이 사용되고, 상기 전해질의 온도는 120℃ 내지 220℃의 온도범위에서 양극 산화가 진행되어, 구경의 크기가 1㎚ 내지 30㎚크기를 가짐을 특징으로 하는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법을 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 유기전해질을 전해질로 하여 100℃ 이상의 고온에서 양극 산화하는 방식으로 수 내지 수십 나노미터 크기의 기공을 가지는 알루미나 구조체를 형성시키는 이점이 있다.

Description

알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법{manufacturing methods of nanoporous structure by high temperature anodization of Al}
본 발명은 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유기전해질을 전해질로 하여 100℃ 이상의 고온에서 양극 산화하는 방식으로 수 내지 수십 나노미터 크기의 기공을 가지는 알루미나 구조체를 형성시키는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법을 기술적 요지로 한다.
통상 자연 상태에서 알루미늄은 수산화물 형태로 규소, 철 등과 화합물로 존재한다. 산화알루미늄을 50% 이상 포함하고 있는 보오크사이트를 수산화나트륨에 녹여서 아루민산 나트륨액을 만든 후 알루미나 가루를 추출하여 전기분해에 의해서 금속 알루미늄이 제조된다. 사용되는 알루미늄 시료의 순도가 높을수록 균일한 나노다공성 알루미나를 만드는데 적합하다.
일반적으로 알루미늄은 산소에 대한 화학친화력이 높아 표면에 얇고 치밀한 자연 산화피막을 형성하며, 그 산화물은 극히 안정하여 알루미늄의 표면에 인위적으로 산회피막을 형성시켜서, 내식성과 내마멸성이 증가된, 취사도구, 건축, 장식, 전기·통신기기, 광학기기, 기계부품과 같은 광범위한 용도로 많이 이용되어 왔다.
최근에는 이러한 알루미늄 금속을 사용하여 양극 산화를 통한 균일한 기공을 갖는 양극산화 알루미나(Anodic Aluminium Oxide: 이하, AAO라 함)를 만드는 연구가 활발하게 진행되고 있다.
통상적인 양극산화 알루미나는 알루미늄이 양극 산화하여 산화된 알루미늄 표면에 규칙적으로 배열된 나노미터 크기(30~300㎚)의 기공을 형성된 알루미나/알루미늄 기판을 말한다. 상기 AAO는 나노튜브(nanotube) 또는 나노선(nanowire) 등의 일차원적으로 정렬된 나노 구조를 만드는 틀(Template) 로서 사용되며, AAO 틀 자체가 나노 마스크로 활용되어 기상 혹은 액상에 존재하는 입자상 물질을 정화시키는 필터로도 사용이 가능하다.
이러한 알루미늄의 양극산화 기술은 오랜 역사를 갖는다. 1923년에 알루미늄의 부식방지와 장식용을 목적으로 알루미늄의 표면을 양극 산화하여 상업적으로 부동태 피막을 얻는 기술이 보고되었다. 양극 산화 과정에서 생성된 나노 기공을 갖는 구조를 알루마이트(alumite) 라는 상업화된 이름으로 사용되었다.
최근에는 나노 구조에 대한 실용적인 요구와 관심이 증가하면서, 미세 다층구조, 나노 선재, 나노입자 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이들 나노 구조를 전기화학적 양극산화법으로 제조하는 것은 경제적인 비용절감과 미세 나노 구조의 제어의 간편함 그리고 더 복잡한 형상에 대한 자유로운 나노구조의 설계가 가능하다는 이점으로 각광을 받고 있다.
AAO는 강산 분위기에서 알루미늄을 양극 산화하면 알루미늄 표면 위에 규칙적으로 배열된 나노미터 크기의 구멍(Pore) 이 형성되는 알루미나 산화막을 합성할 수 있다. 이때 구멍 간의 간격은 수십~수백 나노미터 정도이며, 구멍의 크기, 구멍 간의 간격, 구멍의 깊이는 양극 산화 조건(양극산화 전압, 산 용액의 종류, 농도, 온도 등)을 변화시켜 다양하게 조절이 가능하다.
일반적인 방법으로 제조되는 AAO 기공의 직경은 30㎚ 에서 300㎚, 길이가 1㎛ 에서 50㎛ 까지 양극 산화 변수를 제어하여 조절이 가능하다. 기공의 밀도는 109 ~ 1011㎝-2로써, 고밀도 나노선재를 제조할 수 있는 템플레이트 재료로 활용 되고 있다.
특히 나노기공들이 규칙적으로 배치되어 있어 이방성을 갖는 나노선재를 전기화학적으로 제조하는 데에 가장 이상적인 템플레이트라 할 수 있다. 전해액 중에서 알루미늄 양극으로 하여 전류를 흘려주면 초기에 Al2O3의 경계층(barrier layer)이 생기고 이때 전압이 충분하면 경계층이 국소적으로 파괴되면서 열이 발생한다. 이 열은 더욱 국소적인 침식을 가속시켜 미세한 다공성의 피막이 되며 전류가 흐른다. 이때 발생되는 산소는 내부의 Al과 결합해 새로운 경계층이 생기고 이러한 과정을 여러 번 반복하면서 피막이 성장한다. 이때 정육각형의 셀이 형성되고 그 중심에 한 개의 나노 기공이 존재하며 기공의 지름이 전해액 종류 및 인가전압에 따라서 정해진다.
이러한 알루미늄 기판은 나노튜브나 나노 와이어 등의 나노구조를 만드는 틀(템플레이트)로 사용되며, AAO 템플레이트 자체가 나노마스크로도 활용이 가능하다.
나노물질 중에서 큰 기대를 모으고 있는 탄소나노튜브는 크기, 길이, 굵기나 밀도를 정밀하게 조절하는 것이 어렵다. 하지만, AAO 템플레이트를 이용하여 탄소나노튜브를 합성하게 되면 AAO 구멍간의 직경과 배열에 따라 탄소나노튜브의 굵기나 길이 등을 다양하게 조절할 수 있으며, 이렇게 제조된 탄소나노튜브는 필드에미터 팁(field emitter tip)이나 에이에프엠 팁(AFM tip) 등의 나노 소자로 응용이 가능하다.
AAO 템플레이트를 이용하여 나노와이어를 제조하는 경우에는, AAO 템플에이트의 구멍 속에 각종 물질을 채워 넣어 나노 와이어를 만든다. 이 또한 AAO의 구멍의 크키 및 길이를 조절함으로써 나노 와이어의 굵기와 길이를 조절할 수 있다. AAO 템플레이트를 사용하여 나노 와이어를 제조할 수 있는 물질은 금속, 세라믹, 고분자류인데, 금속의 경우에는 전기도금을 이용하여 나노 와이어를 효과적으로 합성할 수 있다. 이렇게 만들어진 나노와이어를 이용한 나노 소자로는 초고집적 하드디스크, 고집적 메모리 소자, 각종 전자 소자 및 바이오 칩 소자 등이 있다.
AAO를 규칙적으로 잘 배열된 형태로 제조하는 방법으로 1995년 일본의 H.Masuda 그룹에 의해 보고된 2단계 양극 산화 과정(two-step anodization process)의 방법이 있다(Masuda,H. and Fukuda, K., "Ordered Metal Nanohole Arrays Made by a Two-step Replication of Honeycomb Structures of Anidic Alumina,"Science, 268, 1466-1468(1995)).
상기 종래기술은 1차 양극산화시에는 다공성이 높은 불규칙적인 나노 구조가 형성되고 이를 화학적 에칭을 통하여 알루미늄 표면에서 제거하게 되면 오목하게 일정 간격으로 규칙적인 딤플이 알루미늄 표면에 형성되게 되는데, 이 오목한 부분들이 2차 양극산화 시에 반응 활성 장소로서 제공되게 되어 더욱 규칙적인 나노 다공성 구조체가 형성되게 된다.
그러나 상기한 AAO는 구경이 30㎚ 이하로 제조하는 것은 일반적인 방식으로는 불가능하다는 문제점이 있다.
그리고, 기상 또는 액상의 물질을 처리하는 필터로 사용할 경우 선택성을 높이고 효율적인 분리를 위해서는 더 작은 구멍을 가지는 AAO의 합성이 요구되어 지고 있고, 템플레이트로 사용할 경우에도 고밀도 초경량 극미세 소자의 합성이 요구되어 지는바, 그 틀로 사용되어 지는 AAO 템플에이트의 구멍도 극미세로 제조할 수 있는 합성법이 필요하다.
또한 기존의 AAO를 제조하기 위해서는 전해액으로 강산을 사용해 왔는데, 환경 오염 문제를 해소하기 위한 AAO 필터를 제조하는 공정 자체가 환경오염을 유발하는 공정이라는 문제점을 가지고있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 새로운 양극산화 전해액 개발 또한 절실한 현실이다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 유기전해질을 전해질로 하여 100℃ 이상의 고온에서 양극 산화하는 방식으로 수 내지 수십 나노미터 크기의 기공을 가지는 알루미나 구조체를 형성시키는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 금속모재인 알루미늄 금속을 금속염이 존재하는 전해질에 침지시켜 양극으로 사용하고, 백금을 음극으로 사용하여 상기 음극과 양극에 전압을 인가하여 상기 금속모재의 표면을 양극 산화시키는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법에 있어서, 상기 전해질은 유기전해질이 사용되고, 상기 전해질의 온도는 120℃ 내지 220℃의 온도범위에서 양극 산화가 진행되어, 구경의 크기가 1㎚ 내지 30㎚크기를 가지는 것을 특징으로 하는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법을 기술적 요지로 한다.
상기 금속염은 포스페이트(Phosphate)염이 되는 것이 바람직하다.
상기 포스페이트염은 KH2PO4, K2HPO4, K3PO4, K2P2O7 중 하나 이상이 되는 것이 바람직하다.
상기 전해질은 글리세롤 또는 에틸렌글리콜이 되는 것이 바람직하다.
상기 금속모재는 양극 산화 전에 세정단계와, 폴리싱단계와, 건조단계를 거치는 것이 바람직하다.
상기 세정단계는, 초음파세척기에서 에탄올 또는 아세톤을 이용하여 세정하는 것이 바람직하다.
상기 폴리싱단계는 알콜과 과염소산(perchloric acid)을 혼합한 용액에 담구어서 진행되는 것이 바람직하다.
상기 건조단계는 50℃ 내지 100℃의 온도에서 진행되는 것이 바람직하다.
상기 양극 산화는 2번이 진행되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 유기전해질을 전해질로 하여 100℃ 이상의 고온에서 양극 산화하는 방식으로 수 내지 수십 나노미터 크기의 기공을 가지는 알루미나 구조체를 형성시키는 이점이 있다.
상기의 구성에 의한 본 발명은, 알루미늄 금속을 중성인 포스페이트(phosphate) 염을 가지는 유기전해질을 사용하여 고온에서 양극 산화하여 미세한 구경을 가지는 3차원으로 정렬된 구조를 합성할 수도 있고, AAO와 유사한 1차원적인 세공을 가지는 구조의 합성이 가능하며 기존의 방식에 비해 환경오염 부담이 적을뿐더러 기존의 방식으로 제조할 수 없었던 수 내지 수십나노미터 세공을 갖는 알루미나 구조체를 합성할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체를 형성하기 위한 전기화학공정의 대략적인 구성장치를 나타낸 도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 양극 산화 시에 전해질 온도를 달리하여 시간에 따른 반응속도(전류밀도)를 보여주는 그래프(a)와 이때 얻어진 알루미나 나노구조체의 전자현미경 사진(b)을 나타낸 도이고,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 알루미늄을 양극 산화 시에 전해질 온도를 160 ℃로 고정하고 인가전압 10V 부터 70V 까지 달리하여 얻은 나노구조체의 구경사이즈와 구경간의 거리 변화를 보여주는 그래프(a)와 각 인가전압에서의 외관변화를 보여주는 전자현미경 사진(b)을 나타낸 도이고,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 알루미늄을 양극 산화 시에 전해질 온도를 160℃로, 인가전압을 50V로 고정하고, 양극 산화 시간을 달리할 경우 형성된 피막의 두께와 세공의 넓이의 상관관계를 보여주는 그래프(a)와 양극 산화 시간에 따른 외관 변화를 자세히 보여주기 위한 전자현미경 사진을 나타낸 도(b)이고,
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 알루미늄을 양극 산화 시에 전해질 온도를 160℃로, 인가전압을 50V로, 반응시간을 6시간으로 고정하고, 1 단계 양극산화를 하여 얻은 알루미나 피막의 전자현미경 사진(a)과 이를 에칭시켜 알루미늄 표면에서 지우고 다시 동일한 조건으로 알루미나 피막을 형성시켜 2 단계 양극 산화를 하여 얻은 알루미나 피막의 전자현미경 사진(b)를 나타낸 도이고,
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 2 단계 양극산화 후에 얻은 알루미나 막을 알루미늄 표면으로부터 떼어내어 얻은 알루미나 멤브레인 막의 전자현미경 사진(a)과 실제 사진(b)을 나타낸 도이고,
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 2단계 양극산화를 통하여 얻은 알루미나 멤브레인의 EDX(Energy Dispersive X-ray) 조성 분석 결과를 나타낸 도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법은 고효율 양극 산화 조건인 고온 (120℃ ~ 220℃)에서 K염(KH2PO4, K2HPO4, K3PO4, K2P2O7)이 존재하는 유기전해질 (글리세롤, 에틸렌글리콜)을 사용하여 다공성 알루미나 막을 얻을 수 있다.
상기 구조체는 수 나노미터 내지 수십나노미터 크기의 세공으로 구성되어 높은 비표면적을 가질 뿐만 아니라 금속모재에 강하게 부착되어 고효율, 고내구성 필터 및 템플레이트로 사용할 수 있다. 이 구조체는 전해질 조건, 인가 전압, 양극산화 온도 및 시간 등의 조건에 따라 형성되어 지는 막의 구경, 길이, 막 두께를 포함하여 그 나노 구조를 제어하여 제조할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명하기로 한다.
< 제1실시예 >
도1과 같이 수조(100) 내에 전해질을 충전시키고, 양극(200)을 알루미늄 금속으로 음극(300)을 백금(Pt) 금속으로 양단에 직류전압을 인가(양극 산화)하여 금속모재인 알루미늄 금속을 양극 산화하여 금속모재 표면에 알루미나 나노 구조체를 형성시킬 수 있다.
양극 산화를 하기 전에 먼저 알루미늄(Al) 호일을 초음파세척기에서 에탄올, 아세톤에 차례로 담가 2분씩 세정을 한다. 세정이 끝나면 알루미늄 호일을 에탄올과 65% 과염소산(perchloric acid)을 1:4 부피(volume) 비율로 섞은 용액에 담구어서 일레트로폴리싱(electropolishing)을 하고, 증류수로 세척한 후에 60℃ 오븐에서 건조하여 시편을 준비한다.
양극 산화를 위한 전해질로서 10wt% K2HPO4를 함유하는 글리세롤(Glycerol )용액을 120℃ ~ 220℃ 온도로 가열을 한다. 준비된 시편을 가열된 전해질에 담구고 전압 50 V를 인가한 후 6 시간 동안 양극 산화를 한다.
본 발명의 제1실시예에서는 글리세롤의 온도가 120℃, 140℃, 160℃, 180℃의 온도를 유지한 상태에서 각각 양극 산화를 하였으며, 도2는 양극 산화 시에 전해질 온도를 달리하여 시간에 따른 반응속도(전류밀도)를 보여주는 그래프(a)와 이때 얻어진 알루미나 나노구조체의 전자 현미경 사진(b)을 나타낸 도이다.
도2에 나타난 바와 같이, 양극산화 전해질의 온도가 낮을 경우인 120℃와 140℃의 경우는 50V의 인가전압에서 전류가 상대적으로 낮고, 형성된 알루미나 피막도 약 200㎚수준의 얇은 다공성 피막이 얻어진다.
이와 반해 전해질의 온도가 160℃, 180℃인 경우는 전류밀도도 높고 피막의 두께가 약 5㎛ 이상인 나노다공성 알루미나 구조를 얻을 수 있게 된다.
특히 160℃의 경우는 세공경이 약 20㎚인 1차원적인 세공이 고르게 뚫려 있는 구조를 얻을 수 있고, 180℃의 경우는 5㎚ ~ 30㎚의 세공이 3차원 적인 다공질 구조가 생성되는 것을 확인하였다. 특히 전해질의 온도 160℃ 부근에서 세공의 크기도 작으며 가장 안정적인 나노다공성 알루미나 구조를 얻을 수 있음을 확인하였다.
그리고 전해질의 온도가 120℃가 되지 못하는 경우에는 인가전압을 높이더라도 양극 산화가 거의 일어나지 않았으며, 전해질의 온도가 220℃를 초과하는 경우 용액의 온도가 너무 높아 양극 산화된 피막이 화학적 에칭으로 녹아버리는 것을 확인하였다.
< 제2실시예 >
본 발명의 제2실시예는 상기 제1실시예와 동일하게 시편과 전해질을 준비하고 양극 산화 시의 인가전압을 달리하여 양극산화를 하였으며 그 결과를 도3에 나타내었다.
도3은 본 발명에 따른 알루미늄을 양극 산화 시에 전해질 온도를 160 ℃로 고정하고 인가전압 10V 부터 70V 까지 달리하여 얻은 나노구조체의 구경사이즈와 구경간의 거리 변화를 보여주는 그래프(a)와 각 인가전압에서의 외관변화를 보여주는 전자현미경 사진(b)을 나타낸 도이다.
도3에서 양극산화 전해질의 온도는 160 oC로 고정하고 인가전압을 10V, 30V, 40V, 50V, 60V, 70V로 하여 6시간 동안 양극 산화하여 얻은 알루미나 피막의 세공경(Pore size)과 세공의 중심과 중심 사이의 거리(Interpore distance)의 변화를 보여주는 그래프와 이때 각 전압에서 얻어진 알루미나 막의 세공구조를 자세히 보여주는 사진이다.
10V의 인가 전압에서는 세공이 존재하지 않은 치밀하고 얇은(약 100㎚ 두께) 알루미나 막을 얻을 수 있고, 인가 전압을 증가시킬수록 세공경(Pore size)과 Interpore distance는 증가하는 것을 볼 수 있다. 약 30V 내지 60 사이에서 세공의 크기도 적당하며 가장 안정적인 나노다공성 알루미나 구조를 얻을 수 있음을 확인하였다.
< 제3실시예 >
본 발명의 제3실시예는 상기 제1실시예와 동일하게 시편과 전해질을 준비하고 양극 산화 시의 양극 산화 시간을 달리하여 양극 산화를 하였으며, 그 결과를 도4에 나타내었다.
도4는 본 발명에 따른 알루미늄을 양극 산화 시에 전해질 온도를 160℃로, 인가전압을 50V로 고정하고, 양극 산화 시간을 달리할 경우 형성된 피막의 두께와 세공의 넓이의 상관관계를 보여주는 그래프(a)와 양극 산화 시간에 따른 외관 변화를 자세히 보여주기 위한 전자현미경 사진을 나타낸 도(b)이다.
도4에서 양극산화 전해질의 온도와 전압을 160℃와 50V로 각각 고정하고, 양극산화 시간을 1시간, 6시간, 15시간, 18시간으로 달리하여 얻은 알루미나 막의 두께(Thickness)와 세공경(Channel width)의 변화를 보여주는 그래프와 15 시간(도 4(b)의 b, c, d)과 18시간(도4(b)의 e, f, g) 양극 산화 시에 얻어진 알루미나 막의 형상을 자세히 보여주는 사진이다.
도4에 나타난 바와 같이, 생성된 알루미나 막은 양극 산화 시간이 증가할수록 얻어진 알루미나 막의 두께와 윗부분의 세공경은 증가하지만 아래 부분의 세공경은 10㎚이하로 큰 차이가 없음을 보여준다. 특히 양극 산화 시간을 증가시킬 경우 두께가 최대 15㎛이상의 균일한 세공을 갖는 알루미나 막을 수득할 수 있다.
즉, 양극산화 시간을 1시간 이상 지속시키면 원하는 세공경(Channel width)을 가지는 나노다공성 알루미나 구조를 수득할 수 있음을 확인하였다.
< 제4실시예 >
본 발명의 제4실시예는 상기 제1실시예와 동일하게 시편과 전해질을 준비하고 양극 산화를 두 번 하였으며, 그 결과를 도5에 나타내었다.
도5는 본 발명의 제4실시예에 따른 알루미늄을 양극 산화 시에 전해질 온도를 160℃로, 인가전압을 50V로, 반응시간을 6시간으로 고정하고, 1 단계 양극산화를 하여 얻은 알루미나 피막의 전자현미경 사진(a)과 이를 에칭시켜 알루미늄 표면에서 지우고 다시 동일한 조건으로 알루미나 피막을 형성시켜 2 단계 양극 산화를 하여 얻은 알루미나 피막의 전자현미경 사진(b)를 나타낸 도이다.
여기서 1단계 알루미나 피막을 에칭시에 시편을 H3PO4(6 wt.%)와 H2CrO4(1.8 wt.%)의 혼합액에 담그고 70℃에서 45분간 에칭을 통하여 제거하였다.
도5에서 2단계 공정의 양극산화를 통해서 더욱더 일차원적으로 자기정렬된 균일한 세공경을 갖는 알루미나 피막을 수득할 수 있었다.
도6은 본 발명의 제4실시예에 따른 2 단계 양극산화 후에 얻은 알루미나 막을 알루미늄 표면으로부터 떼어내어 얻은 알루미나 멤브레인 막의 전자현미경 사진(a)과 실제 사진(b)을 나타낸 도이다.
알루미나 막을 알루미늄 표면으로부터 떼어내기 위해서 화학적 에칭을 사용하였으며, 시편을 H3PO4(6 wt.%)와 H2CrO4(1.8 wt.%)의 혼합액에 담그고 70℃에서 45분간 에칭을 통하여 알루미늄 막을 알루미늄 표면으로부터 떼어냈다.
이렇게 표면으로부터 띠어낸 알루미나 막은 도6에서 보는 바와 같이, 반투명한 약 20nm의 균일한 기공을 가지는 두께 약 8㎛의 양쪽이 뚫려있는 멤브레인 구조임을 알 수 있다. 그리고 이는 템플레이트 또는 고 선택성 금속산화물 필터로 사용이 가능하다.
도7은 본 발명의 제4실시예에 따른 2단계 양극산화를 통하여 얻은 알루미나 멤브레인의 EDX(Energy Dispersive X-ray) 조성 분석 결과를 나타낸 도이다.
정량분석된 Al/O의 비율은 1.58/3.00이고 이는 전형적인 Al2O3 (알루미나)의 조성임을 확인할 수 있다.
이상에서와 같이, 양극산화를 위한 전해질의 온도 등을 제어시킴에 의해 기공의 크기가 수 내지 수십 나노미터에 이르는 알루미나 막을 형성할 수 있다.
100 : 수조 200 : 양극
300 : 음극

Claims (9)

  1. 금속모재인 알루미늄 금속을 금속염이 존재하는 전해질에 침지시켜 양극으로 사용하고, 백금을 음극으로 사용하여 상기 음극과 양극에 전압을 인가하여 상기 금속모재의 표면을 양극 산화시키는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법에 있어서,
    상기 전해질은 유기전해질이 사용되고, 상기 전해질의 온도는 120℃ 내지 220℃의 온도범위에서 양극 산화가 진행되어 1차로 알루미나 피막을 형성시키고 상기 알루미나 피막을 에칭을 통하여 제거한 후,
    전해질의 온도를 120℃ 내지 220℃의 온도범위로 하여 재차 양극산화를 진행시키는 2단계 양극산화가 진행되되,
    상기 인가된 전압은 30V 내지 60V 사이의 전압이 인가되어, 구경의 크기가 1㎚ 내지 30㎚크기를 가짐을 특징으로 하는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속염은 포스페이트(Phosphate)염이 됨을 특징으로 하는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 포스페이트염은 KH2PO4, K2HPO4, K3PO4, K2P2O7 중 하나 이상이 됨을 특징으로 하는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전해질은 글리세롤 또는 에틸렌글리콜이 됨을 특징으로 하는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 금속모재는 양극 산화 전에 세정단계와, 폴리싱단계와, 건조단계를 거침을 특징으로 하는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 세정단계는, 초음파세척기에서 에탄올 또는 아세톤을 이용하여 세정함을 특징으로 하는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 폴리싱단계는 알콜과 과염소산(perchloric acid)을 혼합한 용액에 담구어서 진행됨을 특징으로 하는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 건조단계는 50℃ 내지 100℃의 온도에서 진행됨을 특징으로 하는 알루미늄의 전기화학적 고온 양극 산화를 통한 극미세 나노 다공성 알루미나 구조체의 제조 방법.
  9. 삭제
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