KR101507930B1 - Nano structure and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 큰 종횡비를 가지는 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nanostructure and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a titanium oxide-based nanostructure having a large aspect ratio and a method of manufacturing the same.
종래의 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 제조하기 위한 방법은 금속 티타늄에 아노다이징 처리하여 표면에 나노 튜브를 형성시키는 방법 또는 산화티타늄 전구체와 고분자 용매를 혼합한 용매를 전기방사를 통해 나노 섬유를 형성시킨 후 고분자를 제거하여 산화티타늄 섬유를 얻는 방법 등이 대표적이다. 그러나, 이러한 방법으로는 나노 구조체가 0.1 ㎛ 내지 수 ㎛ 이하의 짧은 길이를 가지는 형태만을 얻을 수 있어 응용이 매우 제한적이다. 즉, 종래의 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는 길이가 매우 짧아 기계적인 정렬이 어렵고 단일층으로의 분산 또는 직조가 어렵거나 불가능하다. A conventional method for producing a titanium oxide-based nanostructure includes a method of forming nanotubes on a surface by anodizing metallic titanium or a method of forming a nanofiber by electrospinning a solvent in which a titanium oxide precursor and a polymer solvent are mixed And removing the polymer to obtain titanium oxide fiber. However, in this method, the nanostructure can obtain only a form having a short length of 0.1 탆 to several 탆, which is very limited in application. That is, the conventional titanium oxide-based nanostructures are very short in length and difficult to mechanically align and difficult to disperse or weave into a single layer.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 수십 ㎛의 길이의 나노 섬유에서 수 cm 이상의 나노 섬유까지의 산화티타늄 기반의 나노 섬유상 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.It is an object of the present invention to provide a nanofiber-based nanofiber having a length of several tens of micrometers to several nanometers to a nanofiber of a few tens of micrometers and a method of manufacturing the same. . However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 의한 나노 구조체의 제조방법이 제공된다. 상기 나노 구조체의 제조방법은 티타늄 벌크재를 제공하는 단계 및 상기 티타늄 벌크재를 알카리 수용액에 침지한 후 수열합성에 의하여 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 합성하는 단계를 포함한다. 상기 티타늄 벌크재는 상기 나노 구조체가 합성되는 동안 전부 소진되지는 않고 상기 알카리 수용액 내에 잔존할 수 있도록 제공된다. A method of manufacturing a nanostructure according to one aspect of the present invention for solving the above problems is provided. The method includes the steps of providing a titanium bulk material, and dipping the titanium bulk material in an aqueous alkaline solution, followed by hydrothermal synthesis to synthesize a titanium oxide-based nanostructure. The titanium bulk material is provided so that it can remain in the aqueous alkali solution without being completely exhausted during synthesis of the nanostructure.
상기 나노 구조체의 제조방법에서, 상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는 지름이 10nm 내지 100nm이고 길이는 0.1cm 내지 5cm로서, 지름이 10nm 내지 100nm이고 길이는 0.1㎛ 내지 5㎛인 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체보다 종횡비(aspect ratio)가 더 클 수 있다. In the above-described method of fabricating a nanostructure, the titanium oxide-based nanostructure has a diameter of 10 nm to 100 nm and a length of 0.1 cm to 5 cm, and a titanium oxide-based nanostructure having a diameter of 10 nm to 100 nm and a length of 0.1 to 5 μm The aspect ratio may be larger.
상기 나노 구조체의 제조방법에서, 상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는 티타늄 산화물 계열의 나노 섬유를 포함할 수 있다. In the method of fabricating the nanostructure, the titanium oxide-based nanostructure may include titanium oxide-based nanofibers.
상기 나노 구조체의 제조방법에서, 상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는 티타늄 산화물 계열의 나노 튜브, 나노 로드, 나노 와이어 또는 나노 리본을 포함할 수 있다. In the method of fabricating the nanostructure, the titanium oxide-based nanostructure may include a titanium oxide-based nanotube, a nanorod, a nanowire, or a nanoribbon.
상기 나노 구조체의 제조방법에서, 상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는 층상 구조의 티타네이트가 일측에서 타측으로 말리면서 형성된 구조체를 포함할 수 있다. In the method of fabricating the nanostructure, the titanium oxide-based nanostructure may include a structure in which a layered titanate is dried from one side to the other side.
상기 나노 구조체의 제조방법에서, 상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는 티타네이트 나노 구조체 또는 티타니아 나노 구조체를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the nanostructure, the titanium oxide-based nanostructure may include a titanate nanostructure or a titania nanostructure.
상기 나노 구조체의 제조방법에서, 상기 티타늄 벌크재는, 분말 형태가 아니라 플레이트 형태 또는 와이어 형태를 가지는, 순수 티타늄 벌크재 또는 티타늄 합금 벌크재를 포함할 수 있다. In the method for producing the nanostructure, the titanium bulk material may include a pure titanium bulk material or a titanium alloy bulk material having a plate shape or a wire shape instead of a powder shape.
상기 나노 구조체의 제조방법에서, 상기 티타늄 벌크재는 상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체가 합성되는 면이 경면 연마될 수 있다. In the method of manufacturing the nanostructure, the surface of the titanium bulk material on which the titanium oxide-based nanostructure is synthesized may be mirror-polished.
상기 나노 구조체의 제조방법에서, 상기 알카리 수용액은 100℃ 내지 200℃의 온도를 가지며, 5몰 내지 120몰의 농도를 가지며, NaOH 수용액, KOH 수용액, LiOH 수용액, RbOH 수용액, Mg(OH)2 수용액, Sr(OH)2 수용액, Ba(OH)2 수용액 및 CeOH 수용액으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. Wherein the alkali aqueous solution has a concentration of 5 to 120 moles and has an aqueous solution of NaOH, a KOH aqueous solution, an aqueous LiOH solution, an aqueous RbOH solution, an aqueous Mg (OH) 2 solution , Sr (OH) 2 aqueous solution, Ba (OH) 2 aqueous solution and CeOH Aqueous solution, and the like.
상기 나노 구조체의 제조방법에서, 상기 알카리 수용액은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)을 함유하는 금속 나노입자를 더 포함할 수 있다. In the method for manufacturing a nanostructure, the alkali aqueous solution may further include metal nanoparticles containing gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), or palladium (Pd).
상기 나노 구조체의 제조방법에서, 상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 합성하는 단계는, 상기 티타늄 벌크재를 알카리 수용액에 침지한 후 20시간 내지 150시간 동안 수열합성하는 단계를 포함할 수 있다. In the method of fabricating the nanostructure, the step of synthesizing the titanium oxide-based nanostructure may include a step of hydrothermally synthesizing the titanium bulk material for 20 to 150 hours after immersing the titanium bulk material in an aqueous alkaline solution.
상기 나노 구조체의 제조방법은 상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 산처리하는 단계 및 상기 산처리된 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 수세하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include a step of acid-treating the titanium oxide-based nanostructure and a step of washing the acid-treated titanium oxide-based nanostructure.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예들에 따르면, 길이가 수십 ㎛ 내지 수 cm의 범위를 가지며 종횡비가 큰 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to embodiments of the present invention as described above, a titanium oxide-based nanostructure having a length of several tens of micrometers to several centimeters and a large aspect ratio and a method of manufacturing the nanostructure can be realized. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체의 제조방법에 의하여 구현된 티타네이트 나노 섬유를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체의 제조방법에 의하여 구현된 티타네이트 나노 튜브를 나타낸 사진이다.1 is a flow chart illustrating a method of fabricating a titanium oxide series nanostructure according to some embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a photograph showing a titanate nanofiber implemented by a method of manufacturing a titanium oxide-based nanostructure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a photograph showing a titanate nanotube according to another embodiment of the present invention, which is implemented by a method of manufacturing a titanium oxide-based nanostructure.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, The present invention is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of explanation.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 벌크재와 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.It is to be understood that throughout the specification, when an element such as a film, region or bulk material is referred to as being "on", "connected to", "laminated" or "coupled to" another element, It can be appreciated that there may be other components that are directly "on", "connected", "laminated" or "coupled" to another component or intervening components. On the other hand, when one element is referred to as being "directly on", "directly connected", or "directly coupled" to another element, it is interpreted that there are no other components intervening therebetween do. Like numbers refer to like elements. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.Also, relative terms such as "top" or "above" and "under" or "below" can be used herein to describe the relationship of certain elements to other elements as illustrated in the Figures. Relative terms are intended to include different orientations of the device in addition to those depicted in the Figures. For example, in the figures the elements are turned over so that the elements depicted as being on the top surface of the other elements are oriented on the bottom surface of the other elements. Thus, the example "top" may include both "under" and "top" directions depending on the particular orientation of the figure. If the elements are oriented in different directions (rotated 90 degrees with respect to the other direction), the relative descriptions used herein can be interpreted accordingly.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체의 제조방법을 도해하는 순서도이다. 1 is a flow chart illustrating a method of fabricating a titanium oxide series nanostructure according to some embodiments of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체의 제조방법은, 소정의 적절한 단면적을 가지는 티타늄 벌크재를 제공하는 단계(S110) 및 상기 티타늄 벌크재를 알카리 수용액에 침지한 후 수열합성에 의하여 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 합성하는 단계(S120)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a method of fabricating a titanium oxide-based nanostructure according to some embodiments of the present invention includes the steps of providing a titanium bulk material having a predetermined suitable cross-sectional area (S110) And synthesizing a titanium oxide-based nanostructure by hydrothermal synthesis (S120).
수열합성(hydrothermal reaction)은 고온의 물, 특히 고온, 고압의 물을 이용하여 이루어지는 물질의 합성반응 및/또는 변성반응인 수열반응을 이용한 합성을 의미한다. Hydrothermal reaction refers to the synthesis using hydrothermal reaction, which is a synthesis reaction and / or a denaturation reaction of a material made of high temperature water, especially, high temperature and high pressure water.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 상기 티타늄 벌크재는 알칼리 수용액을 이용한 수열합성법에서 시작물질로 이해될 수 있다. 상기 티타늄 벌크재는 순수 티타늄 벌크재 또는 티타늄 합금 벌크재를 포함할 수 있다. 다만, 상기 순수 티타늄 벌크재는, 특별하게 언급되지 않는 경우에도, 제조과정 중에 의도적으로 첨가되지 않지만 불가피하게 함유되는 티타늄 금속 외의 불순물(이하, 불가피 불순물)을 더 포함할 수 있다. According to the technical idea of the present invention, the titanium bulk material can be understood as a starting material in a hydrothermal synthesis method using an aqueous alkali solution. The titanium bulk material may comprise a pure titanium bulk material or a titanium alloy bulk material. However, the pure titanium bulk material may further contain impurities (hereinafter, inevitable impurities) other than titanium metal which are not intentionally added during the manufacturing process but inevitably contained, even if not specifically mentioned.
상기 티타늄 합금 벌크재는 주원소인 티타늄에 하나 또는 그 이상의 첨가원소(예를 들어, Sm, Nd, Pr, Tb, Dy 등 희토류 금속원소 및/또는 Nb, W, Mo, V, Sn, Cu, Cr, Ta 등의 원소)들을 함유하는 합금을 포함할 수 있으며, 다만, 특별하게 언급되지 않는 경우에도 주원소와 첨가원소들 외에 불가피 불순물을 더 포함할 수 있다. 수열합성법의 시작물질로 상기 티타늄 합금 벌크재를 적용할 경우, 합금의 첨가원소의 이온이 도핑된 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 합성할 수 있는 유리한 효과를 기대할 수 있다. 예를 들어, Ti-6Al-4V 합금을 포함하는 티타늄 합금 벌크재를 수열합성의 시작물질로 이용할 경우, 알루미늄(Al)과 바나듐(V)이 도핑된 티타네이트 나노 장섬유를 합성할 수 있다. 상술한 첨가원소는 수열합성에서 이용되는 알칼리 수용액을 제조하기 위한 금속수화물(hydroxide)와는 구분되는 개념으로 이해되어야 한다. The titanium alloy bulk material may contain one or more additional elements (for example, rare earth metal elements such as Sm, Nd, Pr, Tb and Dy and / or Nb, W, Mo, V, Sn, Cu, Cr , Ta, and the like), but may include inevitable impurities other than the main element and the additive elements, even if not specifically mentioned. When the titanium alloy bulk material is used as the starting material of the hydrothermal synthesis method, a favorable effect of synthesizing ion-doped titanium oxide-based nanostructures can be expected. For example, when a titanium alloy bulk material containing a Ti-6Al-4V alloy is used as a starting material for hydrothermal synthesis, titanate nanofiber doped with aluminum (Al) and vanadium (V) can be synthesized. The above-mentioned additive element should be understood as a concept different from a metal hydrate for producing an aqueous alkali solution used in hydrothermal synthesis.
본 발명의 일부 실시예들에 따른 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체의 제조방법에서, 상기 알카리 수용액은 100℃ 내지 200℃의 온도를 가지며, 5몰 내지 120몰의 농도를 가지며, NaOH 수용액, KOH 수용액, LiOH 수용액, RbOH 수용액, Mg(OH)2 수용액, Sr(OH)2 수용액, Ba(OH)2 수용액 및 CeOH 수용액으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 알카리 수용액은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)을 함유하는 금속 나노입자를 더 포함할 수 있다. 이러한 금속 나노입자를 알칼리 수용액 내에 단순 첨가함으로써 금속 이온의 도핑이 나노 구조체의 합성과 동시에 수행될 수 있는 유리한 효과를 기대할 수 있다. 즉, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd) 등의 금속 나노입자를 나노 구조체의 표면에 합성하는 것이 용이한 장점을 가진다. In some embodiments of the present invention, the aqueous alkaline solution has a temperature of 100 ° C to 200 ° C, has a concentration of 5 to 120 moles, and may be a NaOH aqueous solution, a KOH aqueous solution, LiOH aqueous solution, an aqueous solution RbOH, Mg (OH) 2 aqueous solution, Sr (OH) 2 aqueous solution, Ba (OH) 2 solution and CeOH Aqueous solution, and the like. Alternatively, the alkali aqueous solution may further include metal nanoparticles containing gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), or palladium (Pd). By simply adding such metal nanoparticles into an aqueous alkaline solution, it can be expected that the doping of the metal ions can be performed simultaneously with the synthesis of the nanostructure. That is, it is easy to synthesize metal nanoparticles such as gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), or palladium (Pd) on the surface of the nanostructure.
한편, 본 발명의 기술적 사상에 의하면, 수열합성의 시작물질인 상기 티타늄 벌크재는 분말 형태가 아니라 플레이트 형태 또는 와이어 형태를 가진다. 발명자는, 예를 들어, 지름이 10nm 내지 100nm이고 길이는 0.1cm 내지 5cm인 나노 섬유와 같이, 상대적으로 종횡비(aspect ratio)가 큰 나노 구조체를 합성하기 위해서는 수열합성의 시작물질이 분말 형태가 아니라 판(plate) 형태 또는 와이어 형태를 가져야 함을 확인하였다. On the other hand, according to the technical idea of the present invention, the titanium bulk material which is a starting material for hydrothermal synthesis has a plate shape or a wire shape instead of a powder shape. The inventors have found that, in order to synthesize a nanostructure having a relatively large aspect ratio, such as a nanofiber having a diameter of 10 nm to 100 nm and a length of 0.1 cm to 5 cm, the starting material for hydrothermal synthesis is not a powder It was confirmed that it should have a plate form or a wire form.
나아가, 발명자는 수열합성에 의하여 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 합성하는 단계(S120)를 수행하는 동안 시작물질인 상기 티타늄 벌크재는 전부 소진되지는 않고 상기 알칼리 수용액 내에 반드시 잔존하여야 상술한 범위의 종횡비를 가지는 나노 구조체를 구현할 수 있음을 확인하였다. 예를 들어, 상술한 종횡비를 가지는 나노 섬유를 합성하는 경우, 수열합성의 시작물질인 상기 티타늄 벌크재는 그 표면에서 섬유상이 지속적으로 성장할 있도록 하는 소스(source)의 역할을 수행하며, 나아가, 섬유가 시작물질로부터 분리되어 알칼리 수용액 속에서 서로 엉키거나 방향성을 잃지 않도록 하는 역할을 수행하기 때문에, 방향성을 유지하는 나노 장섬유를 합성하는 과정에서 반드시 시작물질이 잔존할 수 있도록 제공되어야 한다. Furthermore, the inventor has found that during the step S120 of synthesizing a titanium oxide-based nanostructure by hydrothermal synthesis, the titanium bulk material as a starting material is not completely exhausted but must remain in the aqueous alkali solution, so that the aspect ratio of the above- The nanostructure can be realized. For example, when synthesizing nanofibers having the aspect ratio described above, the titanium bulk material, which is a starting material for hydrothermal synthesis, serves as a source for continuously growing the fibrous phase on the surface thereof. Further, The starting material must be separated from the starting material to prevent tangling or loss of directionality in the aqueous alkali solution. Therefore, the starting material must be provided in the course of synthesizing the nanofiber to maintain the directionality.
즉, 발명자는 i) 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 합성하기 위한 수열합성의 시작물질로서 티타늄이 분말 형태가 아니라 벌크 형태의 플레이트 형상을 가져야 하며, ii) 나노 구조체가 합성되는 동안 상기 시작물질인 티타늄이 전부 소진되지는 않고 알칼리 수용액 내에 잔존하여야, 종래의 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체보다 종횡비(aspect ratio)가 상대적으로 더 큰 나노 구조체를 구현할 수 있음을 확인하였다. That is, the inventors have found that i) titanium as a starting material for hydrothermal synthesis for synthesizing a titanium oxide-based nanostructure should have a plate shape in bulk instead of a powder form, and ii) It is confirmed that the nano structure having a relatively larger aspect ratio than that of the conventional titanium oxide based nanostructure can be realized without being completely exhausted and remaining in the aqueous alkaline solution.
종래의 제조방법으로 구현된 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는, 예를 들어, 지름이 10nm 내지 100nm이고 길이는 0.1㎛ 내지 5㎛이며, 종횡비는 1 내지 500의 범위를 가지는 반면에, 본 발명의 실시예들에 따른 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는, 예를 들어, 지름이 10nm 이상이고 길이는 0.1cm 이상이므로 종래의 나노 구조체보다 종횡비가 더 크다. 엄격하게는, 본 발명의 실시예들에 따른 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는, 지름이 10nm 내지 400nm이고 길이는 0.1cm 내지 50cm일 수 있다. 더욱 엄격하게는, 본 발명의 실시예들에 따른 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는, 지름이 10nm 내지 100nm이고 길이는 0.1cm 내지 50cm일 수 있는바, 이 경우, 종횡비는 1,000 내지 5,000,000의 범위를 가질 수 있다. The titanium oxide-based nanostructures implemented in the conventional manufacturing method have a diameter of, for example, 10 nm to 100 nm, a length of 0.1 μm to 5 μm, and an aspect ratio of 1 to 500, The titanium oxide-based nanostructures according to the examples have a larger aspect ratio than conventional nanostructures because, for example, the diameter is 10 nm or more and the length is 0.1 cm or more. Strictly, the titanium oxide-based nanostructures according to the embodiments of the present invention may have a diameter of 10 nm to 400 nm and a length of 0.1 cm to 50 cm. More strictly, the titanium oxide-based nanostructures according to embodiments of the present invention may have a diameter of 10 nm to 100 nm and a length of 0.1 cm to 50 cm. In this case, the aspect ratio may be in the range of 1,000 to 5,000,000 .
그러나, 본 발명의 실시예들에 따른 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체가 가지는 지름, 길이 및 종횡비에 대한 상기 범위는 예시적이며, 실제로는 티타늄 벌크재가 충분히 공급된다면 수열합성 시간에 따라 거의 무한대의 종횡비를 가질 수 있는바, 종래의 제조방법으로 구현된 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체보다 종횡비가 더 크다는 본 발명의 기술적 사상은 상술한 예시적인 지름, 길이 및 종횡비의 구체적인 범위에 의하여 제한되지 않는다. However, the above range of diameters, lengths and aspect ratios of the titanium oxide series nanostructures according to the embodiments of the present invention is exemplary. Actually, if the titanium bulk material is sufficiently supplied, the aspect ratio of almost infinite The technical idea of the present invention that the aspect ratio is larger than that of the titanium oxide based nanostructures realized by the conventional manufacturing method is not limited by the specific range of the exemplary diameters, lengths and aspect ratios described above.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체의 제조방법에 의하여 구현된 티타네이트 나노 섬유를 나타낸 사진이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체의 제조방법에 의하여 구현된 티타네이트 나노 튜브를 나타낸 사진이다.FIG. 2 is a photograph showing a titanate nanofiber fabricated by a method of fabricating a titanium oxide-based nanostructure according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of a titanium oxide-based nanostructure according to another embodiment of the present invention. FIG. 2 is a photograph showing a titanate nanotube realized by a method of manufacturing a titanate nanotube according to the present invention.
도 2 또는 도 3을 참조하면, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 제조방법에서, 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 합성하는 단계(S120)는 티타늄 산화물 계열의 나노 섬유를 합성하는 단계를 포함할 수 있다(도 2 참조). 또는, 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 합성하는 단계(S120)는 티타늄 산화물 계열의 나노 튜브, 나노 로드, 나노 와이어 또는 나노 리본을 합성하는 단계를 포함할 수도 있다(도 3 참조). Referring to FIG. 2 or FIG. 3, in a manufacturing method according to some embodiments of the present invention, synthesizing a titanium oxide series nanostructure (S120) may include synthesizing titanium oxide series nanofibers (See Fig. 2). Alternatively, the step S120 of synthesizing a titanium oxide-based nanostructure may include a step of synthesizing a titanium oxide-based nanotube, a nanorod, a nanowire or a nanoribbon (see FIG. 3).
상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는 티타네이트 나노 구조체 또는 티타니아 나노 구조체를 포함할 수 있다. 상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는 층상 구조의 티타네이트가 일측에서 타측으로 말리면서 형성된 구조체를 포함할 수 있다. The titanium oxide-based nanostructure may include a titanate nanostructure or a titania nanostructure. The titanium oxide-based nanostructure may include a structure in which a layered titanate is dried from one side to the other side.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면 수열합성법을 통해 합성된 나노 구조체는 다양한 조직 및 형태를 지닐 수 있다. 우선, 가운데가 비어있는 긴 실린더 형태의 나노 튜브가 합성될 수 있다. 나노 튜브의 벽 두께는 티타네이트 2개에서 10개 정도의 층까지로 다양하며, 양파 모양으로 말리거나 혹은 동심원 모양으로 튜브를 형성할 수 있다. 나노 튜브는 한 개 혹은 몇 개의 층으로 이루어진 나노판으로부터 형성될 수 있다. 이러한 나노판은 (100) 층 방향으로 말려서 나노 튜브를 형성할 수 있다. According to some embodiments of the present invention, nanostructures synthesized through hydrothermal synthesis may have various structures and shapes. First, a long cylindrical nanotube with an empty center can be synthesized. The wall thickness of the nanotubes varies from 2 to 10 layers of titanate, and can be formed into an onion-shaped or concentric tube. Nanotubes can be formed from nanoparticles of one or several layers. Such nanoparticles can be dried in the (100) layer direction to form nanotubes.
알칼리 수열합성법을 통해 합성된 나노 튜브는 무정형이 아니므로 X-선 회절 패턴을 나타낸다. 우선, 수열합성법을 통한 나노 튜브는 아나타제, 루타일, 브루카이트 등의 순수 산화티타늄(TiO2)의 결정구조를 가질 가능성이 있고, 또한, H2mTinO2n+m의 폴리티타네이트 구조를 가질 수도 있다. 두번째로는, 얻어진 결정의 크기가 매우 작으므로 X-선 회절 패턴 피크가 매우 넓어지는 특성을 갖는다. 세번째로는, 특정 결정축을 따라서 층상 티타네이트가 말려서 튜브 모양을 형성하므로, X-선 회절 패턴에서 특정 밀러 인덱스에 해당하는 피크가 매우 넓어지고, 합성시 혹은 합성 이후 열처리 과정에 의하여 구조의 변성이 일어날 수 있으므로 구조 해석이 어렵다. The nanotubes synthesized by alkaline hydrothermal synthesis are not amorphous and thus exhibit an X-ray diffraction pattern. First, nanotubes obtained by the hydrothermal synthesis method may have a crystal structure of pure titanium oxide (TiO 2 ) such as anatase, rutile, and brookite, and may have a structure of H 2 m Ti n O 2n + m polytitanate . Secondly, since the size of the crystals obtained is very small, the X-ray diffraction pattern peak has a very broad characteristic. Third, since the layered titanate is dried along the specific crystal axis to form a tube shape, the peak corresponding to a specific Miller index in the X-ray diffraction pattern becomes very wide, and the denaturation of the structure by the heat treatment process during synthesis or after synthesis Structural analysis is difficult because it can happen.
X-선 회절, 국부 전자회절, 고배율 투과전자현미경 분석 결과를 종합해보면, 티타네이트 나노 튜브는 단사정계를 갖는 층상 3 티타늄산(layered trititanic acid) 구조를 가진다는 것을 확인하였다. 본 물질에서 [010] 결정축을 통하여 튜브가 말리게 되며, 나노 튜브의 축은 H2Ti3O7에서 단사정계의 b축과 평행하게 된다. 나노 튜브의 벽은 몇 개의 층상 티타네이트로 이루어지게 되며, 층간 간격은 약 0.72nm내지 1.1nm 이다. 따라서, 각각의 층의 구조는 단사정계 티타네이트의 (100)면의 구조를 갖게 된다. 한편, X-선 회절 및 투과전자현미경 분석을 통해 나노 튜브가 H2Ti4O9 (tetratitanic acid) 구조를 가지고 있다는 해석도 가능하다. The results of X-ray diffraction, local electron diffraction and high-power transmission electron microscopy analysis show that the titanate nanotubes have a layered trititanic acid structure having a monoclinic structure. In this material, the tube is dried through the [010] crystal axis, and the axis of the nanotube becomes parallel to the b axis of the monoclinic system in H 2 Ti 3 O 7 . The walls of the nanotubes consist of several layered titanates with interlayer spacing of about 0.72 nm to 1.1 nm. Therefore, the structure of each layer has a (100) plane structure of monoclinic titanate. On the other hand, it is possible to interpret that the nanotubes have a structure of H 2 Ti 4 O 9 (tetratitanic acid) through X-ray diffraction and transmission electron microscopic analysis.
티타네이트를 열처리하면 준안정한 TiO2-B 구조를 얻을 수 있다. TiO2-B 구조는 TiO6 팔면체의 꼭지점(corner)과 모(edge)를 공유하면서 채널 구조를 형성하므로, 이를 따라 작은 양이온이 이동할 수 있게 된다. 알칼리 수열합성법을 통해 티타네이트 나노 튜브를 합성한 후에 이를 산으로 수세하여 열처리하면 TiO2-B가 된다는 것을 확인하였다. 최초에 합성된 티타네이트 나노 튜브는 층간에, 예를 들어, Na+ 이온을 가지고 있으나, 이를 산으로 수세하면 층간 이온이 H+로 교환된다. H+-티타네이트를 열처리하면 TiO2-B로 상전이가 일어날 수 있다. TiO 2 -B structure can be obtained by heat treatment of titanate. The TiO 2 -B structure forms a channel structure by sharing the corners and edges of the TiO 6 octahedron, and thus the small cations can move along the corners. After titanate nanotubes were synthesized by alkaline hydrothermal synthesis, they were washed with acid and heat-treated to confirm TiO 2 -B. Initially synthesized titanate nanotubes have, for example, Na + ions in the interlayer, but when they are washed with acid, interlayer ions are exchanged for H + . Heat treatment of H + -titanate can cause phase transition to TiO 2 -B.
상술한 구조 분석 결과를 요약하면 다음과 같다. 나노 튜브가 (200) X-선 회절 피크를 저각에서 가지고 있으므로 나노 튜브는 층상 구조 티타네이트로 이루어져 있다는 것이다. 두번째로, 층간의 H+이온은 다른 알칼리 금속 이온으로 치환될 수 있다. 따라서, 결론적으로 나노 튜브를 구성하는 층상 티타네이트는 H2Ti3O7을 중성분으로 하는 H2mTinO2n+m의 폴리티타네이트 구조임을 확인하였다. 이를 450℃ 열처리하면 TiO2-B 구조를 얻을 수 있다. The results of the above structural analysis are summarized as follows. Nanotubes are composed of layered titanates because the nanotubes have a (200) X-ray diffraction peak at a lower angle. Second, interlayer H + ions can be replaced with other alkali metal ions. Therefore, it is concluded that the layered titanate constituting the nanotube is a polytitanate structure of H 2m Ti n O 2n + m having H 2 Ti 3 O 7 as a neutral component. The TiO 2 -B structure can be obtained by heat treatment at 450 ° C.
한편, 나노 와이어 혹인 나노 로드는 400℃ 이상으로 나노 튜브를 열처리했을 때 얻어질 수 있는데 나노 튜브와는 달리 층상 구조 물질이 아닌 경우가 대부분이다. 나노 리본, 나노 벨트, 나노 섬유 등의 구조는 보다 고온에서 알칼리 수용액의 비율을 조절하여 수열합성을 통해 합성될 수 있다. On the other hand, nanowires or nano-rods can be obtained when the nanotubes are heat-treated at a temperature higher than 400 ° C. Unlike nanotubes, they are not layered materials. The structure of nanoribbons, nano-belts, nanofibers, etc. can be synthesized by hydrothermal synthesis by controlling the ratio of alkali aqueous solution at higher temperature.
티타네이트 나노 튜브는 열역학적으로 준안정한 상이므로, 다양한 조건에 의하여 보다 안정한 다른 상으로 전이를 일으킬 수 있다. 물에서 티타네이트 나노 튜브의 용해도는 매우 낮으므로, 계속 용액 하에서 숙성(aging)할 경우에는 동적인 안정상태가 깨져 상전이가 일어날 수 있으며, 고온을 가하거나 용액에 다른 화학물질을 용해할 경우에도 안정성이 나빠질 수 있다. Titanate nanotubes are thermodynamically metastable phases, which can lead to more stable transition to other phases under various conditions. Since the solubility of titanate nanotubes in water is very low, if aging is carried out under solution, the dynamic stable state may be broken and phase transformation may occur, and even when high temperature is applied or another chemical substance is dissolved in the solution, stability Can be bad.
알칼리 수열합성법을 통해 합성된 티타네이트 나노구조체는 다양한 처리에 의하여 상전이를 일으키게 된다. 나노 섬유의 경우에는 1000℃의 열처리 이후에도 결정 구조는 변화하지만 나노 형태를 유지하므로 열안정성이 매우 높다. 나노 섬유를 수용액에서 150℃로 수열반응하면 부식된 표면구조를 갖는 아나타제 섬유를 얻을 수 있다. The titanate nanostructures synthesized by alkaline hydrothermal synthesis cause phase transformation by various treatments. In the case of nanofibers, the crystal structure changes even after the heat treatment at 1000 ° C, but the nanostructures are maintained, so the thermal stability is very high. Hydrothermal reaction of the nanofibers at 150 ° C in aqueous solution gives anatase fibers with a corroded surface structure.
나노 섬유와는 달리 나노 튜브는 산처리나 열처리에 매우 약한 특성을 보인다. 반면에, 예를 들어, Na+이온으로 포화된 티타네이트 나노 튜브는 보다 우수한 열안정성을 보이며, 600℃ 이상에서 열처리하면 나노 로드로 변화하며, 나노 튜브의 다공 특성을 잃어버리게 된다. H+이온이 층간 삽입되어 있는 나노 튜브를 약 400℃로 열처리하면 나노 튜브 형태를 갖는 아나타제 구조를 얻을 수 있으며, 약 600℃ 이상에서 열처리하면 나노 로드 형태를 가지며, 약 400℃ 내지 600℃의 범위에서 열처리하면 나노 튜브 형태와 나노 로드 형태가 공존할 수 있다. Unlike nanofibers, nanotubes exhibit very weak properties in acid treatment and heat treatment. On the other hand, for example, titanate nanotubes saturated with Na + ions exhibit better thermal stability, and when heated at a temperature of 600 ° C or higher, the nanotubes change to nanorods and lose their porous properties. Anatase structure having a nanotube form can be obtained by heat-treating the nanotubes having intercalated H + ions at about 400 DEG C, and when the nanotubes are heat-treated at about 600 DEG C or higher, they have a nanorod shape and have a range of about 400 DEG C to 600 DEG C The nanotube form and the nanorod form can coexist.
또한, 산성 용액에서 80℃ 정도로 수열합성하면 티타네이트 나노 튜브가 아나타제와 루타일 상을 갖는 나노와이어로 전이됨을 알 수 있다. 티타네이트 나노 튜브는 상온에서 질산을 처리하면 수개월 이후에 루타일 입자로 변화하기도 한다. In addition, hydrothermal synthesis at 80 ℃ in acidic solution indicates that titanate nanotubes are transferred to nanowires with anatase and rutile phases. Titanate nanotubes may change to rutile particles after several months if they are treated with nitric acid at room temperature.
본 발명의 일부 실시예들에 따른 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체의 제조방법에서, 티타늄 벌크재를 제공하는 단계(S110)는, 티타늄 벌크재의 어느 한쪽 면이 평탄할 수록 평탄한 면이 경면(鏡面)일수록 섬유상의 성장이 빠르게 되므로, 이물질이 상대적으로 작은 경면의 평탄한 면을 가지는 티타늄 벌크재를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. In the method of fabricating a titanium oxide based nanostructure according to some embodiments of the present invention, the step of providing a titanium bulk material (S110) may be such that the more flat one surface of the titanium bulk material is, As the growth of the fibrous phase is accelerated, it may include the step of providing a titanium bulk material having a mirror-like flat surface with a relatively small foreign matter.
상기 티타늄 벌크재를 알카리 수용액에 침지한 후 수열합성에 의하여 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 합성하는 단계(S120)는 티타늄 벌크재로부터 나노 구조체가 실제로 성장하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 100℃ 내지 150℃의 온도를 가지며, 5몰 내지 15몰의 농도를 가지는, NaOH 수용액, KOH 수용액 또는 LiOH 수용액인 알칼리 수용액을 사용하여 원하는 소정의 길이로 나노 구조체가 성장할 때까지 20시간 내지 150시간 동안 상기 티타늄 벌크재를 침지하고 유지함으로써 수열합성에 의하여 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 합성할 수 있다. 예를 들어, 엄격하게는, 110℃의 온도를 가지며, 5몰 내지 15몰의 농도를 가지는, NaOH 수용액, KOH 수용액 또는 LiOH 수용액인 알칼리 수용액을 사용하여 원하는 소정의 길이로 나노 섬유상이 성장할 때까지 20시간 내지 100시간 동안 상기 티타늄 벌크재를 침지하고 유지함으로써 수열합성에 의하여 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 합성할 수 있다. 이 때 나노 구조체는 나노 섬유 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어, 층상 구조의 티타네이트로 합성될 수 있다. 상기 알칼리 수용액이 NaOH 수용액, KOH 수용액 또는 LiOH 수용액인 경우에 상기 층상 구조의 티타네이트는 각각 나트륨 티타네이트(Sodium Titanium Oxide), 칼륨 티타네이트(Potassium Titanium Oxide) 또는 리튬 티타네이트(Lithium Titanium Oxide)일 수 있다. The step S120 of synthesizing a titanium oxide-based nanostructure by hydrothermal synthesis after immersing the titanium bulk material in an aqueous alkaline solution includes a step of actually growing the nanostructure from the titanium bulk material. For example, using an aqueous solution of NaOH, KOH aqueous solution or aqueous LiOH solution having a temperature of 100 ° C to 150 ° C and a concentration of 5 to 15 moles, The titanium oxide material can be synthesized by hydrothermal synthesis by immersing and holding the titanium bulk material for a period of time ranging from 150 to 150 hours. For example, strictly speaking, until a desired length of the nanofiber is grown using an aqueous NaOH solution, KOH aqueous solution or aqueous LiOH solution, having a temperature of 110 DEG C and a concentration of 5 to 15 moles Titanium oxide nanostructures can be synthesized by hydrothermal synthesis by immersing and holding the titanium bulk material for 20 to 100 hours. At this time, the nanostructure may have a nanofiber form, for example, a layered titanate. When the alkali aqueous solution is a NaOH aqueous solution, a KOH aqueous solution, or an aqueous LiOH solution, the titanate of the layered structure may be any one of sodium titanium oxide, .
계속하여, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체의 제조방법은, 상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 산처리하는 단계(S130) 및 상기 산처리된 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 수세하는 단계(S140)를 더 포함할 수 있다. 산처리 및/또는 수세 단계는 합성된 나노 구조체를 0.1 몰 내지 1 몰 농도의 HCl 수용액으로 수 시간 처리하여 이온교환을 통해 나트륨(Na), 칼륨(K) 또는 리튬(Li) 이온을 수소(H)이온으로 치환되도록 한다. 산처리 단계는 추후 열처리를 통해 순수 산화티타늄(TiO2) 나노 구조체를 얻고자 할 때, 나트륨(Na), 칼륨(K) 또는 리튬(Li)이 잔류하지 않도록 하기 위함이다. 따라서, 산처리 단계는 수소로 치환할 필요가 없는 경우 수행하지 않고 생략이 가능하다. 이후 수세를 통해 중성(pH 7 내지 8)인 나노 구조체를 구현할 수 있다. 합성이 완료된 나노 구조체는 잔류하는 티타늄 벌크재와 분리하여 최종 나노 구조체가 완성될 수 있다. 구현된 나노 구조체는 촉매재, 자외선 차단재, 리튬이차전지의 음극, 가스센서, 생체재료, 수소저장, 염료감응형 태양전지 전극, 친수성 섬유재, 방오 섬유재, 휘발성유기물 분해를 위한 섬유재 등에 적용될 수 있다. 1, a method of fabricating a titanium oxide-based nanostructure according to some embodiments of the present invention includes a step (S 130) of treating the titanium oxide-based nanostructure (S 130) and a step And washing the oxide-based nanostructure (S140). (Na), potassium (K), or lithium (Li) ions are converted to hydrogen (H) through ion exchange by treating the synthesized nanostructure with an aqueous solution of 0.1 to 1 molar HCl for several hours in an acid treatment and / ) Ions. The acid treatment step is to prevent sodium (Na), potassium (K), or lithium (Li) from remaining when the pure titanium oxide (TiO 2 ) nanostructure is to be obtained through subsequent heat treatment. Therefore, the acid treatment step can be omitted without substituting it with hydrogen. Thereafter, a neutral (pH 7 to 8) nanostructure can be realized by washing with water. The synthesized nanostructure can be separated from the residual titanium bulk material and the final nanostructure can be completed. The implemented nanostructures can be applied to catalyst materials, ultraviolet light blocking materials, cathodes of lithium secondary batteries, gas sensors, biomaterials, hydrogen storage, dye-sensitized solar cell electrodes, hydrophilic fiber materials, antifouling fiber materials, .
이하에서, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 티타네이트 나노 섬유를 제조하는 실험예를 개시한다. 본 실험예는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 하기 실험예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, an experimental example for producing the titanate nanofiber embodying the technical idea of the present invention is disclosed. The present experimental examples are provided to further illustrate the present invention to a person having ordinary skill in the art, and the scope of the present invention is not limited to the following experimental examples.
1. 원료물질로는 금속 티타늄 벌크재(크기 10 x 10 x 1 mm3)를 사용하였으며 나노 섬유를 성장시킬 면은 경면 연마를 진행하였다. 1. Metal titanium bulk material (size 10 x 10 x 1 mm 3 ) was used as the raw material and polished surface was used for nanofiber growth.
2. 이렇게 준비된 티타늄 벌크재는 10몰 농도의 NaOH 수용액 100ml와 함께 테프론(teflon) 병에 담고 응축기(condenser)를 연결한 후 130℃를 유지한 오일배스(oil bath)에 넣고 100시간까지 합성을 진행하였다.2. The titanium bulk material thus prepared is placed in a teflon bottle together with 100 ml of a 10 molar aqueous NaOH solution, and the resulting mixture is placed in an oil bath maintained at 130 ° C. and synthesized for 100 hours. Respectively.
3. 합성된 나노섬유를 pH 7 내지 8 정도가 되도록 충분한 양의 물로 수세하고, 0.1몰 농도의 HCl 용액에 넣어 6시간 정도 유지한 후 다시 pH 7 내지 8정도가 되도록 물로 수세하여 티타네이트(H2TinO2n+1, n은 3 또는 4) 나노섬유 합성을 완료하였다. 이 때 합성된 나노섬유의 지름은 약 10nm 내지 100nm 정도이고 길이는 0.1cm 내지 5cm 정도였다. 3. The synthesized nanofibers were washed with a sufficient amount of water to a pH of about 7 to 8, and the mixture was kept in an HCl solution of 0.1 molar concentration for about 6 hours, and then washed with water to a pH of about 7 to 8 to obtain titanate 2 Ti n O 2n + 1 , n is 3 or 4) nanofibers. The diameter of the synthesized nanofiber was about 10 nm to 100 nm and the length was about 0.1 cm to 5 cm.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (13)
상기 티타늄 벌크재를 알카리 수용액에 침지한 후 수열합성에 의하여 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 합성하는 단계;를 포함하고,
상기 티타늄 벌크재는 상기 나노 구조체가 합성되는 동안 전부 소진되지는 않고 상기 알카리 수용액 내에 잔존할 수 있도록 제공되고,
상기 티타늄 벌크재는, 분말 형태가 아니라 플레이트 형태 또는 와이어 형태를 가지는, 순수 티타늄 벌크재 또는 티타늄 합금 벌크재를 포함하는,
나노 구조체의 제조방법.Providing a titanium bulk material; And
And dipping the titanium bulk material in an alkaline aqueous solution to synthesize a titanium oxide-based nanostructure by hydrothermal synthesis,
The titanium bulk material is provided so that it can remain in the aqueous alkaline solution without being completely exhausted during the synthesis of the nanostructure,
The titanium bulk material may be a pure titanium bulk material or a titanium alloy bulk material having a plate or wire form,
A method for producing a nanostructure.
상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는 지름이 10nm 이상이고 길이는 0.1cm 이상으로서, 지름이 10nm 내지 100nm이고 길이는 0.1㎛ 내지 5㎛인 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체보다 종횡비(aspect ratio)가 더 큰, 나노 구조체의 제조방법. The method according to claim 1,
Wherein the titanium oxide-based nanostructure has a diameter of 10 nm or more and a length of 0.1 cm or more, an aspect ratio larger than that of a titanium oxide-based nanostructure having a diameter of 10 nm to 100 nm and a length of 0.1 to 5 μm, A method for producing a nanostructure.
상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는 티타늄 산화물 계열의 나노 섬유를 포함하는, 나노 구조체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the titanium oxide-based nanostructure comprises titanium oxide-based nanofibers.
상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는 티타늄 산화물 계열의 나노 튜브, 나노 로드, 나노 와이어 또는 나노 리본을 포함하는, 나노 구조체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the titanium oxide-based nanostructure comprises a titanium oxide-based nanotube, a nanorod, a nanowire, or a nanoribbon.
상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는 층상 구조의 티타네이트가 일측에서 타측으로 말리면서 형성된 구조체를 포함하는, 나노 구조체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the titanium oxide-based nanostructure includes a structure in which a layered titanate is dried from one side to the other side.
상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체는 티타네이트 나노 구조체 또는 티타니아 나노 구조체를 포함하는, 나노 구조체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the titanium oxide-based nanostructure comprises a titanate nanostructure or a titania nanostructure.
상기 티타늄 벌크재는 상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체가 합성되는 면이 경면 연마된, 나노 구조체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the titanium bulk material is mirror-polished on a surface where the titanium oxide-based nanostructure is synthesized.
상기 알카리 수용액은 100℃ 내지 200℃의 온도를 가지며, 5몰 내지 120몰의 농도를 가지며, NaOH 수용액, KOH 수용액, LiOH 수용액, RbOH 수용액, Mg(OH)2 수용액, Sr(OH)2 수용액, Ba(OH)2 수용액 및 CeOH 수용액으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는, 나노 구조체의 제조방법.The method according to claim 1,
The alkaline aqueous solution has a temperature of 100 ℃ to 200 ℃, having a concentration of 5 mol to 120 mol, NaOH aqueous solution, KOH aqueous solution, LiOH solution, RbOH aqueous Mg (OH) 2 aqueous solution, Sr (OH) 2 aqueous solution, Ba (OH) 2 aqueous solution and CeOH And an aqueous solution containing at least one selected from the group consisting of:
상기 알카리 수용액은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)을 함유하는 금속 나노입자를 더 포함하는, 나노 구조체의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the alkaline aqueous solution further comprises metal nanoparticles containing gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt) or palladium (Pd).
상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 합성하는 단계는, 상기 티타늄 벌크재를 알카리 수용액에 침지한 후 20시간 내지 150시간 동안 수열합성하는 단계를 포함하는, 나노 구조체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of synthesizing the titanium oxide-based nanostructure comprises hydrothermally synthesizing the titanium bulk material for 20 to 150 hours after immersing the titanium bulk material in an aqueous alkaline solution.
상기 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 산처리하는 단계; 및
상기 산처리된 티타늄 산화물 계열의 나노 구조체를 수세하는 단계;를 더 포함하는, 나노 구조체의 제조방법.The method according to claim 1,
Acid-treating the titanium oxide-based nanostructure; And
And washing the acid-treated titanium oxide-based nanostructure with water.
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| KR20130148803A KR101507930B1 (en) | 2013-12-02 | 2013-12-02 | Nano structure and method of fabricating the same |
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|---|---|---|---|---|
| US10070515B2 (en) | 2015-08-10 | 2018-09-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Transparent electrode using amorphous alloy and method of manufacturing the same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006089307A (en) * | 2004-09-21 | 2006-04-06 | Inax Corp | Method of producing titania nanotube |
| JP2006240949A (en) | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Kyoto Univ | Titanium oxide-based nanoproduct and method for manufacturing the same |
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2013
- 2013-12-02 KR KR20130148803A patent/KR101507930B1/en active
Patent Citations (2)
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| JP2006089307A (en) * | 2004-09-21 | 2006-04-06 | Inax Corp | Method of producing titania nanotube |
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