KR101529140B1 - 헥사고날 텅스텐 브론즈, 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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중앙대학교 산학협력단
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Abstract

본원은, 헥사고날 구조를 가지는 텅스텐 브론즈의 제조 방법, 및 이에 의해 제조된 텅스텐 브론즈를 제공한다.

Description

헥사고날 텅스텐 브론즈, 및 그의 제조 방법{HEXAGONAL TUNGSTEN BRONZE, AND PREPARING METHOD OF THE SAME}
본원은, 헥사고날 구조를 가지는 텅스텐 브론즈의 제조 방법, 및 이에 의해 제조된 텅스텐 브론즈에 관한 것이다.
심각한 에너지 부족으로 인해, 낮은 에너지 소비를 통한 에너지 자원의 효율적인 사용과 대체 에너지 개발이 중요시되고, 편리하고 빠르게 생체 신호를 모니터 할 수 있는 기술이 주목 받음에 따라, 에너지 분야 또는 생체 신호 모니터 분야는 최근 들어 높은 관심을 받고 있다.
텅스텐 브론즈는 근적외선(약 780 nm 내지 약 2,500 nm)을 흡수하는 능력과 정공 전달 특성이 뛰어난 물질로서, 이를 이용하여 스마트 윈도우, 맥박 산소 측정기, 유기 태양전지 등에 적용이 가능하다. 세계적으로, 스마트 윈도우 시장의 경우, 2016년 까지 시장 규모가 약 42 억달러까지 성장할 것으로 예상되며, 맥박 산소 측정기를 포함한 국내 생체 신호 모니터 시장 규모는 약 270 억원 수준으로 앞으로 많은 수요에 따라 지속적으로 시장 규모가 성장할 것으로 예측되며, 유기 태양전지의 경우 아직 상용화 단계는 아니지만, 텅스텐 브론즈의 적용으로 인한 효율 향상 효과를 기대할 수 있다. 하지만, 현재까지는 텅스텐 브론즈의 합성에 관한 연구에만 집중되어 있으며, 텅스텐 브론즈는 근적외선 흡수 능력과 뛰어난 정공 전달을 통해 보다 다양한 분야에 적용이 가능함에도 불구하고, 적용 분야에 대한 연구가 주로 스마트 윈도우에만 한정되어 있었다.
대한민국 공개특허 제2011-0132860호는 산화 텅스텐 나노 분말의 제조 방법에 관한 것으로서, 불포화 지방산을 이용한 수열 합성법에 의해 산화 텅스텐-함유된 나노 분산졸의 제조 방법에 관한 것이다. 최근, 텅스텐 브론즈를 수열 합성법을 통해 나노구조물 형태로 합성하여 응용하려는 연구가 계속되고 있지만, 여러 분야에 응용할 수 있는 텅스텐 브론즈 나노막대의 효율적인 크기 조절에 관한 연구는 아직 미흡하여 텅스텐 브론즈의 뛰어난 특성에도 불구하고, 여러 분야에 적용이 되지 않고 있는 실정이다.
이와 같은 문제를 해결하고자, 수열 합성을 통해 수득되는 텅스텐 브론즈 나노막대의 크기를 조절함으로써 추가 공정 없이 다양한 분야에 적용하기 위한 중요한 요소로 각각의 분야들이 요구하는 크기로 텅스텐 브론즈 나노막대의 크기를 조절할 수 있다.
본원은, 헥사고날 구조를 가지는 텅스텐 브론즈의 제조 방법, 및 이에 의해 제조된 텅스텐 브론즈를 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 금속-텅스테이트 및 금속 염을 포함하는 수용액에 음이온 작용기를 포함하는 고분자를 첨가하여 수열 합성을 수행함으로써 금속-텅스테이트 나노막대를 합성하는 단계; 및, 상기 금속-텅스테이트 나노막대를 환원시켜 텅스텐 브론즈를 수득하는 단계를 포함하는, 헥사고날 텅스텐 브론즈의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 방법에 의해 제조되고, 헥사고날 구조를 가지는, 텅스텐 브론즈를 제공한다.
본원에 의하면, 텅스텐 브론즈의 환원 전 물질인 금속-텅스테이트를 합성하는데 있어 음이온 작용기를 포함하는 고분자의 입체장해(steric hindrance)와 전해질 효과, 및 상기 고분자의 농도를 조절함으로써 추가 공정 없이 금속-텅스테이트 나노막대를 원하는 크기로 조절할 수 있으며, 최종적으로 상기 고분자의 농도에 따라 크기가 조절된 상기 금속-텅스테이트 나노막대를 환원시킴으로써 텅스텐 브론즈 나노막대의 크기를 용이하게 조절할 수 있어 텅스텐 브론즈가 보다 다양한 분야에 적용이 가능하도록 한다.
도 1은, 본원의 일 구현예에 따른 헥사고날 구조를 가지는 텅스텐 브론즈의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는, 본원의 일 구현예에 따른 금속-텅스테이트의 수열 합성 과정 중, 음이온 작용기를 포함하는 고분자의 첨가에 따른 합성 과정을 나타낸 것이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 따라 설포네이트기를 포함하는 고분자를 첨가하여 합성된 소듐-텅스테이트 나노막대의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4e는, 본원의 일 실시예에 따라 설포네이트기를 포함하는 고분자의 농도가 각각 약 0 몰, 약 1.5 밀리몰, 약 3.0 밀리몰, 약 4.5 밀리몰, 및 약 6.0 밀리몰인 경우 제조된 소듐-텅스테이트 나노막대의 FE-SEM 이미지이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 따른 설포네이트기를 포함하는 고분자의 농도에 따른 소듐-텅스테이트 나노막대의 크기 변화를 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B" 를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 용어 “텅스텐 브론즈 (tungsten bronze)”는 알칼리 금속을 채널로서 포함한 텅스텐 산화물의 결정으로서, 상기 알칼리 금속은 헥사고날 채널 내에 삽입되며, 전자를 텅스텐 산화물의 전도대로 보내고, 풍부한 자유 전자로 인해 표면 플라즈몬 폴라리톤(plasmon polariton)을 제조하며, 일반식 M x WO3(0<x≤1)로 표시되는 화합물이다. 상기 텅스텐 브론즈는 금속상의 광택이 있고 도전성을 보이는 특성을 가지며, 이러한 특성이 브론즈와 흡사하여 텅스텐 브론즈라고 불리우고 있으며, 근적외선을 흡수하고 정공 전달 특성이 우수하다.
본원 명세서 전체에서, 용어 “헥사고날 (hexagonal)”구조는 동일 평면 상에서 서로 60°로 교차하는 3 개의 수평축, 및 이들과 직교하면서 길이가 다른 수직축을 가진 결정 구조를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 금속-텅스테이트 및 금속 염을 포함하는 수용액에 음이온 작용기를 포함하는 고분자를 첨가하여 수열 합성을 수행함으로써 금속-텅스테이트 나노막대를 합성하는 단계; 및, 상기 금속-텅스테이트 나노막대를 환원시켜 텅스텐 브론즈를 수득하는 단계를 포함하는, 헥사고날 구조를 가지는 텅스텐 브론즈의 제조 방법을 제공한다.
본원에 따른 헥사고날(hexagonal) 구조를 가지는 텅스텐 브론즈의 제조 방법은, 도 1의 흐름도에 도시된 바와 같이, 먼저 금속-텅스테이트 및 금속 염을 포함하는 수용액을 준비한다(S100).
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속-텅스테이트에 포함된 상기 금속은 Na, Cs, K, Rb, Tl, Ba, In, Li, Ca, Sr, Fe, Sn, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 금속 원소들은 이온 반경이 크며, 상기 금속 원소를 첨가하여 금속-텅스테이트를 합성할 때, 합성된 상기 금속-텅스테이트가 헥사고날 구조를 가지는 결정으로서 용이하게 형성될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 염은 상기 금속의 황산염, 인산염, 질산염, 초산염, 탄산염, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 염에 포함된 상기 금속은 Na, Cs, K, Li, Rb, Cu, Mg, Pb, Fe, Zn, Ti, Ba, In, Al, Hg, Cd, V, Mn, Sr, Ni, Co, Cr, Sn, Ca, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 염으로서, 소듐 설페이트(Na2SO4)를 사용할 경우, 상기 Na2SO4 첨가에 의한 높은 농도의 Na+는 반응 혼합물 내에서 열역학적으로 준안정성을 나타내는 헥사고날 핵(nuclei)을 안정화시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 금속-텅스테이트 및 금속 염을 포함하는 수용액은 상기 금속-텅스테이트 및 상기 금속 염을 용해시킨 후, 황산을 이용하여 상기 수용액의 pH를 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 수용액의 pH는 약 5 이하, 약 3 이하, 약 2 이하, 또는 약 1.5 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이어서, 상기 수용액에 음이온 작용기를 포함하는 고분자를 첨가하여 수열 합성을 수행함으로써 금속-텅스테이트 나노막대를 합성한다(S200).
상기 수열 합성은 약 10 bar 내지 약 20 bar (1 기압 = 0.980665 bar)의 압력 하에서, 약 150℃ 내지 약 250℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 수열 합성 시 압력은, 약 10 bar 내지 약 20 bar, 약 13 bar 내지 약 20 bar, 약 15 bar 내지 약 20 bar, 약 18 bar 내지 약 20 bar, 약 10 bar 내지 약 18 bar, 약 13 bar 내지 약 18 bar, 약 15 bar 내지 약 18 bar, 약 10 bar 내지 약 15 bar, 약 13 bar 내지 약 15 bar, 또는 약 10 bar 내지 약 13 bar일 수 있으며, 바람직하게는 약 15 bar 내지 약 18 bar일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 수열 합성이 수행되는 온도는 약 150℃ 내지 약 250℃, 약 170℃ 내지 약 250℃, 약 200℃ 내지 약 250℃, 약 230℃ 내지 약 250℃, 약 150℃ 내지 약 230℃, 약 170℃ 내지 약 230℃, 약 200℃ 내지 약 230℃, 약 150℃ 내지 약 200℃, 약 170℃ 내지 약 200℃, 또는 약 150℃ 내지 약 170℃일 수 있으며, 바람직하게는 약 195℃ 내지 약 215℃일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 수열 합성법을 이용하여 금속-텅스테이트를 합성할 경우, 최종 생성물의 수득율이 높고, 균일한 입도의 헥사고날 결정상을 갖는 금속-텅스테이트 나노막대를 수득할 수 있으며, 상기 금속-텅스테이트 나노막대의 크기를 용이하게 조절할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 음이온 작용기를 포함하는 고분자는 설포네이트기, 포스페이트기, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 음이온 작용기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 음이온 작용기를 포함하는 고분자는 PSS(polystyrene sulfonate), PVS(poly vinyl sulfonate), PIPPA(poly isopropenyl phosphate), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속-텅스테이트 나노막대를 합성하는 단계에서, 상기 음이온 작용기를 포함하는 고분자의 농도에 의해 상기 금속-텅스테이트 나노막대의 길이가 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 고분자의 농도는 약 1.0 밀리몰 내지 약 6.0 몰일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자의 농도는 약 1.0 밀리몰 내지 약 6.0 밀리몰, 약 1.5 밀리몰 내지 약 6.0 밀리몰, 약 3.0 밀리몰 내지 약 6.0 밀리몰, 약 4.5 밀리몰 내지 약 6.0 밀리몰, 약 1.0 밀리몰 내지 약 4.5 밀리몰, 약 1.5 밀리몰 내지 약 4.5 밀리몰, 약 3.0 밀리몰 내지 약 4.5 밀리몰, 약 1.0 밀리몰 내지 약 3.0 밀리몰, 약 1.5 밀리몰 내지 약 3.0 밀리몰, 또는 약 1.0 밀리몰 내지 약 1.5 밀리몰일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 음이온 작용기를 포함하는 고분자의 농도가 각각 약 1.5 밀리몰 및 약 3.0 밀리몰일 때, 상기 금속-텅스테이트 나노막대의 크기는 약 6 μm까지 성장할 수 있으며, 상기 음이온 작용기를 포함하는 고분자의 농도가 약 6.0 밀리몰 이상일 때, 상기 금속-텅스테이트 나노막대의 크기는 약 400 nm까지 감소할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속-텅스테이트 나노막대는 약 400 nm 내지 약 6,000 nm 범위에서 길이가 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속-텅스테이트 나노막대는 약 400 nm 내지 약 6,000 nm, 약 800 nm 내지 약 6,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 6,000 nm, 약 3,000 nm 내지 약 6,000 nm, 약 5,000 nm 내지 약 6,000 nm, 약 400 nm 내지 약 5,000 nm, 약 800 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 3,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 400 nm 내지 약 3,000 nm, 약 800 nm 내지 약 3,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 3,000 nm, 약 400 nm 내지 약 1,500 nm, 약 800 nm 내지 약 1,500 nm, 또는 약 400 nm 내지 약 800 nm 범위에서 상기 금속-텅스테이트 나노막대의 길이가 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이어서, 상기 금속-텅스테이트 나노막대를 환원시킨다(S300).
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속-텅스테이트 나노막대의 환원은 열처리를 이용하여 수행되는 것일 수 있으며, 상기 열처리는 수소가스를 이용하여 약 500℃ 내지 약 600℃의 고온에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리는 약 500℃ 내지 약 600℃, 약 520℃ 내지 약 600℃, 약 540℃ 내지 약 600℃, 약 560℃ 내지 약 600℃, 약 580℃ 내지 약 600℃, 약 500℃ 내지 약 580℃, 약 520℃ 내지 약 580℃, 약 540℃ 내지 약 580℃, 약 560℃ 내지 약 580℃, 약 500℃ 내지 약 560℃, 약 520℃ 내지 약 560℃, 약 540℃ 내지 약 560℃, 약 500℃ 내지 약 540℃, 약 520℃ 내지 약 540℃, 또는 약 500℃ 내지 약 520℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있으며, 바람직하게는 약 540℃ 내지 약 560℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 방법에 의해 제조되고 헥사고날 구조를 가지는 텅스텐 브론즈를 제공한다. 예를 들어, 텅스텐 브론즈에서는 그 구조에 따라 광학특성이 변하는데, 특히, 근적외선 영역의 빛 흡수 영역은 상기 헥사고날 구조에서 가장 장파장 측인 경향이 있으며, 가시광 영역의 흡수도 적다. 따라서, 가시광선을 투과시키는 투명 도전막 등에는 헥사고날 구조의 텅스텐 산화물이 바람직할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 텅스텐 브론즈는 상기 음이온 작용기를 포함하는 고분자의 농도에 따라 크기가 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 음이온 작용기를 포함하는 고분자의 농도는 약 1.0 밀리몰 내지 약 6.0 밀리몰일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 약 400 nm 이하의 짧은 금속-텅스테이트 나노막대를 환원시켜 형성된 상기 텅스텐 브론즈가 유무기 하이브리드 태양전지의 활성층에 사용될 수 있다. 또한, 상기 텅스텐 브론즈가 길이가 길고 폭이 좁은 금속-텅스테이트 나노막대로부터 환원되어 형성됨으로써 기판(기재)에 정렬되어 증착된 후 근적외선을 흡수할 때, 전류가 흐르는 광트랜지스터를 제작할 수 있다.
이하, 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
[ 실시예 ]
도 2는 금속-텅스테이트 나노막대의 수열 합성 과정 중, 음이온 작용기를 포함하는 고분자의 첨가에 따른 합성 과정을 나타낸 것이다.
본 실시예에서는, 먼저, 15 mL의 탈이온수에 금속-텅스테이트로서 약 0.002 몰의 텅스텐산 나트륨·수화물(dihydrate)[Na2WO4·2H2O, Alfa Aesar]과 금속 염으로서 약 0.004 몰의 소듐 설페이트(Na2SO4, Sigma-Aldrich Co.)를 용해시켰다.
그 후, 황산(H2SO4)을 이용하여, 상기 용해된 용액의 pH를 1.5로 조정하였다.
pH를 조정한 상기 용액에 음이온 작용기를 포함한 고분자로서, 설포네이트기를 포함하는 고분자인 PSS를 각각 약 0 몰, 약 1.5 밀리몰, 약 3.0 밀리몰, 약 4.5 밀리몰, 및 약 6.0 밀리몰 (MW = 70 kDa, Sigma-Aldrich Co.)을 첨가한 후 투명해질 때까지 교반하여 상기 용액 내에 용해시켰다.
상기 용액을 250 mL의 오토 클레이브 테프론 용기에 넣은 후, 약 200℃, 약 16 bar에서 약 24 시간 동안 수열 합성시켜 소듐-텅스테이트 나노막대를 형성시켰다.
약 24 시간이 지난 후, 상기 소듐-텅스테이트를 원심 분리기(한일과학산업 combi 514R)를 이용하여 물과 에탄올 용매를 이용하여 각각 3 번씩 세척하였다.
도 3은 본 실시예에 따른 상기 PSS를 첨가하여 합성된 상기 소듐-텅스테이트 나노막대의 XRD 분석 결과로서, 상기 합성법에 의해 헥사고날 구조를 가지는 소듐-텅스테이트 나노막대가 성공적으로 합성되었음을 확인하였다.
도 4a 내지 도 4e는 본 실시예에 따라 상기 PSS의 농도가 각각 약 0 몰, 약 1.5 밀리몰, 약 3.0 밀리몰, 약 4.5 밀리몰, 및 약 6.0 밀리몰일 때 제조된 소듐-텅스테이트 나노막대의 FE-SEM 이미지로서, 상기 PSS 농도가 약 0 몰일 때 생성되는 소듐-텅스테이트 나노막대의 크기는 약 5 μm 였으며, 약 1.5 밀리몰의 PSS 농도에서 약 5.5 μm, 약 3.0 밀리몰의 PSS 농도에서 약 6 μm으로 증가하였다. 더욱 많은 양의 Na2SO4 등을 첨가함으로써 결정 유도(structure-directing) 효과를 높이면 상기 소듐-텅스테이트 나노막대의 길이도 성장할 것이라 예상하였지만, 약 4.5 밀리몰 및 약 6.0 밀리몰의 PSS 농도에서, 상기 소듐-텅스테이트 나노막대의 성장은 도 4d 및 도 4e 에서와 같이 감소하였다. 상기 소듐-텅스테이트 나노막대의 크기 감소는 상기 PSS의 입체장해로부터 기인되었다고 여겨졌다. 상기 PSS의 농도가 일정 수준 이상으로 높을 경우, 상기 소듐-텅스테이트 입자는 치밀하게 오버랩된 PSS 고분자 체인을 통과하여 이동하기가 어려워지며, 그 결과 상기 소듐-텅스테이트 나노막대의 결정 성장이 상당히 지연됨을 알 수 있었다.
도 5는 본 실시예에 따른 상기 PSS의 농도에 따른 소듐-텅스테이트 나노막대의 크기 변화를 그래프로서 나타낸 것으로서, 상기 PSS의 농도가 약 1.5 밀리몰 내지 약 3.0 밀리몰에서는 상기 소듐-텅스테이트 나노막대의 길이가 성장하지만, 약 3.0 밀리몰 이후부터는 상기 소듐-텅스테이트 나노막대의 길이가 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
상기 소듐-텅스테이트 나노막대를 환원시키기 위해, 상기 소듐-텅스테이트를 열적 CVD (thermal CVD) 챔버 내에 삽입한 후, 외부 공기와 차단되도록 상기 열적 CVD 챔버의 입구를 봉쇄하였다. 그 후, 상기 열적 CVD 챔버 내의 공기 중 산소를 제거하고 로타리 펌프(rotary pump)를 작동하여 상기 열적 CVD 챔버 내를 진공상태로 만든 후, 아르곤 가스를 주입하였다. 상기 열적 CVD 챔버에 약 10 분 간 산소 제거 과정을 거치고 승온시켜서 약 350℃ 이상으로 온도가 상승하면 아르곤과 수소의 중량비가 약 5:95가 되도록 설정하며, 약 550℃에서 약 1 시간 유지시켜 상기 소듐-텅스테이트 나노막대의 환원을 수행하였다. 약 1 시간 동안의 환원 과정을 거친 후, 상기 열적 CVD 챔버 내 분위기를 아르곤으로 변경한 후 상온으로 급냉시켜 입자를 합성하였다. 상기 환원 공정을 통해 텅스텐 브론즈가 합성되었으며, 금속-텅스테이트의 수열 합성 반응 시, 상기 금속-텅스테이트 나노막대의 크기를 조절함으로써 이를 이용하여 형성된 상기 텅스텐 브론즈 나노막대의 크기 또한 효과적으로 조절할 수 있음을 알 수 있었다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 금속-텅스테이트 및 금속 염을 포함하는 수용액에 음이온 작용기를 포함하는 고분자를 첨가하여 수열 합성을 수행함으로써 금속-텅스테이트 나노막대를 합성하는 단계; 및,
    상기 금속-텅스테이트 나노막대를 열처리에 의해 환원시켜 텅스텐 브론즈를 수득하는 단계
    를 포함하는, 헥사고날 텅스텐 브론즈(hexagonal tungsten bronze)의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속-텅스테이트에 포함된 상기 금속은 Na, Cs, K, Rb, Tl, Ba, In, Li, Ca, Sr, Fe, Sn, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 헥사고날 텅스텐 브론즈의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 염은 황산염, 인산염, 질산염, 초산염, 탄산염, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 헥사고날 텅스텐 브론즈의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 염에 포함된 상기 금속은 Na, Cs, K, Li, Rb, Cu, Mg, Pb, Fe, Zn, Ti, Ba, In, Al, Hg, Cd, V, Mn, Sr, Ni, Co, Cr, Sn, Ca, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 헥사고날 텅스텐 브론즈의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 음이온 작용기를 포함하는 고분자는 설포네이트기, 포스페이트기, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 음이온 작용기를 포함하는 것인, 헥사고날 텅스텐 브론즈의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속-텅스테이트 나노막대를 합성하는 단계에서, 상기 음이온 작용기를 포함하는 고분자의 농도에 의해 상기 금속-텅스테이트 나노막대의 길이가 조절되는 것인, 헥사고날 텅스텐 브론즈의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속-텅스테이트 나노막대의 길이는 400 nm 내지 6,000 nm 범위에서 조절되는 것인, 헥사고날 텅스텐 브론즈의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리는 500℃ 내지 600℃의 온도에서 수행되는 것인, 헥사고날 텅스텐 브론즈의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
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