KR101902618B1 - 다공성 구조체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

다공성 구조체 및 그 제조 방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 다공성 구조체는 플루오린(fluorine) 및 페닐기(phenyl group) 중 적어도 하나를 함유하는 알루미늄 산화물(ex, 알루미나)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 다공성 구조체는 플루오린이 함유된 알루미나를 포함하거나, 페닐기가 함유된 알루미나를 포함할 수 있다. 상기 다공성 구조체의 제조 방법은 플루오린 및 페닐기 중 적어도 하나를 함유하는 알루미늄 전구체를 마련하는 단계, 상기 전구체를 용매에 혼합하여 전구체 용액을 마련하는 단계 및 상기 전구체 용액으로부터 겔화(gelation) 공정을 통해 다공성 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

다공성 구조체 및 그 제조 방법{Porous structure and method of fabricating the same}
본 발명은 다공성 재료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다공성 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
나노기공 구조체(nanoporous structure)는 다량의 기공들이 분포된 3차원 네트워크 구조를 갖고, 높은 기공률로 인하여 수백 ㎡/g 이상의 비표면적과 낮은 열전도도(예컨대, 약 3 mW/mk 이하)를 가질 수 있다. 또한, 다량의 기공들로 인하여 낮은 유전상수 및 낮은 굴절률 특성을 나타낼 수 있다. 따라서, 나노기공 구조체는 단열(초단열) 소재, 방음 재료, 촉매 재료, 슈퍼커패시터 재료, 전극 재료 등 많은 분야에 유용하게 응용될 수 있다.
그러나, 나노기공 구조체의 우수한 물성과 다양한 응용 가능성에도 불구하고, 아직까지 그 활용이 매우 미비한 상황이다. 특히, 낮은 기계적 강도로 인하여 나노기공 구조체의 응용이 크게 제한되고 있다. 나노기공 구조체의 기계적 강도를 향상시키기 위한 방법으로는 나노기공 구조체와 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral)(PVB), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone)(PVP), APTES(3-aminopropyl triethoxysilane), BADGE(bisphenol a diglycidyl ether) 등의 폴리머를 복합화하는 방법, 나노기공 구조체와 섬유(fiber)를 복합화하여 나노기공 구조체 블랭킷(nanoporous structure blanket)을 형성하는 방법이 연구되고 있다. 그러나 폴리머를 이용할 경우, 강도 특성이 향상될 수 있지만 열 안정성이 낮아지는 문제가 있고, 나노기공 블랭킷의 경우에도 복합화된 섬유의 특성상 열 안정성이 떨어지는 문제가 있다. 이와 같이, 나노기공 구조체의 낮은 기계적 강도를 강화하기 위한 여러 연구들이 진행되어 왔으나, 첨가물(폴리머, 섬유 등)로 인한 열 안정성 저하 및 기공률 감소에 따른 비표면적 감소, 열전도도 상승, 또는 밀도 상승의 특성 저하를 동반하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 비표면적 또는 열전도도의 특성을 저하시키지 않으면서 기계적 강도와 유연성을 향상시킨 다공성 구조체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 전술한 이점을 갖는 다공성 구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고온 안정한 불활성기인 플루오린 또는 페닐기를 갖는 알루미늄 산화물의 3차원 네트워크 구조에 의하여 비표면적 및 열전도도의 특성 저하 없이 기계적 강도가 강화된 다공성 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 폴리머(바인더)나 섬유의 첨가물을 사용하지 않더라도 기계적 강도가 강화되기 때문에 경제적인 다공성 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 우수한 열 안정성 및 유연한 특성을 갖고, 이와 동시에, 높은 기공률, 높은 비표면적, 낮은 열전도도, 우수한 기계적 강도를 갖는 다공성 구조체를 구현할 수 있다. 또한, 소수성을 갖는 다공성 구조체가 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체를 보여주는 도면이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체의 제조 순서를 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
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 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도면에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수로 기재되어 있다 하더라도, 문맥상 단수를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이란 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 기판 또는 다른 층 "상에(on)" 형성된 층에 대한 언급은 상기 기판 또는 다른 층의 바로 위에 형성된 층을 지칭하거나, 상기 기판 또는 다른 층 상에 형성된 중간 층 또는 중간 층들 상에 형성된 층을 지칭할 수도 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 숙련된 자들에게 있어서, 다른 형상에 "인접하여(adjacent)" 배치된 구조 또는 형상은 상기 인접하는 형상에 중첩되거나 하부에 배치되는 부분을 가질 수도 있다.
본 명세서에서, "아래로(below)", "위로(above)", "상부의(upper)", "하부의(lower)", "수평의(horizontal)" 또는 "수직의(vertical)"와 같은 상대적 용어들은, 도면들 상에 도시된 바와 같이, 일 구성 부재, 층 또는 영역들이 다른 구성 부재, 층 또는 영역과 갖는 관계를 기술하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 표시된 방향뿐만 아니라 소자의 다른 방향들도 포괄하는 것임을 이해하여야 한다. 또한, 도면의 부재들의 참조 부호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부재를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체(100)를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 다공성 구조체(100)는 서로 연결된 3차원 네트워크 구조를 가지며, 상기 3차원 네트워크 구조를 구성하는 골격들(frames) 사이 및 그 주위에 기공들이 형성될 수 있다. 다공성 구조체(100)는 플루오린(fluorine)(F) 및 페닐기(phenyl group)(C6H5-) 중 적어도 하나를 함유하는 알루미늄 산화물을 포함할 수 있다. 그에 따라, 다공성 구조체(100)는 플루오린 또는 페닐기가 함유된 알루미나(alumina)를 주요 구성물질로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 다공성 구조체(100)는 폴리머(바인더)나 섬유와 같은 별도의 보강을 위한 첨가물(additive)없이 알루미늄 산화물의 선형 구조가 인접 선형 구조와 서로 일체화되어 연결되면서 3차원의 네트워크 골격을 형성한다.
다공성 구조체(100)는 이에 함유된 플루오린 및/또는 페닐기에 의해 우수한 기계적 강도를 가질 수 있고, 이와 동시에 기공을 갖는 3차원 네트워크 구조에 의해 유연성(flexibility)한 특성을 가질 수 있다. 이는 상기 플루오린 또는 페닐기가 3차원 네트워크 구조 내에서 결함과 같이 작용하거나 유연성 있는 탄성체와 같이 작용하기 때문인 것으로 추측된다. 다공성 구조체(100)가 유연성을 갖는다는 것은 다공성 구조체(100)에 외력이 인가될 때, 어느 정도 수준의 외력까지는 이에 순응하여 다공성 구조체(100)가 휘어졌다가 상기 외력이 제거될 때 원상태로 복원될 수 있다는 것을 의미한다.
다공성 구조체(100)의 기공률은 10% 내지 99%의 범위 내이고, 바람직하게는 70% 내지 95%의 범위 내일 수 있으며, 요구되는 강도와 유연성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 다공성 구조체(100)가 높은 기공률을 갖는 경우, 다공성 구조체(100)는 에어로겔(aerogel)이라 할 수 있다. 상기 기공률이 클수록 경도는 감소되지만 연성은 강화될 수 있고, 기공률이 작아질수록 경도는 증가하면서 유연성은 약화될 수 있다. 그러나, 어느 경우에나, 본 발명의 실시예에 따르면, 3차원 네트워크 구조에 의해 높은 기공률을 가지면서도, 외부의 힘에 의해 쉽게 부서지거나 부러지지 않는 강도를 가질 수 있다.
다공성 구조체(100)는 상기 플루오린 및/또는 페닐기에 의해 우수한 열 안정성을 가질 수 있다. 예를 들면, 페닐기는 약 600 ℃ 보다 높은 연소점을 가질 수 있고, 플루오린도 페닐기와 유사하게 높은 연소점(약 600℃ 이상)을 가질 수 있다. 따라서, 플루오린 및/또는 페닐기를 함유한 알루미늄 산화물을 포함하는 다공성 구조체(100)는 약 500 ℃ 이상의 온도에서 붕괴 또는 분해되지 않는 고온 안정성을 가질 수 있다. 그러므로, 다공성 구조체(100)는 우수한 기계적 강도 및 유연한 특성을 가지면서도, 이와 동시에, 우수한 열적 안정성을 가질 수 있다.
또한, 다공성 구조체(100)가 폴리머(바인더)나 섬유와 같은 보강 첨가물을 포함하지 않는 경우, 상기 보강 첨가물에 의해 특성이 저하되는 문제, 예를 들면, 기공률 및 비표면적이 감소하고 열전도도 및 밀도가 상승하는 문제가 방지될 수 있다. 따라서, 다공성 구조체(100)는 높은 기공률, 높은 비표면적, 낮은 열전도도 및 낮은 밀도를 가질 수 있다.
다공성 구조체(100)는 약 350 ㎡/g 이상의 비표면적을 가질 수 있다. 다공성 구조체(100)의 비표면적은 약 400 ㎡/g 이상 또는 약 500 ㎡/g 이상으로 높을 수 있다. 또한, 다공성 구조체(100)는 약 0.03 W/mk 이하의 열전도도를 가질 수 있다. 다공성 구조체(100)의 열전도도는 약 0.01 W/mk 이하 또는 약 0.005 W/mk 이하로 낮을 수 있다. 한편, 다공성 구조체(100)의 평균 기공 직경(average pore diameter)은, 10 nm 내지 0.5 mm 의 범위 내일 수 있다. 다공성 구조체(100)의 기공들은 대체로 나노스케일(nanoscale)을 가질 수 있고, 이 경우, 다공성 구조체(100)는 '나노기공 구조체(nanopore structure)'라고 지칭될 수 있다. 경우에 따라, 다공성 구조체(100)의 기공들 중 일부는 마이크로스케일(microscale)을 가질 수도 있다.
일부 실시예에서, 다공성 구조체(100)는 이에 함유된 플루오린이나 페닐기에 의해 소수성(hydrophobic property)을 가질 수 있다. 다공성 구조체(100)가 소수성을 가질 때 수분 흡착에 의해 특성이 열화 또는 변성되는 문제를 감소 또는 억제할 수 있기 때문에, '소수성'은 다양한 응용 분야, 예를 들면 코팅 재료로 유용하게 작용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 구조체(100)는 고온 안정성과 유연성 및 우수한 기계적 강도를 가질 수 있고, 아울러, 높은 비표면적, 낮은 열전도도, 낮은 밀도(초경량성)와 소수성의 표면 특성을 가질 수 있다. 따라서, 다공성 구조체(100)는 기존의 나노기공 구조체의 다양한 문제점들을 해소하고, 상용화 가능성 및 활용 가치를 크게 개선할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 소정의 용기(이하, 제1 용기)(C1) 내에 고온에서 안정한 작용기(리간드)가 부착된 알루미늄 전구체(10)를 마련할 수 있다. 상기 고온에서 안정한 작용기는, 예컨대, 약 600℃ 이상의 연소점을 가질 수 있다. 상기 고온에서 안정한 작용기는 '고온 안정성을 갖는 불활성화기'라고 할 수 있다. 구체적인 예로, 상기 작용기는 플루오린(fluorine)(F) 및 페닐기(phenyl group)(C6H5-) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 작용기를 포함하는 알루미늄 전구체(10)는, 예를 들어, 플루오린 및 페닐기 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전구체일 수 있다. 상기 유기 전구체는, 예를 들면, 상기 플루오린 및 상기 페닐기가 결합된 트리메틸 알루미늄, 트리에틸 알루미늄, 디메틸알루미늄 하이드라이드, 디에틸하이드라이드알루미늄, 메틸디하이드로알루미늄, 알루미늄 트리-섹 부톡사이드(aluminum tri-sec butoxide), 알루미늄 트리이소프로폭시드(화학식: Al(OCH(CH3)2)3 또는 알킬 알루미늄 하이드라이드(화학식: [(CxHy)3-aAlHa]n (여기서, x는 1 내지 3의 값을 가지고, y는 2x+2이며, a는 1 내지 2의 값을 가지고, n은 1 내지 4의 값을 가짐)를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유기 전구체(10)는 상온에서 액상 또는 고상일 수 있다.
도 2b를 참조하면, 제2 용기(C2) 내에 소정의 용매(20)를 마련한 후, 전구체(10)를 용매(20)에 혼합하여 혼합 용액을 형성할 수 있다. 다음, 상기 혼합 용액에 대한 교반 공정을 수행할 수 있다. 그 결과, 도 2c에 도시된 바와 같은 전구체 용액(30)을 얻을 수 있다. 전구체 용액(30) 내에 전구체 물질이 균일하게 분산되거나 용해될 수 있다. 사용되는 용매(도 2b의 20)는 유기 용매일 수 있다. 구체적인 예로, 용매(20)는 메탄올, 에탄올, 또는 이소프로필알코올과 같은 알코올계 용매일 수 있다. 그러나 용매(20)의 종류는 상기 알코올계 용매에 한정되지 않고, 상기 유기 용매는, 예를 들면, 카보네이트계, 에테르계, 또는 케톤계 용매일 수 있다. 예를 들면, 상기 카보네이트계 용매는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 또는 부틸렌 카보네이트(BC)을 포함한다. 상기 에스테르계 용매는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 1,1-디메틸에틸 아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 또는, 카프 로락톤(caprolactone)을 포함할 수 있다.
상기 유기 용매의 다른 예인, 상기 에테르계 용매는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 또는 테트라히드로퓨란을 포함할 수 있으며, 상기 케톤계 용매는 시클로헥사논을 포함할 수 있다. 상기 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
도 2d를 참조하면, 일 실시예에서, 전구체 용액(30)에 소정의 촉매(5)가 더를 첨가될 수 있다. 촉매(5)는 전구체 물질의 가수분해 반응을 유발 및/또는 촉진할 수 있다. 촉매(5)는, 예컨대, 산 촉매(acid catalyst)일 수 있다. 구체적인 예로, 촉매(5)는 아세트산(acetic acid)(C2H4O2), 또는 질산(nitric acid)(HNO3)을 포함할 수 있다. 그러나, 촉매(5) 물질은 이에 한정되지 않고 다양하게 변화될 수 있다. 촉매(5)를 첨가한 후, 분산을 위해 교반 공정이 더 수행될 수 있다. 상기 교반 공정은 수백 rpm 정도, 예컨대, 약 400 rpm 정도의 속도로 수행할 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
촉매(5)에 의한 전구체 용액(30)의 가수분해 반응을 진행한 후, 축합 반응(condensation reaction)을 통한 겔화(gelation) 공정이 진행될 수 있다. 이러한 반응 공정(가수분해 반응 및 축합 반응)은 소정의 온도 및 압력에서 수행할 수 있다. 예를 들면, 약 200 ℃ 정도의 온도 및 약 150 bar 정도의 압력에서 상기한 반응 공정을 수행할 수 있다. 그러나, 이러한 온도 및 압력 조건은 예시적인 것에 불과하고, 반응 시간 및 반응 조건에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
이후, 전구체 용액(30)으로부터 겔화된 물질에 대한 소정의 건조 공정을 수행하여, 겔화된 물질로부터 용매를 제거할 수 있다. 그 결과, 도 1에 도시된 바와 같은 다공성 구조체(100)를 얻을 수 있다. 다공성 구조체(100)의 3차원 네트워크는 플루오린 및 페닐기 중 적어도 하나가 함유된 알루미늄 산화물(또는 알루미나)을 포함할 수 있다. 다공성 구조체(100)는 고온 안정성과 유연성 및 우수한 기계적 강도를 가질 수 있고, 아울러, 높은 비표면적, 낮은 열전도도, 낮은 밀도(초경량성)과 소수성의 표면 특성을 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전구체(10), 용매(20) 및 촉매(5)의 종류, 농도, 사용양 등을 제어함으로써 다공성 구조체(100)의 기공률, 기공 크기, 밀도, 기계적 강도가 조절할 수 있다. 예를 들면, 전구체(10)의 몰 농도 및 촉매(5)의 농도가 커질수록 기공률 및 기공 크기가 감소될 수 있으며, 그에 따라 경도가 증가될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명한 방법은 졸겔(sol-gel) 공정을 이용해서 다공성 구조체(100)를 제조하는 방법이라고 할 수 있다. 도 2a 내지 도 2d에서 설명한 구체적인 공정 조건들은 예시적인 것에 불과하고, 경우에 따라, 다양하게 변화될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 구조체의 제조 순서를 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 다공성 구조체의 제조 방법은 플루오린(fluorine) 및 페닐기(phenyl group) 중 적어도 하나를 함유하는 알루미늄 전구체를 마련하는 단계(S10), 상기 전구체를 소정 용매에 혼합하여 전구체 용액을 마련하는 단계(S20) 및 상기 전구체 용액으로부터 겔화(gelation) 공정을 통해 다공성 구조체를 형성하는 단계(S30)를 포함할 수 있다. S10 단계에서, 알루미늄 전구체로는, 알루미늄 전구체(10)는, 예를 들어, 플루오린 및 페닐기 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전구체일 수 있다. 상기 유기 전구체는, 예를 들면, 상기 플루오린 및 상기 페닐기가 결합된 트리메틸 알루미늄, 트리에틸 알루미늄, 디메틸알루미늄 하이드라이드, 디에틸하이드라이드알루미늄, 메틸디하이드로알루미늄, 알루미늄 트리-섹 부톡사이드(aluminum tri-sec butoxide), 알루미늄 트리이소프로폭시드(화학식: Al(OCH(CH3)2)3 또는 알킬 알루미늄 하이드라이드(화학식: [(CxHy)3- aAlHa]n (여기서, x는 1 내지 3의 값을 가지고, y는 2x+2이며, a는 1 내지 2의 값을 가지고, n은 1 내지 4의 값을 가짐)를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유기 전구체(10)는 상온에서 액상 또는 고상일 수 있다.
S20 단계에서, 용매로는 알코올계, 카보네이트계, 에테르계, 또는 케톤계 용매와 같은 유기 용매를 사용할 수 있다. S30 단계에서 형성되는 다공성 구조체는 플루오린 및 페닐기 중 적어도 하나가 함유된 알루미늄 산화물(알루미나)을 포함할 수 있다. 또한, S30 단계에서 전구체 용액에 소정의 촉매를 첨가하는 단계를 더 수행할 수 있다. 상기 촉매는, 예컨대, 아세트산(acetic acid)(C2H4O2)이나 질산(nitric acid)(HNO3) 등과 같은 산 촉매일 수 있다. 이러한 과정을 통해, 도 1 및 도 2e에서 설명한 바와 같은 다공성 구조체(100)를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 실시예들에 따른 다공성 구조체(100)는 단열(초단열) 재료, 방음 재료, 저유전 재료, 또는 가요성 전지의 분리막으로 적용될 수 있다. 또한, 다공성 구조체(100)는 첨단 전자기기 및 우주 재료까지 다양한 산업 분야에 여러 가지 목적으로 활용될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 구조체(100)는 기존의 단열 재료를 대체할 수 있는 친환경 소재로 활용될 수 있고, 이 경우, 개선된 단열 성능으로 인해 열 에너지 손실을 상당히 낮출 수 있을 것으로 기대된다. 나아가, 다공성 구조체(100)는 초경량성 및 초단열성의 특성을 갖기 때문에, 우주 산업에서 우주복이나 우주선 내부의 전자기기를 보호하는 소재로도 활용될 수 있다. 또한, 다공성 구조체(100)는 기존 플라스틱 제품의 일부를 대체할 수 있는 물질로 활용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 우수한 기계적 강도 및 유연성을 가지면서 높은 비표면적을 갖는 다공성 구조체(100)를 구현할 수 있기 때문에, 기존 나노기공 구조체의 다양한 문제점/단점들을 해소하고, 재료(즉, 다공성 구조체/나노기공 구조체)의 상용화 가능성 및 활용 가치를 크게 개선할 수 있다. 여기서 구체적으로 제시한 응용 분야들은 예시적인 것이고, 그 밖에 다른 분야에도 다양하게 활용될 수 있다. 부가해서, 다공성 구조체(100)의 형태 및 크기는 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, 다공성 구조체(100)는 벌크(bulk) 형태가 아닌 박막이나 파티클 형태를 가질 수 있고, 그 밖에도 다양한 형태를 가질 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1의 다공성 구조체 및 도 2a 내지 도 2e의 제조공정은 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 구체적인 예로, 전술한 실시예에서는 알루미늄(Al) 전구체 대신에 다른 물질을 사용하거나, 플루오린 및 페닐기 대신에 다른 작용기를 적용할 수도 있다. 이 경우, 제조되는 다공성 구조체(ex, 나노기공 구조체)의 물질 구성은 달라질 수 있다. 또한, 실시예들에 따른 다공성 구조체는 단열 재료나 방음 재료, 우주 재료 이외에도 다양한 분야에 여러 가지 목적으로 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
10 : 전구체 20 : 용매
30 : 전구체 용액 100 : 다공성 구조체
C1 : 제1 용기 C2 : 제2 용기

Claims (19)

  1. 3차원 네트워크 구조 내에 기공들이 분포된 다공성 구조체(porous structure)에 있어서,
    상기 3차원 네트워크 구조는 페닐기(phenyl group)를 함유하는 알루미늄 산화물을 포함하며,
    상기 다공성 구조체는 500℃ 이상의 온도에서 붕괴 또는 분해되지 않는 고온 안정성, 유연성 및 소수성(hydrophobic property)을 갖는 다공성 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 산화물은 플루오린(fluorine)을 더 포함하는 다공성 구조체.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다공성 구조체는 50 vol% 이상의 기공률을 갖는 다공성 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다공성 구조체는 350 ㎡/g 이상의 비표면적을 갖는 다공성 구조체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다공성 구조체는 0.03 W/mk 이하의 열전도도를 갖는 다공성 구조체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 다공성 구조체의 평균 기공 직경(average pore diameter)은 10 nm 내지 50 nm 범위 내인 다공성 구조체.
  9. 플루오린(fluorine) 및 페닐기(phenyl group) 중 적어도 하나를 함유하는 알루미늄 전구체를 마련하는 단계;
    상기 전구체를 용매에 혼합하여 전구체 용액을 마련하는 단계; 및
    상기 전구체 용액으로부터 겔화(gelation) 공정을 통해 플루오린 및 페닐기 중 적어도 하나가 함유된 알루미늄 산화물을 포함하는 3차원 네트워크 구조를 갖는 다공성 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 다공성 구조체의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 알루미늄 전구체는 상기 플루오린 및 상기 페닐기 중 적어도 하나를 함유하는 유기 전구체인 다공성 구조체의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유기 전구체는 트리메틸 알루미늄, 트리에틸 알루미늄, 디메틸알루미늄 하이드라이드, 디에틸하이드라이드알루미늄, 메틸디하이드로알루미늄, 알루미늄 트리-섹 부톡사이드(aluminum tri-sec butoxide), 알루미늄 트리이소프로폭시드(화학식: Al(OCH(CH3)2)3 또는 알킬 알루미늄 하이드라이드(화학식: [(CxHy)3-aAlHa]n (여기서, x는 1 내지 3의 값을 가지고, y는 2x+2이며, a는 1 내지 2의 값을 가지고, n은 1 내지 4의 값을 가짐)를 포함하는 다공성 구조체의 제조 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 용매는 알코올계, 카보네이트계, 에테르계 또는 케톤계 용매인 다공성 구조체의 제조 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 전구체 용액에 산 촉매(acid catalyst)를 첨가하는 단계를 더 포함하는 다공성 구조체의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 산 촉매는 아세트산 또는 질산을 포함하는 다공성 구조체의 제조 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 다공성 구조체는 500℃ 이상의 온도에서 붕괴 또는 분해되지 않는 고온 안정성을 갖는 다공성 구조체의 제조 방법.
  16. 3차원 네트워크 구조 내에 기공들이 분포되고,
    상기 3차원 네트워크 구조는 페닐기(phenyl group)를 함유하는 알루미늄 산화물을 포함하는 다공성 구조체를 적어도 일부에 포함하며,
    상기 다공성 구조체는 500℃ 이상의 온도에서 붕괴 또는 분해되지 않는 고온 안정성, 유연성 및 소수성(hydrophobic property)을 갖는 차단 보호 부재.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 차단 보호 부재는, 단열 부재, 방음 부재, 절연 부재 또는 분리막인 차단 보호 부재.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 차단 보호 부재는 필름 또는 입자 형상을 갖는 차단 보호 부재.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 알루미늄 산화물은 플루오린(fluorine)을 더 포함하는 차단 보호 부재.

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