KR102466187B1 - Coating material, coating solution, and film having Ti3C2Tx-B4C for neutron shielding - Google Patents

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Abstract

본 발명은, Ti3C2Tx-탄화붕소를 포함하는 중성자 차폐용 코팅 물질을 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질은, Ti3C2Tx (여기에서 Tx 는 관능기); 및 탄화붕소(B4C);를 포함한다.The present invention provides a coating material for neutron shielding comprising Ti 3 C 2 T x -boron carbide. A coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention includes Ti 3 C 2 T x (where T x is a functional group); and boron carbide (B 4 C).

Figure R1020200165782
Figure R1020200165782

Description

Ti3C2Tx-탄화붕소를 포함하는 중성자 차폐용 코팅 물질, 중성자 차폐용 코팅 용액, 중성자 차폐용 필름{Coating material, coating solution, and film having Ti3C2Tx-B4C for neutron shielding}Coating material, coating solution, and film having Ti3C2Tx-B4C for neutron shielding}

본 발명의 기술적 사상은 중성자 차폐 물질에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Ti3C2Tx-탄화붕소를 포함하는 중성자 차폐용 코팅 물질, 중성자 차폐용 코팅 용액, 중성자 차폐용 필름에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a neutron shielding material, and more particularly, to a coating material for neutron shielding, a coating solution for neutron shielding, and a film for neutron shielding including Ti 3 C 2 T x -boron carbide.

원자력 발전소의 사용후 핵연료는 원자로에서 연소되어 인출된 후, 높은 수준의 붕괴열과 방사성 물질을 포함하고 있으므로, 장시간 동안 특별한 시설에 보관될 필요가 있다. 예를 들어, 이러한 방사선 물질이 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해서, 사용후 핵연료를 수중에서 보관하고 저장하는 방법이 있다. 그러나, 사용후 핵연료 저장 공간이 포화되면서 저장공간의 확보 문제가 큰 이슈로 대두되고 있다. 따라서 많은 양의 사용후 핵연료를 좁은 공간에 효율적으로 저장할 수 있는 사용후 핵연료 저장용 구조체의 고효율화 및 고밀도화가 불가피한 실정이며, 구조체 소재의 고성능화가 요구되고 있다. 사용후 핵연료 저장 용기로서 사용되는 재료는 중성자 조사 및 고온 환경에서 장기 건전성을 확보할 필요가 있다.Spent nuclear fuel of a nuclear power plant needs to be stored in a special facility for a long time because it contains a high level of decay heat and radioactive materials after being burned and withdrawn from a nuclear reactor. For example, there is a method of storing and storing spent nuclear fuel in water in order to prevent such radioactive material from being released to the outside. However, as the spent nuclear fuel storage space is saturated, securing the storage space is emerging as a major issue. Therefore, high efficiency and high density of a spent nuclear fuel storage structure capable of efficiently storing a large amount of spent nuclear fuel in a small space is inevitable, and high performance of the structure material is required. Materials used as spent nuclear fuel storage containers need to ensure long-term integrity in neutron irradiation and high-temperature environments.

종래에는 상기 핵연료 저장 용기를 고농도의 나노 보론 복합체를 이용하여 형성하였다. 그러나, 상기 나노 보론 복합체의 경우에는 복잡한 제조 공정으로 인하여 대량 생산이 어려우며, 보론의 불균일한 분포와 최대 보론 인입량이 낮아 효율성이 낮은 한계가 있다. 또한, 중성자 차폐 효율과 인입량 대비 두꺼운 두께를 가지는 한계와 판상 형태의 제한된 구조 외에는 성형이 어려우므로, 자유 곡면 대응이 불가능한 한계가 있다. 따라서, 간단한 제조 공정으로 대량생산이 가능하고, 구조체의 내부에 고농도 나노 보론은 균일하게 인입된 얇은 구조체를 형성하는 기술이 요구된다.Conventionally, the nuclear fuel storage container was formed using a high-concentration nano-boron composite. However, in the case of the nano-boron composite, it is difficult to mass-produce due to a complicated manufacturing process, and there is a limitation in that the efficiency is low due to the non-uniform distribution of boron and the low maximum boron intake. In addition, since it is difficult to mold except for the limitation of neutron shielding efficiency and the limited thickness compared to the incoming amount and the limited plate-shaped structure, there is a limit in which it is impossible to cope with free curved surfaces. Therefore, mass production is possible through a simple manufacturing process, and a technique for forming a thin structure in which high-concentration nano-boron is uniformly introduced into the structure is required.

한국 특허출원번호 제10-2004-7004768호Korean Patent Application No. 10-2004-7004768

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그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 Ti3C2Tx-탄화붕소 을 포함하는 중성자 차폐용 코팅 물질은, Ti3C2Tx (여기에서 Tx 는 관능기); 및 탄화붕소(B4C);를 포함할 수 있다.Ti 3 C 2 T x -coating material for neutron shielding containing boron carbide according to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem is Ti 3 C 2 T x (where T x is a functional group); And boron carbide (B 4 C); may include.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 Ti3C2Tx 는, 탄소층과 티타늄층이 교번하여 구성된 층상형 구조를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the Ti 3 C 2 T x may have a layered structure composed of alternating carbon layers and titanium layers.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 Ti3C2Tx 는, 1 nm 내지 10 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the Ti 3 C 2 T x may have a thickness ranging from 1 nm to 10 nm.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 Ti3C2Tx 는, 12Å 내지 13Å 범위의 면간 거리를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the Ti 3 C 2 T x may have an interplanar distance ranging from 12 Å to 13 Å.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 Ti3C2Tx 는, 0.2 mΩ cm 내지 1.82 mΩ cm 범위의 비저항을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the Ti 3 C 2 T x may have a resistivity ranging from 0.2 mΩ cm to 1.82 mΩ cm.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 관능기는, 상기 Ti3C2Tx 의 티타늄과 결합될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the functional group may be bonded to titanium of the Ti 3 C 2 T x .

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 관능기는, 산소(O), 수산화기(OH), 불소(F), 및 염소(Cl) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the functional group may include at least one of oxygen (O), hydroxyl group (OH), fluorine (F), and chlorine (Cl).

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 Ti3C2Tx 는, 표면에 작용하는 상기 관능기에 의하여 친수성을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the Ti 3 C 2 T x may have hydrophilicity due to the functional group acting on the surface.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 Ti3C2Tx 는, 폴리비닐알콜을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the Ti 3 C 2 T x may further include polyvinyl alcohol.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 Ti3C2Tx 에 포함된 상기 관능기와 상기 폴리비닐알콜은 수소결합을 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the functional group included in the Ti 3 C 2 T x may form a hydrogen bond with the polyvinyl alcohol.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 폴리비닐알콜은, 상기 Ti3C2Tx 의 층상 구조 사이에 개재될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polyvinyl alcohol may be interposed between the layered structures of the Ti 3 C 2 T x .

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 Ti3C2Tx 와 상기 폴리비닐알콜은 2:1 내지 1:2 의 중량비를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the Ti 3 C 2 T x and the polyvinyl alcohol may have a weight ratio of 2:1 to 1:2.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 탄화붕소는, 10 nm 내지 1000 nm 범위의 입자 크기를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the boron carbide may have a particle size ranging from 10 nm to 1000 nm.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 탄화붕소는, 100 nm 내지 200 nm 범위의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the boron carbide may have an average particle size in the range of 100 nm to 200 nm.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 탄화붕소는, 고형물을 기준으로, 20 중량% 내지 40 중량% 범위로 포함될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the boron carbide, based on the solids, may be included in the range of 20% by weight to 40% by weight.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 중성자 차폐용 코팅 용액은, Ti3C2Tx (여기에서 Tx 는 관능기); 및 탄화붕소(B4C);를 포함하고, 용매로서 물을 포함하여 혼합 용액으로 구성될 수 있다.The coating solution for neutron shielding according to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem is Ti 3 C 2 T x (where T x is a functional group); and boron carbide (B 4 C); and may be composed of a mixed solution including water as a solvent.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 중성자 차폐용 코팅 용액은, -28 mV 내지 -49 mV 범위의 제타 전위를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the coating solution for neutron shielding may have a zeta potential ranging from -28 mV to -49 mV.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 중성자 차폐용 필름은, Ti3C2Tx (여기에서 Tx 는 관능기); 및 탄화붕소(B4C);를 포함하고, 상기 탄화붕소가 상기 Ti3C2Tx 의 층상 구조 사이에 개재되어 배치될 수 있다.A film for neutron shielding according to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem is Ti 3 C 2 T x (where T x is a functional group); and boron carbide (B 4 C), and the boron carbide may be interposed between the layered structures of the Ti 3 C 2 T x .

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 중성자 차폐용 필름은, 100 cm-1 내지 140 cm-1 범위의 중성자 흡수 단면적을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the film for neutron shielding, 100 cm -1 to 140 cm -1 It may have a neutron absorption cross-sectional area in the range.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 중성자 차폐용 필름은, 0 MPa 내지 40 MPa 응력 범위와 0% 내지 0.02%의 변형률의 범위에서, 응력과 변형율이 탄성적으로 변화되는 탄성 영역을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the film for neutron shielding may have an elastic region in which stress and strain are elastically changed in a stress range of 0 MPa to 40 MPa and a strain range of 0% to 0.02%. .

본 발명의 기술적 사상에 따르면, 용액 혼합에 의한 간단한 방법으로 탄화붕소를 포함하는 중성자 차폐용 코팅 물질을 형성할 수 있다. 상기 중성자 차폐용 코팅물질은 도포용 잉크, 또는 멤브레인 등 다양한 방법으로 사용이 가능하다. 상기 중성자 차폐용 코팅물질은 약 23%의 중성자 흡수력을 가지며, 약 120 cm-1 의 중성자 흡수 단면적을 가지므로, 종래의 탄화붕소 복합체에 비하여 높은 중성자 차단 물성을 나타내었다.According to the technical concept of the present invention, it is possible to form a coating material for neutron shielding containing boron carbide by a simple method by mixing a solution. The coating material for neutron shielding can be used in various ways such as coating ink or membrane. Since the coating material for neutron shielding has a neutron absorption capacity of about 23% and a neutron absorption cross section of about 120 cm −1 , it exhibited higher neutron blocking properties than conventional boron carbide composites.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The effects of the present invention described above have been described by way of example, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 Ti3C2Tx-탄화붕소를 포함하는 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 Ti3C2Tx-탄화붕소를 포함하는 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법을 도시하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 따라 형성되는 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체의 형성과정을 설명하는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체의 형성과정에 따른 미세조직 변화 및 성분 변화를 나타내는 사진들 및 그래프들이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체의 형성과정에 따른 X-선 회절 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체의 형상 및 조직을 나타내는 사진들이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인을 설명하는 도면들이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인의 X-선 회절 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인의 주사전자현미경 사진들이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인의 부식 거동을 나타내는 그래프들이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크의 제조 방법을 도시하는 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크를 유리 기판 상에 도포하여 형성한 도포층의 단면을 나타내는 주사전자현미경 사진이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크를 유리 기판 상에 도포하여 형성한 도포층의 특성을 나타내는 그래프들이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 탄화붕소 용액의 제조과정에 따른 특성 변화를 설명하는 사진들이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 탄화붕소 용액의 원심분리에 따른 입자 크기를 나타내는 그래프 및 사진들이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 나타내는 사진 및 제타 전위를 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 이용하여 제조된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름을 나타내는 사진들이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 이용하여 제조된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름의 중성자 흡수력을 나타내는 그래프들이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 이용하여 제조된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름을 나타내는 사진들이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 이용하여 제조된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름의 X-선 회절 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 이용하여 제조된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름의 EDS 분석을 나타낸다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 이용하여 제조된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름의 응력 변형률 관계를 나타내는 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a coating material for neutron shielding including Ti 3 C 2 T x -boron carbide according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing a coating material for neutron shielding including Ti 3 C 2 T x -boron carbide according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating a formation process of a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed according to a manufacturing method of a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention.
4 is photographs and graphs showing microstructure changes and component changes according to the formation process of a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing an X-ray diffraction pattern according to the formation process of a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention.
6 are photographs showing the shape and structure of a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane formed using a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. admit.
8 is an X-ray of a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane formed using a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. It is a graph showing the diffraction pattern.
9 is a scanning electron microscope of a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane formed using a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. These are photos.
10 shows the corrosion behavior of a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane formed using a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. graphs that represent
11 shows a method for manufacturing Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink formed using a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram showing
12 is a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink formed using a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention on a glass substrate. It is a scanning electron micrograph showing the cross section of the coating layer formed by coating on the surface.
13 is a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink formed using a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention on a glass substrate. These are graphs showing the characteristics of the coating layer formed by applying to
14 are photographs illustrating the change in characteristics according to the manufacturing process of the boron carbide solution formed by the manufacturing method of the coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention.
15 is a graph and photographs showing the particle size according to the centrifugal separation of the boron carbide solution formed by the manufacturing method of the coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention.
16 is a graph showing a photo and zeta potential of a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by the method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention.
17 illustrates a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film prepared using a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. These are photos.
18 shows neutrons of a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film prepared using a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. These are graphs showing the absorption capacity.
19 shows a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film prepared using a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. These are photos.
20 is a Ti 3 C 2 T x -X of a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film prepared using a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. -It is a graph representing a line diffraction pattern.
21 is an EDS of a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film prepared using a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by a manufacturing method of a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. represents analysis.
22 shows the stress of a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film prepared using a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by the manufacturing method of a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. It is a graph showing strain relationship.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified in many different forms, The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art. Like reference numerals throughout this specification mean like elements. Further, various elements and areas in the drawings are schematically drawn. Therefore, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 Ti3C2Tx-탄화붕소를 포함하는 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법(S100)을 도시하는 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method (S100) of manufacturing a coating material for neutron shielding including Ti 3 C 2 T x -boron carbide according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 Ti3C2Tx-탄화붕소를 포함하는 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법(S100)을 도시하는 모식도이다.2 is a schematic diagram showing a method (S100) of manufacturing a coating material for neutron shielding including Ti 3 C 2 T x -boron carbide according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법(S100)은, Ti3C2Tx (여기에서 Tx 는 관능기) 용액을 형성하는 단계(S110); 탄화붕소(B4C) 용액을 형성하는 단계(S120); 및 상기 Ti3C2Tx 용액과 상기 탄화붕소 용액을 혼합하여 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 형성하는 단계(S130);를 포함한다.1 and 2, the manufacturing method of the coating material for neutron shielding (S100) includes forming a Ti 3 C 2 T x (where T x is a functional group) solution (S110); Forming a boron carbide (B 4 C) solution (S120); and mixing the Ti 3 C 2 T x solution and the boron carbide solution to form a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution (S130).

상기 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법(S100)은, 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 진공여과하여 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름을 형성하는 단계(S140);를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method of the coating material for neutron shielding (S100) further includes forming a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film by vacuum-filtering the Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixture solution (S140). can include

또한, 본 발명에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법은 다양한 물질로 확대될 수 있다. 상기 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법은, 2차원 층상형 전이금속-탄소 구조체 용액을 형성하는 단계; 붕소 함유 용액을 형성하는 단계; 및 상기 2차원 층상형 전이금속-탄소 구조체 용액과 상기 붕소 함유 용액을 혼합하여, 상기 2차원 층상형 전이금속-탄소 구조체 및 붕소 혼합 용액을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the coating material for neutron shielding according to the present invention can be expanded to various materials. The manufacturing method of the coating material for neutron shielding may include forming a two-dimensional layered transition metal-carbon structure solution; forming a boron containing solution; and mixing the 2D layered transition metal-carbon structure solution and the boron-containing solution to form the 2D layered transition metal-carbon structure and boron mixed solution.

상기 Ti3C2Tx 용액은 상기 2차원 층상형 전이금속-탄소 구조체 용액의 일 예이며, 상기 탄화붕소 용액은 붕소 함유 용액의 일 예이며, 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액은 상기 2차원 층상형 전이금속-탄소 구조체 및 붕소 혼합 용액의 일 예일 수 있다.The Ti 3 C 2 T x solution is an example of the two-dimensional layered transition metal-carbon structure solution, the boron carbide solution is an example of a boron-containing solution, and the Ti 3 C 2 T x -Boron Carbide Mixed Solution may be an example of the two-dimensional layered transition metal-carbon structure and boron mixed solution.

상기 Ti3C2Tx 용액을 형성하는 단계(S110)는, Ti3AlC2 전구체를 제공하는 단계; 상기 Ti3AlC2 전구체에서 알루미늄을 식각하여 제거하는 단계; 상기 Ti3AlC2 전구체에서 티타늄과 관능기(Tx)가 결합되어 다중층 층상형 티타늄-탄소 구조체(m-Ti3C2Tx)를 형성하는 단계; 및 상기 다중층 층상형 전이금속-탄소 구조체를 박리하여, 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체(d-Ti3C2Tx)를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.The forming of the Ti 3 C 2 T x solution (S110) may include providing a Ti 3 AlC 2 precursor; Etching and removing aluminum from the Ti 3 AlC 2 precursor; forming a multilayer layered titanium-carbon structure (m-Ti 3 C 2 T x ) by combining titanium and a functional group (T x ) in the Ti 3 AlC 2 precursor; and forming a two-dimensional layered titanium-carbon structure (d-Ti 3 C 2 T x ) by exfoliating the multi-layered layered transition metal-carbon structure.

상기 Ti3AlC2 전구체를 제공하는 단계는, 티타늄(Ti) 전구체, 알루미늄(Al) 전구체, 및 탄소(C) 전구체를 혼합하여 전구체 혼합물을 형성하는 단계; 및 상기 전구체 혼합물을 소결하여 상기 Ti3AlC2 전구체를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 전구체 혼합물을 소결하여 상기 Ti3AlC2 전구체를 형성하는 단계는, 건식으로 1400℃ 초과 내지 1500℃ 미만 범위의 온도에서 수행될 수 있다.The providing of the Ti 3 AlC 2 precursor may include forming a precursor mixture by mixing a titanium (Ti) precursor, an aluminum (Al) precursor, and a carbon (C) precursor; and forming the Ti 3 AlC 2 precursor by sintering the precursor mixture. Forming the Ti 3 AlC 2 precursor by sintering the precursor mixture may be performed in a dry manner at a temperature ranging from greater than 1400°C to less than 1500°C.

상기 Ti3AlC2 전구체는, 육방결정구조를 가지고, 티타늄 원자층과 탄소 원자층이 교번하는 복수의 층으로 구성된 층상 단위구조를 가지고, 상기 층상 단위구조 사이를 알루미늄 원자층이 감싸는 구조를 가질 수 있다.The Ti 3 AlC 2 precursor may have a hexagonal crystal structure, a layered unit structure composed of a plurality of layers in which titanium atomic layers and carbon atomic layers alternate, and an aluminum atomic layer covering the layered unit structures. have.

상기 Ti3AlC2 전구체에서 알루미늄을 식각하여 제거하는 단계는, 불산을 이용하여 수행되고, 상기 다중층 층상형 전이금속-탄소 구조체의 박리는 TMAOH를 이용하여 수행될 수 있다.The step of etching and removing aluminum from the Ti 3 AlC 2 precursor may be performed using hydrofluoric acid, and the exfoliation of the multilayer layered transition metal-carbon structure may be performed using TMAOH.

상기 Ti3AlC2 전구체에서 알루미늄을 식각하여 제거하는 단계는, 불산과 염산의 혼합 산을 이용하여 수행되고, 상기 다중층 층상형 전이금속-탄소 구조체의 박리는 리튬염을 이용하여 수행될 수 있다.The step of etching and removing aluminum from the Ti 3 AlC 2 precursor is performed using a mixed acid of hydrofluoric acid and hydrochloric acid, and the exfoliation of the multilayer layered transition metal-carbon structure can be performed using a lithium salt. .

상기 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체(d-Ti3C2Tx)는. 탄소층과 티타늄층이 한 번 또는 그 이상으로 교번하는 구조를 가질 수 있다.The two-dimensional layered titanium-carbon structure (d-Ti 3 C 2 T x ). It may have a structure in which the carbon layer and the titanium layer alternate one or more times.

상기 다중층 층상형 티타늄-탄소 구조체(m-Ti3C2Tx)를 형성하는 단계를 수행한 후에, 상기 다중층 층상형 티타늄-탄소 구조체(m-Ti3C2Tx)를 원심분리를 이용하여 세정하여 불순물을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.After performing the step of forming the multi-layer layered titanium-carbon structure (m-Ti 3 C 2 T x ), the multi-layer layered titanium-carbon structure (m-Ti 3 C 2 T x ) is centrifuged It may further include; removing impurities by washing using a.

상기 Ti3C2Tx 용액은, 폴리비닐알콜을 더 포함할 수 있다. 상기 폴리비닐알콜은 상기 Ti3C2Tx 에 포함된 상기 관능기와 수소결합을 형성할 수 있다. 상기 Ti3C2Tx 용액에서, 상기 Ti3C2Tx 와 상기 폴리비닐알콜은 중량비로 2:1 내지 1:2 의 범위로 혼합될 수 있다.The Ti 3 C 2 T x solution may further include polyvinyl alcohol. The polyvinyl alcohol may form a hydrogen bond with the functional group included in the Ti 3 C 2 T x . In the Ti 3 C 2 T x solution, the Ti 3 C 2 T x and the polyvinyl alcohol may be mixed in a weight ratio of 2:1 to 1:2.

상기 탄화붕소 용액을 형성하는 단계(S120)는, 탄화붕소를 물에 투입하여 탄화붕소 용액을 형성하는 단계; 상기 탄화붕소 용액을 원심분리하는 단계; 및 상기 원심분리된 탄화붕소 용액에서 상등액을 추출하는 단계;를 포함할 수 있다.Forming the boron carbide solution (S120) may include: forming a boron carbide solution by injecting boron carbide into water; centrifuging the boron carbide solution; and extracting a supernatant from the centrifuged boron carbide solution.

상기 탄화붕소 용액에 포함된 탄화붕소는, 10 nm 내지 1000 nm 범위의 입자 크기를 가지고, 100 nm 내지 200 nm 범위의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.The boron carbide included in the boron carbide solution may have a particle size ranging from 10 nm to 1000 nm and an average particle size ranging from 100 nm to 200 nm.

상기 Ti3C2Tx 용액을 형성하는 단계(S110)는, Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 혼합 용액을 제공하는 단계; 상기 혼합 용액에 반용매를 첨가하는 단계; 상기 혼합 용액을 원심분리하여, 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 혼합 용액으로부터 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜을 침전물로서 취득하는 단계; 및 상기 침전물에 탈이온수를 첨가하여 상기 Ti3C2Tx 용액을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 반용매는 이소프로필 알코올(IPA) 또는 톨루엔을 포함할 수 있다.The forming of the Ti 3 C 2 T x solution (S110) may include providing a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol mixed solution; adding an anti-solvent to the mixed solution; obtaining Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol as a precipitate from the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol mixed solution by centrifuging the mixed solution; and forming the Ti 3 C 2 T x solution by adding deionized water to the precipitate. The anti-solvent may include isopropyl alcohol (IPA) or toluene.

본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅물질은, Ti3C2Tx (여기에서 Tx 는 관능기); 및 탄화붕소(B4C);를 포함할 수 있다.A coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention includes Ti 3 C 2 T x (where T x is a functional group); And boron carbide (B 4 C); may include.

상기 Ti3C2Tx 는, 탄소층과 티타늄층이 교번하여 구성된 층상형 구조를 가질 수 있다. 상기 Ti3C2Tx 는 1 nm 내지 10 nm 범위의 두께를 가질 수 있다. 상기 Ti3C2Tx 는 12Å 내지 13Å 범위의 면간 거리를 가질 수 있다. 상기 Ti3C2Tx 는 0.2 mΩ cm 내지 1.82 mΩ cm 범위의 비저항을 가질 수 있다.The Ti 3 C 2 T x may have a layered structure composed of alternating carbon layers and titanium layers. The Ti 3 C 2 T x may have a thickness ranging from 1 nm to 10 nm. The Ti 3 C 2 T x may have an interplanar distance ranging from 12 Å to 13 Å. The Ti 3 C 2 T x may have a resistivity ranging from 0.2 mΩ cm to 1.82 mΩ cm.

상기 관능기는 상기 Ti3C2Tx 의 티타늄과 결합될 수 있다. 상기 관능기는 산소(O), 수산화기(OH), 불소(F), 및 염소(Cl) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 Ti3C2Tx 는 표면에 작용하는 상기 관능기에 의하여 친수성을 가질 수 있다.The functional group may be bonded to titanium of the Ti 3 C 2 T x . The functional group may include at least one of oxygen (O), hydroxyl group (OH), fluorine (F), and chlorine (Cl). The Ti 3 C 2 T x may have hydrophilicity due to the functional group acting on the surface.

상기 Ti3C2Tx 는, 폴리비닐알콜을 더 포함할 수 있다. 상기 Ti3C2Tx 에 포함된 상기 관능기와 상기 폴리비닐알콜은 수소결합을 형성할 수 있다. 상기 폴리비닐알콜은, 상기 Ti3C2Tx 의 층상 구조 사이에 개재될 수 있다. 상기 Ti3C2Tx 와 상기 폴리비닐알콜은 2:1 내지 1:2 의 중량비를 가질 수 있다.The Ti 3 C 2 T x may further include polyvinyl alcohol. The functional group included in the Ti 3 C 2 T x may form a hydrogen bond with the polyvinyl alcohol. The polyvinyl alcohol may be interposed between the layered structures of the Ti 3 C 2 T x . The Ti 3 C 2 T x and the polyvinyl alcohol may have a weight ratio of 2:1 to 1:2.

상기 탄화붕소는, 10 nm 내지 1000 nm 범위의 입자 크기를 가질 수 있다. 상기 탄화붕소는, 100 nm 내지 200 nm 범위의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 상기 탄화붕소는, 고형물을 기준으로, 20 중량% 내지 40 중량% 범위로 포함될 수 있다.The boron carbide may have a particle size ranging from 10 nm to 1000 nm. The boron carbide may have an average particle size ranging from 100 nm to 200 nm. The boron carbide may be included in the range of 20% by weight to 40% by weight based on solids.

본 발명의 일실시예 따른 중성자 차폐용 코팅 용액은, Ti3C2Tx (여기에서 Tx 는 관능기); 및 탄화붕소(B4C);를 포함하고, 용매로서 물을 포함하여 혼합 용액으로 구성될 수 있다. 상기 중성자 차폐용 코팅 용액은 -28 mV 내지 -49 mV 범위의 제타 전위를 가질 수 있다.A coating solution for neutron shielding according to an embodiment of the present invention includes Ti 3 C 2 T x (where T x is a functional group); and boron carbide (B 4 C); and may be composed of a mixed solution including water as a solvent. The coating solution for neutron shielding may have a zeta potential ranging from -28 mV to -49 mV.

본 발명의 일실시예 따른 중성자 차폐용 필름은, Ti3C2Tx (여기에서 Tx 는 관능기); 및 탄화붕소(B4C);를 포함하고, 상기 탄화붕소가 상기 Ti3C2Tx 의 층상 구조 사이에 개재되어 배치될 수 있다. 상기 중성자 차폐용 필름은, 100 cm-1 내지 140 cm-1 범위의 중성자 흡수 단면적을 가질 수 있다.A film for neutron shielding according to an embodiment of the present invention includes Ti 3 C 2 T x (where T x is a functional group); and boron carbide (B 4 C), and the boron carbide may be interposed between the layered structures of the Ti 3 C 2 T x . The film for neutron shielding may have a neutron absorption cross section in the range of 100 cm -1 to 140 cm -1 .

상기 중성자 차폐용 필름은, 0 MPa 내지 40 MPa 응력 범위와 0% 내지 0.02%의 변형률의 범위에서, 응력과 변형율이 탄성적으로 변화되는 탄성 영역을 가질 수 있다.The film for neutron shielding may have an elastic region in which stress and strain are elastically changed in a stress range of 0 MPa to 40 MPa and a strain range of 0% to 0.02%.

이하에서는 본 발명의 기술적 사상에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법을 공정 단계에 따라 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to the technical idea of the present invention will be described in detail according to process steps.

TiTi 33 AlCAlC 22 전구체의 제조 Preparation of precursors

2차원 층상형 전이금속-탄소 구조체의 일 예로서, 상기 Ti3C2Tx 는 Ti3AlC2 전구체로부터 하향 방식(Top-down)으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 Ti3C2Tx 의 합성 과정은 상기 Ti3AlC2 전구체의 상(phase)의 크기, 성질, 순도 그리고 수율 등에 의한 영향을 받을 수 있다. As an example of the two-dimensional layered transition metal-carbon structure, the Ti 3 C 2 T x may be formed from a Ti 3 AlC 2 precursor in a top-down manner. Accordingly, the synthesis process of the Ti 3 C 2 T x may be affected by the size, properties, purity, and yield of the phase of the Ti 3 AlC 2 precursor.

상기 Ti3AlC2 전구체는 티타늄(Ti) 전구체, 알루미늄(Al) 전구체, 및 탄소(C) 전구체를 혼합하여 전구체 혼합물을 형성하고, 상기 전구체 혼합물을 소결하여 형성할 수 있다.The Ti 3 AlC 2 precursor may be formed by mixing a titanium (Ti) precursor, an aluminum (Al) precursor, and a carbon (C) precursor to form a precursor mixture, and then sintering the precursor mixture.

종래의 소결방법은 주 원료 분말의 볼 밀링, 압축, 및 소결의 순서로 이루어질 수 있다. 상기 볼 밀링에서 볼과 주 원료 분말 사이의 물리적인 힘으로 분쇄되는 동안 열화로 인한 상기 주 원료 분말의 성분 변화가 발생할 수 있으므로, 에탄올과 같은 용매를 사용하여 발열에 의한 열화를 방지한다. 따라서, 소결을 수행하기 전에 용매를 건조하는 건조 공정이 추가적으로 도입될 수 있다. 이어서, 소결에 의하여 형성된 소결체의 밀도, 강도, 및 경도 등을 고려하여 열간 압축 또는 냉간 압축을 이용하여 성형체를 제조한다.A conventional sintering method may be performed in the order of ball milling, compression, and sintering of the main raw material powder. In the ball milling, since the components of the main raw material powder may change due to deterioration during grinding by physical force between the ball and the main raw material powder, deterioration due to heat generation is prevented by using a solvent such as ethanol. Therefore, a drying process of drying the solvent may be additionally introduced before performing sintering. Subsequently, a molded body is manufactured using hot compression or cold compression in consideration of the density, strength, hardness, and the like of the sintered body formed by sintering.

그러나, 본 발명에서는, 상기 Ti3AlC2 전구체를 에탄올을 사용하지 않고 볼 밀링을 수행하고, 따라서 추가적인 건조 공정을 요구하지 않아 공정시간을 감소시킬 수 있다.However, in the present invention, the Ti 3 AlC 2 precursor is subjected to ball milling without using ethanol, and therefore an additional drying process is not required, thereby reducing the process time.

또한, 액상 박리를 수행할 때 물질 분쇄가 요구되므로, 종래의 방법에 따라 압축 및 소결하여 형성된 성형체의 높은 강도 및 밀도는, 오히려 합성 공정에 장애가 될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Ti3AlC2 전구체를 압축 및 성형하여 성형체를 형성하지 않고, 알루미늄의 용융으로 인한 액상 소결공정을 이용하여 알루미늄의 확산을 통한 균일한 소결을 구현하였다. 다시 말하면, 성형체를 형성하지 않고 분말 상태로 소결하여 상기 Ti3AlC2 전구체를 형성한다.In addition, since material pulverization is required when performing liquid phase exfoliation, the high strength and density of the molded body formed by compression and sintering according to the conventional method may rather be an obstacle to the synthesis process. Therefore, in the present invention, uniform sintering through diffusion of aluminum is implemented using a liquid phase sintering process due to melting of aluminum without forming a molded body by compressing and molding the Ti 3 AlC 2 precursor. In other words, the Ti 3 AlC 2 precursor is formed by sintering in a powder state without forming a green body.

최종적으로 소결온도 조건을 조절하여 1450℃가 목표 전구체 상인 Ti3AlC2 전구체의 형성에 가장 최적의 온도임을 확인하였고, 적분 강도 분석을 통해 상기 Ti3AlC2 전구체에 불순물이 거의 없는 점을 확인하였다. 구체적으로, 1400℃에서 2시간 소결하여 Ti3AlC2 전구체를 형성한 경우에는, 상기 Ti3AlC2 외에도 Ti2AlC 가 혼재됨을 확인하였다. 1500℃에서 소결하여 Ti3AlC2 전구체를 형성한 경우에는, 티타늄 카바이드(TiC)에 해당하는 불순물이 소량 검출되었고, 또한 상기 Ti3AlC2 전구체의 주요 회절 피크인 (104)면에 비하여 (008)면에 해당하는 회절 피크가 더 강하게 나타났다. 반면, 1450℃에서 소결하여 Ti3AlC2 전구체를 형성한 경우에는, 상기 티타늄 카바이드(TiC) 불순물에 해당하는 회절패턴이 나타나지 않았고, 목표 전구체 상인 Ti3AlC2 의 JCPDS 표준패턴(card No.01-074-8806)과 완벽하게 일치하는 X-선 회절분석 결과를 얻었을 수 있었다. 따라서, 상기 Ti3AlC2 를 제조하기 위한 소결 온도는 1400℃ 초과 내지 1500℃ 미만인 것이 바람직하다.Finally, by adjusting the sintering temperature conditions, it was confirmed that 1450 ° C. was the most optimal temperature for forming the Ti 3 AlC 2 precursor, which was the target precursor, and through integrated strength analysis, it was confirmed that the Ti 3 AlC 2 precursor had almost no impurities. . Specifically, when the Ti 3 AlC 2 precursor was formed by sintering at 1400° C. for 2 hours, it was confirmed that Ti 2 AlC was mixed in addition to the Ti 3 AlC 2 . When the Ti 3 AlC 2 precursor was formed by sintering at 1500 ° C, a small amount of impurities corresponding to titanium carbide (TiC) were detected, and compared to the (104) plane, which is the main diffraction peak of the Ti 3 AlC 2 precursor, (008 ), the diffraction peak corresponding to the plane appeared stronger. On the other hand, when the Ti 3 AlC 2 precursor was formed by sintering at 1450 ° C, the diffraction pattern corresponding to the titanium carbide (TiC) impurity did not appear, and the JCPDS standard pattern of the target precursor phase Ti 3 AlC 2 (card No. 01 -074-8806) was able to obtain the results of X-ray diffraction analysis that perfectly matched. Therefore, the sintering temperature for producing the Ti 3 AlC 2 is preferably higher than 1400°C and lower than 1500°C.

종래의 경우, 소결을 수행하기 전에 분말의 압축을 요구하므로, 소결체의 형태와 양이 제한이 될 수 있고, 예를 들어 1개의 펠릿에 대하여 1g의 Ti3AlC2 으로 제한될 수 있다. 반면, 본 발명에 의하면, 비압축 분말 소결 방식을 이용하므로 압축공정 없이 소결 도가니 크기 내에서 형태와 양의 제한을 받지 않고 소결체를 합성할 수 있다. 따라서 이차원 층상형 전이금속-탄소 전구체의 높은 품질을 확보할 수 있고, 대량생산이 가능한 장점이 있다.In the conventional case, since compaction of the powder is required before performing sintering, the shape and amount of the sintered body may be limited, for example, 1 g of Ti 3 AlC 2 may be limited to one pellet. On the other hand, according to the present invention, since the non-compression powder sintering method is used, a sintered body can be synthesized without being limited in shape and amount within the size of the sintering crucible without a compression process. Therefore, it is possible to secure high quality of the two-dimensional layered transition metal-carbon precursor, and there is an advantage in that mass production is possible.

TiTi 33 CC 22 TT xx 의 제조 manufacture of

이하에서는 2차원 층상형 전이금속-탄소 구조체로서, Ti3C2Tx 을 상기 Ti3AlC2 전구체로부터 제조하는 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for preparing Ti 3 C 2 T x as a two-dimensional layered transition metal-carbon structure from the Ti 3 AlC 2 precursor will be described in detail.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 따라 형성되는 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체의 형성과정을 설명하는 모식도이다.3 is a schematic diagram illustrating a formation process of a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed according to a manufacturing method of a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 먼저, Ti3AlC2 전구체를 제공한다. 상기 Ti3AlC2 전구체는 육방결정구조(HCP)를 가지고, 전이금속인 티타늄 원자층과 탄소 원자층이 교번하는 복수의 층으로 구성된 층상 단위구조를 이루는 전이금속-탄소층을 포함하고, 상기 층상 단위구조 사이를 알루미늄 원자층이 감싸는 구조를 가진다.Referring to FIG. 3, first, a Ti 3 AlC 2 precursor is provided. The Ti 3 AlC 2 precursor has a hexagonal crystal structure (HCP) and includes a transition metal-carbon layer forming a layered unit structure composed of a plurality of layers in which a titanium atomic layer and a carbon atomic layer, which are transition metals, alternate, and It has a structure in which aluminum atomic layers are wrapped between unit structures.

이어서, 상기 Ti3AlC2 전구체에서 상기 알루미늄 원자층의 알루미늄을 식각하여 제거한다. 상기 Ti3AlC2 전구체에서, 티타늄과 탄소의 결합에 비하여 티타늄과 알루미늄의 금속결합이 상대적으로 약하므로, 알루미늄의 선택적인 식각이 가능하다. 상기 알루미늄의 선택적인 식각은 불산(HF)을 이용하거나 또는 불산과 염산(HCl)의 혼합 산을 이용하여 수행할 수 있다.Next, the aluminum of the aluminum atomic layer is etched and removed from the Ti 3 AlC 2 precursor. In the Ti 3 AlC 2 precursor, since the metal bond between titanium and aluminum is relatively weak compared to the bond between titanium and carbon, aluminum can be selectively etched. The selective etching of the aluminum may be performed using hydrofluoric acid (HF) or a mixed acid of hydrofluoric acid and hydrochloric acid (HCl).

상기 알루미늄이 식각에 의하여 제거되면, 티타늄과 알루미늄의 결합을 대체하기 위하여 다양한 관능기가 형성될 수 있다. 즉, 상기 Ti3AlC2 전구체에서 티타늄과 관능기가 결합된다. 상기 관능기는 산소(O), 수산화기(OH), 불소(F), 및 염소(Cl) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 관능기에 의하여 복수의 전이금속-탄소층이 결합된 다중층(multilayer) 층상형 전이금속-탄소 구조체를 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 관능기에 의하여 복수의 Ti3C2 층들이 결합된 다중층 층상형 티타늄-탄소 구조체(m-Ti3C2Tx)를 형성할 수 있다. 여기에서, "Tx"는 상기 관능기를 지칭하며, "m"은 다중층을 의미한다. 상술한 관능기들은 음의 전하를 가지게 되어, 탈이온수 내에서 상기 m-Ti3C2Tx 의 안정된 분산을 제공할 수 있다.When the aluminum is removed by etching, various functional groups may be formed to replace the bond between titanium and aluminum. That is, in the Ti 3 AlC 2 precursor, titanium and a functional group are bonded. The functional group may include at least one of oxygen (O), hydroxyl group (OH), fluorine (F), and chlorine (Cl). A multilayer layered transition metal-carbon structure in which a plurality of transition metal-carbon layers are bonded by the functional group may be formed. Specifically, a multilayer layered titanium-carbon structure (m-Ti 3 C 2 T x ) in which a plurality of Ti 3 C 2 layers are combined by the functional group may be formed. Here, "T x " refers to the functional group, and "m" refers to a multi-layer. The aforementioned functional groups have a negative charge, and thus can provide stable dispersion of the m-Ti 3 C 2 T x in deionized water.

상기 관능기에 의한 전이금속-탄소층들의 결합은, 예를 들어 복수의 Ti3C2 층들의 결합은 약한 반데르발스 결합으로 이루어지므로, 층간에 양이온을 침투시켜 층간 거리를 증가시켜 층간 결합력을 감소시키면, 최종적으로 박리된(delaminated) 2차원 층상형 전이금속-탄소 구조체로서, 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체(d-Ti3C2Tx)를 형성할 수 있다.Since the bonding of the transition metal-carbon layers by the functional group, for example, the bonding of a plurality of Ti 3 C 2 layers is made of a weak van der Waals bond, cations penetrate between the layers to increase the interlayer distance, thereby reducing the interlayer bonding strength. If so, a two-dimensional layered titanium-carbon structure (d-Ti 3 C 2 T x ) can be formed as a finally delaminated two-dimensional layered transition metal-carbon structure.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체의 형성과정에 따른 미세조직 변화 및 성분 변화를 나타내는 사진들 및 그래프들이다.4 is photographs and graphs showing microstructure changes and component changes according to the formation process of a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, Ti3AlC2 전구체 및 알루미늄이 제거된 후의 m-Ti3C2Tx 를 나타내는 주사전자현미경 사진 및 EDS 스펙트럼이 나타나있다.Referring to FIG. 4 , a scanning electron microscope image and EDS spectrum of m-Ti 3 C 2 T x after the Ti 3 AlC 2 precursor and aluminum are removed are shown.

상기 Ti3AlC2 전구체의 경우에는, EDS 분석 결과에 따르면 티타늄, 알루미늄, 및 탄소가 화학양론비적으로 큰 오차없이 거의 일치하였다.In the case of the Ti 3 AlC 2 precursor, according to the results of EDS analysis, the stoichiometric ratios of titanium, aluminum, and carbon were almost identical without large errors.

상기 m-Ti3C2Tx 은 상기 Ti3AlC2 전구체를 25 중량%의 불산(HF)를 이용하여 24 시간 동안 테프론 비커에서 반응시켜 형성하였다. 상기 m-Ti3C2Tx 의 EDS 분석 결과에 따르면, 알루미늄과 불소와의 높은 반응성으로 인해 알루미늄이 효과적으로 거의 완전히 제거되었다. 그러나, 미세조직 관찰에 의하면, 알루미늄 식각에서 형성된 다량의 가스로 인하여 열린 구조가 형성되고, 또한 관능기에서 불소가 차지하는 비율이 증가됨을 알 수 있다. 이 경우에는, 상기 Ti3C2 층 사이에 흡착된 물과 전기음성도가 큰 불소와의 정전기적 상호작용으로 인해 층간 반데르발스 결합이 강하게 작용하게 되고, 따라서 박리 효율이 감소하게 된다. 따라서, 이후의 박리는 반응성이 크고 상대적으로 크기가 큰 양이온, 예를 들어, TMAOH(Tetramethyl ammonium hydroxide)을 이용하여 수행할 수 있다. 또한, 최종적인 박리는 초음파 처리(sonication)을 통해서 수행될 수 있다.The m-Ti 3 C 2 T x was formed by reacting the Ti 3 AlC 2 precursor with 25% by weight of hydrofluoric acid (HF) in a Teflon beaker for 24 hours. According to the results of EDS analysis of m-Ti 3 C 2 T x , aluminum was effectively and almost completely removed due to high reactivity between aluminum and fluorine. However, according to microstructure observation, it can be seen that an open structure is formed due to a large amount of gas formed in aluminum etching, and the proportion of fluorine in the functional group increases. In this case, an electrostatic interaction between water adsorbed between the Ti 3 C 2 layers and fluorine having high electronegativity causes strong interlayer van der Waals bonds to act, thus reducing the peeling efficiency. Therefore, the subsequent stripping may be performed using a highly reactive and relatively large cation, for example, tetramethyl ammonium hydroxide (TMAOH). In addition, final exfoliation may be performed through sonication.

반면, 상기 Ti3AlC2 전구체를 불산(HF)과 염산(HCl)의 혼합 산을 이용하여 24시간 동안 테프론 비커에서 반응시켜 형성된 m-Ti3C2Tx 의 EDS 분석 결과에 따르면, 가스에 의한 열린 구조는 발견되지 않으며 알루미늄은 거의 완전하게 제거되었다. 이 경우에는, 불산과 함께 염산을 함께 사용하여 관능기에 염소가 형성되므로, 상기 염소에 해당하는 EDS 스펙트럼 피크가 나타났다. 불소에 비하여 상대적으로 원자 크기가 큰 염소 원자의 영향으로 인해, 상기 Ti3C2 층 사이의 공간이 더 벌어지고, 층간에 침투한 리튬 이온이 손쉽게 물을 흡수할 수 있다. 따라서, LiCl 과 같이 리튬(Li) 이온을 포함하는 리튬 염을 이용하여 박리 공정을 수행할 수 있다. 이러한 현상은 상술한 불산 만을 이용하는 경우에는 발생하지 않음에 유의한다. 상기 리튬 염은 물에 용해될 수 있다. 상기 리튬 염과의 반응은, 예를 들어 24 시간 동안 수행될 수 있다.On the other hand, according to the results of EDS analysis of m-Ti 3 C 2 T x formed by reacting the Ti 3 AlC 2 precursor with a mixed acid of hydrofluoric acid (HF) and hydrochloric acid (HCl) for 24 hours in a Teflon beaker, gas No open structures were found and the aluminum was almost completely removed. In this case, since hydrofluoric acid and hydrochloric acid are used together to form chlorine in the functional group, an EDS spectrum peak corresponding to the chlorine appears. Due to the influence of chlorine atoms having a relatively larger atomic size than fluorine, the space between the Ti 3 C 2 layers is further widened, and lithium ions penetrating between the layers can easily absorb water. Accordingly, the stripping process may be performed using a lithium salt containing lithium (Li) ions, such as LiCl. Note that this phenomenon does not occur when only hydrofluoric acid is used. The lithium salt is soluble in water. The reaction with the lithium salt may be carried out, for example, for 24 hours.

이와 같이 방법으로 박리된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체(d-Ti3C2Tx)는 약 1.5 nm 두께를 가지는 단층 구조 또는 5 nm 두께의 복수층 구조를 가질 수 있다. 더 나아가, 상기 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체(d-Ti3C2Tx)는 탄소층과 티타늄층이 한 번 또는 그 이상으로 교번하는 구조를 가질 수 있다. 상기 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체(d-Ti3C2Tx)는 1 nm 내지 10 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.The two-dimensional layered titanium-carbon structure (d-Ti 3 C 2 T x ) exfoliated in this way may have a single-layer structure with a thickness of about 1.5 nm or a multi-layer structure with a thickness of 5 nm. Furthermore, the two-dimensional layered titanium-carbon structure (d-Ti 3 C 2 T x ) may have a structure in which a carbon layer and a titanium layer alternate once or more. The two-dimensional layered titanium-carbon structure (d-Ti 3 C 2 T x ) may have a thickness ranging from 1 nm to 10 nm.

상기 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체(d-Ti3C2Tx)는 표면에 작용하는 상기 관능기로 인해 친수성을 가질 수 있고, 이에 따라 다양한 유기 용매에서 안정되게 분산될 수 있다.The two-dimensional layered titanium-carbon structure (d-Ti 3 C 2 T x ) may have hydrophilicity due to the functional groups acting on the surface, and thus may be stably dispersed in various organic solvents.

이하에서는, 불산만을 이용하여 알루미늄을 제거하고, TMAOH과 같은 큰 양이온을 이용해 박리되어 형성된 상기 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 제1 d-Ti3C2Tx 으로 지칭하기로 하고, 불산과 염산을 이용하여 알루미늄을 제거하고, LICl 과 같이 리튬(Li) 이온을 포함하는 염을 이용해 박리되어 형성된 상기 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 제2 d-Ti3C2Tx 으로 지칭하기로 한다. 이와 같이 박리된 d-Ti3C2Tx 는 플레이크(flake) 형상을 가질 수 있다.Hereinafter, the two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by removing aluminum using only hydrofluoric acid and exfoliating using large cations such as TMAOH will be referred to as first d-Ti 3 C 2 T x , and hydrofluoric acid and The two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by removing aluminum using hydrochloric acid and exfoliating using a salt containing lithium (Li) ions, such as LICl, is referred to as a second d-Ti 3 C 2 T x do. The exfoliated d-Ti 3 C 2 T x may have a flake shape.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체의 형성과정에 따른 X-선 회절 패턴을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing an X-ray diffraction pattern according to the formation process of a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 박리가 완료된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체로서 d-Ti3C2Tx 를 진공 여과를 이용하여 수 μm ~ 수십 μm 두께의 박막으로 제작한 후, X-선 회절 패턴이 나타나있다. (002)면의 면간 거리(d-spacing)을 검토하면, 상기 Ti3AlC2 전구체는 9.28Å인 반면, 상기 제1 d-Ti3C2Tx 은 12.80Å이고, 상기 제2 d-Ti3C2Tx 은 12.56Å이로 나타나, 두 가지 모두 면간 거리가 증가됨을 확인하였다. 제1 d-Ti3C2Tx 의 면간 거리가 제2 d-Ti3C2Tx 에 비하여 큰 이유는 박리에 사용한 양이온의 크기가 더 크기 때문으로 분석된다. 상기 면간 거리가 치밀할수록 상기 d-Ti3C2Tx 플레이크 간 상호작용이 강하여 전기 전도성, 기계적 특성, 산화 안정성 등이 우수할 수 있다. 따라서, 상기 제2 d-Ti3C2Tx 가 상기 제1 d-Ti3C2Tx 에 비하여 상술한 특성들이 우수할 수 있다.Referring to FIG. 5, after fabricating d-Ti 3 C 2 T x as a two-dimensional layered titanium-carbon structure with a thickness of several μm to several tens of μm using vacuum filtration, an X-ray diffraction pattern is appearing Examining the d-spacing of the (002) plane, the Ti 3 AlC 2 precursor is 9.28 Å, whereas the first d-Ti 3 C 2 T x is 12.80 Å, and the second d-Ti 3 C 2 T x was 12.56 Å, confirming that the interplanar distance increased in both cases. The reason why the interplanar distance of the first d-Ti 3 C 2 T x is larger than that of the second d-Ti 3 C 2 T x is analyzed because the size of the cation used for exfoliation is larger. As the interplanar distance is denser, the interaction between the d-Ti 3 C 2 T x flakes is stronger, and thus electrical conductivity, mechanical properties, oxidation stability, and the like may be excellent. Accordingly, the above-described characteristics of the second d-Ti 3 C 2 T x may be superior to those of the first d-Ti 3 C 2 T x .

상술한 바와 같이, 알루미늄을 제거하는 공정을 수행한 후와 박리 공정을 수행한 후에 세정 단계를 더 수행할 수 있다. 알루미늄을 제거할 때에, 불산과 염산과 같은 강산이 사용되므로, 제거 후에 용액이 pH 1 수준의 높은 산성도를 가질 수 있다. 또한, 알루미늄과 불소가 반응하여 형성되는 불화알루미늄(AlF3)은 반드시 제거될 필요가 있다. 또한, 박리 공정을 수행한 후에, 잔류 염이나 양이온을 제거할 필요가 있다. 이러한 세정은 탈이온수를 이용하여 수행될 수 있고, 원심분리법을 이용하여 반복 횟수로 수행될 수 있다.As described above, a cleaning step may be further performed after performing the process of removing aluminum and after performing the peeling process. When removing aluminum, since strong acids such as hydrofluoric acid and hydrochloric acid are used, the solution after removal may have a high acidity of pH 1 level. In addition, aluminum fluoride (AlF 3 ) formed by the reaction between aluminum and fluorine must be removed. Also, after carrying out the stripping process, it is necessary to remove residual salts or cations. This washing may be performed using deionized water and may be performed a number of repetitions using centrifugation.

구체적으로, 알루미늄을 제거한 후 형성된 m-Ti3C2Tx 를 원심 분리하고 침전시킨 후, 상등액 100 μL를 주사전자현미경으로 관찰하면, 수십 μm 크기의 불순물을 관찰할 수 있다. 상기 불순물을 EDS로 분석하면, 알루미늄과 불소에 해당되는 피크가 강하게 나타난다. 즉, 상기 불순물은 알루미늄과 불소의 반응으로 형성된 불화 알루미늄을 포함하는 것으로 분석된다. 상기 불화 알루미늄은 공기 중의 수분을 흡수하는 성질을 가지므로, 수화물 형태로 존재하고, 흡착된 물에 존재하는 산소가 EDS 피크로서 나타나게 된다. 상기 불화 알루미늄의 자체 특성 및 흡습성은 상기 d-Ti3C2Tx 의 실용적인 사용을 저해하므로 제거되는 것이 바람직하다.Specifically, m-Ti 3 C 2 T x formed after removing aluminum was centrifuged and precipitated, and when 100 μL of the supernatant was observed under a scanning electron microscope, impurities having a size of several tens of μm could be observed. When the impurities are analyzed by EDS, peaks corresponding to aluminum and fluorine appear strongly. That is, the impurities are analyzed to include aluminum fluoride formed by the reaction of aluminum and fluorine. Since the aluminum fluoride has a property of absorbing moisture in the air, it exists in the form of a hydrate, and oxygen present in the adsorbed water appears as an EDS peak. Since the self-property and hygroscopicity of the aluminum fluoride hinder the practical use of the d-Ti 3 C 2 T x , it is desirable to remove it.

상기 불화 알루미늄은 물에 용해성이 낮으므로, 다량의 탈 이온수로 충분한 세정을 하는 것이 바람직하다. 이러한 세정은 3500 rpm에서 2분 ~ 5분 동안 수행될 수 있고, 반복하여 수행될 수 있다. 탈 이온수에 재 분산시킬 때 충분히 용액을 교반하여 상기 m-Ti3C2Tx 사이에 존재하는 불화 알루미늄을 제거하는 것이 바람직하다. 종래에는 세정 완료 조건을 탈 이온수의 산성도(pH > 6)를 기준으로만 설정할 뿐이고, 이러한 충분한 교반에 의한 불화 알루미늄의 제거에 대하여는 개시하지 못하고 있다. 특히, 상기 불화 알루미늄은 상기 m-Ti3C2Tx 에서 알루미늄이 제거된 공간에 위치할 수 있으므로, 박리 시에 리튬 이온이 삽입될 공간을 허용하지 않게 되어 박리를 어렵게 하므로, 상기 불화 알루미늄은 충분하게 제거되는 것이 바람직하다.Since the aluminum fluoride has low solubility in water, it is preferable to perform sufficient washing with a large amount of deionized water. This cleaning may be performed at 3500 rpm for 2 to 5 minutes, and may be repeatedly performed. When re-dispersing in deionized water, it is preferable to sufficiently stir the solution to remove aluminum fluoride present between the m-Ti 3 C 2 T x . Conventionally, conditions for completing washing are only set based on the acidity (pH > 6) of deionized water, and the removal of aluminum fluoride by such sufficient stirring has not been disclosed. In particular, since the aluminum fluoride may be located in the space where aluminum is removed from the m-Ti 3 C 2 T x , it does not allow a space in which lithium ions are inserted during exfoliation, making it difficult to exfoliate. It is desirable that it is sufficiently removed.

리튬 염을 이용하여 박리를 수행한 후의 세정 공정에 대하여 설명하기로 한다. 세정 공정은 반복하여 수행한 후, 상등액을 드롭 캐스팅하여 주사전자현미경으로 관찰하였다. 세정 공정이 진행될수록 상기 상등액에 잔존하는 리튬염의 양은 감소되고, d-Ti3C2Tx 플레이크 양은 증가되었다. 상기 m-Ti3C2Tx 층 사이사이에 리튬이 인터칼레이션 됨으로써, 첫 번째 세정 사이클에서는 대부분이 침전물로 가라앉고 상등액은 무색의 액체로 가득하였다. 참고로, 인터칼레이션(intercalation)은 층상구조가 있는 물질의 층간에 분자, 원자와 이온이 삽입되는 현상을 의미한다. 인터칼레이션의 생성물을 층간 화합물이라 하며, 대표적인 예로 그라파이트와 알칼리 금속, 점토와 유기물, 무기물과의 화합물 등이 있다.A cleaning process after stripping using a lithium salt will be described. After repeating the washing process, the supernatant was drop-cast and observed under a scanning electron microscope. As the washing process proceeded, the amount of lithium salt remaining in the supernatant decreased, and the amount of d-Ti 3 C 2 T x flakes increased. Due to the intercalation of lithium between the m-Ti 3 C 2 T x layers, most of them settled as precipitates in the first cleaning cycle, and the supernatant was filled with a colorless liquid. For reference, intercalation refers to a phenomenon in which molecules, atoms, and ions are inserted between layers of a material having a layered structure. Intercalation products are called intercalation compounds, and representative examples include compounds of graphite and alkali metals, clay and organic materials, and inorganic materials.

주사전자현미경 분석에 따르면, 상기 무색의 액체 내에는 대량의 리튬 염이 있으므로, 세정 시 사용된 탈 이온수와 리튬염의 교환이 발생한 것으로 분석된다. 이후의 두번째 및 세번째 세정 사이클에서는 침전물의 스웰링(swelling) 현상이 발생하였다. 이러한 스웰링은 상기 m-Ti3C2Tx 층 사이에 잔류된 리튬 이온이 물과 반응하여 층 사이에 물층을 형성하여 부피를 증가시킨 것으로 분석된다. 상기 두번째 및 세번째 세정 사이클에서 잔류 리튬염이 빠져나와 제거되고, 이후의 세정 사이클에서는 자가박리(self-delamination) 현상이 발생하였다. 상기 자가박리 현상은 상기 물층이 점점 더 커짐에 따라 상기 m-Ti3C2Tx 층 사이간의 상호작용인 반데르발스 결합이 약화되고, 이에 따라 다중층 구조를 더 이상 유지할 수 없어 박리됨으로써, 단층 또는 수개의 층으로 구성된 상기 d-Ti3C2Tx 을 형성하게 된다. 상기 용액에는 자가박리 되며 잔류한 리튬염이 잔존하므로, 원심분리를 고속으로 진행하여 박리된 상기 d-Ti3C2Tx 플레이크를 전부 침전시키는 것이 바람직하다. 이에 따라 고순도의 플레이크 형상의 2차원 층상형 전이금속-탄소 구조체를 얻을 수 있다.According to the scanning electron microscope analysis, since there is a large amount of lithium salt in the colorless liquid, it is analyzed that exchange of the lithium salt with deionized water used during washing has occurred. In the subsequent second and third cleaning cycles, swelling of the precipitate occurred. This swelling is analyzed to be that the lithium ions remaining between the m-Ti 3 C 2 T x layers react with water to form a water layer between the layers, thereby increasing the volume. In the second and third cleaning cycles, residual lithium salts were removed and removed, and self-delamination occurred in subsequent cleaning cycles. The self-peeling phenomenon is caused by the fact that as the water layer grows larger, the van der Waals bond, which is the interaction between the m-Ti 3 C 2 T x layers, is weakened, and thus the multi-layer structure can no longer be maintained and peeled off, The d-Ti 3 C 2 T x composed of a single layer or several layers is formed. Since the solution is self-exfoliated and residual lithium salt remains, it is preferable to precipitate all the exfoliated d-Ti 3 C 2 T x flakes by centrifuging at high speed. Accordingly, a high-purity flake-shaped two-dimensional layered transition metal-carbon structure can be obtained.

상기 Ti3AlC2 전구체 1g 에 대하여 알루미늄을 제거하고 박리한 후, 약 600 mL 의 d-Ti3C2Tx 분산액을 얻을 수 있다. 수율은 약 70% 이상으로 나타났다. 상기 분산액을 진공여과 과정을 통해 용매를 제거하고 충분히 건조시키면, 프리스탠딩 필름 형상의 상기 d-Ti3C2Tx 필름을 형성할 수 있다. After aluminum is removed and stripped from 1 g of the Ti 3 AlC 2 precursor, about 600 mL of d-Ti 3 C 2 T x dispersion may be obtained. The yield was found to be about 70% or more. When the solvent is removed from the dispersion through vacuum filtration and sufficiently dried, the d-Ti 3 C 2 T x film in the form of a free-standing film may be formed.

상기 진공여과에 사용되는 멤브레인의 두께는 수 μm ~ 수백 μm 범위로 다양할 수 있다. 수 μm 수준의 얇은 두께의 멤브레인을 사용하는 경우에는, 진공의 힘에 의해 다공성 유리 기판을 따라 수축이 발생할 수 있다. 이 상태에서 분산액을 여과하면 수축된 멤브레인의 형태에 따라 상기 d-Ti3C2Tx 플레이크들이 적층되므로, 표면이 거칠고 기계적 특성이 좋지 않은 상기 d-Ti3C2Tx 필름이 형성될 수 있다. 반면, 수백 μm 두께의 멤브레인을 사용하는 경우에는, 진공의 힘을 충분이 버틸 수 있는 두께로 인해 표면이 상기 멤브레인이 매끄러운 상태를 유지하게 되고, 상기 멤브레인 표면 위에 상기 d-Ti3C2Tx 분산액을 여과시키면 매끄러운 표면을 지닌 필름을 형성할 수 있다. 그러나, 두꺼운 두께의 멤브레인을 사용하게 되면, 멤브레인과 상기 d-Ti3C2Tx 필름의 분리가 불가능할 수 있다. 따라서, 상기 멤브레인의 두께를 적절한 수준으로 선택하는 것이 바람직하다.The thickness of the membrane used for the vacuum filtration may vary from several μm to hundreds of μm. In the case of using a membrane having a thickness of several μm, shrinkage may occur along the porous glass substrate due to the force of vacuum. If the dispersion is filtered in this state, the d-Ti 3 C 2 T x flakes are stacked according to the shape of the shrunk membrane, so that the d-Ti 3 C 2 T x film with a rough surface and poor mechanical properties may be formed. have. On the other hand, in the case of using a membrane with a thickness of several hundred μm, the surface of the membrane is maintained in a smooth state due to the thickness that can sufficiently withstand the force of vacuum, and the d-Ti 3 C 2 T x on the surface of the membrane Filtration of the dispersion can form a film with a smooth surface. However, when a thick membrane is used, it may be impossible to separate the membrane from the d-Ti 3 C 2 T x film. Therefore, it is desirable to select the thickness of the membrane at an appropriate level.

또한, 상기 d-Ti3C2Tx 플레이크는 그 표면에 산소(O), 수산화기(OH), 불소(F), 염소(Cl) 등의 다양한 친수성 관능기를 가진다. 따라서, 상기 진공여과 멤브레인이 나일론, 셀룰로오스와 같이 친수성을 지닌 물질일 경우에는 상기 플레이크와 상기 진공여과 멤브레인 간의 상호작용으로 인해 자유롭게 분리가 불가능하게 된다. 따라서 충분히 두껍고 소수성을 가진 진공여과 멤브레인을 이용해 진공여과를 진행하는 것이 바람직하다.In addition, the d-Ti 3 C 2 T x flake has various hydrophilic functional groups such as oxygen (O), hydroxyl group (OH), fluorine (F), and chlorine (Cl) on its surface. Therefore, when the vacuum filtration membrane is made of a hydrophilic material such as nylon or cellulose, free separation is impossible due to the interaction between the flakes and the vacuum filtration membrane. Therefore, it is preferable to perform vacuum filtration using a sufficiently thick and hydrophobic vacuum filtration membrane.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체의 형상 및 조직을 나타내는 사진들이다.6 are photographs showing the shape and structure of a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention.

도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 프리스탠딩 필름 형상의 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체(d-Ti3C2Tx) 필름의 형상을 나타낸다. 상기 d-Ti3C2Tx 필름은 높은 전기 전도도와 상당한 수준의 유연성을 가지므로, 접었다가 폈을 때도 그 구조가 유지됨을 알 수 있다. 따라서, 유연소자, 웨어러블 소자 등에 다양한 응용 잠재성을 보여준다.Referring to (a) and (b) of FIG. 6, a two-dimensional layered titanium-carbon structure (d-Ti) formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention in the form of a free-standing film. 3 C 2 T x ) Indicates the shape of the film. Since the d-Ti 3 C 2 T x film has high electrical conductivity and a considerable level of flexibility, it can be seen that the structure is maintained even when folded and unfolded. Therefore, it shows potential for various applications such as flexible devices and wearable devices.

도 6의 (c)를 참조하면, 프리스탠딩 필름 형상의 d-Ti3C2Tx 필름의 주사전자현미경 분석 결과가 나타나 있다. 상기 d-Ti3C2Tx 필름은 내부에 플레이크들이 장축 방향으로 잘 정렬된 형태를 가짐을 알 수 있다.Referring to (c) of FIG. 6, a scanning electron microscope analysis result of a d-Ti 3 C 2 T x film in the form of a free-standing film is shown. It can be seen that the d-Ti 3 C 2 T x film has a shape in which flakes are well aligned in the long axis direction.

도 6의 (d) 내지 (f)를 참조하면, 상기 d-Ti3C2Tx 플레이크의 주사전자현미경 분석 결과가 나타나 있다. 도 6의 (d)는 불산만을 이용한 제1 d-Ti3C2Tx 플레이크의 경우이고, 도 6의 (e) 및 (f)는 불산과 염산을 이용한 제2 d-Ti3C2Tx 플레이크의 경우이다. 상기 d-Ti3C2Tx 플레이크를 포함하는 분산액을 드롭 캐스팅하여 분석하였다.Referring to (d) to (f) of FIG. 6 , scanning electron microscope analysis results of the d-Ti 3 C 2 T x flakes are shown. Figure 6 (d) is the case of the first d-Ti 3 C 2 T x flakes using only hydrofluoric acid, and (e) and (f) of Figure 6 is the case of the second d-Ti 3 C 2 T using hydrofluoric acid and hydrochloric acid This is the case for x flakes. The dispersion including the d-Ti 3 C 2 T x flakes was analyzed by drop casting.

도 6의 (d)에 나타난 바와 같이, 불산만을 이용한 경우에는, 불산과 같은 강한 산 및 크기가 큰 양이온을 이용하고 초음파 처리를 하므로, 상기 제1 d-Ti3C2Tx 플레이크 크기가 1 μm 이하의 작은 크기로 분포함을 알 수 있다.As shown in (d) of FIG. 6, when only hydrofluoric acid is used, a strong acid such as hydrofluoric acid and large cations are used and ultrasonic treatment is performed, so that the first d-Ti 3 C 2 T x flake size is 1 It can be seen that it is distributed in a small size of less than μm.

반면, 도 6의 (e)에 나타난 바와 같이, 불산과 염산을 이용한 경우에는, m-Ti3C2Tx 에 결함을 최소화하고, 단순한 자가박리가 발생하여 상기 제2 d-Ti3C2Tx 플레이크를 형성하게 되어, 상대적으로 크기가 크게 나타난다.On the other hand, as shown in (e) of FIG. 6, when hydrofluoric acid and hydrochloric acid are used, defects in m-Ti 3 C 2 T x are minimized and simple self-exfoliation occurs, resulting in the second d-Ti 3 C 2 T x flakes are formed, and the size appears relatively large.

도 6의 (f)에 나타난 바와 같이, 상기 제2 d-Ti3C2Tx 플레이크는 약 1.5 nm 의 두께를 가지며, 이는 이론 두께인 1.3 nm와 잘 일치함을 알 수 있다.As shown in (f) of FIG. 6 , the second d-Ti 3 C 2 T x flake has a thickness of about 1.5 nm, which is well consistent with the theoretical thickness of 1.3 nm.

라만 스펙트럼 분석 결과를 이용한 산화 안정성을 검토하면, 불산만을 이용한 상기 제1 d-Ti3C2Tx 플레이크는 제조 직후에도 500cm-1 ~ 800cm-1의 탄소 영역의 강도가 작게 나타나므로 결함을 가짐을 알 수 있다. 이어서, 공기 중에 10일간 노출시킨 후의 결과는 d-Ti3C2Tx 플레이크의 구조가 붕괴되어 발생하는 D 피크와 G 피크가 발생한 것을 확인할 수 있다.Examining oxidation stability using Raman spectral analysis results, the first d-Ti 3 C 2 T x flake using only hydrofluoric acid has defects because the strength of the carbon region of 500 cm -1 to 800 cm -1 appears small even immediately after manufacture can know After exposure to the air for 10 days, it can be confirmed that the D-peak and the G peak occurred due to the collapse of the structure of the d-Ti 3 C 2 T x flake.

반면, 불산과 염산을 이용한 제2 d-Ti3C2Tx 플레이크는 제조 직후와 10일 노출 후에도 라만 스펙트럼에 큰 차이가 없고, 산화의 증거로 나타나는 D 피크와 G 피크가 발생하지 않았다. 따라서, 상기 제2 d-Ti3C2Tx 가 제1 d-Ti3C2Tx 에 비하여 환경에 더 안정적임을 알 수 있다.On the other hand, the second d-Ti 3 C 2 T x flake using hydrofluoric acid and hydrochloric acid showed no significant difference in the Raman spectrum immediately after preparation and after 10 days of exposure, and D and G peaks, which appear as evidence of oxidation, did not occur. Accordingly, it can be seen that the second d-Ti 3 C 2 T x is more stable to the environment than the first d-Ti 3 C 2 T x .

이러한 산화 안정성 결과는 상술한 면간 거리와 관련된 것으로 분석된다. 상기 제1 d-Ti3C2Tx 은 면간 거리가 상대적으로 크므로 공기 중의 수분이 쉽게 흡착할 수 있고, 흡착된 수분이 티타늄 원자와 반응하게 되어 산화티타늄(TiO2)이 형성되고, 이에 따라 구조가 붕괴되어 탄소와의 결합이 단절되어 불규칙한 형태를 가지는 라만 스펙트럼이 나타나는 것으로 분석된다.These oxidation stability results are analyzed to be related to the above-mentioned interplanar distance. Since the first d-Ti 3 C 2 T x has a relatively large interplanar distance, it can easily adsorb moisture in the air, and the adsorbed moisture reacts with titanium atoms to form titanium oxide (TiO 2 ). It is analyzed that the structure collapses and the bond with carbon is severed, resulting in an irregular Raman spectrum.

또한, 전기전도도 특성에서도 차이가 나타날 수 있다. 상기 제1 d-Ti3C2Tx 은 약 1.8 mΩ cm 의 비저항(resistivity)를 가지는 반면, 상기 제2 d-Ti3C2Tx 은 약 0.2 mΩ cm 의 낮은 비저항을 가진다. 상기 전기전도도 특성은 플레이크 자체 특성(intra-flake)와 플레이크 간 특성(inter-flake)으로 구분할 수 있다. 상기 플레이크 자체 특성은 플레이크의 크기, 즉 결정 한 개의 크기와 관련이 있고, 상기 플레이크의 크기가 클수록 플레이크 사이간 경계가 줄어들어 전자가 보다 빠르게 전달될 수 있다. 상기 플레이크 간 특성은 면간 거리와 관계가 있으며 면간 거리가 가까울수록 전자가 쉽게 전이할 수 있게 된다. 따라서, 플레이크의 크기가 크고 면간 거리가 작은 상기 제2 d-Ti3C2Tx 의 비저항이 작고 전기전도도가 높음을 알 수 있다.In addition, differences may also appear in electrical conductivity characteristics. The first d-Ti 3 C 2 T x has a resistivity of about 1.8 mΩ cm, whereas the second d-Ti 3 C 2 T x has a low resistivity of about 0.2 mΩ cm. The electrical conductivity characteristics can be divided into flake characteristics (intra-flake) and inter-flake characteristics (inter-flake). The characteristics of the flake itself are related to the size of the flake, that is, the size of one crystal, and the larger the size of the flake, the smaller the boundary between the flakes, so that electrons can be transferred more quickly. The inter-flake characteristics are related to the interplanar distance, and the closer the interplanar distance is, the easier electrons can transition. Accordingly, it can be seen that the second d-Ti 3 C 2 T x having a large flake size and a small interplanar distance has low specific resistance and high electrical conductivity.

TiTi 33 CC 22 TT xx -폴리비닐알콜 혼합 용액-Polyvinyl alcohol mixed solution

이하에서는 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 혼합 용액을 제조하는 단계를 설명하기로 한다.Hereinafter, steps for preparing the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol mixed solution will be described.

상기 폴리비닐알콜(PVA: Polyvinyl alcohol)은 물에 용해가 가능한 고분자이며, 수산화기(OH)를 가지고 있어, 상기 d-Ti3C2Tx 와 결합이 용이하고, 탈이온수 내에서 안정되게 분산시킬 수 있다. 또한, 상기 폴리비닐알콜은 용액 상태로 기판에 코팅 및 건조 시 우수한 접착력을 지니며, 접착 유지력이 우수하므로 상기 d-Ti3C2Tx 와 복합체를 구성할 경우에는, 우수한 코팅·접착 성능을 가질 것으로 분석된다.The polyvinyl alcohol (PVA: Polyvinyl alcohol) is a water-soluble polymer and has a hydroxyl group (OH), so it is easy to combine with the d-Ti 3 C 2 T x and can be stably dispersed in deionized water. can In addition, since the polyvinyl alcohol has excellent adhesive strength when coated and dried on a substrate in a solution state and excellent adhesive retention, when a composite is formed with the d-Ti 3 C 2 T x , excellent coating and adhesive performance is obtained. analyzed to have

Ti3C2Tx-폴리비닐알콜의 제조는 다음과 같이 수행되었다. 먼저, 9.9 ml 의 탈이온수에 100 mg의 폴리비닐알콜을 첨가하고, 약 90℃에서 4시간 이상 용해시켜 10 mg/mL의 농도를 가지는 폴리비닐알콜 용액을 준비한다. 이어서, 1 mg/mL의 농도로 d-Ti3C2Tx 를 포함하는 용액과 폴리비닐알콜 용액을 혼합한 후 약 1시간 동안 교반한다. 두 용액은 같은 용매인 탈이온수에 용해되어 있기 때문에 혼합 시 별도의 첨가제 없이 안정한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 혼합 용액을 제조할 수 있다.Preparation of Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol was performed as follows. First, 100 mg of polyvinyl alcohol is added to 9.9 ml of deionized water and dissolved at about 90° C. for 4 hours or more to prepare a polyvinyl alcohol solution having a concentration of 10 mg/mL. Subsequently, a solution containing d-Ti 3 C 2 T x at a concentration of 1 mg/mL and a polyvinyl alcohol solution were mixed and stirred for about 1 hour. Since the two solutions are dissolved in the same solvent, deionized water, a stable Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol mixed solution can be prepared without additional additives when mixing.

상기 Ti3C2Tx (층상형 전이금속-(C,N) 물질)는 표면 작용기를 가지므로, 탈이온수에서 매우 안정한 분산력을 가진다. 그러나, 탈이온수 내의 용존 산소와 반응하여 쉽게 산화될 수 있다.Since the Ti 3 C 2 T x (layered transition metal-(C,N) material) has a surface functional group, it has very stable dispersibility in deionized water. However, it can be easily oxidized by reacting with dissolved oxygen in deionized water.

분산 안정성을 검토하기 위하여, 폴리비닐알콜과 Ti3C2Tx 을 다양한 중량비로 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 혼합 용액을 제조하였다. 상기 중량비는, 폴리비닐알콜 첨가없음, 2:1, 1:1, 1:2 로 변화시켰다. 상기 Ti3C2Tx 용액 및 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 혼합 용액을 제조하고 일주일을 유지시킨 후, 관찰하였다.In order to examine dispersion stability, Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol mixed solutions were prepared with polyvinyl alcohol and Ti 3 C 2 T x at various weight ratios. The weight ratio was changed to 2:1, 1:1, and 1:2 without adding polyvinyl alcohol. The Ti 3 C 2 T x solution and the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol mixed solution were prepared, maintained for one week, and then observed.

상기 폴리비닐알콜을 포함하지 않는 상기 Ti3C2Tx 용액은 티타늄 원자가 산화되어 침전되기 시작하였으며, 2주 경과 후에는 완전히 산화되어 티타늄옥사이드(TiO2) 형태로 하얗게 변색되어 완전히 침전되었다.The Ti 3 C 2 T x solution that did not contain the polyvinyl alcohol began to precipitate as titanium atoms were oxidized, and after 2 weeks, it was completely oxidized and turned white in the form of titanium oxide (TiO 2 ) and completely precipitated.

반면 폴리비닐알콜이 첨가된 세 가지의 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 혼합 용액은, 중량비와 관계없이 산화되는 침전물이 발견되지 않고 안정한 분산 상태를 유지하고 있었다. 이러한 현상은 폴리비닐알콜과 Ti3C2Tx 의 관능기가 상호작용을 이루어 안정한 수소결합을 형성하여, 물에 용존하는 산소와 티타늄 원자 및 상대적으로 불안정한 관능기 간의 반응을 억제하였기 때문으로 분석된다.On the other hand, the three Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol mixed solutions to which polyvinyl alcohol was added maintained a stable dispersion state without oxidized precipitates regardless of the weight ratio. This phenomenon is analyzed to be because polyvinyl alcohol and the functional group of Ti 3 C 2 T x interact to form a stable hydrogen bond, thereby suppressing the reaction between oxygen dissolved in water and titanium atoms and relatively unstable functional groups.

TiTi 33 CC 22 TT xx -폴리비닐알콜 멤브레인-Polyvinyl alcohol membrane

상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜을 이용하여 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인을 하기와 같이 제작하였다. 1 mg/mL 농도의 Ti3C2Tx 용액 40 mL와 10 mg/mL 농도의 폴리비닐알콜 용액 4 mL를 혼합해 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 혼합 용액을 형성하였다. 따라서, 상기 Ti3C2Tx와 상기 폴리비닐알콜은 중량비로 1:1 이었다, 이후, 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 혼합 용액을, 진공 여과를 이용하여 용액을 여과한 후, 24 시간 동안 건조하여, Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인을 제조하였다. 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인은 지름 약 40 mm 이었으며, 파괴되거나 크랙없이 유연하게 구부러졌다.A Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane was prepared using the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol as follows. A Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol mixed solution was formed by mixing 40 mL of a 1 mg/mL Ti 3 C 2 T x solution and 4 mL of a 10 mg/mL polyvinyl alcohol solution. Therefore, the Ti 3 C 2 T x and the polyvinyl alcohol had a weight ratio of 1:1. Then, after filtering the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol mixed solution using vacuum filtration, After drying for 24 hours, a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane was prepared. The Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane had a diameter of about 40 mm and was flexibly bent without breaking or cracking.

상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인을 대상 금속기재에 접착 코팅하는 공정을 시험하기 위해, 라미네이션(lamination) 공법을 이용하여 대상 기판으로서 구리 기판에 10 mg/mL 농도의 폴리비닐알콜 10 μL를 접착제로서 추가하고, 가열압착을 이용하여 80℃에서 10분 동안 가압하여 가열압착하였다. 가열압착이 완료된 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인은 구리 기판 상에서도 유연하게 구부러짐을 확인하였다.In order to test the process of adhesively coating the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane on a target metal substrate, polyvinyl alcohol 10 at a concentration of 10 mg/mL was applied to a copper substrate as a target substrate using a lamination method. [mu]L was added as an adhesive and hot-pressed by using hot-pressing at 80°C for 10 minutes. It was confirmed that the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane that had been heat-compressed was flexibly bent even on a copper substrate.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인을 설명하는 도면들이다.7 is a view for explaining a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane formed using a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. admit.

도 7의 (a)는 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 용액이고, 도 7의 (b)는 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 용액을 이용하여 형성한 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인이고, 도 7의 (c)는 구리 기판 상에 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인을 압착하기 위한 라미네이션 방법을 나타내는 개략도이고, 도 7의 (d)는 상기 구리 기판 상에 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인을 압착되어 형성된 구조체를 나타낸다.(a) of FIG. 7 shows the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol solution, and (b) of FIG. 7 shows the Ti 3 C 2 formed using the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol solution. T x -polyvinyl alcohol membrane, and FIG. 7(c) is a schematic diagram showing a lamination method for pressing the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane on a copper substrate, and FIG. 7(d) is A structure formed by compressing the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane on the copper substrate is shown.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인의 X-선 회절 패턴을 나타내는 그래프이다.8 is an X-ray of a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane formed using a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. It is a graph showing the diffraction pattern.

도 8을 참조하면, 폴리비닐알콜을 포함하지 않는 Ti3C2Tx 멤브레인("Pristine"으로 표시됨), 폴리비닐알콜(PVA)을 20 중량%, 30 중량%, 및 50 중량%로 각각 포함하는 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인에 대한 X-선 회절 패턴이 나타나있다. 상기 폴리비닐알콜이 포함된 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인들은 모두 약 19도에서 폴리비닐알콜 결정질 구조에서 해당되는 피크가 관찰되었고, 상기 피크는 상기 Ti3C2Tx 멤브레인에서는 관찰되지 않았다. 또한, 상기 폴리비닐알콜의 함량이 증가함에 따라 7 도에서 나타나는 Ti3C2Tx 의 (002) 피크가 일정한 경향으로 더 낮은 각도로 이동하였다. 이러한 이동은 상기 Ti3C2Tx 층 사이의 공간으로 상기 폴리비닐알콜이 균일하게 개재(intercalation)되었기 때문으로 분석된다.Referring to FIG. 8, a Ti 3 C 2 T x membrane (indicated as “Pristine”) not containing polyvinyl alcohol and containing 20 wt%, 30 wt%, and 50 wt% of polyvinyl alcohol (PVA), respectively. An X-ray diffraction pattern for a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane is shown. In all Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membranes containing polyvinyl alcohol, a peak corresponding to the polyvinyl alcohol crystalline structure was observed at about 19 degrees, and the peak was observed in the Ti 3 C 2 T x membrane. It didn't work. In addition, as the content of polyvinyl alcohol increased, the (002) peak of Ti 3 C 2 T x at 7 degrees moved to a lower angle with a certain tendency. This movement is analyzed to be due to uniform intercalation of the polyvinyl alcohol into the space between the Ti 3 C 2 T x layers.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인의 주사전자현미경 사진들이다.9 is a scanning electron microscope of a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane formed using a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. These are photos.

도 9를 참조하면, 폴리비닐알콜을 20 중량%, 30 중량%, 50 중량%, 및 70 중량%으로 각각 포함하는 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인에 대한 주사전자현미경 사진들이다. 상기 폴리비닐알콜의 함유량이 50 중량%에 이르기까지는 상기 Ti3C2Tx 층상구조가 균일한 배열 상태가 유지되면서, 상기 폴리비닐알콜이 상기 층 사이로 개재되어 인입된 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 상기 폴리비닐알콜과 상기 Ti3C2Tx 의 관능기가 수소결합을 이루며 안정한 복합체를 형성하기 때문으로 분석된다. 다만, 상기 폴리비닐알콜이 70 중량%인 경우에는, 상기 Ti3C2Tx 가 상기 폴리비닐알콜에 완전히 매립되어 층상구조의 배열 상태가 다소 붕괴됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 9 , scanning electron micrographs of a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane containing 20 wt%, 30 wt%, 50 wt%, and 70 wt% of polyvinyl alcohol, respectively. It can be confirmed that the Ti 3 C 2 T x layer structure is uniformly arranged and the polyvinyl alcohol is interposed between the layers until the content of the polyvinyl alcohol reaches 50% by weight. This result is analyzed to be because the polyvinyl alcohol and the functional group of Ti 3 C 2 T x form a stable complex by forming a hydrogen bond. However, when the polyvinyl alcohol is 70% by weight, it can be seen that the Ti 3 C 2 T x is completely buried in the polyvinyl alcohol, and the arrangement of the layered structure is somewhat disrupted.

이하에서는, 구리 기판 상에 부착된 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인의 부식 거동에 대하여 분석하기로 한다. 상기 부식 거동은 해수 분위기인 3.5 중량%의 염화나트륨(NaCl) 수용액에서 측정하였다.Hereinafter, the corrosion behavior of the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane deposited on the copper substrate will be analyzed. The corrosion behavior was measured in a 3.5% by weight sodium chloride (NaCl) aqueous solution in a seawater atmosphere.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인의 부식 거동을 나타내는 그래프들이다.10 shows the corrosion behavior of a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane formed using a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. graphs that represent

도 10의 (a)를 참조하면, 구리 기판 상에 부착된 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인의 폴리비닐알콜의 함량에 따른 부식 거동을 나타내는 분극 곡선을 나타낸다. 구리 기판 상에 부착된 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인의 부식 전위는 -0.257 V ~ -0.429 V 로 변화하였고, 폴리비닐알콜의 함량이 증가될수록 음의 값으로 증가하였다. 그러나, 멤브레인이 코팅되지 않은 구리 기판(Bare Cu)의 부식 전위는 약 -0.33 V이므로, 큰 변화가 나타나지는 않았다.Referring to (a) of FIG. 10 , a polarization curve showing the corrosion behavior of a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane attached to a copper substrate according to the content of polyvinyl alcohol is shown. The corrosion potential of the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane attached to the copper substrate varied from -0.257 V to -0.429 V, and increased negatively as the content of polyvinyl alcohol increased. However, since the corrosion potential of the copper substrate (bare Cu) on which the membrane is not coated is about -0.33 V, there was no significant change.

도 10의 (b)를 참조하면, 구리 기판 상에 부착된 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인의 폴리비닐알콜의 함량에 따른 용해된 구리 이온 농도와 부식 전류를 나타낸다. 부식 전류의 경우에는 멤브레인이 코팅되지 않은 구리 기판(Bare Cu로 표시됨)의 부식 전류는 -1.41x10-5 A/cm2 인 반면, Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인이 코팅된 구리 기판은 약 -1.67x10-8 A/cm2 이므로, 부식 전류가 크게 감소함을 알 수 있으며, 약 100배 이상 증가한 부식저항 특성을 가짐을 알 수 있다.Referring to (b) of FIG. 10 , the dissolved copper ion concentration and corrosion current according to the polyvinyl alcohol content of the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane attached to the copper substrate are shown. In terms of corrosion current, the corrosion current of the copper substrate with no membrane coating (denoted as bare Cu) is -1.41x10 -5 A/cm 2 , whereas the copper substrate with Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane is coated. Since is about -1.67x10 -8 A/cm 2 , it can be seen that the corrosion current is greatly reduced, and it can be seen that the corrosion resistance is increased by about 100 times or more.

상기 구리 기판으로부터 용해된 구리 이온의 양을 유도 결합 플라즈마 분광분석법(ICP-OES: inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy)을 통하여 정량 분석한 결과로부터, Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인이 부착되면 용해된 구리 이온의 농도가 크게 감소하고, 폴리비닐알콜의 함량이 증가될수록 상기 구리 이온의 농도는 더 감소되는 경향을 나타내었다.From the results of quantitative analysis of the amount of copper ions dissolved from the copper substrate through inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy (ICP-OES), the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane is attached. The concentration of dissolved copper ions greatly decreased, and the concentration of copper ions decreased as the content of polyvinyl alcohol increased.

따라서, 본 발명에 따른 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인은 우수한 산화 저항성 및 부식 방지성을 가지는 것으로 분석된다. 이러한 특징은 장시간 보관되는 사용후 핵연료의 중성자 차폐재로서 사용될 가능성을 나타낸다.Therefore, the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane according to the present invention is analyzed to have excellent oxidation resistance and corrosion resistance. These characteristics indicate the possibility of being used as a neutron shield for spent nuclear fuel stored for a long time.

상기 금속 기판 상에 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인을 부착하는 접착제로서 폴리비닐알콜을 사용하였으나, 다양한 접착제를 사용하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 예를 들어, 상기 접착제로서, Bisphenol A diglycidyl ether, dicyandiamide, 및 1,1'-(4-Methyl-1,3-phenylene)bis[3,3-dimethylurea]을 포함하는 에폭시 물질을 포함할 수 있다. Although polyvinyl alcohol was used as an adhesive for attaching the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane on the metal substrate, the use of various adhesives is also included in the technical concept of the present invention. For example, as the adhesive, an epoxy material including Bisphenol A diglycidyl ether, dicyandiamide, and 1,1'-(4-Methyl-1,3-phenylene)bis[3,3-dimethylurea] may be included. .

또한, 상기 구리 기판을 대신하여 다양한 금속 기판을 사용하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 예를 들어, 상기 기판으로서 CR340 강재, SUS304 스테인리스강 등을 포함할 수 있다.In addition, the case of using various metal substrates instead of the copper substrate is also included in the technical spirit of the present invention. For example, CR340 steel, SUS304 stainless steel, etc. may be included as the substrate.

TiTi 33 CC 22 TT xx -폴리비닐알콜 잉크-Polyvinyl alcohol ink

2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 다양한 표면에 코팅이 가능한 형태로 제조하기 위해 분산도 조절을 통한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크를 제조할 수 있다.In order to prepare a two-dimensional layered titanium-carbon structure in a form that can be coated on various surfaces, Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink can be prepared through dispersion control.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크의 제조 방법을 도시하는 개략도이다.11 shows a method for manufacturing Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink formed using a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram showing

도 11의 (a)를 참조하면, 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크의 제조 방법이 나타나있다. 먼저, 상술한 바와 같이 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 혼합 용액을 제공한다. 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 혼합 용액은 박리 공정이 완료되어 형성된 d-Ti3C2Tx 가 탈이온수에 분산되어 있고, 또한 폴리비닐알콜을 포함한다.Referring to (a) of FIG. 11, a method for preparing the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink is shown. First, the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol mixed solution formed as described above is provided. The Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol mixed solution contains d-Ti 3 C 2 T x formed after the peeling process is completed and dispersed in deionized water, and also contains polyvinyl alcohol.

이어서, 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 혼합 용액에 이소프로필 알코올(IPA) 또는 톨루엔과 같이 극성이 낮은 반용매(anti-solvent)를 첨가한다. 상기 반용매는 용매인 탈이온수에 안정되게 분산된 d-Ti3C2Tx 를 원심분리를 통하여 침전 분리가 가능하게 한다.Subsequently, an anti-solvent having a low polarity such as isopropyl alcohol (IPA) or toluene is added to the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol mixed solution. The anti-solvent enables precipitation separation through centrifugation of d-Ti 3 C 2 T x stably dispersed in deionized water as a solvent.

이이서, 원심분리를 수행하여 용매와 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜을 분리한다. 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜은 침전물로서 하측에 가라앉게 된다. 원심분리 후 상측의 상등액을 제거하고, 침전물 상태인 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜을 취득한다.Subsequently, centrifugation is performed to separate the solvent and Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol. The Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol settles to the lower side as a precipitate. After centrifugation, the upper supernatant is removed, and the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol in a precipitate state is obtained.

상기 침전물에 탈이온수를 첨가하여, 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜을 원하는 농도로 탈이온수에 재분산시킨다. 이에 따라, 고농도 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크를 제조할 수 있다.Deionized water is added to the precipitate, and the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol is redispersed in the deionized water at a desired concentration. Accordingly, a high-concentration Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink can be prepared.

도 11의 (b)를 참조하면, 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크를 붓을 이용하여 반구 형태의 알루미나 기재 상에 도포한 것이다. 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크는 도포가 가능한 농도와 점도로서 형성되었고, 따라서 페인트 공정으로 적용되는 가능성을 제시하고 있다.Referring to (b) of FIG. 11 , the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink was applied onto a hemispherical alumina substrate using a brush. The Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink was formed with an applicable concentration and viscosity, and thus suggests the possibility of being applied in a paint process.

상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크를 다양한 표면에 대한 페인팅 공정의 가능성을 확인하기 위해 그 유변학적 특성 분석과 페인팅 실험을 진행하였다. 안정한 유변학적 특성을 가지면서 페인팅에 적합한 농도가 선정하면, 다양한 기판에 페인팅하는 경우 응집이나 흘러내림 (spill) 현상이 발생하지 않고 균일한 페인트층을 형성하는 것을 확인하였다.In order to confirm the possibility of painting the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink on various surfaces, a rheological characteristic analysis and a painting experiment were conducted. When a concentration suitable for painting is selected while having stable rheological properties, it was confirmed that a uniform paint layer was formed without occurrence of cohesion or spillage when painting on various substrates.

상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크에 하기와 같이 B4C 용액을 혼합하여 중성자 차폐용 코팅 용액을 형성할 수 있다.A coating solution for neutron shielding may be formed by mixing the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink with a B 4 C solution as follows.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크를 유리 기판 상에 도포하여 형성한 도포층의 단면을 나타내는 주사전자현미경 사진이다.12 is a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink formed using a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention on a glass substrate. It is a scanning electron micrograph showing the cross section of the coating layer formed by coating on the surface.

도 12를 참조하면, 상기 유리 기판은 57도의 접촉각도와 4.08 nm의 표면 거칠기를 가졌다. 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크의 도포 영역은 50 mm x 50 mm 이었다. 상기 유리 기판에 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크를 반복 횟수로 도포하는 경우, 상기 도포 영역에서 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜로 구성된 도포층이 일정한 두께로 균일하게 증가된 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크는 우수한 도포성을 가짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 12, the glass substrate had a contact angle of 57 degrees and a surface roughness of 4.08 nm. The coating area of the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink was 50 mm x 50 mm. When the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink is repeatedly applied to the glass substrate, the coating layer composed of Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol is uniformly increased to a constant thickness in the application area. can confirm that Therefore, it can be seen that the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink has excellent coating properties.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 2차원 층상형 티타늄-탄소 구조체를 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크를 유리 기판 상에 도포하여 형성한 도포층의 특성을 나타내는 그래프들이다.13 is a Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink formed using a two-dimensional layered titanium-carbon structure formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention on a glass substrate. These are graphs showing the characteristics of the coating layer formed by applying to

도 13의 (a)를 참조하면, 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크의 도포 횟수에 따른 상기 도포층의 두께 변화를 나타내는 그래프이다. 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크의 도포 횟수가 증가됨에 따라, 상기 도포층의 두께가 상당한 수준으로 균일하게 증가되는 경향을 나타냄을 알 수 있다. 따라서, 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크는 우수한 도포성을 가짐을 확인할 수 있다.Referring to (a) of FIG. 13, it is a graph showing a change in the thickness of the coating layer according to the number of times the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink is coated. It can be seen that as the number of times of application of the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink is increased, the thickness of the application layer tends to increase uniformly to a significant level. Therefore, it can be confirmed that the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink has excellent coating properties.

도 13의 (b)를 참조하면, 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크로 형성된 도포층의 두께에 대한 전자파 차폐능(EMI SE)을 나타내는 그래프이다. 상술한 바와 같이 진공여과를 통해 제조된 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인의 결과(진공여과로 표시됨)와 비교하면, 도포에 의하여 형성된 도포층은 15 μm 이하의 두께에서 거의 유사한 전자파 간섭 차폐능(EMI SE: electromagnetic interference shielding effectiveness)을 가짐을 알 수 있다. 따라서, 상기 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 잉크로 도포하는 방법의 실현 가능성이 높음을 알 수 있다.Referring to (b) of FIG. 13, it is a graph showing the electromagnetic wave shielding ability (EMI SE) versus the thickness of the coating layer formed of the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink. Compared to the results of the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane prepared through vacuum filtration as described above (indicated by vacuum filtration), the coating layer formed by coating has almost similar electromagnetic wave interference at a thickness of 15 μm or less. It can be seen that it has electromagnetic interference shielding effectiveness (EMI SE). Therefore, it can be seen that the method of coating with the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol ink is highly feasible.

탄화붕소 용액boron carbide solution

이하에서는, 탄화붕소(B4C) 용액의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for preparing a boron carbide (B 4 C) solution will be described.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 탄화붕소(B4C) 용액의 제조과정에 따른 특성 변화를 설명하는 사진들이다.14 is photographs illustrating changes in properties according to the manufacturing process of a boron carbide (B 4 C) solution formed by the manufacturing method of a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention.

도 14의 (a)를 참조하면, 먼저, 입자 크기가 10 nm 내지 10 μm 범위의 다양한 입자 크기를 가지는 탄화붕소(B4C)를 준비한다. 이어서, 상기 탄화붕소를 물에 투입하여 탄화붕소 용액을 형성하고, 약 1 시간 동안 초음파를 이용하여 교반하였다. 교반한 직후에는, 침전물이 형성되지 않고 물에 잘 분산되어 있었다. 그러나, 수 시간 후에는 무거운 탄화붕소가 하측으로 침전되어 침전물을 형성하였다. 즉, 상기 탄화붕소 용액 내에서 상기 탄화붕소가 분산 안정성을 가지지 못하였다. 따라서, 탄화붕소의 분산 안정성을 증가시키기 위하여 원심분리를 수행하였다. 원심분리에 의하여 입자 크기가 큰 탄화붕소는 침전되고, 상대적으로 입자 크기가 작은 탄화붕소는 상등액을 잔존하게 된다. 상기 상등액을 추출하여 수시간 유지한 후에 침전 여부를 관찰하였다.Referring to (a) of FIG. 14, first, boron carbide (B 4 C) having various particle sizes ranging from 10 nm to 10 μm is prepared. Subsequently, the boron carbide was added to water to form a boron carbide solution, and the mixture was stirred for about 1 hour using ultrasonic waves. Immediately after stirring, the precipitate was not formed and was well dispersed in water. However, after a few hours the heavy boron carbide precipitated to the bottom and formed a precipitate. That is, the boron carbide did not have dispersion stability in the boron carbide solution. Therefore, centrifugation was performed to increase the dispersion stability of boron carbide. By centrifugation, boron carbide having a large particle size is precipitated, and boron carbide having a relatively small particle size remains in the supernatant. The supernatant was extracted and maintained for several hours, and then the presence or absence of precipitation was observed.

도 14의 (b)를 참조하면, 2000 rpm으로 원심분리를 수행한 후 추출한 상등액을 관찰한 결과가 나타나있다. 상기 2000 rpm의 원심분리에 의하여, 3 μm 이상의 탄화붕소 입자는 침전되어 상기 상등액에서 제거됨을 확인하였다. 그러나, 수 μm 수준의 입자 크기의 탄화붕소가 아직 상등액에 잔존하고, 또한 중력에 의하여 침전될 가능성이 있고, 이러한 침전을 확인하였다.Referring to (b) of FIG. 14, the result of observing the supernatant extracted after centrifugation at 2000 rpm is shown. By the centrifugation at 2000 rpm, it was confirmed that boron carbide particles of 3 μm or more were precipitated and removed from the supernatant. However, there is a possibility that boron carbide having a particle size of several μm still remains in the supernatant and also precipitates due to gravity, and such precipitation was confirmed.

도 14의 (c)를 참조하면, 3000 rpm으로 원심분리를 수행한 후 추출한 상등액을 관찰한 결과가 나타나있다. 이전의 2000 rpm으로 원심분리에 비하여, 상기 3000 rpm의 원심분리한 경우, 상대적으로 큰 입자가 침전물로서 제거되므로, 상기 상등액에 포함된 탄화붕소의 입자 크기는 작아졌으나, 여전히 침전이 발생하였다.Referring to (c) of FIG. 14, the result of observing the supernatant extracted after centrifugation at 3000 rpm is shown. Compared to the previous centrifugation at 2000 rpm, in the case of centrifugation at 3000 rpm, since relatively large particles are removed as precipitates, the particle size of boron carbide contained in the supernatant was reduced, but precipitation still occurred.

도 14의 (d)를 참조하면, 4000 rpm으로 원심분리를 수행한 후 추출한 상등액을 관찰한 결과가 나타나있다. 상기 4000 rpm의 원심분리한 상등액은 1 μm 이하의 탄화붕소를 포함하게 되고, 1 μm 초과의 입자들은 대부분 제거되었다. 또한, 침전도 거의 발생하지 않았다. 따라서, 안정된 분산을 가지도록 상기 탄화붕소 용액은 4000 rpm 이상의 원심분리를 수행하는 것이 바람직하고, 예를 들어 4000 rpm 내지 8000 rpm 범위로 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 상기 탄화붕소 용액에 포함된 상기 탄화붕소는 10 nm ~ 1000 nm 범위의 입자 크기를 가질 수 있다.Referring to (d) of FIG. 14, the result of observing the supernatant extracted after centrifugation at 4000 rpm is shown. The supernatant centrifuged at 4000 rpm contained boron carbide of 1 μm or less, and most of the particles larger than 1 μm were removed. Also, precipitation hardly occurred. Therefore, it is preferable to centrifuge the boron carbide solution at 4000 rpm or more, for example, in the range of 4000 rpm to 8000 rpm so as to have stable dispersion. In this case, the boron carbide contained in the boron carbide solution may have a particle size ranging from 10 nm to 1000 nm.

도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 탄화붕소 용액의 원심분리에 따른 입자 크기를 나타내는 그래프 및 사진들이다.15 is a graph and photographs showing the particle size according to the centrifugal separation of the boron carbide solution formed by the manufacturing method of the coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention.

도 15의 (a)를 참조하면, 원심분리 전과 4000 rpm으로 원심분리 한 후의 탄화붕소 용액에 대하여 동적 광 산란방법(Dynamic Light Scattering, DLS)를 이용하여 취득한 탄화붕소의 입자 크기 분포를 나타낸다. 원심분리를 수행하기 전에 비하여, 원심분리를 수행한 후에는 입자의 크기가 감소하였다. 최대 입자는 약 500 nm 수준으로 나타났고, 평균 입자 크기는 100 nm 내지 200 nm 범위로 나타났다.Referring to (a) of FIG. 15, the particle size distribution of boron carbide obtained using dynamic light scattering (DLS) is shown for the boron carbide solution before centrifugation and after centrifugation at 4000 rpm. Compared to before centrifugation, the particle size decreased after centrifugation. The maximum particle size was approximately 500 nm, and the average particle size ranged from 100 nm to 200 nm.

도 14의 (b) 및 (c)를 참조하면, 원심분리 전과 4000 rpm으로 원심분리 한 후의 탄화붕소 용액에 각각 포함된 탄화붕소를 주사전자현미경으로 관찰한 결과이다. 원심분리를 수행하기 전에 비하여, 원심분리를 수행한 후에는 입자의 크기가 감소하였고, 상기 동적 광 산란 결과와 일치한다. 원심분리를 수행하기 전에는 탄화붕소 용액이 5 μm 이상의 크기를 가지는 탄화붕소 입자들을 포함하는 반면, 원심분리를 수행한 후에는 탄화붕소 용액이 약 100 nm 정도의 평균 크기를 가지는 것으로 관찰되었다.Referring to (b) and (c) of FIG. 14 , boron carbide contained in the boron carbide solution before centrifugation and after centrifugation at 4000 rpm is observed with a scanning electron microscope. Compared to before centrifugation, the particle size decreased after centrifugation, consistent with the dynamic light scattering result. Before centrifugation, it was observed that the boron carbide solution contained boron carbide particles having a size of 5 μm or more, whereas after centrifugation, the boron carbide solution had an average size of about 100 nm.

도 15의 (d)를 참조하면, 4000 rpm으로 원심분리한 후의 탄화붕소 용액의 사진이다. 상기 탄화붕소 용액은 수 시간이 경과한 후에도 침전물을 형성하지 않았으며, 이는 용액 내에 탄화붕소의 분산을 잘 유지하고 있음을 알 수 있다.Referring to (d) of FIG. 15, it is a photograph of the boron carbide solution after centrifugation at 4000 rpm. The boron carbide solution did not form a precipitate even after several hours, indicating that the dispersion of boron carbide in the solution was well maintained.

TiTi 33 CC 22 TT xx -탄화붕소 혼합 용액- Boron carbide mixed solution

이하에서는, Ti3C2Tx 용액과 탄화붕소 용액을 혼합하여 형성한 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by mixing a Ti 3 C 2 T x solution and a boron carbide solution will be described.

도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 나타내는 사진 및 제타 전위를 나타내는 그래프이다.16 is a graph showing a photo and zeta potential of a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by the method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention.

도 16의 (a)를 참조하면, Ti3C2Tx 용액("Ti3C2Tx"으로 표시됨)과 탄화붕소 용액("B4C"로 표시됨)을 혼합하여 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액("Hybrid solution"으로 표시됨)을 형성하였다. 상기 Ti3C2Tx 용액은 폴리비닐알콜을 포함하였다.Referring to (a) of FIG. 16, a Ti 3 C 2 T x solution (indicated as “Ti 3 C 2 T x ”) and a boron carbide solution (indicated as “B 4 C”) are mixed to obtain Ti 3 C 2 T An x -boron carbide mixed solution (indicated as "Hybrid solution") was formed. The Ti 3 C 2 T x solution included polyvinyl alcohol.

상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액은 수 시간이 경과한 후에도 침전물을 형성하지 않았으며, 이는 용액 내에 Ti3C2Tx 및 탄화붕소의 분산을 잘 유지하고 있음을 알 수 있다.The Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution did not form a precipitate even after several hours, indicating that the dispersion of Ti 3 C 2 T x and boron carbide in the solution was well maintained.

도 16의 (b)를 참조하면, 상기 Ti3C2Tx 용액, 상기 탄화붕소 용액, 및 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액의 제타 전위(zeta potential)를 나타낸다. 상기 Ti3C2Tx 용액은 -28 mV, 상기 탄화붕소 용액은 -49 mV, 및 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액은 -40 mV의 제타 전위를 가지므로, 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액의 상기 Ti3C2Tx 용액의 제타 전위와 상기 탄화붕소 용액의 제타 전위 사이의 값을 가짐을 알 수 있다. 상기 Ti3C2Tx 용액은 상기 Ti3C2Tx 의 표면의 관능기에 의하여 음의 제타 전위를 가지므로 물과 같은 극성 용매에서 안정하게 분산될 수 있다. 상기 탄화붕소 용액 및 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액은 각각 음의 제타 전위를 가지므로 모두 극성 용매에서 안정하게 분산될 수 있다. 상기 Ti3C2Tx 용액과 상기 탄화붕소 용액이 동일하게 음의 제타 전위를 가지므로, 정전기적 자가 결합이 되지 않고 용매에서 안정하게 분산될 수 있다.Referring to (b) of FIG. 16 , zeta potentials of the Ti 3 C 2 T x solution, the boron carbide solution, and the Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixture solution are shown. Since the Ti 3 C 2 T x solution has a zeta potential of -28 mV, the boron carbide solution has a zeta potential of -49 mV, and the Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution has a zeta potential of -40 mV, the Ti 3 C It can be seen that the 2 T x -boron carbide mixed solution has a value between the zeta potential of the Ti 3 C 2 T x solution and the zeta potential of the boron carbide solution. Since the Ti 3 C 2 T x solution has a negative zeta potential due to the functional group on the surface of the Ti 3 C 2 T x , it can be stably dispersed in a polar solvent such as water. Since the boron carbide solution and the Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution each have a negative zeta potential, both may be stably dispersed in a polar solvent. Since the Ti 3 C 2 T x solution and the boron carbide solution have the same negative zeta potential, they are not electrostatically self-coupled and can be stably dispersed in a solvent.

TiTi 33 CC 22 TT xx -탄화붕소 혼합 용액- Boron carbide mixed solution

이하에서는, Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 이용하여 형성한 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film formed using a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution will be described.

상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름은 상술한 Ti3C2Tx-폴리비닐알콜 멤브레인을 형성하는 방법을 이용하여 형성할 수 있다.The Ti 3 C 2 T x -boron carbide film may be formed using the above-described method of forming the Ti 3 C 2 T x -polyvinyl alcohol membrane.

먼저, 불산만을 이용하여 알루미늄을 제거하고, TMAOH과 같은 큰 양이온을 이용해 박리되어 형성된 상기 제1 d-Ti3C2Tx 을 포함하여 구성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름에 대하여 설명하기로 한다.First, to describe the Ti 3 C 2 T x -boron carbide film including the first d-Ti 3 C 2 T x formed by removing aluminum using only hydrofluoric acid and exfoliating using a large cation such as TMAOH. do it with

도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 이용하여 제조된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름을 나타내는 사진들이다.17 illustrates a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film prepared using a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. These are photos.

도 17에서, 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액 및 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름은 폴리염화비닐을 포함하고, 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름은 상술한 바와 같이 진공여과 방법을 이용하여 형성하였다.In FIG. 17, the Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution and the Ti 3 C 2 T x -boron carbide film include polyvinyl chloride, and the Ti 3 C 2 T x -boron carbide film is described above. It was formed using the vacuum filtration method as described above.

도 17의 (a)를 참조하면, 상기 제1 d-Ti3C2Tx 으로 구성되고 폴리염화비닐을 포함하지 않는 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름이 나타나있다. 상기 탄화붕소의 함량이 5 중량% 수준으로 낮음에도, 필름 형상을 유지하지 못하고 파괴되었다. 이는, 상기 제1 d-Ti3C2Tx 플레이크의 크기가 작기 때문으로 분석된다.Referring to (a) of FIG. 17, a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film composed of the first d-Ti 3 C 2 T x and not containing polyvinyl chloride is shown. Even though the boron carbide content was as low as 5% by weight, the film failed to maintain its shape and was destroyed. This is analyzed to be because the size of the first d-Ti 3 C 2 T x flake is small.

도 17의 (b)를 참조하면, 상기 제1 d-Ti3C2Tx 으로 구성되고 폴리염화비닐을 포함하는 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름이 나타나있다. 상기 탄화붕소의 함량이 10 중량%로 상대적으로 높음에도 필름 형상을 유지함을 알 수 있다. 포함된 폴리비닐알콜은 상기 제1 d-Ti3C2Tx 플레이크를 교차 결합시키는 기능을 하여 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름에 구조적 안정성을 제공할 수 있다. Referring to (b) of FIG. 17, a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film composed of the first d-Ti 3 C 2 T x and containing polyvinyl chloride is shown. It can be seen that the film shape is maintained even though the boron carbide content is relatively high as 10% by weight. The included polyvinyl alcohol may serve to cross-link the first d-Ti 3 C 2 T x flakes to provide structural stability to the Ti 3 C 2 T x -boron-carbide film.

도 17의 (c)를 참조하면, 도 17의 (b)의 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름의 단면 미세조직을 나타내는 주사전자현미경 사진이다. 상기 제1 d-Ti3C2Tx 플레이크가 좌우 방향으로 잘 정렬되어 있고, 탄화붕소가 균일하게 분포하고 있음을 알 수 있다.Referring to (c) of FIG. 17, a scanning electron micrograph showing a cross-sectional microstructure of the Ti 3 C 2 T x -boron carbide film of FIG. 17 (b). It can be seen that the first d-Ti 3 C 2 T x flakes are well aligned in the left and right directions, and boron carbide is uniformly distributed.

도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 이용하여 제조된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름의 중성자 흡수력을 나타내는 그래프들이다.18 shows neutrons of a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film prepared using a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. These are graphs showing the absorption capacity.

도 18의 (a)를 참조하면, 탄화 붕소가 첨가되지 않은 Ti3C2Tx 필름은 중성자 흡수력이 없었으나, 20 중량%의 탄화붕소(B4C)가 첨가된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름은 약 23%의 중성자 흡수력을 가졌다.Referring to (a) of FIG. 18, the Ti 3 C 2 T x film to which no boron carbide was added had no neutron absorption, but the Ti 3 C 2 T x to which 20% by weight of boron carbide (B 4 C) was added. - The boron carbide film had a neutron absorption of about 23%.

도 18의 (b)를 참조하면, 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름의 두께에 대한 중성자 흡수 단면적을 나타내는 그래프이다. 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름은 약 25 μm의 두께를 가졌다. 따라서, 두께 대비 중성자 흡수 능력을 나타내는 중성자 흡수 단면적은 약 120 cm-1 로서, 다른 방법으로 형성된 비교예의 탄화붕소 복합체에 비하여 월등하게 높은 수치를 나타내었다.Referring to (b) of FIG. 18, it is a graph showing the neutron absorption cross section versus the thickness of the Ti 3 C 2 T x -boron carbide film. The Ti 3 C 2 T x -boron carbide film had a thickness of about 25 μm. Therefore, the neutron absorption cross-sectional area representing the neutron absorption capacity versus thickness was about 120 cm −1 , which was significantly higher than that of the boron carbide composite of Comparative Example formed by another method.

상기 제1 d-Ti3C2Tx 을 이용한 경우에는, 구조가 붕괴되는 원인으로서, 상기 제1 d-Ti3C2Tx 가 작은 크기의 플레이크로 구성되어 탄화붕소를 지지하는 힘이 부족하였기 때문으로 분석된다. 따라서, 이하에서는 상대적으로 큰 크기의 플레이크로 구성된 상기 제2 d-Ti3C2Tx 를 이용한 경우를 검토하였다.When the first d-Ti 3 C 2 T x is used, as a cause of the collapse of the structure, the first d-Ti 3 C 2 T x is composed of small-sized flakes and lacks the strength to support boron carbide. It is analyzed that because Therefore, in the following, the case of using the second d-Ti 3 C 2 T x composed of relatively large flakes was reviewed.

이하에서는 불산과 염산을 이용하여 알루미늄을 제거하고, LICl 과 같이 리튬(Li) 이온을 포함하는 염을 이용해 박리되어 형성된 상기 제2 d-Ti3C2Tx 을 포함하여 구성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름에 대하여 설명하기로 한다. 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름은 폴리비닐알콜을 포함한다.Hereinafter, Ti 3 C 2 T including the second d-Ti 3 C 2 T x formed by removing aluminum using hydrofluoric acid and hydrochloric acid and exfoliating using a salt containing lithium (Li) ions such as LICl The x -boron carbide film will be described. The Ti 3 C 2 T x -boron carbide film includes polyvinyl alcohol.

도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 이용하여 제조된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름을 나타내는 사진들이다.19 shows a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film prepared using a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. These are photos.

도 19의 (a)를 참조하면, 상기 제2 d-Ti3C2Tx 을 포함하여 구성되고, 20 중량%의 탄화붕소(B4C)가 첨가된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름이 나타나있다. 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소는 폴리비닐알콜을 포함한다. 상기 탄화붕소가 20 중량%로 높은 수준으로 첨가된 경우에도 상기 필름의 구조가 잘 유지됨을 알 수 있다. 주사전자현미경 미세조직 사진을 검토하면, 탄화붕소 나노입자들이 2차원 층상구조를 가지는 Ti3C2Tx 층 사이에 균일하게 분포됨을 알 수 있다.Referring to (a) of FIG. 19, the second d-Ti 3 C 2 T x is composed of Ti 3 C 2 T x -Boron Carbide to which 20% by weight of boron carbide (B 4 C) is added. film appears The Ti 3 C 2 T x -boron carbide includes polyvinyl alcohol. It can be seen that the structure of the film is well maintained even when the boron carbide is added at a high level of 20% by weight. Examining the scanning electron microscope microstructure, it can be seen that boron carbide nanoparticles are uniformly distributed between Ti 3 C 2 T x layers having a two-dimensional layered structure.

도 19의 (b)를 참조하면, 상기 제2 d-Ti3C2Tx 을 포함하여 구성되고, 40 중량%의 탄화붕소(B4C)가 첨가된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름이 나타나있다. 상기 탄화붕소가 40 중량%로 첨가된 경우에는, 상기 구조가 유지되지 못하고 붕괴되었다. 상기 구조를 유지할 수 있는 첨가제를 도입하면 탄화붕소를 50 중량% 이상으로 첨가될 수 있을 것으로 분석된다. 주사전자현미경 미세조직 사진을 검토하면, 탄화붕소가 좌우로 정렬된 구조를 가지는 층상형 플레이크를 완전히 덮여, 상기 층상형 플레이크가 보이지 않게 됨을 알 수 있다.Referring to (b) of FIG. 19, the second d-Ti 3 C 2 T x is composed of Ti 3 C 2 T x -Boron carbide to which 40% by weight of boron carbide (B 4 C) is added. film appears When the boron carbide was added at 40% by weight, the structure was not maintained and collapsed. It is analyzed that if an additive capable of maintaining the above structure is introduced, boron carbide can be added in an amount of 50% by weight or more. Examining the scanning electron micrograph microstructure, it can be seen that the boron carbide completely covers the layered flakes having a bilaterally aligned structure, making the layered flakes invisible.

도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 이용하여 제조된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름의 X-선 회절 패턴을 나타내는 그래프이다.20 is a Ti 3 C 2 T x -X of a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film prepared using a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by a method for manufacturing a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. -It is a graph representing a line diffraction pattern.

도 20을 참조하면, 상기 탄화붕소(B4C)가 20 중량%로 첨가된 경우에는 탄화붕소에 해당되는 피크가 나타나지 않았으나, 40 중량%로 첨가된 경우에는 탄화붕소에 해당되는 피크가 나타났다. 이에 따라, 20 중량%의 경우에는 Ti3C2Tx 의 층 내에 탄화붕소가 인입되어 외부로 노출되지 않으므로 피크가 나타나지 않으나, 40 중량%의 경우에는 Ti3C2Tx 의 층으로부터 탄화붕소가 노출되고, 상기 노출된 탄화붕소에 의하여 피크가 관찰되는 것으로 분석된다.Referring to FIG. 20, when the boron carbide (B 4 C) was added at 20% by weight, no peak corresponding to boron carbide appeared, but when added at 40% by weight, a peak corresponding to boron carbide appeared. Accordingly, in the case of 20% by weight, boron carbide is drawn into the layer of Ti 3 C 2 Tx and is not exposed to the outside, so no peak appears, but in the case of 40% by weight, boron carbide from the layer of Ti 3 C 2 T x is exposed, and it is analyzed that a peak is observed by the exposed boron carbide.

도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 이용하여 제조된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름의 EDS 분석을 나타낸다.21 is an EDS of a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film prepared using a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by a manufacturing method of a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. represents analysis.

도 21을 참조하면, 상기 에너지 분산 분광분석(EDS)에 따르면, 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름은, Ti3C2Tx 의 층이 다층으로 형성되고, 그 사이에 탄화붕소(B4C)가 위치하고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 21, according to the energy dispersive spectroscopy (EDS), in the Ti 3 C 2 T x -boron carbide film, a layer of Ti 3 C 2 T x is formed in multiple layers, and boron carbide ( It can be seen that B 4 C) is located.

도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 중성자 차폐용 코팅 물질의 제조방법에 의하여 형성된 Ti3C2Tx-탄화붕소 혼합 용액을 이용하여 제조된 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름의 응력 변형률 관계를 나타내는 그래프이다.22 shows the stress of a Ti 3 C 2 T x -boron carbide film prepared using a Ti 3 C 2 T x -boron carbide mixed solution formed by the manufacturing method of a coating material for neutron shielding according to an embodiment of the present invention. It is a graph showing strain relationship.

도 22를 참조하면, 상기 Ti3C2Tx-탄화붕소 필름은 약 40 MPa 응력과 0.02%의 변형률의 범위에서 선형적인 탄성 영역을 가지며, 소성 영역은 가지지 않는 것으로 분석된다.Referring to FIG. 22 , the Ti 3 C 2 T x -boron carbide film has a linear elastic region in the range of about 40 MPa stress and 0.02% strain, and is analyzed to have no plastic region.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The technical spirit of the present invention described above is not limited to the foregoing embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications and changes are possible within the scope of the technical spirit of the present invention. It will be clear to those skilled in the art to which it pertains.

Claims (20)

중성자 차폐용 코팅 물질로서,
탄소층과 티타늄층이 교번하여 구성된 층상형 구조를 가지는 Ti3C2Tx (여기에서 Tx 는 관능기); 및
상기 Ti3C2Tx 의 층 내에 인입되며 10 nm 내지 1000 nm 범위의 입자 크기를 가지는 탄화붕소(B4C);를 포함하고,
상기 중성자 차폐용 코팅 물질에는 알루미늄이 포함되지 않는,
중성자 차폐용 코팅 물질.As a coating material for neutron shielding,
Ti 3 C 2 T x having a layered structure composed of alternating carbon layers and titanium layers (where T x is a functional group); and
Boron carbide (B 4 C) introduced into the layer of Ti 3 C 2 T x and having a particle size in the range of 10 nm to 1000 nm; includes,
The coating material for neutron shielding does not contain aluminum,
Coating material for neutron shielding. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 Ti3C2Tx 는, 1 nm 내지 10 nm 범위의 두께를 가지는,
중성자 차폐용 코팅 물질.The method of claim 1,
The Ti 3 C 2 T x has a thickness ranging from 1 nm to 10 nm,
Coating material for neutron shielding. 청구항 1에 있어서,
상기 Ti3C2Tx 는, 12Å 내지 13Å 범위의 면간 거리를 가지는,
중성자 차폐용 코팅 물질.The method of claim 1,
The Ti 3 C 2 T x has an interplanar distance in the range of 12 Å to 13 Å,
Coating material for neutron shielding. 청구항 1에 있어서,
상기 Ti3C2Tx 는, 0.2 mΩ cm 내지 1.82 mΩ cm 범위의 비저항을 가지는,
중성자 차폐용 코팅 물질.The method of claim 1,
The Ti 3 C 2 T x has a specific resistance in the range of 0.2 mΩ cm to 1.82 mΩ cm,
Coating material for neutron shielding. 청구항 1에 있어서,
상기 관능기는, 상기 Ti3C2Tx 의 티타늄과 결합된,
중성자 차폐용 코팅 물질.The method of claim 1,
The functional group is bonded to titanium of the Ti 3 C 2 T x ,
Coating material for neutron shielding. 청구항 1에 있어서,
상기 관능기는, 산소(O), 수산화기(OH), 불소(F), 및 염소(Cl) 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
중성자 차폐용 코팅 물질.The method of claim 1,
The functional group includes at least one of oxygen (O), hydroxyl group (OH), fluorine (F), and chlorine (Cl),
Coating material for neutron shielding. 청구항 1에 있어서,
상기 Ti3C2Tx 는, 표면에 작용하는 상기 관능기에 의하여 친수성을 가지는,
중성자 차폐용 코팅 물질.The method of claim 1,
The Ti 3 C 2 T x has hydrophilicity due to the functional group acting on the surface.
Coating material for neutron shielding. 청구항 1에 있어서,
상기 Ti3C2Tx 는, 폴리비닐알콜을 더 포함하는,
중성자 차폐용 코팅 물질.The method of claim 1,
The Ti 3 C 2 T x further comprises polyvinyl alcohol,
Coating material for neutron shielding. 청구항 9에 있어서,
상기 Ti3C2Tx 에 포함된 상기 관능기와 상기 폴리비닐알콜은 수소결합을 형성하는,
중성자 차폐용 코팅 물질.The method of claim 9,
The functional group included in the Ti 3 C 2 T x forms a hydrogen bond with the polyvinyl alcohol.
Coating material for neutron shielding. 청구항 9에 있어서,
상기 폴리비닐알콜은, 상기 Ti3C2Tx 의 층상 구조 사이에 개재된,
중성자 차폐용 코팅 물질.The method of claim 9,
The polyvinyl alcohol is interposed between the layered structures of the Ti 3 C 2 T x ,
Coating material for neutron shielding. 청구항 9에 있어서,
상기 Ti3C2Tx 와 상기 폴리비닐알콜은 2:1 내지 1:2 의 중량비를 가지는,
중성자 차폐용 코팅 물질.The method of claim 9,
The Ti 3 C 2 T x and the polyvinyl alcohol have a weight ratio of 2:1 to 1:2,
Coating material for neutron shielding. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 탄화붕소는, 100 nm 내지 200 nm 범위의 평균 입자 크기를 가지는,
중성자 차폐용 코팅 물질.The method of claim 1,
The boron carbide has an average particle size in the range of 100 nm to 200 nm,
Coating material for neutron shielding. 청구항 1에 있어서,
상기 탄화붕소는, 고형물을 기준으로, 20 중량% 내지 40 중량% 범위로 포함된,
중성자 차폐용 코팅 물질.The method of claim 1,
The boron carbide is contained in the range of 20% to 40% by weight based on solids,
Coating material for neutron shielding. 중성자 차폐용 코팅 용액으로서,
탄소층과 티타늄층이 교번하여 구성된 층상형 구조를 가지는 Ti3C2Tx (여기에서 Tx 는 관능기); 및
상기 Ti3C2Tx 의 층 내에 인입되며 10 nm 내지 1000 nm 범위의 입자 크기를 가지는 탄화붕소(B4C);를 포함하고,
용매로서 물을 포함하여 혼합 용액으로 구성되고,
상기 중성자 차폐용 코팅 용액에는 알루미늄이 포함되지 않고,
상기 중성자 차폐용 코팅 용액은, -28 mV 내지 -49 mV 범위의 제타 전위를 가지는,
중성자 차폐용 코팅 용액.As a coating solution for neutron shielding,
Ti 3 C 2 T x having a layered structure composed of alternating carbon layers and titanium layers (where T x is a functional group); and
Boron carbide (B 4 C) being introduced into the layer of Ti 3 C 2 T x and having a particle size in the range of 10 nm to 1000 nm; includes,
It is composed of a mixed solution including water as a solvent,
The coating solution for neutron shielding does not contain aluminum,
The coating solution for neutron shielding has a zeta potential in the range of -28 mV to -49 mV,
Coating solution for neutron shielding. 삭제delete 중성자 차폐용 필름으로서,
탄소층과 티타늄층이 교번하여 구성된 층상형 구조를 가지는 Ti3C2Tx (여기에서 Tx 는 관능기); 및
상기 Ti3C2Tx 의 층 내에 인입되며 10 nm 내지 1000 nm 범위의 입자 크기를 가지는 탄화붕소(B4C);를 포함하고,
상기 중성자 차폐용 필름에는 알루미늄이 포함되지 않는,
중성자 차폐용 필름.As a film for neutron shielding,
Ti 3 C 2 T x having a layered structure composed of alternating carbon layers and titanium layers (where T x is a functional group); and
Boron carbide (B 4 C) being introduced into the layer of Ti 3 C 2 T x and having a particle size in the range of 10 nm to 1000 nm; includes,
The neutron shielding film does not contain aluminum,
Film for neutron shielding. 청구항 18에 있어서,
상기 중성자 차폐용 필름은, 100 cm-1 내지 140 cm-1 범위의 중성자 흡수 단면적을 가지는,
중성자 차폐용 필름.The method of claim 18
The film for neutron shielding has a neutron absorption cross section in the range of 100 cm -1 to 140 cm -1 ,
Film for neutron shielding. 청구항 18에 있어서,
상기 중성자 차폐용 필름은, 0 MPa 내지 40 MPa 응력 범위와 0% 내지 0.02%의 변형률의 범위에서, 응력과 변형율이 탄성적으로 변화되는 탄성 영역을 가지는,
중성자 차폐용 필름.
The method of claim 18
The film for neutron shielding has an elastic region in which stress and strain are elastically changed in the range of 0 MPa to 40 MPa stress range and 0% to 0.02% strain,
Film for neutron shielding.
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F. Shahzad 외 6명, Science, Vol.353(6304), pp.1137-1140(2016.09.09.) 1부.*
Y. Q. Tan 외 4명, RSC Adv.,Vol.8, pp.39314-39320(2018.11.26.) 1부.*

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