KR102485055B1 - Porous metal nanotubes, preparing method thereof and gas detector using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1 종 이상의 금속이 중공의 쉘을 형성하고, 상기 쉘은 복수의 세공이 형성되어 열린 구조(Open structure)의 표면을 가지는 다공성 금속 나노튜브를 제공한다. The present invention provides a porous metal nanotube in which one or more metals form a hollow shell, and the shell has a plurality of pores formed thereon to have an open structured surface.

Description

다공성 금속 나노튜브, 이의 제조방법 및 이를 이용한 가스센서{POROUS METAL NANOTUBES, PREPARING METHOD THEREOF AND GAS DETECTOR USING THE SAME}Porous metal nanotube, manufacturing method thereof, and gas sensor using the same

본 발명은 다공성 금속 나노튜브, 이의 제조방법 및 이를 이용한 가스센서에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 전기방사 및 식각공정을 통하여 형성된 1종 이상의 금속을 포함하는 중공의 다공성 금속 나노튜브, 이의 제조방법 및 이를 이용한 가스센서에 관한 것이다. The present invention relates to a porous metal nanotube, a manufacturing method thereof, and a gas sensor using the same. More specifically, the present invention relates to a hollow porous metal nanotube containing one or more metals formed through electrospinning and etching processes, a manufacturing method thereof, and a gas sensor using the same.

일반적으로 나노튜브는 높은 부피 대 표면적 비율의 특성이 있고, 특히 열전도율을 비롯하여 기계적, 전기적 특성이 매우 특이하여, 다양한 구조 물질의 첨가제로 응용되고 있다. 특히 나노튜브를 가스 센서로 응용하면 상대적으로 높은 감도 및 선택성, 빠른 응답성을 갖으며, 작은 크기로도 제작 가능하여 기기의 소형화가 용이한 장점이 있다. 따라서 가스와 반응할 수 있는 비표면적을 극대화하고 타겟 가스의 확산을 보다 용이하게 하여 효과적으로 표면 가스 반응이 일어날 수 있는 구조체를 형성하는 것이 중요하다. In general, nanotubes have characteristics of a high volume-to-surface area ratio and, in particular, have very unique mechanical and electrical properties including thermal conductivity, and thus are applied as additives to various structural materials. In particular, when nanotubes are applied as gas sensors, they have relatively high sensitivity and selectivity, fast response, and can be manufactured in a small size, so that the device can be easily miniaturized. Therefore, it is important to maximize the specific surface area capable of reacting with gas and to facilitate diffusion of the target gas to form a structure capable of effectively undergoing surface gas reaction.

최근 금속산화물 반도체 기반의 가스센서가 높은 감도와 높은 선택성을 갖기 위해서, 박막구조에 비해 비교적 넓은 표면적을 가지고 있는 나노섬유, 나노벨트, 나노튜브, 나노큐브 등의 나노구조체 설계를 통해, 가스센서의 감도를 나타내는 방식인 저항변화를 증대시키는 연구가 많이 진행되고 있으며, 넓은 비표면적을 더욱 극대화시키기 위해 작고 큰 기공들을 나노구조체에 형성시켜 감지소재 내부로 가스의 통기성이 증가되어 더 높은감도를 나타낼 수 있게 하는 기술이 개발되고 있다. In order for recent metal oxide semiconductor-based gas sensors to have high sensitivity and high selectivity, through the design of nanostructures such as nanofibers, nanobelts, nanotubes, and nanocubes, which have a relatively large surface area compared to thin film structures, A lot of research is being conducted to increase the resistance change, which is a method of expressing sensitivity, and to further maximize the wide specific surface area, small and large pores are formed in the nanostructure to increase gas permeability into the sensing material, resulting in higher sensitivity. technology is being developed.

그러나 변압기 유증가스와 같은 극미량의 가스를 감지할 수 있고, 높은 감도 특성을 가지는 가스센서용 다공성 금속 나노튜브는 아직 개시된 바가 없다. However, a porous metal nanotube for a gas sensor capable of sensing a very small amount of gas, such as a transformer fuel gas, and having high sensitivity characteristics has not yet been disclosed.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0047432호 등에 개시되어 있다.The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2017-0047432 and the like.

본 발명의 목적은 1종 이상의 금속이 촉매 기능화될 수 있도록 나노입자로 형성되며, 중공 및 다공성을 가져서 높은 비표면적을 나타내고 기공도가 크게 증가되어 극 미량의 가스 분자인 경우에도 침투가 용이한 금속 다공성 나노튜브를 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is a metal that is formed into nanoparticles so that one or more metals can be catalytically functionalized, has hollowness and porosity, shows a high specific surface area, and has a greatly increased porosity, allowing easy penetration even in the case of a very small amount of gas molecules. It is to provide porous nanotubes.

본 발명의 다른 목적은 1종 이상의 금속산화물 전구체를 이용하되, 전기방사 및 식각공정을 제어하여 효과적으로 중공 및 다공성 금속 나노튜브의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for effectively preparing hollow and porous metal nanotubes by controlling electrospinning and etching processes while using one or more metal oxide precursors.

본 발명의 또 다른 목적은 다공성 금속 나노튜브를 포함하여 극 미량의 가스에도 빠르게 반응하고 응답속도 및 회복속도가 향상된 금속 나노튜브를 포함하는 가스센서를 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide a gas sensor including metal nanotubes that responds quickly even to a very small amount of gas and has improved response speed and recovery speed, including porous metal nanotubes.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can all be achieved by the present invention described below.

1. 본 발명의 하나의 관점은 다공성 금속 나노튜브에 관한 것이다. 1. One aspect of the invention relates to porous metal nanotubes.

상기 다공성 금속 나노튜브는 1 종 이상의 금속이 중공의 쉘을 형성하고, 상기 쉘은 복수의 세공이 형성되어 열린 구조(Open structure)의 표면을 가질 수 있다. In the porous metal nanotube, one or more types of metal may form a hollow shell, and the shell may have a surface having an open structure by forming a plurality of pores.

2. 상기 1 구체예에서, 상기 다공성 금속 나노튜브는 금속산화물을 포함하지 않을 수 있다. 2. In the first embodiment, the porous metal nanotube may not contain a metal oxide.

3. 상기 1 또는 2 구체예에서, 상기 다공성 금속 나노튜브는 1종 이상의 금속 입자의 응집체가 중공의 쉘을 형성할 수 있다. 3. In the above 1 or 2 embodiments, in the porous metal nanotube, an aggregate of one or more types of metal particles may form a hollow shell.

4. 상기 1 내지 3 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 금속은 팔라듐(Pd)을 포함할 수 있다. 4. In the specific example of any one of 1 to 3 above, the metal may include palladium (Pd).

5. 상기 1 내지 4 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 금속은 제1금속과 제2금속을 포함하고, 상기 제1금속의 전구체는 상기 제2금속의 전구체 보다 산화물 형성 에너지가 크며, 상기 제2금속은 중심에서 표면으로 갈수록 분포가 증가할 수 있다. 5. In the embodiment of any one of 1 to 4, the metal includes a first metal and a second metal, the precursor of the first metal has higher oxide formation energy than the precursor of the second metal, 2 The distribution of metals may increase from the center to the surface.

6. 상기 1 내지 5 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 다공성 금속 나노튜브는 평균 직경이 100nm 내지 5㎛일 수 있다. 6. In any one of the embodiments of 1 to 5, the porous metal nanotube may have an average diameter of 100 nm to 5 μm.

7. 상기 1 내지 6 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 쉘은 평균 두께가 10nm 내지 500nm일 수 있다. 7. In any one embodiment of 1 to 6, the shell may have an average thickness of 10 nm to 500 nm.

8. 상기 1 내지 7 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 세공은 평균 직경이 3nm 내지 60nm일 수 있다. 8. In any one of the embodiments 1 to 7, the pores may have an average diameter of 3 nm to 60 nm.

9. 본 발명의 다른 관점은 다공성 금속 나노튜브 제조방법에 관한 것이다. 9. Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing porous metal nanotubes.

상기 다공성 금속 나노튜브의 제조방법은 (a) 1종 이상의 금속산화물 전구체와 고분자를 포함하는 방사용액을 전기방사하여 1차 나노섬유를 제조하는 단계;The manufacturing method of the porous metal nanotube includes (a) preparing primary nanofibers by electrospinning a spinning solution containing at least one metal oxide precursor and a polymer;

(b) 상기 1차 나노섬유를 열처리하여 상기 고분자를 제거하고, 상기 금속산화물 전구체를 산화시켜 코어-쉘 구조의 복합 나노섬유를 제조하는 단계;(b) preparing core-shell composite nanofibers by heat-treating the primary nanofibers to remove the polymer and oxidizing the metal oxide precursor;

(c) 상기 복합 나노섬유의 코어를 식각하여 중공의 쉘 형태의 금속산화물 나노튜브를 제조하는 단계; 및(c) etching the core of the composite nanofiber to prepare a metal oxide nanotube in the form of a hollow shell; and

(d) 상기 금속산화물 나노튜브를 열처리하여 금속산화물을 환원시켜 1종 이상의 금속이 결합된 쉘을 가지는 금속 나노튜브를 제조하는 단계;를 포함한다. (d) preparing a metal nanotube having a shell in which one or more metals are bonded by reducing the metal oxide by heat-treating the metal oxide nanotube.

10. 상기 9 구체예에서, 상기 방사용액은 산화물 형성 에너지가 서로 다른 2종 이상의 금속산화물 전구체를 포함한다. 10. In the ninth embodiment, the spinning solution includes two or more metal oxide precursors having different oxide formation energies.

11. 상기 9 또는 10 구체예에서, 상기 (a) 단계의 전기방사는 1종 이상의 금속산화물 전구체를 포함하는 전기방사용액을 10 내지 20kV의 전압으로 방사하여 나노섬유 웹을 형성할 수 있다. 11. In the 9th or 10th embodiment, the electrospinning in step (a) may form a nanofiber web by spinning an electrospinning solution containing one or more metal oxide precursors at a voltage of 10 to 20 kV.

12. 상기 9 내지 11 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 (b)단계의 열처리는 500 내지 1,000℃에서 수행될 수 있다. 12. In any one embodiment of 9 to 11, the heat treatment in step (b) may be performed at 500 to 1,000 ° C.

13. 상기 9 내지 12 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 (b) 단계의 쉘은 PdO, SnO2, SnO, ZnO, Fe2O3, Fe3O4, NiO, TiO2, CuO, Cu2O, In2O3, Co3O4, PdO, NiCo2O4, Ag2O, MnO2, MnO, Mn3O4, 및 Ta2O5 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 13. In any one embodiment of 9 to 12, the shell in step (b) is PdO, SnO 2 , SnO, ZnO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiO, TiO 2 , CuO, Cu 2 One or more of O, In 2 O 3 , Co 3 O 4 , PdO, NiCo 2 O 4 , Ag 2 O, MnO 2 , MnO, Mn 3 O 4 , and Ta 2 O 5 may be included.

14. 상기 9 내지 13 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 (c)단계의 식각은 코어 반응성 용매를 투입하여 코어만 제거할 수 있다. 14. In any one of the specific examples of 9 to 13, the etching in step (c) may remove only the core by introducing a core-reactive solvent.

15. 상기 9 내지 14 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 코어 반응성 용매는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 질산(nitric acid), 염산 (hydrochloric acid), 불산(hydrofluoric acid), 황산 (sulfuric acid), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol) 및 과산화황산암모늄(ammonium persulfate) 중 1 종 이상일 수 있다. 15. In any one embodiment of 9 to 14, the core reactive solvent is sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), nitric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid (sulfuric acid), methanol (methanol), ethanol (ethanol), and ammonium persulfate (ammonium persulfate).

16. 상기 9 내지 15 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 (d)단계의 열처리는 환원성 가스 분위기 하에서 300 내지 500℃에서 열처리하여 금속산화물을 환원시킬 수 있다. 16. In any one embodiment of 9 to 15, the heat treatment in step (d) may reduce the metal oxide by heat treatment at 300 to 500 ° C. in a reducing gas atmosphere.

17. 본 발명의 또 다른 관점은 다공성 금속 나노튜브를 포함하는 가스센서에 관한 것이다. 17. Another aspect of the present invention relates to a gas sensor comprising porous metal nanotubes.

상기 가스센서는 기판;The gas sensor may include a substrate;

상기 기판 상부에 형성된 감지층; 및 a sensing layer formed on the substrate; and

상기 감지막 양단에 와이어 본딩된 전극;을 포함하며, 상기 다공성 나노튜브를 포함한다. and electrodes wire-bonded to both ends of the sensing film, and includes the porous nanotubes.

18. 상기 17 구체예에서, 상기 다공성 나노튜브를 포함하는 가스센서는 환경 유해 가스 또는 변압기 절연유에서 발생하는 유증가스를 검출할 수 있다. 18. In the 17th embodiment, the gas sensor including the porous nanotubes can detect environmentally harmful gases or vapor gases generated from transformer insulating oil.

본 발명은 1 종 이상의 금속산화물 전구체를 이용하여 전기 방사 및 식각공정을 조절하여 1차 나노튜브를 형성하고, 금속산화물 나노입자를 환원하여 형성된 중공의 다공성 금속 나노튜브를 제공하며, 다공성 높은 기공도를 가지는 금속 나노튜브는 가스센서에 감지층으로 활용이 가능하여 검출 대상인 환경유해가스 또는 변압기 절연유로부터 발생되는 극 미량의 가스를 빠르게 검출할 수 있다. The present invention provides hollow porous metal nanotubes formed by forming primary nanotubes by controlling electrospinning and etching processes using at least one metal oxide precursor, reducing metal oxide nanoparticles, and having high porosity. Metal nanotubes having can be used as a sensing layer in a gas sensor, so that a very small amount of gas generated from an environmentally harmful gas or transformer insulating oil can be quickly detected.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 다공성 금속 나노튜브의 형성과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 관점에 따른 다공성 금속 나노튜브의 제조방법의 공정순서도이다.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 다공성 금속 나노튜브 제조방법에 있어서, 코어-쉘 구조의 복합 나노섬유의 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 다공성 금속 나노튜브 제조방법에 있어서, 코어-쉘 구조의 복합 나노섬유의 투과전자현미경 사진 및 원소농도 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 다공성 금속 나노튜브 제조방법에 있어서, 코어가 식각되어 쉘 구조를 가지는 금속산화물 나노튜브의 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 한 구체예에 따른 다공성 금속 나노튜브 제조방법에 있어서, 다공성 팔라듐-니켈 금속합금 및 다공성 팔라듐 나노튜브의 X선 회절분석 그래프이다.
도 7은 본 발명의 한 구체예에 따른 다공성 금속 나노튜브 제조방법에 있어서, 다공성 팔라듐-니켈 금속합금 나노튜브의 주사전자 현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 한 구체예에 따른 다공성 금속 나노튜브 제조방법에 있어서, 팔라듐-주석, 팔라듐-은, 및 팔라듐-구리 합금 나노튜브의 공정 단계별 주사전자현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 다른 측면에 따른 가스센서에 있어서, 다공성 팔라듐-니켈 금속합금 나노튜브, 다공성 팔라듐-주석 금속합금 나노튜브 및 다공성 팔라듐-은 금속합금 나노튜브를 포함하는 가스센서의 수소 가스에 대한 감지특성을 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing a process of forming a porous metal nanotube according to one embodiment of the present invention.
2 is a process flow chart of a method for manufacturing a porous metal nanotube according to another aspect of the present invention.
3 is a scanning electron micrograph of composite nanofibers having a core-shell structure in the method for manufacturing porous metal nanotubes according to one embodiment of the present invention.
4 shows a transmission electron micrograph and element concentration analysis results of composite nanofibers having a core-shell structure in a method for manufacturing porous metal nanotubes according to an embodiment of the present invention.
5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a metal oxide nanotube having a shell structure by etching a core in a method for manufacturing a porous metal nanotube according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph of X-ray diffraction analysis of a porous palladium-nickel metal alloy and a porous palladium nanotube in a method for manufacturing a porous metal nanotube according to an embodiment of the present invention.
7 is a scanning electron micrograph of porous palladium-nickel metal alloy nanotubes in the method for manufacturing porous metal nanotubes according to one embodiment of the present invention.
8 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of palladium-tin, palladium-silver, and palladium-copper alloy nanotubes in each process step in the method for manufacturing a porous metal nanotube according to an embodiment of the present invention.
9 is a gas sensor according to another aspect of the present invention, in which hydrogen gas of a gas sensor including porous palladium-nickel metal alloy nanotubes, porous palladium-tin metal alloy nanotubes, and porous palladium-silver metal alloy nanotubes It is a graph showing the sensing characteristics for

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the following drawings are only provided to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the drawings. In addition, since the shape, size, ratio, angle, number, etc. disclosed in the drawings are exemplary, the present invention is not limited to the illustrated details.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. Like reference numbers designate like elements throughout the specification. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.When 'includes', 'has', 'consists of', etc. mentioned in this specification is used, other parts may be added unless 'only' is used. In the case where a component is expressed in the singular, the case including the plural is included unless otherwise explicitly stated.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.In interpreting the components, even if there is no separate explicit description, it is interpreted as including the error range.

~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.When the positional relationship of two parts is described by 'over', 'over', 'under', 'beside', etc., unless 'immediately' or 'directly' is used, there is a One or more other parts may be located.

'상부', '상면', '하부', '하면' 등과 같은 위치 관계는 도면을 기준으로 기재된 것일 뿐, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니다. 즉, 관찰하는 위치에 따라, '상부'와 '하부' 또는 '상면'과 '하면'의 위치가 서로 변경될 수 있다. Positional relationships such as 'top', 'top', 'bottom', and 'bottom' are described based on the drawings, and do not represent absolute positional relationships. That is, the positions of 'upper' and 'lower' or 'upper surface' and 'lower surface' may be changed depending on the observation position.

본 명세서에서, 수치범위를 나타내는 "a 내지 b"는 "≥a 이고 ≤b"으로 정의한다.In this specification, "a to b" representing a numerical range is defined as "≥a and ≤b".

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. The present invention will be described in detail with reference to the drawings below.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 다공성 금속 나노튜브의 형성과정을 나타낸 모식도이다. 1 is a schematic diagram showing a process of forming a porous metal nanotube according to one embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 다공성 금속 나노튜브(1000)은 1 종 이상의 금속이 중공의 쉘(100)을 형성하고, 상기 쉘(100)에 복수의 세공(200)이 형성되어 열린 구조(Open structure)의 표면을 가진다. Referring to FIG. 1, the porous metal nanotube 1000 according to the present invention has an open structure in which one or more metals form a hollow shell 100 and a plurality of pores 200 are formed in the shell 100. (Open structure) surface.

상기 열린 구조의 표면은 표면 복수개의 세공(pore)이 불균일 하게 형성되어 있는 것이다. The surface of the open structure has a plurality of surface pores non-uniformly formed.

상기 다공성 금속 나노튜브(1000)은 금속산화물을 포함하지 않는다. The porous metal nanotube 1000 does not include metal oxide.

구체예에서, 상기 다공성 금속 나노튜브(1000)는 금속산화물 전구체로 1차 나노섬유(10)을 형성하고, 상기 나노섬유(10)를 열처리하여 코어(21)- 쉘(220) 구조의 복합 나노섬유(20)가 형성된 후, 식각공정으로 상기 코어(21)가 제거되고 복수개의 세공(31)이 형성된 중공의 쉘 구조의 금속산화물 나노튜브(30)가 형성되고, 최종적으로 금속산화물이 환원되어 형성된 것이다. In a specific embodiment, the porous metal nanotube 1000 is a composite nanofiber having a core 21-shell 220 structure by forming primary nanofibers 10 with a metal oxide precursor and heat-treating the nanofibers 10. After the fibers 20 are formed, the core 21 is removed through an etching process, and metal oxide nanotubes 30 having a hollow shell structure in which a plurality of pores 31 are formed are formed, and the metal oxide is finally reduced. it is formed

상기 다공성 금속 나노튜브(1000)는 상기 쉘(100)에 복수개의 세공(200)이 형성되고, 비표면적이 크게 증가하여 가스분자 확산의 촉매로 사용되며, 복수개의 세공(200)이 형성된 중공의 나노튜브로 극 미량의 가스분자가 빠르게 침투된다. In the porous metal nanotube 1000, a plurality of pores 200 are formed in the shell 100, the specific surface area is greatly increased, and the porous metal nanotube 1000 is used as a catalyst for diffusion of gas molecules. A very small amount of gas molecules are rapidly penetrated into the nanotubes.

상기 다공성 금속 나노튜브(1000)는 1종 이상의 금속 입자의 응집체가 중공의 쉘을 형성한다. In the porous metal nanotube 1000, an aggregate of one or more types of metal particles forms a hollow shell.

상기 다공성 금속 나노튜브(1000)는 식각되어 중공의 쉘을 형성하고, 1 종 이상의 금속입자가 응집되어 형성된다. The porous metal nanotube 1000 is etched to form a hollow shell, and one or more types of metal particles are aggregated.

한 구체예에서, 상기 금속은 팔라듐(Pd)를 포함한다. In one embodiment, the metal includes palladium (Pd).

상기 팔라듐은 수소 기체와 접촉하면 팔라듐 표면에서 외부 수소 분자가 원자 형태로 해리되어 표면에 흡착된 후 확산으로 팔라듐 원자 사이 공간(interstitial site)으로 원자 이동이 일어나 팔라듐 하이드라이드(PdHx)가 형성되어 전체 부피가 팽창하게 되고 팔라듐의 전기 전도도가 변화한다. 팔라듐에 대한 수소가스 용해도는 온도가 낮을수록 높아지므로, 팔라듐을 이용하면 상온 상온(25℃)에서 수소 가스에 의해 전기 전도도가 변하기 때문에 고 감소 수소 가스의 검출이 가능하다. When palladium is in contact with hydrogen gas, external hydrogen molecules are dissociated into atoms on the surface of palladium and adsorbed on the surface, and then atoms move to the interstitial site of palladium atoms by diffusion to form palladium hydride (PdHx). The volume expands and the electrical conductivity of palladium changes. Since the solubility of hydrogen gas in palladium increases as the temperature decreases, it is possible to detect highly reduced hydrogen gas when using palladium because the electrical conductivity is changed by hydrogen gas at room temperature (25° C.).

상기 팔라듐 만으로 가스센서를 제조하여 수소를 검출하는 경우 수소 가스의 용해도가 높아지더라도 팔라듐 내에 용해된 수소의 확산이 매우 느린 단점이 있으며, 이 경우 가스센서의 반응시간과 회복시간이 증가된다.In the case of detecting hydrogen by manufacturing a gas sensor only with palladium, there is a disadvantage in that diffusion of hydrogen dissolved in palladium is very slow even if the solubility of hydrogen gas is high, and in this case, the response time and recovery time of the gas sensor are increased.

상기 다공성 금속 나노튜브(1000)가 팔라듐을 포함하고, 다른 금속과 응집되어 쉘을 형성하는 경우 나노튜브의 구조를 지지하기 용이하며, 높은 부피 대 표면적 비율 특성이 있어서 팔라듐 내에 수소의 확산이 매우 증가되어 실시간으로 변화되는 수소 가스 농도의 변화를 효과적으로 검출할 수 있다. When the porous metal nanotube 1000 contains palladium and is aggregated with other metals to form a shell, it is easy to support the structure of the nanotube and has a high volume-to-surface area ratio, so hydrogen diffusion in palladium is greatly increased. Therefore, it is possible to effectively detect the change in the hydrogen gas concentration that changes in real time.

상기 1종 이상의 금속은 금속합금 나노튜브를 형성하며, 1차 나노구조를 형성할 수 있다. The at least one metal may form a metal alloy nanotube and a primary nanostructure.

한 구체예에서 상기 금속은 제1금속과 제2금속을 포함하고, 상기 제1금속의 전구체는 상기 제2금속의 전구체 보다 산화물 형성 에너지가 크며, 상기 제2금속은 중심에서 표면으로 갈수록 분포가 증가한다. In one embodiment, the metal includes a first metal and a second metal, the precursor of the first metal has higher oxide formation energy than the precursor of the second metal, and the second metal is distributed from the center to the surface. It increases.

상기 금속 중에서 산화물 형성 에너지(enthalpy)가 상이한 금속을 선택하고, 산화물 형성 에너지에 따른 농도 구배를 형성하도록 하여 코어-쉘 구조를 형성할 수 있다. A core-shell structure may be formed by selecting metals having different oxide formation energies (enthalpy) from among the metals and forming a concentration gradient according to the oxide formation energy.

구체예에서, 상기 금속은 Pd, Sn, Ag, Cu, Fe, Ni, Mn, Co, Ti, 및 Ta 중 1 종 이상이다. In embodiments, the metal is one or more of Pd, Sn, Ag, Cu, Fe, Ni, Mn, Co, Ti, and Ta.

상기 종류의 금속은 금속산화물이 환원되는 과정에서 응집되어 쉘을 형성하고, 결합되어 합금상태인 나노튜브를 형성하며, 별도의 주형없이 1차 나노구조를 형성한다. The metals of this kind aggregate to form a shell in the process of reducing metal oxides, combine to form nanotubes in an alloy state, and form primary nanostructures without a separate template.

한 구체예에서, 상기 다공성 금속 나노튜브(1000)은 평균 직경이 100nm 내지 5㎛일 수 있다. In one embodiment, the porous metal nanotube 1000 may have an average diameter of 100 nm to 5 μm.

상기 범위 내의 평균 직경을 가지는 나노튜브는 비표면적 증가에 따른 가스 분자 유입에 따른 확산을 촉진하는 촉매특성을 갖는다.Nanotubes having an average diameter within the above range have catalytic properties that promote diffusion according to the inflow of gas molecules according to the increase in specific surface area.

상기 쉘(100)은 평균 두께가 10nm 내지 500nm일 수 있다. The shell 100 may have an average thickness of 10 nm to 500 nm.

상기 범위 내로 1 종 이상의 금속산화물 전구체를 나노튜브로 형성하고 환원하여 금속 또는 금속합금을 포함하는 다공성 금속 나노튜브를 형성할 수 있으며, 상기 범위 내에 미치지 못하는 경우에는 1 종 이상의 금속이 포함되는 쉘 구조를 유지하기 어려우며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 가스 분자 확산 촉진이 감소될 우려가 있다. Porous metal nanotubes containing metals or metal alloys may be formed by forming and reducing one or more metal oxide precursors into nanotubes within the above range. It is difficult to maintain, and if it exceeds the above range, there is a concern that the promotion of gas molecule diffusion may be reduced.

상기 세공(200)은 평균 직경이 3nm 내지 60nm일 수 있다. The pores 200 may have an average diameter of 3 nm to 60 nm.

상기 세공(200)은 1종 이상의 금속산화물 중 쉘에 배치되는 금속산화물이 식각과정에서 일부 제거되어 형성된 것이다. The pores 200 are formed by partially removing one or more metal oxides disposed in the shell during an etching process.

상기 세공(200)이 상기 범위 내의 평균 직경을 가지는 경우 H2, C2H2, C2H4, C2H6, CH4, CO, 및 CO2 등의 가스 분자가 쉽게 침투된다. When the pores 200 have an average diameter within the above range, gas molecules such as H 2 , C 2 H 2 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , CH 4 , CO, and CO 2 easily penetrate.

상기 다공성 금속 나노튜브(1000)는 가스센서의 감지층으로 활용되는 경우 극 미량의 가스분자라도 쉽게 유입되어 저항변화를 나타낼 수 있다. When the porous metal nanotube 1000 is used as a sensing layer of a gas sensor, even a very small amount of gas molecules can easily enter and show a change in resistance.

본 발명의 다른 관점은 다공성 금속 나노튜브 제조방법에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing porous metal nanotubes.

도 2는 본 발명의 다른 관점에 따른 다공성 금속 나노튜브의 제조방법의 공정순서도이다. 2 is a process flow chart of a method for manufacturing a porous metal nanotube according to another aspect of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 다공성 금속 나노튜브의 제조방법은 (a) 1종 이상의 금속산화물 전구체와 고분자를 포함하는 방사용액을 전기방사하여 1차 나노섬유를 제조하는 단계;Referring to FIG. 2, the method of manufacturing the porous metal nanotube includes (a) electrospinning a spinning solution containing at least one metal oxide precursor and a polymer to prepare primary nanofibers;

(b) 상기 1차 나노섬유를 열처리하여 상기 고분자를 제거하고, 상기 금속산화물 전구체를 산화시켜 코어-쉘 구조의 복합 나노섬유를 제조하는 단계;(b) preparing core-shell composite nanofibers by heat-treating the primary nanofibers to remove the polymer and oxidizing the metal oxide precursor;

(c) 상기 복합 나노섬유의 코어를 식각하여 중공의 쉘 형태의 금속산화물 나노튜브를 제조하는 단계; 및(c) etching the core of the composite nanofiber to prepare a metal oxide nanotube in the form of a hollow shell; and

(d) 상기 금속산화물 나노튜브를 열처리하여 금속산화물을 환원시켜 1종 이상의 금속이 결합된 쉘을 가지는 금속 나노튜브를 제조하는 단계;를 포함한다.(d) preparing a metal nanotube having a shell in which one or more metals are bonded by reducing the metal oxide by heat-treating the metal oxide nanotube.

우선1종 이상의 금속산화물 전구체와 고분자를 포함하는 방사용액을 전기방사하여 1차 나노섬유를 제조한다(S100).First, a primary nanofiber is prepared by electrospinning a spinning solution containing one or more metal oxide precursors and a polymer (S100).

한 구체예에서, 상기 방사용액은 산화물 형성 에너지가 서로 다른 2종 이상의 금속산화물 전구체를 포함한다. In one embodiment, the spinning solution includes two or more metal oxide precursors having different oxide formation energies.

상기 산화물 형성 에너지가 서로 다른 금속산화물 전구체를 포함하는 경우 열처리과정을 통하여 코어-쉘 구조의 나노섬유를 제조할 수 있다. When metal oxide precursors having different oxide formation energies are included, nanofibers having a core-shell structure may be manufactured through a heat treatment process.

보다 구체적으로, 1차 나노섬유는 상기 금속산화물 전구체 2 종 이상을 포함하고, 상기 금속산화물 전구체의 산화물 형성 에너지(enthalpy)가 서로 상이한 경우에는 산화물의 농도 구배가 형성되어 낮은 산화물 형성 에너지를 가지는 금속산화물 전구체는 먼저 산화물을 형성하여 표면에서 농도가 증가되어 농도구배를 형성한다. 산화물 형성 에너지가 더 큰 금속산화물 전구체는 내부로 갈수록 농도가 증가되어 결국 2종 이상의 금속산화물 전구체는 코어-쉘 구조를 형성한다. More specifically, the primary nanofibers include two or more types of metal oxide precursors, and when the oxide formation energies (enthalpy) of the metal oxide precursors are different from each other, an oxide concentration gradient is formed to form a metal having low oxide formation energy. The oxide precursor first forms an oxide, which increases its concentration on the surface to form a concentration gradient. The concentration of the metal oxide precursor having higher oxide formation energy increases toward the inside, so that two or more metal oxide precursors eventually form a core-shell structure.

구체예에서, 방사용액에 상기 1 종 이상의 금속산화물 전구체를 혼합하여 첨가하고, 나노섬유의 지지체로 고분자를 더 첨가한 후 교반하여 방사용액을 제조한다. In a specific example, a spinning solution is prepared by mixing and adding the one or more metal oxide precursors to the spinning solution, further adding a polymer to the nanofiber support and then stirring.

상기 방사용액은 금속산화물 전구체와 고분자를 균일하게 분산시켜 전기방사할 수 있는 것이면 제한되지 않으며, 구체적으로 증류수, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, 이소프로필 알코올, 디메틸포름아마이드, 아세톤, 데트라하이드로퓨란, 톨루엔 및 이들의 혼합물 중 1 종 이상인 것이 바람직하다. The spinning solution is not limited as long as it can be electrospun by uniformly dispersing the metal oxide precursor and the polymer, and specifically, distilled water, ethanol, methanol, propanol, butanol, isopropyl alcohol, dimethylformamide, acetone, detrahydrofuran , toluene and mixtures thereof.

상기 고분자는 1차 나노섬유의 지지체이며, 상기 금속산화물 전구체와 혼합되어 금속산화물 전구체를 분산시켜 전기방사할 수 있고, 이후 열처리 과정에서 열분해 되는 것이면 제한되지 않는다. The polymer is a support for the primary nanofibers, and is not limited as long as it is mixed with the metal oxide precursor to disperse the metal oxide precursor for electrospinning, and then thermally decomposes in a heat treatment process.

상기 방사용액을 전기방사하여 1차 나노섬유를 제조한다. The spinning solution is electrospun to prepare primary nanofibers.

상기 전기방사는 전기장을 조절하고, 단일 노즐을 이용하여 1차 나노섬유를 제조할 수 있다. The electrospinning can produce primary nanofibers by controlling the electric field and using a single nozzle.

구체예에서, 상기 S100에서 전기방사는 단일노즐을 이용하여 1종 이상의 금속산화물 전구체를 포함하는 전기방사용액을 10 내지 20kV의 전압으로 방사하여 나노섬유 웹을 형성할 수 있다. In a specific example, the electrospinning in S100 may form a nanofiber web by spinning an electrospinning solution containing one or more metal oxide precursors at a voltage of 10 to 20 kV using a single nozzle.

상기 전기방사는 단일노즐을 이용하여 상기 범위 내로 고전압을 인가하여 1차 나노섬유 웹을 제조할 수 있으며, 단일노즐이 아니거나 상기 전압범위를 벗어나는 경우 1차 나노섬유를 제조하기 어렵다. The electrospinning may produce a primary nanofiber web by applying a high voltage within the above range using a single nozzle, and it is difficult to prepare a primary nanofiber web if the voltage is not a single nozzle or is out of the above voltage range.

상기 1차 나노섬유를 열처리하여 상기 고분자를 제거하고, 상기 금속산화물 전구체를 산화시켜 코어-쉘 구조의 복합 나노섬유를 제조한다(S200).The primary nanofiber is heat treated to remove the polymer, and the metal oxide precursor is oxidized to prepare a composite nanofiber having a core-shell structure (S200).

상기 열처리는 1차 나노섬유의 지지체인 고분자를 열분해하여 제거한다. The heat treatment thermally decomposes and removes the polymer, which is the support of the primary nanofibers.

한 구체예에서, 상기 S200의 열처리는 500 내지 1,000℃에서 1 내지 3시간 동한 수행되어 상기 고분자를 열분해할 수 있다. In one embodiment, the heat treatment of S200 may be performed at 500 to 1,000 ° C. for 1 to 3 hours to thermally decompose the polymer.

상기 범위 내에서 열처리하는 경우 고분자가 열분해되어 제거될 수 있으며, 금속산화물 전구체가 산화되어 금속산화물로 변화된다. When the heat treatment is performed within the above range, the polymer may be thermally decomposed and removed, and the metal oxide precursor may be oxidized and changed into a metal oxide.

상기 S200에서 상기 (b) 단계의 쉘은 PdO, SnO2, SnO, ZnO, Fe2O3, Fe3O4, NiO, TiO2, CuO, Cu2O, In2O3, Co3O4, PdO, NiCo2O4, Ag2O, MnO2, MnO, Mn3O4, 및 Ta2O5 중 1종 이상을 포함할 수 있다. The shell of step (b) in S200 is PdO, SnO 2 , SnO, ZnO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiO, TiO 2 , CuO, Cu 2 O, In 2 O 3 , Co 3 O 4 , PdO, NiCo 2 O 4 , Ag 2 O, MnO 2 , MnO, Mn 3 O 4 , and Ta 2 O 5 .

상기 종류의 금속산화물은 금속산화물 전구체 형태로 유입되어 열처리를 통하여 금속산화물 형태로 코어-쉘 구조의 복합 나노섬유를 형성한다. The metal oxide of the above type is introduced in the form of a metal oxide precursor and heat-treated to form a composite nanofiber having a core-shell structure in the form of a metal oxide.

상기 복합 나노섬유의 코어를 식각하여 복수개의 세공이 형성된 중공의 쉘 형태의 금속산화물 나노튜브를 제조한다(S300).The core of the composite nanofiber is etched to prepare a metal oxide nanotube in the form of a hollow shell in which a plurality of pores are formed (S300).

상기 식각과정에서 코어가 식각되어 중공이 형성되면 나노튜브 형태가 형성된다. In the etching process, when the core is etched to form a hollow, a nanotube shape is formed.

상기 S300에서 식각은 코어 반응성 용매를 투입하여 상기 금속산화물 나노섬유의 코어에 존재하는 금속산화물을 금속염으로 변화시키고, 상기 금속염은 물로 용해하여 식각할 수 있다. In the etching step S300, a core-reactive solvent is introduced to change the metal oxide present in the core of the metal oxide nanofiber into a metal salt, and the metal salt can be etched by dissolving in water.

한 구체예에서, 상기 코어 반응성 용매는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 질산(nitric acid), 염산 (hydrochloric acid), 불산(hydrofluoric acid), 황산 (sulfuric acid), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol) 및 과산화황산암모늄(ammonium persulfate) 중 1 종 이상이다. In one embodiment, the core reactive solvent is sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), nitric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, methanol , at least one of ethanol and ammonium persulfate.

상기 종류의 용매를 사용하여 금속염을 형성하는 것이 바람직하나, 상기 금속산화물을 염으로 용해할 수 있는 용매인 경우에는 제한되지 않는다. It is preferable to form a metal salt using the above kind of solvent, but a solvent capable of dissolving the metal oxide as a salt is not limited.

한 구체예에서, 1종 이상의 상기 금속산화물은 제1금속산화물과 제2금속산화물을 포함하며, 상기 제1금속산화물 및 제2금속산화물의 중량은 합이 100wt% 내에서 함량비를 서로 상이하게 결정하고, 예를 들면 제1금속산화물의 함량이 과량이 도메인과 제2금속산화물이 과량이 도메인에서 제2금속산화물을 선택하여 식각하는 경우 복수의 세공이 형성된 열린 구조의 다공성 나노튜브를 형성할 수 있다. In one embodiment, the at least one metal oxide includes a first metal oxide and a second metal oxide, and the weights of the first metal oxide and the second metal oxide are different from each other in content ratio within 100 wt%. and, for example, when the content of the first metal oxide is excessive and the second metal oxide is selected from the excess domain and the second metal oxide is etched, an open structure porous nanotube having a plurality of pores is formed. can

상기 금속산화물 나노튜브를 열처리하여 금속산화물을 환원시켜 1종 이상의 금속이 결합된 쉘을 가지는 금속 나노튜브를 제조한다(S400).The metal oxide nanotube is heat-treated to reduce the metal oxide to prepare a metal nanotube having a shell in which one or more metals are bonded (S400).

상기 S400의 열처리는 수소 및 질소를 포함하는 환원성 가스 분위기 하에서 300 내지 500℃에서 1 내지 3 시간 동안 열처리하여 금속산화물을 환원시킬 수 있다. In the heat treatment of S400, the metal oxide may be reduced by heat treatment at 300 to 500° C. for 1 to 3 hours under a reducing gas atmosphere containing hydrogen and nitrogen.

상기 환원성 가스 하의 열처리 조건에서 금속산화물을 환원시켜 금속 또는 금속 합금인 다공성 금속 나노튜브를 제조할 수 있으며, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 환원반응이 일어나지 않아서 금속산화물이 나노튜브에 잔류되어 기체 확산 촉매 특성이 감소된다. Porous metal nanotubes, which are metals or metal alloys, can be produced by reducing metal oxides under the heat treatment conditions under the reducing gas. When the metal oxides are out of the above range, the reduction reaction does not occur, and the metal oxides remain in the nanotubes, resulting in gas diffusion catalytic properties. this is reduced

발명의 또 다른 관점은 다공성 금속 나노튜브를 포함하는 가스센서에 관한 것이다. Another aspect of the invention relates to a gas sensor comprising porous metal nanotubes.

상기 가스센서는 기판; 상기 기판 상부에 형성된 감지층; 및 상기 감지막 양단에 와이어 본딩된 전극;을 포함한다.The gas sensor may include a substrate; a sensing layer formed on the substrate; and electrodes wire-bonded to both ends of the sensing film.

상기 감지층은 상기 다공성 금속 나노튜브(1000)를 포함한다. The sensing layer includes the porous metal nanotubes 1000 .

상기 가스센서는 기판 상에 감지막과 상기 감지막의 저항 변화를 인식하는 전극을 포함한다. The gas sensor includes a sensing film on a substrate and an electrode for recognizing a change in resistance of the sensing film.

상기 감지막은 상기 다공성 금속 나노튜브를 스프레이 코팅, 드랍코팅, 스크린 프린팅, 전기수력학적 코팅(EHD), 전기분사를 통한 직접적인 코팅 및 전사를 통한 도포 중 어느 하나의 방법으로 상기 기판 상에 금속 나노튜브 응집체로 형성된 것이다. The sensing film is applied to the porous metal nanotubes by any one of spray coating, drop coating, screen printing, electrohydrodynamic coating (EHD), direct coating through electrospray, and application through transfer of the metal nanotubes on the substrate. It is formed from aggregates.

상기 다공성 금속 나노튜브를 포함하는 감지막을 포함하는 가스센서는 환경 유해 가스 또는 변압기 절연유에서 발생하는 유증가스가 감지막에 침투되어 변화되는 저항을 검출할 수 있다. The gas sensor including the sensing film including the porous metal nanotubes may detect resistance that is changed when an environmentally harmful gas or a gas generated from transformer insulating oil permeates the sensing film.

한 구체예에서 상기 유증가스는 고전압 변압기 내부에 절연파괴의 이상 현상으로 발생된 국부적인 고열로 주위의 절연물이 열분해되어 생성되는 H2, C2H2, C2H4, C2H6, CH4, CO, CO2 등이다. In one embodiment, the vapors are H 2 , C 2 H 2 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , H 2 , C 2 H 2 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , CH 4 , CO, CO 2 and the like.

상기 가스센서는 상기 종류의 가스분자가 침투가 용이하여 더 빠른 반응 및 회복속도를 갖고, 다양한 가스를 검출할 수 있는 우수한 선택성을 나타낸다. The gas sensor exhibits excellent selectivity capable of detecting various gases, having a faster response and recovery rate because the gas molecules of the above type are easily permeable.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are presented to aid understanding of the present invention, but the following examples are only illustrative of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실험예 1. 1차 나노섬유 제조Experimental Example 1. Preparation of primary nanofibers

이산화규소(SiO2), 팔라듐산화물(PdO) 및 니켈산화물(NiO)을 포함하는 복합 나노섬유 제조하여 형태 및 금속입자의 분포를 확인하였다. Composite nanofibers containing silicon dioxide (SiO 2 ), palladium oxide (PdO), and nickel oxide (NiO) were prepared to confirm the shape and distribution of metal particles.

팔라듐산화물 전구체인 팔라듐 아세토네이트(palladium acetylacetonate; Pd(C5H7O2)2, Sigma-Aldrich 사) 0.396g과 니켈산화물 전구체인 니켈 나이트레이트 하이레이트(nickel nitrate hydrate; Ni(NO3)2·6H2O, Sigma-Aldrich 사) 0.130g을 N,N-dimethylformamide(DMF)와 에탄올 1:1 로 섞은 3.0g 용액에 넣어 500RPM으로 1시간 교반하였다. 0.396 g of palladium acetylacetonate (Pd(C 5 H 7 O 2 ) 2 , Sigma-Aldrich) as a precursor of palladium oxide and nickel nitrate hydrate (nickel nitrate hydrate; Ni(NO 3 ) 2 as a precursor of nickel oxide) 0.130 g of 6H 2 O, Sigma-Aldrich) was added to a 3.0 g solution of N,N-dimethylformamide (DMF) and ethanol 1:1, and stirred at 500 RPM for 1 hour.

그 뒤, 이산화규소 전구체인 tetraethyl orthosilicate(Aldrich) 100μl를 팔라듐산화물 전구체/니켈산화물 전구체가 녹아 있는 용액에 추가한 뒤 500RPM으로 1시간 30분 동안 교반하고, 상기 용액에 분자량 1,300,000g/mol의 폴리비닐피롤리돈[poly(vinyl pyrrolidone); 이하 'PVP', Aldrich] 0.380g을 녹인 뒤, 6시간 동안 추가적으로 교반시켜 전기방사 용액을 제조하였다. Then, 100 μl of tetraethyl orthosilicate (Aldrich), a silicon dioxide precursor, was added to the solution in which the palladium oxide precursor/nickel oxide precursor was dissolved, stirred at 500 RPM for 1 hour and 30 minutes, and polyvinyl chloride having a molecular weight of 1,300,000 g/mol was added to the solution. Pyrrolidone [poly(vinyl pyrrolidone); After dissolving 0.380 g of 'PVP', Aldrich], the electrospinning solution was prepared by further stirring for 6 hours.

교반을 마친 상기 이산화규소 전구체/팔라듐산화물 전구체/니켈산화물 전구체/PVP 고분자 혼합 방사용액을 주사기에 담아 시린지 펌프(Henke-Sass Wolf, 10ml NORM-JECT)에 연결하여, 분당 100ml의 토출 속도로 방사하였다.The stirred silicon dioxide precursor/palladium oxide precursor/nickel oxide precursor/PVP polymer mixture spinning solution was placed in a syringe and connected to a syringe pump (Henke-Sass Wolf, 10ml NORM-JECT), and spinning was performed at a discharge rate of 100ml per minute. .

방사용액이 토출되는 주사바늘(needle, 25gauge)과 나노섬유 웹을 수득하는 집전체 기판 사이 거리는 17cm로 유지하였으며, 18kV의 고전압을 인가하여 이산화규소 전구체/팔라듐산화물 전구체/니켈산화물 전구체/PVP 고분자를 포함하는 1차 나노섬유 웹을 제조하였다. The distance between the needle (25 gauge) from which the spinning solution is discharged and the current collector substrate for obtaining the nanofiber web was maintained at 17 cm, and a high voltage of 18 kV was applied to form a silicon dioxide precursor / palladium oxide precursor / nickel oxide precursor / PVP polymer. A primary nanofibrous web containing was prepared.

실험예 2. 복합 나노섬유 제조Experimental Example 2. Preparation of composite nanofibers

1차 나노섬유를 열처리하여 코어-쉘 구조의 복합나노섬유를 제조할 수 있는 지 확인하였다. It was confirmed whether composite nanofibers having a core-shell structure could be prepared by heat-treating the primary nanofibers.

상기 실험예 1에 따라 단일 노즐을 이용한 전기방사 기법을 통해 제조된 이산화규소 전구체/팔라듐산화물 전구체/니켈산화물 전구체/PVP 고분자 혼합 1차 나노섬유 웹을 대기(air) 분위기에서, Ney社의 Vulcan 3-550 소형 전기로를 이용하여 600℃에서 2시간 동안 고온 열처리하였다. The silicon dioxide precursor/palladium oxide precursor/nickel oxide precursor/PVP polymer mixed primary nanofiber web prepared by electrospinning using a single nozzle according to Experimental Example 1 was mixed with Ney's Vulcan 3 in an air atmosphere. High-temperature heat treatment was performed at 600° C. for 2 hours using a -550 small electric furnace.

이때, 승온 속도는 10℃으로 일정하게 유지하였으며 고온 열처리 과정으로 인해 이산화규소 전구체/팔라듐산화물 전구체/니켈산화물 전구체/PVP 고분자 복합 나노섬유 웹을 지지하는 역할의 PVP 고분자는 열분해되어 제거되고, 고분자 섬유 내부에 용해된 이산화규소 전구체, 팔라듐산화물 전구체 및 니켈산화물 전구체들이 산화되어 이산화규소/팔라듐산화물/니켈산화물 복합 나노섬유를 형성하였다. At this time, the temperature increase rate was kept constant at 10 ° C. Due to the high-temperature heat treatment process, the PVP polymer that supports the silicon dioxide precursor / palladium oxide precursor / nickel oxide precursor / PVP polymer composite nanofiber web is thermally decomposed and removed, and the polymer fiber The silicon dioxide precursor, the palladium oxide precursor, and the nickel oxide precursor dissolved therein were oxidized to form a silicon dioxide/palladium oxide/nickel oxide composite nanofiber.

도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 다공성 금속 나노튜브 제조방법에 있어서, 코어-쉘 구조의 복합 나노섬유의 주사전자현미경 사진이다. 3 is a scanning electron micrograph of composite nanofibers having a core-shell structure in the method for manufacturing porous metal nanotubes according to one embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 이산화규소 전구체/팔라듐산화물 전구체/니켈산화물 전구체/PVP 고분자를 포함하는 복합 나노섬유는 매끈한 표면을 가지며, 평균 400nm의 균일한 직경 분포를 가짐을 확인하였으며, 이산화규소 전구체/팔라듐산화물 전구체/니켈산화물 전구체/PVP 고분자 복합 나노섬유는 전기방사용액을 제조하고, 전기방사 조건을 제어하여 나노섬유로 제조할 수 있는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 3, it was confirmed that the composite nanofibers including the silicon dioxide precursor/palladium oxide precursor/nickel oxide precursor/PVP polymer had a smooth surface and a uniform diameter distribution of 400 nm on average, and the silicon dioxide precursor/palladium It was confirmed that the oxide precursor/nickel oxide precursor/PVP polymer composite nanofibers can be prepared into nanofibers by preparing an electrospinning solution and controlling electrospinning conditions.

도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 다공성 금속 나노튜브 제조방법에 있어서, 코어-쉘 구조의 복합 나노섬유의 투과전자현미경 사진 및 원소농도 분석 결과를 나타낸 것이다. 4 shows a transmission electron micrograph and element concentration analysis results of composite nanofibers having a core-shell structure in a method for manufacturing porous metal nanotubes according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 투과전자현미경 사진으로부터 이산화규소/팔라듐산화물/니켈산화물을 포함하는 나노섬유가 다결정성 나노입자로 구성되어, 비교적 치밀한 표면을 가짐을 확인할 수 있다. 또한 투과전자현미경의 원소 농도 분석(TEM energy dispersive spectroscopy)을 한 결과, 실리콘(Si)이 중심 부분에 집중되어 있는 것을 확인하였으며, 팔라듐(Pd)과 니켈(Ni)은 전반적으로 고르게 분포하는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 4 , it can be seen from the transmission electron micrograph that the nanofibers including silicon dioxide/palladium oxide/nickel oxide are composed of polycrystalline nanoparticles and have a relatively dense surface. In addition, as a result of element concentration analysis (TEM energy dispersive spectroscopy) of a transmission electron microscope, it was confirmed that silicon (Si) was concentrated in the central part, and palladium (Pd) and nickel (Ni) were evenly distributed throughout. did

따라서 이산화규소(SiO2)가 비교적 중심 부분에 위치해, 이산화규소/팔라듐산화물/니켈산화물 복합 나노섬유가 중심 부분은 대부분 이산화규소로, 바깥 부분은 대부분 팔라듐산화물(PdO)/니켈산화물(NiO)로 이루어져 있는 것을 확인하였다. 이는 팔라듐산화물과 니켈산화물에 비하여 이산화규소의 형성 에너지(ethalpy energy)가 더 크기 때문에 나노섬유 표면부터 팔라듐과 니켈이 산화되어 팔라듐산화물과 니켈산화물을 형성하고, 나노섬유의 외부와 내부에 팔라듐과 니켈 원소 농도 구배가 형성되어 팔라듐 및 니켈 원소가 표면으로 확산되고, 나노섬유 내부에서 이산화규소가 산화되어 형성되는 것을 확인하였다. Therefore, silicon dioxide (SiO 2 ) is relatively located in the central part, and the silicon dioxide/palladium oxide/nickel oxide composite nanofiber is composed of mostly silicon dioxide in the central part and mostly palladium oxide (PdO)/nickel oxide (NiO) in the outer part. It was confirmed that it was made. This is because the ethalpy energy of silicon dioxide is greater than that of palladium oxide and nickel oxide, so palladium and nickel are oxidized from the surface of the nanofiber to form palladium oxide and nickel oxide, and palladium and nickel are formed on the outside and inside of the nanofiber. It was confirmed that an element concentration gradient was formed, and palladium and nickel elements diffused to the surface, and silicon dioxide was oxidized and formed inside the nanofibers.

실험예 3. 금속산화물 나노튜브 제조Experimental Example 3. Preparation of metal oxide nanotubes

복합 나노섬유를 식각하여 복수개의 세공이 형성된 중공의 쉘 형태의 금속산화물 나노튜브를 제조하였다.The composite nanofiber was etched to prepare a metal oxide nanotube in the form of a hollow shell in which a plurality of pores were formed.

실험예 2에 따른 복합 나노섬유를 추가적으로 식각하였다. The composite nanofibers according to Experimental Example 2 were additionally etched.

식각 과정을 위해 50mg의 이산화규소/팔라듐산화물/니켈산화물 복합 나노섬유를 증류수 100ml에 수산화나트륨(NaOH)을 0.04g 녹인 수용액에 10시간 동안 함침시켰다. For the etching process, 50 mg of silicon dioxide/palladium oxide/nickel oxide composite nanofibers were impregnated with an aqueous solution of 0.04 g of sodium hydroxide (NaOH) dissolved in 100 ml of distilled water for 10 hours.

이산화규소/팔라듐산화물/니켈산화물 복합 나노섬유가 포함된 수산화나트륨 수용액의 온도는 60℃로 유지하였다. The temperature of the sodium hydroxide aqueous solution containing the silicon dioxide/palladium oxide/nickel oxide composite nanofibers was maintained at 60°C.

도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 다공성 금속 나노튜브 제조방법에 있어서, 코어가 식각되어 쉘 구조를 가지는 금속산화물 나노튜브의 주사전자현미경 사진이다. 5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a metal oxide nanotube having a shell structure by etching a core in a method for manufacturing a porous metal nanotube according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 중심 부분에 집중되어 있던 이산화규소가 선택적으로 식각되어 중심 부분이 비어 있는 다공성 팔라듐산화물/니켈산화물 나노튜브가 형성되는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 5 , it was confirmed that silicon dioxide concentrated in the central portion was selectively etched to form porous palladium oxide/nickel oxide nanotubes having an empty central portion.

식각 과정은 약 pH 12 분위기에서 수산화나트륨에 의해 선택적으로 이산화규소만 식각되며, 하기 화학식 1에 따라 식각된다. In the etching process, only silicon dioxide is selectively etched by sodium hydroxide in an atmosphere of about pH 12, and is etched according to Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O2NaOH + SiO 2 → Na 2 SiO 3 + H 2 O

상기 반응으로 식각이 진행되었으며, 상기 반응으로 형성된 규산염(Na2SiO3)은 물에 녹을 수 있으며, 추가적인 세척 과정을 통해 손쉽게 제거될 수 있어, 중심 부분이 비어 있는 팔라듐산화물/니켈산화물 나노튜브를 제작할 수 있는 것을 확인하였다. Etching was carried out by the above reaction, and the silicate (Na 2 SiO 3 ) formed by the above reaction is soluble in water and can be easily removed through an additional washing process, thereby forming a palladium oxide/nickel oxide nanotube with an empty central portion. It was confirmed that it could be produced.

실시예 1. 다공성 팔라듐-니켈 금속합금 나노튜브 제조Example 1. Preparation of porous palladium-nickel metal alloy nanotubes

상기 실험예 3에 따라 제조된 금속산화물 나노튜브를 가지고 환원하여 다공성 금속 나노튜브를 제조하였다. Porous metal nanotubes were prepared by reduction with the metal oxide nanotubes prepared according to Experimental Example 3.

상기 팔라듐산화물 및 니켈산화물을 포함하는 금속산화물 나노튜브를 20% H2/N2 분위기에서, 관형 전기로를 이용하여 400℃에서 2시간 동안 고온 열처리하였다. The metal oxide nanotubes containing palladium oxide and nickel oxide were subjected to high-temperature heat treatment at 400° C. for 2 hours using a tubular electric furnace in a 20% H 2 /N 2 atmosphere.

이때, 승온 속도는 5℃/min으로 일정하게 유지하였다. 환원 열처리 과정으로 인해 팔라듐산화물 및 니켈산화물은 환원되어 다공성 팔라듐/니켈 금속합금 나노튜브를 형성하였다. At this time, the temperature increase rate was kept constant at 5°C/min. Due to the reduction heat treatment process, palladium oxide and nickel oxide were reduced to form porous palladium/nickel metal alloy nanotubes.

실시예 2. 다공성 팔라듐 나노튜브 제조Example 2. Preparation of porous palladium nanotubes

니켈산화물 전구체인 니켈 나이트레이트 하이레이트를 첨가하지 않고, 실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 금속 나노튜브를 제조하였다. Porous metal nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1 without adding nickel nitrate hydrate, which is a nickel oxide precursor.

실험예 4. 다공성 금속합금 나노튜브의 구조Experimental Example 4. Structure of Porous Metal Alloy Nanotube

실시예 1 및 2에 따른 다공성 팔라듐/니켈 금속합금 나노튜브의 구조를 확인하였다. Structures of the porous palladium/nickel metal alloy nanotubes according to Examples 1 and 2 were confirmed.

도 6은 본 발명의 실시예 1 및 2에 따른 다공성 팔라듐-니켈 금속합금 및 다공성 팔라듐 나노튜브의 X선 회절분석 그래프이고, 도 7은 실시예 1에서 제조된 다공성 팔라듐-니켈 금속합금 나노튜브의 주사전자 현미경 사진이다. 6 is an X-ray diffraction analysis graph of porous palladium-nickel metal alloys and porous palladium nanotubes according to Examples 1 and 2 of the present invention, and FIG. 7 is a graph of porous palladium-nickel metal alloy nanotubes prepared in Example 1. This is a scanning electron micrograph.

도 6을 참조하면, 중공의 다공성 팔라듐 및 니켈 금속합금 나노튜브와 다공성 팔라듐 금속 나노튜브가 팔라듐 금속 단일상으로 전반적으로 잘 형성되었음을 확인하였고, 도 7을 참조하면, 실시예 1에 의해 제조된 팔라듐-니켈 금속합금 나노튜브에는 복수의 세공(pore)가 형성되어 다공성이며 중공의 나노튜브로 형성된 것을 확인하였다. Referring to FIG. 6, it was confirmed that the hollow porous palladium and nickel metal alloy nanotubes and the porous palladium metal nanotubes were generally well formed in the palladium metal single phase, and referring to FIG. 7, the palladium prepared in Example 1 - It was confirmed that a plurality of pores were formed in the nickel metal alloy nanotube, and it was formed into a porous and hollow nanotube.

실시예 3. 다공성 팔라듐-주석 금속합금 나노튜브 제조Example 3. Preparation of porous palladium-tin metal alloy nanotubes

다공성 팔라듐 및 주석 금속합금 나노튜브를 제조하기 위해 팔라듐산화물 전구체인 palladium acetylacetonate[Pd(C5H7O2)2, Sigma-Aldrich] 0.396g과 주석산화물 전구체인 tin chloride hydrate [SnCl2·xH2O, Sigma-Aldrich] 0.113g을 N,N-dimethylformamide(DMF) 와 ethanol을 1:1로 섞은 3.0g 용액에 넣어 500RPM으로 1시간 교반시켰다. To prepare porous palladium and tin metal alloy nanotubes, 0.396 g of palladium acetylacetonate [Pd(C 5 H 7 O 2 ) 2 , Sigma-Aldrich], a palladium oxide precursor, and tin chloride hydrate [SnCl 2 xH 2 , a tin oxide precursor] O, Sigma-Aldrich] 0.113g was added to a 3.0g solution of N,N-dimethylformamide (DMF) and ethanol mixed in a 1:1 ratio and stirred at 500 RPM for 1 hour.

이후에는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 팔라듐 및 주석 금속합금 나노튜브를 제조하였다. Thereafter, porous palladium and tin metal alloy nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1.

실시예 4. 다공성 팔라듐-은 금속합금 나노튜브 제조Example 4. Preparation of porous palladium-silver metal alloy nanotubes

다공성 팔라듐 및 은 금속합금 나노튜브를 제조하기 위해 팔라듐산화물 전구체인 palladium acetylacetonate[Pd(C5H7O2)2, Sigma-Aldrich] 0.396g과 은산화물 전구체인 silver chloride[AgCl, Sigma-Aldrich] 0.062g을 N,N-dimethylformamide(DMF)와 ethanol을 1:1로 섞은 3.0g 용액에 넣어 500RPM으로 1시간 교반하였다. 0.396 g of palladium acetylacetonate [Pd(C 5 H 7 O 2 ) 2 , Sigma-Aldrich], a palladium oxide precursor, and silver chloride [AgCl, Sigma-Aldrich], a silver oxide precursor, were used to prepare porous palladium and silver metal alloy nanotubes. 0.062g was added to a 3.0g solution of N,N-dimethylformamide (DMF) and ethanol mixed at a ratio of 1:1 and stirred at 500 RPM for 1 hour.

이후에는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 팔라듐 및 은 금속합금 나노튜브를 제조하였다. Thereafter, porous palladium and silver metal alloy nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1.

실시예 5. 다공성 팔라듐-구리 금속합금 나노튜브 제조Example 5. Preparation of porous palladium-copper metal alloy nanotubes

다공성 팔라듐 및 구리 금속합금 나노튜브를 제조하기 위해 팔라듐산화물 전구체인 palladium acetylacetonate[Pd(C5H7O2)2, Sigma-Aldrich] 0.396g과 구리산화물 전구체인 copper acetylacetonate[Cu(C5H7O2)2, Sigma-Aldrich] 0.080g을 N,N-dimethylformamide(DMF)와 ethanol을 1:1로 섞은 3.0g 용액에 넣어 500RPM으로 1시간 교반하였다. To prepare porous palladium and copper metal alloy nanotubes, 0.396 g of palladium acetylacetonate [Pd(C 5 H 7 O 2 ) 2 , Sigma-Aldrich], a palladium oxide precursor, and copper acetylacetonate [Cu(C 5 H 7 , Sigma-Aldrich], a copper oxide precursor) 0.080 g of O 2 ) 2 , Sigma-Aldrich] was added to a 3.0 g solution of N,N-dimethylformamide (DMF) and ethanol mixed in a 1:1 ratio and stirred at 500 RPM for 1 hour.

이후에는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 팔라듐 및 구리 금속합금 나노튜브를 제조하였다. Thereafter, porous palladium and copper metal alloy nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1.

실험예 5. 다공성 금속합금 나노튜브 구조Experimental Example 5. Porous Metal Alloy Nanotube Structure

도 8은 실시예 3 내지 5에 따른 팔라듐-주석, 팔라듐-은, 및 팔라듐-구리 합금 나노튜브의 공정 단계별 주사전자현미경 사진이다. 8 is scanning electron micrographs of the palladium-tin, palladium-silver, and palladium-copper alloy nanotubes according to Examples 3 to 5 at each step of the process.

도 8을 참조하면, 전기방사 공정, 식각 과정, 환원 공정을 통해 속이 비어 있는 다공성 금속합금 나노튜브를 형상한 것을 확인하였다. Referring to FIG. 8 , it was confirmed that a hollow porous metal alloy nanotube was formed through an electrospinning process, an etching process, and a reduction process.

실시예 6. 가스센서 Example 6. Gas sensor

상기 실시예 1에 따라 제조된 다공성 팔라듐-니켈 금속합금 나노튜브를 알루미나 기판에 드랍코팅으로 도포한 후 백금 와이어를 이용하여 가스센서를 제조하였다. After applying the porous palladium-nickel metal alloy nanotube prepared according to Example 1 to an alumina substrate by drop coating, a gas sensor was manufactured using a platinum wire.

실시예 7. 가스센서Example 7. Gas sensor

상기 실시예 3에 따라 제조된 다공성 팔라듐-주석 금속합금 나노튜브를 이용하여 실시예 6과 동일한 방법으로 가스센서를 제조하였다. A gas sensor was manufactured in the same manner as in Example 6 using the porous palladium-tin metal alloy nanotube prepared in Example 3.

실시예 8. 가스센서Example 8. Gas sensor

상기 실시예 4에 따라 제조된 다공성 팔라듐-은 금속합금 나노튜브를 이용하여 실시예 6과 동일한 방법으로 가스센서를 제조하였다. A gas sensor was manufactured in the same manner as in Example 6 using the porous palladium-silver metal alloy nanotubes prepared in Example 4.

실험예 6. 가스센서 감지특성 Experimental Example 6. Gas sensor detection characteristics

도 9는 실시예 6 내지 8에 따른 다공성 팔라듐-니켈 금속합금 나노튜브, 다공성 팔라듐-주석 금속합금 나노튜브 및 다공성 팔라듐-은 금속합금 나노튜브를 포함하는 가스센서의 수소 가스에 대한 감지특성을 나타낸 그래프이다. 9 shows the hydrogen gas sensing characteristics of gas sensors including porous palladium-nickel metal alloy nanotubes, porous palladium-tin metal alloy nanotubes, and porous palladium-silver metal alloy nanotubes according to Examples 6 to 8; it's a graph

도 9를 참조하면, 실시예에 따른 가스센서는 빠른 반응속도와 회복속도를 갖는 수소 감지특성을 나타내는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 9 , it was confirmed that the gas sensor according to the embodiment exhibits hydrogen sensing characteristics with a fast reaction speed and recovery speed.

이러한 감지특성은 식각 과정을 통해 중심 부분의 이산화규소가 제거되어 큰 표면적을 지니고, 많은 메조 기공(mesopores)을 포함하고 있는 나노튜브를 형성함으로써, 타켓 가스인 수소가 감지 소재 표면뿐만 아니라 감지층 표면 아래 내부로도 효과적으로 침투할 수 있는 확산 공간과 가스반응 장소를 보다 많이 제공하기 때문이다. This sensing characteristic is achieved by removing silicon dioxide from the central portion through an etching process to form nanotubes with a large surface area and many mesopores, so that hydrogen, the target gas, is applied to the surface of the sensing material as well as the sensing layer. This is because it provides more diffusion space and gas reaction sites that can effectively penetrate into the lower interior.

이와 같이 큰 표면적과 다수의 기공을 포함하는 감지 소재에서 우수한 센서 특성을 얻을 수 있다는 결과를 보여줌으로써, 표면적이 넓은 다공성 나노튜브로 구성된 센서를 제조할 수 있는 것을 확인하였다. As such, it was confirmed that a sensor composed of porous nanotubes having a large surface area can be manufactured by showing that excellent sensor characteristics can be obtained from a sensing material having a large surface area and a large number of pores.

따라서 본 발명에 따른 다공성 금속 나노튜브는 팔라듐 기반으로 상온에서 구동하는 유해환경가스 검출용 가스센서 뿐만 아니라 변압기 절연유에 용존되어 있는 다양한 유증 수소 가스 감지 센서에 응용되고 신속하게 가스를 검출하고, 검출시간과 회복시간이 매우 단축된 가스센서를 제공할 수 있다.Therefore, the porous metal nanotube according to the present invention is applied to a palladium-based gas sensor for detecting harmful environmental gases operated at room temperature, as well as various hydrogen gas detection sensors dissolved in transformer insulating oil, quickly detects gas, and detects time It is possible to provide a gas sensor with a very short recovery time.

이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at mainly through embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a limiting sense. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range should be construed as being included in the present invention.

10 : 1차 나노섬유
20 : 금속산화물 나노섬유
21 : 코어
22 : 쉘
30 : 쉘 구조 금속산화물 나노튜브
31 : 세공(pore)
1000 : 다공성 금속 나노튜브
100 : 쉘
200 : 세공(pore)
10: primary nanofiber
20: metal oxide nanofiber
21: Core
22: shell
30: shell structure metal oxide nanotube
31: pores
1000: porous metal nanotubes
100: shell
200: pores

Claims (18)

1 종 이상의 금속이 중공의 쉘을 형성하고, 상기 쉘은 복수의 세공이 형성되어 열린 구조(Open structure)의 표면을 가지고,
상기 쉘에서 1종 이상의 금속이 농도 구배가 형성되어 확산되며,
상기 쉘은 팔라듐-니켈, 팔라듐-주석 및 팔라듐-은 중 어느 1종의 금속합금을 포함하는,
다공성 금속 나노튜브.
One or more metals form a hollow shell, and the shell has a surface of an open structure in which a plurality of pores are formed,
In the shell, one or more metals are diffused by forming a concentration gradient,
The shell includes any one metal alloy of palladium-nickel, palladium-tin and palladium-silver,
Porous metal nanotubes.
제1항에 있어서, 상기 다공성 금속 나노튜브는 금속산화물을 포함하지 않는 다공성 금속 나노튜브.
The porous metal nanotube of claim 1 , wherein the porous metal nanotube does not contain a metal oxide.
제1항에 있어서, 상기 다공성 금속 나노튜브는 1종 이상의 금속 입자의 응집체가 중공의 쉘을 형성하는 다공성 금속 나노튜브.
The porous metal nanotube according to claim 1, wherein an aggregate of one or more metal particles forms a hollow shell.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 다공성 금속 나노튜브는 평균 직경이 100nm 내지 5㎛인 것을 특징으로 다공성 금속 나노튜브.
The porous metal nanotube according to claim 1, wherein the porous metal nanotube has an average diameter of 100 nm to 5 μm.
제1항에 있어서, 상기 쉘은 평균 두께가 10nm 내지 500nm인 것을 특징으로 다공성 금속 나노튜브.
The porous metal nanotube according to claim 1, wherein the shell has an average thickness of 10 nm to 500 nm.
제1항에 있어서, 상기 세공은 평균 직경이 3nm 내지 60nm인 것을 특징으로 하는 다공성 금속 나노튜브.
The porous metal nanotube according to claim 1, wherein the pores have an average diameter of 3 nm to 60 nm.
(a) 1종 이상의 금속산화물 전구체와 고분자를 포함하는 방사용액을 전기방사하여 1차 나노섬유를 제조하는 단계;
(b) 상기 1차 나노섬유를 열처리하여 상기 고분자를 제거하고, 상기 금속산화물 전구체를 산화시켜 코어-쉘 구조의 복합 나노섬유를 제조하는 단계;
(c) 상기 복합 나노섬유의 코어를 식각하여 중공의 쉘 형태의 금속산화물 나노튜브를 제조하는 단계; 및
(d) 상기 금속산화물 나노튜브를 열처리하여 금속산화물을 환원시켜 1종 이상의 금속이 결합된 쉘을 가지는 금속 나노튜브를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 (a) 단계에서, 1차 나노섬유의 쉘에서 1종 이상의 금속산화물이 농도 구배가 형성되어 확산되고,
상기 쉘은 팔라듐-니켈, 팔라듐-주석 및 팔라듐-은 중 어느 1 종의 금속합금을 포함하는,
다공성 금속 나노튜브 제조방법.
(a) preparing primary nanofibers by electrospinning a spinning solution containing at least one metal oxide precursor and a polymer;
(b) preparing core-shell composite nanofibers by heat-treating the primary nanofibers to remove the polymer and oxidizing the metal oxide precursor;
(c) etching the core of the composite nanofiber to prepare a metal oxide nanotube in the form of a hollow shell; and
(d) preparing a metal nanotube having a shell in which one or more metals are bonded by reducing the metal oxide by heat-treating the metal oxide nanotube;
In the step (a), a concentration gradient of one or more metal oxides is formed and diffused in the shell of the primary nanofiber,
The shell includes any one metal alloy of palladium-nickel, palladium-tin and palladium-silver,
A method for producing porous metal nanotubes.
제9항에 있어서, 상기 방사용액은 산화물 형성 에너지가 서로 다른 2종 이상의 금속산화물 전구체를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 나노튜브 제조방법.
10. The method of claim 9, wherein the spinning solution comprises two or more metal oxide precursors having different oxide formation energies.
제9항에 있어서, 상기 (a) 단계의 전기방사는 1종 이상의 금속산화물 전구체를 포함하는 전기방사용액을 10 내지 20kV의 전압으로 방사하여 나노섬유 웹을 형성하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 나노튜브 제조방법.
The porous metal nanotube according to claim 9, wherein the electrospinning in step (a) is performed by spinning an electrospinning solution containing one or more metal oxide precursors at a voltage of 10 to 20 kV to form a nanofiber web. manufacturing method.
제9항에 있어서, 상기 (b)단계의 열처리는 500 내지 1,000℃에서 수행하는 다공성 금속 나노튜브 제조방법.
10. The method of claim 9, wherein the heat treatment in step (b) is performed at 500 to 1,000 °C.
삭제delete 제9항에 있어서, 상기 (c)단계의 식각은 코어 반응성 용매를 투입하여 코어만 제거하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 나노튜브 제조방법.
10. The method of claim 9, wherein the etching in step (c) is performed by adding a core-reactive solvent to remove only the core.
제14항에 있어서, 상기 코어 반응성 용매는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 질산(nitric acid), 염산 (hydrochloric acid), 불산(hydrofluoric acid), 황산 (sulfuric acid), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol) 및 과산화황산암모늄(ammonium persulfate) 중 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 다공성 금속 나노튜브 제조방법.
The method of claim 14, wherein the core reactive solvent is sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), nitric acid (nitric acid), hydrochloric acid (hydrochloric acid), hydrofluoric acid (hydrofluoric acid), sulfuric acid (sulfuric acid), methanol (methanol) ), a method for producing a porous metal nanotube, characterized in that at least one of ethanol and ammonium persulfate.
제9항에 있어서, 상기 (d)단계의 열처리는 환원성 가스 분위기 하에서 300 내지 500℃에서 열처리하여 금속산화물을 환원시키는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 나노튜브 제조방법.
10. The method of claim 9, wherein the heat treatment in step (d) is performed at 300 to 500° C. under a reducing gas atmosphere to reduce the metal oxide.
기판;
상기 기판 상부에 형성된 감지층; 및
상기 감지층 양단에 와이어 본딩된 전극;을 포함하며,
상기 감지층은 제1항 내지 제3항, 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항의 다공성 금속 나노튜브를 포함하는 가스센서.
Board;
a sensing layer formed on the substrate; and
Including; electrodes wire-bonded to both ends of the sensing layer,
The sensing layer is a gas sensor comprising a porous metal nanotube according to any one of claims 1 to 3 and 6 to 8.
제17항에 있어서, 상기 다공성 금속 나노튜브를 포함하는 가스센서는 환경 유해 가스 또는 변압기 절연유에서 발생하는 유증가스를 검출하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 나노튜브를 포함하는 가스센서.

[Claim 18] The gas sensor according to claim 17, wherein the gas sensor including porous metal nanotubes detects an environmentally harmful gas or a gas generated from transformer insulating oil.

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