KR20100056118A - Preparation method of la-sr-mn oxide thin film - Google Patents

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KR20100056118A
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신동욱
임종모
박인유
장성은
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of lanthanum-strontium-manganese oxide thin film is provided, which can control a crystal phase structure in perovskite structure from an amorphous substance. CONSTITUTION: A manufacturing method of lanthanum-strontium-manganese oxide thin film comprises: a step of manufacturing precursor solution by dissolving lanthanum precursor, strontium precursor, and manganese precursor aqueous mixed solvent; a step of injecting precursor solution into a nozzle; a step of forming a water drop by spraying precursor solution under the electric field mood; and a step of drying water drop by adsorbing water drop to the preheated substrate.

Description

란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법{Preparation method of La-Sr-Mn Oxide thin film}Preparation method of lanthanum-strontium-manganese oxide thin film {Preparation method of La-Sr-Mn Oxide thin film}

본 발명은 공정 조건을 조절하여 산화물 박막을 다공성에서 치밀한 구조로, 또한, 결정 구조를 비정질에서 페로브스카이트 구조로 제어가능하고, 고체산화물 연료전지의 음극으로 적용할 수 있는 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법에 관한 것이다.According to the present invention, the lanthanum-strontium-manganese can be applied as a cathode of a solid oxide fuel cell, by controlling the process conditions to control the oxide thin film from the porous to the dense structure, and from the amorphous to the perovskite structure. It relates to a method for producing an oxide thin film.

주요 에너지원인 화석연료의 고갈과 함께 환경오염에 따른 지구 온난화 등 부작용으로 인해 친환경적이면서 효율이 높은 에너지원에 대한 연구가 진행되고 있으며, 그 중 연료전지에 대한 관심이 높아지고 있다.Due to the depletion of fossil fuel, the main energy source, and global warming due to environmental pollution, research on environmentally friendly and efficient energy sources is underway.

연료전지(Fuel cell)는 수소로부터 전기를 발생시키는 환경 친화적 발전장치로 차세대 에너지원으로 주목받고 있다. 이러한 연료전지는 크게 알칼리 연료전지(AFC), 인산 연료전지(PAFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자전해질 연료전지(SPEFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC) 등이 있다.Fuel cells are attracting attention as next-generation energy sources as environmentally friendly power generation devices that generate electricity from hydrogen. Such fuel cells include alkaline fuel cells (AFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), solid oxide fuel cells (SOFC), polymer electrolyte fuel cells (SPEFC), molten carbonate fuel cells (MCFC), and the like.

그중 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, 이하 'SOFC'라 한다)는 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단 하고, 효율이 높고 공해요인이 적어 미래의 새로운 청정에너지원 중 하나로 주목받고 있다. 일례로 음극으로 스트론튬이 도핑된 란탄/망간 복합 산화물(LSM) 등을 사용하고, 양극으로 니켈-지르코늄 세라믹 합금을 사용하며, 전해질로 이트리아-안정화 지르코니아(YSZ : yttria stabilized zirconia)가 주로 사용되고 있다.Among them, the solid oxide fuel cell (SOFC) is composed of all solid components, so it is simpler in structure than other fuel cells, has high efficiency and low pollution, so it is a new clean energy in the future. It is attracting attention as one of the circles. For example, lanthanum / manganese composite oxide (LSM) doped with strontium is used as a cathode, a nickel-zirconium ceramic alloy is used as a cathode, and yttria stabilized zirconia (YSZ) is mainly used as an electrolyte. .

SOFC는 전해질 및 전극이 고온에서만 충분한 전기전도도를 나타내기 때문에 연료전지 중 가장 높은 온도인 700∼1000℃에서 작동한다. 그러나 이러한 고온에서의 작동으로 인해 SOFC의 연결재(interconnector)나 전지집(cell housing) 또한 고온을 견딜 수 있어야 하므로, 재료 선택의 폭이 세라믹 재료로 제한된다. 따라서 SOFC의 제조공정이 까다롭고 잘 제어된 분말제조 기술과 정밀한 성형기술 등 고난도의 기술을 요하기 때문에 제조단가가 높아지게 되는 문제가 수반된다.SOFCs operate at 700 to 1000 ° C, the highest temperature of a fuel cell because the electrolyte and the electrodes exhibit sufficient electrical conductivity only at high temperatures. However, this high temperature operation requires that the interconnector or cell housing of the SOFC also be able to withstand high temperatures, thus limiting the choice of materials to ceramic materials. Therefore, the manufacturing process of the SOFC is difficult and requires a high level of technology, such as a well-controlled powder manufacturing technology and precise molding technology is accompanied by a problem that the manufacturing cost increases.

이에 SOFC의 작동온도를 700℃ 이하로 낮춘 중저온형 SOFC를 구현하는 경우 제조공정이 보다 용이하고 비교적 저렴한 금속 재료를 사용이 가능하여 상당한 경제적 효과를 얻을 수 있다.Therefore, when implementing a low-temperature SOFC by lowering the operating temperature of the SOFC below 700 ℃, the manufacturing process is easier and relatively inexpensive metal material can be used to obtain a significant economic effect.

중저온형 SOFC를 실현하기 위해서는 기존 안정화 지르코니아보다 이온전도 특성이 우수한 대체 전해질을 사용과 박막화를 통하여 전해질의 저항을 줄이는 방법이 고려될 수 있다. 그러나 이러한 중저온형 SOFC의 경우 전극/전해질 계면 분극저항이 급격히 상승하여 연료전지의 효율을 저하시키는 또 다른 문제가 발생함에 따라 전극/전해질 간의 계면에서의 미세구조 제어가 필요하다. In order to realize the low-temperature SOFC, a method of reducing the resistance of the electrolyte by using an alternative electrolyte having better ion conductivity than the existing stabilized zirconia and thinning may be considered. However, in the case of such a low-temperature SOFC, as the electrode / electrolyte interfacial polarization resistance rises sharply and another problem occurs that lowers the efficiency of the fuel cell, it is necessary to control the microstructure at the interface between the electrode / electrolyte.

상기 미세구조의 제어는 재질을 변경하는 방법, 개질하는 방법, 및 막 제조 공정을 조절하는 방법 등 다양한 방법을 통해 달성될 수 있다. 이에 본 발명에서 는 막 제조 공정의 조절을 통해 미세구조의 제어를 가능케 한다.Control of the microstructure may be achieved through various methods such as a method of changing a material, a method of modifying a material, and a method of adjusting a film manufacturing process. Therefore, in the present invention, it is possible to control the microstructure through the control of the membrane manufacturing process.

알려진 바대로, 막을 제조하기 위해 크게 후막을 형성하는 습식 코팅법과 박막을 이루는 건식 코팅법이 채용된다.As is known, a wet coating method of forming a thick film and a dry coating method of forming a thin film are employed to produce a film.

습식 코팅법으로는 드라이 프레싱(dry pressing), 슬러리 코팅, 인쇄, 테이프 캐스팅, 딥 코팅, 및 스핀 코팅법이 있다. Wet coating methods include dry pressing, slurry coating, printing, tape casting, dip coating, and spin coating.

일례로 대한민국 특허출원 제1998-41580호는 가압 및 감압장치를 이용한 슬러리 코팅법을 이용한 치밀막의 제조방법을 언급하고 있으며, 이러한 방법의 수행을 위해선 특별한 가압 및 감압장치가 필요하다. For example, Korean Patent Application No. 1998-41580 mentions a method for producing a dense membrane using a slurry coating method using a pressure and pressure reduction device, and a special pressure and pressure reduction device is required to perform such a method.

또한, J.H. Song 등은 테입 캐스팅 방법에 의한 SOFC용 기공성 양극층의 제조방법을 언급하고 있다[J.H. Song, S.I. Park, J.H. Lee, and H.S. Kim, Fabrication characteristics of an anode-supported thin-film electrolyte fabrication by the tape casting method for IT-SOFC, Journal of Material Processing Technology, 198 414-418 2008]. 이러한 방법을 통해 치밀하면서 기공성 박막제조가 가능하지만 대부분 방법들이 두께 조절에 제약이 있으며 10㎛ 이하의 박막제조가 어려운 문제점이 있다. In addition, JH Song et al. Mention a method of manufacturing a porous anode layer for SOFC by tape casting method [JH Song, SI Park, JH Lee, and HS Kim, Fabrication characteristics of an anode-supported thin-film electrolyte fabrication by the tape casting method for IT-SOFC, Journal of Material Processing Technology , 198 414-418 2008. Although it is possible to manufacture porous and porous thin films through these methods, most methods have limitations in controlling the thickness and difficult to manufacture thin films of 10 μm or less.

또한, 건식 코팅법으로는 스퍼터링, 펄스-레이저 증착법, 전기화학 기상 증착법, 금속-유기 화학 기상 증착법, 용사법, 및 액적 화염 증착법 등이 있다. Dry coating methods also include sputtering, pulse-laser deposition, electrochemical vapor deposition, metal-organic chemical vapor deposition, thermal spraying, and droplet flame deposition.

일례로, 대한민국 특허출원 제2008-1924호는 플라즈마 용사법을 이용하여 SOFC 금속 접속자의 제조방법을 제시하고 있다. 구체적으로, SOFC 음극용 란타늄 스트론튬 망간 산화물층을 제조하기 위해 습식밀링 및 하소과정을 통한 고상반응법 을 이용하여 전구체 화합물을 제조하고 있다. For example, Korean Patent Application No. 2008-1924 proposes a method for manufacturing an SOFC metal connector using a plasma spray method. Specifically, to prepare a lanthanum strontium manganese oxide layer for SOFC cathode, a precursor compound is prepared by using a solid phase reaction method through wet milling and calcining.

또한, J.H. Joo 등은 피엘디(PLD)법에 의한 고체산화물 연료전지용 이트리아 안정화 지르코니아 전해질 박막 제조 및 전기전도 특성을 보고한바 있다[J.H. Joo and G.M. Choi, “Electrical conductivity of YSZ film grown by pulsed laser deposition”, Solid State Ionics, 177 1053-1057 2006]. 상기 피엘디법은 치밀한 세라믹 박막을 제조하기 위하여 레이저 및 고가의 진공장비를 이용하므로 제조비용이 고가이며 장치가 복잡하다.In addition, JH Joo et al. Reported the production and electrical conductivity of yttria stabilized zirconia electrolyte thin film for solid oxide fuel cells by PLD method [JH Joo and GM Choi, “Electrical conductivity of YSZ film grown by pulsed laser. deposition ”, Solid State Ionics, 177 1053-1057 2006]. The PDL method uses a laser and expensive vacuum equipment to manufacture a dense ceramic thin film, which is expensive in manufacturing and complicated in apparatus.

L. Gerardo Jose 등은 알에프 스퍼터링법에 의한 고체산화물 연료전지용 전해질 및 음극물질 제조에 대해 언급하고 있다[L. Gerardo Jose, H. Joshua, and T. Harry, “Microstructural Features of RF-sputtered SOFC Anode and Electrolyte Matrials”, Journal of Electroceramics, 13 691-695 2004]. 알에프 스퍼터링법에 의해 고체산화물 연료전지용 전해질 및 음극층을 제조하기 위하여 증착 소스로 고상 타깃이 필요하며, 기공성의 음극층을 얻기 위하여 반드시 후 열처리 공정을 실시해야 한다. L. Gerardo Jose et al. Describe the preparation of electrolytes and anode materials for solid oxide fuel cells by RF sputtering [L. Gerardo Jose, H. Joshua, and T. Harry, “Microstructural Features of RF-sputtered SOFC Anode and Electrolyte Matrials”, Journal of Electroceramics, 13 691-695 2004]. In order to prepare the electrolyte and cathode layer for the solid oxide fuel cell by the RF sputtering method, a solid phase target is required as a deposition source, and a post heat treatment process must be performed to obtain a porous cathode layer.

이렇게 건식 코팅법은 치밀한 박막제조에 적당하고 증착률이 낮으며 출발원료의 조성선택의 한계가 있을 뿐만 아니라, 진공상태의 공정이 요구되므로 장비가 복잡하고 고가이기에 제조비용이 증가하는 단점이 있다. This dry coating method is suitable for the production of dense thin film, low deposition rate, there is a limit of the selection of the composition of the starting material, and because the process is required in a vacuum state, there is a disadvantage that the manufacturing cost increases because of the complicated equipment.

따라서 간단한 공정장비로 박막 두께 조절 및 미세구조 제어가 용이하며 증차율이 높고 출발원료의 선택폭이 넓은 고체산화물 연료전지 구성부분의 박막 제조방법뿐만 아니라 세라믹 박막 제조방법에 관한 기술개발에 대한 요구는 여전히 남 아있다. Therefore, the demand for technology development on the ceramic thin film manufacturing method as well as the thin film manufacturing method of the solid oxide fuel cell component with easy increase of the rate of increase and the wide selection of starting materials is easy with the simple process equipment. Still remains.

이에 본 발명자들은 대기압에서 공정이 가능하여 진공증착법에 비해 제조장치가 간단하고 제조비용도 저가인 전계 분무 증착법을 통해 박막을 형성하는 방법에 대한 연구를 진행한 결과, 다공성에서 치밀한 구조로, 또한 결정 구조를 비정질에서 페로브스카이트 구조로 박막의 미세 구조를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 출발원료의 선택폭이 넓은 방법에 대한 공정 조건을 확립할 수 있었다. Therefore, the inventors of the present invention conducted a study on a method of forming a thin film through the field spray deposition method, which can be processed at atmospheric pressure, which makes the manufacturing apparatus simpler and cheaper than the vacuum deposition method. In addition to controlling the microstructure of the thin film from amorphous to perovskite structure, the process conditions for the wide choice of starting materials can be established.

본 발명의 목적은 미세 구조를 용이하게 제어할 수 있는 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method for producing a lanthanum-strontium-manganese oxide thin film which can easily control the microstructure.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 In order to achieve the above object, the present invention

란타늄 전구체, 스트론튬 전구체, 및 망간 전구체를 수계 혼합 용매에 용해시켜 전구체 용액을 제조하는 단계; Dissolving the lanthanum precursor, the strontium precursor, and the manganese precursor in an aqueous mixed solvent to prepare a precursor solution;

상기 전구체 용액을 전계 분무 장치 내로 이송하여 노즐에 주입하는 단계;Transferring the precursor solution into an electric field spraying device and injecting it into a nozzle;

상기 노즐을 이용해 전구체 용액을 분무하여 액적을 형성하는 단계; 및Spraying a precursor solution using the nozzle to form droplets; And

상기 액적을 미리 가열된 기판 상에 균일하게 흡착시켜 건조하는 단계Uniformly adsorbing the droplets onto a preheated substrate and drying the droplets

를 포함하는 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a lanthanum-strontium-manganese oxide thin film comprising a.

본 발명에 따른 제조방법은 공정 조건을 변화시켜 박막의 미세 구조를 용이하게 제어할 수 있다. 또한, 박막의 증착율 및 두께를 용이하게 조절할 수 있고, 원료의 선택 범위가 넓을 뿐만 아니라 상압에서 공정이 이루어지기에 장비구조가 간단하여 제조비용적 측면에서 가격 경쟁력이 있다.The manufacturing method according to the present invention can easily control the microstructure of the thin film by changing the process conditions. In addition, the deposition rate and thickness of the thin film can be easily adjusted, and the selection range of raw materials is wide, and the equipment is simple because the process is performed at atmospheric pressure, and thus the cost is competitive in terms of manufacturing cost.

이러한 방법은 연료전지의 전해질, 음극 및 양극 박막의 제조나, 마이크로 센서 및 다공성 세라믹 박막 등의 제조에 폭넓게 적용이 가능하며, 특히 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막은 고체산화물 연료전지의 음극으로 적용이 가능하다. This method is widely applicable to the production of electrolyte, cathode and anode thin films of fuel cells, micro sensors and porous ceramic thin films, and in particular, lanthanum-strontium-manganese oxide thin films can be applied as cathodes of solid oxide fuel cells. It is possible.

본 발명에 따른 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조는 전계 분무 방법을 이용하여 수행하며, 이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.The preparation of the lanthanum-strontium-manganese oxide thin film according to the present invention is carried out using an electric field spray method, and the present invention will be described in more detail below.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법을 적용하기 위해 구현된 일련의 장치이다. 이러한 장치는 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 각 구성요소에 다른 장치가 삽입될 수 있다.1 is a series of devices implemented for applying the manufacturing method according to the present invention. Such a device may be inserted into each component by another person having ordinary skill in the art.

도 1을 참조하면, 전계 분무 장치는 전계 분무 챔버(10), 전구체 용액 저장조(11), 노즐(12), 시린지 펌프(13), 전위차 발생 장치(14), 기판(15), 기판 지지대(16), 온도 조절기(17), 및 스텝 모터(18)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the electric field spray device includes an electric field spray chamber 10, a precursor solution reservoir 11, a nozzle 12, a syringe pump 13, a potential difference generator 14, a substrate 15, and a substrate support ( 16), temperature controller 17, and step motor 18.

이러한 장치를 이용하여 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법은 하기와 같다(도 2 참조).Using this device, a method of manufacturing a lanthanum-strontium-manganese oxide thin film is as follows (see FIG. 2).

먼저, 란타늄 전구체, 스트론튬 전구체, 및 망간 전구체를 수계 혼합 용매에 용해시켜 전구체 용액을 제조하여 전구체 용액 저장소(11)에 주입한다. First, the lanthanum precursor, the strontium precursor, and the manganese precursor are dissolved in an aqueous mixed solvent to prepare a precursor solution, which is injected into the precursor solution reservoir 11.

상기 란타늄 전구체, 스트론튬 전구체, 및 망간 전구체는 스트론튬, 망간, 또는 란타늄을 각각 포함하는 알콕사이드, 염화물, 수산화물, 옥시수산화물, 질산염, 탄산염, 초산염, 옥살산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것이 가능하며, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않는다.The lanthanum precursor, the strontium precursor, and the manganese precursor are one selected from the group consisting of alkoxides, chlorides, hydroxides, oxyhydroxides, nitrates, carbonates, acetates, oxalates, and mixtures thereof, each containing strontium, manganese, or lanthanum. It is possible and it does not specifically limit in this invention.

바람직하기로, 란타늄 전구체로는 란타늄 나이트레이트 헥사하이드레이트를 사용하고, 상기 스트론튬 전구체로는 스트론튬 클로라이드 헥사하이드레이트를, 상 기 망간 전구체는 망간니즈 나이트레이트 헥사하이드레이트를 사용한다.Preferably, lanthanum nitrate hexahydrate is used as the lanthanum precursor, strontium chloride hexahydrate is used as the strontium precursor, and manganese nitrate hexahydrate is used as the manganese precursor.

이때 란타늄 전구체, 스트론튬 전구체, 및 망간 전구체 각각 몰비는 최종 얻고자 하는 몰비를 고려하여 선정한다.At this time, the molar ratio of each of the lanthanum precursor, the strontium precursor, and the manganese precursor is selected in consideration of the molar ratio to be finally obtained.

상기 수계 혼합 용매는 물과 저급 알코올의 혼합 용매를 1:10 내지 10:1의 부피비로 혼합된 것을 사용한다. 이때 상기 저급 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 및 부탄올을 포함한다. 이러한 수계 혼합 용매는 물의 단독 사용보다 증기압 및 점도가 높아 액적 내에서 기화가 용이함에 따라, 더욱 치밀한 입자를 제조할 수 있도록 한다.As the aqueous mixed solvent, a mixed solvent of water and a lower alcohol is mixed in a volume ratio of 1:10 to 10: 1. Wherein the lower alcohol includes methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and butanol. This aqueous mixed solvent has a higher vapor pressure and viscosity than water alone, so that vaporization in the droplets is easier, thereby making it possible to produce more dense particles.

상기 전구체와 수계 혼합 용매를 서로 혼합하여 전구체 용액을 제조하며, 그 농도는 노즐 분사의 용이성이나 액적 크기 등을 고려하여 0.01∼0.1M 농도로 조절한다.The precursor and the aqueous mixed solvent are mixed with each other to prepare a precursor solution, and the concentration thereof is adjusted to 0.01 to 0.1 M in consideration of ease of nozzle injection, droplet size, and the like.

다음으로, 상기 전구체 용액 저장소(11)로부터 전구체 용액을 시린지 펌프(13)를 이용하여 가압을 통해 노즐(12) 측으로 이송한다. Next, the precursor solution from the precursor solution reservoir 11 is transferred to the nozzle 12 side by pressurization using the syringe pump 13.

이때 노즐(12)은 액적을 형성하기 위해 원통 형상을 가지며 내부를 따라 길고 가는 모세관 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이때 노즐(12)은 직경이 0.5∼1.0 mm, 바람직하기로 0.31 mm인 것을 사용하여 마이크론 수준의 액적을 형성한다. 이러한 노즐(12)의 직경은 인가되는 전압, 혼합 용액의 농도 등을 적절히 고려하여 변형이 가능하다.At this time, the nozzle 12 preferably has a cylindrical shape to form droplets and has a long thin capillary shape along the inside. At this time, the nozzle 12 uses a diameter of 0.5 to 1.0 mm, preferably 0.31 mm to form micron-level droplets. The diameter of the nozzle 12 can be modified in consideration of the voltage applied, the concentration of the mixed solution, and the like as appropriate.

상기 노즐(12)은 전기장을 발생시키는 전위차 발생 장치(14)와 연결된다. 이러한 전위차 발생 장치(14)는 접지가 음의 전하로 흐르는 경우 전구체 용액이 양의 전하로 대전되도록 한다.The nozzle 12 is connected to a potential difference generator 14 for generating an electric field. This potential difference generator 14 allows the precursor solution to be charged with a positive charge when ground flows with a negative charge.

다음으로, 상기 노즐(12)을 이용해 전구체 용액을 분무하여 액적을 형성한다.Next, the precursor solution is sprayed using the nozzle 12 to form droplets.

구체적으로, 전구체 용액은 전계 분무 장치의 노즐(12)을 통해 분무되어 액적을 형성하는데, 이때 전계에 의해 보다 미세하고 균일한 크기의 액적으로 형성된다.Specifically, the precursor solution is sprayed through the nozzle 12 of the electric field spraying device to form droplets, in which droplets of finer and more uniform size are formed by the electric field.

이때 챔버 내 형성되는 전계, 즉, 전압을 조절함으로써 형성된 액적의 크기 제어가 가능하다. 일례로 전압이 크면 클수록 액적이 작아지며, 마이크론 수준의 액적을 형성하기 위해선 상기 전압은 0.1∼50 kV, 바람직하기로 3∼15 kV로 인가된다.At this time, it is possible to control the size of the droplet formed by adjusting the electric field formed in the chamber, that is, the voltage. For example, the larger the voltage, the smaller the droplet, and the voltage is applied at 0.1 to 50 kV, preferably 3 to 15 kV, to form a micron level droplet.

다음으로, 상기 액적을 미리 가열된 기판(15) 상에 균일하게 흡착시켜 건조한다.Next, the droplets are uniformly adsorbed onto the preheated substrate 15 and dried.

즉, 하전된 전구체 용액을 상기 노즐(12)을 통해 분무하여 액적을 형성하고, 상기 액적은 미리 가열된 기판(15) 상에 흡착된다.That is, a charged precursor solution is sprayed through the nozzle 12 to form droplets, which are adsorbed onto the preheated substrate 15.

상기 액적의 크기는 전구체 용액의 유량에 비례하며(A.M. Ganan-Calvo, J.Aerosol.Sci.28,249, 1997), 용액 유량이 클수록 액적의 크기가 증가하고 건조를 통해 액적 내 용매 등의 제거에 의해 박막에 기공이 형성된다. 본 발명의 바람직 한 실험예 2를 참조하면, 전구체 용액의 유량을 분당 2.0 내지 4.5리터로 변화시켜 수행한 결과, 유량이 적을수록 더욱 치밀한 박막이 형성되고, 유량이 증가함에 따라 박막이 치밀 구조에서 다공성의 박막으로 전환됨을 알 수 있다. The droplet size is proportional to the flow rate of the precursor solution (AM Ganan-Calvo, J. Aerosol. Sci. 28, 249, 1997). Pores are formed in the thin film. Referring to Experimental Example 2 of the present invention, as a result of changing the flow rate of the precursor solution to 2.0 to 4.5 liters per minute, a denser thin film is formed as the flow rate decreases, and the thin film is formed in a dense structure as the flow rate increases. It can be seen that it is converted to a porous thin film.

이때 상기 기판(15)은 노즐(12)과 소정 거리 이격하도록 배치하는데, 즉, 노즐-기판(12, 15) 간의 거리에 따라 형성된 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 모폴로지에 차이가 나타난다. 본 발명의 바람직한 실험예 3에 따르면, 노즐-기판(12, 15)과의 거리가 3cm인 경우 형성된 산화물 박막이 다공성 구조를 나타내고, 이러한 거리가 8cm까지 증가하여 박막을 형성한 경우 치밀한 구조의 박막으로 전환된다. 따라서 박막의 사용 목적에 적합한 물성을 얻기 위해 노즐-기판(12, 15) 간의 거리를 조절한다.In this case, the substrate 15 is disposed to be spaced apart from the nozzle 12 by a predetermined distance, that is, the morphology of the lanthanum-strontium-manganese oxide thin film formed according to the distance between the nozzles 12 and 15 appears. According to Experimental Example 3 of the present invention, the oxide thin film formed when the distance from the nozzle-substrate 12 and 15 is 3 cm exhibits a porous structure, and when the distance is increased to 8 cm to form a thin film, the thin film having a dense structure Is switched to. Therefore, the distance between the nozzles and the substrates 12 and 15 is adjusted to obtain physical properties suitable for the purpose of use of the thin film.

또한, 분무를 통해 이송되는 액적이 기판(15) 상에 균일하게 분포될 수 있도록 상기 기판 지지대(16)는 스텝 모터(18)와 연결한다. 상기 스텝 모터(18)는 한 축을 중심으로 왕복, 진동 및 회전운동 가능하도록 하는 장치로서, 기판(15) 상에 액적을 균일한 두께로 흡착시킨다.In addition, the substrate support 16 is connected to the step motor 18 so that the droplets transferred through the spray can be evenly distributed on the substrate 15. The step motor 18 is a device that enables reciprocation, vibration, and rotational movement about one axis. The step motor 18 adsorbs droplets on the substrate 15 with a uniform thickness.

상기 분무를 통한 증착 시간은 최종 얻어지는 란타늄-스트론튬-망간 산화물의 물성에 영향을 주며, 1분 내지 16분 동안 수행한다. 본 발명의 바람직한 실험예 4에 따르면, 치밀한 구조를 나타낸 박막이 증착 시간이 증가에 따라 나타낸 바와 같이 다공성 구조의 박막으로 전환된다.The deposition time through the spray affects the physical properties of the finally obtained lanthanum-strontium-manganese oxide, and is performed for 1 to 16 minutes. According to Experimental Example 4 of the present invention, the thin film having a dense structure is converted into a thin film having a porous structure as the deposition time is increased.

다음으로, 상기 기판(15)에 흡착된 액적은 건조를 통해 액적 내 함유된 수계 혼합 용매 및 부산물이 제거되어 하기 화학식 1로 표시되는 란타늄-스트론튬-망간 산화물을 형성한다.Next, the droplets adsorbed onto the substrate 15 are dried to remove the aqueous mixed solvent and by-products contained in the droplets, thereby forming a lanthanum-strontium-manganese oxide represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

LaxSr1-xMnO3 La x Sr 1-x MnO 3

(상기 식에서, 0<x<1이다)(Wherein, 0 <x <1)

상기 건조는 120 내지 330℃에서 수행하는 것이 바람직하며, 이때 건조 온도가 증가할수록 란타늄-스트론튬-망간 산화물의 조밀도가 증가한다. 이러한 건조 공정은 별도의 건조 장치를 통해 수행할 수 있으며, 본 발명에서는 기판(15)을 상기 온도로 가열하여 수행한다.The drying is preferably performed at 120 to 330 ° C, wherein the density of the lanthanum-strontium-manganese oxide increases as the drying temperature increases. This drying process can be carried out through a separate drying device, in the present invention is performed by heating the substrate 15 to the temperature.

상기 기판(15) 상에 흡착된 액적은 기판(15) 온도에 의해 액적 내 함유된 수계 혼합 용매가 증발되어 산화물로 산화한다. 상기 온도는 기판(15)을 지지하는 기판 지지대(16)와 별도로 연결된 온도 조절기(17)를 통해 조절되며, 바람직하기로 120 내지 330℃까지 가열될 수 있도록 한다. 본 발명의 바람직한 실험예 1에 따르면, 다공성 구조를 나타낸 박막이 기판의 온도가 증가에 따라 더욱 치밀한 구조의 박막으로 전환됨을 알 수 있다. The droplets adsorbed on the substrate 15 are oxidized to oxides by evaporation of the aqueous mixed solvent contained in the droplets by the temperature of the substrate 15. The temperature is controlled via a temperature controller 17 which is separately connected to the substrate support 16 supporting the substrate 15, preferably to be heated to 120 to 330 ℃. According to Experimental Example 1 of the present invention, it can be seen that the thin film showing the porous structure is converted into a thin film having a more dense structure as the temperature of the substrate increases.

충분한 증착을 통해 소정의 두께를 갖는 기판(15) 상에 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막이 형성된다.Through sufficient deposition, a lanthanum-strontium-manganese oxide thin film is formed on the substrate 15 having a predetermined thickness.

상기 란타늄-스트론튬-망간 산화물은 다공성을 나타내며, 전구체 용액 유량, 노즐-기판과의 거리, 기판 온도, 분무 시간, 열처리 온도 등의 조절을 통해 박막의 모폴로지를 제어할 수 있다.The lanthanum-strontium-manganese oxide exhibits porosity, and the morphology of the thin film can be controlled by adjusting the precursor solution flow rate, distance from the nozzle-substrate, substrate temperature, spray time, and heat treatment temperature.

추가로, 상기 란타늄-스트론튬-망간 산화물은 고온의 열처리를 통해 비정질에서 결정형으로 산화물의 결정 상태의 전환이 가능하다.In addition, the lanthanum-strontium-manganese oxide is capable of converting the crystal state of the oxide from amorphous to crystalline through high temperature heat treatment.

이러한 열처리는 상기 전계 분무 챔버(10) 내에서 온도 조절기(16)의 온도 제어를 통해 수행하거나, 별도의 열처리 장치로 이송하여 수행할 수 있다. This heat treatment may be performed by controlling the temperature of the temperature controller 16 in the electric field spray chamber 10 or by transferring to a separate heat treatment apparatus.

바람직하기로, 상기 열처리는 700 내지 900℃에서 10분 내지 5시간 동안 수행하며, 본 발명의 바람직한 실험예 5에 따르면, 다공성 구조를 나타낸 박막이 열처리 온도가 증가에 따라 더욱 치밀한 페로브스카이트(perovskite) 구조의 박막으로 전환됨을 알 수 있다. Preferably, the heat treatment is carried out at 700 to 900 ℃ for 10 minutes to 5 hours, according to a preferred Experimental Example 5 of the present invention, the thin film showing the porous structure is more dense perovskite as the heat treatment temperature ( It can be seen that the conversion to a thin film of the perovskite structure.

특히 본 발명에 따른 제조방법은 공정 조건을 변화시켜 박막의 구조를 다공성에서 치밀한 구조, 비정질에서 페로브스카이트 구조로 제어가 가능하고, 뿐만 아니라 전술한 바의 공정은 별도의 압력 인가가 필요 없이 상압에서 공정이 이루어지므로, 종래 증착을 위한 고가 장비와 비교하여 비용적 측면에서도 이점이 있다.In particular, the manufacturing method according to the present invention can control the structure of the thin film by changing the process conditions from porous to dense structure, amorphous to perovskite structure, as well as the process described above does not require a separate pressure application Since the process takes place at atmospheric pressure, there is an advantage in terms of cost compared to expensive equipment for conventional deposition.

이러한 방법은 이는 10 mm 이하의 다공성 박막을 제조하기 위한 전 분야에 폭 넓게 응용할 수 있으며, 일례로 연료전지의 전해질, 음극 및 양극 박막의 제조나, 마이크로 센서 및 다공성 세라믹 박막 등의 제조에 폭넓게 적용이 가능하다.This method can be widely applied to all fields for the production of porous thin films of 10 mm or less, for example, the electrolyte, cathode and anode thin films of fuel cells, micro sensors and porous ceramic thin films, etc. This is possible.

특히 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막은 고체산화물 연료전지의 음극으로 적용이 가능하여, 상기 박막을 음극으로 사용하는 경우 전해질과 전극 간의 계면 저항이 낮아 700℃ 이상에서 구동하는 고체산화물 연료전지뿐만 아니라 그 이하에서 작동하는 중저온형 전지에서도 사용할 수 있는 이점이 있다. 또한, 작동온도를 낮춤으로써 SOFC의 제조원가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 연료전지의 신뢰성, 휴대성 및 작동시간을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. In particular, the lanthanum-strontium-manganese oxide thin film can be applied as a cathode of a solid oxide fuel cell, and when the thin film is used as a cathode, the interface resistance between the electrolyte and the electrode is low, so that the lanthanum-strontium-manganese oxide thin film is operated as well as the solid oxide fuel cell which is operated at 700 ° C. or higher. There is an advantage that can be used in the low-temperature battery operating below. In addition, by lowering the operating temperature, not only can the manufacturing cost of the SOFC be lowered, but there is an advantage of improving the reliability, portability, and operating time of the fuel cell.

(실험예 1)Experimental Example 1

La0.8Sr0.2MnO3 0.1몰의 전구체 화합물 용액을 제조하기 위하여 0.8몰의 LaN3O9·XH2O, 0.2몰의 SrCl2·6H2O 및 1 몰의 Mn(NO3)2·6H2O 출발원료를 메탄올/증류수 혼합용매 60 ml에 초음파 진동에 의해 용해시켜 전구체 용액을 제조하였다.La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 0.8 mol LaN 3 O 9 .XH 2 O, 0.2 mol SrCl 2 .6H 2 O and 1 mol Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 to prepare 0.1 mol of precursor compound solution The O starting material was dissolved in 60 ml of a methanol / distilled water mixed solvent by ultrasonic vibration to prepare a precursor solution.

시린지 펌프를 이용하여 전구체 용액을 내경 0.03 mm 및 외경 0.64 mm인 스테인리스 노즐로 이송하였다. 이어 노즐과 연결된 DC 전원에서 18 kV 고전압을 인가하여 전계를 형성하고 기판의 온도를 127℃에서 330℃까지 변화시켜 수행하였다. 이때 기판-노즐간의 거리는 4cm로 유지하고, 전구체 용액의 유량은 4.5 l/min로 하여 10분 동안 증착을 수행하여 다공성의 박막을 얻었다.A syringe pump was used to transfer the precursor solution to a stainless nozzle with an inner diameter of 0.03 mm and an outer diameter of 0.64 mm. Subsequently, 18 kV high voltage was applied from a DC power source connected to the nozzle to form an electric field, and the temperature of the substrate was changed from 127 ° C to 330 ° C. At this time, the substrate-nozzle distance was maintained at 4 cm, the flow rate of the precursor solution was 4.5 l / min to perform deposition for 10 minutes to obtain a porous thin film.

주사전자현미경 관찰Scanning electron microscope

상기에서 얻어진 박막의 표면을 주사전자현미경으로 측정하고, 얻어진 결과를 도 3에 나타내었다.The surface of the thin film obtained above was measured by the scanning electron microscope, and the obtained result is shown in FIG.

도 3의 (a) 내지 (f)는 기판 온도에 따른 La0.8Sr0.2MnO3 박막의 주사전자현미 경 사진을 보여준다.3A to 3F show scanning electron micrographs of a La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 thin film according to substrate temperature.

도 3을 참조하면, (a)에서 다공성 구조를 나타낸 박막이 기판의 온도가 증가함에 따라 (f)에 나타낸 바와 같이 치밀한 구조의 박막으로 전환됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the thin film of the porous structure in (a) is converted into a thin film of dense structure as shown in (f) as the temperature of the substrate increases.

부연하면, 기판의 온도가 낮을수록(127℃, a) 액적 내 용매의 휘발이 불안정하여 기판에 wet deposit이 형성된다. 이러한 wet deposit은 이전 증착에 의해 기공 형성을 야기하는 용매 및 NOx나 COx 등의 부산물 휘발에 영향을 준다. 반대로, 기판의 온도가 높을수록(330℃, f) 액적 내 용매 및 부산물이 제거된 채 전구체가 기판에 흡착 및 산화되어 더욱더 치밀한 구조의 박막이 형성된다.In other words, the lower the temperature of the substrate (127 ° C., a), the more unstable the volatilization of the solvent in the droplets results in the formation of a wet deposit on the substrate. This wet deposit affects the volatilization of solvents and by-products such as NOx and COx that cause pore formation by previous deposition. On the contrary, as the temperature of the substrate increases (330 ° C., f), the precursor is adsorbed and oxidized to the substrate while removing the solvent and by-products in the droplet, thereby forming a thinner film having a more dense structure.

(실험예 2)Experimental Example 2

La0.8Sr0.2MnO3 0.1몰의 전구체 화합물 용액을 제조하기 위하여 0.8몰의 LaN3O9·XH2O, 0.2몰의 SrCl2·6H2O 및 1 몰의 Mn(NO3)2·6H2O 출발원료를 메탄올/증류수 혼합용매 60 ml에 초음파 진동에 의해 용해시켜 전구체 용액을 제조하였다.La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 0.8 mol LaN 3 O 9 .XH 2 O, 0.2 mol SrCl 2 .6H 2 O and 1 mol Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 to prepare 0.1 mol of precursor compound solution The O starting material was dissolved in 60 ml of a methanol / distilled water mixed solvent by ultrasonic vibration to prepare a precursor solution.

시린지 펌프를 이용하여 전구체 용액을 내경 0.03 mm 및 외경 0.64 mm인 스텐인리스 노즐로 이송하였다. 이어 노즐과 연결된 DC 전원에서 18 kV 고전압을 인가하여 전계를 형성하고 기판의 온도가 219℃로 조절하였다. 이때 기판-노즐간의 거리는 4cm로 유지하고, 전구체 용액의 유량을 2.0에서 4.5 l/min으로 변화시켜가며 10분 동안 증착을 수행하여 다공성의 박막을 얻었다.A syringe pump was used to transfer the precursor solution to a stainless steel nozzle with an inner diameter of 0.03 mm and an outer diameter of 0.64 mm. Subsequently, an 18 kV high voltage was applied from a DC power source connected to the nozzle to form an electric field, and the temperature of the substrate was adjusted to 219 ° C. At this time, the substrate-nozzle distance was maintained at 4 cm, the deposition solution was carried out for 10 minutes while changing the flow rate of the precursor solution from 2.0 to 4.5 l / min to obtain a porous thin film.

주사전자현미경 관찰Scanning electron microscope

상기에서 얻어진 다공성 박막의 표면을 주사전자현미경으로 측정하고, 얻어진 결과를 도 4에 나타내었다.The surface of the porous thin film obtained above was measured with a scanning electron microscope, and the obtained result is shown in FIG.

도 4의 (a) 내지 (f)는 전구체 용액의 유량에 따른 다공성 La0.8Sr0.2MnO3 박막의 주사전자현미경 사진을 보여준다.Figure 4 (a) to (f) shows a scanning electron micrograph of the porous La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 thin film according to the flow rate of the precursor solution.

도 4를 참조하면, (a)에서 치밀한 구조를 나타낸 박막이 유량 증가에 따라 (f)에 나타낸 바와 같이 다공성의 박막으로 전환됨을 알 수 있다. 즉, 전구체 유량이 증가하면 형성되는 액적의 크기가 증가하며, 액적의 크기가 클수록 기판에 흡착시 액적 내 용매 및 불순물의 휘발이 불안정하기 때문에 기판에 형성된 박막이 다공성을 나타낸다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the thin film having a dense structure in (a) is converted into a porous thin film as shown in (f) as the flow rate increases. That is, as the precursor flow rate increases, the size of the droplets formed increases, and as the size of the droplets increases, the thin film formed on the substrate exhibits porosity due to unstable volatilization of solvents and impurities in the droplets when adsorbed onto the substrate.

(실험예 3) Experimental Example 3

La0.8Sr0.2MnO3 0.1몰의 전구체 화합물 용액을 제조하기 위하여 0.8몰의 LaN3O9·XH2O, 0.2몰의 SrCl2·6H2O 및 1 몰의 Mn(NO3)2·6H2O 출발원료를 메탄올/증류수 혼합용매 60 ml에 초음파 진동에 의해 용해시켜 전구체 용액을 제조하였다. La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 0.8 mol LaN 3 O 9 .XH 2 O, 0.2 mol SrCl 2 .6H 2 O and 1 mol Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 to prepare 0.1 mol of precursor compound solution The O starting material was dissolved in 60 ml of a methanol / distilled water mixed solvent by ultrasonic vibration to prepare a precursor solution.

시린지 펌프를 이용하여 전구체 용액을 내경 0.03 mm 및 외경 0.64 mm인 스테인리스 노즐로 이송하였다. 이어 노즐과 연결된 DC 전원에서 18 kV 고전압을 인가하여 전계를 형성하고 기판의 온도를 219℃에서 수행하였다. 이때 기판-노즐간의 거리를 3cm에서 8cm까지 변화시켜가며, 전구체 용액의 유량은 4.5 l/min로 하여 10분 동안 증착을 수행하여 La0.8Sr0.2MnO3 박막을 얻었다.A syringe pump was used to transfer the precursor solution to a stainless nozzle with an inner diameter of 0.03 mm and an outer diameter of 0.64 mm. Subsequently, an 18 kV high voltage was applied from a DC power source connected to the nozzle to form an electric field, and the temperature of the substrate was performed at 219 ° C. At this time, the distance between the substrate and the nozzle was changed from 3cm to 8cm, and the deposition solution was flown at 4.5 l / min for 10 minutes to obtain a La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 thin film.

주사전자현미경 관찰Scanning electron microscope

상기에서 얻어진 박막의 표면을 주사전자현미경으로 측정하고, 얻어진 결과를 도 5에 나타내었다.The surface of the thin film obtained above was measured by the scanning electron microscope, and the obtained result is shown in FIG.

도 5의 (a) 내지 (f)는 노즐-기판 간의 거리에 따른 La0.8Sr0.2MnO3의 주사전자현미경 사진을 보여준다.5 (a) to (f) show a scanning electron micrograph of La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 according to the distance between the nozzle and the substrate.

도 5의 (a) 내지 (f)를 참조하면, 기판과 노즐 간의 거리가 증가함에 따라 다공성 구조에서 치밀한 구조의 박막으로 전환됨을 알 수 있다. Referring to (a) to (f) of FIG. 5, it can be seen that as the distance between the substrate and the nozzle increases, the porous structure is converted into a thin film having a dense structure.

즉, 노즐-기판과의 거리가 가까울수록 노즐로부터 분무된 액적이 기판 표면에 증착 후 새로운 액적이 그 상부에 증착되어, 건조를 통한 용매 및 불순물이 충분히 제거될 수 없어 다공성의 구조를 나타낸다. 따라서 노즐-기판과의 거리가 증가할수록 상기 시간 확보가 충분하여 더욱 치밀한 구조의 박막으로 전환이 가능하다.That is, the closer the distance to the nozzle-substrate, the more droplets sprayed from the nozzle are deposited on the surface of the substrate, and then new droplets are deposited on top of it, so that the solvent and impurities through drying cannot be sufficiently removed, indicating a porous structure. Therefore, as the distance from the nozzle-substrate increases, the time is sufficient to be converted into a thinner film having a more dense structure.

(실험예 4) Experimental Example 4

La0.8Sr0.2MnO3 0.1몰의 전구체 화합물 용액을 제조하기 위하여 0.8몰의 LaN3O9·XH2O, 0.2몰의 SrCl2·6H2O 및 1 몰의 Mn(NO3)2·6H2O 출발원료를 메탄올/증류수 혼합용매 60 ml에 초음파 진동에 의해 용해시켜 전구체 용액을 제조하였다.La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 0.8 mol LaN 3 O 9 .XH 2 O, 0.2 mol SrCl 2 .6H 2 O and 1 mol Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 to prepare 0.1 mol of precursor compound solution The O starting material was dissolved in 60 ml of a methanol / distilled water mixed solvent by ultrasonic vibration to prepare a precursor solution.

시린지 펌프를 이용하여 전구체 용액을 내경 0.03 mm 및 외경 0.64 mm인 스텐인리스 노즐로 이송하였다. 이어 노즐과 연결된 DC 전원에서 18 kV 고전압을 인 가하여 전계를 형성하고 기판의 온도를 129℃에서 수행하였다. 이때 기판-노즐간의 거리는 4cm로 유지하고, 전구체 용액의 유량은 4.5 l/min로 하여 증착 시간을 1분에서 16분까지 변화시켜가며 증착을 수행하여 La0.8Sr0.2MnO3 박막을 얻었다.A syringe pump was used to transfer the precursor solution to a stainless steel nozzle with an inner diameter of 0.03 mm and an outer diameter of 0.64 mm. Subsequently, an electric field was formed by applying an 18 kV high voltage from a DC power source connected to the nozzle, and the temperature of the substrate was performed at 129 ° C. At this time, the distance between the substrate and the nozzle was maintained at 4 cm, the flow rate of the precursor solution was 4.5 l / min, and the deposition was performed while changing the deposition time from 1 minute to 16 minutes to obtain a La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 thin film.

주사전자현미경 관찰Scanning electron microscope

상기에서 얻어진 박막의 표면을 주사전자현미경으로 측정하고, 얻어진 결과를 도 6에 나타내었다.The surface of the thin film obtained above was measured by the scanning electron microscope, and the obtained result is shown in FIG.

도 6의 (a) 내지 (f)는 증착 시간에 따른 La0.8Sr0.2MnO3의 주사전자현미경 사진을 보여준다.6 (a) to (f) show a scanning electron micrograph of La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 according to the deposition time.

도 6을 참조하면, (a)에서 치밀한 구조를 나타낸 박막이 증착 시간이 증가에 따라 (f)에 나타낸 바와 같이 다공성 구조의 박막으로 전환됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, it can be seen that the thin film having a dense structure in (a) is converted into a thin film of porous structure as shown in (f) as the deposition time increases.

즉, 증착 시간이 빠를수록 박막이 보다 조밀하게 형성되며, 액적 내 용매 및 불순물의 완전한 휘발에 의해 크랙이 없는(crack-free) 박막이 형성된다. 그러나 증착 시간이 길어질수록 박막의 두께가 더욱 두꺼워지고, 액적 내 용매 및 불순물의 휘발이 불완전하여 박막 내 기공이 형성된다.That is, the faster the deposition time, the denser the thin film is formed, and a crack-free thin film is formed by the complete volatilization of the solvent and impurities in the droplets. However, as the deposition time increases, the thickness of the thin film becomes thicker, and the volatilization of the solvent and impurities in the droplet is incomplete, thereby forming pores in the thin film.

(실험예 5)Experimental Example 5

La0.8Sr0.2MnO3 0.1몰의 전구체 화합물 용액을 제조하기 위하여 0.8몰의 LaN3O9·XH2O, 0.2몰의 SrCl2·6H2O 및 1 몰의 Mn(NO3)2·6H2O 출발원료를 메탄올/증류수 혼합용매 60 ml에 초음파 진동에 의해 용해시켜 전구체 화합물 용액을 제조하였다.La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 0.8 mol LaN 3 O 9 .XH 2 O, 0.2 mol SrCl 2 .6H 2 O and 1 mol Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 to prepare 0.1 mol of precursor compound solution The O starting material was dissolved in 60 ml of a methanol / distilled water mixed solvent by ultrasonic vibration to prepare a precursor compound solution.

시린지 펌프를 이용하여 얻어진 용액을 내경 0.03 mm 및 외경 0.64 mm인 스텐인리스 노즐로 이송하였다. 그리고 노즐과 연결된 DC 전원에서 18 kV 고전압을 인가하여 전계를 형성하고 기판의 온도가 160℃로 조절하였다. 이때 기판-노즐간의 거리는 4cm로 유지하고, 전구체 용액의 유량을 4.5 l/min으로 조절하여 10분 동안 증착을 수행하여 다공성의 박막을 얻었다.The solution obtained using a syringe pump was transferred to a stainless steel nozzle with an inner diameter of 0.03 mm and an outer diameter of 0.64 mm. Then, an 18 kV high voltage was applied from a DC power source connected to the nozzle to form an electric field, and the temperature of the substrate was adjusted to 160 ° C. At this time, the substrate-nozzle distance was maintained at 4 cm, the flow rate of the precursor solution was adjusted to 4.5 l / min to perform deposition for 10 minutes to obtain a porous thin film.

추가로 상기 다공성 박막을 700℃, 800℃, 및 900℃에서 각각 3시간 동안 열처리하여 페로브스카이트 구조의 박막을 얻었다.In addition, the porous thin film was heat-treated at 700 ° C., 800 ° C., and 900 ° C. for 3 hours to obtain a perovskite structure thin film.

주사전자현미경 관찰Scanning electron microscope

상기에서 얻어진 다공성 박막과 페로브스카이트 박막의 표면을 주사전자현미경으로 측정하고, 얻어진 결과를 도 7에 나타내었다.The surface of the porous thin film and the perovskite thin film obtained above were measured with a scanning electron microscope, and the obtained result is shown in FIG.

도 7의 (a)는 실시예 1에서 제조된 다공성 박막의 주사전자현미경 사진이고, (b)는 900℃에서 열처리 된 페로브스카이트 박막의 주사전자현미경 사진이다.Figure 7 (a) is a scanning electron micrograph of the porous thin film prepared in Example 1, (b) is a scanning electron micrograph of the perovskite thin film heat-treated at 900 ℃.

도 7을 참조하면, 열처리를 통해 박막이 약 1.9배(열처리 전/후) 수축률을 나타내었고, 분당 0.3㎛의 두께로 증착함을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the thin film exhibited about 1.9 times shrinkage (before / after heat treatment) through heat treatment and was deposited at a thickness of 0.3 μm per minute.

X-선 회절 패턴X-ray diffraction pattern

상기에서 열처리를 통해 얻어진 페로브스카이트 구조의 산화물을 X-선 회절분석기로 측정하고, 얻어진 결과를 도 8에 나타내었다.The oxide of the perovskite structure obtained through the heat treatment was measured by an X-ray diffractometer, and the results obtained are shown in FIG. 8.

도 8은 La0.8Sr0.2MnO3의 열처리전(As-deposit), 700℃, 800℃, 및 900℃에서 열처리 후 얻어진 La0.8Sr0.2MnO3의 X-선 회절 패턴이다.8 is an X-ray diffraction pattern of La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 obtained before heat treatment (As-deposit) of La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 , and after heat treatment at 700 ° C., 800 ° C., and 900 ° C. FIG.

도 8을 참조하면, 열처리를 통해 La0.8Sr0.2MnO3 박막이 무정형에서 결정형으로 전환됨을 알 수 있고, 특히 900℃에서 3시간 열처리의 경우 페로브스카이트 구조를 가지는 La0.8Sr0.2MnO3 을 얻을 수 있음이 확인되었다.Referring to FIG. 8, it can be seen that La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 thin film is transformed from amorphous to crystalline through heat treatment. Especially, in case of heat treatment at 900 ° C. for 3 hours, La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 having perovskite structure is obtained. It was confirmed that it can be obtained.

본 발명에 따라 제조된 고체산화물 연료 전지의 전극의 제조에 적용이 가능하다.It is possible to apply to the manufacture of the electrode of the solid oxide fuel cell produced according to the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법을 적용하기 위해 구현된 일련의 장치이다. 1 is a series of devices implemented for applying the manufacturing method according to the present invention.

도 2는 도 1의 장치를 이용한 La0.8Sr0.2MnO3 박막의 제조방법을 보여주는 순서도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 thin film using the apparatus of FIG. 1.

도 3의 (a) 내지 (f)는 기판 온도에 따른 La0.8Sr0.2MnO3 박막의 주사전자현미경 사진을 보여준다.3 (a) to (f) show a scanning electron micrograph of a La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 thin film according to the substrate temperature.

도 4의 (a) 내지 (f)는 전구체 유량에 따른 La0.8Sr0.2MnO3 박막의 주사전자현미경 사진을 보여준다.4 (a) to (f) show a scanning electron micrograph of the La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 thin film according to the precursor flow rate.

도 5의 (a) 내지 (f)는 노즐-기판 간의 거리에 따른 La0.8Sr0.2MnO3 박막의 주사전자현미경 사진을 보여준다.5A to 5F show scanning electron micrographs of a La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 thin film according to the distance between the nozzle and the substrate.

도 6의 (a) 내지 (f)는 증착 시간에 따른 La0.8Sr0.2MnO3 박막의 주사전자현미경 사진을 보여준다.6 (a) to 6 (f) show scanning electron micrographs of a La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 thin film according to deposition time.

도 7의 (a)는 실시예 1에서 제조된 다공성 La0.8Sr0.2MnO3 박막의 주사전자현미경 사진이고, (b)는 900℃에서 열처리된 페로브스카이트 La0.8Sr0.2MnO3 박막의 주사전자현미경 사진이다.7 (a) is a scanning electron micrograph of the porous La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 thin film prepared in Example 1, (b) is a scan of the perovskite La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 thin film heat-treated at 900 ℃ Electron micrograph.

도 8은 La0.8Sr0.2MnO3의 열처리전, 700℃, 800℃, 및 900℃에서 열처리 후 얻어진 La0.8Sr0.2MnO3의 X-선 회절 패턴이다.8 is La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 before heat treatment of a of 700 ℃, 800 ℃ obtained after heat treatment at, and 900 ℃ La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 X- ray diffraction pattern.

Claims (12)

란타늄 전구체, 스트론튬 전구체, 및 망간 전구체를 수계 혼합 용매에 용해시켜 전구체 용액을 제조하는 단계;Dissolving the lanthanum precursor, the strontium precursor, and the manganese precursor in an aqueous mixed solvent to prepare a precursor solution; 상기 전구체 용액을 전계 분무 장치 내로 이송하여 노즐에 주입하는 단계;Transferring the precursor solution into an electric field spraying device and injecting it into a nozzle; 전계 분위기 하에서 상기 노즐을 이용해 전구체 용액을 분무하여 액적을 형성하는 단계; 및Spraying a precursor solution using the nozzle under an electric field atmosphere to form droplets; And 상기 액적을 미리 가열된 기판 상에 균일하게 흡착시켜 건조하는 단계Uniformly adsorbing the droplets onto a preheated substrate and drying the droplets 를 포함하는 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법.Method for producing a lanthanum-strontium-manganese oxide thin film comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 란타늄-스트론튬-망간 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 것인 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법:The lanthanum-strontium-manganese oxide is a method of producing a lanthanum-strontium-manganese oxide thin film represented by the following formula (1): [화학식 1][Formula 1] LaxSr1-xMnO3 La x Sr 1-x MnO 3 (상기 식에서, 0<x<1이다)(Wherein, 0 <x <1) 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 란타늄 전구체, 스트론튬 전구체, 및 망간 전구체는 스트론튬, 망간, 또는 란타늄을 각각 포함하는 알콕사이드, 염화물, 수산화물, 옥시수산화물, 질산염, 탄산염, 초산염, 옥살산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것인 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법.The lanthanum precursor, the strontium precursor, and the manganese precursor are one selected from the group consisting of alkoxides, chlorides, hydroxides, oxyhydroxides, nitrates, carbonates, acetates, oxalates, and mixtures thereof, each containing strontium, manganese, or lanthanum. Method for producing a lanthanum-strontium-manganese oxide thin film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 란타늄 전구체는 란타늄 나이트레이트 헥사하이드레이트이고, 스트론튬 전구체는 스트론튬 클로라이드 헥사하이드레이트이고, 망간 전구체는 망간니즈 나이트레이트 헥사하이드레이트를 사용하는 것인 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법.The lanthanum precursor is lanthanum nitrate hexahydrate, the strontium precursor is strontium chloride hexahydrate, and the manganese precursor is to use a manganese nitrate hexahydrate, lanthanum-strontium-manganese oxide thin film manufacturing method. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 수계 혼합 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 또는 부탄올 중에서 선택된 1종의 저급 알코올과 물과의 혼합 용매인 것인 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법.The aqueous mixed solvent is a method for producing a lanthanum-strontium-manganese oxide thin film which is a mixed solvent of one lower alcohol selected from methanol, ethanol, propanol, isopropanol or butanol and water. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전계 분위기는 0.1∼50kV의 전압을 인가하여 수행하는 것인 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법.The electric field atmosphere is performed by applying a voltage of 0.1 to 50kV lanthanum-strontium-manganese oxide thin film manufacturing method. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 노즐은 내경이 0.02∼0.04 mm이고, 외경이 0.50∼0.70 mm인 것을 사용하는 것인 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법.The nozzle is a method for producing a lanthanum-strontium-manganese oxide thin film using an inner diameter of 0.02 to 0.04 mm, an outer diameter of 0.50 to 0.70 mm. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 분무시 기판은 127 내지 330℃로 전가열하여 수행하는 것인 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법.When spraying the substrate is a method for producing a lanthanum-strontium-manganese oxide thin film is carried out by preheating to 127 ~ 330 ℃. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 분무시 노즐과 기판과의 거리가 3∼8cm가 되도록 조절하여 수행하는 것인 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법.The method of manufacturing a lanthanum-strontium-manganese oxide thin film is carried out by adjusting the distance between the nozzle and the substrate when the spraying is 3 to 8cm. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 분무시 전구체 용액의 유량이 2.0 ml/h∼4.5 ml/h에서 수행하는 것인 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법.Method for producing a lanthanum-strontium-manganese oxide thin film that the flow rate of the precursor solution during the spraying is carried out at 2.0 ml / h to 4.5 ml / h. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 단계 전체는 1분 내지 16분 동안 수행하는 것인 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법.The entire step is performed for 1 to 16 minutes to prepare a lanthanum-strontium-manganese oxide thin film. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 추가로 800∼950℃에서 열처리하여 페로브스카이트 (perovskite) 구조를 갖는 란타늄-스트론튬-망간 산화물 박막의 제조방법.A method of producing a lanthanum-strontium-manganese oxide thin film further having a perovskite structure by heat treatment at 800 to 950 ° C.
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