KR20120066349A - 탄소/실리콘 복합나노입자 및 그 제조방법 - Google Patents

탄소/실리콘 복합나노입자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

실리콘 나노입자 코어층;
상기 실리콘 나노입자 코어층 외각에 형성되고, 1.2×10-1 내지 4.0×10-1 cc/g 부피의 공극을 포함하는 다공성 버퍼층; 및
상기 다공성 버퍼층 외각에 형성된 탄소계 물질 피복층;
을 포함하는 탄소/실리콘 복합나노입자가 제공된다.

Description

탄소/실리콘 복합나노입자 및 그 제조방법{Carbon/Silicon Nano-Particle Complex and Method for Preparing Same}
탄소/실리콘 복합나노입자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
나노기술 발전에 기초를 담당하고 있는 나노 소재 중에서도 코어(core)와 쉘(shell)의 조성, 형태, 구조 등을 선택적으로 조절함으로써 원하는 특성을 갖도록 한 코어-쉘 구조를 갖는 나노입자는 자성에 의한 분리, 반도체 물질의 사용에 따른 형광 발광, 천연 고분자 물질의 사용에 따른 생체 적합성, 세라믹 물질의 사용에 따른 넓은 비표면적 등의 특성들 중 둘 이상의 특성을 모두 갖는 복합 기능의 나노입자를 제공할 수 있다는 장점을 갖는다. 코어-쉘 나노입자는 적어도 두가지 이상의 특성을 나타내는 복합 기능의 나노 소재를 제공할 수 있어, 금속-금속, 금속-세라믹, 금속-무기물, 유기물-유기물 구조를 비롯한 다양한 조합에 의해 자성, 형광 특성, 내산성, 내마모성 등의 특성들이 조합된 복합기능으로 인해 다양한 분야에 대한 응용 가능성이 높은 것으로 나타나고 있다.
코어-쉘 구조 나노입자의 제조방법엔 임프린팅법, 고분자 물질의 회합 상분리 방법, 에어로졸을 이용한자기조립 방법, 동축 전기분무 방법 등이 있으며, 고분자 물질을 이용하여 코어-쉘 구조의 나노입자를 제조하는 경우에는 분산중합법(dispersion polymerization)이나 계면 고분자응축(interfacial polycondensation)과 같은 제자리 중합법(in situ polymerization)에 의한 마이크로캡슐화(microencapsulation)나 분무-건조(spray-drying), 코아세르베이션(coacervation), 미니에멀션중합법(miniemulsion polymerization)등의 방법들이 사용되어 왔다. 먼저 주형을 제조한 다음, 주형의 표면에 고분자를 중합시키는 방법도 다양하게 사용되어 왔고, 최근에는 정전기적 인력을 이용하여 양(+) 또는 음(-)으로 대전된 물질들을 교대로 적층하는 방법이 사용되기도 한다. 그러나 이러한 방법들을 사용하고자 하는 경우에는 두 가지 고분자의 계면에서 일어나는 상호작용 때문에 다양한 종류의 고분자 물질들을 조합하여 사용하는 데 있어서 제약이 따른다는 단점이 있다.
본 발명의 일 측면은 균일한 두께를 갖는 코어-쉘 구조의 탄소/실리콘 복합나노입자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 측면은 다양한 두께를 갖는 코어-쉘 구조의 탄소/실리콘 복합나노입자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 측면은 상기 탄소/실리콘 복합나노입자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 실리콘 나노입자 코어층; 상기 실리콘 나노입자 코어층 외각에 형성되고, 1.2×10-1 내지 4.0×10-1 cc/g 부피의 공극을 포함하는 다공성 버퍼층; 및 상기 다공성 버퍼층 외각에 형성된 탄소계 물질 피복층을 포함하는 탄소/실리콘 복합나노입자를 제공한다.
상기 공극이 형성된 다공성 버퍼층은 금속산화물층일 수 있다.
상기 금속산화물층에 포함되는 금속 산화물은 SiOx(1≤x≤2)로 표시되는 실리콘 산화물 또는 TiO2일 수 있다.
상기 다공성 버퍼층의 공극률은 10% 이상이고, 100% 미만일 수 있다. 상기 다공성 버퍼층은 공극률 100%인 빈 공간일 수 있다.
상기 다공성 버퍼층의 두께는 10nm 내지 50nm 일 수 있다.
상기 실리콘 나노입자 코어층의 입자 직경은 50nm 내지 200nm일 수 있다.
상기 탄소계 물질 피복층은 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소 섬유 또는 비정질 탄소로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 탄소계 물질 피복층의 두께는 10nm 내지 100nm일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 실리콘 입자를 유기용매 및 물의 혼합 용액에 넣은 분산액을 준비한 후, 상기 분산액에 촉매와 금속 전구체 화합물을 첨가하여 졸-겔 반응에 의해 금속 산화물이 코팅된 실리콘 입자를 제조하는 단계; 상기 금속 산화물로 코팅된 실리콘 입자를 탄소계 물질로 코팅한 뒤, 탄화과정에 의해 최외각에 탄소계 물질 피복층을 형성하는 단계; 및 에칭 공정에 의해 상기 탄소계 물질 피복층 내부의 금속 산화물을 일부 또는 전부를 에칭하여 공극을 포함하는 다공성 버퍼층을 형성하는 단계를 포함하는 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조 방법 을 제공한다.
상기 분산액 중 물의 함량은 유기 용매 100 중량부 대비 10 내지 40 중량부일 수 있다.
상기 유기 용매의 구체적인 예는, 메탄올, 에탄올 등일 수 있고, 이들의 조합도 가능하다.
상기 금속 전구체 화합물은, 예를 들면, 실라놀기를 갖는 모노머, 테트라에틸오르소실리케이트(TEOS), 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트(TMSPM), 티타튬 이소프로폭사이드, 티타튬 부톡사이드 등일 수 있다.
상기 금속 산화물은 SiOx(1≤x≤2)로 표시되는 실리콘 산화물 또는 TiO2일 수 있다.
상기 금속 산화물로 코팅된 실리콘 입자를 탄소계 물질로 코팅하기 위하여, 상기 금속 산화물로 코팅된 실리콘 입자, 탄소 전구체 화합물 및 유기 용매를 포함하는 혼합 용액을 50 내지 80℃로 가열된 계면활성제, 개시제, 및 물의 혼합용액에 적가하여 분산시키면서 중합하여 상기 금속 산화물로 코팅된 실리콘 입자를 탄소계 물질로 코팅하는 단계를 수행하는 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조 방법.
상기 탄소 전구체 화합물은 아크릴로니트릴 모노머일 수 있다.
상기 탄소계 물질은 폴리아크릴로니트릴이고, 이러한 탄소계 물질로 코팅된 입자를 탄화시켜 최외각에 탄소계 물질 피복층을 형성할 수 있다.
상기 가열 온도는 700 내지 1000℃일 수 있다.
상기 에칭 공정은 에칭액으로서 불산, 염산, 질산 또는 암모니아를 사용하는 습식 에칭 공정일 수 있다.
상기 에칭 공정은: 상기 에칭액의 농도를 0.1M 내지 0.5M의 범위 내에서 사용하고, 에칭 수행시 상기 실리콘 코어에 금속 산화물이 코팅된 후 탄소계 물질 피복층이 형성되어 생성된 나노 입자를 1 내지 3분 동안 교반시킨 후, 가라앉을 만한 속도로 원심분리 속도를 조절하고, 2 내지 7분 동안 원심분리를 수행하는 것일 수 있다.
상기 탄소/실리콘 복합나노입자는 균일한 두께의 층이 형성된 것으로 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 탄소/실리콘 복합나노입자의 SEM 사진이다.
도 3은 비교예 1에서 제조된 탄소 코팅 된 실리콘 나노 입자에 대한 BET 및 공극 부피(pore volume) 데이터를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 탄소 코팅 된 실리콘 나노 입자에 대한 BET 및 공극 부피(pore volume) 데이터를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 2에서 제조된 탄소 코팅 된 실리콘 나노 입자에 대한 BET 및 공극 부피(pore volume) 데이터를 측정하여 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일 구현예는 실리콘 나노입자 코어층; 상기 실리콘 나노입자 코어층 외각에 형성되고, 1.2×10-1 내지 4.0×10-1 cc/g 부피의 공극을 포함하는 다공성 버퍼층; 및 상기 다공성 버퍼층 외각에 형성된 탄소계 물질 피복층을 포함하는 탄소/실리콘 복합나노입자를 제공한다.
상기 탄소/실리콘 복합나노입자는 내부 코어의 실리콘 나노입자와 그 외각에 형성된 피복층의 탄소계 물질 사이에 공극이 형성된 다공성 버퍼층을 포함하는 구조를 형성하고 있다.
상기 공극이 형성된 다공성 버퍼층은 금속산화물층일 수 있다.
상기 금속산화물층에 포함되는 금속 산화물은 SiOx(1≤x≤2)로 표시되는 실리콘 산화물 또는 TiO2일 수 있다.
상기 SiOx(1≤x≤2)의 실리콘 산화물 또는 TiO2는 공극을 형성하는 비결정질 물질이고, 공극률이 10% 이상이고, 100% 미만일 수 있다.
또한, 상기 공극률은 100%, 즉, 버퍼층이 빈(void) 공간으로 형성될 수도 있다.
상기 다공성 버퍼층의 두께는, 바람직하게는, 10nm 내지 50nm이다.
상기 코어층은 실리콘 나노입자로 형성된다. 바람직하게는, 실리콘 나노입자 코어층의 입자 직경이 50 내지 200 nm이다.
상기 탄소계 물질의 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소 섬유, 비정질 탄소 등의 탄소질 재료를 들 수 있다. 이러한 탄소질 재료는 각각 단독으로, 또는 임의로 조합하여 사용할 수 있다.
보다 구체적인 탄소질 재료로는 코크스(coke), 열분해 탄소류, 천연 흑연, 인조 흑연, 메조 카본마이크로 비즈(carbon micro beads), 흑연화 메조 페이스 구체(MCMB), 기상 성장 탄소, 유리상 탄소류, 폴리 아크릴로 니트릴(poly acrylonitrile)계를 포함하는 탄소섬유계, 피치(pitch)계, 셀룰로즈계, 기상 성장 탄소계, 부정형 탄소, 유기물이 소성되는 탄소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하며, 임의로 조합하여 사용할 수 있다.
예를 들면, 상기 탄소계 물질 피복층의 두께가 10nm 내지 100nm이다.
상기 탄소/실리콘 복합나노입자는 후술되는 제조방법에 의해 제조될 수 있으며, 다공성 버퍼층 및 탄소계 물질 피복층이 균일한 두께로 형성된 것으로서, 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
예를 들면, 촉매, 센서, 바이오기술, 태양광 소자, 리튬 이온전지용 에너지 저장재료 분야, 또는 타켓 약물전달 물질, 소형 모바일 및 전기자동차용 이차전지 시스템용 모듈 등의 분야에 적용이 가능하다. 그 밖에도 바이오기술, 태양광 소자, 신재생 에너지 저장 및 대용량 전력자장 시스템 등의 에너지 저장 시스템에도 적용될 수 있다.
이하, 상기 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 실리콘 입자를 유기용매 및 물의 혼합 용액에 넣은 분산액을 준비한 후, 상기 분산액에 촉매와 금속 전구체 화합물을 첨가하여 졸-겔 반응에 의해 금속 산화물이 코팅된 실리콘 입자를 제조하는 단계; 상기 금속 산화물로 코팅된 실리콘 입자를 탄소계 물질로 코팅한 뒤, 탄화과정에 의해 최외각에 탄소계 물질 피복층을 형성하는 단계; 및 에칭 공정에 의해 상기 탄소계 물질 피복층 내부의 금속 산화물을 일부 또는 전부를 에칭하여 공극이 형성된 다공성 버퍼층을 형성하는 단계를 포함하는 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조 방법을 제공한다.
먼저, 실리콘 입자를 유기용매 및 물의 혼합 용액에 넣은 분산액을 준비한 후, 상기 분산액에 촉매와 금속 전구체 화합물을 첨가하여 졸-겔 반응시키면, 상기 실리콘 입자의 표면에 금속 산화물이 코팅된다.
상기 분산액은 물과 유기 용매의 혼합물이 사용된다. 이때, 물의 함량은 유기 용매 100 중량부 대비 10 내지 40 중량부이다.
상기 유기 용매의 구체적인 예는, 메탄올, 에탄올 등일 수 있고, 이들을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 금속 전구체 화합물의 구체적인 예는, 실라놀기를 갖는 모노머, 테트라에틸오르소실리케이트(TEOS), 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트(TMSPM), 티타튬 이소프로폭사이드, 티타튬 부톡사이드 등일 수 있고, 이들을 조합하여 사용할 수 있다.
상기와 같은 전구체 화합물은 졸-겔 반응에 의해 실리콘(Si) 입자 표면에서 SiOx(1≤x≤2)로 표시되는 실리콘 산화물 또는 TiO2의 금속 산화물층을 형성한다.
이어서, 상기 금속 산화물로 코팅된 실리콘 입자를 탄소계 물질로 코팅한 뒤, 탄화과정에 의해 최외각에 탄소계 물질 피복층을 형성한다.
상기 탄소계 물질을 코팅하는 방법에 특별히 제한은 없고, 압착하는 방법, 용매에 코팅 물질을 분산하여 도포한 후 용매를 제거하는 방법, 기상증착하는 방법 등을 사용할 수 있다. 또한 예를 들면, 열처리를 통해 탄소가 될 수 있는 고분자를 코팅 후 탄화과정을 통해 탄소계 물질 피복층을 형성할 수 있다.
상기 탄화 과정은 700 내지 1000℃에서 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 금속 산화물로 코팅된 실리콘 입자를 탄소계 물질로 코팅하기 위하여, 상기 금속 산화물로 코팅된 실리콘 입자와 탄소 전구체 화합물이 잘 분산된 메탄올 혼합용액을 50 내지 80℃의 온도상에서 가열 되고 있는 계면활성제, 개시제, 및 물의 혼합용액에 적가하여 분산시키면서 중합하여, 상기 금속 산화물로 코팅된 실리콘 입자를 탄소계 물질로 코팅한다.
상기 탄소 전구체 화합물은 아크릴로니트릴 모노머일 수 있고, 상기 탄소 전구체 화합물로부터 형성된 탄소계 물질은 폴리아크릴로니트릴일 수 있다.
이후, 에칭 공정에 의해 탄소계 물질 피복층 내부의 금속 산화물을 일부 또는 전부를 에칭하여 공극을 형성하여 제조할 수 있다. 에칭액으로는 탄소계 물질 피복층에 영향을 주지 않으면서 내부 금속 산화물을 부식시킬 수 있는 물질을 사용할 수 있고, 예를 들면, 습식 에칭 수행시 에칭액으로 불산, 염산, 질산, 암모니아 등이 사용될 수 있다. 이때 에칭의 정도에 따라서 공극의 생성 정도를 조절하여 공극의 크기, 공극률 등을 조절할 수 있게 된다. 내부 금속 산화물층을 완전히 에칭하게 되면, 버퍼층이 빈 공간으로 형성된 경우이다.
예를 들면, 에칭액으로서 불산을 사용하는 경우, 불산 수용액을 만들 때 불산의 함량을 조절하여 불산 수용액의 농도를 0.1M 내지 0.5M의 범위 내에서 사용하여, 각 수용액의 농도에 따라 에칭시간을 1분 내지 15분까지 상대적으로 조절할 수 있다. 에칭 수행시 교반속도는 약 100rpm 으로 교반시킨 후 50nm 내지 350nm의 나노 입자가 가라앉을 만한 속도로 원심분리 해낸다. 예를 들면, 불산 수용액의 농도를 0.125M로 1 내지 3분간 100rpm으로 교반시킨 후, 2 내지 7분간 12000rpm으로 교반하여 에칭을 수행한다. 상기 조건하에서 금속 산화물 버퍼층의 공극률 10 내지 100%를 얻을 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로, 본 발명의 내용이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
LS 전선사의 평균 50nm의 실리콘 나노입자 분말을 메탄올과 물을 섞은 용액에 넣고초음파 처리를 약 30분간 처리하여 분산액을 제조하였다. 상기 분산액에 인산(H2PO4)를 촉매로서 첨가해 준 후, 드로핑펀넬을 이용하여 실라놀(silanol) 그룹을 가진 단량체를 천천히 넣어주고 12시간 동안 200rpm으로 교반시켜 상온에서 졸-겔 반응을 수행하였다. 실리콘 나노입자 분말의 표면에 실리콘 산화물 층의 존재를 확인한 후 물과 에탄올을 이용하여 정제를 해주었다. 상기 실리콘 산화물이 코팅 된 실리콘 나노입자는 17000rpm으로 원심분리기를 이용하여 5차례 반복 정제하여 가라 앉혔다. 가라앉은 복합나노입자를 열 건조기에서 12 시간 동안 건조시킨 후 메탄올에 넣고 초음파 처리를 약30분간 처리하여 원료 분산액을 제조하였다. 상기 분산액을 반응기에 투입한 후, 탄소껍질의 전구체인 아크릴로나이트릴(Acrylonitrile)을 첨가하여 고루 분산 시킨 후 다시 초음파처리를 하였다. 환류냉각장치가 구비된 또 다른 반응기에 물과 계면활성제인 CTAB(Cetyl trimethylammonium bromide)을 넣고 약 30분간 교반시켜 계면활성제 용액을 제조하였다. 상기 계면활성제 용액에 KPS(Potassium persulfate)를 물에 녹여 만든 개시제 용액을 첨가하였다. 상기 개시제 용액을 첨가한 계면활성제 용액을 70℃의 온도에서 가열하였다. 아크릴로나이트릴이 첨가된 실리콘 나노입자 분산액을 드롭핑 펀넬을 이용하여 상기 개시제가 포함된 계면활성제에 천천히 첨가해주었다. 아크릴로나이트릴이 첨가된 실리콘 나노입자 분산액이 모두 첨가된 후, 12시간 동안 200rpm의 속도로 교반하며 중합한 이후 원심분리기를 이용하여 용매로부터 입자를 분리해 낸 후에 열건조하여 폴리아크릴로나이트릴로 둘러싸인 실리콘 코어-쉘 나노입자를 얻어냈다. 상기 폴리아크릴로나이트릴이 코팅된 실리콘 나노입자를 700℃에서 탄화과정을 통해 금속 산화물 완충층을 갖는 탄소 코팅 된 실리콘 나노입자로 얻어냈다.
이와 같이 제조된 금속 산화물층을 갖는 탄소 코팅된 실리콘 나노입자를 HF(Hydrofluoric acid) 수용액을 이용하여 탄소 코팅층 내부의 금속 산화물층 부분을 식각해냈다. 구체적으로, 불산 수용액의 농도를 0.125M로 하고 에칭 시간을 3분으로 하여 원심분리와 열건조과정을 통해 얻은 입자의 내부공간의 공극률을 조절하였고 최종적으로 내부공간을 갖는 탄소/실리콘 복합나노입자를 제조하였다.
실시예 2
실시예 1의 에칭 시간을 10분으로 한 것을 제외하고 동일하게 공극을 갖는 탄소/실리콘 복합나노입자를 제조하였다.
비교예 1
LS 전선사의 평균 50nm의 실리콘 나노입자 분말을 메탄올과 물을 섞은 용액에 넣고초음파 처리를 약 30분간 처리하여 분산액을 제조하였다. 상기 분산액에 인산(H2PO4)를 촉매로서 첨가해 준 후, 드로핑펀넬을 이용하여 실라놀(silanol) 그룹을 가진 단량체를 천천히 넣어주고 12시간 동안 200rpm으로 교반시켜 상온에서 졸-겔 반응을 수행하였다. 실리콘 나노입자 분말의 표면에 실리콘 산화물 층의 존재를 확인한 후 물과 에탄올을 이용하여 정제를 해주었다. 상기 실리콘 산화물이 코팅 된 실리콘 나노입자는 17000rpm으로 원심분리기를 이용하여 5차례 반복 정제하여 가라 앉혔다. 가라앉은 복합나노입자를 열 건조기에서 12 시간 동안 건조시킨 후 메탄올에 넣고 초음파 처리를 약 30분간 처리하여 원료 분산액을 제조하였다. 상기 분산액을 반응기에 투입한 후, 탄소껍질의 전구체인 아크릴로나이트릴(Acrylonitrile)을 첨가하여 고루 분산 시킨 후 다시 초음파처리를 하였다. 환류냉각장치가 구비된 또 다른 반응기에 물과 계면활성제인 CTAB(Cetyl trimethylammonium bromide)을 넣고 약 30분간 교반시켜 계면활성제 용액을 제조하였다. 상기 계면활성제 용액에 KPS(Potassium persulfate)를 물에 녹여 만든 개시제 용액을 첨가하였다. 상기 개시제 용액을 첨가한 계면활성제 용액을 70℃의 온도에서 가열하였다. 아크릴로나이트릴이 첨가된 실리콘 나노입자 분산액을 드롭핑 펀넬을 이용하여 상기 개시제가 포함된 계면활성제에 천천히 첨가해주었다. 아크릴로나이트릴이 첨가된 실리콘 나노입자 분산액이 모두 첨가된 후, 12시간 동안 200rpm의 속도로 교반하며 중합한 이후 원심분리기를 이용하여 용매로부터 입자를 분리해 낸 후에 열건조하여 폴리아크릴로나이트릴로 둘러싸인 실리콘 코어-쉘 나노입자를 얻어냈다. 상기 폴리아크릴로나이트릴이 코팅된 실리콘 나노입자를 700℃에서 탄화과정을 통해 실리콘 산화물층을 갖고 탄소 코팅된 실리콘 나노입자로 얻어냈다.
도 1은 실시예 1에서 제조된 탄소/실리콘 외적형태를 보여주는 SEM 사진이다. 도 2의 좌측 사진은 실시예 1에 대한 것이고, 우측 사진은 실시예 2에 대한 것으로서, 각 실시예 1 및 2에서 제조된 탄소/실리콘 복합나노입자에 대한 시료 각각의 표면과 내부공간을 보여주는 단면 SEM 사진이다.
도 3은 비교예 1에서 제조된 탄소 코팅된 실리콘 나노 입자에 대한 BET 및 공극 부피(pore volume) 데이터를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 탄소 코팅된 실리콘 나노 입자에 대한 BET 및 공극 부피(pore volume) 데이터를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 2에서 제조된 탄소 코팅 된 실리콘 나노 입자에 대한 BET 및 공극 부피(pore volume) 데이터를 측정하여 나타낸 그래프이다.

Claims (21)

  1. 실리콘 나노입자 코어층;
    상기 실리콘 나노입자 코어층 외각에 형성되고, 1.2×10-1 내지 4.0×10-1 cc/g 부피의 공극을 포함하는 다공성 버퍼층; 및
    상기 다공성 버퍼층 외각에 형성된 탄소계 물질 피복층;
    을 포함하는 탄소/실리콘 복합나노입자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공극이 형성된 다공성 버퍼층이 금속산화물층인 탄소/실리콘 복합나노입자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속산화물층에 포함되는 금속 산화물은 SiOx(1≤x≤2)로 표시되는 실리콘 산화물 또는 TiO2인 것인 탄소/실리콘 복합나노입자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 버퍼층의 공극률이 10% 이상이고, 100% 미만인 탄소/실리콘 복합나노입자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 버퍼층은 공극률 100%인 빈 공간인 탄소/실리콘 복합나노입자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 버퍼층의 두께가 10nm 내지 50nm인 탄소/실리콘 복합나노입자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 나노입자 코어층의 입자 직경이 50nm 내지 200 nm인 탄소/실리콘 복합나노입자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탄소계 물질 피복층은 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소 섬유 또는 비정질 탄소로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 탄소/실리콘 복합나노입자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탄소계 물질 피복층의 두께가 10nm 내지 100nm인 탄소/실리콘 복합나노입자.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    촉매, 센서, 바이오 기술, 태양광 소자, 타켓 약물전달 물질, 소형 모바일, 바이오기술, 태양광 소자, 신재생 에너지 저장 또는 대용량 전력자장 시스템 용도의 탄소/실리콘 복합나노입자.
  11. 실리콘 입자를 유기용매 및 물의 혼합 용액에 넣은 분산액을 준비한 후, 상기 분산액에 촉매와 금속 전구체 화합물을 첨가하여 졸-겔 반응에 의해 금속 산화물이 코팅된 실리콘 입자를 제조하는 단계;
    상기 금속 산화물로 코팅된 실리콘 입자를 탄소계 물질로 코팅한 뒤, 탄화과정에 의해 최외각에 탄소계 물질 피복층을 형성하는 단계; 및
    에칭 공정에 의해 상기 탄소계 물질 피복층 내부의 금속 산화물을 일부 또는 전부를 에칭하여 공극을 포함하는 공극이 형성된 다공성 버퍼층을 형성하는 단계
    를 포함하는 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 분산액 중 물의 함량은 유기 용매 100 중량부 대비 10 내지 40 중량부인 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 유기 용매의 구체적인 예는, 메탄올, 에탄올 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종인 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 금속 전구체 화합물이 실라놀기를 갖는 모노머, 테트라에틸오르소실리케이트(TEOS), 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트(TMSPM), 티타튬 이소프로폭사이드 및 티타튬 부톡사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 SiOx(1≤x≤2)로 표시되는 실리콘 산화물 또는 TiO2인 것인 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 금속 산화물로 코팅된 실리콘 입자, 탄소 전구체 화합물 및 유기 용매를 포함하는 혼합 용액을 50 내지 80℃로 가열된 계면활성제, 개시제, 및 물의 혼합용액에 적가하여 분산시키며 중합하여 상기 금속 산화물로 코팅된 실리콘 입자를 탄소계 물질로 코팅하는 단계를 수행하는 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 탄소 전구체 화합물은 아크릴로니트릴 모노머인 것인 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 탄소계 물질은 폴리아크릴로니트릴이고, 상기 탄소계 물질로 코팅된 입자를 탄화시켜 최외각에 탄소계 물질 피복층이 형성된 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 가열 온도는 700 내지 1000℃인 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조 방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 에칭 공정은 에칭액으로서 불산, 염산, 질산 또는 암모니아를 사용하는 습식 에칭 공정인 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조 방법.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 에칭 공정은: 상기 에칭액의 농도를 0.1M 내지 0.5M의 범위 내에서 사용하고, 에칭 수행시 상기 실리콘 코어에 금속 산화물이 코팅된 후 탄소계 물질 피복층이 형성되어 생성된 나노 입자를 1 내지 3분 동안 교반시킨 후, 가라앉을 만한 속도로 원심분리 속도를 조절하고, 2 내지 7분 동안 원심분리를 수행하는 것인 탄소/실리콘 복합나노입자의 제조 방법.
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