KR20120126664A - 탄소 나노 캡슐의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

탄소 나노 캡슐 제조방법에 있어서, 실리카 나노입자 표면 상에 탄소 코팅층을 형성한다. 탄소 코팅층 상에 실리카 코팅층을 형성하여 탄소-실리카 복합체를 형성한다. 탄소 코팅층을 탄화시킴으로써 탄화 코팅층을 형성한다. 실리카 나노입자 및 실리카 코팅층을 제거한다. 실리카 코팅층을 형성함으로써 입자간 응집이 발생하지 않고 입자 및 기공 크기가 균일한 탄소 나노 캡슐을 형성할 수 있다.

Description

탄소 나노 캡슐의 제조 방법{METHOD OF FORMING CARBON NANOCAPSULESES}
본 발명은 탄소 나노 캡슐의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 실리카 물질을 이용한 탄소 나노 캡슐의 제조 방법에 관한 것이다.
나노 사이즈의 중공형의 탄소 나노 캡슐은 다양한 응용 가능성으로 인해 그 합성 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 상기 탄소 나노 캡슐은 화학, 생물학 혹은 생명의학 분야에서 약품전달체, 센서, 단백질 혹은 효소보호제 등으로 활용될 수 있다.
상기와 같은 응용분야에 적용되기 위해서, 상기 탄소 나노 캡슐은 균일한 크기 분포를 가지며 생명체와 같은 수계에서 우수한 분산성을 가져여 한다.
기존에 공지된 탄소 나노 캡슐의 합성방법으로서, 속이 차여있고 표면은 메소셀인 템플레이트를 준비 하여 상기 메소셀의 기공에 탄소 전구체 물질을 채워 넣는다. 이 후, 고온 열처리로 상기 탄소 전구체를 탄화시키고 상기 템플렛을 제거함으로써 탄소 나노 캡슐을 합성한다. 구체적으로 속이 찬 코어/메소 셀 구조인 실리카 나노입자를 템플레이트로 하여 상기 셀의 기공에 탄소 전구체를 삽입하여 넣은 다음 고온 열처리 하여 탄화 시키고 강염기로 실리카를 부식하여 탄소 캡슐을 제조하는 방법이 공지 되어 있다. (Bon, S., Sohn, Y. K., Kim, J. Y., Shin, C.-H., Yu, J.-S., Hyeon, T., Adv. Material. 2002, 14, 19; Kim, M.; Yoon, S. B., Sohn, K., Kim, J. Y., Shin, C.-H., Hyeon, T., Yu, J.-S., Microporous Mesoporous Mater. 2003, 63, 1). 또한, 비슷한 방법으로 SiO2 및 ZrO2를 템플레이트으로 하여 그 표면에 탄소 전구체를 삽입하여 탄소캡슐을 제조하는 방법이 공지되어 있다.(Arnal, P. M., Schuth, F., Kleitz, F. Chem. Commun. 2006, 1203).
그러나, 상기 인용문헌들에 공지된 방법은 합성 과정이 복잡하여 조작이 용이하지 않고, 탄화 과정에서 탄소 나노 캡슐 간에 응집현상이 관찰되고, 이에 따라 수계에서 분산성이 저하된다는 문제점이 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 목적은 보다 간단한 방법으로 합성될 수 있고, 균일한 크기를 가지며 분산성이 우수한 탄소나노캡슐의 제조 방법을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 탄소 나노 캡슐 제조 방법에 따르면, 실리카 나노입자 표면 상에 탄소 코팅층을 형성한다. 상기 탄소 코팅층 상에 실리카 코팅층을 형성하여 탄소-실리카 복합체를 형성한다. 상기 탄소 코팅층을 탄화시킴으로써 탄화 코팅층을 형성한다. 상기 실리카 나노입자 및 실리카 코팅층을 제거한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 탄소 코팅층은 상기 실리카 나노입자를 포함하는 분산액에 옥타데실트리메톡시실란(octadecyltrimethoxysilane, C18TMS)을 포함하는 탄소 전구체를 투입하여 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 탄소 코팅층은 상기 실리카 나노입자를 포함하는 분산액에 옥타데실트리메톡시실란(octadecyltrimethoxysilane, C18TMS)을 포함하는 탄소 전구체를 투입하여 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 분산액은 상기 실리카 나노입자를 물과 알코올을 포함하는 용매에 분산시켜 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 실리카 코팅층은 상기 탄소 코팅층이 형성된 실리카 나노입자를 포함하는 분산액에 테오스(tetra ethyl ortho silicate, TEOS)를 포함하는 실리카 전구체를 투입하여 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 탄소 코팅층을 탄화시킴으로써 탄화 코팅층을 형성하기 위해 상기 탄소-실리카 복합체를 400℃ 내지 1600℃의 온도 범위에서 열처리할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 탄화 코팅층을 형성하기 위해 탄화 촉매로서 황산 용액을 사용할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 실리카 나노입자 및 실리카 코팅층은 상기 탄화 코팅층이 형성된 상기 탄소-실리카 복합체를 강염기 처리함으로써 제거될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 강염기는 수산화칼륨 혹은 수산화나트륨을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 실리카 전구체와 함께 염기성 촉매를 더 투입할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 염기성 촉매는 암모니아수(NH3), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 탄소 코팅층 상에 실리카 코팅층을 형성하여 탄소-실리카 복합체를 형성한 후에, 과산화수소 용액을 이용하여 불순물을 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 실리카 나노입자를 코어 혹은 템플레이트로 사용하고 이를 탄소 전구체 및 실리카 전구체로 코팅한 후 코어의 실리카 나노입자를 제거하는 간단한 방법으로 중공형의 탄소나노캡슐을 형성할 수 있다.
상기 탄소 나노 캡슐은 입자크기가 균일하며 입자끼리의 응집현상이 방지되고, 수계에서 분산성이 우수한 성질을 갖는다. 또한 중심부의 기공 크기 조절이 용이하며, 표면적이 높아 촉매, 약물전달체, 에너지 저장 매체 등 다양한 용도로 널리 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 탄소 나노 캡슐의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 탄소 나노 캡슐의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3a는 실시예에 따라 합성된 실리카 나노 입자의 TEM 사진이다.
도 3b는 실시예에 따라 탄소 코팅층이 형성된 실리카 나노 입자의 TEM 사진이다.
도 3c는 실시예에 따라 합성된 탄소-실리카 복합체의 TEM 사진이다.
도 3d는 실시예에 따라 합성된 탄소 나노 캡슐의 TEM 사진이다.
도 4a는 도 3b의 고배율 확대 TEM 사진이다.
도 4b는 도 3c의 고배율 확대 TEM 사진이다.
도 5a 및 도 5b는 실시예 및 비교예에 따라 각각 합성된 탄소 나노 캡슐의 분산성을 비교하기 위한 TEM 사진이다.
도 6a 및 도 6b는, 실시예 및 비교예에 따라 각각 합성된 탄소 나노 캡슐의 기공 크기의 균일도를 비교하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 탄소 나노 캡슐의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
본 명세서에 있어서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이며, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접촉되어"있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접촉되어"있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 탄소 나노 캡슐의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 탄소 나노 캡슐의 제조방법을 나타내기 위한 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 탄소 나노 캡슐의 코어 혹은 템플레이트로 제공되는 실리카 나노입자(10)를 합성한다(S1). 실리콘 나노입자(10)는 균일한 기공크기를 갖는 탄소 나노 캡슐 형성을 위해 균일한 입자크기를 갖도록 합성된다.
예시적인 실시예들에 있어서, 실리카 나노입자(10)는 80 내지 100nm의 평균입자크기를 가질 수 있다. 도 2에서는, 상기 탄소나노캡슐 제조 과정을 설명하기 위해 확대된 하나의 실리카 나노입자(10)를 도시하였다.
합성된 실리카 나노입자(10)의 표면 상에 탄소 전구체를 사용하여 탄소 코팅층(20)을 형성한다(S2). 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 탄소전구체는 옥타데실트리메톡시실란(octadecyltrimethoxysilane, C18TMS)을 포함할 수 있다.
탄소 코팅층(20)의 표면 상에 추가로 실리카 전구체를 사용하여 실리카 코팅층(30)을 형성한다(S3). 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 실리카 전구체는 테오스(tetra ethyl ortho silicate, TEOS)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 실리카 코팅층(30)이 형성됨으로써 실리카 나노입자(10) 표면 상에 탄소 코팅층(20) 및 실리카 코팅층(30)이 순차적으로 코팅된 탄소-실리카 복합체(35)가 제공된다. 실리카 코팅층(30)에 의해 후속 열처리 과정에서 탄소-실리카 복합체(35) 입자들 간의 응집현상을 방지할 수 있다.
이 후, 탄소-실리카 복합체(35)를 열처리하여 탄소 코팅층(20)을 탄화시킴으로써 탄화 코팅층(20a)을 형성한다(S4). 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 열처리 온도는 400 내지 1600℃의 범위에서 유지될 수 있다.
탄화 코팅층(20a)을 포함하는 탄소-실리카 복합체(35) 중심의 실리카 나노입자(10) 및 실리카 코팅층(30)을 제거함으로써, 탄소나노캡슐(40)을 형성한다. 예시적인 실시예들에 있어서, 실리카 나노입자(10) 및 실리카 코팅층(30)은 탄소-실리카 복합체(35)를 강염기로 처리하여 제거될 수 있다.
이하에서, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 탄소 나노 캡슐의 제조방법을 보다 상세하게 설명한다.
실리카 나노입자의 합성(S1)
본 발명의 예시적인 실시예들에 있어서, 실리카 나노입자(10)는 크기가 균일한 것을 사용할 수 있다. 구체적으로, 실리카 나노입자(10)의 크기는 80nm 내지 300nm의 입자크기를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 실리카 나노입자(10)는 100nm 내지 150nm의 균일한 입자 크기를 가질 수 있다.
실리카 나노입자(10)는 공지의 방법(Osseo-Asare, K; Arriagada, F. J. Colloids Surf. 1990, 50, 321.; Stober, W.; Fink, A. ; Bohn, E. J. Colloid Inter. Sci. 1968, 26, 62)을 사용하여 합성할 수 있다. 합성 조건을 미세 변경함으로써 실리카 나노입자(10)의 크기를 조절할 수 있다. 한편, 실리카 나노입자(10)로서 상업적으로 시판되는 콜로이드 실리카를 이용할 수도 있다. 실리카 나노입자(10)의 크기는 탄소나노캡슐(40) 형성을 위한 템플레이트로 제공되므로 탄소나노캡슐(40)의 기공 크기를 결정하는데 중요한 요인이 된다.
탄소 코팅층의 형성(S2)
실리카 나노입자(10) 표면 상에 탄소 전구체를 도입하여 탄소 코팅층(20)을 형성한다. 예시적인 실시예들에 있어서 상기 탄소 전구체로서 C18TMS를 사용할 수 있다.
구체적으로 실리카 나노입자(10)를 적절한 용매에 분산시켜 분산액(suspension)을 제조 한 후, 상기 분산액에 탄소 전구체를 투입한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 용매로서 물과 알코올의 혼합 용매를 사용할 수 있다. 물과 알코올의 혼합 비율은 특별히 제한되지 않으며, 적절한 다른 용매를 사용할 수도 있다.
실리카 코팅층의 형성(S3)
탄소 코팅층(20)이 형성된 실리카 나노입자(10)를 포함하는 상기 분산액에 실리카 전구체를 투입하여 실리카 코팅층(30)을 형성한다. 이로써 실리카 나노입자(10) 표면 상에 탄소 코팅층(20) 및 실리카 코팅층(30) 순차적으로 코팅된 탄소-실리카 복합체(35)가 형성될 수 있다. 실리카 코팅층(30)이 형성됨으로써 후속의 열처리 과정에서 탄소-실리카 복합체(35)들 혹은 탄소 코팅층(20)의 탄소 전구체들이 서로 응집(aggregation)되는 현상을 방지할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서 상기 실리카 전구체로서 TEOS를 사용할 수 있다. 이 때, 투입되는 상기 실리카 전구체의 양은 특별히 제한되지 않으며 실리카 코팅층(30)의 원하는 두께를 감안하여 적절한 양을 투입할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 실리카 전구체와 함께 반응 촉매를 더 투입할 수 있다. 상기 반응 촉매는 졸-겔 반응에 의해 실리카 코팅층(30)이 형성되는 것을 촉진하는 역할을 할 수 있다.
상기 반응 촉매로서 염기성 촉매를 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 반응 촉매는 암모니아수(NH3), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화칼슘(Ca(OH)2) 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
반응이 종료된 용액에 불순물 제거 및 건조 과정을 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 탄소-실리카 복합체(35)를 포함하는 용액을 건조시켜 분말을 만들고 상기 분말을 과산화수소 용액에 분산시켜 불순물을 제거할 수 있다.
열처리에 의한 탄화 코팅층 형성(S4)
수득한 탄소-실리카 복합체(35)를 열처리하여 탄소 코팅층(20)을 탄화시킴으로써 탄화 코팅층(20a)을 형성한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 열처리 온도는 400℃ 내지 1600℃ 범위에서 유지되는 것이 바람직하다. 상기 열처리 온도가 400℃ 미만인 경우 탄소 코팅층(20)의 탄화가 충분히 이뤄지지 않아 탄소 나노 캡슐의 안정성 및 균일성을 확보하기가 곤란해질 수 있다. 반면, 상기 열처리 온도가 1600℃를 초과할 경우 실리카 코팅층이 녹아 탄소-실리카 복합체(35)들이 서로 응집될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 탄화를 위한 촉매로서 황산 용액을 소량 투입하여 건조 후에, 건조된 탄소-실리카 복합체(35)를 질소 분위기하에서 소성하여 탄소 코팅층(20)을 탄화 코팅층(20a)으로 변환할 수 있다.
실리카 나노입자 및 실리카 코팅층 제거(S5)
열처리를 거친 탄소-실리카 복합체(35)를 강염기로 처리하여 코어를 이루는 실리카 나노입자(10) 및 실리카 코팅층(30)을 제거함으로써 중공형의 탄소나노캡슐(40)을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 공정들에 의해 제조된 탄소-실리카 복합체(35)를 수산화나트륨 혹은 수산화칼륨 수용액에 넣어 실리카 부분만을 선택적으로 제거할 수 있다.
이어서, 수득한 탄소 나노 캡슐(40)을 과량의 물로 씻어준 후 60℃ 내지 100℃의 온도에서 약 24시간 동안 건조시킨다. 이로써, 중심이 균일한 크기의 기공으로 형성되고, 외곽은 균일한 두께 및 직경을 갖는 탄화 코팅층(20a)으로 형성되는 탄소나노캡슐(40)을 제조할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제조된 탄소 나노 캡슐(40)이 생리 의학적으로 활용되는 경우, 생체에 적합한 고분자들을 사용하여 탄소 나노 캡슐(40)에 대한 표면 개질을 추가적으로 수행할 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예 및 비교예들을 통해 본 발명의 탄소나노캡슐을 보다 상세히 설명한다.
실시예
공지된 스퇴버법으로 구형 실리카 나노 입자를 합성하였다. 실리카 전구체로서 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane, TEOS) 0.5ml를 에탄올 90 ml에 용해시킨 후, 반응 촉매로서 28% 암모니아수 2.5ml를 추가하여 24h 반응하여 평균 입자 크기가 110nm인 실리카 나노 입자(10)를 형성하였다. 도 3a는 실시예에 따라 합성된 실리카 나노 입자의 TEM 사진이다.
상기 실시예에서 합성된 실리카 나노입자(10)를 포함하는 용액 20ml를 에탄올 60ml에 충분히 분산시킨 다음 실리카 전구체로서 0.03 ml의 테오스(TEOS)와 탄소 전구체로서 0.02ml의 옥타데실트리메톡시실란(octadecyltrimethoxysilane, C18TMS)를 투입하였다. 상기 용액을 약 24시간동안 교반하여 균일한 탄소 코팅층(20)이 형성된 실리카 나노입자(10)를 형성하였다. 도 3b는 실시예에 따라 탄소 코팅층이 형성된 실리카 나노 입자의 TEM 사진이다. 한편 도 4a는 도 3b의 고배율 확대 TEM 사진이다.
계속하여 탄소 코팅층(20)이 형성된 실리카 나노입자(10)를 포함하는 상기 용액에 0.006ml의 테오스(TEOS)를 도입하여, 탄소 코팅층(20)의 표면 상에 실리카 코팅층(30)을 형성하였다. 이로써, 실리카 나노입자(10) 표면 상에 탄소 코팅층(20) 및 실리카 코팅층(30) 순차적으로 코팅된 탄소-실리카 복합체(35)를 합성하였다. 도 3c는 실시예에 따라 합성된 탄소-실리카 복합체의 TEM 사진이다. 도 4b는 도 3c의 고배율 확대 TEM 사진이다.
상기 탄소-실리카 복합체(35)를 포함하는 용액을 100 ℃에서 약 12시간 동안 건조 시켜 분말을 만들고 상기 분말을 20ml의 과산화수소 용액에 분산시켜 약 15시간 동안 반응시켰다. 이후, 80℃에서 다시 건조한 다음 이를 물 20ml에 분산시키고 탄화를 위한 촉매로서 황산 용액을 소량 투입하여 100 ℃에서 약 5시간 동안 재건조시킨 후, 160℃의 오븐에서 15 시간 더 건조하였다. 건조된 탄소-실리카 복합체를 질소 분위기하에서 600℃의 온도로 약 3시간 동안 소성하여 탄소 코팅층(20)을 탄화 코팅층(20a)으로 변환하였다.
탄화 코팅층(20a)을 포함하는 탄소-실리카 복합체를 수산화나트륨 수용액으로 처리하여 코어의 실리카 나노입자(10) 및 실리카 코팅층(30)을 제거하여 최종적인 탄소 나노 캡슐을 합성하였다. 도 3d는 실시예에 따라 합성된 탄소 나노 캡슐의 TEM 사진이다.
도 3d에 도시된 탄소 나노 캡슐의 비표면적(BET)을 측정한 결과 1123 m2g-1으로 측정되었다.
비교예
상기 실시예에서 실리카 코팅층(30)의 형성 과정을 생략하고 나머지 방법은 동일하게 하여 탄소 나노 캡슐을 합성하였다. 비교예에 따라 합성괸 상기 탄소 나노 캡슐의 비표면적은 624 m2g-1로서 실시예에 비해 약 1/2로 작게 측정되었다.
도 5a 및 도 5b는 실시예 및 비교에 따라 각각 합성된 탄소 나노 캡슐의 분산성을 비교하기 위한 TEM 사진이다.
도 5a를 참조하면, 실시예에 따라 합성된 탄소 나노 캡슐은 입자간 응집 현상이 적으며, 수계에서 분산성이 뛰어남을 알 수 있다. 한편, 도 5b를 참조하면, 실리카 코팅층(30) 형성을 생략함에 따라, 탄소 나노 캡슐간 응집 현상이 심하게 발생하며, 따라서 분산성이 저하됨을 알 수 있다.
도 6a 및 도 6b는, 실시예 및 비교에 따라 각각 합성된 탄소 나노 캡슐의 기공 크기의 균일도를 비교하기 위한 그래프이다.
도 6a를 참조하면, 실시예에 따라 합성된 탄소 나노 캡슐은 기공 크기가 약 4nm 내지 5nm 에서 균일한 분포를 보이나, 도 6b를 참조하면, 비교예에 따라 합성된 탄소 나노 캡슐의 기공 크기는 상대적으로 불균일한 분포를 갖는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 대해 예시적인 실시예와 비교예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따르면, 균일한 크기의 실리카 나노입자 표면 상에 탄소 코팅층 및 실리카 코팅층을 형성하고 열처리를 통해 상기 탄소 코팅층을 탄화 시킨 후, 상기 실리카 나노입자 및 실리카 코팅층을 제거하여 중공형의 탄소나노캡슐을 형성할 수 있다. 상기의 탄소나노캡슐은 균일한 입자크기를 갖고 분산성이 뛰어나며 큰 표면적을 가지고 있어 화학 및 생화학 혹은 의학 분야에서 약물전달체, 촉매체 등으로 활용될 수 있다.
10：실리카 나노입자 20：탄소 코팅층
20a : 탄화 코팅층 30：실리카 코팅층
35 : 탄소-실리카 복합체 40：탄소나노캡슐

Claims (11)

  1. 실리카 나노입자 표면 상에 탄소 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 탄소 코팅층 상에 실리카 코팅층을 형성하여 탄소-실리카 복합체를 형성하는 단계;
    상기 탄소 코팅층을 탄화시킴으로써 탄화 코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 실리카 나노입자 및 실리카 코팅층을 제거하는 단계를 포함하는 탄소 나노 캡슐 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄소 코팅층은 상기 실리카 나노입자를 포함하는 분산액에 옥타데실트리메톡시실란(octadecyltrimethoxysilane, C18TMS)을 포함하는 탄소 전구체를 투입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 캡슐 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 분산액은 상기 실리카 나노입자를 물과 알코올을 포함하는 용매에 분산시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 캡슐 제조방법
  4. 제3항에 있어서, 상기 실리카 코팅층은 상기 탄소 코팅층이 형성된 실리카 나노입자를 포함하는 분산액에 테오스(tetra ethyl ortho silicate, TEOS)를 포함하는 실리카 전구체를 투입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 캡슐 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 탄소 코팅층을 탄화시킴으로써 탄화 코팅층을 형성하는 단계는 상기 탄소-실리카 복합체를 400℃ 내지 1600℃의 온도 범위에서 열처리함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 캡슐 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 탄화 코팅층을 형성하기 위해 탄화 촉매로서 황산 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 캡슐 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 실리카 나노입자 및 실리카 코팅층을 제거하는 단계는 상기 탄화 코팅층이 형성된 상기 탄소-실리카 복합체를 강염기 처리함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 캡슐 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 강염기는 수산화칼륨 혹은 수산화나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 캡슐 제조방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 실리카 전구체와 함께 염기성 촉매를 더 투입하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 캡슐 제조방법.
  10. 제9항에 있어서 상기 염기성 촉매는 암모니아수(NH3), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 및 수산화칼슘(Ca(OH)2)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 캡슐 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 탄소 코팅층 상에 실리카 코팅층을 형성하여 탄소-실리카 복합체를 형성하는 단계 이후에, 과산화수소 용액을 이용하여 불순물을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노 캡슐 제조 방법.
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