KR20140025709A - A method for preparing bismuth telluride nanotubes and bismuth telluride nanotubes with high aspect ratio - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing bismuth telluride (Bi2Te3) nanotubes and bismuth telluride (Bi2Te3) nanotubes having enhanced thermoelectric properties manufactured by the same, including: a first phase, in which a solvent including one among tri-octylphosphineoxide (TOPO), sodium dodecyl-benzene-sulfonate (SDBS), and cetyl-trimethyl-ammonium-bromide, and a capping agent chosen from one among Polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylalcohol, and sodium dodecyl-benzene-sulfonate, is dissolved with telluride oxide (TeO2), and added with a reducing agent, in order to manufacture tellurium nanowire; a second phase, in which a solution of bismuth precursor is mixed with the tellurium nanowire of the first phase, and added with an reducing agent, in order to manufacture a mixture solution; and a third phase, in which the mixture solution of the second phase is heat-treated, in order to manufacture the bismuth telluride (Bi2Te3) nanotubes.

Description

비스무트 텔루라이드 나노튜브의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 큰 종횡비를 가지는 비스무트 텔루라이드 나노튜브{A method for preparing bismuth telluride nanotubes and bismuth telluride nanotubes with high aspect ratio} [0001] The present invention relates to a bismuth telluride nanotube and a bismuth telluride nanotube having a large aspect ratio, and to a bismuth telluride nanotube having a high aspect ratio,

본 발명은 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 열전특성이 향상된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브에 관한 것이다.
The present invention relates to a bismuth telluride (Bi 2 Te 3) The method of the nanotube and thus the thermal properties prepared according improved bismuth telluride (Bi 2 Te 3) nanotubes.

열전에너지를 이용한 열전발전은 온도차를 이용한 발전 방식으로 지구상에 존재하는 어떤 종류의 열원과 냉원으로부터도 전력을 생산할 수 있어 태양열, 지열과 같은 자연에너지와 내연기관, 원자로, 소각로, 각종 산업장비 등에서 발생하는 산업폐열 등의 폐열 에너지 등을 모두 전기에너지로 직접 재활용할 수 있다. 또한 기존 발전방식과 달리 기계적 구동부가 필요 없어 소음이나 진동이 없으며 이것으로 인해 수명이 길고 신뢰성이 높으며 운영 및 관리가 간편하다는 장점이 있다.
Thermoelectric power generation using thermoelectric energy can generate electricity from any kind of heat source and cold source on the earth, and it is generated from natural energy such as solar heat and geothermal power, internal combustion engine, reactor, incinerator and various industrial equipments And waste heat energy such as industrial waste heat can be directly recycled as electric energy. In addition, unlike conventional power generation systems, there is no need for a mechanical drive unit, so there is no noise or vibration, and it has a long lifetime, high reliability, and easy operation and management.

열에너지를 직접적으로 전기에너지로 또는 이와 반대인 가역적 에너지변환을 하는데 사용되는 열전재료는 온도 차이에 따른 전하의 이동으로 전계를 형성하거나 전류를 흘렸을 때 재료 접합부 양단에 발열 또는 냉각 현상이 나타나는 물질이다. 열전현상은 1900년도 초부터 연구가 시작되어 구소련의 loffe가 약 4%의 변환효율을 얻을 수 있게 연구가 진행되어 현재는 약 10 % 이상의 변환효율을 가지고 있다. 상기 열전현상은 양단간의 온도차를 이용하여 기전력을 얻어내는 제백(Seebeck) 효과, 기전력으로 양단에 발열 또는 냉각현상이 나타나는 펠티에(Peltier) 효과, 도체의 선상의 온도차에 의해 기전력이 발생하는 톰슨(Thomson) 효과로 나눌 수 있다. 이러한 열전재료을 이용하면 열에너지와 전기에너지를 직접적으로 상호 변환시킬 수 있는 열전소자를 개발할 수 있다.
Thermoelectric materials, which are used to convert thermal energy directly to electrical energy or vice versa, are materials in which heat is generated due to the movement of electric charge due to temperature difference, or a heat or cooling phenomenon occurs at both ends of the material joint when electric current is shed. The thermoelectric phenomenon has been studied since early 1900 and has been studied to obtain a conversion efficiency of about 4% for the loffe of the former Soviet Union, and currently has a conversion efficiency of about 10% or more. The thermoelectric phenomenon is caused by a seebeck effect that obtains an electromotive force using a temperature difference between both ends, a Peltier effect in which heat is generated at both ends due to electromotive force, a Thomson effect in which an electromotive force is generated due to a temperature difference on a conductor, ) Effects. By using such a thermoelectric material, it is possible to develop a thermoelectric element that can directly convert heat energy and electric energy into each other.

열전에너지 변환 효율은 열전성능지수(ZT)인 이른바 메리트(merit)의 식으로 요약되고, 일반적으로 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
The thermoelectric energy conversion efficiency is summarized by the so-called merit formula of thermoelectric performance index (ZT), and can generally be expressed by the following equation (1).

<수학식 1> &Quot; (1) &quot;

Figure pat00001
Figure pat00001

(상기 수학식 1에서 ZT는 열전성능지수이고, α는 제백(Seebeck) 상수이고, σ는 전기전도도이고, K는 열전도도이고, T는 절대온도이다.)
(Where ZT is the thermoelectric performance index,? Is the Seebeck constant,? Is the electrical conductivity, K is the thermal conductivity, and T is the absolute temperature).

열전성능지수(ZT) 값이 커야 열전효율이 우수한 열전재료가 되며, 상기 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이 열전효율이 우수한 열전재료를 제조하기 위해서는 전기전도도(σ)와 제백(Seebeck) 상수(α)는 큰 반면, 열전도도(K)는 낮아야 한다. 그러나 전기전도도(σ)와 열전도도(K)는 서로 종속적이기 때문에 전기전도도(σ)를 증가시키면 열전도도(K)도 동시에 증가하게 되어 열전특성향상에 한계가 있어 지난 반세기 동안 열전성능지수(ZT)의 증가가 거의 이루어지지 않았다. 그러나 1993년 미국 MIT 대학의 Dresselhaus 교수는 열전재료를 양자점 및 초격자 구조의 저차원 나노구조로 제조함으로써 열전 성능의 향상을 이룰 수 있다는 것을 이론적으로 제시한(선행문헌 1) 이후 최근의 나노 기술의 발전과 더불어 많은 관련 과학자들의 주목을 받게 되었다. 따라서 열전재료의 열전효율을 향상시키기 위해서 나노 재료의 구조적 변화 및 제어를 통하여 전자와 포논(Phonon)의 이동을 조절함으로써, 전기전도도가 열전도도 감소에 비해 더 작은 범위로 감소되도록 하여 높은 열전성능지수를 나타내도록 제조할 수 있다.
As can be seen from the above formula (1), in order to produce a thermoelectric material having a good thermoelectric efficiency, the electrical conductivity (σ) and the Seebeck constant ( α) is large, while the thermal conductivity (K) is low. However, since electrical conductivity (σ) and thermal conductivity (K) are dependent on each other, increasing the electrical conductivity (σ) increases the thermal conductivity (K) at the same time and limits the improvement of thermoelectric properties. ) Was almost never achieved. However, Professor Dresselhaus of the University of MIT in 1993 suggested that thermoelectric performance could be improved by fabricating thermoelectric materials with low-dimensional nanostructures of quantum dots and superlattices (Prior Art 1) With the development, many related scientists got attention. Therefore, in order to improve the thermoelectric efficiency of the thermoelectric material, by controlling the movement of the electrons and the phonon through the structural change and control of the nanomaterial, the electric conductivity is reduced to a smaller extent as compared with the decrease in the thermal conductivity, . &Lt; / RTI &gt;

비스무트 텔루라이드(Bi2Te3)는 실온에서 가장 높은 열전성능지수를 나타내는 재료로 알려져 있으며, 능면체 결정구조를 가지는 층상화합물로써 c축을 따라 -Te(1)-Bi-Te(2)-Bi-Te(1)-의 순으로 적층되어 있는 구조를 가진다. 상기 구조에서 Te(1)-Te(1) 결합은 약한 반데르발스 결합을 이루고 있고, Te-Bi(1)결합은 공유결합과 이온결합의 혼합결합을 이루고 있으며, Bi-Te(2)결합은 공유결합을 이루고 있다. 상기 결합 중 가장 약한 결합을 이루고 있는 Te(1)-Te(1) 결합은 쉽게 끊어지는 기계적 취약성을 가지고, 큰 종횡비(Aspect ratio)를 가지면서 결정방향에 따라 열전특성이 현저히 다른 이방성을 나타낸다고 알려져 있다.
Bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) is known as a material exhibiting the highest thermoelectric performance index at room temperature. It is a layered compound having a rhombohedral crystal structure and has a structure of -Te (1) -Bi-Te (2) -Bi -Te (1) - in this order. In this structure, the Te (1) -Te (1) bond has a weak van der Waals bond, the Te-Bi (1) bond forms a mixed bond of covalent bond and ionic bond, Is a covalent bond. It is known that the Te (1) -Te (1) bond, which is the weakest bond among the above bonds, has an easily broken anisotropy due to mechanical susceptibility, a large aspect ratio, have.

비스무트 텔루라이드(Bi2Te3)를 제조하기 위한 연구는 다양하게 이루어지고 있는데, 일반적으로는 용매열(solvothermal)합성법과 수열(hydrothermal)합성법으로 대별된다. 또한 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3)는 형상에 따라 열전성능에도 차이를 보이는데, 1차원 구조를 가지는 나노튜브 형태가 열전성능이 가장 우수하여 열전재료로 적합한 것으로 알려져 있다. 용매열합성법으로 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3)를 제조할 경우, 1차원 구조의 나노튜브를 비교적 쉽게 제조할 수 있다는 장점을 가지지만 대량 제조가 불가능하여 산업적으로 적용이 어려운 단점이 있다. 또한 수열합성 방법의 경우 대부분 3차원 구조를 가지는 무정형의 입자가 생성되어 1차원 구조의 나노튜브를 얻기 곤란한 단점이 있다.
Researches for preparing bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) have been made variously, and generally are divided into a solvothermal synthesis method and a hydrothermal synthesis method. In addition, bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) shows a difference in thermoelectric performance depending on the shape, and a nanotube having a one-dimensional structure has the best thermoelectric performance and is known to be suitable as a thermoelectric material. When bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) is prepared by the solvent thermo-synthetic method, it has a merit that one-dimensional nanotubes can be relatively easily produced, but it is difficult to mass-produce nanotubes and thus it is difficult to apply industrially. In addition, in the case of the hydrothermal synthesis method, amorphous particles having a three-dimensional structure are generated in most cases, which makes it difficult to obtain one-dimensional nanotubes.

종래의 기술로서 [대한민국 공개특허 10-2011-0058046]에서는 Bi2Te3 나노튜브의 제조방법을 제공한다. 구체적으로 알칼리 수용액, 환원제 및 계면활성제가 포함된 혼합용액에, 비스무트(Bi) 화합물을 혼합하여 비스무트 함유 용액을 제조하는 과정; 및 상기 비스무트(Bi) 함유 용액에 텔루륨(Te) 나노와이어를 넣고 80 ℃ 내지 200 ℃ 온도에서 수열합성(hydrothermal) 반응시켜 Bi2Te3 나노튜브를 형성시키는 과정; 을 포함하는 Bi2Te3 나노튜브의 제조방법을 제공한다.
As a conventional technique, Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0058046 provides a method for producing Bi 2 Te 3 nanotubes. Specifically, a process for preparing a bismuth-containing solution by mixing a bismuth (Bi) compound with a mixed solution containing an aqueous alkali solution, a reducing agent and a surfactant; And a step of forming a Bi 2 Te 3 nanotube by hydrothermal reaction at a temperature of 80 ° C to 200 ° C by adding a tellurium (Te) nanowire into the bismuth (Bi) containing solution; The present invention provides a method for producing Bi 2 Te 3 nanotubes.

상기 방법은 기존의 용매열합성법이나 텔루륨 전구체를 사용한 수열합성법에 비해 제조공정이 단순하고 제조비용을 크게 절감할 수 있으며, 대량생산이 용이하다는 장점이 있으나 열전특성을 향상시킬 수 있는 나노구조체를 제조하는 데에는 한계점이 있다는 문제점이 있다.
This method has a merit in that the manufacturing process is simple and the manufacturing cost can be greatly reduced and the mass production is easy, compared with the conventional solvent thermo-synthesis method and hydrothermal synthesis method using the tellurium precursor, but the nanostructure capable of improving thermoelectric properties There is a problem in that there is a limit in manufacturing.

또한 [대한민국 공개특허 10-2010-0138171]에서는 수열합성법을 이용한 다양한 형태의 비스무스 텔루라이드 나노구조체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 비스무스 텔루라이드 나노구조체를 제공한다. 구체적으로 텔루륨(Te) 분말과 비스무트 클로라이드(BiCl3)를 증류수에 녹여서 각각의 수용액을 별도로 제조하여 혼합하는 단계; 상기 제조된 혼합용액을 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 혼합용액을 냉각시켜 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3)나노구조체를 합성하는 단계를 포함하는 다양한 형태의 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체의 제조방법을 제공한다.
Also, Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0138171 discloses a method for producing various types of bismuth telluride nanostructures by hydrothermal synthesis and a bismuth telluride nanostructure produced thereby. Specifically, a step of dissolving a mixture of tellurium (Te) powder and bismuth chloride (BiCl 3 ) in distilled water to separately prepare and mix the respective aqueous solutions; Heat-treating the mixed solution; And provides a method for producing the heat-treated by cooling the mixed solution of bismuth telluride (Bi 2 Te 3) different types of bismuth including the step of synthesizing a nanostructure telluride (Bi 2 Te 3) nanostructures.

상기 방법은 수열합성시 열처리 온도 또는 승온 속도 조건을 변화시킴으로써 나노구조체로서 단결정 구조의 나노입자, 나노캡슐, 나노와이어 및 나노튜브를 제조할 수 있어 높은 열전성능지수 값을 얻을 수 있고, 냉각 속도 조건을 변화시킴으로써 나노와이어 및 나노튜브의 수율 및 길이를 증가시킬 수 있다는 장점을 가지나 원하는 형태의 나노구조체를 제조하기 위하여 정밀하게 온도제어를 수행하여야 하고 그렇지 않을 경우, 여러 형상의 나노구조체가 혼합되어 생성될 수 있다는 문제점이 있다.
The method can produce nanoparticles, nanocapsules, nanowires, and nanotubes having a single crystal structure as a nanostructure by changing the heat treatment temperature or heating rate during hydrothermal synthesis, thereby obtaining a high thermoelectric performance index value, It is possible to increase the yield and length of nanowires and nanotubes. However, it is necessary to precisely control the temperature of nanostructures in order to produce desired nanostructures. Otherwise, nanostructures of various shapes may be mixed There is a problem.

이에 본 발명의 발명자들은 종래의 문제점들을 해결하면서 열전특성이 향상된 열전재료를 제조하기 위하여 연구를 수행하던 중 캡핑제로서 트리옥틸포스핀옥사이드(TOPO)와 폴리비닐피롤리돈(PVP) 등을 혼합하여 사용할 때 향상된 열전특성을 가지는 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브가 제조된다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the inventors of the present invention conducted studies to manufacture thermoelectric materials having improved thermoelectric properties while solving the conventional problems, and found that when trioctylphosphine oxide (TOPO) and polyvinylpyrrolidone (PVP) were mixed as a capping agent (Bi 2 Te 3 ) nanotubes having improved thermoelectric properties when they are used in the production of a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube.

<선행문헌 1> L.D. Hicks and M.S. Dresselhaus, “Effect of Quantumwell Structures on the Thermoelectric Figure of Merit,” Physical Review B, Vol.47, 1993, p.12727; L.D.<Prior Art 1> L.D. Hicks and M.S. Dresselhaus, &quot; Effect of Quantumwell Structures on the Thermoelectric Figure of Merit, &quot; Physical Review B, Vol. 47, 1993, p. L.D.

Hicks and M.S. Dresselhaus, “Thermoelectric Figure of Merit of a One-dimensional Conductor,”Physical Review B, Vol.47, 1993, p.16631
Hicks and MS Dresselhaus, &quot; Thermoelectric Figure of a One-dimensional Conductor, &quot; Physical Review B, Vol. 47, 1993, p.

본 발명의 목적은 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법을 제공하는 데 있다.
It is an object of the present invention to provide a method for producing bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes.

또한 본 발명의 목적은 상기 방법에 따라 제조되는 열전특성이 향상된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 제공하는 데 있다.
It is also an object of the present invention to provide a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube having improved thermoelectric properties produced by the above method.

나아가 본 발명의 목적은 상기 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 포함하는 열전소자를 제공하는 데 있다.
Furthermore, it is an object of the present invention to provide a thermoelectric device including the bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

트리옥틸포스핀옥사이드(tri-octylphosphineoxide, TOPO), 제3인산소다(Na3PO4·12H2O), 소듐도데실벤젠설퍼네이트(sodium dodecyl-benzene-sulfonate, SDBS) 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyl-trimethyl-ammonium-bromide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종과 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 및 에틸렌다이아미노테트라아세트산 염(sodium dodecyl-benzene-sulfonate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종으로 이루어진 캡핑제(capping agent)를 포함하는 용매에 산화텔루륨(TeO2)을 용해하고 환원제를 첨가하여 텔루륨 나노와이어를 제조하는 단계(단계 1);Trioctylphosphine oxide (TOPO), sodium triphosphate (Na 3 PO 4 .12H 2 O), sodium dodecyl-benzene-sulfonate (SDBS), and cetyltrimethylammonium bromide cetyl-trimethyl-ammonium-bromide), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylalcohol, and sodium dodecyl-benzene-sulfonate A step of dissolving tellurium oxide (TeO 2 ) in a solvent containing a capping agent consisting of one species selected from the group consisting of: (1) preparing a tellurium nanowire by adding a reducing agent;

비스무트 전구체 용액을 상기 단계 1의 텔루륨 나노와이어와 혼합하고 환원제를 첨가하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 2); 및Mixing the bismuth precursor solution with the tellurium nanowire of step 1 and adding a reducing agent to prepare a mixed solution (step 2); And

상기 단계 2의 혼합용액을 열처리하여 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 제조하는 단계(단계 3);Heat treating the mixed solution of step 2 to prepare a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube (step 3);

를 포함하는 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법을 제공한다.
(Bi 2 Te 3 ) nanotubes comprising the bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube.

또한, 본 발명은 상기 방법에 따라 제조되는 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 제공한다.
The present invention also provides a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube produced according to the above method.

나아가 본 발명은 상기 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 포함하는 열전소자를 제공한다.
Further, the present invention provides a thermoelectric device including the bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube.

본 발명에 따른 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법은 2종의 캡핑제를 혼합하여 용매열합성법으로 제조함으로써, 종래의 1차원 나노튜브보다 직경이 작고 빈 공간이 많은 1차원 나노튜브를 제조할 수 있고, 상기 나노튜브는 높은 전기전도도와 낮은 열전도도를 동시에 만족시키는 구조를 가진다. 상기 제조된 나노튜브는 향상된 열전특성을 가져 열전반도체 등의 열전재료로서 사용가능하다.
The method for producing bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes according to the present invention is a method for producing a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube according to the present invention by mixing two kinds of capping agents, Nanotubes can be manufactured, and the nanotubes have a structure that simultaneously satisfies high electrical conductivity and low thermal conductivity. The prepared nanotubes have improved thermoelectric properties and can be used as thermoelectric materials such as thermoelectric semiconductors.

도 1의 (a)는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 전계방사 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)으로 촬영한 사진이고, (b)는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 전계방사 주사전자현미경으로 촬영한 사진이며, (c)는 본 발명의 실시예 3에서 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 전계방사 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 고해상도 투과전자현미경(High Resolution Transmission Electron Microscopy, HR-TEM)으로 촬영한 사진이고, (b)는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 고해상도 투과전자현미경으로 촬영한 사진이며, (c)는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 고해상도 투과전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 3의 (a)는 비교예 1에서 제조된 텔루륨(Te) 나노튜브를 전계방사 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)으로 촬영한 사진이고, (b)는 비교예 2에서 제조된 텔루륨(Te) 나노튜브를 전계방사 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 4의 (a)는 비교예 3에서 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 전계방사 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)으로 촬영한 사진이고, (b)는 비교예 4에서 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 전계방사 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 5의 (a)는 비교예 3에서 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 고해상도 투과전자현미경(High Resolution Transmission Electron Microscopy, HR-TEM)으로 촬영한 사진이고, (b)는 비교예 4에서 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 고해상도 투과전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 6의 (a)는 실시예 5에서 제조된 텔루륨 나노와이어를 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope)를 2만 배로 촬영한 사진이고, (b)는 비교예 6에서 제조된 텔루륨 나노와이어를 주사전자현미경으로 촬영한 사진이며, (c)는 비교예 7에서 제조된 텔루륨 나노와이어를 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 X-선 회절 분석(X-ray Diffraction, XRD)한 그래프이다.
도 8은 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 텔루륨(Te) 나노튜브를 X-선 회절 분석(X-ray Diffraction, XRD)한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 비교예 3 및 비교예 4에서 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 X-선 회절 분석(X-ray Diffraction, XRD)한 그래프이다.
FIG. 1 (a) is a photograph of a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube prepared in Example 1 of the present invention by a Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM) (b) is a photograph of a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube prepared in Example 2 of the present invention by a field emission scanning electron microscope, and (c) (Bi 2 Te 3 ) nanotube with a field emission scanning electron microscope.
FIG. 2 (a) is a photograph of a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube prepared in Example 1 of the present invention by high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) (b) is a photograph of the bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube prepared in Example 2 of the present invention by a high-resolution transmission electron microscope, and (c) is a photograph of the bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube with a high-resolution transmission electron microscope.
FIG. 3 (a) is a photograph of a tellurium (Te) nanotube prepared in Comparative Example 1 taken by a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) (Te) nanotubes prepared in Example 1 were photographed by a field emission scanning electron microscope.
4 (a) is a photograph of a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube prepared in Comparative Example 3 by a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) Is a photograph of a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube prepared in Comparative Example 4, which was photographed by a field emission scanning electron microscope.
FIG. 5 (a) is a photograph of a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube prepared in Comparative Example 3 by high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) And a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube prepared in Comparative Example 4 was photographed with a high-resolution transmission electron microscope.
6 (a) is a photograph of a tellurium nanowire prepared in Example 5 taken at a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 20,000, and FIG. 6 (b) is a photograph of a tellurium nanowire prepared in Comparative Example 6 (C) is a photograph of the tellurium nanowire prepared in Comparative Example 7, taken with a scanning electron microscope.
FIG. 7 is a graph of X-ray diffraction (XRD) of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes prepared in Examples 1 to 3 of the present invention.
8 is a graph of X-ray diffraction (XRD) of tellurium (Te) nanotubes prepared in Comparative Example 1 and Comparative Example 2. FIG.
9 is a graph of X-ray diffraction (XRD) of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes prepared in Comparative Example 3 and Comparative Example 4 of the present invention.

본 발명은 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법을 제공한다.
The present invention provides a method for producing bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 The present invention

트리옥틸포스핀옥사이드(tri-octylphosphineoxide, TOPO), 제3인산소다(Na3PO4·12H2O), 소듐도데실벤젠설퍼네이트(sodium dodecyl-benzene-sulfonate, SDBS) 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyl-trimethyl-ammonium-bromide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종과 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 및 에틸렌다이아미노테트라아세트산 염(sodium dodecyl-benzene-sulfonate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종으로 이루어진 캡핑제(capping agent)를 포함하는 용매에 산화텔루륨(TeO2)을 용해하고 환원제를 첨가하여 텔루륨 나노와이어를 제조하는 단계(단계 1);Trioctylphosphine oxide (TOPO), sodium triphosphate (Na 3 PO 4 .12H 2 O), sodium dodecyl-benzene-sulfonate (SDBS), and cetyltrimethylammonium bromide cetyl-trimethyl-ammonium-bromide), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylalcohol, and sodium dodecyl-benzene-sulfonate A step of dissolving tellurium oxide (TeO 2 ) in a solvent containing a capping agent consisting of one species selected from the group consisting of: (1) preparing a tellurium nanowire by adding a reducing agent;

비스무트 전구체 용액을 상기 단계 1의 텔루륨 나노와이어와 혼합하고 환원제를 첨가하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 2); 및Mixing the bismuth precursor solution with the tellurium nanowire of step 1 and adding a reducing agent to prepare a mixed solution (step 2); And

상기 단계 2의 혼합용액을 열처리하여 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 제조하는 단계(단계 3);Heat treating the mixed solution of step 2 to prepare a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube (step 3);

비스무트 전구체 용액을 상기 단계 1의 텔루륨 나노와이어와 혼합하고 환원제를 첨가하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 2); 및Mixing the bismuth precursor solution with the tellurium nanowire of step 1 and adding a reducing agent to prepare a mixed solution (step 2); And

상기 단계 2의 혼합용액을 열처리하여 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 제조하는 단계(단계 3);Heat treating the mixed solution of step 2 to prepare a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube (step 3);

를 포함하는 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법을 제공한다.
(Bi 2 Te 3 ) nanotubes comprising the bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube.

이하, 본 발명에 따른 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법을 단계별로 더욱 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a method for producing the bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube according to the present invention will be described in more detail step by step.

먼저 본 발명에 있어서, 상기 단계 1은 트리옥틸포스핀옥사이드(tri-octylphosphineoxide, TOPO), 제3인산소다(Na3PO4·12H2O), 소듐도데실벤젠설퍼네이트(sodium dodecyl-benzene-sulfonate, SDBS) 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyl-trimethyl-ammonium-bromide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종과 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 및 에틸렌다이아미노테트라아세트산 염(sodium dodecyl-benzene-sulfonate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종으로 이루어진 캡핑제(capping agent)를 포함하는 용매에 산화텔루륨(TeO2)을 용해하고 환원제를 첨가하여 텔루륨 나노와이어를 제조하는 단계이다.
In the present invention, the step 1 may be performed by using trioctylphosphine oxide (TOPO), sodium triphosphate (Na 3 PO 4 .12H 2 O), sodium dodecyl-benzene- polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol, and ethylenediaminetetraacetic acid (hereinafter, referred to as &quot; polyvinylpyrrolidone &quot;) and one selected from the group consisting of cetyltrimethylammonium bromide, sulfonate, SDBS and cetyl- (TeO 2 ) is dissolved in a solvent containing a capping agent composed of one kind selected from the group consisting of sodium dodecyl-benzene-sulfonate, and a reducing agent is added to prepare a tellurium nanowire .

상기 단계 1에서 트리옥틸포스핀옥사이드(tri-octylphosphineoxide, TOPO), 제3인산소다(Na3PO4·12H2O), 소듐도데실벤젠설퍼네이트(sodium dodecyl-benzene-sulfonate, SDBS) 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyl-trimethyl-ammonium-bromide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종과 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 및 에틸렌다이아미노테트라아세트산 염(sodium dodecyl-benzene-sulfonate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종은 캡핑제(capping agent)의 중량 % 비로서 98 : 2 내지 94 : 6으로 혼합하는 것이 바람직하다.
In step 1, trioctylphosphine oxide (TOPO), sodium triphosphate (Na 3 PO 4 .12H 2 O), sodium dodecyl-benzene-sulfonate (SDBS) And polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol, and sodium dodecyl-benzene (hereinafter, referred to as &quot; polyvinylpyrrolidone &quot;) and one selected from the group consisting of cetyltrimethylammonium bromide -sulfonate) is preferably mixed with a capping agent in a weight% ratio of 98: 2 to 94: 6.

만약 혼합하는 트리옥틸포스핀옥사이드(tri-octylphosphineoxide, TOPO), 제3 인산소다(Na3PO4·12H2O), 소듐도데실벤젠설퍼네이트(sodium dodecyl-benzene-sulfonate, SDBS) 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyl-trimethyl-ammonium-bromide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종과 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 및 에틸렌다이아미노테트라아세트산 염(sodium dodecyl-benzene-sulfonate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 중량% 비가 98 중량% : 2 중량% 미만인 경우, 트리옥틸포스핀옥사이드(tri-octylphosphineoxide, TOPO), 제 3 인산소다(Na3PO4·12H2O), 소듐도데실벤젠설퍼네이트(sodium dodecyl-benzene-sulfonate, SDBS) 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyl-trimethyl-ammonium-bromide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 단독으로 사용했을 때와 직경이나 형상에 거의 변화가 없다는 문제점이 있고, 94 중량% : 6 중량% 의 중량비를 초과하는 경우, 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 및 에틸렌다이아미노테트라아세트산 염(sodium dodecyl-benzene-sulfonate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 6 중량%을 사용했을 때와 형상과 직경에 차이가 없고 이때 생성되는 파우더는 응집이 심해 여과와 건조 과정이 어렵고 수율이 낮아지는 문제점이 있을 수 있다.
If mixed trioctylphosphine oxide (TOPO), sodium triphosphate (Na 3 PO 4 .12H 2 O), sodium dodecyl-benzene-sulfonate (SDBS) and cetyltrimethyl Polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylalcohol, and sodium dodecyl-benzene-ammonium bromide, which are selected from the group consisting of cetyl-trimethyl-ammonium- sulfonate) is less than 98 wt%: 2 wt%, trioctylphosphine oxide (TOPO), sodium triphosphate (Na 3 PO 4 .12H 2 O ), Sodium dodecyl-benzene-sulfonate (SDBS), and cetyl-trimethyl-ammonium-bromide are used singly, and the diameter and shape on (PVP), polyvinylalcohol and sodium dodecyl-acetoacetate when the weight ratio of 94% by weight to 6% by weight is exceeded when the weight ratio of the polyvinylpyrrolidone (PVP) benzene-sulfonate), there is no difference in shape and diameter between the particles and 6 wt% of one selected from the group consisting of water, ethanol, benzene-sulfonate, and the like. In this case, the powder produced at this time has a problem of difficulty in filtration and drying, have.

본 발명에서 상기 트리옥틸포스핀옥사이드(tri-octylphosphineoxide, TOPO), 제 3 인산소다(Na3PO4·12H2O), 소듐도데실벤젠설퍼네이트(sodium dodecyl-benzene-sulfonate, SDBS) 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyl-trimethyl-ammonium-bromide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종과 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 및 에틸렌다이아미노테트라아세트산 염(sodium dodecyl-benzene-sulfonate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종은 캡핑제로서 나노구조체의 성장속도와 내부구조를 변화시키는 구조형성제로 사용된다. 더욱 상세하게 상기 트리옥틸포스핀옥사이드(tri-octylphosphineoxide, TOPO)는 용매 내에서 텔루륨(Te) 전구체의 응집을 방지할 뿐만 아니라 직경이 100 nm 이상인 속이 빈 둥근 막대 형태의 나노튜브를 생성시키는 역할을 한다. 또한 상기 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)은 직경이 30 nm 이하인 직사각형 단면의 나노벨트 형태의 입자를 생성시키는 역할을 한다. 따라서 본 발명에서는 상기 트리옥틸포스핀옥사이드(TOPO)와 폴리비닐피롤리돈(PVP) 두 종류의 구조형성제를 혼합하여 사용함으로써 나노튜브의 구조를 제어할 수 있고 결과적으로는 나노튜브의 열전특성을 향상시킬 수 있다.
In the present invention, the trioctylphosphine oxide (TOPO), sodium triphosphate (Na 3 PO 4 .12H 2 O), sodium dodecyl-benzene-sulfonate (SDBS) And polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol, and sodium dodecyl-benzene (hereinafter, referred to as &quot; polyvinylpyrrolidone &quot;) and one selected from the group consisting of cetyltrimethylammonium bromide -sulfonate) is used as a capping agent to change the growth rate and internal structure of the nanostructure. More specifically, the trioctylphosphine oxide (TOPO) prevents not only the agglomeration of the tellurium (Te) precursor in the solvent but also the formation of a hollow round bar nanotube having a diameter of 100 nm or more . The above-mentioned polyvinylpyrrolidone (PVP) serves to produce particles of nanoribblet shape having a rectangular cross section with a diameter of 30 nm or less. Accordingly, in the present invention, the structure of nanotubes can be controlled by mixing two types of structure-forming agents, namely trioctylphosphine oxide (TOPO) and polyvinylpyrrolidone (PVP), and as a result, Can be improved.

또한 상기 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 및 에틸렌다이아미노테트라아세트산 염(sodium dodecyl-benzene-sulfonate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종은 35000 내지 45000의 중량평균분자량을 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 만약 상기 폴리비닐피롤리돈(PVP)의 중량평균분자량이 35000 미만인 경우, 제조되는 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브는 초미세 나노입자를 얻을 수 있으나 국부적으로 그 입자의 형태 및 경계가 뚜렷하지 않아 전체적으로 완전한 1차원 구조의 형상을 가지기 힘들다는 문제점이 발생할 수 있고, 45000을 초과하는 경우, 동일한 무게를 첨가하였을 경우 상대적으로 적은 분자수를 가지게 되어 합성 후 핵생성 및 성장된 텔루륨 나노입자를 효과적으로 캐핑하는 역할을 수행할 수 없어 용액내에서 나노입자들끼리의 서로 접촉 및 응집이 촉진되면서 비정상적으로 균일하지 못한 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브가 생성되는 문제점이 발생할 수 있다.
Also, one kind selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylalcohol and sodium dodecyl-benzene-sulfonate has a weight average molecular weight (Mw) of 35,000 to 45,000 Is preferably used. If the weight average molecular weight of the polyvinylpyrrolidone (PVP) is less than 35000, the bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube to be produced can obtain ultrafine nanoparticles, but the shape and boundary of the particles locally It is difficult to have a complete one-dimensional structure as a whole, and when it is more than 45000, when the same weight is added, it has a relatively small number of molecules, resulting in post-synthesis nucleated and grown tellurium nanoparticles (Bi 2 Te 3 ) nanotubes that are not uniformly uniform due to contact and agglomeration of the nanoparticles in the solution are promoted.

상기 단계 1에서 사용할 수 있는 용매는 올레일아민(Oleylamine)을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 올레일아민은 용매의 역할과 동시에 높은 온도조건에서 환원제를 넣지 않아도 몇몇 금속 이온을 환원시키는 환원제의 역할을 한다. 본 발명의 실시예 1에서는 상기 산화텔루륨(TeO2)을 올레일아민에 용해하는 예를 제시하고 있는데, 이때 상기 산화텔루륨(TeO2)은 올레일아민 내에서 이온화되어 텔루륨 이온(Te4 +) 상태로 존재하게 된다.
The solvent that can be used in step 1 is preferably oleylamine. The oleylamine functions as a solvent and serves as a reducing agent for reducing some metal ions without adding a reducing agent at high temperature. In Example 1 of the present invention, tellurium oxide (TeO 2 ) is dissolved in oleylamine. Tellurium oxide (TeO 2 ) is ionized in oleylamine to form tellurium ions Te 4 + ) state.

상기 용매에는 추가적으로 알칼리화제를 첨가하여 용액의 점도를 조절할 수 있다. 본 발명의 실시예 1에서는 대표적으로 수산화나트륨(NaOH)을 사용한 예를 제시하고 있는데, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
The viscosity of the solution can be controlled by adding an alkalizing agent to the solvent. In the first embodiment of the present invention, sodium hydroxide (NaOH) is used as an example, but the present invention is not limited thereto.

또한 본 발명에서 상기 단계 1의 산화텔루륨(TeO2)은 캡핑제를 포함하는 용매 전체 중량에 대하여 7 중량 % 내지 8 중량 % 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 만약 상기 캡핑제를 포함하는 용매 전체 중량에 대하여 7 중량 % 미만으로 혼합될 경우 비스무스와 텔루륨의 몰 비가 달라져 완전한 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 결정의 나노튜브를 제조하기 힘들다는 문제점이 있고, 8 중량 %를 초과하여 혼합될 경우 너무 많은 텔루륨 결정들로 인해 과도하게 응집되어 완벽한 1차원 구조의 나노구조물을 얻기 힘들다는 문제점이 있다.
In addition, the tellurium oxide (TeO 2 ) of the step 1 in the present invention is preferably included in the range of 7 wt% to 8 wt% with respect to the total weight of the solvent containing the capping agent. If the content of the capping agent is less than 7% by weight based on the total weight of the solvent containing the capping agent, the molar ratio of bismuth to tellurium varies, which makes it difficult to produce a complete bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) crystal nanotube If it exceeds 8 wt%, there is a problem that too much tellurium crystals are excessively aggregated and it is difficult to obtain a perfect one-dimensional nano structure.

상기 단계 1에서 텔루륨(Te) 전구체의 용해는 100 ℃ 내지 130 ℃에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 120 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 산화텔루륨(TeO2)의 용해온도가 100 ℃ 미만일 경우 산화텔루륨(TeO2)이 충분히 용해되지 않는 문제점이 발생할 수 있고, 130 ℃를 초과하는 경우 반응속도를 제어하는 것이 불가능하여 환원제 투입 전에 자체적으로 용매인 올레일아민의 환원작용으로 인해 먼저 환원이 일어나 텔루륨 구조를 제어하는데 문제가 발생할 수 있다.
The dissolution of the tellurium (Te) precursor in the step 1 is preferably carried out at 100 ° C to 130 ° C, more preferably at 120 ° C. The oxidation Tel when dissolution is less than the temperature 100 ℃ of tellurium (TeO 2) oxide tellurium (TeO 2) is sufficient and may cause insoluble problems, and it is not possible to control the reaction rate, if it exceeds 130 ℃ reducing agent added Previously, reduction may occur firstly due to the reducing action of the oleylamine, which is a solvent, to cause problems in controlling the tellurium structure.

상기 단계 1에서는 캡핑제, 산화텔루륨(TeO2) 및 알칼리화제가 용해된 혼합용액에 환원제를 첨가하여 텔루륨(Te) 나노와이어를 제조할 수 있다. 상기 단계 1의 환원제는 하이드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O) 또는 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 하이드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O)를 사용한다. 수소화붕소나트륨(NaBH4)은 하이드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O)보다 더욱 강력한 환원제로써, c축 방향으로 결정 구조상 특징이 있는 텔루륨이 부러지고 전형적으로 보라색을 띤 무정형(amorphous) 텔루륨(α-Te)을 나타내는 문제점이 있다.
In step 1, a tellurium (Te) nanowire can be prepared by adding a reducing agent to a mixed solution in which a capping agent, tellurium oxide (TeO 2 ) and an alkaline agent are dissolved. The reducing agent in step 1 is preferably hydrazine monohydrate (N 2 H 4 .H 2 O) or sodium borohydride (NaBH 4 ), more preferably hydrazine monohydrate (N 2 H 4 .H 2 O ) Is used. Sodium borohydride (NaBH 4 ) is a more potent reducing agent than hydrazine monohydrate (N 2 H 4 .H 2 O), which breaks down the tellurium, which is characteristic of crystal structure in the c-axis direction, and is typically amorphous, Tellurium (? -Te).

이때, 상기 단계 1의 텔루륨(Te) 나노와이어는 140 ℃ 내지 160 ℃의 온도에서 20분 내지 30분 동안 반응시켜 제조되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 160 ℃에서 20분간 반응시킨다.
At this time, the tellurium (Te) nanowire of step 1 is preferably prepared by reacting at 140 to 160 ° C for 20 to 30 minutes, more preferably at 160 ° C for 20 minutes.

만약 상기 텔루륨(Te) 나노튜브의 제조가 140 ℃미만의 온도에서 수행된다면, 반응에 필요한 최소한의 열역학적 에너지가 투입되지 않음으로써 긴 반응시간이 필요할 뿐만 아니라 반응하지 못한 텔루륨(Te4+) 이온과 텔루륨(Te) 금속이 혼합되어 존재하는 문제가 발생할 수 있고, 180 ℃초과의 온도에서 수행될 경우, 반응이 급격하게 진행되어 나노 튜브의 구조가 불안정적으로 제조되는 문제가 발생할 수 있다. 또한 상기 텔루륨(Te) 나노튜브의 반응시간이 20분 미만일 경우, 텔루륨이 충분히 환원되지 못하여 텔루륨(Te) 나노튜브와 텔루륨 이온(Te4+)이 혼재된 생성물이 얻어질 수 있고, 30분 이상을 초과하게 되면 텔루륨(Te)의 결정밀도가 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.If the preparation of the tellurium (Te) nanotubes is carried out at a temperature of less than 140 ° C., a long reaction time is required because the minimum thermodynamic energy required for the reaction is not supplied, and the unreacted tellurium (Te 4+ ) Ion and tellurium (Te) metal may be present in a mixed state. When the reaction is carried out at a temperature higher than 180 ° C., the reaction proceeds rapidly, and the nanotube structure may be unstably formed . When the reaction time of the tellurium (Te) nanotube is less than 20 minutes, the tellurium is not sufficiently reduced, and a product in which a tellurium (Te) nanotube and a tellurium ion (Te 4+ ) are mixed can be obtained , And if it exceeds 30 minutes, the crystallinity of tellurium (Te) may decrease.

상기 혼합용액에 환원제를 첨가하게 되면, 용매 내에 용해되어 있던 텔루륨 이온(Te4 +)의 환원반응이 진행되면서 텔루륨(Te) 나노튜브가 제조된다.
When a reducing agent is added to the mixed solution, the reduction reaction of tellurium ions (Te 4 + ) dissolved in the solvent proceeds to produce a tellurium (Te) nanotube.

다음으로 본 발명에 있어서, 상기 단계 2는 비스무트(Bi) 전구체 용액을 상기 단계 1의 텔루륨(Te) 나노튜브와 혼합하고 환원제를 첨가하여 혼합용액을 제조하는 단계이다. Next, the step 2 is a step of mixing a bismuth (Bi) precursor solution with the tellurium (Te) nanotubes of the step 1 and adding a reducing agent to prepare a mixed solution.

상기 단계 2에서 비스무트(Bi) 전구체 용액은 염화비스무트(BiCl3)를 올레일아민에 용해하여 제조하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용하는 비스무트(Bi)는 1차원 나노구조체에서 제백(Seebeck) 효율과 낮은 열전전도를 동시에 나타내고, 향상된 열전특성을 나타낸다.In step 2, the bismuth (Bi) precursor solution is preferably prepared by dissolving bismuth chloride (BiCl 3 ) in oleylamine. Bismuth (Bi) used in the present invention simultaneously exhibits Seebeck efficiency and low thermal conductivity in a one-dimensional nanostructure, and exhibits improved thermoelectric properties.

상기 단계 2에서 비스무트(Bi) 전구체 용액을 상기 단계 1의 텔루륨 나노튜브와 혼합한 뒤 첨가하는 환원제는 상기 단계 1에서 사용한 환원제와 동일한 것으로서 하이드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O) 또는 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 하이드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O)를 사용한다. 상기 단계 2에서 사용하는 환원제는 비스무트 이온(Bi3+)으로부터 환원된 비스무트(Bi)가 텔루륨(Te) 나노와이어의 표면에 부착될 때, 두 금속의 계면에서 서로 다른 방향으로 확산이 발생하여 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노와이어 결정이 생성되도록 하는 역할을 한다. 더욱 상세하게는 미리 얻어진 텔루륨(Te) 나노와이어를 포함하는 반응기에 비스무트(Bi) 전구체 용액을 넣어 용해시킨 후 환원제를 첨가하면 즉시 비스무트 이온(Bi3 +)에서 비스무트 원자(Bi)로 환원됨과 동시에 텔루륨 나노튜브의 표면에서 비스무트 원자와 텔루륨 원자의 상호확산에 의해 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브 결정이 발생하기 시작한다.
The reducing agent to be added after mixing the bismuth (Bi) precursor solution with the tellurium nanotubes of the step 1 in the step 2 is the hydrazine monohydrate (N 2 H 4 .H 2 O) or It is preferable to use sodium borohydride (NaBH 4 ), more preferably hydrazine monohydrate (N 2 H 4 .H 2 O). When the bismuth (Bi) reduced from the bismuth ion (Bi 3+ ) is attached to the surface of the tellurium (Te) nanowire, the reducing agent used in the step 2 diffuses in different directions at the interface between the two metals Bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanowire crystal is formed. More specifically, when a solution containing a bismuth (Bi) precursor is dissolved in a reactor containing a previously obtained tellurium (Te) nanowire and then a reducing agent is added, bismuth ions (Bi 3 + ) are immediately reduced to bismuth atoms At the same time, bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube crystals start to be generated by mutual diffusion of bismuth atoms and tellurium atoms on the surface of the tellurium nanotubes.

다음으로 본 발명에 있어서, 상기 단계 3은 상기 단계 2의 혼합용액을 열처리하여 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 제조하는 단계이다.Next, in the present invention, the step 3 is a step of preparing a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube by heat-treating the mixed solution of the step 2.

이 때, 상기 열처리는 150 ℃ 내지 160 ℃의 온도에서 60분 내지 80분 동안 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 160 ℃에서 60분 동안 수행된다. 만약 상기 열처리가 150 ℃ 미만의 온도에서 수행될 경우, 긴 반응시간이 필요할 뿐만 아니라 반응하지 못한 비스무스(Bi) 또는 텔루륨(Te)이 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 입자와 혼합되어 석출되는 문제가 발생할 수 있고, 160 ℃ 초과의 온도에서 수행될 경우, 환원된 비스무스(Bi) 원자의 확산속도가 텔루륨(Te) 원자의 확산속도보다 빨라 나노튜브가 결정구조상 c축으로 약한 기계적 강도로 인하여 국부적으로 끊어져 짧고 불균일한 모양으로 비스무스 텔루라이드 나노튜브가 성장하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
At this time, the heat treatment is preferably performed at a temperature of 150 to 160 DEG C for 60 to 80 minutes, more preferably at 160 DEG C for 60 minutes. If the heat treatment is carried out at a temperature of less than 150 ° C, a long reaction time is required, and bismuth (Bi) or tellurium (Te) which has not reacted is mixed with bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) Problems may arise and the diffusion rate of reduced bismuth (Bi) atoms is faster than the diffusion rate of tellurium (Te) atoms when performed at a temperature higher than 160 DEG C, so that the nanotubes have a weak mechanical strength in the c- Resulting in a problem that the bismuth telluride nanotube grows in a short and uneven shape due to local breakage.

또한 상기 열처리 시간이 60분 미만일 경우, 텔루륨(Te)과 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브가 혼재된 생성물이 얻어질 수 있고, 80분 초과일 경우, 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 결정밀도가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.When the heat treatment time is less than 60 minutes, a product containing a mixture of tellurium (Te) and bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes can be obtained. When the annealing time is longer than 80 minutes, bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) The crystal density of the nanotubes may decrease.

상기 단계 2에서 제조된 혼합용액에 열처리를 수행하게 되면 생성된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브 결정이 성장하여 직경이 작고 내부에 기공구조를 가지는 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브가 제조된다.The resultant bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube crystal grows to form a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nano-scale structure having a small diameter and a pore structure therein A tube is produced.

제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브는 내부에 빈 공간을 가져 감소된 열전도도 특성을 가지고, 1차원 구조를 가져 양자구속효과에 의해 전자운동을 증가시켜 높은 전기전도도 값을 유지할 수 있다. 상기와 같은 특성으로 인하여 열전물질의 열전특징을 나타내는 열전성능지수를 증가시킬 수 있고 열전물질로 유용하게 사용할 수 있다.
The produced bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube has a void space inside and has a reduced thermal conductivity property, and has a one-dimensional structure, thereby increasing the electron movement by the quantum confinement effect, thereby maintaining a high electric conductivity value have. Due to the above characteristics, the thermoelectric performance index indicating the thermoelectric characteristics of the thermoelectric material can be increased and the thermoelectric material can be usefully used.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조되는 비스무트 텔루라이드 (Bi2Te3) 나노튜브를 제공한다.The present invention also provides a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube produced according to the above-described production method.

상기 방법에 따라 제조된 나노튜브는 1차원 나노구조체로서 약 50 nm 이하의 직경과 내부에 기공구조를 가지는 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브가 제조된다. 상기 나노튜브는 1차원 구조 및 작은 직경을 가짐으로써 양자구속효과가 발현될 수 있도록 하고, 전자가 축을 따라 움직이도록 제한함으로써 2차원의 양자우물(Quantum) 구조나 3차원의 벌크(Bulk)물질보다 더 큰 전기전도도를 가진다. 또한 1차원 구조의 내부에는 빈 공간을 가지도록 하여 열을 전달하는 역할을 하는 포논(phonon)을 산란시켜 낮은 열전도도를 가지도록 하여, 결과적으로 향상된 열전특성을 가지는 비스무트 텔루라이드 (Bi2Te3) 나노튜브를 제공한다.
The nanotubes produced according to the above method are produced as bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes having a diameter of about 50 nm or less and a pore structure as a one-dimensional nanostructure. The nanotubes have a one-dimensional structure and a small diameter so that the quantum confinement effect can be expressed and the electrons can be restricted to move along the axis to form a two-dimensional quantum structure or a three-dimensional bulk material Have a higher electrical conductivity. In addition, a phonon, which serves as a heat transferring material, is scattered inside the one-dimensional structure to have a vacant space to have a low thermal conductivity. As a result, bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) Nanotubes.

또한, 본 발명은 상기 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 포함하는 열전소자를 제공한다. 구체적으로 본 발명에서 제조된 나노튜브를 이용하여 열전소자를 제조할 경우 열전성능지수를 향상시켜 소자의 효율이나 가격면에서 경제성을 향상시킬 수 있으며 제조된 열전소자는 열전발전 뿐만 아니라 열전반도체를 이용한 각종 센서의 개발 등에 사용할 수 있다.
The present invention also provides a thermoelectric device including the bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube. Specifically, when a thermoelectric device is manufactured using the nanotubes produced in the present invention, it is possible to improve the thermoelectric performance index to improve the efficiency and cost of the device, and the thermoelectric device can be used not only as a thermoelectric generator, It can be used for the development of various sensors.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

<실시예 1> 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조 1Example 1 Production of Bismuth Telluride (Bi 2 Te 3 ) Nanotube 1

300 mL 용량의 플라스크에 50 mL의 에틸렌글리콜(구입처: Samchun Pure Chemical Co., Ltd., 순도: 99.5 %), 0.8 g의 수산화나트륨(구입처: Jin chemical pharmaceutical co., Ltd., 순도: 99 %), 5 g의 트리옥틸포스핀 옥사이드(TOPO, 구입처: Aldrich, 순도: 90 %), 0.1 g의 폴리비닐피롤리돈(PVP, 구입처: Aldrich, 분자량: 40000)을 넣고 120 ℃까지 승온시켜 상기 용액을 용해시키고, 0.479 g 의 산화텔루륨(TeO2, 구입처: Aldrich, 순도: 99% 이상)을 넣고 용해시켰다. 이후 160 ℃까지 온도를 가온하고 환원제로서 0.3 mL의 히드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O, 구입처: Aldrich, 순도: 64 % 내지 65 %)를 첨가한 후 20 분간 반응시켜 텔루륨(Te) 나노튜브를 제조하였다.50 mL of ethylene glycol (purchased from Samchun Pure Chemical Co., Ltd., purity: 99.5%), 0.8 g sodium hydroxide (purchased from Jin chemical pharmaceutical co., Ltd., purity: 99% in a 300 mL flask ), 5 g of trioctylphosphine oxide (TOPO, purchased from Aldrich, purity: 90%), and 0.1 g of polyvinylpyrrolidone (PVP, purchased from Aldrich, molecular weight: 40000) were added and heated up to 120 ° C. The solution was dissolved and 0.479 g of tellurium oxide (TeO 2 , Purchased from Aldrich, purity: 99% or more). After warming the temperature to 160 ℃ and hydrazine monohydrate in 0.3 mL as a reducing agent (N 2 H 4 · H 2 O, point of purchase: Aldrich, purity: 64% to 65%) by 20 minutes of reaction after addition of tellurium (Te ) Nanotubes were prepared.

또한 20 mL의 삼각 플라스크에 0.631 g의 염화 비스무트(BiCl3, 구입처: Aldrich, 순도: 98 % 이상)를 10 mL의 에틸렌글리콜(구입처: Samchun Pure Chemical Co., Ltd., 순도: 99.5 %)에 용해시켜 비스무트 전구체 용액을 제조하였다. 상기 제조된 비스무트 전구체 용액을 텔루륨 나노튜브가 제조된 플라스크에 혼합한 다음 5 mL의 히드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O, 구입처: Aldrich, 순도: 64 ~ 65 %)를 첨가한 뒤, 160 ℃에서 60분 동안 반응시켜 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 제조하였다.To a 20 mL Erlenmeyer flask was added 0.631 g of bismuth chloride (BiCl 3 , purchased from Aldrich, purity: 98% or more) to 10 mL of ethylene glycol (purchased from Samchun Pure Chemical Co., Ltd., purity: 99.5%) To prepare a bismuth precursor solution. The prepared bismuth precursor solution was mixed with a tellurium nanotube-made flask, and then 5 mL of hydrazine monohydrate (N 2 H 4 .H 2 O, purchased from Aldrich, purity: 64 to 65%) was added , by reacting for 60 minutes at 160 ℃ to prepare a bismuth telluride (Bi 2 Te 3) nanotubes.

상기 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 여과하고 에탄올로 세척하여 70 ℃ 내지 80 ℃ 온도로 건조하여 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조를 완성하였다.
The prepared bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube was filtered, washed with ethanol, and dried at 70 ° C to 80 ° C to complete the production of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes.

<실시예 2> 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조 2Example 2: Preparation of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube 2

폴리비닐피롤리돈을 0.2 g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 제조하였다.
Bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.2 g of polyvinylpyrrolidone was used.

<실시예 3> 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조 3&Lt; Example 3 > Preparation of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube 3

폴리비닐피롤리돈을 0.3 g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 제조하였다.
Bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.3 g of polyvinylpyrrolidone was used.

<비교예 1> 트리옥틸포스핀 옥사이드가 첨가된 텔루륨(Te) 나노튜브의 제조 COMPARATIVE EXAMPLE 1 Preparation of Tellurium (Te) Nanotube Added with Trioctylphosphine Oxide

300 mL 용량의 플라스크에 50 mL의 에틸렌글리콜(구입처: Samchun Pure Chemical Co., Ltd., 순도: 99.5 %), 0.8 g의 수산화나트륨(구입처: Jin chemical pharmaceutical co., Ltd., 순도: 99 %), 5 g의 트리옥틸포스핀 옥사이드(TOPO, 구입처: Aldrich, 순도: 90 %)를 넣고 120 ℃까지 승온시켜 상기 용액을 용해시키고, 0.479 g의 산화텔루륨(TeO2, 구입처: Aldrich, 순도: 99% 이상)을 넣고 용해시켰다. 이후 160 ℃까지 온도를 가온하고 환원제로서 0.3 mL의 히드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O, 구입처: Aldrich, 순도: 64 % 내지 65 %)를 첨가한 후 20 분간 반응시켜 텔루륨(Te) 나노튜브를 제조하였다.In a 300 mL flask, 50 mL of ethylene glycol (purchased from Samchun Pure Chemical Co., Ltd., purity: 99.5%) and 0.8 g of sodium hydroxide (purchased from Jin chemical pharmaceutical co., Ltd., purity: 99% ) And 5 g of trioctylphosphine oxide (TOPO, purchased from Aldrich, purity: 90%) were charged, the temperature of the solution was raised to 120 ° C to dissolve the solution, and 0.479 g of tellurium oxide (TeO 2 , Purchased from Aldrich, purity: 99% or more). After warming the temperature to 160 ℃ and hydrazine monohydrate in 0.3 mL as a reducing agent (N 2 H 4 · H 2 O, point of purchase: Aldrich, purity: 64% to 65%) by 20 minutes of reaction after addition of tellurium (Te ) Nanotubes were prepared.

상기 제조된 텔루륨 나노튜브를 여과하고 에탄올로 세척하여 70 ℃ 내지 80 ℃ 온도로 건조하여 텔루륨 나노튜브의 제조를 완성하였다.
The prepared tellurium nanotubes were filtered, washed with ethanol, and dried at 70 ° C to 80 ° C to complete the preparation of the tellurium nanotubes.

<비교예 2> 폴리비닐피롤리돈이 첨가된 텔루륨(Te) 나노튜브의 제조 &Lt; Comparative Example 2 > Preparation of tellurium (Te) nanotubes to which polyvinylpyrrolidone was added

300 mL 용량의 플라스크에 50 mL의 에틸렌글리콜(구입처: Samchun Pure Chemical Co., Ltd., 순도: 99.5 %), 0.8 g의 수산화나트륨(구입처: Jin chemical pharmaceutical co., Ltd., 순도: 99 %), 0.3 g의 폴리비닐피롤리돈(PVP, 구입처: Aldrich, 분자량: 40000)을 넣고 120 ℃까지 승온시켜 상기 용액을 용해시키고, 0.479 g 의 산화텔루륨(TeO2, 구입처: Aldrich, 순도: 99% 이상)을 넣고 용해시켰다. 이후 160 ℃까지 온도를 가온하고 환원제로서 0.3 mL의 히드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O, 구입처: Aldrich, 순도: 64 % 내지 65 %)를 첨가한 후 20 분간 반응시켜 텔루륨(Te) 나노튜브를 제조하였다.In a 300 mL flask, 50 mL of ethylene glycol (purchased from Samchun Pure Chemical Co., Ltd., purity: 99.5%) and 0.8 g of sodium hydroxide (purchased from Jin chemical pharmaceutical co., Ltd., purity: 99% ) And 0.3 g of polyvinylpyrrolidone (PVP, purchased from Aldrich, molecular weight: 40000) were charged and the solution was heated to 120 ° C to dissolve the solution, and 0.479 g of tellurium oxide (TeO 2 , Purchased from Aldrich, purity: 99% or more). After warming the temperature to 160 ℃ and hydrazine monohydrate in 0.3 mL as a reducing agent (N 2 H 4 · H 2 O, point of purchase: Aldrich, purity: 64% to 65%) by 20 minutes of reaction after addition of tellurium (Te ) Nanotubes were prepared.

상기 제조된 텔루륨 나노튜브를 여과하고 에탄올로 세척하여 70 ℃ 내지 80 ℃ 온도로 건조하여 텔루륨 나노튜브의 제조를 완성하였다.
The prepared tellurium nanotubes were filtered, washed with ethanol, and dried at 70 ° C to 80 ° C to complete the preparation of the tellurium nanotubes.

<비교예 3> 트리옥틸포스핀 옥사이드가 첨가된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조 &Lt; Comparative Example 3 > Preparation of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes to which trioctylphosphine oxide was added

300 mL 용량의 플라스크에 50 mL의 에틸렌글리콜(구입처: Samchun Pure Chemical Co., Ltd., 순도: 99.5 %), 0.8 g의 수산화나트륨(구입처: Jin chemical pharmaceutical co., Ltd., 순도: 99 %), 5 g의 트리옥틸포스핀 옥사이드(TOPO, 구입처: Aldrich, 순도: 90 %)를 넣고 120 ℃까지 승온시켜 상기 용액을 용해시키고, 0.479 g 의 산화텔루륨(TeO2, 구입처: Aldrich, 순도: 99% 이상)을 넣고 용해시켰다. 이후 160 ℃까지 온도를 가온하고 환원제로서 0.3 mL의 히드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O, 구입처: Aldrich, 순도: 64 % 내지 65 %)를 첨가한 후 20 분간 반응시켜 텔루륨(Te) 나노튜브를 제조하였다.In a 300 mL flask, 50 mL of ethylene glycol (purchased from Samchun Pure Chemical Co., Ltd., purity: 99.5%) and 0.8 g of sodium hydroxide (purchased from Jin chemical pharmaceutical co., Ltd., purity: 99% ) And 5 g of trioctylphosphine oxide (TOPO, purchased from Aldrich, purity: 90%) were charged, the temperature of the solution was raised to 120 ° C to dissolve the solution, and 0.479 g of tellurium oxide (TeO 2 , Purchased from Aldrich, purity: 99% or more). After warming the temperature to 160 ℃ and hydrazine monohydrate in 0.3 mL as a reducing agent (N 2 H 4 · H 2 O, point of purchase: Aldrich, purity: 64% to 65%) by 20 minutes of reaction after addition of tellurium (Te ) Nanotubes were prepared.

20 mL의 삼각 플라스크에 0.631 g의 염화 비스무트(BiCl3, 구입처: Aldrich, 순도: 98 % 이상)를 10 mL의 에틸렌글리콜(구입처: Samchun Pure Chemical Co., Ltd., 순도: 99.5 %)에 용해시켜 비스무트 전구체 용액을 제조하였다. 상기 제조된 비스무트 전구체 용액을 텔루륨 나노튜브가 제조된 플라스크에 혼합한 다음 5 mL의 히드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O, 구입처: Aldrich, 순도: 64 ~ 65 %)를 첨가하고 160 ℃에서 60분 동안 반응시켜 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 제조하였다.Dissolve 0.631 g of bismuth chloride (BiCl 3 , purchased from Aldrich, purity: 98% or more) in 10 mL of ethylene glycol (purchased from Samchun Pure Chemical Co., Ltd., purity: 99.5%) into a 20 mL Erlenmeyer flask To prepare a bismuth precursor solution. The prepared bismuth precursor solution was mixed with a tellurium nanotube-made flask, and then 5 mL of hydrazine monohydrate (N 2 H 4 .H 2 O, purchased from Aldrich, purity: 64-65% Lt; 0 &gt; C for 60 minutes to prepare bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes.

상기 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 여과하고 에탄올로 세척하여 70 ℃ 내지 80 ℃ 온도로 건조하여 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조를 완성하였다.
The prepared bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube was filtered, washed with ethanol, and dried at 70 ° C to 80 ° C to complete the production of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes.

<비교예 4> 폴리비닐피롤리돈이 첨가된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조 &Lt; Comparative Example 4 > Preparation of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes to which polyvinylpyrrolidone was added

300 mL 용량의 플라스크에 50 mL의 에틸렌글리콜(구입처: Samchun Pure Chemical Co., Ltd., 순도: 99.5 %), 0.8 g의 수산화나트륨(구입처: Jin chemical pharmaceutical co., Ltd., 순도: 99 %), 0.3 g의 폴리비닐피롤리돈(PVP, 구입처: Aldrich, 분자량: 40000)을 넣고 120 ℃까지 승온시켜 상기 용액을 용해시키고, 0.479 g 의 산화텔루륨(TeO2, 구입처: Aldrich, 순도: 99% 이상)을 넣고 용해시켰다. 이후 160 ℃까지 온도를 가온하고 환원제로서 0.3 mL의 히드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O, 구입처: Aldrich, 순도: 64 % 내지 65 %)를 첨가한 후 20 분간 반응시켜 텔루륨(Te) 나노튜브를 제조하였다.In a 300 mL flask, 50 mL of ethylene glycol (purchased from Samchun Pure Chemical Co., Ltd., purity: 99.5%) and 0.8 g of sodium hydroxide (purchased from Jin chemical pharmaceutical co., Ltd., purity: 99% ) And 0.3 g of polyvinylpyrrolidone (PVP, purchased from Aldrich, molecular weight: 40000) were charged and the solution was heated to 120 ° C to dissolve the solution, and 0.479 g of tellurium oxide (TeO 2 , Purchased from Aldrich, purity: 99% or more). After warming the temperature to 160 ℃ and hydrazine monohydrate in 0.3 mL as a reducing agent (N 2 H 4 · H 2 O, point of purchase: Aldrich, purity: 64% to 65%) by 20 minutes of reaction after addition of tellurium (Te ) Nanotubes were prepared.

20 mL의 삼각 플라스크에 0.631 g의 염화 비스무트(BiCl3, 구입처: Aldrich, 순도: 98 % 이상)를 10 mL의 에틸렌글리콜(구입처: Samchun Pure Chemical Co., Ltd., 순도: 99.5 %)에 용해시켜 비스무트 전구체 용액을 제조하였다. 상기 제조된 비스무트 전구체 용액을 텔루륨 나노튜브가 제조된 플라스크에 혼합한 다음 5 mL의 히드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O, 구입처: Aldrich, 순도: 64 ~ 65 %)를 첨가하고 160 ℃에서 60분 동안 반응시켜 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 제조하였다.Dissolve 0.631 g of bismuth chloride (BiCl 3 , purchased from Aldrich, purity: 98% or more) in 10 mL of ethylene glycol (purchased from Samchun Pure Chemical Co., Ltd., purity: 99.5%) into a 20 mL Erlenmeyer flask To prepare a bismuth precursor solution. The prepared bismuth precursor solution was mixed with a tellurium nanotube-made flask, and then 5 mL of hydrazine monohydrate (N 2 H 4 .H 2 O, purchased from Aldrich, purity: 64-65% Lt; 0 &gt; C for 60 minutes to prepare bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes.

상기 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 여과하고 에탄올로 세척하여 70 ℃ 내지 80 ℃ 온도로 건조하여 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조를 완성하였다.
The prepared bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube was filtered, washed with ethanol, and dried at 70 ° C to 80 ° C to complete the production of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes.

<비교예 5> 텔루륨(Te) 나노와이어의 제조 3&Lt; Comparative Example 5 > Preparation of tellurium (Te) nanowire 3

300 mL용량의 플라스크에 50 mL의 올레일아민(구입처:Samchum Pure Chemical Co., Ltd., 순도: 99.5 %), 0.8 g의 수산화나트륨(구입처: Jin chemical pharmaceurtical co., Ltd., 순도: 99 %), 5 g의 트리옥틸포스핀옥사이드(TOPO, 구입처:Aldrich, 순도 90 %), 0.3 g의 폴리비닐피롤리돈(PVP, 구입처 Aldrich, 분자량 40000)을 넣고 용해시켰다. 이후 160 ℃까지 온도를 가온하고 환원제로서 0.3 mL의 히드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O, 구입처:Aldrich, 순도: 64 % 내지 65 %)를 첨가한 후 20 분간 반응시켜 텔루륨(Te) 나노와이어를 제조하였다. To a 300 mL flask was added 50 mL of oleylamine (purchased from Samchum Pure Chemical Co., Ltd., purity: 99.5%) and 0.8 g of sodium hydroxide (purchased from Jin chemical pharmacurtical co., Ltd., purity: 99 , 5 g of trioctylphosphine oxide (TOPO, purchased from Aldrich, purity of 90%) and 0.3 g of polyvinylpyrrolidone (PVP, purchased from Aldrich, molecular weight of 40000). Thereafter, the temperature was raised to 160 ° C and 0.3 mL of hydrazine monohydrate (N 2 H 4 .H 2 O, purchased from Aldrich, purity: 64% to 65%) was added as a reducing agent, Wire.

상기 제조된 텔루륨 나노와이어를 여과하고 에탄올로 세척하여 70 ℃ 내지 80℃의 온도에서 건조하여 텔루륨 나노와이어를 제조를 완성하였다.
The prepared tellurium nanowire was filtered, washed with ethanol and dried at a temperature of 70 ° C to 80 ° C to prepare a tellurium nanowire.

<비교예 6> 텔루륨(Te) 나노와이어의 제조 4&Lt; Comparative Example 6 > Preparation of tellurium (Te) nanowire 4

비교예 5에서 5 g의 트리옥틸포스핀 옥사이드를 대신하여 5 g의 소듐도데실벤젠설포네이트를 사용한 것을 제외하고는 비교예 5와 동일한 방법으로 텔루륨(Te) 나노와이어를 제조하였다.
A tellurium (Te) nanowire was prepared in the same manner as in Comparative Example 5, except that 5 g of sodium dodecylbenzenesulfonate was used in place of 5 g of trioctylphosphine oxide in Comparative Example 5.

<비교예 7> 텔루륨(Te) 나노와이어의 제조 5&Lt; Comparative Example 7 > Preparation of tellurium (Te) nanowire 5

비교예 5에서 5 g의 트리옥틸포스핀 옥사이드를 대신하여 5 g의 폴리옥시에칠렌라우릴에텔을 사용한 것을 제외하고는 비교예 5와 동일한 방법으로 텔루륨(Te) 나노와이어를 제조하였다.
In Comparative Example 5, a tellurium (Te) nanowire was produced in the same manner as in Comparative Example 5, except that 5 g of polyoxyethylene lauryl ether was used instead of 5 g of trioctylphosphine oxide.



혼합되는 캡핑제의 종류

Types of capping agent to be mixed



제조되는
나노구조체



Manufactured
Nano structure

트리옥틸포스핀
옥사이드
(g)

Trioctylphosphine
Oxide
(g)

폴리비닐
피롤리돈
(g)

Polyvinyl
Pyrrolidone
(g)

소듐도데실벤젠
설포네이트
(g)

Sodium dodecylbenzene
Sulfonate
(g)

폴리옥시
에칠렌
라우릴에텔
(g)

Polyoxy
Ethylene
Lauryl Ether
(g)

실시예 1

Example 1

5

5

0.1

0.1

-

-

-

-

비스무스텔루라이드 나노튜브

Bismuth telluride nanotubes

실시예 2

Example 2

5

5

0.2

0.2

-

-

-

-

비스무스텔루라이드 나노튜브

Bismuth telluride nanotubes

실시예 3

Example 3

5

5

0.3

0.3

-

-

-

-

비스무스텔루라이드 나노튜브

Bismuth telluride nanotubes

비교예 1

Comparative Example 1

5

5

-

-

-

-

-

-

텔루륨 나노와이어

Tellurium nanowire

비교예 2

Comparative Example 2

-

-

0.3

0.3

-

-

-

-

텔루륨 나노와이어

Tellurium nanowire

비교예 3

Comparative Example 3

5

5

-

-

-

-

-

-

비스무스텔루라이드 나노튜브

Bismuth telluride nanotubes

비교예 4

Comparative Example 4

-

-

0.3

0.3

-

-

-

-

비스무스텔루라이드 나노와이어

Bismuth telluride nanowire

비교예 5

Comparative Example 5

5

5

0.3

0.3

-

-

-

-

텔루륨 나노와이어

Tellurium nanowire

비교예 6

Comparative Example 6

5

5

-

-

0.3

0.3

-

-

텔루륨 나노와이어

Tellurium nanowire

비교예7

Comparative Example 7

5

5

-

-

-

-

0.3

0.3

텔루륨 나노와이어

Tellurium nanowire

<실험예 1> 텔루륨(Te) 나노튜브 및 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 형태 및 미세구조 분석Experimental Example 1: Morphology and microstructure analysis of a tellurium (Te) nanotube and a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube

실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 5 내지 비교예 7에서 제조된 텔루륨(Te) 나노와이어 및 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브와 나노와이어의 형태 및 미세구조를 전계방사 주사전자현미경(제조사: Philips, 모델명: XL-30S FEG) 및 고해상도 투과전자현미경(제조사: FEI, 모델명: Tecnai G2)으로 촬영하여 도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6에 나타내었다.The morphology and microstructure of the tellurium (Te) nanowires and bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes and nanowires prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 5 to 7 were compared with those of the field emission scanning electron microscope (manufacturer: Philips, model name: XL-30S FEG) and high-resolution transmission electron microscope to (manufacturer:: FEI, Model Tecnai G 2) to record 1, 2, 3, 4, 5 and 6, Respectively.

도 1은 본 발명의 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에서 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 전계방사 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다. FIG. 1 is a photograph of a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube prepared in Examples 1, 2 and 3 of the present invention by field emission scanning electron microscopy.

도 1의 (a), (b) 및 (c)에서 볼 수 있듯이 캡핑제로서 트리옥틸포스핀 옥사이드와 폴리비닐피롤리돈을 혼합하여 사용함으로써 내부에 빈공간을 가지고 직경이 조절되는 비스무트 텔루라이트 나노튜브가 제조되는 것을 확인할 수 있었고, 폴리비닐피롤리돈의 양을 증가시킴에 따라 제조되는 비스무트 텔루라이드 나노튜브의 직경이 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 폴리비닐피롤리돈의 양이 0.3 g을 초과할 경우, 폴리비닐피롤리돈만을 0.3 g 사용하여 제조된 비교예 4의 비스무트 텔루라이드 나노튜브와 유사한 형태를 가지는 것을 확인할 수 있었고, 폴리비닐피롤리돈의 양이 0.1 g 미만일 경우, 트리옥틸포스핀 옥사이드만을 5 g 사용하여 제조된 비교예 3의 비스무트 텔루라이드 나노튜브와 유사한 형태를 가지는 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (c), by using trioctylphosphine oxide and polyvinylpyrrolidone as a capping agent, a bismuth tellurite It was confirmed that the nanotubes were produced. As the amount of polyvinylpyrrolidone was increased, it was observed that the diameter of the bismuth telluride nanotubes produced decreased. When the amount of polyvinylpyrrolidone was more than 0.3 g, it was confirmed that it had a form similar to that of the bismuth telluride nanotube of Comparative Example 4 prepared by using 0.3 g of polyvinylpyrrolidone alone, When the amount of the lauridone was less than 0.1 g, it was confirmed that the bismuth telluride nanotube of Comparative Example 3 had a shape similar to that of the bismuth telluride nanotube prepared using only 5 g of trioctylphosphine oxide.

도 2는 본 발명의 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에서 제조된 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 고해상도 투과전자현미경으로 촬영한 사진으로, 상기 사진을 통해 제조된 비스무스 텔루라이드 나노튜브의 미세구조를 더욱 정확히 관찰할 수 있었다. 더욱 상세하게 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 (a)와 (b)에 비해 실시예 3에서 제조된 (c)가 내부에 빈 공간을 가지고 직경이 감소된 형상을 가짐을 확인할 수 있었다. FIG. 2 is a photograph of a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube prepared in Examples 1, 2 and 3 of the present invention by a high-resolution transmission electron microscope. The bismuth telluride The microstructure of the rid nanotubes was more accurately observed. More specifically, it can be confirmed that (c) prepared in Example 3 has a hollow space with a reduced diameter in comparison with (a) and (b) prepared in Examples 1 and 2.

상기 캡핑제에 따른 나노구조체의 형상 변화는 각각의 캡핑제를 따로 사용하여 나노튜브를 제조한 비교예에서도 확인할 수 있었다. 도 3은 본 발명의 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 텔루륨 나노튜브를 전계방사 주사전자현미경으로 촬영한 사진이고, 도 4는 본 발명의 비교예 3 및 비교예 4에서 제조된 비스무트 텔루라이드 나노튜브를 전계방사 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다. 상기 도 3의 (a) 및 도 4의 (a)에서 볼 수 있듯이 캡핑제가 트리옥틸포스핀 옥사이드 일 때 나노구조체는 130 nm 내지 160 nm의 직경을 가지며, 캡핑제가 폴리비닐피롤리돈 일 때 나노구조체의 직경은 도 3의 (b) 및 도 4의 (b)에 나타난 바와 같이 25 nm 내지 40 nm임을 확인할 수 있었다.The shape change of the nanostructure according to the capping agent can be confirmed also in the comparative example in which the nanotubes were separately prepared using the respective capping agents. FIG. 3 is a photograph of a tellurium nanotube prepared in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention by a field emission scanning electron microscope, FIG. 4 is a photograph of the bismuth tellurium prepared in Comparative Example 3 and Comparative Example 4 of the present invention This is a photomicrograph of a ridged nanotube by field emission scanning electron microscope. As shown in FIG. 3A and FIG. 4A, when the capping agent is trioctylphosphine oxide, the nanostructure has a diameter of 130 nm to 160 nm, and when the capping agent is polyvinylpyrrolidone, It was confirmed that the diameter of the structure was 25 nm to 40 nm as shown in FIGS. 3 (b) and 4 (b).

각각의 캡핑제를 따로 사용하여 나노튜브를 제조함으로써 내부 구조의 차이점 또한 뚜렷하게 관찰할 수 있었다. 구체적으로 도 5의 (a)와 (b)에서 볼 수 있듯이 캡핑제로서 트리옥틸포스핀 옥사이드만이 첨가될 경우 직경이 크고 내부가 빈 나노구조체가 제조되며, 폴리비닐피롤리돈만을 사용할 경우 직경이 가는 나노구조체가 제조됨을 확인할 수 있었다.The difference in internal structure was also observed clearly by manufacturing the nanotubes separately using the respective capping agents. 5 (a) and 5 (b), when only trioctylphosphine oxide is added as a capping agent, a hollow nanostructure having a large diameter and a hollow interior is produced. When only polyvinylpyrrolidone is used, It was confirmed that a thin nano structure was produced.

상기 도 1 내지 도 5를 통하여 캡핑제로서 트리옥틸포스핀 옥사이드와 폴리비닐피롤리돈의 역할에 대하여 확인할 수 있었고, 캡핑제를 혼합하여 사용함으로써 직경이 작고 빈 공간을 가지는 나노튜브를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.1 to 5, the role of trioctylphosphine oxide and polyvinylpyrrolidone as a capping agent can be confirmed. By using a capping agent, it is possible to manufacture a nanotube having a small diameter and a hollow space .

본 발명의 비스무스 텔루라이드의 템플릿으로 사용되는 텔루륨 나노구조물의 형상은 최종 제조되는 비스부스 텔루라이드의 형상의 결정에 상당한 영향을 미치는데, 폴리비닐폴리비돈에 트리옥틸포스핀오갓이드 뿐만 아니라 다른 종류의 캡핑제를 적절한 비율로 혼합하여 본 발명의 비교예 5 내지 비교예 7에서 제조된 텔루륨 나노와이어의 형상변화를 통해 캡핑제의 종류에 따른 형상의 차이점들을 확연히 관찰할 수 있었다. 도 6(a)의 전계방사 주사전자현미경 사진에서 볼 수 있듯이 폴리비닐폴리비돈과 함께 트리옥틸포스핀옥사이드를 사용한 경우 50 nm 이하의 직경이 가늘고 매우 큰 종횡비(aspect ratio)를 가지는 1차원 나노와이어를 확인할 수 있었고, 도 6(b)에 나타난 바와 같이 폴리비닐폴리비돈과 함께 소듐도데실벤젠설포네이트를 사용한 경우 제조된 나노와이어간에 상당히 심한 응집이 있으며 나노와이어의 직경 또한 약 200 nm 정도로 매우 직경이 크다. 또한 도 6(c)와 같이 폴리비니폴리비돈과 함께 소듐도데실벤젠설포네이트를 함께 사용한 경우 1차원 나노와이어보다 3차원 구조의 나노벨트의 형태가 훨씬 많음을 관찰할 수 있었다. 따라서 직경이 작은 비스무스텔루라이드 나노튜브를 제조하기 위한 텔루륨 템플릿으로 폴리비닐폴리비돈과 트리옥틸포스핀옥사이드를 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
The shape of the tellurium nanostructure used as a template of the bismuth telluride of the present invention has a considerable influence on the determination of the shape of the final produced bis-bistuluride. In addition to trioctylphosphinothiad in polyvinylpolybdon, Type capping agent were mixed at appropriate ratios to observe differences in shape depending on the type of the capping agent through the change in the shape of the tellurium nanowires prepared in Comparative Examples 5 to 7 of the present invention. As shown in FIG. 6 (a), when trioctylphosphine oxide was used together with polyvinylpolybdon, a 1-dimensional nanowire having a diameter of 50 nm or less and a very large aspect ratio And as shown in FIG. 6 (b), when sodium dodecylbenzenesulfonate was used together with polyvinylpolybdone, there was considerable agglomeration between nanowires produced, and the diameter of the nanowires was also about 200 nm This is big. Also, when sodium dodecylbenzenesulfonate was used together with polyvinylpolybdone as shown in FIG. 6 (c), it was observed that the nanobelts of three-dimensional structure were much larger than those of one-dimensional nanowires. Therefore, it is preferable to use polyvinylpolybdon and trioctylphosphine oxide as a tellurium template for manufacturing a bismuth telluride nanotube having a small diameter.

<실험예 2> 텔루륨(Te) 나노튜브 및 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 결정구조 분석<Experimental Example 2> Crystal structure analysis of a tellurium (Te) nanotube and a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube

실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3 및 비교예 4에서 제조된 텔루륨(Te) 나노튜브 및 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 결정구조를 Cu - Kα선을 광원으로 사용하는 X-선 자동회절계(제조사: Rigaku, 모델명: D/max-2200V)를 사용하여 X-선 회절 분석하여 도 7, 도 8 및 도 9에 나타내었다.(Te) nanotubes and bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes prepared in Example 1, Example 2, Example 3, Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3 and Comparative Example 4 The crystal structure was analyzed by X-ray diffraction using an X-ray automatic diffractometer (manufacturer: Rigaku, model name: D / max-2200V) using a Cu - Kα line as a light source and shown in FIGS. 7, 8 and 9 .

도 7은 본 발명의 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에서 제조된 비스무트 텔루라이드 나노튜브의 X-선 회절 분석 그래프이고, 도 8은 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 텔루륨 나노튜브의 X-선 회절 분석 그래프이며, 도 9는 비교예 3 및 비교예 4에서 제조된 비스무트 텔루라이드 나노튜브 및 나노와이어의 X-선 회절 분석 그래프이다.FIG. 7 is a graph of X-ray diffraction analysis of bismuth telluride nanotubes prepared in Examples 1, 2 and 3 of the present invention, and FIG. 8 is a graph showing X-ray diffraction patterns of the tellurium nano- FIG. 9 is an X-ray diffraction analysis graph of the bismuth telluride nanotubes and nanowires prepared in Comparative Example 3 and Comparative Example 4. FIG.

도 7에서 볼 수 있듯이, 캡핑제로서 트리옥틸포스핀 옥사이드와 폴리비닐피롤리돈의 양에 따라 X-선 회절강도와 반가폭이 각각 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었고, 폴리비닐피롤리돈의 양을 증가시킴에 따라 제조되는 비스무트 텔루라이드 나노튜브에는 미세한 입자 크기 증가로 인하여 반가폭이 증가하는 경향을 확인할 수 있었다. 상기의 캡핑제에 따른 나노구조체의 결정구조는 각각의 캡핑제를 따로 사용하여 나노튜브를 제조한 비교예에서도 확인할 수 있었다. 특히 도 9의 그래프에서 비교예 3에서 제조된 나노튜브는 27도 근방에서 회절강도는 4,878, 반가폭은 0.263을 나타낸 반면 비교예 4에서 제조된 나노튜브는 회절강도는 1,800, 반가폭은 0.413의 수치를 나타내어 회절강도는 감소하고 반가폭은 증가하는 경향을 나타내었는데 상기와 같은 이유는 제조된 나노튜브의 미세한 입자크기로 인한 것이었다.As can be seen from FIG. 7, it was confirmed that the X-ray diffraction intensity and the half-value width were different depending on the amount of trioctylphosphine oxide and polyvinylpyrrolidone as the capping agent, and the amount of polyvinylpyrrolidone The bismuth telluride nanotubes prepared according to the present invention have a tendency to increase the half-width due to the increase of the fine particle size. The crystal structure of the nanostructure according to the above-described capping agent can be confirmed also in the comparative example in which the nanotubes were produced separately using the respective capping agents. In particular, in the graph of FIG. 9, the nanotubes prepared in Comparative Example 3 exhibited a diffraction intensity of 4,878 and a half-width of 0.263 in the vicinity of 27 degrees, whereas the nanotubes prepared in Comparative Example 4 had a diffraction intensity of 1,800 and a half-width of 0.413 The diffraction intensity was decreased and the half-value width was increased. The reason was as described above because of the fine particle size of the produced nanotubes.

상기 도 7, 도 8 및 도 9을 통하여 캡핑제로서 폴리비닐피롤리돈을 첨가하였을 경우 미세한 결정구조를 가지는 나노튜브가 제조됨을 확인할 수 있었다.7, 8, and 9, it was confirmed that when polyvinylpyrrolidone was added as a capping agent, a nanotube having a fine crystal structure was produced.

Claims (10)

트리옥틸포스핀옥사이드(tri-octylphosphineoxide, TOPO), 제 3 인산소다(Na3PO4·12H2O), 소듐도데실벤젠설퍼네이트(sodium dodecyl-benzene-sulfonate, SDBS) 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyl-trimethyl-ammonium-bromide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종과 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 및 에틸렌다이아미노테트라아세트산 염(sodium dodecyl-benzene-sulfonate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종으로 이루어진 캡핑제(capping agent)를 포함하는 용매에 산화텔루륨(TeO2)을 용해하고 환원제를 첨가하여 텔루륨 나노와이어를 제조하는 단계(단계 1);
비스무트 전구체 용액을 상기 단계 1의 텔루륨 나노와이어와 혼합하고 환원제를 첨가하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2의 혼합용액을 열처리하여 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 제조하는 단계(단계 3);
비스무트 전구체 용액을 상기 단계 1의 텔루륨 나노와이어와 혼합하고 환원제를 첨가하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2의 혼합용액을 열처리하여 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 제조하는 단계(단계 3);
를 포함하는 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법.
Trioctylphosphineoxide (TOPO), trisodium phosphate (Na 3 PO 4 12H 2 O), sodium dodecyl-benzene-sulfonate (SDBS) and cetyltrimethylammonium bromide ( 1 type selected from the group consisting of cetyl-trimethyl-ammonium-bromide and polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylalcohol and ethylenediaminotetraacetic acid salt (sodium dodecyl-benzene-sulfonate) Preparing tellurium nanowires by dissolving tellurium oxide (TeO 2 ) in a solvent including a capping agent selected from the group consisting of 1 and adding a reducing agent (step 1);
Mixing the bismuth precursor solution with the tellurium nanowire of step 1 and adding a reducing agent to prepare a mixed solution (step 2); And
Heat treating the mixed solution of step 2 to prepare a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube (step 3);
Mixing the bismuth precursor solution with the tellurium nanowire of step 1 and adding a reducing agent to prepare a mixed solution (step 2); And
Heat treating the mixed solution of step 2 to prepare a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube (step 3);
Bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) comprising a nanotube manufacturing method.
제 1 항에 있어서, 상기 단계 1의 트리옥틸포스핀옥사이드(tri-octylphosphineoxide, TOPO), 제 3 인산소다(Na3PO4·12H2O), 소듐도데실벤젠설퍼네이트(sodium dodecyl-benzene-sulfonate, SDBS) 및 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyl-trimethyl-ammonium-bromide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종과 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 및 에틸렌다이아미노테트라아세트산 염(sodium dodecyl-benzene-sulfonate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종은 중량 % 비로서 98:2 ~ 94:6 으로 혼합되는 것을 특징으로 하는 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법.
The method of claim 1, wherein tri-octylphosphineoxide (TOPO), trisodium phosphate (Na 3 PO 4 12H 2 O), sodium dodecyl-benzene- sulfonate (SDBS) and cetyltrimethylammonium bromide (cetyl-trimethyl-ammonium-bromide) selected from the group consisting of 1 polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (polyvinylalcohol) and ethylenediaminotetraacetic acid Method for producing bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes, characterized in that the mixture is selected from the group consisting of salt (sodium dodecyl-benzene-sulfonate) in a weight% ratio of 98: 2 ~ 94: 6 .
제 1 항에 있어서, 상기 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol) 및 에틸렌다이아미노테트라아세트산 염(sodium dodecyl-benzene-sulfonate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종은 35000 내지 45000의 중량평균분자량을 가지는 것을 특징으로 하는 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법.
2. The method according to claim 1, wherein the one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylalcohol and sodium dodecyl-benzene-sulfonate has a weight- (Bi 2 Te 3 ) nanotubes having a weight average molecular weight of 45,000.
제1항에 있어서, 상기 단계 1의 산화텔루륨(TeO2)은 캡핑제를 포함하는 용매 전체 중량에 대하여 7 내지 8 중량% 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법.
2. The bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) film according to claim 1, wherein the tellurium oxide (TeO 2 ) in the step 1 is contained in a range of 7 to 8 wt% based on the total weight of the solvent containing the capping agent. Method of manufacturing nanotubes.
제1항에 있어서, 상기 단계 1 및 단계 2의 환원제는 하이드라진 모노하이드레이트(N2H4·H2O) 또는 수소화붕소나트륨(NaBH4)인 것을 특징으로 하는 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법.
2. The bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) according to claim 1, wherein the reducing agent in steps 1 and 2 is hydrazine monohydrate (N 2 H 4 .H 2 O) or sodium borohydride (NaBH 4 ) Method of manufacturing nanotubes.
제1항에 있어서, 상기 단계 1의 텔루륨 나노와이어는 100 ℃ 내지 130 ℃의 온도에서 20분 내지 30분 동안 반응시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법.
The method according to claim 1, wherein the tellurium nanowire of step 1 is prepared by reacting at a temperature of 100 ° C. to 130 ° C. for 20 minutes to 30 minutes to prepare a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube Way.
제1항에 있어서, 상기 단계 2의 비스무트 전구체 용액은 비스무트 전구체를 올레일아민에 용해하여 제조하는 것을 특징으로 하는 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the Bi precursor solution of step 2 is a process for producing a bismuth telluride, characterized in that for preparing the mixture to dissolve the bismuth precursor in the oleyl amine (Bi 2 Te 3) nanotubes.
제1항에 있어서, 상기 단계 3의 열처리는 150 ℃ 내지 160 ℃의 온도에서 60분 내지 90분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브의 제조방법.
The method of claim 1 wherein the production of the third step of the heat treatment is bismuth telluride, characterized in that is carried out at a temperature of 150 ℃ to 160 ℃ for 60 minutes to 90 minutes (Bi 2 Te 3) nanotubes.
제1항에 따라 제조되는 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브.
Bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes prepared according to claim 1.
제13항의 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 포함하는 열전소자.A thermoelectric device comprising the bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotube of claim 13.
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