KR20140087963A - 금속 산화물 나노 구조체의 제조 방법 - Google Patents

금속 산화물 나노 구조체의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140087963A
KR20140087963A KR1020130002867A KR20130002867A KR20140087963A KR 20140087963 A KR20140087963 A KR 20140087963A KR 1020130002867 A KR1020130002867 A KR 1020130002867A KR 20130002867 A KR20130002867 A KR 20130002867A KR 20140087963 A KR20140087963 A KR 20140087963A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal oxide
solution
cellulose
paper
waste paper
Prior art date
Application number
KR1020130002867A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101432920B1 (ko
Inventor
유재수
고영환
Original Assignee
경희대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경희대학교 산학협력단 filed Critical 경희대학교 산학협력단
Publication of KR20140087963A publication Critical patent/KR20140087963A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101432920B1 publication Critical patent/KR101432920B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41B—SHIRTS; UNDERWEAR; BABY LINEN; HANDKERCHIEFS
    • A41B9/00—Undergarments
    • A41B9/02—Drawers or underpants for men, with or without inserted crotch or seat parts
    • A41B9/023—Drawers or underpants for men, with or without inserted crotch or seat parts with separate spaces for genitals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41B—SHIRTS; UNDERWEAR; BABY LINEN; HANDKERCHIEFS
    • A41B2300/00—Details of shirts, underwear, baby linen or handkerchiefs not provided for in other groups of this subclass
    • A41B2300/20—Inserts
    • A41B2300/22—Elastic inserts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41B—SHIRTS; UNDERWEAR; BABY LINEN; HANDKERCHIEFS
    • A41B2300/00—Details of shirts, underwear, baby linen or handkerchiefs not provided for in other groups of this subclass
    • A41B2300/30—Closures
    • A41B2300/332—Closures using elastic bands
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41B—SHIRTS; UNDERWEAR; BABY LINEN; HANDKERCHIEFS
    • A41B2400/00—Functions or special features of shirts, underwear, baby linen or handkerchiefs not provided for in other groups of this subclass
    • A41B2400/44—Donning facilities

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Reproductive Health (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

본 발명은 금속 산화물 나노 구조체의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 종이, 특히 폐종이를 재활용하여 종이를 구성하는 단위 섬유소 단위를 지지 몸체로 하여 나노 구조체을 형성함으로써, 저렴하고 간단한 공정으로 대면적 그리고 다량의 나노 구조체을 갖는 기능 소자를 제조할 수 있으며 폐종이를 재활용하여 환경에 친화적인 나노 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

금속 산화물 나노 구조체의 제조 방법{Method for manufacturing nano-structure}
본 발명은 금속 산화물 나노 구조체의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 종이, 특히 폐종이를 재활용하여 종이를 구성하는 단위 섬유소 단위를 지지 몸체로 하여 나노 구조체을 형성함으로써, 저렴하고 간단한 공정으로 대면적 그리고 다량의 나노 구조체을 갖는 기능 소자를 제조할 수 있으며 폐종이를 재활용하여 환경에 친화적인 나노 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
나노 기술은 원자, 분자 수준에서 물질을 물리적 혹은 화학적으로 제어하여 유용한 구조와 기능을 발현시키는 기술로, 이를 통해 종래와는 전혀 다른 원리의 디바이스를 구현할 수 있으며, 그 활용 가능성이 무궁무진할 것으로 기대되고 있다. 나노 기술은 향후 과학기술의 핵심적인 분야가 될 것으로 예상되고 있으며, 다른 기술들에 비해 기반이나 속도 면에서 훨씬 급속하게 성장하고 있다.
이와 함께, 물질의 나노 구조를 이용하여 새로운 전자소자나 광소자 등의 기능소자를 개발하려는 연구도 활발하게 이루어지고 있다. 나노 분말, 나노 와이어, 나노 튜브, 나노 로드, 나노 복합체 등 나노미터 크기의 구조체에서는 기존의 박막이나 벌크 형태에서와는 전혀 다른 광학적, 전기적, 자기적, 유전적 특성이 발현된다. 이러한 특성을 이용해 저전력으로 동작 효율을 높이거나, 기능소자의 성능을 향상시키려는 다양한 시도가 이루어지고 있다.
특히, 나노 로드, 나노 와이어, 나노 섬유와 같은 종횡비가 큰 1차원 나노 구조체는 넓은 표면적을 가질 수 있고 전위 밀도가 작고 결정성(crystallinity)이 높으며 나노 크기에 의한 양자크기 효과와 같은 물리적 특성을 지니기 때문에, 전자소자와 반도체 발광소자, 광소자뿐만 아니라, 환경관련 소재에 응용될 수 있고, 특히 반도체 나노 구조체의 경우, 단일 전자 트랜지스터 소자뿐만 아니라, 새로운 광소자 재료로 응용이 가능하다.
최근, 나노 로드를 다양한 전자소자나 광소자 등의 기능소자에 응용하려는 연구가 활발하게 이루어지고 있고, 나노 로드를 효율적으로 성장시킬 수 있는 다양한 방법이 개발되고 있다. 그러나 대면적의 기판에 나노 로드를 성장시키는 것은 실험실 수준에서만 수행되고 있으며 상용화되어 대량 생산이 불가능하다. 더욱이 나노 로드의 나노 구조체을 제조하기 위한 공정이 복잡하고 많은 비용이 소요된다는 문제점을 가진다.
본 발명은 종래 나노 구조체 제조 방법이 가지는 이러한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 종이의 주성분인 섬유소를 이용하여 간단한 공정으로 저렴하게 나노 구조체을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 나노 구조체을 갖는 기능 소자를 대면적으로 상용화 대량 생산할 수 있는 나노 구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 목적은 금속 산화물 나노 로드가 성장된 섬유소를 구비하는 성장 용액을 소정 모양의 틀형에 부어 다양한 모양의 기능 소자를 용이하게 제조할 수 있는 나노 구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 나노 구조체의 제조 방법은 종이로부터 섬유소를 생성하는 단계와, 생성한 섬유소를 금속 산화물 시드(seed) 용액에 넣어 섬유소를 시드 용액으로 코팅하는 단계와, 시드 용액이 코팅된 섬유소를 열처리하여 섬유소 표면에 금속 산화물 시드층을 형성하는 단계와, 금속 산화물 시드층이 형성된 섬유소를 성장 용액에 침지시켜 성장 용액에서 금속 산화물 나노 로드(rod)를 금속 산화물 시드층에 성장시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 섬유소는 종이를 초순수에 넣은 후 분쇄 교반하여 생성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에서 섬유소를 생성하는 단계는 폐종이를 에탄올에 넣은 후 분쇄 교반하여 폐종이에 존재하는 오염물질을 제거하는 단계와, 분쇄 교반한 폐종이를 초순수로 세척하는 단계와, 세척한 폐종이를 건조하여 섬유소를 생성하는 단계를 포함한다.
여기서 금속 산화물은 ZnO, TiO2, MnO2, NiO2, CuO 중에서 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 시드 용액에 초음파 진동을 가하여 섬유소를 시드 용액으로 코팅하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 시드 용액으로 코팅한 섬유소를 120도 내지 180도의 온도에서 10분 내지 60분 열처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 나노 구조체을 갖는 기능 소자의 제조 방법은 종이로부터 섬유소를 생성하는 단계와, 생성한 섬유소를 금속 산화물 시드(seed) 용액에 넣어 섬유소를 시드 용액으로 코팅하는 단계와, 시드 용액이 코팅된 섬유소를 열처리하여 섬유소 표면에 금속 산화물 시드층을 형성하는 단계와, 금속 산화물 시드층이 형성된 섬유소를 성장 용액에 침지시켜 성장 용액에서 금속 산화물 나노 로드(rod)를 금속 산화물 시드층에 성장시키는 단계와, 성장 용액을 소정 모양의 틀형에 넣어 건조시켜 나노 구조체을 갖는 기능 소자를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나노 구조체 제조 방법은 다음과 같은 다양한 효과를 가진다.
첫째, 본 발명에 따른 나노 구조체 제조 방법은 종이의 주성분인 섬유소를 나노 구조체 몸체로 이용하여 간단한 공정으로 저렴하게 나노 구조체을 제조할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 나노 구조체 제조 방법은 다량의 종이를 분쇄 교반하여 섬유소를 생성하고 섬유소 단위로 성장 용액에서 나노 구조체을 성장 형성함으로써, 나노 구조체 기능 소자를 대량 생산할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 나노 구조체 제조 방법은 금속 산화물 나노 로드가 성장된 섬유소를 구비하는 성장 용액을 소정 모양의 틀형에 넣어 다양한 모양의 기능 소자를 용이하게 제조할 수 있다.
넷째, 본 발명에 따른 나노 구조체의 제조 방법은 폐종이의 섬유소를 나노 구조체의 몸체로 이용하여 나노 구조체을 제조함으로써, 저렴하며 친환경적으로 나노 구조체 기능 소자를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 나노 구조체 제조 방법에 의해 제조된 나노 구조체을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에 따른 나노 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 나노 구조체 제조 방법에서 섬유소를 생성하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 나노 구조체 제조 방법에서 섬유소를 생성하는 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 나노 구조체의 제조 방법에서 섬유소에 시드층을 형성하는 방법의 일 예를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 나노 구조체 제조 방법에서 나노 로드를 성장하는 단계의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 기능 소자의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 기능 소자의 제조 방법에 의해 제조한 기능 소자의 촬영 사진의 일 예를 도시하고 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 의한 나노 구조체 제조 방법에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 나노 구조체 제조 방법에 의해 제조된 나노 구조체을 도시하고 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 나노 구조체(100)은 섬유소(110, cellulose, (C6H10O5)n)와 섬유소(110) 외주면에 형성되어 있는 시드층(120) 및 시드층(120) 표면에 형성되어 있는 나노 로드(130)를 포함한다. 이러한 나노 구조체(100)는 염료감응형 태양전지의 다공질 나노입자, 압전소자의 나노로드, 바이오 센서 등에 사용될 수 있다.
나노 구조체(100)의 나노 로드(130)는 섬유소(110)을 몸체로 하여 섬유소(110)의 외주면에 형성되어 있는 시드층(120) 표면에 형성되므로, 섬유소로 구성되어 있는 종이, 특히 폐종이를 이용하여 저렴하고 간단한 공정으로 제조 가능하다.
시드층(120)은 성장되는 나노 로드(130)와 동일한 산화금속물로 구성되는데, 시드층(120)과 나노 로드(130)는 ZnO, TiO2, MnO2, NiO2 또는 그 이외에 광학적·전기적 특성을 향상시킬 수 있는 다양한 물질이 이용될 수 있다.
나노 로드(130)는 다양한 화학적 합성법을 통해 금속 산화물을 성장시켜 생성하는데, 본 발명에서는 수열 합성법(hydrothermal synthesis method)을 통해 시드층(120)의 표면에 형성될 수 있다. 나노 로드(130)는 그 성장 과정에서 성장 조건의 변화, 예를 들어 성장 용액의 농도, 시드층(120)을 성장 용액에 침지해 두는 시간, 성장 용액의 온도 등에 따라 그 두께나 길이가 다양하게 조절될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 나노 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 종이를 물 또는 에탄올에 넣어 분쇄 교반하여 섬유소를 생성한다(S110). 오염되지 않은 종이의 경우 물에 넣어 분쇄 교반하여 직접 종이로부터 섬유소를 생성하며 오염된 종이의 경우 에탄올에 넣어 분쇄 교반하여 오염 물질을 제거하며 종이로부터 섬유소를 생성한다.
생성한 섬유소를 금속 산화물 시드(seed) 용액에 넣어 섬유소를 시드 용액으로 코팅하고(S120), 산화 금속물 시드 용액으로 코팅한 섬유소를 열처리하여 섬유소의 외주면에 시드층을 형성한다(S130). 섬유소에 금속 산화물 나노 로드를 성장시키기 위해서는 성장시키고자 하는 금속 산화물 나노 로드와 동일한 물질의 시드층이 형성되어야 한다. 먼저 섬유소를 금속 산화물 시드 용액에 넣어 섬유소 외주 표면을 금속 이온으로 코팅하고 금속 산화물 시드 용액에서 섬유소를 꺼내어 열처리를 통해 금속이온을 산화시켜 섬유소 외주면에 금속 산화물 시드층을 형성한다.
금속 산화물 시드층이 형성된 섬유소를 성장 용액에 침지하여 수열 합성법으금속 산화물 나노 로드를 성장시킨다(S140). 성장 용액에는 나노 로드를 구성하는 금속 이온이 함유되어 있으며 성장시키고자 하는 나노 로드의 길이와 두께에 따라 성장 용액의 농도, 침지해 두는 시간, 성장 용액의 온도를 변경할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 나노 구조체 제조 방법에서 섬유소를 생성하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참고로 오염되지 않은 종이를 사용하여 섬유소를 생성하는 방법의 일 예를 보다 구체적으로 살펴보면, 먼저 도 3(a)와 같이 분쇄기(11) 내부의 하우징을 물(13)로 채운 후 종이(15)를 넣는다. 분쇄기(11)는 회전날(미도시)에 의해 하우징 내부에 채워진 종이를 회전 분쇄하며 교반하는 역활을 수행한다.
도 3(b)와 같이 종이를 물(13)에서 분쇄 교반하는 경우 종이는 분해되어 섬유소(110)가 생성된다. 생성한 섬유소(110)를 분쇄기(11)에서 꺼내 물기를 제거하여 반건조한다. 종이의 분쇄 시간이 길수록 그리고 종이 체적이 물의 체적에 비해 상대적으로 작을수록 섬유소 단위로 용이하게 분해되는데, 바람직하게, 종이 체적을 물의 체적의 20% 이하로 혼합하는 경우 섬유소 단위로 용이하게 분해된다.
도 4는 본 발명에 따른 나노 구조체 제조 방법에서 섬유소를 생성하는 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참고로 오염된 종이를 사용하여 섬유소를 생성하는 방법의 일 예를 보다 구체적으로 살펴보면, 먼저 도 4(a)와 같이 분쇄기(21) 내부의 하우징을 클린징 용액(23)으로 채운 후 종이(25)를 넣는다. 오염된 종이에서 오염 물질은 최종 제조되는 나노 구조체의 기능을 저하시키거나 오동작을 일으킬 우려가 있으므로, 클린징 용액(23)을 이용하여 종이의 오염물질을 제거한다. 클린징 용액(23)은 종이의 오염 물질에 따라 오염 물질을 효과적으로 제거할 수 있는 용액이 사용될 수 있는데, 본 발명에서는 에탄올을 사용하여 종이의 오염 물질을 제거한다.
도 4(b)와 같이 종이를 클린징 용액(23)에서 분쇄하는 경우 종이는 분해되어 섬유소(110)를 생성한다.
도 4(c)와 같이 생성된 섬유소를 세척 건조기(30)의 내부 하우징(31)에 넣어 물로 세척 후 반건조한다. 세척 건조기(30)에는 입력밸브(33)와 출력밸브(35) 및 세척 건조기(30)에 내부에 구비되어 있는 건조유닛(미도시)을 구비하는데, 세척 건조기(30)의 내부에 생성된 섬유소는 1차 에탄올로 오염 물질이 제거된 상태이며, 입력 밸브(33)를 통해 입력된 물을 통해 생성된 섬유소로부터 오염 물질을 2차 제거한다. 2차 제거된 오염 물질은 출력 밸브(35)를 통해 물과 함께 배출된다. 한편, 오염 물질이 2차 제거된 섬유소는 건조 유닛에서 가해지는 통풍 또는 열에 의해 반건조된다.
도 5는 본 발명에 따른 나노 구조체의 제조 방법에서 섬유소에 시드층을 형성하는 방법의 일 예를 설명하는 도면이다.
도 (5)a를 참고로 섬유소를 딥코팅(Dip coating)법으로 코팅하는 단계를 보다 구체적으로 살펴보면, 금속 산화물 시드 용액(43)이 담겨진 코팅수조(41)에 생성한 섬유소(45)를 담근다. 성장 용액은 성장시키고자 하는 금속 성분이 포함되어 있다. 예를 들어, ZnO의 나노 로드를 성장시키고자 하는 경우 시드 용액(43)은 50mL의 물과 10mM의 아연 아세테이트 디하이드레이트(zinc acetate dehydrate,
Figure pat00001
)을 상온에서 교반하여 혼합한다. 시드 용액의 양은 위와 같은 농도의 비율로 제조 가능하다.
바람직하게, 코팅수조(41)의 하면에는 초음파 진동자(47)가 구비되어 있는데, 초음파 진동자(47)는 생성한 초음파을 시드 용액(43)으로 인가하여 섬유소(45)와 시드 용액(43)을 용이하게 혼합시킨다. 초음파는 심한 압축력과 감압력을 시드 용액(43)에 가하며, 시드 용액(43)에 가해진 압축력과 감압력은 시드 용액(43)의 섬유소(45)에 전달되어 뭉쳐있는 섬유소를 헤치며 동시에 섬유소(45) 전체를 시드 용액(43)으로 코팅시킨다.
도 5(b)를 참고로 시드층을 형성하는 단계를 보다 구체적으로 살펴보면, 시드 용액을 코팅한 섬유소를 열처리 유닛(50)의 내부 하우징(53)에 배치되어 있는 가열판(55)에 올려 놓은 후, 코팅한 섬유소(57)를 열처리한다. 열처리를 통해 코팅된 시드 용액은 산소와 결합하여 금속 산화물로 변환되며 섬유소 외주면 표면에 금속 산화물 시드층을 형성한다. 단위 섬유소를 확대하여 살펴보면, 섬유소(110)의 외주면 표면에 균일한 금속 산화물 시드층(120)이 형성된 것을 확인할 수 있다.
바람직하게, 입력 밸브(51)를 통해 산소를 주입하며 섬유소를 열처리함으로써, 단결정의 금속 산화물의 시드층을 보다 균일하게 형성할 수 있다. 열처리 조건을 살펴보면, 높은 열을 가할수록 균일한 양질의 금속 산화물 시드층을 형성할 수 있는데 열처리 온도가 180도를 넘어가는 경우 열에 약한 섬유소가 탄소로 변형되기 시작하였으며 120도 이하로 열처리를 하는 경우 열처리 효과가 미미함을 실험으로 확인할 수 있었다.
또한 열처리 시간이 길수록 균일한 양질의 금속 산화물 시드층을 형성할 수 있는데, 열치리 시간이 10분을 초과할 때부터 금속 산화물 시드층이 형성되었으며 열처리 시간이 60분을 초과하는 경우에는 더 이상 금속 산화물의 시드층에 변화가 발생하지 않았다. 바람직하게, 180도와 상온을 주기적으로 인가하여 열처리를 수행함으로써, 더욱 양호한 균일한 금속 산화물 시드층을 형성할 수 있었다.
도 6은 본 발명에 따른 나노 구조체 제조 방법에서 나노 로드를 성장하는 단계의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
수열 합성법(hydrothermal synthesis method), 화학기상 증착법(CVD method), 졸-젤법(sol-gel method) 등 다양한 방법으로 나노 로드를 성장시킬 수 있는데, 본 발명에서는 수열 합성법으로 나노 로드를 성장하는 일 예를 살펴본다.
성장수조(61)에 담겨진 성장 용액(63)에 시드층이 형성된 섬유소를 담근다. 가열판(65)으로 성장 용액(63)을 가열시키며 시드층의 표면에 나노 로드를 성장시킨다.
ZnO의 나노 로드를 성장시키는 예를 보다 구체적으로 살펴보면, ZnO는 투명 전도성 산화물 반도체로써, 매장량이 풍부하기 때문에 가격이 저렴하며, 화학적 열적으로 안정하며 전기적 광학적 특성이 우수하기 때문에 광소자 분야에 널리 사용되고 있다. 특히, 1차원 구조의 ZnO 나노 로드는 고품질의 결정성과 전자의 짧은 이동 경로를 가지고 있어, 광학적·전기적으로 매우 우수하여 각종 태양전지나 광센서 등에 매우 유용하게 적용되고 있다.
시드층이 형성된 섬유소를 78℃~90℃의 성장용액(63)에 5~12시간 침지시킨다. 성장용액(63)은 질산아연(zinc nitrate, Zn(NO3)2) 분말가루와 헥사메틸렌테트라아민(hexamethylene tetramine, (CH2)6N4)분말 가루를 같은 농도로 초순수(deionized water)에 혼합하여 생성한다.
이러한 성장용액(63)에 시드층이 형성된 섬유소를 침지시키면, 성장용액(63) 속에 생성된 OH-기와 Zn2 + 이온이 시드층과 화학반응을 일으켜 시드층 표면에 1차원 구조의 ZnO 결정이 형성된다. 이때, 1차원 구조의 ZnO의 성장 방향은 시드층의 표면에 c-plane축 방향이며, c-plane축 방향으로 ZnO 나노 로드가 성장한다. c-plane은 ZnO 또는 AZO의 원자 구조(Wurzite 구조)에서의 c축을 의미한다.
성장용액(63) 속에서 시드층 표면에 ZnO 나노 로드가 성장할 때의 화학 반응식은 다음과 같다.
(CH2)6N4 + 6H2O ⇒ 6CHOH + 4NH3
NH3 + H2O ⇒ NH4 + + OH-
Zn(NO3)2 + H2O ⇒ Zn2 + + 2HNO3
2OH- + Zn2 + ⇒ ZnO + H2O
이와 같이, 수열 합성법을 통해 나노 로드를 성장시킴에 있어서, 나노 로드를 구성하는 물질이 함유된 성장용액의 농도, 기판을 성장용액에 침지해 두는 시간, 성장용액의 온도를 조절함으로써, 기판 위에 성장되는 나노 로드의 두께와 길이를 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 기능 소자의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 가열판(1) 위에 제조하고자 하는 기능 소자 모양의 형틀(71)이 배치되어 있으며, 나노 로드가 성장한 섬유소가 포함되어 있는 성장 용액(200)을 형틀(71)에 부은다. 형틀(71)에 담겨진 성장 용액(200)을 건조시킨 후 형틀(71)을 제거하여 형틀(71) 모양에 대응하는 다양한 모양의 기능 소자를 제조한다.
나노 로드가 성장한 섬유소가 포함되어 있는 성장 용액(200)은 대량으로 제조 가능하며, 따라서 다수의 형틀을 구비하는 경우 다양한 모양의 기능 소자를 동시에 대량 생산이 가능하다.
더욱이 기능 소자 단위로 개별적으로 시드층을 열처리하거나 나노 로드를 성장할 필요가 없으므로 저렴한 비용으로 대량 생산이 가능하며, 대면적의 기능 소자도 상용화가 가능하다.
도 8(a)은 본 발명에 따른 기능 소자의 제조 방법에 따라 제조한 기능 소자의 상면의 일부분을 촬영한 사진이며, 도 8(b)는 기능 소자를 구성하는 단위 섬유소에 형성되어 있는 나노 로드를 촬영한 사진이다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
11, 21: 분쇄기 13:물
15, 25: 종이 23:클링징 용액
30: 세척 건조기 41: 코팅수조
43: 코팅 용액 47: 초음파 진동자
50: 열처리 유닛 61: 성장수조
63: 성장 용액 65: 가열판
71: 형틀
110: 섬유소 120: 시드층
130: 나노 로드

Claims (10)

  1. 종이로부터 섬유소를 생성하는 단계;
    상기 생성한 섬유소를 금속 산화물 시드(seed) 용액에 넣어 상기 섬유소를 상기 시드 용액으로 코팅하는 단계;
    상기 시드 용액이 코팅된 상기 섬유소를 열처리하여 상기 섬유소 표면에 금속 산화물 시드층을 형성하는 단계; 및
    상기 금속 산화물 시드층이 형성된 섬유소를 성장 용액에 침지시켜 상기 성장 용액에서 금속 산화물 나노 로드(rod)를 상기 금속 산화물 시드층에 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 섬유소는
    종이를 초순수에 넣은 후 분쇄 교반하여 생성되는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 섬유소를 생성하는 단계는
    폐종이를 에탄올에 넣은 후 분쇄 교반하여 상기 폐종이에 존재하는 오염물질을 제거하는 단계;
    상기 분쇄 교반한 폐종이를 초순수로 세척하는 단계; 및
    상기 세척한 폐종이를 건조하여 섬유소를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 금속 산화물은
    ZnO, TiO2, MnO2, NiO2, CuO 중에서 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시드 용액에 초음파 진동을 가하여 상기 섬유소를 상기 시드 용액으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 시드 용액으로 코팅한 섬유소를 120도 내지 180도의 온도에서 30분 내지 60분 열처리하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조 방법.
  7. 종이로부터 섬유소를 생성하는 단계;
    상기 생성한 섬유소를 금속 산화물 시드(seed) 용액에 넣어 상기 섬유소를 상기 시드 용액으로 코팅하는 단계;
    상기 시드 용액이 코팅된 상기 섬유소를 열처리하여 상기 섬유소 표면에 금속 산화물 시드층을 형성하는 단계;
    상기 금속 산화물 시드층이 형성된 섬유소를 성장 용액에 침지시켜 상기 성장 용액에서 금속 산화물 나노 로드(rod)를 상기 금속 산화물 시드층에 성장시키는 단계; 및
    상기 성장 용액을 소정 모양의 틀형에 넣어 건조시켜 나노 구조체을 갖는 기능 소자를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 기능 소자의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 섬유소를 생성하는 단계는
    폐종이를 에탄올에 넣은 후 분쇄 교반하여 상기 폐종이에 존재하는 오염물질을 제거하는 단계;
    상기 분쇄 교반한 폐종이를 초순수로 세척하는 단계; 및
    상기 세척한 폐종이를 건조하여 섬유소를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 기능 소자의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속 산화물 시드 용액에 초음파 진동을 가하여 상기 섬유소를 상기 시드 용액으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 기능 소자의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 시드 용액으로 코팅한 섬유소를 120도 내지 180도의 온도에서 10분 내지 60분 열처리하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 기능 소자의 제조 방법.
KR1020130002867A 2012-12-31 2013-01-10 금속 산화물 나노 구조체의 제조 방법 KR101432920B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20120157997 2012-12-31
KR1020120157997 2012-12-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140087963A true KR20140087963A (ko) 2014-07-09
KR101432920B1 KR101432920B1 (ko) 2014-08-21

Family

ID=51736790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130002867A KR101432920B1 (ko) 2012-12-31 2013-01-10 금속 산화물 나노 구조체의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101432920B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190135198A (ko) * 2018-05-28 2019-12-06 울산과학기술원 슈퍼 커패시터 및 그 제조 방법
US11827525B1 (en) 2022-09-07 2023-11-28 Imam Mohammad Ibn Saud Islamic University Method of fabricating metal oxide nanomaterials using a thermally decomposable solid substrate

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101803144B1 (ko) 2015-08-10 2017-11-30 경희대학교 산학협력단 고성능 슈퍼 커패시터를 위한 플렉시블 전극 및 그 제조 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190135198A (ko) * 2018-05-28 2019-12-06 울산과학기술원 슈퍼 커패시터 및 그 제조 방법
US11827525B1 (en) 2022-09-07 2023-11-28 Imam Mohammad Ibn Saud Islamic University Method of fabricating metal oxide nanomaterials using a thermally decomposable solid substrate

Also Published As

Publication number Publication date
KR101432920B1 (ko) 2014-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tu et al. Piezocatalysis and piezo‐photocatalysis: catalysts classification and modification strategy, reaction mechanism, and practical application
Han et al. Assembling Sn3O4 nanostructures on a hydrophobic PVDF film through metal-F coordination to construct a piezotronic effect-enhanced Sn3O4/PVDF hybrid photocatalyst
Guo et al. Engineering phase transformation of MoS2/RGO by N-doping as an excellent microwave absorber
Zhang et al. Titanate and titania nanostructured materials for environmental and energy applications: a review
Athauda et al. Systematic study of the structure–property relationships of branched hierarchical TiO2/ZnO nanostructures
Dai et al. Enhanced piezocatalytic activity of Sr0. 5Ba0. 5Nb2O6 nanostructures by engineering surface oxygen vacancies and self-generated heterojunctions
Peng et al. Synthesis and structures of morphology-controlled ZnO nano-and microcrystals
Chen et al. One-step fabrication of CdS nanorod arrays via solution chemistry
Panthi et al. Approaches for enhancing the photocatalytic activities of barium titanate: A review
Chang “Firecracker-shaped” ZnO/polyimide hybrid nanofibers via electrospinning and hydrothermal process
Hu et al. Fabrication of ZnO@ Cotton fabric with anti-bacterial and radiation barrier properties using an economical and environmentally friendly method
KR101432920B1 (ko) 금속 산화물 나노 구조체의 제조 방법
Wang et al. In situ synthesis of Ag 3 PO 4/cellulose nanocomposites with photocatalytic activities under sunlight
Mondal et al. Synthesis and property of copper-impregnated α-MnO2 semiconductor quantum dots
Athauda et al. One-dimensional hierarchical composite materials based on ZnO nanowires and electrospun blend nanofibers
KR101415636B1 (ko) 산화아연-셀룰로오스 나노 복합재 및 이의 제조 방법
Wang et al. Photochemical construction of free-standing Sn-filled SnO 2 nanotube array on a solution surface for flexible use in photocatalysis
Xu et al. Seed layer-free electrodeposition and characterization of vertically aligned ZnO nanorod array film
Zhao et al. Crosslinking of electrospun fibrous gelatin scaffolds for apatite mineralization
Athauda et al. Hydrothermal growth of ZnO nanorods on electrospun polyamide nanofibers
Nayeri et al. Influence of seed layers on the vertical growth of ZnO nanowires by low-temperature wet chemical bath deposition on ITO-coated glass substrate
CN106044844B (zh) 一种多孔氧化锌纳米线阵列的制备方法
CN106746725A (zh) 一种新型ZnO纳米片状结构涂层的制备方法
CN109440524A (zh) 一种负载纳米氧化锌抗菌纸的制备方法
Zhu et al. Boosting piezocatalytic activity of Bi5Ti3FeO15/BiOCl heterostructured nanocomposites for degrading multiple dyes and antibiotics

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170627

Year of fee payment: 4