KR20170014538A - Reactor having active catalytic particles - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하우징 내부의 지지체에 활성촉매물질이 담지되는 반응기에 관한 것으로, 더 상세하게는 지지체의 표면에 다수 개의 나노돌기가 형성되고 상기 나노돌기의 표면에 직접 활성촉매물질이 담지되도록 구성되는 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a reactor in which an active catalyst material is supported on a support inside a housing, and more particularly, to a reactor in which a plurality of nano-protrusions are formed on a surface of a support and the active catalyst material is supported on the surface of the nano- .
일반적으로 반응물을 촉매와 반응시켜 생산물로 변환시키기 위한 반응기로는, 촉매반응기, 개질기, 삼원촉매 등이 있다.In general, as reactors for converting a reactant into a product by reacting with the catalyst, there are a catalytic reactor, a reformer, and a three-way catalyst.
첨부된 도면을 참조하여 종래의 촉매반응기와 개질기와 삼원촉매에 대하여 상세히 설명한다.The conventional catalytic reactor, the reformer and the three-way catalyst will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 촉매반응기 단면도이고, 도 2는 종래의 개질기 단면도이며, 도 3은 종래의 삼원촉매 단면도이다.FIG. 1 is a sectional view of a conventional catalytic reactor, FIG. 2 is a sectional view of a conventional reformer, and FIG. 3 is a sectional view of a conventional three-way catalyst.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 촉매반응기는, 내부공간이 마련된 외부케이스(20)와, 구형(求刑)으로 제작되어 상기 외부케이스(20) 내에 채워지는 다수 개의 지지체(10a)로 구성된다. 상기 지지체(10a)의 표면에는 활성촉매물질(12)이 담지되는데, 상기 지지체(10a)의 표면이 매끈하게 제작되는 경우 활성촉매물질(12)을 담지시킬 수 있는 양에 한계가 있는바, 지지체(10a)의 표면에 담체(wash coat)(11)를 코팅시킨 후 상기 담체(11)에 활성촉매물질(12)을 담지시킨다.As shown in FIG. 1, a conventional catalytic reactor is composed of an
상기 담체(11)는 표면에 미세기공을 가진 물질로서 지지체(10)에 비해 매우 넓은 표면적을 가지므로, 상기 언급한 바와 같이 지지체(10)에 코팅된 담체(11)의 표면에 활성촉매물질(12)을 담지시키면, 도 1의 확대도에 도시된 바와 같이 상기 활성촉매물질(12)은 담체(11)의 요철 전체에 걸쳐 정착되는바, 한정된 크기의 지지체(10)에 보다 많은 양의 활성촉매물질(12)이 담지될 수 있게 된다.Since the
또한, 종래의 촉매반응기는 도 2에 도시된 바와 같이, 내부공간이 마련된 외부케이스(20)와, 상기 외부케이스(20) 내에 설치되는 다층의 지지체(10b)로 구성된다. 상기 지지체(10b)의 표면에도 활성촉매물질(12)이 담지되는데, 활성촉매물질(12)이 담지되는 표면적이 증대되도록 상기 지지체(10b)의 표면에 담체(11)가 코팅되고, 상기 담체(11)의 표면에 활성촉매물질(12)이 담지된다.2, the conventional catalytic reactor comprises an
또한, 종래의 삼원촉매는 도 3에 도시된 바와 같이, 내부공간이 마련된 외부케이스(20)와, 상기 외부케이스(20)의 내부공간을 가로지르도록 배열되는 지지체(10c)로 구성되되, 상기 언급한 촉매반응기나 개질기와 마찬가지로, 지지체(10c)의 표면에 담체(11)를 코팅시킨 후, 상기 담체(11)의 표면에 활성촉매물질(12)이 담지되도록 구성된다.3, the conventional three-way catalyst is composed of an
이때, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 지지체(10a, 10b, 10c)의 표면에 담체(11)를 코팅하기 위해서는 담체 구입 비용이 소요될 뿐만 아니라 제조공정이 복잡해지므로 반응기의 제조원가가 상승된다는 문제점이 있다.In this case, as shown in FIGS. 1 to 3, in order to coat the
또한, 담체를 코팅하지 아니하더라도 한정된 크기의 지지체(10a, 10b, 10c)에 보다 많은 양의 활성촉매물질을 담지시킬 수 있도록, 활성촉매물질을 나노튜브 표면에 담지시키고, 상기 나노튜브를 지지체에 접착시키는 방법이 제안된바 있으나, 이와 같은 경우 나노튜브를 지지체에 접착시키기 위한 별도의 접착공정이 필수적으로 요구되고, 나노튜브를 지지체에 원하는 형태로 접착시키는데 한계가 있을 뿐만 아니라, 나노튜브가 지지체로부터 떨어질 수도 있다는 문제점이 있다.In addition, an active catalyst material may be supported on the surface of the nanotube so that a larger amount of the active catalyst material can be supported on the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 지지체의 표면에 다수 개의 나노 돌기를 형성시킨 후 상기 지지체의 표면에 활성촉매물질을 담지시킴으로써, 별도의 담체나 나노튜브를 사용하지 아니하더라도 한정된 크기의 지지체에 보다 많은 양의 활성촉매물질이 담지될 수 있는 활성촉매물질이 담지된 반응기를 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device, which comprises forming a plurality of nano-protrusions on a surface of a support and then supporting an active catalyst material on the surface of the support, It is an object of the present invention to provide a reactor carrying an active catalyst material capable of supporting a larger amount of active catalyst material on a limited size support.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 활성촉매물질이 담지된 반응기는, 내부공간이 마련된 외부케이스와, 상기 외부케이스 내에 마련되는 지지체를 포함하되, 상기 지지체의 표면에 다수 개의 나노돌기가 형성되고, 상기 나노돌기의 표면에 활성촉매물질이 결합된다.In order to accomplish the above object, the present invention provides an apparatus for supporting an active catalyst material, comprising: an outer case having an inner space; and a support provided in the outer case, wherein a plurality of nano- And the active catalyst material is bonded to the surface of the nano protrusion.
상기 지지체는, 구형(求刑)으로 형성되어, 상기 외부케이스의 내부공간을 채우도록 다수 개 구비되고, 상기 나노돌기는 상기 지지체의 외측면 전체에 걸쳐 형성된다.The supporting member is formed in a spherical shape, and a plurality of supporting members are provided to fill the inner space of the outer case, and the nano protrusions are formed over the entire outer surface of the supporting member.
상기 지지체는, 상기 외부케이스 내부공간을 흐르는 반응물의 유동방향을 따라 연장되는 플레이트 형상으로 형성되며, 상호 일정 간격 이격되어 병렬 배열되도록 다수 개 구비되고, 상기 나노돌기는 상기 지지체의 앙면에 형성된다.The support body is formed in a plate shape extending along the flow direction of the reactant flowing in the inner case space of the outer case, and the support body is provided with a plurality of nano protrusions arranged at a predetermined interval in parallel with each other.
상기 지지체는, 상기 외부케이스 내부공간을 흐르는 반응물의 유동방향을 따라 연장되는 박판 형상으로 형성되며, 상기 외부케이스 내부공간의 유로단면을 균등하게 분할하도록 다수 개 배열되고, 상기 나노돌기는 상기 지지체의 양면에 형성된다.The supporting body is formed in a thin plate shape extending along the flow direction of the reactant flowing through the inner space of the outer case, and a plurality of the air ducts are arranged to evenly divide the flow path section of the inner space of the outer case, Respectively.
상기 활성촉매물질은, 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)에 의해 상기 나노돌기의 표면에 증착된다.The active catalyst material is deposited on the surface of the nanorods by chemical vapor deposition.
상기 나노돌기는, 마이크로샌드 블라스팅과 방전 가공과 레이저 가공 중 어느 하나에 의한 기계적 가공에 의해 형성된다.The nano protrusions are formed by mechanical machining by micro sandblasting, electrical discharge machining, and laser machining.
상기 나노돌기는, 내부압력이 설정범위 이내로 유지되는 챔버 내에 지지체를 인입시킨 후, 상기 지지체의 표면을 플라즈마 식각하는 과정을 통해 형성된다.The nano protrusions are formed through a process of drawing a support into a chamber in which an internal pressure is maintained within a set range, and then plasma etching the surface of the support.
상기 나노돌기는, 상기 지지체 표면에 마스크 패턴을 형성하여 플라즈마 식각을 수행한 후, 상기 마스크 패턴을 제거하는 과정을 통해 형성된다.The nano protrusions are formed through a process of forming a mask pattern on the surface of the support, performing plasma etching, and then removing the mask pattern.
상기 나노돌기는, 상기 지지체 표면에 실리카 비드층을 형성한 후, 상기 실리카 비드층이 제거될 때까지 플라즈마 식각을 수행하는 과정을 통해 형성된다.The nano protrusions are formed through a process of forming a silica bead layer on the surface of the support and then performing plasma etching until the silica bead layer is removed.
본 발명에 의한 활성촉매물질이 담지된 반응기는, 지지체의 표면에 형성된 다수 개의 나노 돌기 표면에 활성촉매물질이 담지되므로, 별도의 담체나 나노튜브를 사용하지 아니하더라도 한정된 크기의 지지체에 보다 많은 양의 활성촉매물질이 담지될 수 있고, 이에 따라 제조 공정이 간단해질 뿐만 아니라 제조원가가 절감된다는 장점이 있다.Since the active catalyst material is supported on the surfaces of the plurality of nano-dots formed on the surface of the support, even if a separate carrier or nanotube is not used, a larger amount of the catalyst The active catalyst material of the present invention can be supported, thereby simplifying the manufacturing process and reducing the manufacturing cost.
도 1은 종래의 촉매반응기 단면도이다.
도 2는 종래의 개질기 단면도이다.
도 3은 종래의 삼원촉매 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 촉매반응기의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 개질기의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 삼원촉매의 단면도이다.
도 7은 지지체의 표면에 활성촉매물질이 담지되는 과정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 실시예 2에 의해 지지체 표면에 나노돌기가 형성된 형상을 도시하는 단면도이다.
도 9는 실시예 3에 의해 지지체 표면에 나노돌기가 형성되는 과정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.
도 10은 실시예 4에 의해 지지체 표면에 나노돌기가 형성되는 과정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional catalytic reactor.
2 is a sectional view of a conventional reformer.
3 is a cross-sectional view of a conventional three-way catalyst.
4 is a cross-sectional view of a catalytic reactor according to the present invention.
5 is a cross-sectional view of a reformer according to the present invention.
6 is a cross-sectional view of a three-way catalyst according to the present invention.
7 is a cross-sectional view sequentially showing the process of loading the active catalyst material on the surface of the support.
8 is a cross-sectional view showing a configuration in which nano protrusions are formed on the surface of the support according to Example 2. Fig.
FIG. 9 is a sectional view sequentially showing the process of forming nano protrusions on the surface of the support according to Example 3. FIG.
10 is a cross-sectional view sequentially showing the process of forming nano protrusions on the surface of the support according to Example 4. Fig.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 활성촉매물질이 담지된 반응기의 실시예를 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 의한 활성촉매물질이 담지된 반응기는 반응물을 촉매와 반응시켜 생산물로 변환시키기 위한 장치로서, 활성촉매물질이 담지되는 지지체에 담체(wash coat)를 코팅하거나 나노튜브를 부착시키지 아니하더라도 지지체의 표면적을 현저히 증대시켜 많은 양의 활성촉매물질이 담지되도록 구성된다는 점에 특징이 있다. 즉, 본 발명에 의한 활성촉매물질이 담지된 반응기는, 내부공간이 마련된 외부케이스와, 상기 외부케이스 내에 마련되는 지지체를 포함하되, 상기 지지체의 표면에 다수 개의 나노돌기가 형성되고, 상기 나노돌기의 표면에 활성촉매물질이 결합된다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다.The reactor supporting the active catalyst material according to the present invention is an apparatus for converting a reactant into a product by reacting with a catalyst. Even if a wash coat is coated on the support on which the active catalyst material is supported or the nanotube is not attached, The surface area of the catalyst layer is markedly increased so that a large amount of active catalyst material is supported. That is, the reactor supporting the active catalyst material according to the present invention comprises an outer case provided with an inner space and a support provided in the outer case, wherein a plurality of nano protrusions are formed on the surface of the support, The active catalyst material is bonded to the surface of the catalyst.
이때, 본 발명에 의한 활성촉매물질이 담지된 반응기는, 도 4에 도시된 촉매반응기, 도 5에 도시된 개질기, 도 6에 도시된 삼원촉매뿐만 아니라 반응물을 촉매와 반응시켜 생산물로 변환시키는 기능을 수행할 수만 있다면, 어떠한 종류의 반응기로도 구현될 수 있다. 이하에서는 본 발명에 의한 활성촉매물질이 담지된 반응기가 촉매반응기와 개질기와 삼원촉매로 구현되는 경우를 대표적으로 설명한다.At this time, the reactor supporting the active catalyst material according to the present invention may include the catalyst reactor shown in FIG. 4, the reformer shown in FIG. 5, the three-way catalyst shown in FIG. 6, Any type of reactor can be implemented. Hereinafter, the case where the reactor supporting the active catalyst material according to the present invention is implemented as a catalytic reactor, a reformer, and a three-way catalyst will be described.
도 4는 본 발명에 의한 촉매반응기의 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 개질기의 단면도이며, 도 6은 본 발명에 의한 삼원촉매의 단면도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view of a catalytic reactor according to the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional view of a reformer according to the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view of a three-
본 발명에 의한 반응기가 촉매반응기로 적용되는 경우, 상기 지지체(100a)는 도 4에 도시된 바와 같이 구형(求刑)으로 형성되되, 상기 외부케이스(200)의 내부공간을 채우도록 다수 개 구비된다. 상기 지지체(100a)의 외측면에는 다수의 나노돌기(110)가 전체적으로 형성되고, 상기 나노돌기(110)의 표면에는 다량의 활성촉매물질(120)이 결합된다.When the reactor according to the present invention is applied to a catalytic reactor, the
상기 언급한 바와 같이 지지체(100a)의 표면에 다수 개의 나노돌기(110)가 형성되면, 상기 지지체(100a)의 표면적이 그만큼 넓어지는바, 일정 크기의 지지체(100a)에 보다 많은 양의 활성촉매물질(120)을 담지시킬 수 있게 된다는 장점이 있다. 이때, 상기 활성촉매물질(120)은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)에 의해 나노돌기(110)의 표면에 증착될 수 있는데, 이와 같은 화학기상증착은 본 발명이 해당하는 기술분야에서 상용화된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.As described above, when a plurality of nano-
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 반응기가 개질기로 적용되는 경우, 상기 지지체(100b)는 외부케이스(200) 내부공간을 흐르는 반응물의 유동방향(도 5에서는 상하방향)을 따라 연장되는 플레이트 형상으로 형성되며, 상호 일정 간격 이격되어 병렬 배열되도록 다수 개 구비된다. 상기 지지체(100b)의 양면에는 모두 다수 개의 나노돌기(110)가 형성되고, 상기 나노돌기(110)의 표면에는 다량의 활성촉매물질(120)이 결합된다.As shown in FIG. 5, when the reactor according to the present invention is applied as a reformer, the
또한 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 반응기가 삼원촉매로 적용되는 경우, 상기 지지체(100c)는 외부케이스(200) 내부공간을 흐르는 반응물의 유동방향을 따라 연장되는 박판 형상으로 형성되며, 상기 외부케이스(200) 내부공간의 유로단면을 균등하게 분할하도록 다수 개 배열된다. 상기 지지체(100c)의 양면에는 모두 다수 개의 나노돌기(110)가 형성되고, 상기 나노돌기(110)의 표면에는 다량의 활성촉매물질(120)이 결합된다.6, when the reactor according to the present invention is applied as a three-way catalyst, the
이와 같이 본 발명에 의한 반응기가 개질기나 삼원촉매로 구현되는 경우에 있어서도, 지지체(100b, 100c)의 표면에 다수 개의 나노돌기(110)가 형성되면, 상기 지지체(100b, 100c)의 표면적이 그만큼 넓어지는바, 일정 크기의 지지체(100b, 100c)에 보다 많은 양의 활성촉매물질(120)을 담지시킬 수 있게 된다는 효과를 동일하게 얻을 수 있다.In the case where the reactor according to the present invention is implemented with a reformer or a three-way catalyst, if a plurality of nano-
한편, 상기 지지체(100a, 100b, 100c)의 형상 및 배열패턴은, 도 4 내지 도 6에 도시된 형상 및 배열패턴으로 한정되지 아니하고, 다양한 형상 및 배열패턴으로 변경될 수 있다. 또한, 도 4 내지 도 6에서는 본 발명에 의한 활성촉매물질이 담지된 반응기가, 촉매반응기, 개질기, 삼원촉매로 구현되는 경우만을 대표적으로 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명에 의한 활성촉매물질이 담지된 반응기는 지지체에 활성촉매물질이 담지되는 구조를 갖는다면 다양한 종류의 반응기나 교환기 등으로 구현될 수 있다.The shapes and arrangement patterns of the
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 지지체에 나노돌기를 형성하는 과정에 대하여 상세히 설명한다. 이하에서는 도 4 내지 도 6에 도시된 지지체(100a, 100b, 100c)의 부호를 '100'으로 통합하여 표기한다. Hereinafter, the process of forming nano protrusions on a support will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the reference numerals of the
<실시예 1>≪ Example 1 >
도 7은 지지체의 표면에 활성촉매물질이 담지되는 과정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.7 is a cross-sectional view sequentially showing the process of loading the active catalyst material on the surface of the support.
최초 지지체(100)의 표면은 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 매끈한 평면으로 제작되는바, 보다 많은 양의 활성촉매물질(120)이 담지될 수 있도록 마이크로샌드 블라스팅이나 방전 가공, 레이저 가공 등과 같은 기계적 가공에 의해 지지체(100) 표면에 다수 개의 나노돌기(110)를 형성한다(도 7의 (b) 참조). 이때, 상기 나노돌기(110)는 화학적 식각을 통해 형성될 수도 있는데, 화학적 식각을 통해 나노돌기(110)를 형성하는 과정에 대해서는 이하 도 8 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.The surface of the
상기 언급한 바와 같이 지지체(100)의 표면에 다수 개의 나노돌기(110)가 형성되면, 상기 지지체(100)의 표면적이 그만큼 넓어지는바, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이 보다 많은 양의 활성촉매물질(120)을 담지시킬 수 있게 된다. 이때, 상기 활성촉매물질(120)은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)에 의해 나노돌기(110)의 표면에 증착될 수 있는데, 이와 같은 화학기상증착은 본 발명이 해당하는 기술분야에서 상용화된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.As described above, when a plurality of
한편, 지지체(100)의 표면에 담체를 코팅시켰을 때 담체의 표면적이 증가되는 비율은 담체의 물리적 특성에 따라 일정하게 나타나므로, 해당 지지체(100)에 활성촉매물질(120)을 담지시킬 수 있는 양 역시 일정 범위 이내로 한정된다. 마찬가지로, 나노튜브를 이용하는 경우에 있어서도 활성촉매물질(120)이 담지되는 표면적 증가율이 일정하게 한정되는바, 활성촉매물질(120)을 담지시킬 수 있는 양이 일정 범위 이내로 한정된다.On the other hand, when the support is coated on the surface of the
그러나 지지체(100)의 표면에 형성되는 나노돌기(110)는, 나노돌기(110)를 형성하는 방식에 따라 단위 면적당 개수 및 높이가 변경될 수 있는바, 제작자는 나노돌기(110)의 개수 및 높이를 조절함으로써 활성촉매물질(120)의 담지량을 조절할 수 있게 된다.However, the number and height of the nano-
<실시예 2>≪ Example 2 >
도 8은 실시예 2에 의해 지지체 표면에 나노돌기가 형성된 형상을 도시하는 단면도이다.8 is a cross-sectional view showing a configuration in which nano protrusions are formed on the surface of the support according to Example 2. Fig.
본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서는, 지지체(100) 표면의 나노돌기(110)가 화학적 식각을 통해 형성될 수도 있다. 즉, 상기 나노돌기(110)는, 내부압력이 설정범위 이내로 유지되는 챔버 내에 지지체(100)을 인입시키는 과정과, 상기 지지체(100)의 표면을 플라즈마 식각하는 과정을 통해 지지체(100)의 표면에 형성될 수 있다.In the contact-type gas sensor according to the present invention, the
챔버 내의 압력을 2Pa로 유지하고, CF4와 O2의 혼합가스를 사용한 플라즈마 식각(plasma etching)을 통하여 지지체(100) 표면을 처리하면, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 돌출 높이가 매우 낮은 나노돌기(110)가 다수 개 형성된다. 이때, 챔버 내의 압력을 5Pa로 높이면 상기 나노돌기(110)의 높이 및 지름이 다소 증가되는바, 제작자는 챔버 내의 압력을 조절하여 적절한 높이와 지름의 나노돌기(110)를 형성함으로써, 나노돌기(110)의 표면에 담지되는 활성촉매물질(120)의 양을 증감시킬 수 있게 된다.When the surface of the
또한, 챔버 내의 압력을 2Pa로 유지한 상태에서 플라즈마 식각시 CF4가스만을 사용하는 경우, 도 8의 (a)에 도시된 나노돌기(110)에 비해 규격이 현저히 큰 나노돌기(110)를 얻을 수 있다(도 8의 (b) 참조). 이와 같이 CF4가스만을 사용하여 플라즈마 식각을 하면 보다 큰 나노돌기(110)를 형성시킬 수 있으므로, 보다 많은 양의 활성촉매물질(120)을 나노돌기(110)의 표면에 담지시킬 수 있게 된다. 물론, 플라즈마 식각시 CF4가스만을 사용하는 경우에 있어서도, 챔버 내의 압력에 따라 나노돌기(110)의 높이와 지름이 일정 수준 가변될 수 있다.In the case of using CF 4 gas only in the plasma etching while maintaining the pressure in the chamber at 2 Pa, the
상기 언급한 바와 같이 지지체(100)의 표면에 플라즈마 식각을 하였을 때, 상기 지지체(100)의 표면에 다수 개의 나노돌기(110)가 형성된다는 기술적 사상은, 본 발명이 해당하는 기술분야에서 널리 알려진 기술적 사상이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.As described above, the technical idea that a plurality of
<실시예 3>≪ Example 3 >
도 9는 실시예 3에 의해 지지체 표면에 나노돌기가 형성되는 과정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.FIG. 9 is a sectional view sequentially showing the process of forming nano protrusions on the surface of the support according to Example 3. FIG.
지지체(100)의 표면에 보다 많은 양의 활성촉매물질(120)을 담지시키기 위해서는 나노돌기(110)의 크기를 증대시켜야 함이 바람직한데, 실시예 2에 의해 형성되는 나노돌기(110)는 크기가 매우 작아 활성촉매물질(120)이 담지되는 표면적을 증대시키는 효과에 한계가 있을 수 있다.It is preferable to increase the size of the
따라서 본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서에 포함되는 나노돌기(110)는 더욱 크게 형성될 수 있도록, 상기 지지체(100) 표면에 마스크 패턴(130)을 형성하는 과정과, 상기 마스크 패턴(130)이 형성된 지지체(100) 표면에 플라즈마 식각을 수행하는 과정과, 상기 마스크 패턴(130)을 제거하는 과정을 통해 제작될 수 있다.Accordingly, the process of forming the
이와 같이 마스크 패턴(130)을 이용하여 나노돌기(110)를 형성하고자 하는 경우, 먼저 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 지지체(100)의 상면에 마스크층(130')을 형성한다. 상기 마스크층(130')은, 지지체(100)을 진공챔버 내의 음극에 위치시키고, 챔버 내 압력을 2Pa 내지 5Pa로 유지시키고, r.f. 전원을 150W 내지 300W로 유지시킨 상태에서 직류 마그네트론 스퍼터링(DC magnetron sputtering) 방식을 이용하여 구리 타겟(Target)을 스퍼터하는 과정을 통해 제작될 수 있다. 이후, 금속열처리(RTP, rapid thermal annealing process) 장비를 이용하여 약 550℃의 온도에서 약 15분 동안 어닐링(annealing) 하면, 마스크층(130')은 복수의 금속도트(132)로 이루어진 마스크 패턴(130)으로 완전히 변환될 수 있다(도 9의 (b) 참조).In order to form the
플라즈마 식각을 통하여 금속도트(132) 사이의 웨이퍼 표면을 식각하면, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이 지지체(100)의 상면 중 금속도트(132)에 의하여 덮여 있지 아니한 부위만이 식각되어, 다수 개의 제1 돌기(110a)가 형성된다. 이와 동시에, CF4만을 가스로 사용하는 플라즈마 식각의 특성상 식각된 제1 돌기(110a) 사이에는 100nm이하의 지름을 갖는 복수의 제2 돌기(110b)가 형성된다.When the wafer surface between the
제1 돌기(110a) 및 제2 돌기(110b)로 구성되는 나노돌기(110)가 형성된 이후에는, 제1 돌기(110a)의 상면에 부착된 금속도트(132)를 모두 제거한 후, 상기 나노돌기(110)의 표면에 활성촉매물질(120)을 증착시키는데, 실시예 3에 의해 형성된 나노돌기(110)는 실시예 2에 의해 형성된 나노돌기(110)에 비해 높이 및 지름이 크므로, 보다 많은 양의 활성촉매물질(120)을 증착시킬 수 있게 된다.After the
<실시예 4><Example 4>
도 10은 실시예 4에 의해 지지체 표면에 나노돌기가 형성되는 과정을 순차적으로 도시하는 단면도이다.10 is a cross-sectional view sequentially showing the process of forming nano protrusions on the surface of the support according to Example 4. Fig.
지지체(100)의 표면에 다수 개의 금속도트(132)로 구성된 마스크 패턴(130)을 형성하는 데에는 많은 작업공정이 추가되는바, 나노돌기(110) 형성을 위한 비용 및 시간이 많이 소요되는 문제가 발생될 수 있다.A large number of work processes are added to form the
따라서 본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서는, 별도의 마스크 패턴(130)을 이용하지 아니하고서도 플라즈마 식각을 통해 다수 개의 나노돌기(110)가 지지체(100) 표면에 형성될 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 접촉연소식 가스센서에 포함되는 나노돌기(110)는, 지지체(100) 표면에 실리카 비드층(140)을 형성하는 과정과, 상기 실리카 비드층(140)이 제거될 때까지 상기 지지체(100) 표면에 플라즈마 식각을 수행하는 과정을 통해 지지체(100) 표면에 형성될 수 있다.Therefore, in the contact-type gas sensor according to the present invention, a plurality of nano-
이와 같이 실리카 비드층(140)을 이용하여 나노돌기(110)를 형성하고자 하는 경우에는, 먼저 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 지지체(100) 표면에 실리카 분산용액을 코팅하여 상기 지지체(100)에 실리카 비드층(140)을 형성시킨다. 실리카 분산용액은 다수 개의 실리카 비드를 포함하는데, 실리카 분산용액은 물, 알콜 및 유기 용매 등에 실리카 비드를 혼합하는 공정을 통해 제작될 수 있으며, 다양한 방법에 의해 지지체(100) 표면에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 스핀 코팅(spin coating), 딥(dip) 코팅 및 스프레이 코팅법 등을 이용하여 지지체(100) 상에 코팅될 수 있다.In order to form the
한편, 실리카 비드들은 입자로 존재하므로 실리카 분산용액이 건조되어 실리카 비드층(140)을 형성하더라도 실리카 비드들 사이는 빈 공간이 형성되고, 지지체(100)의 상면 중 일부는 실리카 비드 사이를 통해 외부로 노출된다.On the other hand, since the silica beads are present as particles, even if the silica dispersion solution is dried to form the
따라서 도 10의 (a)에 도시된 상태에서 플라즈마 식각을 수행하면, 도 10의 (b)에 도시된 상태와 같이 지지체(100)의 상면 중 실리카 비드 사이로 노출되는 부위가 우선적으로 식각되는바, 플라즈마 식각이 더 지속되면 지지체(100)뿐만 아니라 실리카 비드층(140) 역시 식각되어 도 10의 (c)에 도시된 바와 같이 지지체(100)의 상면에는 다수 개의 홈이 형성된다.Therefore, when the plasma etching is performed in the state shown in FIG. 10A, the portion exposed between the silica beads on the upper surface of the
실리카 비드층(140)이 모두 제거될 때까지 식각을 진행하면, 도 10의 (d)에 도시된 바와 같이 지지체(100)의 표면에는 다수 개의 나노돌기(110)가 형성되는바, 상기 지지체(100)의 표면에 보다 많은 양의 활성촉매물질(120)을 담지시킬 수 있게 된다.As shown in FIG. 10 (d), a plurality of
이와 같이 실리카 비드층(140)을 형성시킨 후 플라즈마 식각을 함으로써 나노돌기(110)를 형성하는 기술은, 웨이퍼 가공분야에서 공지된 기술이므로, 실리카 비드층(140)을 형성한 후 플라즈마 식각을 하였을 때 발생되는 식각패턴에 대한 상세한 설명은 생략한다.Since the technique of forming the
상기 언급한 바와 같이 지지체(100)에 형성되는 나노돌기(110)는 다양한 제조방법에 의해 형성될 수 있으므로, 상기 지지체(100)이 금속이나 글래스, 합성수지, 세라믹 등 어떠한 재료로 제작되더라도 표면에 다수 개의 나노돌기(110)를 형성함으로써 별도의 담체나 나노튜브 없이도 많은 양의 활성촉매물질(120)을 담지시킬 수 있다는 장점이 있다.As described above, the
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
100 : 지지체
110 : 나노돌기
110a : 제1 돌기
110b : 제2 돌기
120 : 활성촉매물질
130 : 마스크 패턴
130' : 마스크층
132 : 금속도트
140 : 실리카 비드층100: Support body 110: Nano-
110a:
120: active catalyst material 130: mask pattern
130 ': mask layer 132: metal dot
140: silica bead layer
Claims (9)
상기 지지체의 표면에 다수 개의 나노돌기가 형성되고, 상기 나노돌기의 표면에 활성촉매물질이 결합되는 것을 특징으로 하는 활성촉매물질이 담지된 반응기.An outer case having an inner space and a support provided in the outer case,
Wherein a plurality of nano protrusions are formed on a surface of the support, and an active catalyst material is bonded to a surface of the nano protrusion.
상기 지지체는, 구형(求刑)으로 형성되어, 상기 외부케이스의 내부공간을 채우도록 다수 개 구비되고,
상기 나노돌기는 상기 지지체의 외측면 전체에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 활성촉매물질이 담지된 반응기.The method according to claim 1,
The support may be formed in a plurality of openings so as to fill the inner space of the outer case,
Wherein the nano protrusions are formed over the entire outer surface of the support.
상기 지지체는, 상기 외부케이스 내부공간을 흐르는 반응물의 유동방향을 따라 연장되는 플레이트 형상으로 형성되며, 상호 일정 간격 이격되어 병렬 배열되도록 다수 개 구비되고,
상기 나노돌기는 상기 지지체의 앙면에 형성되는 것을 특징으로 하는 활성촉매물질이 담지된 반응기.The method according to claim 1,
The support is formed in a plate shape extending along the flow direction of the reactant flowing through the inner space of the outer case, and is provided with a plurality of spaced apart,
Wherein the nanoparticles are formed on the bottom surface of the support.
상기 지지체는, 상기 외부케이스 내부공간을 흐르는 반응물의 유동방향을 따라 연장되는 박판 형상으로 형성되며, 상기 외부케이스 내부공간의 유로단면을 균등하게 분할하도록 다수 개 배열되고,
상기 나노돌기는 상기 지지체의 양면에 형성되는 것을 특징으로 하는 활성촉매물질이 담지된 반응기.The method according to claim 1,
The supporting body is formed in a thin plate shape extending along the flow direction of the reactant flowing in the outer case inner space, and a plurality of the supporting bodies are arranged so as to evenly divide the flow path end face of the outer case inner space,
Wherein the nano protrusions are formed on both sides of the support.
상기 활성촉매물질은, 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)에 의해 상기 나노돌기의 표면에 증착되는 것을 특징으로 하는 활성촉매물질이 담지된 반응기.The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the active catalyst material is deposited on the surface of the nano protrusion by chemical vapor deposition.
상기 나노돌기는, 마이크로샌드 블라스팅과 방전 가공과 레이저 가공 중 어느 하나에 의한 기계적 가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 활성촉매물질이 담지된 반응기.The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the nano protrusions are formed by mechanical working by micro sandblasting, electric discharge machining, and laser machining.
상기 나노돌기는, 내부압력이 설정범위 이내로 유지되는 챔버 내에 지지체를 인입시킨 후, 상기 지지체의 표면을 플라즈마 식각하는 과정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 활성촉매물질이 담지된 반응기.The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the nano protrusions are formed through a process of drawing a support into a chamber in which an internal pressure is maintained within a set range and then plasma etching the surface of the support.
상기 나노돌기는, 상기 지지체 표면에 마스크 패턴을 형성하여 플라즈마 식각을 수행한 후, 상기 마스크 패턴을 제거하는 과정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 활성촉매물질이 담지된 반응기.The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the nano protrusions are formed through a process of forming a mask pattern on the surface of the support, performing plasma etching, and then removing the mask pattern.
상기 나노돌기는, 상기 지지체 표면에 실리카 비드층을 형성한 후, 상기 실리카 비드층이 제거될 때까지 플라즈마 식각을 수행하는 과정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 활성촉매물질이 담지된 반응기.
The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the nano protrusions are formed through a process of forming a silica bead layer on the surface of the support and performing plasma etching until the silica bead layer is removed.
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