KR20180040743A - Ionic diode membrane comprising branched nanopore and method for preparing thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an ionic diode membrane having ion selectivity and ion rectification characteristics by integration of branched nanopores and a preparing method thereof. More specifically, the present invention relates to an ionic diode membrane in an integrated form of branch-structured nanopores, wherein in the inside of a membrane, as the nanopores continue to diverge, the number of nanopores per unit area gradually increases and a diameter of the pores and an interval between the pores gradually decrease along a nanoporous axis, and wherein an ion concentration gradient due to structural asymmetry of the nanopores is induced along the nanoporous axis, thereby expressing ion rectification characteristics and expressing high-ion selectivity and low-membrane resistance characteristics at the same time, and to a preparing method of an ionic diode membrane, wherein various membrane characteristics of the ionic diode membrane, such as rectification characteristics, ion selectivity, membrane resistance and the like can be controlled by regulating anodizing process conditions to freely control a form of the ionic diode membrane according to a design.

Description

가지 형태의 나노기공을 포함하는 이온다이오드막 및 그 제조 방법{Ionic diode membrane comprising branched nanopore and method for preparing thereof}[0001] The present invention relates to an ion diode membrane including nanopores of a branched type,

본 발명은 가지 형태의 나노기공이 집적되어 이온선택성과 이온정류특성을 갖는 이온다이오드막과 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 막 내부에서 나노기공이 지속적으로 분기되면서 나노기공 축을 따라서 단위 면적당 나노기공의 개수는 점차적으로 증가하고 기공의 직경과 기공간의 간격은 점차적으로 감소하는 가지 구조의 나노기공이 집적된 형태의 막으로서 나노기공의 구조적 비대칭에 의한 이온 농도구배가 나노 기공 축을 따라서 유도되어 이온 정류특성이 발현되고, 높은 이온선택성과 동시에 낮은 막저항 특성이 발현되는 이온다이오드막과, 양극산화 공정조건을 조절하여 이온다이오드막의 형태를 설계에 따라서 자유롭게 제어함으로써 이온다이오드막의 정류특성 및 이온선택성, 막저항 등의 다양한 막의 특성을 조절할 수 있는 이온다이오드막 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ion diode membrane having ion selective and ion rectifying properties by integrating nanopores of a branched type and a manufacturing method thereof. More particularly, the present invention relates to an ion diode membrane having nanopore spaced along a nanopore axis As the number of nano pores gradually increases and the pore diameter and spacing of the pore space gradually decrease, the nano pores of the branch structure are integrated, and the ion concentration gradient due to the structural asymmetry of the nano pore is induced along the nano pore axis An ion diode membrane that exhibits ionic rectification characteristics and exhibits high ion selectivity and low film resistance characteristics and an ion diode membrane that can control the shape of the ion diode membrane according to design by controlling the anodization process conditions, Selectivity, and membrane resistance. The present invention relates to a method of manufacturing an ion-diode membrane.

이온교환막의 시초는 1890 년에 Oswald가 이온선택성을 가진 분리막을 처음 발견하고, 1930년 Donnan에 의해 전해질 용액에서 이온교환막 내부에서 고정이온의 이온결합에 의한 대응이온의 선택적 투과현상인 Donnan exclusion 현상을 이해하는 데에서 시작하였다. 이온교환막은 고분자소재와 무기소재가 주로 사용되고 있는데, 막의 작용기에 따라 양이온교환막과 음이온교환막으로 구분된다. 양이온교환막은 SO3, COO, PO3 2, -PO3H, -C6H4O 등 음전하 작용기를 지니기 때문에 음이온을 배제하고 양이온을 선택적으로 투과시킨다. 한편, 음이온교환막은 -NH3 +, -NRH2 +, -NR2H+, -NR3 +, -PR3 +, -SR2+ 등의 양전하 작용기를 지니고 있어 음이온을 선택적으로 투과시키게 된다. The origin of the ion exchange membrane was first discovered by Oswald in 1890, and by Donnan in 1930, the Donnan exclusion phenomenon, which is the selective permeation of the corresponding ions by the ionic bonding of the fixed ions within the ion exchange membrane, I started with understanding. Ion exchange membranes are mainly composed of polymeric materials and inorganic materials. They are classified into cation exchange membranes and anion exchange membranes depending on the membrane functional groups. Since the cation exchange membrane has negative charge functional groups such as SO 3 , COO, PO 3 2 , -PO 3 H, and -C 6 H 4 O, it excludes anions and selectively permeates cations. On the other hand, the anion exchange membrane has positive charge functional groups such as -NH 3 + , -NRH 2 + , -NR 2 H + , -NR 3 + , -PR 3 + , and -SR 2+ to selectively transmit anions.

이온교환막은 전통적으로 전기적 탈염기술, 산/알칼리의 생산, 산업폐수의 중금속의 제거, 해수의 담수화, 반도체 산업의 초순수의 제조, 해수에서 식염의 제조, 발효산업의 유기산 및 아미노산의 회수 등 다양한 산업분야에서 응용되어 왔다. 하지만 최근에는 이러한 기존의 응용분야에서 벗어나 그 활용분야가 확대되면서 새로운 기능 및 특성을 가진 이온교환막이 요구되고 있다. Ion exchange membranes are traditionally used in a variety of industries including electrical desalination technology, acid / alkali production, removal of heavy metals from industrial wastewater, desalination of seawater, production of ultrapure water from the semiconductor industry, preparation of salt from seawater, and recovery of organic acids and amino acids from fermentation industries Has been applied in the field. In recent years, however, the ion exchange membrane having new functions and characteristics has been demanded as it has been widely used beyond the conventional application fields.

이온교환막은 최근 관심이 집중되고 있는 막축전식 해수담수화, 역전기 투석발전, 연료전지, 레독스 플로우 전지 같은 신재생에너지원 등의 분야에서 성능 및 원가를 결정하는 핵심소재로 사용되지만, 높은 가격과 막저항, 낮은 기계적, 화학적, 열적 내구성으로 인하여 관련 산업의 상용화가 저해되고 있다. 1980년대 이후 Tokuyama Corporation, Asahi Chemical, DuPont 등에서 경제성이 높은 막들이 개발되어 막의 비용이 절감되었으나, 경제성을 갖추기에는 막의 가격과 막저항이 아직도 현저하게 높은 실정이다. 따라서, 기존 이온교환막을 대체할 수 있는, 낮은 막저항, 높은 투과선택성, 우수한 기계적, 화학적, 열적 안정성, 저생산 단가의 차세대 이온교환막이 오래 전부터 요구되고 있다. Ion exchange membranes are used as core materials that determine performance and cost in fields such as membrane-storage seawater desalination, reverse electrodialysis, fuel cells, redox flow cells, etc., And membrane resistance, low mechanical, chemical, and thermal durability, commercialization of related industries is hindered. Since the 1980s, cost-effective membranes have been developed in Tokuyama Corporation, Asahi Chemical, DuPont, etc., but the cost and membrane resistance of the membranes are still considerably high to achieve economical efficiency. Therefore, a next generation ion exchange membrane capable of replacing existing ion exchange membranes, low membrane resistance, high permeation selectivity, excellent mechanical, chemical, thermal stability, and low production cost has long been demanded.

이에 대한 대안으로 원뿔형태의 기공이 있는 비대칭성 이온교환막에 대한 관심이 집중되고 있다. 이러한 막은 낮은 막저항과 높은 투과선택성을 보이는 것으로 알려져 있으며, 미국의 공개특허공보 US 2003-0159985호에는 폴리이미드를 이용한 막의 제조공정이 기재된 바 있으나, 공정의 특성상 막의 기공도(막의 단위면적당 기공의 개수)가 매우 작아 이온 전도도가 기존의 이온교환막에 비하여 떨어지고, 막의 기공의 형태 제어가 불가능하여 다양한 적용이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 이러한 이온교환막에서의 원뿔형태의 기공은 형태학적으로 작은 기공과 큰 기공이 서로 일대일 대응하는 형태로 이루어져 있으므로 작은 기공으로 이루어진 막의 한쪽 면의 기공 밀도(단위 면적당 기공의 면적)는 매우 낮을 수밖에 없어, 막의 성능저하가 나타난다.As an alternative to this, attention has been focused on asymmetric ion exchange membranes with conical pores. Such membranes are known to exhibit low membrane resistance and high permeation selectivity. US Patent Application Publication No. US 2003-0159985 discloses a process for producing a membrane using polyimide. However, due to the nature of the process, the porosity of the membrane The ion conductivity is lower than that of the conventional ion exchange membrane, and it is impossible to control the pore shape of the membrane, so that it is difficult to apply variously. In addition, since the cone-shaped pores in this ion exchange membrane are morphologically formed in such a manner that small pores and large pores correspond one to the other, the pore density (area of pores per unit area) of one side of the membrane made of small pores is very low No, the performance of the membrane deteriorates.

따라서, 고기공밀도를 유지하면서 이온정류특성 및 막성능을 극대화 할 수 있는 새로운 형태의 고성능 이온다이오드막과, 막의 특성을 자유롭게 제어할 수 있는 고기공밀도의 이온다이오드막 제조공정의 기술 개발이 요구되고 있다.Therefore, it is necessary to develop a new type of high-performance ion diode membrane that can maximize ion rectification characteristics and membrane performance while maintaining the meat hole density, and the technology of ion-diode membrane fabrication process that can freely control membrane characteristics .

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 막 내부에서 기공이 지속적으로 분기함으로써, 나노기공을 따라 단위면적당 나노기공의 개수 및 기공간의 간격, 기공 내 통로 직경이 변화하는 가지 구조를 가짐으로써 작은 기공으로 이루어진 막의 한쪽 면의 기공 밀도(단위 면적당 기공의 면적)를 매우 높일 수 있고, 큰 기공과 작은 기공의 단위부피당 표면적의 비율이 극대화되어 우수한 정류특성 및 이온선택성과 막저항 등을 갖는 이온다이오드막과, 높은 기공도로 나노기공들을 집적시킬 수 있으며, 공정조건을 조절함으로써 막 내부 기공들의 형태를 제어하여 정류 특성과 막저항 등을 조절할 수 있는 이온다이오드막 제조방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a branch structure in which the number of nano pores per unit area, the spacing of the pore spaces and the pore diameter of the pore vary along the nano pores, The pore density (the area of the pores per unit area) of one side of the membrane made of the small pores can be greatly increased and the ratio of the surface area per unit volume of the large pores and the small pores can be maximized to provide ions having excellent rectifying properties, It is an object of the present invention to provide an ion diode membrane fabrication method capable of integrating a diode film, nano pores having a high pore size, and controlling the shape of pores in the membrane by controlling process conditions to control rectification characteristics and membrane resistance. .

본 발명의 이온다이오드막은 막의 일 측면에 존재하는 나노기공인 복수의 입구와, 막의 다른 측면에 존재하는 나노기공인 복수의 출구를 포함하는 이온다이오드막으로서, 상기 입구 및 출구는 기공 개수 및 직경이 상이하고, 막 내부에서 서로 연결되며, 상기 나노기공은 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 복수의 갈래로 나누어지는 하나 또는 그 이상의 분기를 포함한다.The ion diode membrane of the present invention is an ion diode membrane comprising a plurality of nano-pores present on one side of the membrane and a plurality of outlets that are nano-pores present on the other side of the membrane, wherein the inlet and outlet have a number of pores and a diameter And are interconnected within the membrane, wherein the nanopore comprises one or more branches in which the passage in the pore is divided into a plurality of branches according to a depth change.

본 발명의 이온다이오드막 제조방법은, (a) 양극산화를 위한 금속 및 전해질을 준비하는 단계; (b) 양극산화를 수행하여 이온다이오드막의 산화물을 형성하는 단계; (c) 금속을 제거하여 산화물의 다공성 템플레이트를 얻는 단계; 및 (d) 다공성 템플레이트의 하부를 제거하여 관통된 이온다이오드막을 얻는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계에서 다전위 사각펄스 양극산화 공정을 수행하여, 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 분기하지 않는 지지구간; 및 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 복수의 갈래로 나누어지는 분기;를 포함하는 가지 형태의 나노기공을 포함하는 이온다이오드막의 산화물을 형성한다.The ion-diode membrane fabrication method of the present invention comprises the steps of: (a) preparing a metal and an electrolyte for anodization; (b) performing an anodic oxidation to form an oxide of the ion diode film; (c) removing the metal to obtain a porous template of oxide; And (d) removing the lower portion of the porous template to obtain a penetrating ion diode membrane. In the step (b), a multi-potential rectangular pulse anodizing process is performed, Support section; And a branch in which the passage in the pore is divided into a plurality of branches according to a change in depth, an oxide of an ion diode film including a nanopore of a branch shape is formed.

본 발명의 제조방법에 따르면, 양극산화 공정조건을 조절함으로써 막 내부기공의 형태를 제어하여 낮은 막저항과 우수한 정류특성의 이온다이오드막을 제조할 수 있으며, 기존의 공정에 비해 제조 원가를 절감할 수 있다. 본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture an ion diode film having a low film resistance and excellent rectifying characteristics by controlling the shape of the pores in the film by controlling the anodizing process conditions, have. It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 가지 형태의 나노기공이 집적된 이온다이오드막의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 이온다이오드막 제조 과정을 보여주는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 나노기공의 가지 형태를 조절하기 위한 다전위 사각펄스 양극산화 방법을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 제조된 이온다이오드막의 전자현미경 단면도 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 제조된 이온다이오드막의 전류-전압곡선이다.
도 6은는 해수(500mM NaCl)와 담수조건(10mM NaCl)에서 측정된 본 발명 실시예의 이온다이오드막의 개방전압과 단락전류를 나타내는 그래프이다.
1 is a schematic view of an ion diode membrane in which nano pores of a branch shape are integrated according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart illustrating a process of fabricating an ion diode membrane according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a multi-potential rectangular pulse anodic oxidation method for controlling the morphology of nanopores according to an embodiment of the present invention.
4 is a photomicrograph view of an ion diode membrane fabricated in an embodiment of the present invention.
5 is a current-voltage curve of the ion diode film fabricated in an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the open-circuit voltage and the short-circuit current of the ion diode membrane of the present invention measured in seawater (500 mM NaCl) and fresh water condition (10 mM NaCl).

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. The invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly explain the present invention, parts not related to the description are omitted, and like parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.

본 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. In this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another part in between . Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements unless specifically stated otherwise.

또한, 본 명세서에서 “가지 형태의 나노기공”이란 입구에서 출구까지의 기공 내의 통로가 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 복수의 갈래로 나누어지는 형태를 갖는 것으로, 예를 들어 도 1과 같이 입구의 직경이 출구보다 크고 입구에서 출구쪽 방향으로 진행될수록 통로가 분기되어 단위면적당 기공의 개수가 증가하고, 기공간의 간격과 기공의 직경은 감소하는 형태의 기공을 의미하는 것이다.In the present specification, the term " nano-pore structure " means that the passage in the pore from the inlet to the outlet has a shape in which the passage in the pore is divided into a plurality of branches according to the depth variation. For example, The diameter of the pores is larger than the diameter of the outlet and the number of pores per unit area increases as the passage progresses from the inlet to the outlet, and the pore spacing and pore diameter decrease.

또한 본 명세서에서 “분기”란 기공 내 어느 하나의 통로가 2개 이상의 갈래(통로)로 나뉘어 기공간의 간격 및 기공의 직경, 단위면적 당 개수가 변화하는 영역을 의미하는 것으로서, 양극산화 공정 중 인위적으로 인가전압을 조절하여 실시된다. “구간”이란 분기와 분기 사이의 영역 또는 입구(또는 출구)와 분기 사이의 영역으로 기공간의 간격 및 기공의 직경, 단위면적 당 기공 개수가 일정한 영역을 의미한다. 본 명세서에서 “입구”는 이온다이오드막의 양면 중에 상대적으로 기공의 직경이 크고 기공간 거리가 큰 면의 기공으로 정의되고, “출구”는 입구의 반대 면의 기공으로 정의되며, 입구와 출구는 이온의 흐름을 대변하지는 않으며 본 발명의 이해를 돕기 위하여 정의된다.In the present specification, the term " branch " means a region in which one of the passages in the pore is divided into two or more fork (passage), the spacing of the space, the diameter of the pore, and the number per unit area. This is done by artificially adjusting the applied voltage. &Quot; Section " means an area between a branch and a branch, or an area between an inlet (or outlet) and a branch, and refers to a space where the number of pores per unit area is constant. The term " inlet " is defined as a pore on a surface having a large pore diameter and a large space distance on both sides of the ion diode membrane. The " outlet " is defined as pores on the opposite surface of the inlet. And is defined to facilitate understanding of the present invention.

본 발명의 이온다이오드막은 막의 일 측면에 존재하는 나노기공인 복수의 입구와, 막의 다른 측면에 존재하는 나노기공인 복수의 출구를 포함하는 이온다이오드막으로서, 상기 입구 및 출구는 기공 개수 및 직경이 상이하고, 막 내부에서 서로 연결되며, 상기 나노기공은 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 복수의 갈래로 나누어지는 하나 또는 그 이상의 분기를 포함하며, 경우에 따라 깊이 변화에 따라 분기하지 않으며, 분기에 비해 상대적으로 길이가 긴 지지구간을 포함할 수 있다. 상기 지지구간은 이온다이오드막의 내구성을 향상시키는 역할을 한다.The ion diode membrane of the present invention is an ion diode membrane comprising a plurality of nano-pores present on one side of the membrane and a plurality of outlets that are nano-pores present on the other side of the membrane, wherein the inlet and outlet have a number of pores and a diameter And the nano pores include one or more branches in which the passage in the pore is divided into a plurality of branches according to the depth change, and in some cases, the nano pores do not branch according to the depth change, A relatively long support section may be included. The support section serves to improve the durability of the ion diode membrane.

본 발명의 이온다이오드막은 막의 표면에 음전하의 작용기를 지니고 있는 양이온다이오드막과, 막의 표면에 양전하 작용기를 가지고 있는 음이온다이오드막으로 분류될 수 있다. 이온다이오드막의 특성을 조절하기 위하여 가지 형태의 나노기공의 형태(막의 두께, 입구와 출구의 직경 및 기공간의 거리, 구간 및 분기의 개수, 각각의 구간에서의 직경, 길이 및 기공 내 통로간 거리 등) 이나 양전하/음전하의 분포 혹은 작용기의 종류가 조절될 수 있다.The ion diode membrane of the present invention can be classified into a cation diode membrane having a negative charge function on the surface of the membrane and an anion diode membrane having a positive charge function on the surface of the membrane. In order to control the characteristics of the ion diode membrane, the shape of the nanopores of the branch shape (thickness of the membrane, the diameter of the inlet and outlet and the distance of the gas space, the number of sections and branches, the diameter in each section, Etc.) or the distribution of positive charge / negative charge or the type of functional group can be controlled.

이온다이오드막의 나노기공의 형태는 입구에서 출구까지 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 복수의 갈래로 나누어지는 하나 또는 그 이상의 분기를 포함하고, 상대적으로 분기하지 않는, 즉 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 분기하지 않는 지지구간을 포함할 수 있다. 이러한 구조에서 이온의 흐름속도는 매우 빠르며 분리속도의 향상이 가능하다. 용도에 따라서 전하의 종류, 전하분포, 나노기공의 형태(즉, 막의 두께, 입구와 출구의 직경 및 기공간의 거리, 구간 및 분기의 개수, 구간의 직경, 길이 및 기공간 거리) 등은 다양하게 변할 수 있다.The shape of the nano pores of the ion diode membrane includes one or more branches in which the passage in the pore is divided into a plurality of branches according to a depth change from the inlet to the outlet, and relatively non-branched, that is, And may include non-branching support sections. In this structure, the ion flow rate is very fast and the separation rate can be improved. Depending on the application, the type of charge, the distribution of charge, the type of nanopore (ie, the thickness of the membrane, the diameter of the inlet and outlet and the distance of the air space, the number of sections and branches, the diameter of the section, .

가지 형태의 나노기공, 즉 입구에서 출구까지 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 복수의 갈래로 나누어지는 하나 또는 그 이상의 분기를 포함하는 나노기공은 일반적인 나노기공과 다르게 구조적 비대칭에 의해 농도구배를 나노기공을 따라서 유도하여 전해질 안의 이온흐름에서 정류특성을 보인다. 또한 특별히 한정하지 않으나, 다양한 설계를 통해 본 발명의 이온다이오드막의 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 나노기공 중에서 이온 또는 분자의 분리에 사용되는 통로 직경이 작은 구간의 길이를 상대적으로 짧게 설계함으로써, 저항을 줄여 이온 또는 분자들의 흐름을 보다 용이하게 할 수 있으며, 이러한 경우 상대적으로 지지구간을 길게 설계할 수 있다. 또한, 직경이 작은 구간을 상대적으로 길게 설계하여 이온의 선택성을 높이거나, 반대로 직경이 큰 구간을 상대적으로 길게 설계함으로써 저항을 줄여 분자 또는 이온의 흐름을 용이하게 할 수 있다. Nano pores including one or more branches where the passage in the pore is divided into a plurality of branches according to the depth of the nano pores in the form of gaps, that is, from the inlet to the outlet, are different from the general nano pores by the structural asymmetry, And it shows the rectification characteristic in the ion flow in the electrolyte. Although not particularly limited, the characteristics of the ion diode film of the present invention can be controlled through various designs. For example, by designing a relatively short length of a section having a small passage diameter used for separation of ions or molecules in nanopores, the resistance can be reduced to facilitate the flow of ions or molecules, and in this case, The section can be designed to be long. In addition, it is possible to increase the selectivity of ions by designing a relatively long section with a relatively small diameter, or to reduce the resistance by designing a relatively long section having a large diameter, thereby facilitating the flow of molecules or ions.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 가지 형태의 나노기공 및 가지 형태의 나노기공이 있는 이온다이오드막의 모식도이다. 가지 형태의 나노기공은, 입구에서 출구까지 기공 내 통로가 복수의 갈래로 나누어지는 하나 또는 그 이상의 분기를 포함하는 형태의 나노기공으로서, 분기의 횟수에 따라 구간의 개수가 결정되며 전체 분기의 수가 N-1이면 구간의 수는 N으로 정의된다. 각 구간은 서로 동일한 직경의 기공(통로)으로 이루어져 있으며 기공(통로)간의 거리는 일정하다. 분기하면서 기공의 직경과 기공간의 거리는 변화하며 n 구간 및 n+1 구간의 기공은 서로 연결되어 있다. 각 구간의 길이 및 기공간의 거리, 및 직경은 용도에 따라서 다양하게 조절될 수 있다.FIG. 1 is a schematic view of an ion diode film having nano pores and nano pores in a branched form according to an embodiment of the present invention. The nano pores in the form of nano pores are nano pores in the form of one or more branches in which the passage in the pore from the inlet to the outlet is divided into a plurality of branches. The number of the sections is determined according to the number of the branches, N-1, the number of intervals is defined as N. Each section consists of pores of the same diameter and the distance between the pores is constant. The diameter of the pore and the distance of the pore space change while the pore branches, and the pore of the section n and the section of the section n + 1 are connected to each other. The length of each section, the distance of the space, and the diameter can be variously adjusted depending on the application.

지지구간은 이온다이오드막의 기계적 내구성(기계적 강도)을 목적으로 제작된다. 일반적으로 막의 두께가 감소하면 막의 저항이 낮아져 이온의 흐름 속도는 향상되지만 막의 내구성은 감소하게 된다. 그러므로 막의 저항에 영향이 적은 상대적으로 큰 직경의 나노기공을 가지는 구간의 길이를 길게 하여, 이온의 흐름속도가 감소하는 것을 최소화하면서 내구성을 향상시키는 지지구간을 제작할 수 있다. 지지구간은 형태적으로는 이온다이오드막의 다른 구간에 비해 상대적으로 길이가 긴 구간이다. 또한 본 발명의 이온다이오드막은 분리기능을 갖는 분기와 지지구간으로 이루어지는 동일 소재로 구성된 비대칭막으로서, 대칭막에 비하여 높은 분리속도가 나타나며, 이물질에 의한 막힘 현상이 억제되어 장시간 동안 사용이 가능하다.The support section is made for the purpose of mechanical durability (mechanical strength) of the ion diode membrane. Generally, as the thickness of the film decreases, the resistance of the film decreases, so that the flow rate of the ions improves but the durability of the film decreases. Therefore, the length of the section having relatively large diameter nano pores having a small influence on the resistance of the membrane can be made long, and the support section for improving the durability while minimizing the decrease of the ion flow rate can be manufactured. The support section is a section that is relatively long in shape compared to other sections of the ion diode membrane. In addition, the ion diode membrane of the present invention is an asymmetric membrane composed of the same material composed of a branch and a support section having a separation function, and exhibits a high separation rate as compared with a symmetric membrane, and is prevented from clogging by foreign substances.

본 발명의 이온다이오드막의 격자상수는 특별히 한정하지 않으나, 2~1,000 nm, 예컨대 2~800 nm, 예컨대 2~600 nm 일 수 있으며, 제조 공정에서 하기 수학식1에 의해 결정될 수 있다. 또한, 특별히 한정하지 않으나, 입구 및 출구의 격자상수의 비는 1: 1 초과 내지 2,000, 예컨대 1: 1 초과 내지 1,000, 일 수 있다.The lattice constant of the ion diode film of the present invention is not particularly limited, but may be 2 to 1,000 nm, for example, 2 to 800 nm, for example, 2 to 600 nm, and may be determined by the following Equation 1 in the manufacturing process. Further, although not particularly limited, the ratio of the lattice constant at the inlet and the outlet may be more than 1: 1 to 2,000, for example, more than 1: 1 to 1,000.

[수학식 1][Equation 1]

격자상수(dn) (nm)= 2.5 (nm/V) x Un (V)Lattice constant (d n ) (nm) = 2.5 (nm / V) x U n (V)

(상기 식에서, dn은 n구간의 격자상수이고, Un은 n구간의 인가전압임.)(Where d n is the lattice constant of the n section and U n is the applied voltage of the n section).

본 발명의 이온다이오드막은, 특별히 한정하지 않으나, 2~1,000인, 표면이 양전하 또는 음전하로 대전된 이온다이오드막일 수 있다.The ion diode membrane of the present invention is not particularly limited, but it may be an ion diode membrane having a surface of 2 to 1,000 and being charged positively or negatively.

또한, 나노기공의 초기 직경은 하기 실시예 1의 실험으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전해질의 종류와 전압에 따라 결정될 수 있다.In addition, the initial diameter of the nano pores can be determined according to the type and voltage of the electrolyte, as can be seen from the experiment of Example 1 below.

이 때 형성되는 나노구조층은 육방정계의 구조를 가지며, 기공의 직경은 등방성 식각공정을 통하여 양극산화 후에 조절 가능하며, 등방성 식각으로 얻어진 나노기공의 최종 직경은 초기 직경보다 크거나 격자상수보다 작은 범위에서 조절될 수 있다. 본 발명의 이온다이오드막과 같이 균일한 다공을 요구하지 않을 경우에는 상기 수학식 1에 따라서 다양한 전해질과 전압조건에서 양극산화가 진행될 수 있으며, 예컨대 1M 황산 혹은 옥살산에서는 1nm 이하의 직경을 가지는 2.5nm 격자상수의 나노기공의 제조도 가능하다. 본 발명의 양극산화 조건은 표 1에 국한되지 않고, 다공성 양극산화가 가능한 다양한 조건으로 확대될 수 있다.The nanostructure layer formed at this time has a hexagonal structure. The diameter of the pores can be controlled after the anodic oxidation through the isotropic etching process. The final diameter of the nano pores obtained by isotropic etching is larger than the initial diameter or smaller than the lattice constant Lt; / RTI > When uniform pores are not required as in the case of the ion diode membrane of the present invention, anodic oxidation can be carried out under various electrolyte and voltage conditions according to Equation 1. In the case of 1 M sulfuric acid or oxalic acid, for example, 2.5 nm It is also possible to manufacture nanopores of lattice constant. The anodic oxidation conditions of the present invention are not limited to those shown in Table 1, but can be expanded to various conditions enabling porous anodization.

본 발명의 이온다이오드막의 제조방법은, (a) 양극산화를 위한 금속 및 전해질을 준비하는 단계; (b) 양극산화를 수행하여 이온다이오드막의 산화물을 형성하는 단계; (c) 금속을 제거하여 산화물의 다공성 템플레이트를 얻는 단계; 및 (d) 다공성 템플레이트의 하부를 제거하여 관통된 이온다이오드막을 얻는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계에서 다전위 사각펄스 양극산화 공정을 수행하여, 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 분기하지 않는 지지구간; 및 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 복수의 갈래로 나누어지는 분기;를 포함하는 가지 형태의 나노기공을 포함하는 이온다이오드막의 산화물을 형성한다. A method of manufacturing an ion-diode membrane of the present invention includes the steps of: (a) preparing a metal and an electrolyte for anodizing; (b) performing an anodic oxidation to form an oxide of the ion diode film; (c) removing the metal to obtain a porous template of oxide; And (d) removing the lower portion of the porous template to obtain a penetrating ion diode membrane. In the step (b), a multi-potential rectangular pulse anodizing process is performed, Support section; And a branch in which the passage in the pore is divided into a plurality of branches according to a change in depth, an oxide of an ion diode film including a nanopore of a branch shape is formed.

본 발명의 이온다이오드막 제조방법은 양극산화법을 사용할 수 있다. 양극산화법은 금속의 표면 처리 기술의 하나로 금속 표면에 산화막을 형성하여 부식을 예방하거나, 금속을 채색하기 위하여 널리 사용되어 왔으나, 최근에는 나노 점, 나노 선, 나노 튜브, 나노 막대 등과 같은 나노 구조체를 직접 형성시키거나, 나고 구조체 형성을 위한 템플레이트를 제조하는 방법으로 크게 알려져 있다. 이러한 양극산화에 의해 나노 구조체를 형성할 수 있는 금속으로는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈룸(Ta), 니오븀(Nb), 텅스텐(W) 등을 사용할 수 있다. 이 중 알루미늄 양극산화막은 제조가 용이하고, 불소 이온을 사용하는 다른 금속과 달리, 전해질 취급이 비교적 안전하며, 나노 기공의 직경, 길이, 기공사이의 거리(격자상수) 제어가 쉬워 나노 기술 연구에 많이 활용되어 왔다. 알루미늄은 황산, 옥살산, 셀렌산 또는 인산 등과 같은 전해질을 포함하는 수용액에서 전기화학적으로 양극산화시키면 표면에 두꺼운 다공성 양극산화막이 형성된다. 이러한 양극산화막은 규칙적인 간격을 갖는 기공이 내부 금속으로부터 외부표면의 수직 방향으로 성장한 다공층을 형성한다. 나노 기공의 자기 정렬은 전해액에 따라 특정한 전압과 온도에 의해 결정되며, 이러한 자기 정렬 조건에서의 양극산화를 통해 나노 기공이 조밀하게 배열된 나노 템플레이트를 제조할 수 있다. 특히 양극산화 알루미나 나노 템플레이트는 나노 기공을 제어하는 공정이 용이하고 경제적이어서, 나노 템플레이트 제조 기술로서 다양한 분야에 활용되고 있다.The anodic oxidation method may be used for the ion diode membrane production method of the present invention. Anodic oxidation is one of the surface treatment techniques for metal. It has been widely used to prevent corrosion by forming an oxide film on the surface of metal or to color metal. Recently, however, nanostructures such as nano dots, nanowires, nanotubes, and nanorods Is known as a method for directly forming a template for forming a bare structure or a template for forming a bare structure. Examples of the metal capable of forming the nanostructure by the anodic oxidation include aluminum (Al), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), tantalum (Ta), niobium (Nb), tungsten Can be used. Among them, aluminum anodic oxide film is easy to manufacture and unlike other metals using fluorine ion, it is relatively safe to handle the electrolyte, and it is easy to control the distance (lattice constant) between the diameter, length and pore size of the nanopore. It has been widely used. Aluminum is electrochemically anodized in an aqueous solution containing an electrolyte such as sulfuric acid, oxalic acid, selenic acid or phosphoric acid to form a thick porous anodic oxide film on the surface. This anodic oxide film forms a porous layer in which pores having regular intervals are grown in the direction perpendicular to the outer surface from the inner metal. The self - alignment of the nanopores is determined by the specific voltage and temperature of the electrolyte. Anodization at these self - aligned conditions can produce nanotubes in which the nanopores are densely arranged. In particular, the anodic alumina nanotemplate is used in various fields as nanotemplate manufacturing technology because it is easy and economical to control the nanopores.

본 발명의 이온다이오드막의 제조방법은, 상기 (a) 단계 후에 다음의 단계를 추가로 포함할 수 있다:The method for producing an ion-diode membrane of the present invention may further comprise the following steps after the step (a):

(a-1) 금속을 양극산화시켜 금속 표면에 산화물을 형성하는 사전 양극산화 단계; 및 (a-1) pre-anodizing the metal to form an oxide on the metal surface; And

(a-2) 금속으로부터 산화물을 선택적으로 제거하는 단계.(a-2) selectively removing the oxide from the metal.

상기 사전 양극산화 단계는 전해질에 의한 양극산화 단계로서, 후술하는 (b) 단계의 양극산화 단계의 1구간과 동일한 전압 조건으로 수행될 수 있다. 상기 (a-1) 및 (a-2) 공정을 수행하는 경우 보다 정렬된 기공을 얻을 수 있으며, 결과적으로 이온 흐름속도를 향상시킬 수 있다.The pre-anodizing step may be an anodizing step with an electrolyte, and may be performed under the same voltage conditions as one section of the anodizing step of step (b) described later. The aligned pores can be obtained more than when the processes (a-1) and (a-2) are performed, and as a result, the ion flow rate can be improved.

또한, 본 발명의 이온다이오드막의 제조방법은, (e) 실란화 공정, 층상자기 조립법 및 수열합성법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법으로 이온다이오드막을 표면 처리하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다. 양극산화된 이온다이오드막은 표면처리에 의해서 표면 전하의 종류 및 전하밀도를 조절할 수 있으며, 이에 따라서 양이온 혹은 음이온 교환막으로 제작될 수 있다. 표면처리법으로는 양극산화 된 산화물의 -OH 를 이용한 실란화 공정을 이용한 방법, 대전된 고분자전해질을 이용한 층상자기조립법, 혹은 수열합성법이 있으며, 이를 이용하여 이온다이오드막의 표면에 표면전하의 종류 및 밀도를 조절할 수 있다.In addition, the method for producing an ion-diode membrane of the present invention may further include: (e) surface-treating the ion-diode membrane by a method selected from the group consisting of a silanization step, a layered self-assembly method and a hydrothermal synthesis method. Anodized ion diode membranes can control the type and charge density of surface charge by surface treatment, and thus can be fabricated as cationic or anion exchange membranes. As the surface treatment method, there are a method using a silane process using an anodized oxide -OH, a layered self-assembly method using a charged polymer electrolyte, or a hydrothermal synthesis method, and the kind and density of the surface charge on the surface of the ion- Can be adjusted.

도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 양극산화를 이용한 이온다이오드막의 제조방법으로서, (a) 양극산화를 위한 금속 (알루미늄 포일) 및 전해질을 준비하는 단계; (a-1) 금속을 양극산화시켜 금속 표면에 산화물을 형성하는 사전 양극산화 단계; (a-2) 금속으로부터 산화물을 선택적으로 제거하는 단계; (b) 양극산화를 수행하여 이온다이오드막의 산화물을 형성하는 단계; (c) 금속을 제거하여 산화물의 다공성 템플레이트를 얻는 단계; (d) 다공성 템플레이트의 하부를 제거하여 관통된 이온다이오드막을 얻는 단계 및 (e) 이온다이오드막의 표면전하밀도를 조절하기 위한 표면처리 단계를 포함한다. 경우에 따라 (a-1) 및 (a-2) 공정을 진행하지 않고, (a)의 알루미늄 포일 위에 (b)의 양극산화 공정을 진행할 수 있다. (a-1) 공정 후 (a-1)의 전해액에 오랜 시간 담가두어 등방성 식각하여 (a-2) 공정을 대처한 후 (b) 단계를 진행할 수 있다. 또한, (e)의 표면처리는 (b) 혹은 (c) 공정 다음에 진행할 수 있다.FIG. 2 illustrates a method of manufacturing an ion diode membrane using anodization according to an embodiment of the present invention. The method includes: (a) preparing a metal (an aluminum foil) for anodization and an electrolyte; (a-1) pre-anodizing the metal to form an oxide on the metal surface; (a-2) selectively removing the oxide from the metal; (b) performing an anodic oxidation to form an oxide of the ion diode film; (c) removing the metal to obtain a porous template of oxide; (d) removing the lower portion of the porous template to obtain a penetrating ion diode membrane, and (e) a surface treatment step for adjusting the surface charge density of the ion diode membrane. The anodization step (b) may be carried out on the aluminum foil (a) without going through the steps (a-1) and (a-2). After step (a-1), it is immersed in the electrolyte solution of (a-1) for a long time and isotropically etched to cope with step (a-2). The surface treatment of (e) may be carried out after the step (b) or (c).

상기 (a-1), (b) 단계에서 하기 수학식 1에 따라 양극산화 공정의 인가전압을 조절하여 이온다이오드막의 각 구간들의 격자상수를 결정할 수 있다. 일반적으로 (a-1)과 (b) 단계의 1구간의 인가전압은 동일하게 하여 격자상수를 동일하게 맞추어 기공의 정렬을 향상시킬 수 있다.The lattice constant of each section of the ion diode film can be determined by controlling the applied voltage in the anodic oxidation process according to the following equation (1) in steps (a-1) and (b) In general, the pore alignment can be improved by adjusting the lattice constants to be the same by applying the same voltage to one section of the step (a-1) and the step (b).

[수학식 1][Equation 1]

격자상수(dn) (nm)= 2.5 (nm/V) x Un (V)Lattice constant (d n ) (nm) = 2.5 (nm / V) x U n (V)

(상기 식에서, dn은 n구간의 격자상수이고, Un은 n구간의 인가전압임.)(Where d n is the lattice constant of the n section and U n is the applied voltage of the n section).

상기 수학식 1과 실시예의 표 1을 참조하면 전해질의 종류와 양극산화에 걸리는 전압에 따라 나노 다공 층의 격자 상수를 조절할 수 있으며, 초기 직경은 전해질과 전압에 따라 결정됨을 알 수 있다. 이 때 형성되는 나노구조층은 육방정계의 구조를 가지며, 기공의 직경은 등방성 식각공정을 통하여 양극산화 후에 조절 가능하며, 등방성 식각으로 얻어진 나노다공의 최종 직경은 초기 직경보다 크거나 격자상수보다 작은 범위에서 조절될 수 있다.Referring to Table 1, the lattice constant of the nanoporous layer can be controlled according to the kind of the electrolyte and the voltage applied to the anodic oxidation, and the initial diameter is determined according to the electrolyte and the voltage. The nanostructure layer formed at this time has a hexagonal system structure. The diameter of the pores can be controlled after the anodic oxidation through the isotropic etching process. The final diameter of the nanopores obtained by isotropic etching is larger than the initial diameter or smaller than the lattice constant Lt; / RTI >

(a-1)의 사전 양극산화 공정을 통해서 생성된 정렬되지 않았던 기공들은 (a-2) 공정 후 (b) 단계의 양극산화를 진행하게 되면 분포가 정렬된 육방정계 구조를 가지게 되며, 직경(pore diameter) 이 균일하게 된다. 그러나 본 발명의 이온다이오드막과 같이 균일한 다공을 요구하지 않을 경우에는 수학식 1에 따라서 다양한 전해질과 전압조건에서 양극산화가 진행될 수 있으며, 예컨대 1M 황산 혹은 옥살산에서는 1nm 이하의 직경을 가지는 2.5nm 격자상수의 나노다공의 제조도 가능하다. 따라서 본 발명의 양극산화 조건은 다공성 양극산화가 가능한 다양한 조건으로 확대될 수 있다.The unaligned pores produced by the pre-anodization process of (a-1) have an ordered hexagonal structure when the anodization of step (b) is performed after the step (a-2) pore diameter becomes uniform. However, when uniform pores are not required as in the case of the ion diode membrane of the present invention, anodic oxidation may proceed under various electrolyte and voltage conditions according to Equation 1. For example, in 1 M sulfuric acid or oxalic acid, 2.5 nm It is also possible to manufacture nanoporous lattice constants. Therefore, the anodic oxidation condition of the present invention can be expanded to various conditions enabling porous anodic oxidation.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노기공의 가지 형태를 조절하기 위한 다전위 사각펄스 양극산화 방법을 나타내는 모식도로서, 도 2의 b) 단계의 이해를 돕기 위하여 나타내는 것이다. 일반적으로 양극산화 공정 중에는 전해질에 의해 등방성 식각이 일어나게 되며, 등방성 식각 속도는 사용한 전해질 및 온도에 영향을 받게 되므로, 이를 고려하여 기공의 형태를 제어할 수 있다. FIG. 3 is a schematic view showing a multistage square pulse anodic oxidation method for controlling the morphology of nano pores according to an embodiment of the present invention, in order to facilitate understanding of step b) of FIG. 2. In general, the isotropic etching is caused by the electrolyte during the anodic oxidation process, and the isotropic etching rate is influenced by the used electrolyte and temperature, so that the pore shape can be controlled by considering this.

우선 이온다이오드막의 용도에 따라 막의 전체 두께 및 지지구간의 길이, 구간의 개수, 입구와 출구를 포함하는 각 구간의 나노기공의 길이 및 격자상수, 직경 등 이온다이오드막의 형태를 설계하고, 이에 따라서 전해질과 공정온도를 결정한다. 여기서 전해질과 공정온도에 따라서 양극산화물의 성장속도(vn) 및 등방성 식각 속도(ve)가 결정된다. 또한 성장속도는 전해질의 종류 및 공정 온도 외에 인가전압에 의존하여 변한다.First, the shape of the ion diode membrane such as the total thickness of the membrane, the length of the supporting section, the number of sections, the length of the nanopore, the lattice constant, and the diameter of each section including the inlet and the outlet are designed according to the use of the ion diode membrane, And the process temperature. The growth rate (v n ) and the isotropic etch rate (v e ) of the anodic oxide are determined according to the electrolyte and the process temperature. The growth rate also depends on the applied voltage in addition to the type of electrolyte and the process temperature.

우선, 도 3의 a)에서 입구 면을 포함하는 1구간을 제작하기 위하여 1번째 사각펄스 양극산화를 실시한다. 여기서 사각펄스는 설계에 따라 수학식 1로 계산된 인가전압과 0V의 사각펄스이다. 사각펄스의 총 횟수(N)와 이온다이오드막 구간의 총 개수(N)는 서로 같다. 도 3의 d)는 다전위 사각펄스 양극산화의 시간-전압곡선을 나타내는 모식도이다. 즉, 설계에 따라 서로 다른 인가전압에서 수행하는 총 N번의 사각펄스 양극산화공정은 총 N개의 구간을 가지는 이온다이오드막을 형성할 수 있다. 1번째 사각펄스 양극산화 공정을 통해 도 3의 a)에 해당하는 1구간을 형성한다. 1구간의 격자상수(d1)와 길이(L1), 직경(D1)은, 1구간의 인가전압(U1)과 인가전압에서 양극산화물의 성장속도(v1), 등방성 식각 속도(ve), 전압인가 시간(t1)과 주기 시간(T1)으로부터 수학식 1, 2 및 3으로 결정된다. 일반적으로 양극산화공정에서 양극산화물은 전해액에 의해 등방성 식각이 일어나므로, 전해액에 노출되어 있는 시간 동안 양극산화로 형성된 기공은 등방성 식각을 받아 직경이 증가한다. 그러므로 기공의 직경(Dn)은 10% 기공도 법칙(porosity`s role) 에 의해 계산된

Figure pat00001
(n 구간의 최소직경)보다 전해액에 노출된 시간, 즉 기공 형성 후부터 누적된 양극산화 공정시간만큼 직경이 증가하므로 수학식 3에 의해 결정된다. 도 3의 b)에서는 U1에서 U2로 낮아진 인가전압에서 2번째 양극산화를 수행하면 기공 내 통로에서 분기가 일어나면서 2번째 사각펄스 양극산화를 통해 분기가 일어나 1구간 아래에 2구간이 형성되고, 형성된 2구간의 격자상수(d2)와 길이(L2), 직경(D2)은 2구간의 인가전압(U2)과 인가전압에서 양극산화물의 성장속도(v2), 전압인가 시간(t2)과 주기 시간(T2)으로부터 결정된다. 여기서 1구간의 다공의 직경은 2구간에서의 전해액과 공정온도가 1구간과 동일한 경우에 2구간의 등방성 식각속도는 1구간과 동일하므로, T2에 의존하여 수학식 3에 따라 증가한다.First, in Fig. 3 (a), the first rectangular pulse anodization is performed to fabricate one section including the inlet surface. Where the square pulse is an applied voltage calculated by Equation 1 and a square pulse of 0 V according to the design. The total number N of square pulses and the total number N of ion diode film sections are equal to each other. 3 (d) is a schematic diagram showing the time-voltage curve of multi-potential rectangular pulse anodization. That is, a total of N square pulse anodizing processes performed at different applied voltages according to the design can form an ion diode film having N sections in total. The first section corresponding to a) of FIG. 3 is formed through the first rectangular pulse anodization process. The lattice constant d 1 and the length L 1 and the diameter D 1 of the first section can be calculated by dividing the growth rate v 1 of the anodic oxide at an applied voltage U 1 and the isotropic etching rate v e), it is determined by equation 1, 2, and 3 from the voltage application time (t 1) and the cycle time (t 1). In general, the anodic oxide isotropically etched by the electrolyte in the anodic oxidation process, so that the pores formed by the anodic oxidation during the period of exposure to the electrolyte are increased in diameter by isotropic etching. Therefore, the diameter of the pore (D n ) is calculated by the 10% porosity`s role
Figure pat00001
(the minimum diameter of the section n), that is, the diameter of the anodization process accumulated from the time of formation of the pores increases. 3 b), when the second anodization is performed at a lower applied voltage from U 1 to U 2 , the branching occurs in the passage in the pore, branching occurs through the second square pulse anodization, and two sections are formed under one section The lattice constant d 2 , the length L 2 and the diameter D 2 of the formed two sections are set so that the applied voltage U 2 of the two sections and the growth rate v 2 of the anodic oxide at the applied voltage, Is determined from the time t 2 and the cycle time T 2 . In this case, the diameter of the pore of the first section is increased according to Equation (3) depending on T 2 because the isotropic etch rate of the two sections is the same as the first section when the electrolyte and the process temperature in the two sections are equal to one section.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00002
Figure pat00002

(상기 식에서, Ln은 n구간의 길이이고, vn은 n구간에서의 양극산화물의 성장속도이며, tn은 n구간에서의 전압인가 시간이다.)(Where L n is the length of the n section, v n is the growth rate of the anodic oxide in the n section, and t n is the voltage application time in the n section).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00003
Figure pat00003

(상기 식에서, Dn은 n구간의 기공의 직경이고, dn은 n구간의 격자상수이며, ve는 등방성 식각 속도이고, Ti는 i구간에서의 주기 시간이며, N은 구간의 총 개수다.)(And wherein R, D n is the diameter of the pores of the n sections, d n is the lattice constant of the n sections, v e is the isotropic etching rate, T i is the period of time in the i interval, N is a total of two of the interval chat.)

위와 같이 i 번의 다전위 사각펄스 양극산화 공정을 진행하는 경우, i 구간의 격자상수(di), 길이(Li) 및 직경(Di)은, 전해액과 공정온도가 변동이 없다는 전제 하에, i 구간의 인가전압(Ui)과 그 인가전압에서 양극산화물의 성장속도(vi), 등방성 식각 속도(ve), 전압인가 시간 (ti)과 주기 시간 (Ti)으로부터 수학식 2 및 3에 따라 결정된다. 전체 이온다이오드막의 두께는 모든 구간의 길이의 합(

Figure pat00004
)으로 결정된다. 또한, N번의 사각펄스 양극산화를 실시하여 완성된 이온다이오드막의 i 번째 구간의 다공직경(Di) 은 i 번째에서 N 번째까지 누적된 주기시간 (
Figure pat00005
) 으로부터 결정된다. 위의 원리를 이용하면 설계에 따라 저온 양극산화 시간, 고온 양극산화의 각 사이클에서의 주기시간과 전압인가 시간을 조절하여, 이온다이오드막 내부의 나노다공 형태를 자유롭게 조절할 수 있으며, 다양한 특성의 이온다이오드막 제조가 가능하다.The lattice constant d i , the length L i and the diameter D i of the i- th section in the case of performing the i-th multistage rectangular pulse anodic oxidation process as described above are determined on the assumption that the electrolytic solution and the process temperature do not fluctuate, is the i interval voltage (U i) and the rate of growth of anodic oxide on the applied voltage (v i), an isotropic etching speed (v e), equation voltage from the application time (t i) and the cycle time (t i) 2 And < / RTI > The thickness of the entire ion diode film is the sum of the lengths of all the sections (
Figure pat00004
). Further, the porous diameter (D i) of the i-th ion diodes film interval completed by performing a single square pulse anodizing is N times the cumulative period from the i-th to N-th (
Figure pat00005
). By using the above principle, it is possible to freely control the nanoporous form in the ion diode film by controlling the low-temperature anodization time, the cycle time and the voltage application time in each cycle of the high-temperature anodization according to the design, Diode film fabrication is possible.

또한, 구간의 단위면적당 기공개수는 다음 수학식 4에 의해 결정될 수 있다.Further, the number of pores per unit area of the section can be determined by the following equation (4).

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure pat00006
Figure pat00006

(상기 식에서, N/Pn은 n 구간의 1cm2 당 기공의 개수이고, dn은 n 구간의 격자상수이다.)(Where N / P n is the number of pores per cm 2 of the section n, and d n is the lattice constant of the section n).

또한 상기 공정은 프로그램을 통해 간단하게 제어할 수 있으므로, 구간의 개수(N)는 매우 많을 수 있으며, 그로부터 정교한 형태 제어가 가능하다.Also, since the above process can be simply controlled through a program, the number of sections (N) can be very large, thereby enabling precise shape control.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예][Example]

1. 이온다이오드막의 격자 상수와 기공의 초기 직경1. The lattice constant of the ion diode film and the initial diameter of the pores

하기 표 1은 기재된 조건으로 전해질 및 인가전압을 달리하였을 때 기공의 초기 직경 및 격자 상수를 전자현미경을 이용하여 측정하였다.Table 1 below shows the initial diameters and lattice constants of the pores when the electrolyte and the applied voltage were differently measured under the conditions described by using an electron microscope.

Figure pat00007
Figure pat00007

표 1의 결과가 상기 수학식 1에 부합되고, 전해질의 종류와 양극산화에 인가 전압에 따라 나노 다공 층의 격자 상수를 조절할 수 있으며, 초기 직경은 전해질과 전압에 따라 결정됨을 알 수 있었다.The results of Table 1 correspond to Equation (1), and it can be seen that the lattice constant of the nanoporous layer can be controlled according to the kind of the electrolyte and the applied voltage for the anodic oxidation, and the initial diameter is determined according to the electrolyte and the voltage.

2. 이온다이오드막의 제조2. Manufacture of ion diode membrane

아세톤에 알루미늄 포일을 담구어 초음파(ultrasonic)로 유기물을 세척한 후, 왕수(HCl(hydrochloric acid) 20ml + HNO3(nitric acid) 10ml + 증류수 70ml + HF(hydrofluoric acid) 1ml)에 담가 표면 불순물을 제거한 후, 증류수로 세척하였다. 불순물이 제거된 알루미늄 포일을 500℃를 유지하여 N2 분위기에서 5시간 열처리한 후, 알루미늄 표면의 미세한 요철을 제거하기 위하여 전해연마를 실시하였다. 상기와 같이 처리된 표면이 매끄러운 알루미늄 포일을 40V, 0.3M의 옥살산 수용액을 전해질로 사용하여 사전 양극산화를 10℃에서 실시한 후, 양극산화로부터 형성된 산화물을 크롬산 수용액(1.8g CrO3 + 7.1g H3PO4 (85%) +증류수 (fill up to 100mL)) 을 이용하여 제거하였다. 산화물이 제거된 알루미늄 표면에는 100nm 육방정계의 패턴이 남아있는 것을 전자현미경을 통해 확인하였다. After the aluminum foil was immersed in acetone, the organic matter was washed with ultrasonic and immersed in water (HCl (hydrochloric acid) 20 ml + HNO 3 (nitric acid) 10 ml + distilled water 70 ml + HF (hydrofluoric acid) 1 ml) After removal, it was washed with distilled water. The aluminum foil from which the impurities were removed was heat-treated for 5 hours in an N 2 atmosphere at 500 ° C, and electrolytic polishing was performed to remove fine irregularities on the aluminum surface. A smooth aluminum foil surface-treated as described above 40V, and then subjected to a pre-anodization using an aqueous solution of 0.3M oxalic acid as an electrolyte at 10 ℃, chromate, the oxide formed from the anodizing solution (1.8g 7.1g CrO 3 + H 3 PO 4 (85%) + fill up to 100 mL). It was confirmed by electron microscope that a 100 nm hexagonal system pattern remained on the aluminum surface from which the oxide was removed.

이온다이오드막의 입구의 직경은 47nm, 격자상수는 100nm이고, 출구의 직경은 4.2nm, 격자상수는 12.5nm, 막의 총 두께 60μm, 구간의 개수는 351개로 설계하였다. 또한 입구를 포함하는 1구간에 지지구간을 20μm 포함하였으며, 나머지 구간들의 길이는 동일하게 설계하였다. 공정온도는 10℃이며, 등방성 식각 속도는 0.566143nm/hr이었다. 각 인가전압에서 성장속도는 사전에 계산되었으며 40V에서 85nm/min, 5V에서 4.92nm/min 이었다. 육방정계 패턴이 있는 알루미늄 포일에 대해 사전 양극산화 조건과 동일한 40V, 0.3M의 옥살산 수용액을 전해질로 사용하여 10℃ 조건에서 다전위 사각펄스 양극산화를 진행하여 이온다이오드막을 제작하였다. 이 때 양극산화시간은 설계에 따라서 수학식 2 및 3에 의하여 결정하여, 23시간 43분 49초 동안 진행하였다. 다전위 사각펄스 양극산화를 마친 후 증류수에 세척하고, 양극산화 되지 않은 알루미늄은 1M의 SnCl4 용액에 담가 제거하여, 가지 형태의 나노기공을 포함하는 양극산화막을 얻었다. The diameter of the inlet of the ion diode membrane was 47 nm, the lattice constant was 100 nm, the diameter of the outlet was 4.2 nm, the lattice constant was 12.5 nm, the total thickness of the membrane was 60 μm, and the number of sections was 351. Also, the support section was included in one section including the entrance, and the remaining sections were designed to have the same length. The process temperature was 10 ° C, and the isotropic etching rate was 0.566143 nm / hr. The growth rate at each applied voltage was calculated in advance and was 85nm / min at 40V and 4.92nm / min at 5V. For the aluminum foil with hexagonal pattern, an ion diode membrane was fabricated by conducting multi - potential square - pulse anodization at 10 ℃ using an aqueous solution of oxalic acid (40V, 0.3M), which was the same as the pre - anodic oxidation condition. At this time, the anodization time was determined according to the formulas (2) and (3) according to the design, and the process was performed for 23 hours 43 minutes and 49 seconds. After the anodic oxidation process was completed, the anodized aluminum was immersed in 1M SnCl 4 solution to remove the anodic oxide film containing the nanopores.

얻어진 양극산화막은 한쪽 기공이 막혀 있으므로, 다공들의 바닥을 크롬산 수용액으로 습식 식각하여, 입구와 출구가 관통된 이온다이오드막을 제조하였다. 제조된 이온 다이오드막을 3-머캅토프로필 트리메톡시실란 (3-mercaptopropyl trimethoxysilane, MPTS, HS(CH2)3Si(OCH3)3)와 아세톤의 1:100 용액에 12시간 담가서 실란화 공정으로 표면처리하여, 표면에 -SH 작용기를 도입하였고, 아세톤으로 세척하였다. 그 후, 이온다이오드막을 30% H2O2 수용액에 하루 담가 처리한 후 건조시켰다. 양극산화된 산화물의 표면은 일반적으로 -OH 작용기를 가지지만, 상기 실란화 공정과 과산화수소처리로 -SO3H 작용기를 갖는 이온다이오드막을 제조하였다. 상기와 같이 제조된 이온 다이오드막을 전자현미경으로 촬영하여 도 4에 나타내었으며 설계에 따라 다전위 사각펄스 양극산화에 의한 형태 제어를 확인할 수 있다.The resulting anodic oxide film was clogged with one pore, so that the bottoms of the pores were wet etched with a chromic acid aqueous solution to prepare an ion diode film through the inlet and the outlet. The prepared ion diode membrane was immersed in a 1: 100 solution of 3-mercaptopropyl trimethoxysilane (MPTS, HS (CH 2 ) 3 Si (OCH 3 ) 3 ) and acetone for 12 hours The surface was treated to introduce the -SH functional group on the surface, and washed with acetone. Thereafter, the ion diode film was immersed in a 30% H 2 O 2 aqueous solution for one day and then dried. The surface of the anodized oxide generally has an -OH functional group, but the ionization membrane having the -SO 3 H functional group by the above-mentioned silanization process and hydrogen peroxide treatment was prepared. The ion diode film prepared as described above is photographed by an electron microscope and is shown in FIG. 4, and morphological control by multi-potential square pulse anodization can be confirmed according to the design.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 양극산화된 이온다이오드막은 표면처리에 의해서 표면 전하의 종류 및 전하밀도를 조절할 수 있으며, 이에 따라서 양이온교환막 혹은 음이온교환막으로 제작될 수 있다. 표면처리법은 대표적으로 양극산화된 산화물의 -OH를 이용한 실란화 공정을 이용한 방법, 대전 된 고분자전해질을 이용한 층상자기조립법, 혹은 수열합성법 등을 이용하여 이온다이오드막의 표면에 표면전하의 종류 및 밀도를 조절할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the anodized ion diode membrane can control the type and charge density of the surface charge by surface treatment, and thus can be fabricated as a cation exchange membrane or anion exchange membrane. Surface treatment methods typically include the type and density of the surface charge on the surface of the ion diode membrane using a method using a silane process using an anodized oxide -OH, a layered self-assembly method using a charged polymer electrolyte, or a hydrothermal synthesis method Can be adjusted.

도 5는 본 발명의 실시예로, 실란화 공정으로 -SO3H, -NH2로 표면처리 된 양이온, 음이온다이오드막의 전류-전압곡선으로 이온의 정류특성을 보여준다. NaCl 수용액에서 측정되었으며 정류비 500이상의 높은 이온다이오드 특성을 발현함을 확인할 수 있다.FIG. 5 shows the rectification characteristics of ions in a current-voltage curve of a cation and an anion diode film surface-treated with -SO 3 H and -NH 2 by a silanization process according to an embodiment of the present invention. NaCl aqueous solution and exhibited a high ion diode characteristic of a rectification ratio of 500 or more.

도 6은 본 발명의 실시예로, 제작 된 이온다이오드막의 해수(500mM NaCl)와 담수조건(10mM NaCl)에서 개방전압과 단락전류를 보여주며 약 3.4W/m2의 에너지 생산이 가능하였다. 이는 기존 상용화된 이온교환막에 비해 17배 정도 높은 값이다.FIG. 6 shows an open circuit voltage and a short-circuit current in a seawater (500 mM NaCl) and a fresh water condition (10 mM NaCl) of the prepared ion diode membrane, and an energy production of about 3.4 W / m 2 was possible. This value is about 17 times higher than the conventional commercialized ion exchange membrane.

Claims (11)

막의 일 측면에 존재하는 나노기공인 복수의 입구와,
막의 다른 측면에 존재하는 나노기공인 복수의 출구를 포함하는 이온다이오드막으로서,
상기 입구 및 출구는 기공 개수 및 직경이 상이하고, 막 내부에서 서로 연결되며,
상기 나노기공은 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 복수의 갈래로 나누어지는 하나 또는 그 이상의 분기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온다이오드막.
A plurality of entrances that are nanopores present on one side of the membrane,
An ion diode membrane comprising a plurality of outlets which are nanopores present on the other side of the membrane,
Wherein the inlet and outlet are different in pore number and diameter and are connected to each other within the membrane,
Wherein the nano-pores include one or more branches in which a passage in the pore is divided into a plurality of branches according to a depth change.
제1항에 있어서, 상기 나노기공은, 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 분기하지 않는 지지구간; 및 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 복수의 갈래로 나누어지는 분기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온다이오드막.The nano-pore structure according to claim 1, wherein the nano-pores include: a support section in which a passage in the pore does not branch according to a change in depth; And a branch in which the passage in the pore is divided into a plurality of branches according to the depth change. 제1항에 있어서, 입구 및 출구의 격자상수의 비는 1: 1 초과 2,000인, 이온다이오드막.2. The ion diode membrane of claim 1, wherein the ratio of the lattice constant of the inlet and the outlet is greater than 1: 1 and 2,000. 제1항에 있어서, 이온다이오드막의 재질은 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 탄탈룸, 니오븀 및 텅스텐으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 금속의 산화물인, 이온다이오드막.The ion diode membrane according to claim 1, wherein the material of the ion diode film is an oxide of a metal selected from the group consisting of aluminum, titanium, zirconium, hafnium, tantalum, niobium and tungsten. 제1항에 있어서, 정류 비가 2~1,000 인, 표면이 양전하 또는 음전하로 대전된, 이온다이오드막.The ion diode membrane according to claim 1, wherein the rectification ratio is 2 to 1,000, and the surface is positively charged or negatively charged. (a) 양극산화를 위한 금속 및 전해질을 준비하는 단계;
(b) 양극산화를 수행하여 이온다이오드막의 산화물을 형성하는 단계;
(c) 금속을 제거하여 산화물의 다공성 템플레이트를 얻는 단계; 및
(d) 다공성 템플레이트의 하부를 제거하여 관통된 이온다이오드막을 얻는 단계를 포함하고,
상기 (b) 단계에서 다전위 사각펄스 양극산화 공정을 수행하여, 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 분기하지 않는 지지구간; 및 깊이 변화에 따라 기공 내 통로가 복수의 갈래로 나누어지는 분기;를 포함하는 가지 형태의 나노기공을 포함하는 이온다이오드막의 산화물을 형성하는,
이온다이오드막의 제조방법.
(a) preparing a metal and an electrolyte for anodizing;
(b) performing an anodic oxidation to form an oxide of the ion diode film;
(c) removing the metal to obtain a porous template of oxide; And
(d) removing the lower portion of the porous template to obtain a penetrating ion diode membrane,
Performing a multistage rectangular pulse anodization process in the step (b), wherein the passage in the pore does not branch according to the depth change; And a branch in which the passage in the pore is divided into a plurality of branches according to the depth change,
A method of manufacturing an ion diode membrane.
제6항에 있어서, 상기 (a) 단계 후에 다음의 단계를 추가로 포함하는 이온다이오드막의 제조방법:
(a-1) 금속을 양극산화시켜 금속 표면에 산화물을 형성하는 사전 양극산화 단계; 및
(a-2) 금속으로부터 산화물을 선택적으로 제거하는 단계.
The method according to claim 6, further comprising, after the step (a), further comprising the steps of:
(a-1) pre-anodizing the metal to form an oxide on the metal surface; And
(a-2) selectively removing the oxide from the metal.
제6항에 있어서, (b) 단계에서 하기 수학식 1에 따라 이온다이오드막의 격자상수를 결정하는, 이온다이오드막의 제조방법.
[수학식 1]
격자상수(dn)(nm)= 2.5 (nm/V) x Un (V)
(상기 식에서, dn은 n구간의 격자상수이고, Un은 n구간의 인가전압임.)
7. The method according to claim 6, wherein in step (b), the lattice constant of the ion diode film is determined according to the following equation (1).
[Equation 1]
Lattice constant (d n ) (nm) = 2.5 (nm / V) x U n (V)
(Where d n is the lattice constant of the n section and U n is the applied voltage of the n section).
제6항에 있어서, (b) 단계에서 하기 수학식 2에 따라 지지구간의 길이(Ln)를 결정하는, 이온다이오드막의 제조방법.
[수학식 2]
Figure pat00008

(상기 식에서, Ln은 n구간의 길이이고, vn은 n구간에서의 양극산화물의 성장속도이며, tn은 n구간에서의 전압인가 시간이다.)
The method according to claim 6, wherein the length (L n ) of the support section is determined according to the following equation (2) in the step (b).
&Quot; (2) "
Figure pat00008

(Where L n is the length of the n section, v n is the growth rate of the anodic oxide in the n section, and t n is the voltage application time in the n section).
제6항에 있어서, (b) 단계에서 하기 수학식 3에 따라 기공의 직경(Dn)을 결정하는, 이온다이오드막의 제조방법.
[수학식 3]
Figure pat00009

(상기 식에서, Dn은 n구간의 기공의 직경이고, dn은 n구간의 격자상수이며, ve는 e구간에서의 양극산화물의 성장속도이고, Ti는 i구간에서의 주기 시간이며, N은 구간의 총 개수다.)
The method according to claim 6, wherein the diameter (D n ) of the pores is determined according to the following equation (3) in the step (b).
&Quot; (3) "
Figure pat00009

(Where D n is the diameter of the pore in the n section, d n is the lattice constant in the n section, v e is the growth rate of the anodic oxide in the e section, T i is the cycle time in the i section, N is the total number of intervals.)
제6항에 있어서, (e) 실란화 공정, 층상자기조립법 및 수열합성법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법으로 이온다이오드막을 표면 처리하는 단계;를 추가로 포함하는, 이온다이오드막의 제조방법.7. The method of manufacturing an ion-diode membrane according to claim 6, further comprising the step of: (e) surface-treating the ion-diode membrane by a method selected from the group consisting of a silanization process, a layered self-assembly process and a hydrothermal synthesis process.
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Cited By (1)

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CN110528045A (en) * 2019-08-21 2019-12-03 歌尔股份有限公司 The surface treatment method of metal material

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114383862B (en) * 2021-12-06 2023-09-05 上汽大众汽车有限公司 Modularized seat ventilation measuring device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0637290B2 (en) * 1989-03-31 1994-05-18 京都大学長 Central microporous alumina porous membrane and method for producing the same
CH690144A5 (en) * 1995-12-22 2000-05-15 Alusuisse Lonza Services Ag Textured surface with peak-shaped elements.
JP4075918B2 (en) * 2004-08-20 2008-04-16 スズキ株式会社 Anodized film and anodizing method
JP4830095B2 (en) * 2005-05-19 2011-12-07 電化皮膜工業株式会社 Metal material and surface treatment method
JP5203477B2 (en) * 2011-02-28 2013-06-05 富士フイルム株式会社 Support for lithographic printing plate and lithographic printing plate precursor
WO2014020939A1 (en) * 2012-08-01 2014-02-06 公益財団法人神奈川科学技術アカデミー Anodic oxidation porous alumina and method for producing same, and through-hole alumina membrane and method for producing same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110528045A (en) * 2019-08-21 2019-12-03 歌尔股份有限公司 The surface treatment method of metal material

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