KR20200001307A - Fabrication method of pure black phosphorus single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 순수 흑린 단결정의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적린으로부터 흑린 단결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing pure black crystalline single crystal, and more particularly, to a method for producing black crystalline single crystal from red phosphorus.
인(P)은 이론용량이 2595 mAh/g로서 상당히 크므로 인을 이차 전지의 음극 물질 등의 용도로 사용해 볼 수 있다.Phosphorus (P) has a large theoretical capacity of 2595 mAh / g, and thus phosphorus (P) can be used as a negative electrode material of a secondary battery.
상기 인은 백린(白燐, White Phosphorus), 적린(赤燐, Red Phosphorus), 흑린(黑燐, Black Phosphorus)의 세 가지 동소체를 가지는 것으로 알려져 있는데, 백린은 노출 시 독성을 가지므로 사용의 제약이 따른다. 상기 적린은 백린보다 더욱 안정적이며, 독성이 거의 없고, 시중에서 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 적린은 비정질의 결정 구조를 가지고 있으며, 전기 전도도가 낮으므로 이차 전지의 전극소재로 사용하기는 불가능하다.The phosphorus is known to have three allotropes of white phosphorus (White Phosphorus), red phosphorus (Red Phosphorus), and black phosphorus (Black Phosphorus). This follows. The red phosphorus is more stable than white phosphorus, has little advantage, and has the advantage of being readily available on the market. However, red phosphorus has an amorphous crystal structure and low electrical conductivity, making it impossible to use it as an electrode material for secondary batteries.
이에 반해 흑린은 인의 동소체 중 가장 안정한 물질로 알려져 있다. 이러한 흑린의 결정구조는 흑연과 같이 하나의 원자가 세 개의 원자와 결합된 층을 가지는 구조이다. 따라서 흑린은 나노전자 및 나노소자 분야에서 다양하게 응용될 수 있는 가능성이 매우 큰 것으로 알려져 있으며, 이에 상업적 활용도는 매우 클 것으로 기대가 되고 있다.On the other hand, black phosphorus is known as the most stable substance among allotropes of phosphorus. The crystal structure of such black phosphorus is a structure in which one atom has a layer in which three atoms are bonded, such as graphite. Therefore, black phosphorus is known to have a great potential for various applications in the field of nanoelectronics and nanodevices, and thus commercial use is expected to be very large.
그러나, 흑린을 제조하기 위한 종래 방법들은 그 제조 과정이 어렵고 비효율적이라는 단점이 존재하며, 이로 인하여 현재까지는 상업적으로 적용된 바가 없다.However, the conventional methods for producing black lean have a disadvantage that the manufacturing process is difficult and inefficient, and thus has not been commercially applied until now.
구체적으로, 종래 흑린 단결정을 제조하는 기술로는 비스무스 플럭스법이 알려져 있다. 이 방법은 내부를 진공으로 하여 봉입한 석영장치 내에 비스무스와 적린을 넣고, 먼저 적린을 가열하여 증기로 만든 후, 저온에서 증기를 응축시켜 백린을 제조한다. 다음으로, 백린을 용융 비스무스와 반응시키고, 장시간 열처리하여 비스무스 내에 흑린의 단결정을 생성시킨 후 질산으로 비스무스를 용해하여 흑린을 회수하는 방법이다.Specifically, the bismuth flux method is known as a technique for producing a black crystalline single crystal. In this method, bismuth and red phosphorus are placed in a quartz device enclosed with a vacuum inside, and the red phosphorus is first heated to steam, and condensed steam at low temperature to produce white phosphorus. Next, white phosphorus is reacted with molten bismuth, and heat treatment is performed for a long time to produce a single crystal of black phosphorus in bismuth, followed by dissolving bismuth with nitric acid to recover black phosphorus.
이러한 종래 비스무스 플럭스법에 의한 흑린의 제조기술에서는 하기의 문제점이 있었다.There existed the following problems in the manufacturing technology of black lean by the conventional bismuth flux method.
첫번째는 복잡한 장치를 사용한다는 것이다. 상기 흑린의 제조장치는 석영으로 제조하는데, 구조가 복잡하기 때문에 비용이 많이 드는 문제가 있다.The first is to use a complex device. The black lean manufacturing apparatus is made of quartz, which is expensive because of its complicated structure.
두번째는 공정이 복잡하다는 것이다. 구체적으로, 적린 증기가 이송되는 도중에 응축하지 않도록 가열해 주어야 하며, 중간 생성물로서 형성된 백린은 공기와 접촉하게 되면 발화하므로 백린이 응축된 석영관을 봉입함과 동시에 장치로부터 분리해야 하는 문제가 있었다.The second is the complexity of the process. Specifically, the red steam should be heated so as not to condense during transport, and the white phosphorus formed as an intermediate product ignites when it comes into contact with air.
세번째는 환경오염의 문제가 있다. 구체적으로, 생성되는 흑린 단결정은 비스무스 금속내부에 생성되므로, 흑린을 회수할 때에는 비스무스를 전부 산으로 용해시켜야 하므로 다량의 산을 사용하게 되며, 이는 폐수로 방출되므로 환경문제를 야기한다.Third, there is a problem of environmental pollution. Specifically, since the produced black phosphorus single crystal is generated in the bismuth metal, a large amount of acid is used when all of the bismuth must be dissolved in an acid when recovering the black phosphorus, which is released into the wastewater, causing environmental problems.
따라서, 간단한 공정으로 흑린 단결정을 제조할 수 있는 방법이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for a method capable of producing black crystalline single crystals in a simple process.
본 발명의 목적은 간단한 공정으로 적린으로부터 흑린 단결정을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for producing black crystalline single crystal from red phosphorus in a simple process.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object, the present invention
(S10) 석영관에 적린, 주석 및 요오드를 넣는 단계;(S10) adding a red, tin and iodine in the quartz tube;
(S20) 석영관 내의 공기를 제거하고 봉입하는 단계; 및(S20) removing and encapsulating air in the quartz tube; And
(S30) 봉입한 석영관을 열처리하여 흑린 단결정을 형성시키는 단계를 포함하는 흑린 단결정의 제조방법을 제공한다.(S30) Provides a method for producing a black crystalline single crystal comprising the step of heat-treating the encapsulated quartz tube to form a black crystalline single crystal.
또한 바람직하게는, 상기 S10 단계에서, 상기 석영관에 적린 100 mg 당 주석 500mg 내지 1500mg 및 요오드 50mg 내지 150mg을 첨가할 수 있다.Also preferably, in step S10, 500 mg to 1500 mg of tin and 50 mg to 150 mg of iodine may be added per 100 mg of the quartz tube.
또한 바람직하게는, 상기 S10 단계는 아르곤 가스 분위기의 글러브 박스 내에서 수행할 수 있다.Also preferably, the step S10 may be performed in a glove box in an argon gas atmosphere.
또한 바람직하게는, 상기 S20 단계에서, 상기 석영관 내의 공기를 제거하는 것은 석영관을 진공펌프와 연결하여 배기한 후, 고순도 아르곤 가스를 채우는 것일 수 있다.Also preferably, in the step S20, removing the air in the quartz tube may be performed by filling the high purity argon gas after exhausting the quartz tube by connecting the vacuum pump.
또한 바람직하게는, 상기 S20 단계에서, 상기 석영관 내의 공기를 완전히 제거한 후 아르곤 가스가 채워진 상태로 석영관의 입구를 녹여 봉입할 수 있다.Also preferably, in the step S20, after completely removing the air in the quartz tube, the inlet of the quartz tube may be melted and sealed in a state in which argon gas is filled.
또한 바람직하게는, 상기 S30 단계는 박스로에서 수행될 수 있다.Also preferably, the step S30 may be performed in a box furnace.
또한 바람직하게는, 상기 S30 단계에서, 열처리 온도는 590℃~630℃일 수 있다.Also preferably, in the step S30, the heat treatment temperature may be 590 ℃ ~ 630 ℃.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 흑린 단결정을 제공한다.The present invention also provides a black crystalline single crystal prepared by the above production method.
본 발명에 따르면, 저가의 적린을 원료로서 사용하고, 촉매로서 주석 및 요오드만을 첨가하여 단순한 열처리 공정을 통해 고순도의 흑린 단결정을 제조할 수 있으므로, 제조 비용 또한 경제적이다. 따라서 현재 매우 고가인 흑린을 경제적이며 효율적인 공정으로 대량생산을 할 수 있으므로, 흑린의 가격 안정화에 기여할 수 있으며, 이를 통해 나노전자산업에서의 흑린의 활용 및 응용이 확대될 것이다.According to the present invention, a low-purity red phosphorus is used as a raw material, and only tin and iodine are added as catalysts, thereby producing black pure single crystals of high purity through a simple heat treatment process. Therefore, since black phosphorus can be mass-produced in an economical and efficient process at present, it can contribute to stabilizing the price of black phosphorus, thereby expanding the utilization and application of black lean in the nanoelectronics industry.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 흑린 단결정의 제조방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법으로 제조된, 석영관 내 형성된 흑린을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에서 원료로 사용된 적린의 X선 회절 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법으로 제조된 흑린의 X선 회절 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법으로 제조된 흑린의 전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 비교예에 따른, 주석 및 요오드를 사용하지 않고 열처리된 석영관을 나타내는 사진이다.1 is a flow chart of a method for producing black crystalline single crystal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a photograph showing black phosphorus formed in a quartz tube manufactured by a method according to an embodiment of the present invention. FIG.
3 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of red phosphorus used as a raw material in the method according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the X-ray diffraction pattern of the black lean prepared by the method according to an embodiment of the present invention.
5 is an electron micrograph of a black lean prepared by the method according to an embodiment of the present invention.
6 is a photograph showing a quartz tube heat treated without using tin and iodine according to a comparative example of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention allows for various modifications and variations, specific embodiments thereof are illustrated by way of example in the drawings and will be described in detail below. However, it is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed, but rather the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 흑린 단결정의 제조방법의 흐름도이다.1 is a flow chart of a method for producing black crystalline single crystal according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 흑린 단결정의 제조방법은 석영관에 적린, 주석 및 요오드를 넣는 단계(S10),석영관 내의 공기를 제거하고 봉입하는 단계(S20) 및 봉입한 석영관을 열처리하여 흑린 단결정을 형성시키는 단계(S30)를 포함한다.Referring to Figure 1, the method for producing a black crystalline single crystal according to the present invention is a step (S10) of putting red, tin and iodine in a quartz tube, removing and enclosing the air in the quartz tube (S20) and the sealed quartz tube Heat-treating to form black crystalline single crystals (S30).
먼저, S10 단계는 석영관에 적린, 주석 및 요오드를 넣는 단계이다.First, step S10 is a step of putting red, tin and iodine in the quartz tube.
상기 석영관은 직경 10~15 mm 정도, 길이는 15~20 cm 정도인 것을 사용할 수 있으며, 당 업계에서 공지된 석영관을 사용할 수 있다.The quartz tube may have a diameter of about 10 to 15 mm, a length of about 15 to 20 cm, and a quartz tube known in the art may be used.
상기 석영관에 원료로서 적린과, 촉매로서 주석 및 요오드를 넣는다. 상기 적린은 99% 이상의 순도를 갖는 것이 바람직하나. 이에 제한되는 것은 아니다.The quartz tube is reddened as a raw material, tin and iodine as catalysts. The red phosphorus is preferably at least 99% purity. It is not limited to this.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 주석 및 요오드는 적린을 흑린으로 변환시 촉매 역할을 한다. 본 발명의 특징은 상기 주석 및 요오드를 촉매로 사용하여 흑린을 제조한다는 점이다. 본 발명자는 흑린 제조시 주석 및 요오드의 역할을 알아보고자, 주석과 요오드를 제외하고 적린만이 들어있는 석영관을 열처리한 결과, 적린이 흑린으로 변환되지 않음을 확인하였다(비교예 참조). 따라서, 상기 주석 및 요오드는 적린이 흑린으로 변환함을 촉진시키는 필수 촉매임을 알 수 있다.In the production method according to the present invention, the tin and iodine act as a catalyst in the conversion of red phosphorus to black phosphorus. A feature of the present invention is that black tin is prepared using the tin and iodine as catalysts. In order to determine the role of tin and iodine in the production of black phosphorus, the present inventors confirmed that red phosphorus is not converted to black phosphorus as a result of heat-treating a quartz tube containing only red phosphorus except tin and iodine (see Comparative Example). Thus, it can be seen that tin and iodine are essential catalysts to promote the conversion of red phosphorus into black phosphorus.
상기 석영관에 장입하는 주석 및 요오드의 양은 적린의 양에 따라 조절될 수 있으며, 적린 100 mg 당 주석 500 mg 내지 1500 mg 및 요오드 50 mg 내지 150 mg를 첨가하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.The amount of tin and iodine charged in the quartz tube may be adjusted according to the amount of red phosphorus, and it is preferable to add 500 mg to 1500 mg of tin and 50 mg to 150 mg of iodine per 100 mg of red phosphorus, but is not limited thereto. .
상기 원료 및 촉매를 석영관에 넣을 때에는 산소 및 수분의 영향을 최대한 억제하기 위해서 아르곤 가스 분위기의 글러브 박스 내에서 수행하는 것이 바람직하다.When the raw material and the catalyst are put in a quartz tube, it is preferable to carry out in a glove box of argon gas atmosphere in order to suppress the influence of oxygen and moisture as much as possible.
다음으로, S20 단계는 석영관 내의 공기를 제거하고 봉입하는 단계이다.Next, step S20 is a step of removing and sealing air in the quartz tube.
원료 및 촉매(주석 및 요오드)가 장입된 석영관은 산소 및 수분의 영향을 최대한 억제하기 위해서 석영관 내의 공기를 제거한다.Quartz tubes loaded with raw materials and catalysts (tin and iodine) remove air in the quartz tubes in order to minimize the effects of oxygen and moisture.
상기 공기 제거 방법은 상기 석영관을 진공펌프와 연결하여 배기한 후, 고순도 아르곤 가스를 채우는 방법을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The air removing method may be a method of filling the high purity argon gas after exhausting the quartz tube by connecting with a vacuum pump, but is not limited thereto.
상기 배기 및 아르곤 가스를 채우는 방법을 수 회 반복하여 석영관 내의 공기를 완전히 제거한 후에는 아르곤 가스가 채워진 상태로 석영관의 입구를 녹여 봉입함으로써 적린의 반응에 공기를 완전히 차단시켜 부반응을 방지한다.After repeating the exhaust and argon gas filling method several times to completely remove the air in the quartz tube, the inlet of the quartz tube is melted and sealed in the state in which argon gas is filled to completely block air in the reaction of red phosphorus to prevent side reactions.
다음으로, S30 단계는 봉입한 석영관을 열처리하여 흑린 단결정을 형성시키는 단계이다.Next, step S30 is a step of forming a black crystalline single crystal by heat-treating the sealed quartz tube.
봉입한 석영관은 박스로에서 열처리한다. 이때 열처리 온도는 550℃ 내지 650℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 만일, 열처리 온도가 550℃ 미만이면 흑린이 생성되지 않을 수 있으며, 650℃를 초과하면, 석영관이 파손될 수 있다.The sealed quartz tube is heat treated in a box furnace. At this time, the heat treatment temperature is preferably performed at 550 ℃ to 650 ℃. If the heat treatment temperature is less than 550 ° C., black phosphorus may not be generated. If the heat treatment temperature is higher than 650 ° C., the quartz tube may be broken.
열처리가 수행되면, 촉매로 투입된 주석은 용융되고, 요오드는 기화된다. 또한, 적린은 열처리 온도에서 기화된다. 용융된 주석과 기화된 요오드는 촉매로 작용하여 기화된 적린을 흑린으로 개질시킨다. 이를 통해 적린은 흑린의 단결정으로 형성될 수 있다.When the heat treatment is carried out, the tin introduced into the catalyst is melted and iodine is vaporized. In addition, red phosphorus is vaporized at the heat treatment temperature. Molten tin and vaporized iodine act as catalysts to reform the vaporized red phosphorus into black phosphorus. Through this, red phosphorus may be formed as a single crystal of black phosphorus.
열처리 이후에는 도 2에 나타낸 바와 같이, 봉입한 석영관 내부에 흑린이 형성된 것을 확인할 수 있으며, 형성된 흑린을 X선 회절 분석한 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이, 매우 샤프(sharp)한 피크를 나타냄으로써, 단결정의 구조를 가지는 것으로 확인되었다. 상기 형성된 흑린을 전자현미경으로 관찰한 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 다층의 박막으로 이루어진 구조를 나타냄을 확인하였다.After the heat treatment, as shown in Figure 2, it can be seen that the black phosphorus formed inside the enclosed quartz tube, X-ray diffraction analysis of the formed black phosphor, as shown in Figure 4, shows a very sharp peak (sharp) As a result, it was confirmed to have a single crystal structure. As a result of observing the formed black phosphorus under an electron microscope, as shown in FIG. 5, it was confirmed that the structure formed of a multilayer thin film.
이와 같이, 본 발명에 따른 흑린의 제조방법은 저가의 적린을 원료로서 사용하고, 촉매로서 주석 및 요오드만을 첨가하여 단순한 열처리 공정을 통해 고순도의 흑린 단결정을 제조할 수 있으므로, 제조 비용 또한 경제적이다. 따라서 본 발명에 따른 흑린의 제조방법을 이용하면 현재 매우 고가인 흑린을 경제적이며 효율적인 공정으로 대량생산을 할 수 있으며, 흑린의 가격 안정화에 기여할 수 있을 것이다.As described above, the method for producing black lean according to the present invention uses low-cost red phosphorus as a raw material, and only tin and iodine are added as catalysts to prepare black crystalline single crystals of high purity through a simple heat treatment process, thus manufacturing cost is also economical. Therefore, by using the method of manufacturing black lean according to the present invention, it is possible to mass produce black lean, which is currently very expensive, in an economical and efficient process, and contribute to stabilization of the price of black lean.
이를 통해 흑린의 가격이 낮아진다면, 나노전자산업에서의 흑린의 활용 및 응용이 확대될 것이다.If the price of black phosphorus is lowered through this, the utilization and application of black phosphorus in the nanoelectronics industry will be expanded.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 제조예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 제조예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 제조예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid the understanding of the present invention. However, the following preparation examples are merely to aid the understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following preparation examples.
<제조예> 흑린 단결정의 제조Preparation Example Preparation of Black Lynn Single Crystal
글로브박스 내에서 직경 13 mm, 길이 10 mm의 석영관에 적린 800 mg, 주석 1000 mg, 요오드 100 mg을 넣었다. 글로브 박스에서 꺼낸 석영관을 진공펌프와 연결하고 배기한 후 고순도 아르곤 가스를 채웠다. 상기 석영관을 다시 배기하고 아르곤을 채우고 이 과정을 여러번 반복한 후, 아르곤 가스를 채운 상태에서 석영관의 한쪽 끝을 녹여 봉입하였다. 봉입한 석영관을 박스로에 넣고 최고온도를 600℃로 가열하고 2시간 유지한 후, 냉각하여 총 20시간 열처리 하였다.In a glovebox, 800 mg, 1000 mg of tin and 100 mg of iodine were added to a 13 mm diameter, 10 mm long quartz tube. The quartz tube taken out of the glove box was connected with a vacuum pump, evacuated and filled with high purity argon gas. After evacuating the quartz tube again, filling with argon and repeating this process several times, one end of the quartz tube was melted and filled with argon gas. The enclosed quartz tube was placed in a box furnace, and the maximum temperature was heated to 600 ° C., maintained for 2 hours, cooled, and heat-treated for 20 hours.
열처리 후의 석영관의 사진을 도 2에 나타내었다.The photograph of the quartz tube after heat processing is shown in FIG.
도 2에 나타낸 바와 같이, 봉입된 석영관 내부에 흑린이 성장한 것을 확인하였다.As shown in FIG. 2, it was confirmed that black lean grew in the enclosed quartz tube.
이후, 출발 물질인 적린과 제조된 흑린을 X선 회절 분석한 후, 그 결과를 각각 도 3 및 도 4에 나타내었다.Then, X-ray diffraction analysis of the starting material red phosphorus and the prepared black phosphorus, the results are shown in Figures 3 and 4, respectively.
도 3은 본 발명에서 출발 물질로 사용된 적린의 X선 회절 패턴을 나타내며, 도 4는 본 발명의 방법으로 제조된 흑린의 X선 회절 패턴을 나타낸다.Figure 3 shows the X-ray diffraction pattern of the red phosphorus used as the starting material in the present invention, Figure 4 shows the X-ray diffraction pattern of the black phosphorus prepared by the method of the present invention.
도 3에 나타낸 바와 같이, 출발 물질인 적린은 피크의 너비가 넓고 브로드(broad)한 바, 비정질의 구조를 가지는 것으로 확인되었으나, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법으로 제조된 흑린은 매우 샤프(sharp)한 피크를 나타냄으로써 결정성이 우수한 단결정의 구조를 가지는 것으로 확인되었다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 의하여 비정질의 적린으로부터 결정성이 우수한 흑린 단결정이 제조됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 3, the red phosphorus, which is a starting material, was found to have an amorphous structure due to its broad and broad peak, but as shown in FIG. 4, the black phosphorus prepared by the method of the present invention was very highly. By showing sharp peaks, it was confirmed to have a single crystal structure with excellent crystallinity. Therefore, it can be seen that the black crystalline single crystal having excellent crystallinity is prepared from amorphous red phosphorus by the method according to the present invention.
또한, 제조된 흑린을 전자현미경으로 관찰하여 도 5에 나타내었다.In addition, the prepared black lean was observed in an electron microscope and shown in FIG. 5.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 흑린은 다층의 박막으로 이루어진 구조를 나타냄을 확인하였다.As shown in Figure 5, it was confirmed that the black lean prepared by the method according to the present invention shows a structure consisting of a multi-layered thin film.
<비교예> 흑린 단결정의 제조시 주석 및 요오드가 미치는 영향<Comparative Example> Effect of Tin and Iodine on Preparation of Black Lynn Single Crystal
본 발명에 따른 흑린 단결정의 제조방법에 있어서, 주석 및 요오드가 미치는 영향을 알아보기 위하여, 석영관에 주석 및 요오드는 넣지 않고, 적린 800 mg만을 넣은 후, 제조예와 동일한 방법으로 아르곤 가스를 채운 석영관을 박스로에 넣고 열처리 하였다.In the method for producing black crystalline single crystal according to the present invention, in order to examine the effect of tin and iodine, only 800 mg of red phosphorus was added to the quartz tube without tin and iodine, and then argon gas was filled in the same manner as in Preparation Example. The quartz tube was placed in a box furnace and heat treated.
열처리 후의 석영관의 사진을 도 6에 나타내었다.The photograph of the quartz tube after heat processing is shown in FIG.
도 6에 나타낸 바와 같이, 석영관 앰플 내에는 흑린이 생성되지 않았으며, 앰플 내부가 빨간 색을 나타냄을 확인하였다. 즉, 적린이 증기 상으로 변화한 후, 흑린으로 석출되지 않은 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, black lean was not generated in the quartz tube ampoule, and the inside of the ampoule showed red color. That is, it can be seen that the red phosphorus does not precipitate as black phosphor after changing to the vapor phase.
따라서, 본 발명에 따른 흑린 단결정의 제조방법에 있어서, 주석 및 요오드는 적린을 흑린으로 변환시키는 데에 필수적인 촉매의 역할을 한다는 것을 알 수 있다.Therefore, in the method for producing black crystalline single crystal according to the present invention, it can be seen that tin and iodine serve as an essential catalyst for converting red phosphorus into black phosphorus.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명은 후술하는 특허청구범위 내에서 상기 실시예를 다양하게 변형 및 수정할 수 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범위 내에 속하는 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위 및 그 균등물에 의해서만 제한된다.While the present invention has been described with reference to preferred embodiments, it is to be understood that the present invention is not limited to the above embodiments. The present invention can be variously modified and modified within the scope of the following claims, which are all within the scope of the invention. Accordingly, the invention is limited only by the claims and the equivalents thereof.
Claims (8)
(S20) 석영관 내의 공기를 제거하고 봉입하는 단계; 및
(S30) 봉입한 석영관을 열처리하여 흑린 단결정을 형성시키는 단계를 포함하는 흑린 단결정의 제조방법.
(S10) adding a red, tin and iodine in the quartz tube;
(S20) removing and encapsulating air in the quartz tube; And
(S30) A method for producing black crystalline single crystal, comprising the step of forming a black crystalline single crystal by heat-treating the encapsulated quartz tube.
상기 S10 단계에서, 상기 석영관에 적린 100 mg 당 주석 500 mg 내지 1500 mg 및 요오드 50 mg 내지 150 mg을 첨가하는 것을 특징으로 하는 흑린 단결정의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step S10, 500 mg to 1500 mg of tin and 50 mg to 150 mg of iodine is added per 100 mg of the quartz tube.
상기 S10 단계는 아르곤 가스 분위기의 글러브 박스 내에서 수행하는 것을 특징으로 하는 흑린 단결정의 제조방법.
The method of claim 1,
The step S10 is a method for producing black crystalline single crystal, characterized in that carried out in a glove box of argon gas atmosphere.
상기 S20 단계에서, 상기 석영관 내의 공기를 제거하는 것은 석영관을 진공펌프와 연결하여 배기한 후, 고순도 아르곤 가스를 채우는 것임을 특징으로 하는 흑린 단결정의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step S20, removing the air in the quartz tube is connected to a vacuum pump and exhausted, after the high purity argon gas filling method characterized in that the black crystalline single crystal.
상기 S20 단계에서, 상기 석영관 내의 공기를 완전히 제거한 후 아르곤 가스가 채워진 상태로 석영관의 입구를 녹여 봉입하는 것을 특징으로 하는 흑린 단결정의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step S20, after completely removing the air in the quartz tube argon gas filled in the melting of the inlet of the quartz tube is filled with the manufacturing method of the black crystalline single crystal characterized in that.
상기 S30 단계는 박스로에서 수행되는 것을 특징으로 하는 흑린 단결정의 제조방법.
The method of claim 1,
The step S30 is a method for producing black crystalline single crystals, characterized in that carried out in a box furnace.
상기 S30 단계에서, 열처리 온도는 550℃ 내지 650℃인 것을 특징으로 하는 흑린 단결정의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step S30, the heat treatment temperature is 550 ℃ to 650 ℃ manufacturing method of the black crystalline single crystal, characterized in that.
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2018
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