KR20200065865A - 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법 및 그에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트 - Google Patents

이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법 및 그에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법 및 그에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트를 제공한다. 상기 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법은 진주분말을 준비하는 단계, 상기 진주분말에 함유된 단백질을 제거하고 슬러지를 형성하는 단계, 상기 슬러지에 마이크로파를 조사하여 탄산칼슘 분말을 얻는 단계, 상기 탄산칼슘 분말을 분산용매에 첨가하여 분산용액을 제조하는 단계, 상기 분산용액에 초음파를 조사하여 상기 탄산칼슘 분말을 박리하는 단계 및 상기 탄산칼슘 분말이 박리하여 형성된 이차원 탄산칼슘 나노시트를 분리 수득하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법에 따르면 약 1.2 nm의 두께를 갖는 single layer로 형성된 이차원 탄산칼슘 나노시트를 제조할 수 있다.

Description

이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법 및 그에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트{manufacturing method for two-dimensional calcium carbonate nano sheet and two-dimensional calcium carbonate nano sheet manufactured thereby}
본 발명은 진주를 이용한 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법 및 그에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트에 관한 것이다.
이차원 구조의 나노시트는 상대적으로 복잡한 구조로 합성될 수 있으며, 나노시트를 구성하는 물질 자체의 특성을 비교적 간단한 방법으로 변화시킬 수 있어 이에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 이차원 구조의 나노시트 중에서 최근 가장 주목을 받는 물질은 탄소의 이차원 구조체에 해당하는 그래핀이 있다. 그래핀의 발견은 다양한 층상구조 물질에 대한 새로운 관심을 불러일으켰고, 또한 그런 층상구조를 갖는 2차원 물질을 재조명하는 계기를 마련하였다. 이렇게 그래핀의 발견과 함께 주목을 받았거나 그 이후에 발견되거나 추출해낸 다양한 2차원 물질들은 수많은 응용 가능성을 보여주고 있다.
2차원 금속 산화물 나노시트는 두께가 약 1나노미터 안팎으로 극단적으로 얇은 단일층 박막 물질로, 고유적으로 또는 이온이 삽입되어 만들어진 층상 금속 산화물이 박리되어 생성된다. 이러한 이차원 층상 화합물은 각 층과 층 사이의 반데르발스 힘에 의해 특징되고, 고체로부터 각 층들을 추출하거나 조작하는 것이 가능하기 때문에 새롭게 주목 받고 있으며, 보다 간단한 방법으로 고성능의 산화물 나노시트를 합성하는 방법에 대한 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1856894호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 진주분말에 포함된 단백질을 제거하고, 단백질이 제거된 진주분말을 마이크로파 및 초음파 처리하여 박리하는 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법(S100)을 제공한다. 상기 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법(S100)은 진주분말을 준비하는 단계(S110), 상기 진주분말에 함유된 단백질을 제거하고 슬러지를 형성하는 단계(S120), 상기 슬러지에 마이크로파를 조사하여 탄산칼슘 분말을 얻는 단계(S130), 상기 탄산칼슘 분말을 분산용매에 첨가하여 분산용액을 제조하는 단계(S140), 상기 분산용액에 초음파를 조사하여 상기 탄산칼슘 분말을 박리하는 단계(S150) 및 상기 탄산칼슘 분말이 박리하여 형성된 이차원 탄산칼슘 나노시트를 분리 수득하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 진주분말의 평균 입경은 1 μm 내지 500 μm 일 수 있다.
이때, 상기 진주분말에 함유된 단백질을 제거하고 슬러지를 형성하는 단계(S120)는, 상기 진주분말을 염기성 용액에 첨가하여 혼합용액을 제조하는 단계(S121), 상기 혼합용액을 일정 온도 조건 하에서 유지하여 침전물을 형성하는 단계(S122) 및 상기 혼합용액으로부터 상기 침전물을 분리하여 슬러지를 얻는 단계(S123)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 염기성 용액은 원소 주기율표의 1족 또는 2족 금속 수산화물을 포함할 수 있다.
이때, 상기 1족 또는 2족 금속수산화물은 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NaOH)일 수 있다.
이때, 상기 혼합용액을 일정 온도 조건 하에서 유지하여 침전물을 형성하는 단계는, 80 °C 내지 250 °C 에서 OO 내지 OO 시간 동안 수행될 수 있다.
이때, 상기 슬러지에 마이크로파를 조사하여 탄산칼슘 분말을 얻는 단계(S130)는, 마이크로파를 100 내지 1000 W의 출력으로 2 내지 10분 동안 조사할 수 있다.
이때, 상기 분산용매는 물, 아세톤, 에탄올, 아이소프로판올, 디메틸포름아마이드 또는 수산화칼륨 수용액일 수 있다.
이때, 상기 분산용액에 초음파를 조사하여 상기 탄산칼슘 분말을 박리하는 단계(S150)는, 초음파를 20 내지 100 kHz의 주파수로 3 내지 10시간 동안 조사할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 이차원 탄산칼슘 나노시트를 제공한다. 상기 이차원 탄산칼슘 나노시트는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법에 따라 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 진주분말에 포함된 단백질을 제거하고, 마이크로파 및 초음파를 조사하여 탄산칼슘 층상구조로부터 이차원 탄산칼슘 나노시트를 박리할 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.
도 1은 진주의 내부구조를 나타낸 이미지이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법(S100)의 공정흐름도이다.
도 3은 상기 진주분말에 함유된 단백질을 제거하고 슬러지를 형성하는 단계(S120)의 공정흐름도이다.
도 4는 실험예 1에 따라 제조된 분산용액 샘플의 사진이다.
도 5는 제조예 1에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트의 TEM 이미지이다.
도 6은 제조예 1에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트의 EDX 그래프이다.
도 7 (a)는 제조예 1에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트의 AFM이미지이다.
도 7 (b)는 제조예 1에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트의 높이 프로파일(height profile) 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"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.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
진주는 탄산칼슘(CaCO3)이 주성분인 사방정계(Orthorhombic)의 결정구조로, 조개 속에 이물질이 들어가면 이것을 탄산칼슘이 둘러싸고 이 탄산칼슘 결정의 작은 입자는 '콘키올린(Conchiolin)'이라는 물질의 층을 만드는데 이것이 겹쳐져서 진주층이 형성된다. 진주의 내부구조를 살펴보면 도 1의 이미지에서 나타낸 바와 같이 탄산칼슘의 층상구조로 형성된 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법(S100)은 진주분말과 염기성 용액을 혼합하여 콘키올린 단백질을 제거하고 순수한 탄산칼슘 층상구조를 얻을 수 있다. 또한, 염기성 용액에 포함된 금속수산화물을 탄산칼슘 층과 층 사이에 삽입시키고 마이크로파 및 초음파를 조사하여 탄산칼슘 층상구조를 각각의 이차원 탄산칼슘 나노시트로 박리시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법(S100)의 공정흐름도이다.
도 2를 참조하면, 상기 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법(S100)은 진주분말을 준비하는 단계(S110), 상기 진주분말에 함유된 단백질을 제거하고 슬러지를 형성하는 단계(S120), 상기 슬러지에 마이크로파를 조사하여 탄산칼슘 분말을 얻는 단계(S130), 상기 탄산칼슘 분말을 분산용매에 첨가하여 분산용액을 제조하는 단계(S140), 상기 분산용매에 초음파를 조사하여 상기 탄산칼슘 분말을 박리하는 단계(S150) 및 상기 탄산칼슘 분말이 박리하여 형성된 이차원 탄산칼슘 나노시트를 분리 수득하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.
상기 진주분말을 준비하는 단계(S110)는 진주를 분쇄하여 진주분말을 생성하도록 수행될 수 있으며, 이때 진주를 마이크로미터급까지 분쇄하여 진주분말을 생성할 수 있다. 진주를 분쇄하여 분말 형태로 만드는 경우 비표면적이 증가하여 염기성 용액과 혼합으로 진주에 포함된 콘키올린 단백질의 가용화를 촉진할 수 있어 유리하다. 상기 진주분말의 평균 입경은 1 μm 내지 500 μm 인 것이 바람직하다.
콘키올린(Conchiolin)은 조개껍데기에 있는 경단백질의 일종으로, 난불용성이므로 물에 용해시키기가 어렵기에, 용해를 위해서는 pH를 조절하여 가수분해를 수행해야 한다. 본 발명에 따르면 진주로부터 콘키올린 단백질을 제거하고 순수한 탄산칼슘을 획득할 수 있다. 이를 위해 단백질 성분이 염기성 용액에 녹는 성질을 이용하여 상기 진주분말을 염기성 용액과 혼합하여 콘키올린 단백질을 가용화할 수 있다.
상기 진주분말에 함유된 단백질을 제거하고 슬러지를 형성하는 단계(S120)에 따르면 진주분말을 염기성 용액과 혼합하여 콘키올린(conchiolin) 단백질을 제거하고, 단백질이 제거된 진주분말은 슬러지로 형성될 수 있다. 도 3은 상기 진주분말에 함유된 단백질을 제거하고 슬러지를 형성하는 단계(S120)의 공정흐름도이다. 도 3을 참조하면, 상기 진주분말에 함유된 단백질을 제거하고 슬러지를 형성하는 단계(S120)는 상기 진주분말을 염기성 용액에 첨가하여 혼합용액을 제조하는 단계(S121), 상기 혼합용액을 일정 온도 조건 하에서 유지하여 침전물을 형성하는 단계(S122) 및 상기 혼합용액으로부터 상기 침전물을 분리하여 슬러지를 얻는 단계(S123)를 포함할 수 있다.
상기 진주분말을 염기성 용액에 첨가하여 혼합용액을 제조하는 단계(S121)에 사용되는 상기 염기성 용액은 상기 진주분말에 함유된 콘키올린(Conchiolin) 단백질을 용해시킬 수 있는 약염기성 또는 강염기성 용액이면 제한 없이 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 상기 염기성 용액은 원소 주기율표의 1족 또는 2족 금속 수산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 1족 또는 2족 금속수산화물은 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화리튬(LiOH), 수산화루비듐(RbOH), 수산화세슘(CsOH), 수산화베릴륨(Be(OH)2), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화스트론튬(Sr(OH)2) 또는 수산화바륨(Ba(OH)2)일 수 있고, 바람직하게는 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NaOH)일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 수산화칼륨(KOH)일 수 있다.
이때, 상기 1족 또는 2족 금속수산화물은 상기 염기성 용액 내에서 금속 이온 및 수산화 이온의 형태로 존재하고, 상기 금속 이온 및 수산화 이온은 상기 진주분말의 탄산칼슘 층과 층 사이에 삽입되어 층간거리를 넓힐 수 있으며, 이후 탄산칼슘 분말의 박리를 통한 이차원 탄산칼슘 나노시트의 생성을 용이하게 할 수 있다.
상기 염기성 용액에 포함된 상기 1족 또는 2족 금속수산화물은 상기 진주분말에 함유된 콘키올린 단백질의 질량비 20% 이상인 것을 특징으로 한다. 상기 진주분말 내 함유된 단백질 함량의 20% 미만의 1족 또는 2족 금속수산화물을 사용할 경우, 불완전 가용화로 이어지며, 완전 가용화가 일어나지 않아 바람직하지 않다. 여기서, 완전 가용화는 단백이 펩티드 및 아미노산 구성단위까지 가수분해되는 것을 뜻하며, 불완전 가용화는 펩티드 및 아미노산 구성단위까지 가수분해되지 않는 것을 뜻한다.
상기 혼합용액을 일정 온도 조건 하에서 유지하여 침전물을 형성하는 단계(S122)는, 80 °C 내지 250 °C에서 수행되는 것이 바람직하다. 단백질의 완전 가수분해에 요구되는 최소 반응온도는 80 °C이고, 반응온도가 250 °C를 초과하는 경우 과도한 에너지를 투입하여 효율이 저하될 수 있어 바람직하지 않다. 100 °C 이하의 온도에서 수행하면 올리고머 이상의 고분자 펩티드가 주로 형성되므로 완전 가용화로 보기 어렵기에, 100 °C 이상의 온도에서 반응시키는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 혼합용액을 일정 온도 조건 하에서 유지하여 침전물을 형성하는 단계(S122)는, 24내지 100 시간 동안 수행하는 것이 바람직한데, 이는 단백질의 완전 가수분해에 요구되는 최소한의 반응시간이기 때문이다. 이때, 상기 혼합용액을 일정 온도 조건하에서 유지하여 침전물을 형성하는 단계(S1220)는 상기 혼합용액을 교반하면서 수행될 수 있으며, 이는 콘키올린 단백질의 가용화를 촉진할 수 있어 바람직하다.
콘키올린 단백질은 염기성 용액 내에서 완전 가용화되고 상기 진주분말은 단백질이 제거되어 혼합용액 하부에 침전물을 형성할 수 있다. 상기 혼합용액으로부터 상기 침전물을 분리하여 슬러지를 얻을 수 있다.
상기 슬러지에 마이크로파를 조사하여 건조시킴으로써 미세 파우더를 얻을 수 있다. 이때, 상기 슬러지에 전자기파의 일종인 마이크로파를 조사하여 탄산칼슘 층상구조를 팽창시킬 수 있다. 마이크로파 조사를 통해 탄산칼슘 층과 층 사이의 간격이 증가하게 되며, 이에 따라 박리되는 이차원 탄산칼슘 나노시트의 순도가 증가할 수 있다.
이때, 상기 마이크로파의 출력은 100 내지 1000 W 일 수 있다. 상기 마이크로파의 출력이 100 W 미만인 경우, 박리가 부족하게 되는 문제점이 있고, 1000 W를 초과하는 경우, 과도한 에너지 투입으로 효율성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 상기 마이크로파의 파장은 30 내지 30,000 MHz일 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우, 특히 상기 마이크로파의 파장이 100 MHz 미만인 경우, 국부적으로 가열하는 파워가 적어 박리가 부족하게 되는 문제가 있고, 1,000 MHz를 초과하는 경우, 순간적으로 가열됨에 따라 탄산칼슘 층상구조가 파괴될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 마이크로파는 2분 내지 10분 동안 조사하는 것이 바람직하고, 3 내지 10분 동안 조사하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 경우, 특히, 2분 미만으로 조사하는 경우, 박리가 부족하게 되는 문제점이 있고, 10분을 초과하여 조사하는 경우, 탄산칼슘 층상구조가 파괴될 수 있는 문제점이 있다.
상기 슬러지에 마이크로파를 조사하여 얻어진 상기 탄산칼슘 분말을 분산용매에 첨가하여 분산용액을 제조할 수 있다. 이때, 상기 분산용매는 물, 아세톤, 에탄올, 아이소프로판올, 디메틸포름아마이드 또는 수산화칼륨 수용액일 수 있다. 상기 분산용매는 탄산칼슘 분말을 안정적으로 분산시키는 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 상기 탄산칼슘 분말이 분산용매 내에서 안정적으로 분산될수록 초음파 처리를 통해 이차원 탄산칼슘 나노시트를 원활하게 박리시킬 수 있다. 이러한 관점에서 바람직하게는 상기 분산용매는 에탄올 또는 아이소프로판올일 수 있다.
상기 미세 파우더가 분산된 상기 분산용매에 초음파를 조사할 수 있다. 초음파를 조사함으로써 탄산칼슘 층상구조로 형성된 상기 탄산칼슘 분말로부터 이차원 탄산칼슘 나노시트를 박리시킬 수 있으며, 상기 박리는 상기 탄산칼슘 층상구조에 초음파 처리를 하여 물리적 힘을 가함으로써, 상기 탄산칼슘 층과 층 사이의 간격이 증가하게 되며 층간 π-π 상호작용 및 반데르발스 힘을 감소시켜서 박리를 유도하게 된다. 초음파 조사 시에, 탄산칼슘 결정의 결합이 깨지지 않아 높은 결정성을 갖는 이차원 탄산칼슘 나노시트를 박리할 수 있다.
이때, 초음파 조사는 배스 소니케이션(bath sonication) 또는 팁 소니케이션(tip sonication)에 의하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 초음파는 20 내지 100 kHz의 주파수로 3 내지 10시간 동안 조사하는 것이 바람직하다. 초음파를 3시간 미만으로 조사하는 경우, 박리하는 효과가 미비하여 바람직하지 않다. 초음파를 10시간 초과하여 조사하는 경우, 과도한 에너지 투입으로 효율이 저하되어 바람직하지 않다.
초음파가 조사된 분산용액을 원심분리하여 탄산칼슘 분말을 분리 수득할 수 있다. 이때, 상기 원심분리는1000 내지 10000 rpm으로 10분 내지 40분 동안 수행될 수 있다. 또한, 상기 원심분리는 불순물이 제거된 탄산칼슘 분말을 획득할 때까지 여러 번에 걸쳐 반복적으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 원심분리를 수행하기 전에 상기 분산용액을 약산 처리할 수 있다. 이는 자연광물인 진주의 특성상 상기 분산용액 내에 존재할 수 있는 오염물을 제거하기 위함이다.
다음으로는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차원 탄산칼슘 나노시트에 대해 설명한다. 상기 이차원 탄산칼슘 나노시트는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법에 따라 제조될 수 있다.
이하에서는 제조예 및 실험예를 통해 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 제조예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1. 이차원 탄산칼슘 나노시트 제조
수산화칼륨(KOH) 5g 및 물 용매 50ml가 혼합된 염기성 용액에 상기 진주분말을 1g 첨가하여 혼합용액을 제조한 후 10분간 교반하였다. 상기 혼합용액을 Autoclave 내 180 °C 조건하에서 교반하며 5일간 유지하였다. 용기 하부에 형성된 침전물만 남기고 혼합용액을 따라 버린 후 남은 슬러지를 전자레인지를 이용하여 4분간 마이크로파를 조사하였다. 마이크로파가 조사되어 건조된 탄산칼슘 분말을 300 ml 에탄올 용매에 첨가하여 분산용액을 제조하였다. 상기 분산용액을 7시간 초음파 처리한 후 원심분리하여 이차원 탄산칼슘 나노시트를 분리 수득하였다.
실험예 1. 분산용매의 종류에 따른 분산 안정도 확인
분산용매의 종류에 따른 탄산칼슘 분말의 분산안정도를 측정하는 실험을 진행하였다. 이를 위해 상기 제조예 1에 따른 방법으로 분산용액 샘플을 제조하였으며, 단 분산용매는 각각 물, 아세톤, 에탄올, 아이소프로판올, 디메틸포름아마이드(DMF) 및 수산화칼륨 수용액을 사용하여 총 6개의 분산용액 샘플을 제조하였다. 상기 6개의 분산용액 샘플을 24시간 동안 유지하여 침전물 및 용기 벽면의 흡착물의 생성 여부를 육안으로 확인하였다. 일반적으로 분산용액 용기 내에 장시간 동안 침전물이 생기지 않거나 용기의 벽면에 흡착물이 생기지 않는 경우 안정적으로 분산된 것으로 판단할 수 있다. 도 4는 분산용액 샘플들의 24시간 경과 후 상태를 나타낸 사진이다. 각 용기의 번호에 따른 분산용매는 하기 표 1에 나타내었다. 도 4를 참조하면, 에탄올 및 아이소프로판올을 사용한 경우 다른 분산용매에 비해 탄산칼슘 분말이 용매 내에 고르게 분산된 것을 확인할 수 있다.
번호 분산용매
0 물
1 아세톤
2 에탄올
3 아이소프로판올
4 디메틸포름아마이드(DMF)
5 수산화칼륨(KOH) 수용액
실험예 2. 이차원 탄산칼슘 나노시트 구조 및 구성 확인
고분해능 투과전자현미경(TEM, Transmission electron microscopy)을 통해 제조예 1에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트의 구조를 확인하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5를 참조하면, 상기 제조예 1에 따라 탄산칼슘 분말에서 화학적으로 박리된 탄산칼슘은 single layer 나노시트 형태를 갖는 것으로 확인된다.
제조예 1에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트의 EDX(Energy-dispersive X-ray) 결과를 도 6에 나타내었다. 구체적인 측정값은 하기 표 2에 나타내었다.
Element Wt % Atomic %
C 21.91 37.75
O 33.05 42.74
Al 0.90 0.69
Si 0.57 0.42
Ca 14.24 7.35
Mn 28.38 10.69
Fe 0.94 0.35
합계 100.00 100.00
도 6 및 표 2를 참조하면, 상기 제조예 1에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트는 탄산칼슘(CaCO3)으로 구성된 것을 확인된다. 구체적으로, C, O, Ca의 원소비는 각각 37.75%, 42.74%, 7.35%로 측정되었다. 단, Mn의 원소비가 10.69%로 측정되었는데 이는 TEM grid의 Mn이 검출된 것으로 판단할 수 있다.실험예 3. 이차원 탄산칼슘 나노시트의 두께 측정
AFM(atomic force microscopy)를 통해 상기 제조예 1에 따른 이차원 탄산칼슘 나노시트의 두께를 측정하여 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7 (a)는 제조예 1에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트의 AFM이미지이고, 도 7 (b)는 높이 프로파일(height profile) 그래프이다. 도 7을 참조하면, 나노시트의 층 두께는 약 1.2 nm로 측정되었으며, 이를 통해 상기 제조예 1에 따라 제조된 이차원 탄산칼슘 나노시트는 single layer로 형성된 것을 알 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 진주분말을 준비하는 단계;
    상기 진주분말에 함유된 단백질을 제거하고 슬러지를 형성하는 단계;
    상기 슬러지에 마이크로파를 조사하여 탄산칼슘 분말을 얻는 단계;
    상기 탄산칼슘 분말을 분산용매에 첨가하여 분산용액을 제조하는 단계;
    상기 분산용액에 초음파를 조사하여 상기 탄산칼슘 분말을 박리하는 단계; 및
    상기 탄산칼슘 분말이 박리하여 형성된 이차원 탄산칼슘 나노시트를 분리 수득하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진주분말의 평균 입경은 1 μm 내지 500 μm 인 것을 특징으로 하는 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진주분말에 함유된 단백질을 제거하고 슬러지를 형성하는 단계는,
    상기 진주분말을 염기성 용액에 첨가하여 혼합용액을 제조하는 단계;
    상기 혼합용액을 일정 온도 조건 하에서 유지하여 침전물을 형성하는 단계; 및
    상기 혼합용액으로부터 상기 침전물을 분리하여 슬러지를 얻는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 염기성 용액은 원소 주기율표의 1족 또는 2족 금속 수산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 1족 또는 2족 금속수산화물은 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NaOH) 인 것을 특징으로 하는 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 혼합용액을 일정 온도 조건 하에서 유지하여 침전물을 형성하는 단계는, 80 °C 내지 250 °C 에서 24 내지 100 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 슬러지에 마이크로파를 조사하여 탄산칼슘 분말을 얻는 단계는, 마이크로파를 100 내지 1000 W의 출력으로 2 내지 10분 동안 조사하는 것을 특징으로 하는 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분산용매는 물, 아세톤, 에탄올, 아이소프로판올, 디메틸포름아마이드 또는 수산화칼륨 수용액인 것을 특징으로 하는 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분산용액에 초음파를 조사하여 상기 탄산칼슘 분말을 박리하는 단계는, 초음파를 20 내지 100 kHz의 주파수로 3 내지 10시간 동안 조사하는 것을 특징으로 하는 이차원 탄산칼슘 나노시트의 제조방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9중에서 선택된 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 이차원 탄산칼슘 나노시트.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62148320A (ja) * 1985-12-20 1987-07-02 Catalysts & Chem Ind Co Ltd 鱗片状炭酸カルシウムの製造方法
KR20050088425A (ko) * 2002-12-11 2005-09-06 솔베이 케미칼스 게엠베하 초건조 탄산칼슘
KR20150118541A (ko) * 2014-04-11 2015-10-22 한양대학교 산학협력단 운모 나노시트 제조방법
KR101746529B1 (ko) * 2015-08-21 2017-06-14 한국세라믹기술원 마이크로파를 이용한 질화붕소 나노시트 분산졸의 제조방법 및 그로부터 제조된 질화붕소 나노시트 분산졸
KR101856894B1 (ko) 2014-03-14 2018-06-19 오스문 바이오로지컬 씨오.,엘티디. 진주로부터 진주 추출물을 분리 제조하는 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62148320A (ja) * 1985-12-20 1987-07-02 Catalysts & Chem Ind Co Ltd 鱗片状炭酸カルシウムの製造方法
KR20050088425A (ko) * 2002-12-11 2005-09-06 솔베이 케미칼스 게엠베하 초건조 탄산칼슘
KR101856894B1 (ko) 2014-03-14 2018-06-19 오스문 바이오로지컬 씨오.,엘티디. 진주로부터 진주 추출물을 분리 제조하는 방법
KR20150118541A (ko) * 2014-04-11 2015-10-22 한양대학교 산학협력단 운모 나노시트 제조방법
KR101746529B1 (ko) * 2015-08-21 2017-06-14 한국세라믹기술원 마이크로파를 이용한 질화붕소 나노시트 분산졸의 제조방법 및 그로부터 제조된 질화붕소 나노시트 분산졸

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chem. Commun. 2015, Vol. 51, pp. 10218-10221 (2015.05.21.)* *

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