일반기술

나노분말 연소반응기와, 그 나노분말 연소반응기를 이용한 나노분말 합성장치와, 그 나노분말 합성장치의 제어방법

- 기상법으로 여러 천이금속(W, Sn, Mo, V, Cu, Ag)이 첨가된 이산화티타늄 나노분말과 그 합성 공정에 관한 것이다. 또한 각각의 천이금속 첨가 이산화티타늄 나노분말의 고성능 광촉매 특성을 발현을 위해 최적의 후열처리 조건 및 최적 함량을 나타낸 것이다. - 이산화티타늄 나노분말은 수질오염 및 대기오염 등 환경문제, 태양전지의 전극 등 에너지 문제 등 당면과제에 있어 뛰어난 광특성 발현으로 꾸준히 주목받고 있다. 합성방법은 매우 다양하다. 기상법외에도 수열법, 공침법등 액상법 및 티타늄탄화물이나 티타늄 금속을 이용한 고상법을 이용해 제작하는 방법 등이 이용되고 있다. 기상법은 화염합성법, 화학기상증착법이 주된 방법이나 가스유량이나 온도, 장치 디자인 등 조건에 따라 다양한 나노구조를 합성할 수 있게 된다. - 띠에너지를 조절하는 방법으로는 주개전위나 받개전위를 형성시키거나 이차상 화합물의 계면 석출에 의한 띠꺾임(band bending) 등을 이용할 수 있다. 띠에너지를 조절하면 빛을 흡수하는 거동 자체를 달리할 수 있는 점 외에도 속도론적으로 광촉매특성에 영향을 미치는 전자-정공 재결합 속도를 줄일 수 있어 고성능 광촉매의 기능을 발휘하게 된다. - 후열처리는 습식법의 경우 기상법 합성에 비해 합성온도가 낮은 편이므로 이에 의해 제조된 이산화티타늄 나노분말의 결정성 증대를 목적으로 시행하는 경우가 대부분이다. 그러나 결정성이 확보된 기상법 제조 이산화티타늄 나노분말의 경우에 있어서도 미세구조를 변화시킴으로써 광촉매 특성발현의 대폭적인 향상에 기여할 수 있다. 종래 기술의 단점 - 기상법으로 제작된 이산화티타늄 나노분말은 크기가 균일하고, 나노크기의 분말을 손쉽게 얻을 수 있으며 결정성이 우수하며 대량생산이 가능한 장점 외에도 미량의 금속원소 등을 첨가 시 균질한 첨가가 가능한 것으로 알려져 있다. 그러나 기상법으로 금속원소를 첨가하는 것은 전구체(precursor)의 종류 선택 및 제어문제가 큰 기술적 문제이다. 기술의 우수성 - 본 연구에서 개발한 이산화티타늄 광촉매 나노분말은 자외선 영역에서 기존의 이산화티타늄 광촉매 나노분말보다 우수한 광촉매 특성을 나타냄은 물론 가시광 영역(할로겐 램프 수준)에서도 우수한 광촉매 특성을 나타낸다. 따라서 새집증후군, 새가구증후군 등 실내 환경문제의 해결에 필요한 high-end 제품에 적용가능한 특징을 갖고 있다. 기술 요약- 본 기술은 제어된 전구체 조작을 통해 천이금속 첨가된 이산화티타늄 나노분말을 합성하고, 이를 고효율 광촉매로 이용하기 위한 것으로서, 후열처리를 통해 원하는 미세구조 디자인을 가능케 하는 데 그 목적이 있다. 국내외 시장 규모 - 국내: 100억원 이상 - 국외: 1억불 이상 사업성 - 이산화티타늄 광촉매는 이미 세계적으로 많이 연구되어 왔고 독일의 Degussa, 일본의 Ishihara Sangyo 등 유수 업체가 우수한 제품을 제조, 판매하고 있음. - 이산화티타늄 광촉매의 무한한 가능성을 염두에 두고 Degussa, Ishihara Sangyo가 제조하는 이산화티타늄 나노분말보다 우수한 광촉매 분말을 제조하기 위한 기술개발이 활발함. - 대부분의 이산화티타늄 광촉매는 자외선 영역에서 효과적이며 일부 제품의 경우 가시광 영역에서도 효과가 있는 것으로 알려져 있음. 태양빛 중 5% 이내인 자외선 외에 가시광을 효율적으로 활용하기 위한 고성능 이산화티타늄 광촉매 개발이 연구의 주 대상이 되고 있음. - 이용가능한 빛의 파장대를 확장하고 광촉매 효율을 높이기 위하여 이산화티타늄 광촉매의 전자구조를 변경하는 연구가 활발함. 이를 위하여 티타늄(Ti) 이온을 다른 천이금속으로 치환하거나 산소(O) 이온을 질소, 탄소로 대체하는 연구가 진행되고 있음.