일반기술

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

본 기술은 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.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.천이금속 원소를 첨가하는 것은 이산화티타늄의 에너지띠를 조절하는 것과 관련이 된다. 이산화티타늄 나노분말이 광촉매 특성을 발현하는 것은 띠에너지 간격이 3.2 eV(아나타제상)로 약 380 나노미터 이하의 자외선을 받으면 가전자대의 전자가 정공을 남기고 전도대로 이동하여 전도 후 표면에서 산화-환원 거동을 통해 나타내게 된다. 이때 띠 간격은 흡수거동을 변화시키는 중요한 인자가 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.