[논문]전기선 폭발법으로 제조된 Al-Cu 합금 나노분말을 이용한 다공성 나노 입자 제조

박제신; 김원백; 서창열; 안종관; 김병규

doi:10.4150/kpmi.2008.15.3.234

전기선 폭발법으로 제조된 Al-Cu 합금 나노분말을 이용한 다공성 나노 입자 제조
Fabrication of Porous Nano Particles from Al-Cu Alloy Nano Powders Prepared by Electrical Wire Explosion 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.15 no.3, 2008년, pp.234 - 238

박제신 (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부) , 김원백 (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부) , 서창열 (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부) , 안종관 (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부) , 김병규 (한국지질자원연구원 자원활용소재연구부)

Abstract ▼ AI-Helper

Al-Cu alloy nano powders have been produced by the electrical explosion of Cu-plated Al wire. The porous nano particles were prepared by leaching for Al-Cu alloy nano powders in 40wt% NaOH aqueous solution. The surface area of leached powder for 5 hours was 4 times larger than that of original alloy nano powder. It is demonstrated that porous nano particles could be obtained by selective leaching of alloy nano powder. It is expected that porous Cu nano powders can be applied for catalyst of SRM (steam reforming methanol).

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 Al-Cu합금 나노분말을 알칼리 침출에 의하여 A나을 선택적으로 침출하였을 경우 표면적의 변화와 분말형상의 변화를 조사하고, 촉매로서 적용 가능성을 타진하였다.

가설 설정

도금반응이 균일하게 일어나 두께가 일정하다고 가정하여 Al-Cu 선재의 두께에 따른 합금조성을 계산할 수 있다. 제조한 Al-Cu 선재의 도금 후 최종 두께는 0.

제안 방법

1) 전기도금법으로 Al-Cu 선재의 도금 후 A1-53 wt%Cu에 해당하는 최종 두께는 0.232 mni이었으며이 선재를 사용하여 전기폭발법에 의해 45.5~127.3 nm 크기의 구형 나노 합금분말을 제조하였다. 합금 나노 분말은 미반응 Al, CuA12 ^상으로 이루어져 있었다.
위와 같은 방법으로 목표두께를 갖는 Al-Cu 선재를 도금에 의해 제조한 후 이를 전기폭발장치에 장입하고 분말제조 실험을 수행하였다. 전기폭발 장치는 (주)나노기술의 NT-10P 모델을 사용하였으며 전압은 6 kV 이었다.
제조된 분말은 안정화처리를 한 후, 20 wt% NaOH 수용액을 이용하여 합금 성분 중의 A1 을 침 줄 하여 Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM HITACH제 S-4800)에 의하여 침출 입자의 표면과 미세입자를 관찰하였으며, Cu-Kot를 사용한 X-ray Diffraction(XRD)를 통해 침출에 의한 상변화를 분석하였으며, 비표면적은 Micromeritics사제 TRI-3000형 BET에 의하여 측정하였다.

대상 데이터

실험에 사용한 Cu 도금액의 조성은 195 g/1 CuSO₄ . 5H₂O 및 30 g/1 H₂SO₄ 이었으며 전해 동을 음극으로 사용하였다. 통상 전해도금 시에는 전체면적이 일정하기 때문에 전류미도)를 조절하는 것이 일반적이다.
전기폭발 장치는 (주)나노기술의 NT-10P 모델을 사용하였으며 전압은 6 kV 이었다. 산화방지 등의 목적으로 약 3기압의 Ar 분위기에서 제조하였다.
실험에 사용한 Cu 도금액의 조성은 195 g/1 CuSO₄ . 5H₂O 및 30 g/1 H₂SO₄ 이었으며 전해 동을 음극으로 사용하였다.

이론/모형

분말제조 실험을 수행하였다. 전기폭발 장치는 (주)나노기술의 NT-10P 모델을 사용하였으며 전압은 6 kV 이었다. 산화방지 등의 목적으로 약 3기압의 Ar 분위기에서 제조하였다.

성능/효과

2) 합금 분말의 선택적 A1 침출 결과 침출시간 5시간의 경우 비표면적이 원래의 합금분말에 비하여 약 4배 증가하였다.
3) Al-Cu 나노 분말의 A1 침출거동은 미반응 A1 가 우선 용해되고, Al-rich인 상 A1 침출에 의하여 분해하여 Cu고용체가 형성되며, 반응중 Cu가 일부 산화하여 CuQ가 생성하며, 9시간 이상 침출을 지속하면 Cu고용체의 화합물상의 감소에 따른 응집 및 결정성장의 억제효과가 감소하여 비표면적은 감소하였다.
1 nm로 감소한다. 이는 그림 S의 결과와 비교하여 분석하면 침출 초기에는 AKrich입자 및 표면의 At성분이 우선적으로 침출하여 화합물상의 분해 특히 CuAl상이 분해하여 Cu 고용체를 형성하지만 CuAL상이 상당부분 남아있어 Cu 결정의 성장이 비교적 억제되어 매우 작은 크기의 Cu 입도를 유지할 수 있는 것으로 판단된다. 한편 24시간 침출하면 Cu가 39.
침출 전 합금분말의 비표면적은 약 10.3 m7 g이였으나, 5시간 침출하면 41.3 Hi%로 약 4배 정도 증가하였다. 이는 최적의 침출 시간에서는 화합물상비표면적이 최대치로 증가하는 것으로 이해된다.

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