[논문]공기 중 대기압 분위기에서 Zn의 산화에 의해 생성된 Tetrapod와 Multipod 형태의 나노구조와 음극선 발광 특성

이근형

doi:10.4313/jkem.2011.24.3.256

공기 중 대기압 분위기에서 Zn의 산화에 의해 생성된 Tetrapod와 Multipod 형태의 나노구조와 음극선 발광 특성
Synthesis and Cathodoluminescence of Tetrapod and Multipod-shaped ZnO Nanostructures by Oxidation of Zn in Air Atmosphere 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.24 no.3, 2011년, pp.256 - 260

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ZnO nanostructures with tetrapod, needle and multipod shapes were synthesized without catalysts through a simple thermal oxidation of metallic Zn powder in alumina crucible under air atmosphere. X-ray diffraction data revealed that the ZnO nanostructures had wurtzite structure of hexagonal phase. Energy dispersive X-ray (EDX) spectra showed that the ZnO was of high purity. After the oxidation of Zn powder, white colored product was mainly observed and yellow colored product was observed only a very little on the surface of the oxidized source materials. The white product consisted of tetrapods, while yellow product was composed of needles and multipods. Cathodoluminescece spectra showed that the crystalline quality of tetrapods was better that those of needles and multipods.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

EDX 스펙트럼으로부터 정량분석을 행하였다. (a), (b), (c), (d) 스펙트럼의 순서로 Zn와 O의 구성성분비율 (atomic%)은 각각 50.
결정구조는 X선 회절 장치 (XRD)로 분석하였고, 형상은 주사전자현미경 (SEM)으로 관찰하였다. 구성성분은 주사전자현미경에 부착된 에너지 분산 X선 분광분석기로 평가하였고, 음극선 발광 특성은 주사전자현미경에 부착된 음극선 분광분석기로 분석하였다.
결정구조는 X선 회절 장치 (XRD)로 분석하였고, 형상은 주사전자현미경 (SEM)으로 관찰하였다. 구성성분은 주사전자현미경에 부착된 에너지 분산 X선 분광분석기로 평가하였고, 음극선 발광 특성은 주사전자현미경에 부착된 음극선 분광분석기로 분석하였다.
본 실험에서는 촉매와 기판을 사용하지 않고 공기 중 대기분위기에서 Zn 분말을 산화시키는 간단한 합성법을 이용하여 생성된 tetrapod, needle 그리고 multipod 형상의 ZnO 나노결정의 관찰을 보고하고, 또한 음극선 발광 특성을 분석하여 각각의 ZnO 나노결정들의 결정성을 비교분석하였다.
Zn의 끓는점은 907℃이기 때문에 930℃의 산화 온도에서 공기 중의 산소와 반응하여 ZnO를 형성한 것으로 추론된다. 생성된 산화물의 형상을 SEM으로 관찰하였다.
930℃에서의 산화 공정 후에 하얀색의 생성물이 알루미나 도가니 내에서 관찰되었고, 부분적으로 노란색의 생성물도 관찰되었다. 하얀색과 노란색의 생성물을 핀셋으로 채취하여 물질의 결정구조, 성분, 미세구조 및 음극선발광 등의 광학적 특성을 분석하였다.

대상 데이터

Zn 원료로서 일본 Jusei사의 순도 99.9%, 직경 4 μm의 구형의 분말이 사용되었다.

성능/효과

EDX 스펙트럼으로부터 정량분석을 행하였다. (a), (b), (c), (d) 스펙트럼의 순서로 Zn와 O의 구성성분비율 (atomic%)은 각각 50.53:49.47, 57.85:42.12, 66.57:33.43, 74.95:25.05 로 계산되었다.
원료분말의 양이 많을수록 생성된 ZnO 결정은 강한 녹색 영역의 발광 특성을 나타내었고, tetrapod와 needle 형상보다는 multipod 형상의 결정에서 강한 녹색 영역의 발광이 관찰되었다. CL의 결과로부터 다양한 형상은 Zn 증기압의 차로 인하여 발생하는 것으로 생각하며 Zn의 증기압이 높을수록 multipod 형상의 ZnO 결정이 생성되는 것으로 추론된다.
Zn 원료분말의 양과 결정의 형상이 CL 특성에 영향을 끼쳤다. 원료분말의 양이 많을수록 생성된 ZnO 결정은 강한 녹색 영역의 발광 특성을 나타내었고, tetrapod와 needle 형상보다는 multipod 형상의 결정에서 강한 녹색 영역의 발광이 관찰되었다. CL의 결과로부터 다양한 형상은 Zn 증기압의 차로 인하여 발생하는 것으로 생각하며 Zn의 증기압이 높을수록 multipod 형상의 ZnO 결정이 생성되는 것으로 추론된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ZnO의 특성은?	ZnO는 3.37 eV의 넓은 밴드갭을 갖는 물질로 자외영역의 발광특성을 나타내는 발광소자에의 응용 가능성으로 인해 큰 주목을 받고 있다. 특히.
	ZnO 나노구조를 합성하기 위한 방법은?	최근에는 나노와이어로부터도 자외영역의 레이저 발진이 관찰된 후 [1], 나노 광전자소자에의 응용에 대한 기대 때문에 다양한 형태를 갖는 ZnO 나노구조를 합성하려는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 지금까지 와이어를 포함하여 튜브 [2], 벨트 [3], 빗 [4], 침상 [5] 등 다양한 ZnO 나노구조들이 여러 합성법에 따라 제작되고 있다. 열증착법 [6], 화학기상증착법 [7], 스퍼터링법 [8], 유기화학기상증착법 [9] 등의 합성법들이 이용되고 있으나 나노구조를 합성하기 위해서는 진공분위기를 필요로 하기 때문에 복잡한 공정으로 이루어져 있다.
	Zn 원료분말 양이 많을수록 생성된 ZnO 결정은 강한 녹색 영역의 발광 특성을 나타내었고, tetrapod와 needle 형상보다는 multipod 형상의 결정에서 강한 녹색 영역의 발광이 관찰되는 이유는?	원료분말의 양이 많을수록 생성된 ZnO 결정은 강한 녹색 영역의 발광 특성을 나타내었고, tetrapod와 needle 형상보다는 multipod 형상의 결정에서 강한 녹색 영역의 발광이 관찰되었다. CL의 결과로부터 다양한 형상은 Zn 증기압의 차로 인하여 발생하는 것으로 생각하며 Zn의 증기압이 높을수록 multipod 형상의 ZnO 결정이 생성되는 것으로 추론된다.

참고문헌 (12)

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J. Xie, P. Li, Y. Wang and Y. Wei, J. Phys. Chem. Solids 70, 112 (2008).

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