[논문]액중 전기폭발법을 이용한 아연 나노분말 제조 및 분석

조주현; 김두헌; 최시영; 강충일; 문갑영

doi:10.4313/jkem.2012.25.10.824

액중 전기폭발법을 이용한 아연 나노분말 제조 및 분석
Synthesis and Analysis of Zn Nanopowders by Wire Explosion In Liquids 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.25 no.10, 2012년, pp.824 - 829

조주현 (한국전기연구원 전기추진연구본부) , 김두헌 (한국전기연구원 전지연구센터) , 최시영 (한국전기연구원 전지연구센터) , 강충일 (아이엠나노(주)) , 문갑영 (아이엠나노(주))

Abstract ▼ AI-Helper

Zn wires have been electrically exploded in methanol or distilled water using the pulsed power technologies. The nanopowders produced by the explosions have been observed by using SEM and TEM, and analyzed its phase by using EDS and XRD. The nanopowders produced in distilled water showed ZnO phase only. On the other hands, the nanopowder produced in methanol showed mixed phases with Zn and ZnO. The HR-TEM images of the nanopowders produced in methanol showed that the some particles have been coated with carbon like materials. It is considered that the carbon coatings could be depended on the positions of the particles during the plasma state formed by explosion.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

이와 같이 재료와 용매의 특성에 따라서 다양한 형태의 나노분말이 생성되고 있다는 사실을 기반으로 본 연구에서는 Zn 와이어를 증류수와 메탄올 중에서 각각 제조하여 EDS 및 XRD를 통한 상 분석과 SEM 및 TEM을 통하여 형상을 관찰하였다.

대상 데이터

본 실험에서 사용한 증류수는 실험실에서 직접 증류기를 이용하여 제조하였고, 메탄올은 순도 95%의 공업용 메탄올을 사용하였다.
본 연구에서는 Zn 와이어 직경 0.8 mm, 길이 70 mm를 104 uF, 9.3 kV의 에너지로 증류수와 메탄올 중에서 방전하여 나노분말을 각각 제조하였다. 증류수 중에서 제조된 분말은 ZnO 상을 나타내었으며, 메탄올 중에서 제조된 분말은 Zn과 ZnO 상이 혼재하고 있는 것으로 나타났다.
본 실험에서 사용한 장치에 대해서는 선행연구인 참고 문헌 [14]에 자세하게 서술되어 있다. 본 연구에서는 직경 0.8 mm, 길이 70 mm, 순도는 99.9% 이상의 Zn와이어를 50회 가량 폭발시켜 분말을 제조하고 회수하였다. 방전에 사용하는 커패시터의 용량은 104 uF이고, 52 uF 용량의 커패시터 2개를 병렬로 연결하여 사용하였다.

성능/효과

그림 4와 그림 5에는 투과전자현미경 (TEM)을 이용하여 증류수 중의 입자를 관찰한 사진을 나타내고 있다. SEM 사진에서 알 수 없었던 각진 형태의 결정형 모양이 나타나고 있음을 확인할 수 있다.
입자 표면에 탄소막이 형성된 경우는 순수 Zn 상을 유지하고 있지만, 탄소막이 없는 경우는 메탄올 중에 존재하는 수분에 의해서 또는 회수 과정에서 공기 중의 산소에 의해서 산화하여 ZnO 상으로 변화된 것으로 판단된다. XRD 피크의 크기와 표 1의 EDS 분석결과를 종합하여 판단하면 메탄올 중에서 생성된 입자의 약 50% 정도가 탄소막으로 코팅되었음을 추정할 수 있다. 이와 같은 판단은 표 1의 원자비율이 Zn : O ≒ 2 : 1이고, 그림 8의 XRD 패턴 상의 ZnO 피크 (34.
방전을 50회 반복 실시한 후에 회수된 콜로이드는 증류수와 메탄올 모두 짙은 감청색을 나타내었다. 제조 후 3일 정도의 시간이 경과함에 따라서 증류수에서 제조한 콜로이드는 밝은 연녹색으로 변하여 입자의 산화가 진행되고 있는 것으로 보였다. 반면에 메탄올 중에서 제조한 콜로이드의 경우는 색상의 변화가 나타나지 않았다.
3 kV의 에너지로 증류수와 메탄올 중에서 방전하여 나노분말을 각각 제조하였다. 증류수 중에서 제조된 분말은 ZnO 상을 나타내었으며, 메탄올 중에서 제조된 분말은 Zn과 ZnO 상이 혼재하고 있는 것으로 나타났다. 유기용매의 경우는 전기폭발에서 발생하는 고온의 플라즈마 상태에서 탄소가 입자의 표면에 막을 형성할 수 있으며, 생성되는 입자의 위치에 따라서 막의 유무가 결정되는 것으로 보여진다.

후속연구

또한 본 연구의 결과와 선행 연구의 결과를 비교하면 유기용매의 종류에 따라서 탄소막의 생성 가능성이 다르게 나타날 수 있음을 알 수 있다. 따라서 재료와 용매의 종류에 따른 산화 및 탄소막 생성가능성에 대한 면밀한 연구가 필요할 것으로 생각된다.
참고 문헌 [13]에서 에탄올 중의 Cu 나노 분말 제조의 경우는 산화된 구리의 상이 나타나고 있지 않았다. 이러한 결과는 유기용매의 종류에 따라서 탄소막의 형성 가능성이 다르게 나타날 가능성을 나타내고 있으며, 관련하여 면밀한 연구가 필요할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전기폭발에 의한 나노분말 제조기술의 장점은?	전기폭발에 의한 나노분말 제조기술은 대출력 펄스 파워 기술을 바탕으로 하고 있다. 전기폭발에 의한 나노분말 제조기술은 펄스파워 기술이 갖는 높은 에너지 효율 및 고순도 나노분말 제조 가능 등의 장점을 가지고 있다 [1-10]. 액중 전기폭발 기술은 기중 전기폭발 기술에 비하여 입도 및 분산에 있어서 장점이 있다 [11,12].
	전기폭발에 의한 나노분말 제조기술은 무슨 기술을 바탕으로 하고있는가?	전기폭발에 의한 나노분말 제조기술은 대출력 펄스 파워 기술을 바탕으로 하고 있다. 전기폭발에 의한 나노분말 제조기술은 펄스파워 기술이 갖는 높은 에너지 효율 및 고순도 나노분말 제조 가능 등의 장점을 가지고 있다 [1-10].
	액중 전기폭발 기술이 입도 및 분산 외에 가지는 장점은?	액중 전기폭발 기술은 기중 전기폭발 기술에 비하여 입도 및 분산에 있어서 장점이 있다 [11,12]. 또한 제조공정 등에 있어서 분진의 발생 등의 위험이 없으며, 분급 등의 후처리 공정도 비교적 유리한 장점이 있다. 액중 전기폭발 법은 사용하는 액체의 종류에 따라서 생성되는 나노입자의 표면상태가 다양한 상태를 나타낼 것으로 예측되고있다.

참고문헌 (15)

Y. A. Kotov, E. I. Azarkevich, I. V. Beketov, T. M. Demina, A. M. Murzakaev, and O. M. Samatov, Key Engineering Materials, 132, 173 (1997).

상세보기
W. Jiang and K. Yatsui, IEEE Trans. Plasma Sci., 26, 1498 (1998).

상세보기
C. Sangurai, Y. Kinemuchi, T. Suzuki, W. Jiang, and K. Yatsui, Jpn. J. Appl. Phys., 40, 1070 (2001).

상세보기
T. Suzuki, K. Keawchai, W. Jiang, and K. Yatsui, Jpn. J. Appl. Phys., 40, 1073 (2001).

상세보기
Y. S. Kwon, Y. H. Jung, N. A. Yavorovsky, A. P. Illyn, and J. S. Kim, Scripta Materialia, 44, 2247 (2001).

상세보기
Y. Kinemuchi, K. Murai, C. Sangurai, C. Cho, H. Suematsu, W. Jiang, and K. Yatsui, J. Am. Cearm. Soc., 86, 420 (2003).

상세보기
C. Cho, Y. Kinemuchi, H. Suematsu, W. Jiang, and K. Yatsui, Jpn. J. Appl. Phys., 42, 1763 (2003).

상세보기
C. Cho, K. Murai, T. Suzuki, H. Suematsu, W. Jiang, and K. Yatsui, Transactions of the Material Research Society of Japan, 28, 1187 (2003).
H. Suematsu, C. Minami, R. Kobayashi, Y. Kinemuchi, T. Hirata, R. Hatakeyama, S. Yang, W. Jiang, and K. Yatsui, Jpn. J. Appl. Phys., 42, L1028 (2003).
C. Cho, K. Murai, T. Suzuki, H. Suematsu, W. Jiang, and K. Yatsui, IEEE Trans. Plasma Sci., 32, 2062 (2004).

상세보기
C. Cho, S. Park, Y. Choi, B. Kim, Surf. Coat. Technol., 201, 4847 (2007).

상세보기
C. Cho, Y. W. Choi, C. Kang, and G. W. Lee, Appl. Phys. Lett., 91, 141501 (2007).

상세보기
C. Y. Cho, B. G. Kim, S. H. Park, C. G. Kang, H. S. Lee, and G. H. Rim, Trans. KIEE, 55C, 452 (2006).
C. H. Cho, C. I. Kang, Y. C. Ha, Y. S. Jin, K. J. Lee, and C. K. Rhee, J. KIEEME, 23, 736 (2010).

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C. H. Cho, Y. S. Jin, C. G. Kang, G. J. Lee, and C. K. Lee, Trans. KIEE, 59, 1272 (2010).

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