고성능 리튬이온 전지를 위한 저마늄 나노입자의 가스상 레이저 광분해 대량 합성법 개발 High-Yield Gas-Phase Laser Photolysis Synthesis of Germanium Nanocrystals for High-Performance Lithium Ion Batteries원문보기
ND-YAG 펄스 레이저를 사용하여 밀폐 반응기에서 가스상 $Ge(CH_3)_4$ (tetramethyl germanium, TMG)을 광분해하여 Ge (germanium) 나노입자를 합성하는 새로운 합성법을 개발하였다. 나노입자의 크기는 간단히 충돌이완가스를 사용하여 5-100 nm로 조절할 수 있었다. $Ge_{1-x}Si_x$ 합금 나노입자는 TMG와 $Si(CH_3)_4$ (tetramethyl silicon, TMS) 혼합가스를 광분해하여 합성하였으며, 이때 반응기 안의 가스 혼합비율에 따라 나노입자의 조성을 조절할 수 있었다. 합성된 나노입자는 얇은 탄소층(1-2 nm) 에 싸여있고, 안정한 콜로이드 용액형태로 잘 분산되어 있다. 합성된 Ge 나노입자와 Ge-RGO (reduced graphene oxide) 하이브리드 구조체 모두 리튬이온전지 특성이 50 사이클 이후 각각 800, 1,100 mAh/g의 높은 방전용량을 갖는 것을 확인하였고, 이 방법은 이전의 Ge 나노입자 합성법과 비교하여 높은 수득률, 우수한 재현성, 성분조절의 용이 하므로, 고성능 리튬 전지의 개발을 위한 음극소재로 기대된다. 이와 같은 Ge 나노입자의 새로운 대량 합성법은 고성능 에너지 변환 소재 실용화에 기여할 것으로 예상된다.
ND-YAG 펄스 레이저를 사용하여 밀폐 반응기에서 가스상 $Ge(CH_3)_4$ (tetramethyl germanium, TMG)을 광분해하여 Ge (germanium) 나노입자를 합성하는 새로운 합성법을 개발하였다. 나노입자의 크기는 간단히 충돌이완가스를 사용하여 5-100 nm로 조절할 수 있었다. $Ge_{1-x}Si_x$ 합금 나노입자는 TMG와 $Si(CH_3)_4$ (tetramethyl silicon, TMS) 혼합가스를 광분해하여 합성하였으며, 이때 반응기 안의 가스 혼합비율에 따라 나노입자의 조성을 조절할 수 있었다. 합성된 나노입자는 얇은 탄소층(1-2 nm) 에 싸여있고, 안정한 콜로이드 용액형태로 잘 분산되어 있다. 합성된 Ge 나노입자와 Ge-RGO (reduced graphene oxide) 하이브리드 구조체 모두 리튬이온전지 특성이 50 사이클 이후 각각 800, 1,100 mAh/g의 높은 방전용량을 갖는 것을 확인하였고, 이 방법은 이전의 Ge 나노입자 합성법과 비교하여 높은 수득률, 우수한 재현성, 성분조절의 용이 하므로, 고성능 리튬 전지의 개발을 위한 음극소재로 기대된다. 이와 같은 Ge 나노입자의 새로운 대량 합성법은 고성능 에너지 변환 소재 실용화에 기여할 것으로 예상된다.
We developed a new high-yield synthesis method of free-standing germanium nanocrystals (Ge NCs) by means of the gas-phase photolysis of tetramethyl germanium in a closed reactor using an Nd-YAG pulsed laser. Size control (5-100 nm) can be simply achieved using a quenching gas. The $Ge_{1-x}Si_x...
We developed a new high-yield synthesis method of free-standing germanium nanocrystals (Ge NCs) by means of the gas-phase photolysis of tetramethyl germanium in a closed reactor using an Nd-YAG pulsed laser. Size control (5-100 nm) can be simply achieved using a quenching gas. The $Ge_{1-x}Si_x$ NCs were synthesized by the photolysis of a tetramethyl silicon gas mixture and their composition was controlled by the partial pressure of precursors. The as-grown NCs are sheathed with thin (1-2 nm) carbon layers, and well dispersed to form a stable colloidal solution. Both Ge NC and Ge-RGO hybrids exhibit excellent cycling performance and high capacity of the lithium ion battery (800 and 1100 mAh/g after 50 cycles, respectively) as promising anode materials for the development of high-performance lithium batteries. This novel synthesis method of Ge NCs is expected to contribute to expand their applications in high-performance energy conversion systems.
We developed a new high-yield synthesis method of free-standing germanium nanocrystals (Ge NCs) by means of the gas-phase photolysis of tetramethyl germanium in a closed reactor using an Nd-YAG pulsed laser. Size control (5-100 nm) can be simply achieved using a quenching gas. The $Ge_{1-x}Si_x$ NCs were synthesized by the photolysis of a tetramethyl silicon gas mixture and their composition was controlled by the partial pressure of precursors. The as-grown NCs are sheathed with thin (1-2 nm) carbon layers, and well dispersed to form a stable colloidal solution. Both Ge NC and Ge-RGO hybrids exhibit excellent cycling performance and high capacity of the lithium ion battery (800 and 1100 mAh/g after 50 cycles, respectively) as promising anode materials for the development of high-performance lithium batteries. This novel synthesis method of Ge NCs is expected to contribute to expand their applications in high-performance energy conversion systems.
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문제 정의
또한 용매 분산력이 뛰어난 특성으로 분산만으로 RGO와 복합체를 형성할 수 있어 좀 더 향상된 리튬이온 충방전 특성을 얻을 수 있었다. 본 논문은 이러한 고수율 및 저비용의 대량합성 기술로 합성된 Ge 나노입자가 우수한 성능의 리튬 이온 전지의 소재에 응용될 수 있는 가능성을 보여주고자 한다.
본 연구에서는 지금까지 보고된 합성법과 전혀 다른 새로운 합성법을 개발하였다. 즉 532 nm 또는 1064 nm 파장의 Nd-YAG 펄스 레이저를 이용하여 밀폐 반응기 안에서 tetramethyl germanium (TMG, Ge(CH3)4) 의 가스상 광분해를 통해 리간드 없는 Ge 나노입자를 합성하였다.
가설 설정
4(a)) 및 XPS (Fig. 5(b)) 분석에서 알 수 있듯이 GeOx 상이 존재하지 않으므로 이에 대한 기여는 무시할 수 있을 것이다. 첫 번째 사이클 후, 두 샘플은 최대 50사이클 동안 99% 이상의 높은 쿨롱 효율성을 나타내며 충방전 동안 훌륭한 높은 가역성의 전기화학적 특성을 보여주었다.
제안 방법
위와 같은 문제를 극복하기 위해서, 많은 연구진들은 Ge 나노구조체에 탄소층을 씌우는 것과 그래핀을 이용하였다.20,22-24 L. Wan과 그 연구진은 GeBr2과 oleylamine을 반응시켜 용액상 구조에서 Ge 나노입자를 합성하였고, 합성된 나노입자를 수소분위기, 500℃에서 2시간 동안 열처리하여 Ge 나노입자에 탄소층을 코팅하였다. 이렇게 합성된 Ge@C 나노입자를 그래핀에 분산시켜 리튬이차전지의 음극 활물질로 사용할 경우 뛰어난 사이클링 성능과 높은 용량을 나타내었다.
1. Schematic diagram of a closed gas reactor undergoing the laser photolysis of TMG by a focused laser beam (532 nm or 1064 nm Nd-YAG laser), and photograph visualizing high-yield production of Ge NCs inside the glass reactor after 1 h of laser photolysis.
진공 가스 밸브와 직경 2인치의 레이저용 석영광학 윈도우를 설치한 1리터 파이렉스 반응기를 제작하였다. TMG 가스 5-50 Torr를 파이렉스 반응기에 채우고, Nd-YAG레이저 빔은 10 cm 초점길이의 렌즈와 광학윈도우를 통해 반응기에 조사한다. 펄스당 0.
즉 532 nm 또는 1064 nm 파장의 Nd-YAG 펄스 레이저를 이용하여 밀폐 반응기 안에서 tetramethyl germanium (TMG, Ge(CH3)4) 의 가스상 광분해를 통해 리간드 없는 Ge 나노입자를 합성하였다. 또한, tetramethyl silicon (TMS, Si(CH3)4) TMG 와 TMS의 혼합가스를 레이저 광분해하여 Ge1-xSix 합금 나노입자를 합성하는 새로운 합성법을 개발하였다. 이 방법은 이전의 Ge 나노 입자 합성법과 비교하여 높은 수득률, 우수한 재현성, 성분조절의 용이함을 장점으로 가진다.
레이저 광분해로 합성된 Ge나노입자와 산박리법으로 제조한RGO를 IPA에 분산시키는 간단한 방법으로 Ge-RGO 하이브리드 구조체를 합성하였다. Ge 나노입자와 Ge-RGO 하이브리드 구조체의 전기 화학적 특성을 알아보기 위하여 정전류법으로 전기 화학적 실험으로 진행하였다.
27-29 지금까지 개발된 대부분의 용액상 합성방법은 나노입자 사이에서 전하 운반자의 이동을 방해하는 리간드가 형성되어 캐스팅 이후 전기적으로 절연체를 만들기 때문에 이를 제거하기 위하여 고온, 고압의 반응과정, 표면 처리과정 등의 추가적인 공정을 반드시 포함하게 된다. 리간드가 없는 Ge 나노입자를 만들기 위한 방법으로 Kortshagen 그룹은 GeCl4과 H2를 분리하는 유속 플라스마법을 개발하였다.30,31 Erogbogbo 연구진은 GeH4의 CO2 레이저 유도 광분해를 이용한 Ge 나노입자 가스상 합성법32 등이 보고되었다.
밀폐 반응기에서 532 또는 1064 nm 파장을 갖는 Nd-YAG 펄스 레이저를 이용하여 TMG를 가스상 광분해 하여 Ge 나노입자를 합성하였다. 1시간 동안의 광분해 반응은 80%의 수득율로 그램 단위의 대량생산이 가능하였다.
양극으로는 리튬 금속을 사용하였고, 분리막으로 는 micro-porous polyethylen을 사용하였으며, 전해질은 EC(에틸렌카보네이트), DEC(디에틸카보네이트) 1:1용매에 전해질 염으로는 1M LiPF6를 용해시켜 사용하였다. 전지 제작 후 24시간 후에 특성을 평가하였다.
본 연구에서는 지금까지 보고된 합성법과 전혀 다른 새로운 합성법을 개발하였다. 즉 532 nm 또는 1064 nm 파장의 Nd-YAG 펄스 레이저를 이용하여 밀폐 반응기 안에서 tetramethyl germanium (TMG, Ge(CH3)4) 의 가스상 광분해를 통해 리간드 없는 Ge 나노입자를 합성하였다. 또한, tetramethyl silicon (TMS, Si(CH3)4) TMG 와 TMS의 혼합가스를 레이저 광분해하여 Ge1-xSix 합금 나노입자를 합성하는 새로운 합성법을 개발하였다.
합성된 Ge나노입자는 Scanning Electron Microscopy (SEM, Hitachi S-4700), high-resolution transmission electron microscopy (TEM, Jeol JEM 2100F and FEI TECNAI G2 200 kV), high-voltage transmission electron microscopy (HVEM, Jeol JEM ARM 1300S, 1.25 MV), Energy-dispersive X-ray fluorescence (EDX), X-ray diffraction (XRD), Xray photoelectron spectroscopy (XPS) 등의 분석하였다.
합성된 나노입자의 전기화학적 특성평가를 위하여 코인형의 반쪽전지를 이용하였다. 양극으로는 리튬 금속을 사용하였고, 분리막으로 는 micro-porous polyethylen을 사용하였으며, 전해질은 EC(에틸렌카보네이트), DEC(디에틸카보네이트) 1:1용매에 전해질 염으로는 1M LiPF6를 용해시켜 사용하였다.
대상 데이터
TMG (Tetramethyl germanium, 98%, SigmaAldrich)와 TMS (Tetramethyl Silicon, 98%, SigmaAldrich)를 사용하였다. TMG를 원료 용기에 담고, 반응기가 연결된 테플론으로 만든 진공 라인에 연결하였다.
반응기를 액체질소로 얼린 후 TMG 액체를 실온까지 올려 가스를 반응기에 채운 다음, 상기와 같은 방법으로 TMS가스를 채우게 된다. 레이저는 펄스가 10 Hz, 광폭이 10 ns으로 1064 또는 532 nm 파장을 갖는 Nd-YAG 펄스 레이저(Coherent SL-10)를 사용하였다.
합성된 나노입자의 전기화학적 특성평가를 위하여 코인형의 반쪽전지를 이용하였다. 양극으로는 리튬 금속을 사용하였고, 분리막으로 는 micro-porous polyethylen을 사용하였으며, 전해질은 EC(에틸렌카보네이트), DEC(디에틸카보네이트) 1:1용매에 전해질 염으로는 1M LiPF6를 용해시켜 사용하였다. 전지 제작 후 24시간 후에 특성을 평가하였다.
전극제조 시 활물질(active material)로는 Ge 나노 입자, Ge-RGO 하이브리드 구조체를 이용하였고, 도전제(conductor)로 AB(acetylene black), 그리고 결합제는 수용성의 PAA (polyacrylacid, PAA, 30 wt% dissolved in water; Aldrich)를 각각 5:3:2의 wt% 비율로 섞어주었다. 위에 제조한 슬러리를 50 µm 구리 호일 위에 코팅하고 80℃ 에서 12시간 건조 후 압연기(rolling press)를 사용하여 압착하여 6시간 vaccum oven에서 건조하였다.
진공 가스 밸브와 직경 2인치의 레이저용 석영광학 윈도우를 설치한 1리터 파이렉스 반응기를 제작하였다. TMG 가스 5-50 Torr를 파이렉스 반응기에 채우고, Nd-YAG레이저 빔은 10 cm 초점길이의 렌즈와 광학윈도우를 통해 반응기에 조사한다.
이론/모형
레이저 광분해로 합성된 Ge나노입자와 산박리법으로 제조한RGO를 IPA에 분산시키는 간단한 방법으로 Ge-RGO 하이브리드 구조체를 합성하였다. Ge 나노입자와 Ge-RGO 하이브리드 구조체의 전기 화학적 특성을 알아보기 위하여 정전류법으로 전기 화학적 실험으로 진행하였다. Figs.
1-3시간 동안 레이저 조사 후, 반응기 내의 가스를 배출하고, 합성된 나노입자는 에탄올에 분산하여 상온에서 진공 건조시켜 증발시킨 후 수집하였다. Reduced Graphene oxide (RGO)는, 먼저 Hummer의 흑연박리법으로 graphene oxide (GO)를 합성하고, 800℃ 수소 분위기에서 1시간 동안 열처리하여 환원시켜 합성하였다.33 합성된 Ge 나노입자와 RGO를 Isopropyl alcohol (IPA)에 분산시킨 후 초음파 분산기로 Ge-RGO 하이브리드 구조체를 만들 수 있다.
4(b)에 표시하였다. Si 성분 조성 x는 피크 위치에 Vegard 법칙을 사용하여 계산되었다. x가 증가할수록 피크는 넓어짐을 관찰할 수 있는데, 이는 Si의 혼합에 의해 무질서한 결정상이 생성된 것이라고 해석된다.
Ge은 Si에 비해 훨씬 낮은 녹는점을 가지고 있어 화학기상증착법을 이용하여 다량의 균일하면서 불순물이 함유되지 않은 순수한 Ge 나노결정 박막 형성이 매우 어렵다. 레이저를 이용한 화학기상증착법으로는 ArF (193 nm)과 CO2 레이저를 사용하여 가스상의 TMG를 광분해하여 Ge 박막을 생산하는데 사용되었다. 34-36
성능/효과
5 V 사이에서 반복하였다. Ge 나노입자의 초기 방전과 충전 용량은 각각 1600 및 820 mAh/g 으로 약 50%의 쿨롱 효율성을 나타내었고, Ge-RGO 하이브리드 구조체(RGO 10 wt%)의 초기 방전과 충전 용량은 각각 2300, 1200 mAh/g으로 Ge 나노입자의 초기 용량보다 대략 40% 증가된 용량을 나타내었다. 이때 큰 초기 용량 손실은 리튬 양이온의 첫 번째 방전 단계에서 전극 표면에 고체 전해질계면(SEI)의 형성으로 인하여 발생하는 것으로 해석된다.
1시간 동안의 광분해 반응은 80%의 수득율로 그램 단위의 대량생산이 가능하였다. Ge 나노입자의 크기는 반응성이 없는 이산화탄소를 이용하여 5 nm로 감소시킬 수 있었고, 반응성이 있는 산소 가스를 사용하면 100 nm까지 증가시킬 수 있었다. Ge1-xSix 합금 나노입자는 TMG/TMS의 혼합가스를 광분해하여 합성하였으며, 가스상에서 반응이 일어나기 때문에 기존의 합성법과 비교하여 쉽게 조성비 조절을 할 수 있었다.
합성된 Ge 나노입자는 리튬이온 전지의 양극 소재로서 50 사이클 이후에도 800 mAh/g의 큰 용량과 안정된 사이클링 성능을 가지고 있음을 확인하였다. Ge-RGO 하이브리드 구조는 50 사이클 이후에 Ge 나노입자 보다 더 높은 1100 mAh/g충전용량을 가짐을 확인하였다. 따라서 본 연구진의 가스상 레이저 광분해법으로 합성한 고품질의 Ge 나노입자는 리튬전지 음극 활물질로 개발될 수 있는 응용성이 기대된다.
5는 Ge 나노입자의 XPS 데이터이다. Ge0.5Si0.5 합금 나노입자의 XPS 데이터로부터 Si과 Ge의 성분비율이 1:1임을 알 수 있었다(Fig. 5(a)).
Ge 나노입자의 크기는 반응성이 없는 이산화탄소를 이용하여 5 nm로 감소시킬 수 있었고, 반응성이 있는 산소 가스를 사용하면 100 nm까지 증가시킬 수 있었다. Ge1-xSix 합금 나노입자는 TMG/TMS의 혼합가스를 광분해하여 합성하였으며, 가스상에서 반응이 일어나기 때문에 기존의 합성법과 비교하여 쉽게 조성비 조절을 할 수 있었다. 합성된 Ge 나노입자는 리튬이온 전지의 양극 소재로서 50 사이클 이후에도 800 mAh/g의 큰 용량과 안정된 사이클링 성능을 가지고 있음을 확인하였다.
두 샘플은 첫 번째 사이클 이후 매우 안정한 가역 용량을 나타낸다. GeRGO 하이브리드 구조체의 용량은 50 사이클 이후 1,100 mAh/g으로 Ge 나노입자의 800 mAh/g 보다 대략 40% 증가된 방전용량을 갖는 것을 확인하였다. 그리고 두 샘플 모두 쿨롱 효율성은 초기 사이클 후 99% 이상 의 높은 효율성을 나타내었다.
고순도의 리간드 없는 Ge 나노입자와 Ge-RGO 하이브리드 구조체 (Ge:RGO 9:1 wt. ratio)를 이용하여 리튬이온 충방전 특성을 측정한 결과 지금까지 발표된 최고 용량과 상응하는 충방전 용량과 매우 우수한 안정성을 얻었다. 즉 예상했던 것처럼 Ge 나노입자를 둘러싼 탄소층이 리튬이온의 삽입과 이탈 중 Ge이 분쇄되는 것을 막는 것으로 해석할 수 있다.
(Ge-RGO: 1150 → 950 mAh/g, Ge 나노입자: 770 → 550 mAh/g). 그리고 2.0 C 이상으로 c-rate을 증가시키게 되면 최대 초기 용량보다 50%의 충방전 용량의 감소를 나타내었고, 다시 60 사이클 후 0.1 C의 c-rate로 충방전 시 각각 950 mAh/g, 720 mAh/g의 용량회복을 보여주었다.
GeRGO 하이브리드 구조체의 용량은 50 사이클 이후 1,100 mAh/g으로 Ge 나노입자의 800 mAh/g 보다 대략 40% 증가된 방전용량을 갖는 것을 확인하였다. 그리고 두 샘플 모두 쿨롱 효율성은 초기 사이클 후 99% 이상 의 높은 효율성을 나타내었다. Fig.
즉 예상했던 것처럼 Ge 나노입자를 둘러싼 탄소층이 리튬이온의 삽입과 이탈 중 Ge이 분쇄되는 것을 막는 것으로 해석할 수 있다. 또한 높은 전도성을 가진 RGO를 하이브리드 구조로 제조할 경우 처음 몇 번의 사이클에 향상된 용량에 도달할 뿐만 아니라, 좀더 높은 용량과 사이클 수명을 가질 수 있었다. 따라서 레이저 광분해로 합성된 Ge 나노입자는 따로 탄소층을 씌우는 과정 없이 탄소층을 갖고 있고, 용매 분산력이 우수하여 RGO와 간단한 초음파 분산을 이용하여 Ge-RGO 하이브리드 구조체를 합성할 수 있어, 복잡한 공정과정 없는 경제적이고도 성능이 우수한 리튬이온 전지 소재로서 충분한 잠재성을 가지고 있다.
이때 Ge 입자는 합성시 얇은 탄소층이 이미 씌어져 있어, 합성된 그대로 리튬이온 충방전 특성을 측정한 결과 지금까지 발표된 최고 용량과 상응하는 충방전 용량과 매우 우수한 안정성을 얻었다. 또한 용매 분산력이 뛰어난 특성으로 분산만으로 RGO와 복합체를 형성할 수 있어 좀 더 향상된 리튬이온 충방전 특성을 얻을 수 있었다. 본 논문은 이러한 고수율 및 저비용의 대량합성 기술로 합성된 Ge 나노입자가 우수한 성능의 리튬 이온 전지의 소재에 응용될 수 있는 가능성을 보여주고자 한다.
18-25 조재필 교수진은 리튬이차전지 음극소재로서 Ge 나노선 표면에 안티모니(Sb) 나노입자를 바른 후 700℃에서 열처리 시 나노선의 중심부에서 200 nm정도의 직경으로 구멍형태를 가진 나노튜브가 생성됨을 발견하였다. 또한 이 물질을 리튬이차전지에 적용하여 평가한 결과 상용화된 전지 수준을 능가하여 400 사이클 후에도 용량유지율이 98%이상을 달성하였고 대량의 전류를 흘려도 2분 내에 완전히 충전됨을 발견하였다.19 Ge이 음극활물질로 기대되는 이유는 Li4.
이 방법은 이전의 Ge 나노 입자 합성법과 비교하여 높은 수득률, 우수한 재현성, 성분조절의 용이함을 장점으로 가진다. 이때 Ge 입자는 합성시 얇은 탄소층이 이미 씌어져 있어, 합성된 그대로 리튬이온 충방전 특성을 측정한 결과 지금까지 발표된 최고 용량과 상응하는 충방전 용량과 매우 우수한 안정성을 얻었다. 또한 용매 분산력이 뛰어난 특성으로 분산만으로 RGO와 복합체를 형성할 수 있어 좀 더 향상된 리튬이온 충방전 특성을 얻을 수 있었다.
이산화탄소와 같은 반응성이 없는 충돌이완가스를 넣게 되면 나노 입자의 크기가 감소됨을 관찰하였다. 그러나 고압의 조건에서는 오히려 낮은 수득율과 비정질 형태로 생성되었다.
5(b)) 분석에서 알 수 있듯이 GeOx 상이 존재하지 않으므로 이에 대한 기여는 무시할 수 있을 것이다. 첫 번째 사이클 후, 두 샘플은 최대 50사이클 동안 99% 이상의 높은 쿨롱 효율성을 나타내며 충방전 동안 훌륭한 높은 가역성의 전기화학적 특성을 보여주었다.
Ge1-xSix 합금 나노입자는 TMG/TMS의 혼합가스를 광분해하여 합성하였으며, 가스상에서 반응이 일어나기 때문에 기존의 합성법과 비교하여 쉽게 조성비 조절을 할 수 있었다. 합성된 Ge 나노입자는 리튬이온 전지의 양극 소재로서 50 사이클 이후에도 800 mAh/g의 큰 용량과 안정된 사이클링 성능을 가지고 있음을 확인하였다. Ge-RGO 하이브리드 구조는 50 사이클 이후에 Ge 나노입자 보다 더 높은 1100 mAh/g충전용량을 가짐을 확인하였다.
후속연구
Ge-RGO 하이브리드 구조는 50 사이클 이후에 Ge 나노입자 보다 더 높은 1100 mAh/g충전용량을 가짐을 확인하였다. 따라서 본 연구진의 가스상 레이저 광분해법으로 합성한 고품질의 Ge 나노입자는 리튬전지 음극 활물질로 개발될 수 있는 응용성이 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Ge의 특징은?
Ge (Germanium) 은 중요한 IV 족 반도체물질로서, silicon (Si) 처럼 rock-salt(면심입방구조) 구조를 갖고 있으며, 좁은 밴드갭(실온에서 벌크 형태로 0.67 eV) 과 큰 보어 반경(ca. rB = 24 nm) 으로 인한 큰 양자 가둠 효과의 특징으로 많은 관심의 대상이 되고 있다.1-6 Ge 나노구조의 응용성은 전계효과 트랜지스터, 태양 전지, 리튬이온 전지, 광검출기, 적외선 발광 다이오드, 생물학적 광열요법 등으로 매우 광범위하다.
Germanium을 이용하여 응용할 수 있는 산업은?
rB = 24 nm) 으로 인한 큰 양자 가둠 효과의 특징으로 많은 관심의 대상이 되고 있다.1-6 Ge 나노구조의 응용성은 전계효과 트랜지스터, 태양 전지, 리튬이온 전지, 광검출기, 적외선 발광 다이오드, 생물학적 광열요법 등으로 매우 광범위하다.7-25
Ge 나노입자의 실제적인 응용을 위해 반드시 작업해야하는 것은?
Ge 나노입자의 실제적인 응용을 위해서는 안정적인 콜로이드 나노입자를 대량으로 합성할 수 있는 고효율 저비용의 제조가 필수적이다.27-29 지금까지 개발된 대부분의 용액상 합성방법은 나노입자 사이에서 전하 운반자의 이동을 방해하는 리간드가 형성되어 캐스팅 이후 전기적으로 절연체를 만들기 때문에 이를 제거하기 위하여 고온, 고압의 반응과정, 표면 처리과정 등의 추가적인 공정을 반드시 포함하게 된다.
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