[논문]Al-Zn 혼합물의 열 증발을 이용한 ZnO 결정의 합성에서 결정의 형상에 미치는 합성 온도와 시간의 영향

김민성

doi:10.3740/mrsk.2015.25.6.265

Al-Zn 혼합물의 열 증발을 이용한 ZnO 결정의 합성에서 결정의 형상에 미치는 합성 온도와 시간의 영향
Effect of Synthetic Temperature and Time on the Morphology of ZnO Crystals Fabricated by Thermal Evaporation of Al-Zn Mixture 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.25 no.6, 2015년, pp.265 - 268

Abstract ▼ AI-Helper

ZnO micro/nanocrystals at large scale were synthesized through the thermal evaporation of Al-Zn mixtures under air atmosphere. The effect of synthetic temperature and time on the morphology of the micro/nanocrystals was examined. It was found that the temperature and time affected the morphology of the ZnO crystals. At temperatures below $900^{\circ}C$, no crystals were synthesized. At a temperature of $1000^{\circ}C$, ZnO crystals with a rod shape were synthesized. With an increase in temperature from $1000^{\circ}C$ to $1100^{\circ}C$, the morphology of the crystals changed from rod shape to wire and granular shapes. As the time increased from 2 h to 3 h at $1000^{\circ}C$, tetrapod-shaped ZnO crystals started to form. XRD patterns showed that the ZnO crystals had a hexagonal wurtzite structure. EDX analysis revealed that the ZnO crystals had high purity. It is believed that the ZnO nanowires were grown via a vapor-solid mechanism because no catalyst particles were observed at the tips of the micro/nanocrystals in the SEM images.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 Al-Zn 혼합물을 열 증발시켜 합성되는 ZnO 마이크로/나노결정의 형상에 미치는 열역학적 인자들인 합성온도와 합성시간의 영향을 살펴보았다.

제안 방법

Al-Zn 혼합물을 공기 분위기에서 열 증발시켜 ZnO 마이크로/나노결정을 생성할 때의 합성온도와 합성시간이 결정의 형상이 미치는 영향을 살펴보았다. 산화온도와 시간 모두 결정의 형상에 영향을 미쳤다.
Al-Zn 혼합물을 다시 전기로에 넣어 합성온도까지 온도를 올리고 정해진 합성시간 동안 유지한 후 전기로의 전원을 끄고 상온까지 냉각시켰다. 결정형상에 미치는 온도의 영향을 알아보기 위하여 900 ℃, 1000 ℃, 1100 ℃의 온도에서 실험을 하였고, 시간의 영향을 조사하기 위하여 각각의 온도에서 1시간, 2시간, 3시간 열처리하였다. 산화 생성물의 형상은 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였고, 생성물의 결정구조는 X선 회절분석기(XRD)로 분석하였다.
결정형상에 미치는 온도의 영향을 알아보기 위하여 900 ℃, 1000 ℃, 1100 ℃의 온도에서 실험을 하였고, 시간의 영향을 조사하기 위하여 각각의 온도에서 1시간, 2시간, 3시간 열처리하였다. 산화 생성물의 형상은 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였고, 생성물의 결정구조는 X선 회절분석기(XRD)로 분석하였다. 생성물의 구성성분은 에너지 분산 X선 분광기(EDX)로 분석하였다.
생성되는 결정들의 형상에 미치는 합성시간의 영향을 살펴보기 위하여 1000 ℃의 합성온도에서 합성 시간을 1시간, 2시간, 3시간으로 달리하여 실험을 하였다. Fig.
생성물을 확인하기 위하여 XRD 분석을 하였다. Fig.
산화 생성물의 형상은 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였고, 생성물의 결정구조는 X선 회절분석기(XRD)로 분석하였다. 생성물의 구성성분은 에너지 분산 X선 분광기(EDX)로 분석하였다.
중심의 결정으로부터 4개의 결정이 성장한 tetrapod 형상을 나타내고 있다. 정형화된 결정형상을 한, 2시간과 3시간의 합성조건에서 생성된 결정들의 XRD 패턴을 관찰하였다.

성능/효과

합성온도가 올라갈수록 막대형상의 결정으로부터 입자형상의 결정으로 형상이 변하였으며 합성시간이 증가할수록 막대형상에서 tetrapod 형상으로 바뀌었다. 이로부터 합성온도와 시간을 조절하면 여러 형상을 가진 ZnO 결정의 합성이 가능함을 알 수 있었다.
산화온도와 시간 모두 결정의 형상에 영향을 미쳤다. 합성온도가 올라갈수록 막대형상의 결정으로부터 입자형상의 결정으로 형상이 변하였으며 합성시간이 증가할수록 막대형상에서 tetrapod 형상으로 바뀌었다. 이로부터 합성온도와 시간을 조절하면 여러 형상을 가진 ZnO 결정의 합성이 가능함을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ZnO의 특성은?	지난 수년 동안 단파장 광학소자와 고전력 고주파 전자소자에 대한 요구 때문에 반도체 재료를 중심으로 한 나노구조의 제작에 상당한 노력을 기울여왔다. 여러 반도체 물질 중에서도, ZnO는 독특한 전기, 압전, 광전자 그리고 광화학 특성 때문에 널리 응용되고 있다. 특히, 3.37 eV의 넓은 밴드갭과 60 meV의 높은 여기자 결합에너지로 인하여 자외 발광 소자, 가스센서, 태양전지 등에의 응용 가능성이 높기 때문에 매우 큰 주목을 받고 있다. 지금까지 다양한 형상을 갖는 ZnO 마이크로/나노결정들이 합성되고 있다.
	ZnO 마이크로/나노결정의 합성 방법은?	ZnO 마이크로/나노결정의 합성을 위해서도 열 증발법,1)기상 화학 증착법,2) 펄스 레이저 증착법,3) 유기 금속 화학 증착법,4) 액상법5)을 포함한 다양한 합성법이 이용되고 있다. 여러 합성법 중에서도 열 증발법이 가장 간단한 합성방법으로 알려져 있다.
	Al-Zn 혼합물을 공기 분위기에서 열 증발시켜 ZnO 마이크로/나노결정을 생성할 때 합성온도와 합성시간은 결정의 형상에 어떤 영향을 미치는가?	산화온도와 시간 모두 결정의 형상에 영향을 미쳤다. 합성온도가 올라갈수록 막대형상의 결정으로부터 입자형상의 결정으로 형상이 변하였으며 합성시간이 증가할수록 막대형상에서 tetrapod 형상으로 바뀌었다. 이로부터 합성온도와 시간을 조절하면 여러 형상을 가진 ZnO 결정의 합성이 가능함을 알 수 있었다.

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