KR100753773B1 - 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법 - Google Patents

페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100753773B1
KR100753773B1 KR1020050071365A KR20050071365A KR100753773B1 KR 100753773 B1 KR100753773 B1 KR 100753773B1 KR 1020050071365 A KR1020050071365 A KR 1020050071365A KR 20050071365 A KR20050071365 A KR 20050071365A KR 100753773 B1 KR100753773 B1 KR 100753773B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
starting material
oxide
perovskite structure
perovskite
solution
Prior art date
Application number
KR1020050071365A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070016575A (ko
Inventor
백성기
윤송학
Original Assignee
학교법인 포항공과대학교
포항공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 학교법인 포항공과대학교, 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 학교법인 포항공과대학교
Priority to KR1020050071365A priority Critical patent/KR100753773B1/ko
Priority to US11/490,723 priority patent/US20070031323A1/en
Publication of KR20070016575A publication Critical patent/KR20070016575A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100753773B1 publication Critical patent/KR100753773B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00Compounds of titanium
    • C01G23/003Titanates
    • C01G23/006Alkaline earth titanates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00Compounds of zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C04B35/462Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
    • C04B35/465Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates
    • C04B35/468Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on barium titanates
    • C04B35/4682Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on barium titanates based on BaTiO3 perovskite phase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/624Sol-gel processing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62655Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/30Three-dimensional structures
    • C01P2002/34Three-dimensional structures perovskite-type (ABO3)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/60Optical properties, e.g. expressed in CIELAB-values
    • C01P2006/64Optical properties, e.g. expressed in CIELAB-values b* (yellow-blue axis)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/441Alkoxides, e.g. methoxide, tert-butoxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54Particle size related information
    • C04B2235/5418Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5454Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm

Abstract

본 발명은 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조하는 방법에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조할 때, 고상 반응법, 공침법, 수열 합성법, 졸-겔법, 졸-침전법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 나노 크기의 분말을 제조하는 종래 방법과는 달리, 출발원료물질 수용액을 반응 용기에 투입하고, 소정 온도를 유지하면서 이를 교반시키고, 초음파를 이용하여 출발원료물질 알코올 용액을 액적 형태로 분무하며, 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올 용액을 혼합 및 반응시켜 결정화한 후에, 결정화된 물질을 에이징 및 건조하여 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 형성함으로써, 초음파를 이용하여 구상의 입도 분포가 좁고, 입자간 응집을 최소화 한 미세 단분산 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조할 수 있는 것이다.
페로브스카이트(perovskite), 고상 반응법, 공침법, 수열 합성법, 졸-겔법, 졸-침전법, 초음파 분무기

Description

페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법{METHOD FOR PREPARING PEROVSKITE OXIDE NANOPOWDERS}
도 1은 본 발명에 따라 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조하는데 적합한 초음파 분무를 이용한 합성 장치를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따라 초음파 분무를 이용한 합성 장치를 통해 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조하는 과정을 도시한 플로우차트,
도 3은 본 발명에 따라 구상 솔리드 형태로 제조된 티탄산바륨스트론튬 나노 분말의 X-선 회절 패턴을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따라 구상 솔리드 형태로 제조된 티탄산 바륨스트론튬 나노 분말 입자의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 초음파 분무기
2 : 출발원료물질 알코올 용액 주입구
3 : 출발원료물질 알코올 용액 액적 배출구
4 : 초음파 전원 공급 장치
5 : 냉각수 콘덴서
6 : 냉각수 주입구
7 : 냉각수 배출구
8 : 열전대
9 : 마그네틱 교반기
10 : 반응 용기
11 : 출발원료물질 수용액
본 발명은 페로브스카이트 구조( 화학식 ABO3 )를 갖는 산화물 나노 분말을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 졸-침전법으로 나노 입자 분말을 제조하는 과정에서 초음파를 이용하여 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 합성하는데 적합한 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 나노 크기를 가지는 분말을 제조하는 방법으로는 고상 반응법, 공침법, 수열 합성법, 졸-겔법, 졸-침전법 등이 있다.
여기에서, 고상 반응법은 2 종 이상의 고체 원료를 물리적으로 분쇄 및 혼합하여 1000 ℃ 이상의 고온에서 고상 반응시켜 분말을 얻는 방법으로서, 이러한 고상 반응에서는 반응 입자간에 강한 응집 현상이 일어나게 되어 1 마이크론(μ) 이상의 입자 크기를 갖게 되며, 입자의 형상도 불규칙하게 되는 문제점이 있었다.
그리고, 공침법은 고상 반응법에 비해 아주 낮은 하소 온도를 갖는 방법으로서, 분말의 조성이 균일하며, 순도가 높고 균일한 입자 크기의 나노 분말을 얻을 수 있다. 이러한 공침법은 핵 생성 시 원하는 이온끼리 반응시키기 때문에 최초 핵 생성은 수 나노 크기로 생성되고, 여러 가지 조건에서 입자 크기와 모양을 조절할 수 있다. 그리고, 공정이 간단하며, 적은 비용으로 고순도의 균일한 분말을 제조할 수 있어 공업적으로 응용이 가능하지만 100 nm이하의 크기를 갖는 단분산의 분말을 제조하기는 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 수열 합성법은 비교적 낮은 온도에서 결정상의 분말을 제조할 수 있는 방법으로서, 입자가 구형이고, 입도 분포가 작으며, 작은 평균 입자 크기를 갖는 분말을 합성할 수 있는 장점이 있으나, 합성 과정 중에 분말과 물 사이의 상호 작용이 발생하여 조성이 균일한 복합 산화물 합성에는 부적합한 방법이다.
그리고, 졸-겔법은 조성의 균일성이 우수하고, 입자가 매우 미세한 고순도의 분말을 제조할 수 있는 방법으로서, 이러한 방법으로 제조된 나노 입자는 대부분이 비정질상을 가지고 있어 결정화를 위해서 로에서 하소와 같은 열처리 공정을 수행해야만 하고, 일반적으로 800 ℃ 이상의 고온에서 일정시간 유지해야만 결정상이 생기는 졸-겔법은 세라믹 분말의 입자 크기가 증가하고, 응집이 되며, 공정 상 제조 단가를 높이는 문제점이 있었다.
마지막으로, 졸-침전법은 100 ℃이하의 저온에서 결정상이 생기기 때문에, 하소와 같은 열처리 공정이 별도로 필요하지 않지만, 나노 입자의 생성 과정에서 응집이 일어나기 때문에 단분산 나노 입자를 제조하는데 어려움이 있었다. 그 이유 는 출발 물질 간의 반응 속도가 매우 빠르기 때문이고, 나노 입자의 응집 현상은 산업적 응용에 어려운 요인이 되고 있다.
한편, 종래의 알콕사이드를 이용한 졸-침전법으로, 예를 들어 플라센의 "티탄산 바륨의 수용액 합성(Journal of the American CHemical Society, 1995)", 키스 등의 "초미세 크기 입자의 강유전성 : Ⅰ.초미세 크기를 가지는 티탄산 바륨의 합성(Journal of the American Ceramic Society, 1996)" 또는 핀셀롭 등의 "알콕사이드-하이드록사이드로 형성된 원료물질 용액으로 합성한 티탄산 바륨 스트론튬 분말과 박막의 특징 및 준비(Journal of the Eurpean Ceramic Society, 1999)" 에 의한 연구에서는 수산화 바륨 팔수화물(Ba(OH)2·8H2O)을 물에 녹인 후 90 ℃ - 100 ℃ 범위의 온도에서 격렬하게 교반하는 중에 일정 속도로 알코올에 희석한 티타늄 이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)4) 용액을 주입하여 티탄산 바륨 초미세 입자를 제조하는 방법을 설명하고 있다. 그러나, 이러한 연구들로부터 제조된 나노 입자 분말은 응집이 심하게 발생하는 문제점이 있었다.
그 이유는 수산화 바륨 팔수화물(Ba(OH)2·8H2O) 수용액과 티타늄 이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)4) 알코올 용액이 만나는 순간, 가수분해 및 축합 반응이 폭발적으로 순식간에 일어남으로서 입자 크기를 제어할 수 없었고, 입자간 응집을 방지할 수 없기 때문에 알콕사이드를 이용하여 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조하는데 어려움이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 나노 입자 분말을 제조하는 과정에서 초음파를 이용하여 나노 분말의 입자간 응집을 방지한 미세 나노 분말을 제조할 수 있는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 나노 입자 분말을 제조하는 과정에서 초음파를 이용하여 구상의 입도 분포가 좁은 미세 나노 분말을 제조할 수 있는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조하는 방법으로서, 출발원료물질 수용액을 반응 용기에 투입하고, 기 설정된 온도를 유지하면서 이를 교반시키는 과정과, 초음파를 이용하여 출발원료물질 알코올 용액을 액적 형태로 분무하는 과정과, 상기 출발원료물질 수용액과 상기 출발원료물질 알코올 용액을 혼합 및 반응시켜 결정화하는 과정과, 상기 결정화된 물질을 에이징 및 건조하여 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 형성하는 과정을 포함하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조하는 방법으로서, 출발원료물질 알코올 용액을 반응 용기에 투입하고, 기 설정된 온도를 유지하면서 이를 교반시키는 과정과, 초음파를 이용하여 출발원료물질 수용액을 액적 형태로 분무하는 과정과, 상기 출발원료물질 알코올 용액과 상기 출발원료물질 수용액을 혼합 및 반응시켜 결정화하는 과정과, 상기 결정화된 물질을 에이징 및 건조하여 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 형성하는 과정을 포함하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법을 제공한다.
마지막으로, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조하는 방법으로서, 초음파를 이용하여 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올 용액을 액적 형태로 기 설정된 온도로 유지되는 반응 용기에 분무하는 과정과, 상기 출발원료물질 알코올 용액과 상기 출발원료물질 수용액을 혼합 및 반응시켜 결정화하는 과정과, 상기 결정화된 물질을 에이징 및 건조하여 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 형성하는 과정을 포함하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 핵심 기술요지는, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조할 때, 고상 반응법, 공침법, 수열 합성법, 졸-겔법, 졸-침전법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 나노 크기의 분말을 제조하는 종래 방법과는 달리, 출발원료물질 수용액을 반응 용기에 투입하고, 소정 온도를 유지하면서 이를 교반시키고, 초음파를 이용하여 출발원료물질 알코올 용액을 액적 형태로 분무하며, 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올 용액을 혼합 및 반응시켜 결정화한 후에, 결정화된 물질을 에이징 및 건조하여 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 형성한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조하는데 적합한 초음파 분무를 이용한 합성 장치를 나타낸 도면로서, 초음파 분무기(1), 출발원료물질 알코올 용액 주입구(2), 출발원료물질 알코올 용액 액적 배출구(3), 초음파 전원 공급 장치(4), 냉각수 콘덴서(5), 냉각수 주입구(6), 냉각수 배출구(7), 열전대(8), 마그네틱 교반기(9), 반응용기(10) 및 출발원료물질 수용액(11)을 포함한다. 또한, 도 2는 본 발명에 따라 초음파 분무를 이용한 합성 장치를 통해 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조하는 과정을 도시한 플로우차트이다. 이러한 도면들을 참조하여 산화물 나노 분말을 제조하는 방법에 대해 설명한다.
여기에서, 페로브스카이트 구조는 화학식 ABO3 중 A는 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 납, 란타늄 중 적어도 하나를 포함하는 수산화물이고, 화학식 ABO3 중 B는 산화가 4의 지르코늄 혹은 티나튬 에톡사이드( Ti(OC2H5)4 ), 티타늄 이소프로폭사이드( Ti(OCH(CH3)2)4 ), 티타늄 부톡사이드( Ti(OC4H9)4 ) 중 적어도 하나를 포함하는 티타늄 알콕사이드인 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 반응 용기(10)에 출발원료물질 수용액(11)을 투입한다(단계202). 여기에서, 출발원료물질 수용액(11)은 수산화 바륨 팔수화물( Ba(OH)2·8H2O )과 수산화 스트론튬 팔수화물( Sr(OH)2·8H2O )을 물에 녹인 용액을 의미한다.
그리고, 반응 용기(10)에 마그네틱 교반기(9)를 넣은 후, 도시 생략된 hot plate를 이용하여 출발원료물질 수용액(11)의 온도를 증가시키고, 이를 교반시킨다(단계204).
또한, 출발원료물질 수용액(11)의 온도가 60 ℃ -100 ℃ 범위(바람직하게는, 80 ℃)를 유지하도록 한다(단계206). 여기에서, 열전대(8)를 통해 온도를 측정하고, 냉각수 콘덴서(5)를 통해 출발원료물질 수용액(11)의 손실을 방지한다.
다음에, 초음파 분무기(1)에서 출발원료물질 알코올 용액 주입구(2)를 통해 출발원료물질 알코올 용액을 주입하고, 이는 출발원료물질 알코올 용액 액적 배출구(3)를 통해 액적 형태로 분무된다(단계208). 여기에서, 출발원료물질 알코올 용액은, 티타늄 이소프로폭사이드( Ti(OCH(CH3)2)4 )를 이소프로판올( CH2(CH3)2 )에 상온에서 희석한 용액을 의미한다.
이로부터 반응 용기(10) 내 출발원료물질 수용액(11)과 액적 형태로 분무되는 출발원료물질 알코올 용액을 초음파를 이용하여 혼합한 후에, 이를 반응시켜 결정화한다(단계210, 212).
이 후에, 대략 1 시간 정도 에이징하고, 건조하여 티탄산바륨스트론튬 분말 을 제조한다(단계214, 216). 일 예로서, 도 3은 본 발명에 따라 구상 솔리드 형태로 제조된 티탄산바륨스트론튬 나노 분말의 X-선 회절 패턴을 나타낸 도면으로, 본 발명에 따라 제조할 경우 불순물이 없고, 결정 크기가 대략 27.87 ㎚ 정도의 결정성을 가지는 바륨스트론튬 타이타네이트를 합성할 수 있음을 알 수 있고, 도 4는 본 발명에 따라 구상 솔리드 형태로 제조된 티탄산 바륨스트론튬 나노 분말 입자의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸 도면으로서, 상술한 본 발명에 따라 초음파를 이용하여 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조할 경우 대략 50 ㎚ 크기의 균일한 크기의 나노 분말을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 상술한 본 발명에서는 출발원료물질 수용액을 소정 온도로 유지시켜 교반하고, 출발원료물질 알코올 용액을 초음파 분무기를 통해 액적 형태로 분무하는 것으로 하여 설명하였으나, 출발원료물질 알코올 용액을 소정 온도로 유지시켜 교반하고, 출발원료물질 수용액을 초음파 분무기를 통해 액적 형태로 분부하거나 혹은 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올 용액을 초음파 분무기를 통해 액적 형태로 분무하여 합성 반응한 후에 이러한 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조할 수 있음도 물론이다. 여기에서, 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올 용액을 초음파 분무기를 통해 액적 형태로 분무할 경우 반응 용기는 대략 60 ℃ -100 ℃ 범위(바람직하게는, 80 ℃)의 온도를 유지하는 것도 물론이다.
또한, 상술한 본 발명에서는 하나의 초음파 분무기로 하여 설명하였으나, 초음파 분무기를 병렬 연결하여 분무를 통해 연속 공정이 가능함도 물론이고, 이에 따라 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 대량으로 제조할 수 있음도 물론이다.
다음에, 이러한 합성 장치를 이용한 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조하는 실험예에 대해 설명한다.
(실험예1)
0.006 몰의 수산화 바륨 팔수화물( Ba(OH)2·8H2O )과 0.004 몰의 수산화 스트론튬 팔수화물( Sr(OH)2·8H2O )을 2번 증류한 4 몰의 증류수에 상온에서 첨가한 후, 이 용액을 출발원료물질 수용액(11)으로 반응 용기(10)에서 도시 생략된 hot plate를 이용하여 대략 60 ℃ - 100 ℃ 범위(바람직하게는 대략 80 ℃)까지 분당 2 ℃의 속도로 증가시키면서 격렬하게 교반하여 용해시킨다.
그리고, 0.01 몰의 티타늄 이소프로폭사이드( Ti(OCH(CH3)2)4 )를 2 몰의 이소프로판올( CH2(CH3)2 )에 상온에서 희석한 후, 이 용액을 출발원료물질 알코올 용액으로 초음파 분무기(1)를 이용하여 대략 60 ℃ - 100 ℃를 유지하고 있는 수산화 바륨 스트론튬 수용액에 분무하여 합성 반응 및 결정화하고, 에이징, 건조 과정을 통해 출발원료물질의 조성인 몰비 60 % 스트론튬이 몰비 40 % 티탄산 바륨스트론튬( Ba60Sr40TiO3 ) 나노 입자 분말을 합성할 수 있음을 알 수 있었다.
(실험예2)
티타늄 이소프로폭사이드( Ti(OCH(CH3)2)4 )를 2 몰의 이소프로탄올( CH2(CH3)2 )에 희석시킨 후, 이 용액을 출발원료물질 알코올 용액으로 반응 용기(10) 에서 도시 생략된 hot plate를 이용하여 대략 60 ℃ - 100 ℃ 범위(바람직하게는 대략 80 ℃)까지 온도를 증가시켜 유지하고, 초음파 분무기(1)를 통해 수산화 바륨 팔수화물( Ba(OH)2·8H2O ) 몰비 60 %, 수산화 스트론튬 팔수화물( Sr(OH)2·8H2O ) 몰비 40 %로 물에 녹인 수용액을 출발원료물질 수용액(11)으로 대략 60 ℃ - 100 ℃ 범위를 유지하고 있는 출발원료물질 알코올 용액에 분무하여 합성 반응 및 결정화하고, 에이징, 건조 과정을 통해 출발원료물질 조성의 티탄산 바륨스트론튬( Ba60Sr40TiO3 ) 나노 입자 분말을 합성할 수 있음을 알 수 있었다.
따라서, 초음파를 이용하여 50 ㎚ 이내의 고순도 미립 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물, 즉 티탄산 바륨스트론튬 나노 입자 분말을 제조할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조할 때, 고상 반응법, 공침법, 수열 합성법, 졸-겔법, 졸-침전법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 나노 크기의 분말을 제조하는 종래 방법과는 달리, 초음파를 이용하여 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올 용액을 합성 반응 및 결정화하여 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조함으로써, 불순물 의 혼입이 없고, 입자간 응집이 최소화된 상태의 50 ㎚의 초미세 산화물 나노 입자 분말을 제조할 수 있다.
또한, 초음파를 이용하여 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조함으로써, 합성된 분말 입자를 재분산시키는 공정이 불필요하여 재분산에 소요되는 비용을 감소시킬 수 있다.
그리고, 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올 용액의 조합으로부터 다양한 종류의 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조할 수 있을 뿐만 아니라 초음파 분무기를 병렬 연결하여 분무를 통해 연속 공정을 가능함으로써, 입도 분포가 좁은 초미세 티탄산 바륨 스트론튬 분말을 대량으로 생산할 수 있다.

Claims (15)

  1. 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조하는 방법으로서,
    출발원료물질 수용액을 반응 용기에 투입하고, 기 설정된 온도를 유지하면서 이를 교반시키는 과정과,
    초음파를 이용하여 출발원료물질 알코올 용액을 액적 형태로 분무하는 과정과,
    상기 출발원료물질 수용액과 상기 출발원료물질 알코올 용액을 혼합 및 반응시켜 결정화하는 과정과,
    상기 결정화된 물질을 에이징 및 건조하여 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 형성하는 과정
    을 포함하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 구조는, 화학식 ABO3 중 상기 A는 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 납, 란타늄 중 적어도 하나를 포함하는 수산화물이고, 상기 화학식 ABO3 중 상기 B는 산화가 4의 지르코늄, 티나튬 에톡사이드( Ti(OC2H5)4 ), 티타늄 이소프로폭사이드( Ti(OCH(CH3)2)4 ), 티타늄 부톡사이드( Ti(OC4H9)4 ) 중 적어도 하나를 포함하는 티타늄 알콕사이드인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조를 갖 는 산화물 나노 분말 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 출발원료물질 수용액은, 수산화 바륨 팔수화물( Ba(OH)2·8H2O )과 수산화 스트론튬 팔수화물( Sr(OH)2·8H2O )을 물에 녹인 용액인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기 설정된 온도는, 60 ℃ - 100 ℃ 범위인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 출발원료 물질 알코올 용액은, 티타늄 이소프로폭사이드( Ti(OCH(CH3)2)4 )를 이소프로판올( CH2(CH3)2 )에 상온에서 희석한 용액인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법.
  6. 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조하는 방법으로서,
    출발원료물질 알코올 용액을 반응 용기에 투입하고, 기 설정된 온도를 유지하면서 이를 교반시키는 과정과,
    초음파를 이용하여 출발원료물질 수용액을 액적 형태로 분무하는 과정과,
    상기 출발원료물질 알코올 용액과 상기 출발원료물질 수용액을 혼합 및 반응시켜 결정화하는 과정과,
    상기 결정화된 물질을 에이징 및 건조하여 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 형성하는 과정
    을 포함하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 구조는, 화학식 ABO3 중 상기 A는 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 납, 란타늄 중 적어도 하나를 포함하는 수산화물이고, 상기 화학식 ABO3 중 상기 B는 산화가 4의 지르코늄, 티나튬의 에톡사이드, 이소프로폭사이드, 부톡사이드 중 적어도 하나를 포함하는 알콕사이드인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 출발원료 물질 알코올 용액은, 티타늄 이소프로폭사이드( Ti(OCH(CH3)2)4 )를 이소프로판올( CH2(CH3)2 )에 상온에서 희석한 용액인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 기 설정된 온도는, 60 ℃ - 100 ℃ 범위인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 출발원료물질 수용액은, 수산화 바륨 팔수화물( Ba(OH)2·8H2O )과 수산화 스트론튬 팔수화물( Sr(OH)2·8H2O )을 물에 녹인 용액인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법.
  11. 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 제조하는 방법으로서,
    초음파를 이용하여 출발원료물질 수용액과 출발원료물질 알코올 용액을 액적 형태로 기 설정된 온도로 유지되는 반응 용기에 분무하는 과정과,
    상기 출발원료물질 알코올 용액과 상기 출발원료물질 수용액을 혼합 및 반응시켜 결정화하는 과정과,
    상기 결정화된 물질을 에이징 및 건조하여 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말을 형성하는 과정
    을 포함하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 구조는, 화학식 ABO3 중 상기 A는 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 납, 란타늄 중 적어도 하나를 포함하는 수산화물이고, 상기 화학식 ABO3 중 상기 B는 산화가 4의 지르코늄, 티나튬의 에톡사이드, 이소프로폭사이드, 부톡사이드 중 적어도 하나를 포함하는 알콕사이드인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 출발원료 물질 수용액은, 수산화 바륨 팔수화물( Ba(OH)2·8H2O )과 수산화 스트론튬 팔수화물( Sr(OH)2·8H2O )을 물에 녹인 용액인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 출발원료물질 알코올 용액은, 티타늄 이소프로폭사이드( Ti(OCH(CH3)2)4 )를 이소프로판올( CH2(CH3)2 )에 상온에서 희석한 용액인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 기 설정된 온도는, 60 ℃ - 100 ℃ 범위인 것을 특징으로 하는 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법.
KR1020050071365A 2005-08-04 2005-08-04 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법 KR100753773B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050071365A KR100753773B1 (ko) 2005-08-04 2005-08-04 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법
US11/490,723 US20070031323A1 (en) 2005-08-04 2006-07-20 Method for preparing perovskite oxide nanopowder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050071365A KR100753773B1 (ko) 2005-08-04 2005-08-04 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070016575A KR20070016575A (ko) 2007-02-08
KR100753773B1 true KR100753773B1 (ko) 2007-08-30

Family

ID=37717780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050071365A KR100753773B1 (ko) 2005-08-04 2005-08-04 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20070031323A1 (ko)
KR (1) KR100753773B1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100374194C (zh) * 2006-07-19 2008-03-12 北京工业大学 无机氧化物或金属纳米粒子的制备方法及设备
US9034525B2 (en) * 2008-06-27 2015-05-19 Johnson Ip Holding, Llc Ionically-conductive amorphous lithium lanthanum zirconium oxide
US20120196189A1 (en) 2007-06-29 2012-08-02 Johnson Ip Holding, Llc Amorphous ionically conductive metal oxides and sol gel method of preparation
US8211496B2 (en) * 2007-06-29 2012-07-03 Johnson Ip Holding, Llc Amorphous lithium lanthanum titanate thin films manufacturing method
US20090092903A1 (en) * 2007-08-29 2009-04-09 Johnson Lonnie G Low Cost Solid State Rechargeable Battery and Method of Manufacturing Same
JP6173357B2 (ja) 2012-03-01 2017-08-02 ジョンソン・アイピー・ホールディング・エルエルシー 高容量固体複合体カソード、固体複合体セパレータ、固体リチウム二次電池及びそれらの製造方法
US10084168B2 (en) 2012-10-09 2018-09-25 Johnson Battery Technologies, Inc. Solid-state battery separators and methods of fabrication
EP3394918A1 (en) 2015-12-21 2018-10-31 Johnson IP Holding, LLC Solid-state batteries, separators, electrodes, and methods of fabrication
US10218044B2 (en) 2016-01-22 2019-02-26 Johnson Ip Holding, Llc Johnson lithium oxygen electrochemical engine
CN107954459A (zh) * 2017-12-14 2018-04-24 重庆新玉峡精细化工有限公司 一种用于生产氢氧化锶的自动下料装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09309705A (ja) * 1996-05-22 1997-12-02 Nippon Steel Corp ペロフスカイト酸化物基ナノコンポジットの製造方法
US20020184969A1 (en) 2001-03-29 2002-12-12 Kodas Toivo T. Combinatorial synthesis of particulate materials

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5468427A (en) * 1993-09-27 1995-11-21 Alfred University Process for making ultra-fine ceramic particles
DE19650500A1 (de) * 1996-12-05 1998-06-10 Degussa Dotierte, pyrogen hergestellte Oxide
US5984997A (en) * 1997-08-29 1999-11-16 Nanomaterials Research Corporation Combustion of emulsions: A method and process for producing fine powders
US6197719B1 (en) * 1999-02-12 2001-03-06 Council Of Scientific And Industrial Research Process for the activation of perovskite type oxide
US6601776B1 (en) * 1999-09-22 2003-08-05 Microcoating Technologies, Inc. Liquid atomization methods and devices

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09309705A (ja) * 1996-05-22 1997-12-02 Nippon Steel Corp ペロフスカイト酸化物基ナノコンポジットの製造方法
US20020184969A1 (en) 2001-03-29 2002-12-12 Kodas Toivo T. Combinatorial synthesis of particulate materials

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070016575A (ko) 2007-02-08
US20070031323A1 (en) 2007-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100753773B1 (ko) 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 나노 분말 제조 방법
Hakuta et al. Continuous production of BaTiO3 nanoparticles by hydrothermal synthesis
KR100497938B1 (ko) 복합산화물 분말의 제조방법 및 복합산화물 분말
Lu et al. Nanoscaled BaTiO3 powders with a large surface area synthesized by precipitation from aqueous solutions: Preparation, characterization and sintering
CN104477978A (zh) 一种制备钙钛矿纳米粉体的方法
Charoonsuk et al. Soft-mechanochemical synthesis of monodispersed BaZrO3 sub-microspheres: Phase formation and growth mechanism
Charoonsuk et al. Sonochemical synthesis of monodispersed perovskite barium zirconate (BaZrO3) by using an ethanol–water mixed solvent
Wirunchit et al. Facile sonochemical synthesis of near spherical barium zirconate titanate (BaZr 1− y Ti y O 3; BZT); perovskite stability and formation mechanism
CN105948735B (zh) 一种SrTiO3异质包覆BaTiO3超精细纳米粉体的合成方法
CN1207206C (zh) 一种纳米级氧化镁的制备方法
CN105502480B (zh) 一种绣球花状钛酸锶纳米粉体的制备方法
CN112723409B (zh) 一种SrTiO3多面体的制备方法
US6409983B1 (en) Process for preparing crystalline barium titanate powder
US20070231234A1 (en) Microwave assisted rapid gel combustion technique for producing ultrafine complex oxides and ceramic composites powders
Bel-Hadj-Tahar et al. Structural development and kinetic analysis of PbTiO3 powders processed at low-temperature via new sol-gel approach
Wang et al. Direct synthesis of barium titanate nanoparticles via a low pressure spray pyrolysis method
Teixeira et al. Chemical synthesis and epitaxial growth methods for the preparation of ferroelectric ceramics and thin films
JP2004315344A (ja) 単結晶セラミックス粒子の製造方法
Suresh et al. Mixed hydroxide precursors for La2Ti2O7 and Nd2Ti2O7 by homogeneous precipitation
KR100483169B1 (ko) 다성분계 금속산화물 분말의 제조방법
KR100503858B1 (ko) 무기산으로 제조한 사염화티타늄 수용액과 스트론튬카보네이트 수용액으로부터 나노크기의 결정성 티탄산스트론튬 분말을 제조하는 방법
JP2002029745A (ja) 結晶性チタン酸バリウム粉末の製造方法
JP2005330112A (ja) チタン酸バリウム粉体の製造方法
Samuel et al. A coprecipitation technique to prepare NiNb2O6
KR100616730B1 (ko) 강유전체 나노선 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110808

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120710

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee