KR101151424B1 - The manufacturing methods of the one-dimensional nanostructure having metal nanoparticles on it - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물의 표면에 박막증착법에 의해 금속박막을 증착시키고, 열처리를 통해 금속 나노입자가 형성되도록 함으로써 고기능 나노구조물을 합성하는 최적의 공정조건을 확립하고, 나노구조물의 직경과 분포를 제어할 수 있도록 하는 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 1차원 나노 구조물의 제조방법에 있어서, 금속 산화물로 형성된 1차원 나노구조물의 표면에 플라즈마 스퍼터링법에 의해 금속 박막층을 증착시키고, 열처리에 의해 증착된 금속 박막층을 파티클 형태로 형성시키는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method of manufacturing a one-dimensional nanostructure formed of metal nanoparticles on the surface, and more particularly, to deposit a metal thin film on the surface of the one-dimensional nanostructure formed of a metal oxide by a thin film deposition method, A method for producing a one-dimensional nanostructure in which metal nanoparticles are formed on a surface to establish optimal process conditions for synthesizing a high-performance nanostructure and to control the diameter and distribution of the nanostructure by allowing metal nanoparticles to be formed. will be.
The present invention provides a method for manufacturing a one-dimensional nanostructure, characterized in that the metal thin film layer is deposited on the surface of the one-dimensional nanostructure formed of the metal oxide by plasma sputtering, and the metal thin film layer deposited by heat treatment is formed in the form of particles. It is done.

Description

금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법{The manufacturing methods of the one-dimensional nanostructure having metal nanoparticles on it}The manufacturing methods of the one-dimensional nanostructure having metal nanoparticles on it}

본 발명은 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물의 표면에 박막증착법에 의해 금속박막을 증착시키고, 열처리를 통해 금속 나노입자가 형성되도록 함으로써 고기능 나노구조물을 합성하는 최적의 공정조건을 확립하고, 나노구조물의 직경과 분포를 제어할 수 있도록 하는 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a one-dimensional nanostructure formed of metal nanoparticles on the surface, and more particularly, to deposit a metal thin film on the surface of the one-dimensional nanostructure formed of a metal oxide by a thin film deposition method, A method for producing a one-dimensional nanostructure in which metal nanoparticles are formed on a surface to establish optimal process conditions for synthesizing a high-performance nanostructure and to control the diameter and distribution of the nanostructure by allowing metal nanoparticles to be formed. will be.

최근 들어, 다양한 종류의 금속 산화물(metal oxide)을 1차원 나노구조물 즉, 나노선(nanowire), 나노막대(nanorod), 나노튜브(nanotube), 나노리본(nanoribbon) 등의 형태로 제조하고 이를 응용하고자 하는 연구가 국내외적으로 매우 활발하게 이루어지고 있다.Recently, various types of metal oxides are prepared in the form of one-dimensional nanostructures, that is, nanowires, nanorods, nanotubes, nanoribbons, and the like. The research to be done is very active at home and abroad.

이러한 활발한 연구의 근본적인 이유는 기존의 벌크(bulk) 혹은 박막재료에 비해 나노크기의 재료는 벌크 및 박막재료와 상이한 여러 가지 물리적 화학적 물성 발현이 예측되며 벌크나 박막재료에 비해 나노재료가 지닌 새로운 혹은 우수한 물성을 실제로 여러 가지 기능성 소자에 응용할 수 있기 때문이다.The fundamental reason for this vigorous research is that nano-scale materials are expected to exhibit various physical and chemical properties different from bulk and thin-film materials, compared to bulk or thin-film materials. This is because the excellent physical properties can be actually applied to various functional devices.

실제로 나노재료는 양자크기효과(quantum size effect)가 발현되어 이를 이용한 나노전자소자(nanoelectronic device)에의 응용이 시도되고 있으며, 광자의 효율적인 생성 및 감쇄효과(damping effect) 최소화를 이용한 나노광소자(nanophotoelectronic device), 체적대비 표면적이 매우 커서 여러 가지 종류의 화학종(chenical species, 즉 가스, 혹은 분자 등)을 감지 및 정화하는데 매우 유리한 특성을 지니고 있어 나노화학센서(nano chemical sensor), 나노 바이오 센서(nano biosensor) 및 광촉매 등에의 응용이 시도되고 있다.In practice, nanomaterials have a quantum size effect, which is being applied to nanoelectronic devices, and nanophotoelectronic devices using efficient generation of photons and minimizing damping effects. device), which has a very large surface area to volume ratio and is very advantageous for detecting and purifying various kinds of chemical species (ie, gas, molecules, etc.). Nano biosensor) and photocatalysts have been tried.

예를 들면, ZnO 나노와이어 구조를 이용한 습도 및 암모니아 센서에 대한 연구가 일부 진행이 되었고[Y. S, Zhang, Physica B-Condense Matter. Vol. 368, 94-99, 2005], 또한 나노와이어 형태를 이용한 SnO2[Zhang, D. Nano Lett. 4, 99, 2004] 및 In2O3[Kolmakov, A. Nano Lett. 5, 667, 2005] 센서 특성에 대한 연구도 일부 진행이 되었는데[Sens. ActuatorsB, 108, 29, 2005], 이들 센서들은 아직 실용화단계에 이르지 못하여 재현성이 높은 디바이스의 제작이 어려운 단점이 있다.For example, some studies on humidity and ammonia sensors using ZnO nanowire structures have been made [Y. S, Zhang, Physica B-Condense Matter. Vol. 368, 94-99, 2005, and also SnO 2 using nanowire morphology [Zhang, D. Nano Lett. 4, 99, 2004] and In 2 O 3 [Kolmakov, A. Nano Lett. 5, 667, 2005] Some research on sensor characteristics has also been conducted [Sens. Actuators B, 108, 29, 2005], these sensors have not yet reached the commercialization stage, making it difficult to fabricate highly reproducible devices.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0018879호에는 금속나노입자함유 1차원 나노구조물의 제조방법이 개시되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 분자 수준의 크기를 가진 금속나노입자를 형성시킨는 1단계; 상기 금속나노입자를 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물에 고착시키는 2단계; 및 상기 금속나노입자가 고착된 1차원 나노구조물을 성장용액에 침적시켜 상기 금속나노입자를 성장시키는 3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In order to solve this problem, Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2010-0018879 discloses a method for producing a metal nanoparticle-containing one-dimensional nanostructure, the main technical configuration of which forms metal nanoparticles having a molecular size Step 1; Fixing the metal nanoparticles to a one-dimensional nanostructure formed of a metal oxide; And three steps of growing the metal nanoparticles by depositing the one-dimensional nanostructure to which the metal nanoparticles are fixed in a growth solution.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고기능의 1차원 나노 구조물을 합성하는 최적의 공정조건을 확립하고, 나노 구조물의 직경을 제어할 수 있도록 함과 동시에 나노 구조물의 표면에 형성되는 금속 나노입자의 분포를 제어할 수 있도록 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법을 제공함에 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to establish the optimal process conditions for synthesizing a high-performance one-dimensional nanostructure, to control the diameter of the nanostructure and at the same time nano The present invention provides a method of manufacturing a one-dimensional nanostructure in which metal nanoparticles are formed on a surface to control the distribution of metal nanoparticles formed on a surface of a structure.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법은,Method for producing a one-dimensional nanostructure formed on the surface of the metal nanoparticles according to the present invention for achieving the above object,

1차원 나노 구조물의 제조방법에 있어서, 금속 산화물로 형성된 1차원 나노구조물의 표면에 플라즈마 스퍼터링법에 의해 금속 박막층을 증착시키고, 열처리에 의해 증착된 금속 박막층을 파티클 형태로 형성시키는 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a one-dimensional nanostructure, the metal thin film layer is deposited on the surface of the one-dimensional nanostructure formed of the metal oxide by plasma sputtering, and the metal thin film layer deposited by heat treatment is formed in the form of particles.

또한, 본 발명에 따른 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법은,In addition, the manufacturing method of the one-dimensional nanostructure formed on the surface of the metal nanoparticles according to the present invention,

1차원 나노 구조물의 제조방법에 있어서, 금속 산화물을 이용하여 1차원 나노 구조물을 형성시키는 나노 구조물 형성단계와, 상기 나노 구조물의 표면에 금속박막층을 형성시키는 박막층 형성단계 및 상기 나노 구조물의 표면에 열처리를 하여 금속 나노입자를 성장시키는 열처리 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a one-dimensional nanostructure, a nanostructure forming step of forming a one-dimensional nanostructure using a metal oxide, a thin film layer forming step of forming a metal thin film layer on the surface of the nanostructure and the heat treatment on the surface of the nanostructure It characterized in that it comprises a heat treatment step of growing the metal nanoparticles.

이때, 상기 나노 구조물 형성단계는 스퍼터링 기법에 의해 금속 산화물의 표면에 촉매층을 증착시키는 촉매층 증착단계와, 촉매층이 증착된 금속 산화물을 이용하여 화학기상증착공정에 의해 1차원 나노구조물을 제조하는 화학기상증착단계로 구성된 것을 특징으로 한다.At this time, the nanostructure forming step is a chemical vapor deposition step of depositing a catalyst layer on the surface of the metal oxide by the sputtering technique, and chemical vapor deposition process using a chemical vapor deposition process using the metal oxide deposited catalyst layer Characterized in that the deposition step.

또한, 상기 박막층 형성단계에서는 플라즈마 스퍼터링법에 의해 1차원 나노구조물의 표면에 금속박막층을 형성시키는 것을 특징으로 한다.In the thin film layer forming step, the metal thin film layer is formed on the surface of the one-dimensional nanostructure by plasma sputtering.

그리고, 상기 열처리 단계에서는 어닐링 방법에 의해 1차원 나노구조물의 표면에 금속 나노입자를 성장시키는 것을 특징으로 한다.In the heat treatment step, the metal nanoparticles are grown on the surface of the one-dimensional nanostructure by an annealing method.

또한, 상기 박막층 형성단계 및 열처리 단계에서는 1차원 나노 구조물의 사용 목적에 따라 박막층 형성시간 및 열처리 온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the thin film layer forming step and the heat treatment step is characterized in that to control the thin film layer formation time and the heat treatment temperature according to the purpose of use of the one-dimensional nanostructure.

본 발명에 따르면 박막층 형성단계에서 스퍼터링 시간을 조절함으로써 1차원 나노 구조물의 표면에 형성되는 금속 박막층의 두께를 조절할 수 있도록 함으로써 사용 목적에 따라 다양한 직경을 갖는 1차원 나노 구조물을 제조할 수 있는 뛰어난 효과를 갖는다.According to the present invention, by controlling the sputtering time in the thin film layer forming step, it is possible to control the thickness of the metal thin film layer formed on the surface of the one-dimensional nanostructure, thereby producing a one-dimensional nanostructure having various diameters according to the purpose of use. Has

또한, 본 발명에 따르면 열처리 단계에서 어닐링 온도를 조절함으로써 1차원 나노 구조물의 표면에 형성되는 금속 나노입자의 분포 및 결합강도를 제어할 수 있는 효과를 추가로 갖는다.In addition, according to the present invention further has the effect of controlling the distribution and bonding strength of the metal nanoparticles formed on the surface of the one-dimensional nanostructure by adjusting the annealing temperature in the heat treatment step.

또한, 본 발명에 따르면 고기능을 갖는 나노 구조물을 합성하는 최적의 공정조건을 확립할 수 있게 되어 나노 구조물의 생산 및 제품화를 촉진함으로써 나노구조물을 응용할 수 있는 부품소재, 전자, 광전자, 에너지 산업 등의 발전에 기여할 수 있는 효과를 추가로 갖는다.
In addition, according to the present invention, it is possible to establish the optimal process conditions for synthesizing nanostructures having high functionality, thereby facilitating the production and commercialization of nanostructures such as component materials, electronics, optoelectronics, and energy industries. It has an additional effect that can contribute to the development.

도 1은 본 발명에 따른 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 2의 (a) ~ (d)는 도 1에 나타낸 제조단계에 따른 생성물들을 사진으로 나타낸 도면.
도 3의 (a) ~ (e)는 도 1에 나타낸 본 발명 중 박막층 형성단계에서 스퍼터링 시간에 따른 박막층 두께의 변화를 테스트한 결과를 나타낸 도면.
도 4의 (a) ~ (d)는 도 1에 나타낸 제조단계에 따른 XRD 스펙트럼을 나타낸 도면.1 is a flow chart showing a method of manufacturing a one-dimensional nanostructure formed on the surface of the metal nanoparticles according to the present invention.
Figure 2 (a) ~ (d) is a photograph showing the products according to the manufacturing step shown in FIG.
Figure 3 (a) ~ (e) is a view showing a test result of the change in the thickness of the thin film layer according to the sputtering time in the thin film layer forming step of the present invention shown in FIG.
4 (a) to (d) is a view showing the XRD spectrum according to the manufacturing step shown in FIG.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings it will be described in detail preferred embodiments of the method for producing a one-dimensional nanostructure formed on the surface of the metal nanoparticles according to the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2의 (a) ~ (d)는 도 1에 나타낸 제조단계에 따른 생성물들을 사진으로 나타낸 도면이며, 도 3의 (a) ~ (e)는 도 1에 나타낸 본 발명 중 박막층 형성단계에서 스퍼터링 시간에 따른 박막층 두께의 변화를 테스트한 결과를 나타낸 도면이고, 도 4의 (a) ~ (d)는 도 1에 나타낸 제조단계에 따른 XRD 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
1 is a flow chart showing a method of manufacturing a one-dimensional nanostructure formed on the surface of the metal nanoparticles according to the present invention, Figure 2 (a) ~ (d) is a photograph of the products according to the manufacturing step shown in FIG. 3 (a) to (e) is a view showing a result of testing the change of the thickness of the thin film layer according to the sputtering time in the thin film layer forming step of the present invention shown in Figure 1, Figure 4 (a) ~ (d) is a diagram showing an XRD spectrum according to the preparation step shown in FIG.

본 발명은 금속 산화물(10)로 형성된 1차원 나노구조물(30)의 표면에 박막증착법에 의해 금속박막(40)을 증착시키고, 열처리를 통해 금속 나노입자(50)가 형성되도록 함으로써 고기능 나노구조물을 합성하는 최적의 공정조건을 확립하고, 나노구조물의 직경과 분포를 제어할 수 있도록 하는 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법에 관한 것으로, 분자 수준의 크기를 갖는 금속 산화물(10)을 이용하여 형성한 1차원 나노 구조물(30)의 표면에 금속 박막층(40)을 증착시키고, 증착된 박막층(40)을 열처리에 의해 성장시켜 파티클(particle)의 형태로 형성시키는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the metal thin film 40 is deposited on the surface of the one-dimensional nanostructure 30 formed of the metal oxide 10 by thin film deposition, and the metal nanoparticles 50 are formed by heat treatment. The present invention relates to a method for preparing a one-dimensional nanostructure in which metal nanoparticles are formed on a surface to establish optimal process conditions for synthesis and to control the diameter and distribution of the nanostructure. 10) by depositing the metal thin film layer 40 on the surface of the one-dimensional nanostructure 30 formed by using, and the deposited thin film layer 40 is grown by heat treatment to form a particle (particle) form do.

보다 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법은 크게 나노 구조물 형성단계(S10)와, 박막층 형성단계(S20) 및 열처리 단계(S30)를 포함하여 구성되는데, 먼저 나노 구조물 형성단계(S10)는 분자 수준의 크기를 갖는 금속 산화물(10)을 이용하여 나노선(nanowire), 나노막대(nanorod), 나노튜브(nanotube), 나노리본(nanoribbon) 등과 같은 1차원 나노구조물(30)을 형성시키는 단계에 관한 것으로, 촉매층 증착단계(S12)와, 화학기상증착단계(S14)로 구성된다.In more detail, the method of manufacturing a one-dimensional nanostructure in which metal nanoparticles are formed on a surface includes a nanostructure forming step (S10), a thin film layer forming step (S20), and a heat treatment step (S30). First, the nanostructure forming step (S10) is using a metal oxide (10) having a molecular size of nanowires (nanowire), nanorods (nanorod), nanotubes (nanotube), nanoribbons (nanoribbon), etc. Regarding the step of forming the same one-dimensional nanostructure 30, it consists of a catalyst layer deposition step (S12), chemical vapor deposition step (S14).

즉, 상기 촉매층 증착단계(S12)는 물리적인 증착방법인 스퍼터링(sputtering) 방식에 의해 금속 산화물(10)의 표면에 촉매층(20)을 증착시키는 단계에 관한 것으로, 상기 촉매층(20)은 후술할 1차원 나노구조물(30)의 표면에 형성되는 금속 나노입자(50)가 특정 화학분자에 대해 촉매특성을 갖도록 하기 위한 것이다.(도 2의 (a) 참조.)That is, the catalyst layer deposition step (S12) relates to depositing the catalyst layer 20 on the surface of the metal oxide 10 by a sputtering method, which is a physical deposition method, and the catalyst layer 20 will be described later. The metal nanoparticles 50 formed on the surface of the one-dimensional nanostructure 30 are intended to have catalytic properties for specific chemical molecules. (See FIG. 2 (a).)

상기와 같이, 1차원 나노구조물(30)의 표면에 형성되는 금속 나노입자(50)가 특정 화학분자에 대해 촉매특성을 갖게 되면 1차원 나노구조물(30)을 포함하는 화학센서나 광촉매에서 화학종의 흡착 및 탈착이 용이하게 이루어져 특정 화학종에 대한 선택성 및 감응도를 향상시킬 수 있으며, 특히 광촉매 상에서의 알칸과 중수소 간의 광 동위원소 교환반응은 일반 불균일계 촉매반응에 비하여 중수소가 한 개 치환된 알칸으로의 선택도가 매우 우수한 장점을 갖게 된다.As described above, when the metal nanoparticles 50 formed on the surface of the one-dimensional nanostructure 30 has catalytic properties with respect to specific chemical molecules, chemical species in the chemical sensor or photocatalyst including the one-dimensional nanostructure 30 are present. Adsorption and desorption can be facilitated to improve the selectivity and sensitivity of specific species. Especially, the photoisotopic exchange reaction between alkanes and deuterium on photocatalysts is alkane substituted with one deuterium as compared to general heterogeneous catalysis. The selectivity to is very good.

다음, 상기 화학기상증착단계(S14)는 촉매층(20)이 증착된 금속 산화물(10)을 이용하여 화학기상증착공정(CVD; Chemical Vapor Deposition)에 의해 1차원 나노 구조물(30)을 제조하는 단계에 관한 것으로, 본 발명에서는 순수 질화갈륨(GaN) 파우더를 튜브형 로(tube furnace)에 넣고 아르곤(Ar) 가스와 암모니아(NH3) 가스를 각각 100 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute) 및 20 sccm으로 주입하면서 1000℃의 온도에서 한 시간 동안 가열하여 촉매층(20)으로 실버(Ag)가 코팅된 금속 산화물(10) 기판(Si) 상에 질화갈륨(GaN) 나노와이어를 제조하였다.(도 2의 (b) 참조.)Next, the chemical vapor deposition step (S14) is a step of manufacturing a one-dimensional nanostructure 30 by a chemical vapor deposition process (CVD) using a metal oxide 10 on which the catalyst layer 20 is deposited. In the present invention, the pure gallium nitride (GaN) powder is placed in a tube furnace (Ar) (Ar) gas and ammonia (NH3) gas is injected at 100 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute) and 20 sccm, respectively While heating for one hour at a temperature of 1000 ℃ gallium nitride (GaN) nanowires were prepared on a metal oxide (10) substrate (Si) coated with silver (Ag) by the catalyst layer (20). b) see.)

한편, 상기 박막층 형성단계(S20)는 나노 구조물 형성단계(S10)에서 형성된 1차원 나노 구조물(30)의 표면에 금속 박막층(40)을 형성시키는 단계에 관한 것으로, 상기 금속 박막층(40)을 형성시키는 방법으로는 전술한 화학기상증착공정(CVD), 물리기상증착공정(PVD) 및 SOL-GEL공정 등 다양한 방법이 사용될 수 있지만 본 발명에서는 물리기상증착공정의 일종으로 물리적인 이온충돌에너지에 따른 리스퍼터링(Resputtering)을 이용하여 확산박막을 증착시키는 방법인 플라즈마 스퍼터링(Plasma Sputtering)법에 의해 나노 구조물(30)의 표면에 금속 박막층(40)을 형성하였다.(도 2의 (c) 참조.)On the other hand, the thin film layer forming step (S20) relates to the step of forming a metal thin film layer 40 on the surface of the one-dimensional nanostructure 30 formed in the nano-structure forming step (S10), forming the metal thin film layer 40 Various methods such as the above-described chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), and SOL-GEL processes may be used. However, in the present invention, the physical vapor deposition process is a kind of physical vapor deposition process. The metal thin film layer 40 was formed on the surface of the nanostructure 30 by plasma sputtering, which is a method of depositing a diffusion thin film using resputtering (see FIG. 2C). )

보다 상세히 설명하면, 상기 나노 구조물 형성단계(S10)에서 형성된 1차원 나노 구조물(30)을 진공 챔버에 넣고, 백금(Pt)을 타겟으로 하여 실온에서 불활성 기체인 아르곤 가스(Ar)와 30mA의 전류를 공급하면서 플라즈마 전자총 등을 이용하여 타겟의 전면에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 스퍼터링 방법에 의해 백금 원자를 증발시켜 1차원 나노구조물(30)의 표면에 흡착되도록 하여 코어/쉘 구조의 질화갈륨-백금 나노와이어를 형성하는 것이다.In more detail, the one-dimensional nanostructure 30 formed in the nanostructure forming step (S10) is placed in a vacuum chamber, and platinum (Pt) is a target of argon gas (Ar) and an inert gas at room temperature with a current of 30 mA at room temperature. Platinum atoms are evaporated and adsorbed onto the surface of the one-dimensional nanostructure 30 by a plasma sputtering method that generates plasma on the front surface of the target using a plasma electron gun while supplying the gallium nitride-platinum nanoparticles having a core / shell structure. To form a wire.

상기와 같은 스퍼터링 방법에 의하면 전술한 백금(Pt) 이외에도 다양한 물질을 코팅할 수 있게 되고, 피처리물 즉, 나노 구조물의 유지 온도가 낮으므로 변형이 발생될 우려가 적으며, 진공에서 작업이 이루어지므로 고순도의 박막을 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라 요구하는 목적에 따라 박막의 두께, 박막조직, 박막의 결정성장 방향 등을 용이하게 조절할 수가 있는 등의 다양한 장점을 갖게 된다.According to the sputtering method as described above, it is possible to coat various materials in addition to the above-described platinum (Pt), and because the holding temperature of the to-be-processed object, ie, the nanostructure, is low, there is little possibility of deformation, and work is performed in a vacuum. Therefore, it is possible not only to form a thin film of high purity but also has various advantages such as being able to easily adjust the thickness of the thin film, the thin film structure, and the crystal growth direction of the thin film according to the required purpose.

즉, 1차원 나노 구조물(30)의 표면에 형성되는 박막층(40)의 두께는 스퍼터링 방법에 의한 박막증착 시간에 의해 조절할 수 있게 되는데, 테스트 결과 도 3의 (e)에 나타낸 바와 같이, 박막층(40)의 두께는 1분당 약 4.5nm의 크기로 증가함을 알 수 있었다.That is, the thickness of the thin film layer 40 formed on the surface of the one-dimensional nanostructure 30 can be controlled by the thin film deposition time by the sputtering method, the test result, as shown in (e) of FIG. 40) was found to increase to a size of about 4.5nm per minute.

도 3의 (a)는 박막이 증착되지 않은 질화갈륨 나노와이어의 직경을 측정한 것이고, 도 3의 (b)~(d)는 각각 박막증착 시간을 1분, 2분 및 4분으로 하여 질화갈륨 나노와이어의 표면에 백금 박막을 형성시킨 코어/쉘 구조의 질화갈륨-백금 나노와이어의 직경을 측정한 것으로, 평균직경을 산출하여 보니, 각각 65.4, 74.2, 85.4 및 97.4 nm가 되었고, 따라서 박막증착 시간에 따른 증착된 박막층(40)의 두께가 도 3의 (e)에 나타낸 바와 같이, 선형적으로 증가하게 됨을 확인할 수 있었다.FIG. 3 (a) shows the diameter of the gallium nitride nanowires on which the thin film is not deposited, and FIGS. 3 (b) to 3d show the nitride film deposition time of 1 minute, 2 minutes, and 4 minutes, respectively. The diameters of the core / shell structured gallium nitride-platinum nanowires in which a platinum thin film was formed on the surface of the gallium nanowires were calculated. The average diameters were calculated to be 65.4, 74.2, 85.4 and 97.4 nm, respectively. As shown in (e) of FIG. 3, the thickness of the deposited thin film layer 40 according to the deposition time was found to increase linearly.

따라서, 1차원 나노 구조물(30)의 사용목적에 따라 박막증착 시간을 조절하여 나노 구조물(30)의 표면에 증착되는 금속 박막층(40)의 양을 조절할 수 있게 된다.Therefore, the amount of metal thin film layer 40 deposited on the surface of the nanostructure 30 may be controlled by controlling the thin film deposition time according to the purpose of using the one-dimensional nanostructure 30.

한편, 상기 열처리 단계(S30)는 금속 박막층(40)이 형성된 1차원 나노 구조물(30)의 표면에 열처리를 하여 금속 박막층(40)을 입자(particle)의 형태로 성장시키는 단계에 관한 것으로, 본 발명에서는 어닐링(Annealing) 방법에 의해 금속박막층이 형성된 1차원 나노 구조물의 표면을 가열하여 금속 박막층을 입자의 형태로 성장시킨다.(도 2의 (d) 참조.)On the other hand, the heat treatment step (S30) relates to the step of growing the metal thin film layer 40 in the form of particles by performing a heat treatment on the surface of the one-dimensional nanostructure 30, the metal thin film layer 40 is formed, In the present invention, the surface of the one-dimensional nanostructure on which the metal thin film layer is formed is heated by annealing to grow the metal thin film layer in the form of particles. (See FIG. 2 (d).)

상기 어닐링 방법이란 금속 등을 가열한 후 로의 내부에서 그대로 서서히 냉각시키는 방법으로 내부 조직을 고르게 하고, 잔류응력을 제거하여 안정된 상태로 만들 수 있는 등의 장점을 갖지만, 본 발명에서는 가열 후 천천히 냉각시킴으로써 열처리에 의해 1차원 나노 구조물(30)의 표면에서 입자화 된 금속 나노입자(50) 또한 서서히 냉각되도록 하여 입자들이 성장할 시간을 충분히 줄 수 있도록 하기 위해 어닐링 방법을 사용하였다.The annealing method is a method of gradually cooling the inside of the furnace as it is after heating the metal and the like, and has the advantage of making the internal structure uniform and removing the residual stress to make it in a stable state. The annealing method was used to allow the metal nanoparticles 50 granulated at the surface of the one-dimensional nanostructure 30 to be gradually cooled to give enough time for the particles to grow.

즉, 상기 어닐링 방법에 의한 열처리는 금속 박막층(40)의 형태를 변화시켜 박막의 형태를 입자화할 뿐만 아니라, 서서히 냉각 과정에서 금속 나노입자(50)가 산소가스(O2)와 반응하여 성장할 수 있도록 하는 것이다.That is, the heat treatment by the annealing method not only changes the shape of the metal thin film layer 40 to form a thin film, but also allows the metal nanoparticles 50 to grow by reacting with oxygen gas (O 2) in the cooling process. It is.

상기 열처리는 500℃ 이상의 온도로 이루어져야 하는데, 그 이유는 열처리 온도가 500℃ 보다 낮으면 1차원 나노 구조물(30)의 표면에 형성된 금속 박막층(40)의 입자화가 잘 일어나지 않기 때문이다.The heat treatment should be performed at a temperature of 500 ° C. or higher, because when the heat treatment temperature is lower than 500 ° C., the metal thin film layer 40 formed on the surface of the one-dimensional nanostructure 30 is hardly formed.

도 4의 (a) ~ (d)에는 금속 박막층(40)이 형성되지 않은 1차원 나노구조물(30)(GaN)(a), 열처리(annealing) 전의 표면에 금속 박막층(40)(Pt)이 형성된 1차원 나노구조물(30)(GaN)(b), 500℃의 온도로 열처리 한 코어/쉘 구조의 1차원 나노구조물(30)(GaN-Pt)(c) 및 900℃의 온도로 열처리 한 코어/쉘 구조의 1차원 나노구조물(30)(GaN-Pt)(d)의 XRD(X-ray Diffraction) 스펙트럼을 나타낸 것으로, (a)에는 질화갈륨(GaN)의 위상만을 확인할 수 있고, (b)에는 질화갈륨(GaN)의 위상에 입방체의 백금(Pt) 위상이 존재하는 것을 확인할 수 있다.In FIGS. 4A to 4D, the metal thin film layer 40 (Pt) is formed on the surface of the one-dimensional nanostructure 30 (GaN) (a) on which the metal thin film layer 40 is not formed, before annealing. 1-D nanostructure 30 (GaN) (b) formed, heat-treated at a temperature of 500 ° C., 1-D nanostructure 30 (GaN-Pt) (c) of core / shell structure, and heat-treated at a temperature of 900 ° C. The X-ray diffraction (XRD) spectrum of the core / shell structure of the one-dimensional nanostructure 30 (GaN-Pt) (d) is shown.In (a), only the phase of gallium nitride (GaN) can be confirmed. It can be seen from b) that the platinum (Pt) phase of a cube exists in the phase of gallium nitride (GaN).

또한, 도 4의 (c)에서는 백금(Pt)과 관련된 회절피크(Diffraction peak)가 나타나 있고, 도 4의 (d)에서도 Pt3O4, PtO2의 위상에 대한 회절피크가 존재하는 것으로 보아 어닐링 작업에 의해 1차원 나노 구조물(30)의 표면에 증착된 박막층(30)이 입자화 됨을 알 수 있다.4 (c) shows diffraction peaks related to platinum (Pt). In FIG. 4 (d), diffraction peaks for the phases of Pt 3 O 4 and PtO 2 are present. It can be seen that the thin film layer 30 deposited on the surface of the one-dimensional nanostructure 30 is granulated.

그리고, 도 4의 (c) 및 (d)에 나타낸 결과로 보았을 때, 어닐링 온도가 높아질수록 1차원 나노 구조물(30)과 그 표면에 형성되는 나노 금속입자(50)의 상대강도가 증가하고, 나노 금속입자(50)의 분포도가 증가함을 확인할 수 있다.And, as the results shown in (c) and (d) of FIG. 4, as the annealing temperature increases, the relative strength of the one-dimensional nanostructure 30 and the nano-metal particles 50 formed on the surface thereof increases, It can be seen that the distribution of the nano metal particles 50 increases.

따라서, 본 발명에 따른 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조과정에서 어닐링 온도를 달리함으로써 1차원 나노 구조물(30)의 표면에서 형성되는 금속 나노입자(50)의 분포를 제어할 수 있게 되어 사용 목적에 따른 최적의 1차원 나노구조물(30)을 제조할 수 있게 되는 것이다.
Therefore, by varying the annealing temperature in the manufacturing process of the one-dimensional nanostructure in which the metal nanoparticles are formed on the surface, the distribution of the metal nanoparticles 50 formed on the surface of the one-dimensional nanostructure 30 can be controlled. It will be able to manufacture the optimal one-dimensional nanostructures 30 according to the intended use.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
Although the above embodiments have been described with respect to the most preferred examples of the present invention, it is not limited to the above embodiments, and it will be apparent to those skilled in the art that various modifications are possible without departing from the technical spirit of the present invention.

본 발명은 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물의 표면에 박막증착법에 의해 금속박막을 증착시키고, 열처리를 통해 금속 나노입자가 형성되도록 함으로써 고기능 나노구조물을 합성하는 최적의 공정조건을 확립하고, 나노구조물의 직경과 분포를 제어할 수 있도록 하는 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a one-dimensional nanostructure formed of metal nanoparticles on the surface, and more particularly, to deposit a metal thin film on the surface of the one-dimensional nanostructure formed of a metal oxide by a thin film deposition method, A method for producing a one-dimensional nanostructure in which metal nanoparticles are formed on a surface to establish optimal process conditions for synthesizing a high-performance nanostructure and to control the diameter and distribution of the nanostructure by allowing metal nanoparticles to be formed. will be.

10 : 금속 산화물 20 : 촉매층
30 : 나노구조물 40 : 박막층
50 : 금속 나노입자 S10 : 나노구조물 형성단계
S12 : 촉매층 증착단계 S14 : 화학기상증착단계
S20 : 박막층 형성단계 S30 : 열처리 단계10: metal oxide 20: catalyst layer
30: nanostructure 40: thin film layer
50: metal nanoparticles S10: nanostructure forming step
S12: catalyst layer deposition step S14: chemical vapor deposition step
S20: thin film layer forming step S30: heat treatment step

Claims (6)

삭제delete 1차원 나노 구조물의 제조방법에 있어서,
금속 산화물을 이용하여 1차원 나노 구조물을 형성시키는 나노 구조물 형성단계와,
상기 나노 구조물의 표면에 금속박막층을 형성시키는 박막층 형성단계 및
상기 나노 구조물의 표면에 열처리를 하여 금속 나노입자를 성장시키는 열처리 단계를 포함하여 구성되되,
상기 나노 구조물 형성단계는 스퍼터링 기법에 의해 금속 산화물의 표면에 촉매층을 증착시키는 촉매층 증착단계와,
촉매층이 증착된 금속 산화물을 이용하여 화학기상증착공정에 의해 1차원 나노구조물을 제조하는 화학기상증착단계로 구성되고,
상기 박막층 형성단계 및 열처리 단계에서는 1차원 나노 구조물의 사용 목적에 따라 박막층 형성시간 및 열처리 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법.
In the method of manufacturing a one-dimensional nanostructure,
Forming a nanostructure using a metal oxide to form a one-dimensional nanostructure,
A thin film layer forming step of forming a metal thin film layer on the surface of the nanostructures;
It comprises a heat treatment step of growing a metal nanoparticles by heat treatment on the surface of the nanostructures,
The nanostructure forming step is a catalyst layer deposition step of depositing a catalyst layer on the surface of the metal oxide by the sputtering technique,
It is composed of a chemical vapor deposition step of producing a one-dimensional nanostructure by a chemical vapor deposition process using a metal oxide deposited catalyst layer,
In the thin film layer forming step and the heat treatment step, the method of manufacturing a one-dimensional nanostructure formed with metal nanoparticles on the surface, characterized in that to control the thin film layer formation time and the heat treatment temperature according to the purpose of use of the one-dimensional nanostructure.
삭제delete 제 2항에 있어서,
상기 박막층 형성단계에서는 플라즈마 스퍼터링법에 의해 1차원 나노구조물의 표면에 금속박막층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법.
The method of claim 2,
In the thin film layer forming step, a metal thin film layer formed on the surface of the one-dimensional nanostructure by the plasma sputtering method, the method of producing a one-dimensional nanostructure formed on the surface.
제 2항에 있어서,
상기 열처리 단계에서는 어닐링 방법에 의해 1차원 나노구조물의 표면에 금속 나노입자를 성장시키는 것을 특징으로 하는 금속 나노입자를 표면에 형성한 1차원 나노구조물의 제조방법.
The method of claim 2,
In the heat treatment step, the metal nanoparticles are formed on the surface of the one-dimensional nanostructure by the annealing method.
삭제delete
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