KR101235017B1

KR101235017B1 - 나노 다공질 금속체의 제조방법

Info

Publication number: KR101235017B1
Application number: KR1020110056120A
Authority: KR
Inventors: 이정구; 정국채; 최철진
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2013-02-21
Also published as: KR20120136914A

Abstract

본 발명은 나노 금속분말을 산화와 환원 과정을 순차적으로 진행시켜 다공질의 금속으로 변화되도록 하는 나노 다공질 금속체의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 나노 다공질 금속체의 제조방법은, 플라즈마 아크방전(Plasma Arc Discharge)을 이용하여 나노 금속분말을 형성하는 나노분말제조단계(S100)와; 상기 나노분말제조단계(S100)에 의해 제조된 나노 금속분말에 산소를 공급하여, 내부가 중공화된 나노 산화물을 형성하는 나노산화단계(S110)와; 상기 나노산화단계(S110)에 의해 내부가 중공화된 나노 산화물에 수소를 공급하여, 나노 산화물이 금속으로 환원되어 내부에 형성된 중공홀(H)의 크기가 줄어들도록 하는 나노환원단계(S130); 등으로 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 다공성을 가지면서도 견고한 나노 입자의 금속체가 제조되는 이점이 있다.

Description

나노 다공질 금속체의 제조방법{Method of fabricating for nanoporous metal-form}

본 발명은 나노 다공질 금속체의 제조방법에 관한 것으로서, 나노 금속분말을 산화와 환원 과정을 순차적으로 진행시켜 다공질의 금속으로 변화되도록 하는 나노 다공질 금속체의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 나노입자는 전형적으로 크기가 1∼1000 nm 범위에 있는 입자 물질이다.

그리고, 구(球)는 이러한 나노입자의 가장 일반적인 형태들 중 하나이지만, 나노입자 물질은 다른 형태, 예컨대 막대, 직사각형, 사각형 및 원통형으로 제조될 수 있다.

또한, 나노입자는 조성이 다를 수 있다. 상기 나노입자의 가장 일반적인 형태들 중 하나는 코어-쉘 입자이며, 여기서, 상기 코어는 금속 또는 무기 화합물일 수 있다. 상기 쉘(표면 캡핑)은 무기 또는 유기 물질로 제조되어 부동태화, 환경 보호 또는 향상된 전기 또는 광학 안정성을 제공할 수 있다.

한편, 금속체의 표면적 증가를 위해 다공성을 가지는 나노 금속체를 형성할 필요성이 있다. 즉, 배기가스 차단이나, 의료용으로 사용되는 필터 등에 사용하기 위해, 금속체로 이루어지는 나노 다공질 물질의 개발이 필요하다.

물론, 최근에는 나노입자의 중요성이 대두 됨에 따라, 다공성을 갖는 물질에 대한 연구가 활발히 진행되어 이를 제조하는 방법이 많이 공지되어 있다. 그러나, 이러한 다공질 물질의 제조는 표면적의 증가는 가져오나, 주로 산화막이 표면에 형성되어 견고성 등의 부족으로 미세 필터 등의 초소형 제품에는 적합하지 않는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플라즈마 아크방전(Plasma Arc Discharge)을 이용하여 형성된 나노 금속분말을 산화 및 환원 과정을 거쳐, 내부가 중공화된 나노 크기의 다공질 금속체를 형성하는 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 의한 나노 다공질 금속체의 제조방법은, 나노 금속분말을 형성하는 나노분말제조단계와; 상기 나노분말제조단계에 의해 제조된 나노 금속분말에 산소를 공급하여, 내부가 중공화된 나노 산화물을 형성하는 나노산화단계와; 상기 나노산화단계에 의해 내부가 중공화된 나노 산화물에 수소를 공급하여, 나노 산화물이 금속상태로 환원되도록 하는 나노환원단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 나노 다공질 금속체의 제조방법은, 플라즈마 아크방전(Plasma Arc Discharge)을 이용하여 나노 금속분말을 형성하는 나노분말제조단계와; 상기 나노분말제조단계에 의해 제조된 나노 금속분말에 산소를 공급하여, 내부가 중공화된 나노 산화물을 형성하는 나노산화단계와; 상기 나노산화단계에 의해 형성된 각각의 나노 금속 산화물을 압축성형하여, 나노 산화물결합체를 형성하는 나노산화물결합단계와; 상기 나노산화단계 또는 산화물결합단계에 의해 내부가 중공화된 나노 산화물에 수소를 공급하여, 나노 산화물이 금속상태로 환원되도록 하는 나노환원단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 나노분말제조단계에서 제조되는 나노 금속분말은, 구리나 아연 또는 알루미늄, 니켈 중 어느 하나임을 특징으로 한다.

상기 나노산화단계는, 상기 나노금속분말의 표면에 산화피막이 형성되는 피막형성과정과; 나노금속분말의 내부에 다수의 빈 공간이 형성되는 공간형성과정과; 상기 공간형성과정의 진행에 따라 내부의 금속분말이 모두 산화하여 나노 금속산화물을 형성하며, 중앙부에 중공홀이 형성되는 산화완료과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 산화완료과정에 의해 생성되는 나노 금속산화물은, Cu oxide, Zn oxide, Al oxide, Ni oxide 중 어느 하나임을 특징으로 한다.

상기 나노환원단계는, 230℃ 이상에서 수행됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 나노환원단계는, 300℃에서 2시간 동안 수행됨을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 나노 다공질 금속체의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

먼저 본 발명에 의하면, 나노 금속체의 내부가 중공화된다. 따라서, 표면적이 증가하여 다양한 미세 용도로 사용 가능한 장점이 있다. 즉, 미세 크기의 유해 배기가스를 걸러내거나, 혈액의 이물질을 걸러내는 의료용 필터 등에 적합하게 사용 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명에서는, 산화 및 환원과정을 거쳐, 금속의 나노 물질이 형성된다. 따라서, 이러한 나노 금속체의 결합으로 인하여, 견고한 제품이 만들어질 수 있다. 즉 다공성을 가지면서도 견고하게 제작 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 나노 다공질 금속체의 제조방법의 바람직한 실시예의 각 단계를 보인 블럭구성도.
도 2는 본 발명에 의한 나노 다공질 금속체의 제조방법을 구성하는 나노분말제조단계에 사용되는 플라즈마 아크(Plasma Arc) 장치의 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 나노 다공질 금속체의 제조방법에 의해 제조되는 나노입자의 상태를 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명 실시예를 구성하는 나노산화단계에서의 상태를 보인 반응도.
도 5는 본 발명 실시예를 구성하는 나노산화단계에서의 세부 과정을 보인 반응 상태도.
도 6은 본 발명 실시예를 구성하는 나노산화단계의 세부 과정을 보인 흐름도.
도 7은 본 발명 실시예를 구성하는 나노산화단계의 상(Phase)변화 상태를 도시한 그래프.
도 8a는 본 발명 실시예를 구성하는 나노산화단계가 진행되기 전의 구리(Cu) 나노입자의 상태를 보인 사진.
도 8b는 본 발명 실시예를 구성하는 나노산화단계가 200℃에서 4시간 동안 진행된 상태를 보인 사진.
도 8c는 본 발명 실시예를 구성하는 나노산화단계가 300℃에서 1시간 동안 진행된 상태를 보인 사진.
도 9는 본 발명 실시예를 구성하는 나노산화단계에서의 무게 변화를 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명 실시예를 구성하는 나노환원단계가 진행되는 동안의 변화를 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명 실시예를 구성하는 나노환원단계가 300℃에서 2시간 동안 진행된 경우의 구리 나노입자의 상태를 보인 사진.

이하 본 발명에 의한 나노 다공질 금속체의 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명에 의한 나노 다공질 금속체의 제조방법을 구성하는 블럭구성도의 일 실시예가 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 나노 다공질 금속체의 제조방법은, 플라즈마 아크방전(Plasma Arc Discharge)을 이용하여 나노 금속분말을 형성하는 나노분말제조단계(S100)와, 상기 나노분말제조단계(S100)에 의해 제조된 나노 금속분말에 산소를 공급하여 내부가 중공화된 나노 산화물을 형성하는 나노산화단계(S110)와, 상기 나노산화단계(S110)에 의해 내부가 중공화된 나노 산화물에 수소를 공급하여 나노 산화물이 금속상태로 환원되도록 하는 나노환원단계(S130) 등으로 구성된다.

한편, 상기 나노산화단계(S110)와 나노환원단계(S130) 사이에는, 나노산화물결합단계(S120)가 더 구비되기도 한다. 즉, 상기 나노산화단계(S110)에 의해 형성된 각각의 나노 금속 산화물을 압축 성형하여, 나노 산화물결합체를 형성하는 나노산화물결합단계(S120)가 더 구비된다.

그리고, 상기 나노환원단계(S130)는, 상기 나노산화단계(S110) 또는 산화물결합단계(S120)에 의해 내부가 중공화된 나노 산화물이 다시 환원되는 단계이다. 즉, 상기 나노산화단계(S110) 다음에 바로 나노환원단계(S130)가 수행되거나, 산화된 나노 금속 산화물이 다시 압축 성형(나노산화물결합단계)된 다음 나노환원단계(S130)가 수행된다.

도 2에는 상기 나노분말제조단계(S100)에 사용되는 플라즈마 아크(Plasma Arc) 장치의 일례가 개략적으로 도시되어 있다. 물론, 나노분말을 제조하기 위해서는 다양한 방법이 사용 가능하나, 여기에서는 설명의 편의를 위해 플라즈마 아크방전(Plasma Arc Discharge)을 이용하여 나노 분말을 제조하는 것을 예로 들어 설명한다.

플라즈마 아크(Plasma Arc) 장치는, 플라즈마 아크방전(Plasma Arc Discharge)을 이용하여 나노 분말을 제조하는 기기이다.

도시된 바와 같이, 플라즈마 아크(Plasma Arc) 장치에는, 소정 크기의 조업챔버(200)가 구비되고, 이러한 조업챔버(200)의 내부에는 음극(-)인 전극봉(210)과 양극(+)인 원료봉(220)이 서로 마주보게 설치되는 아크발생부(230)가 구비된다.

한편, 좌측에는 나노분말을 포집하는 포집챔버(240)가 구비되고, 이러한 포집챔버(240)의 내부는 상기 조업챔버(200)와 같이 진공상태로 만들어지는 과정을 거치게 된다.

이와 같이 진공이 형성된 상기 조업챔버(200)에 아르곤(Ar)을 주입하여 플라즈마 아크(Plasma Arc)를 발생시키게 되고, 이로 인해 금속증기의 발생량이 증가되어 금속증기를 포집챔버(240)로 이동된다.

보다 구체적으로 살펴보면, 플라즈마 아크(Plasma Arc)를 발생시켜 금속증기를 생성시키는 조업챔버(200)와, 상기 조업챔버(200)에서 생성된 금속증기를 나노분말로 포집하는 포집챔버(240)가 구비되고, 이러한 조업챔버(200)와 포집챔버(240)의 일측에는 온도 상승을 방지하기 위한 냉각수단(250)이 더 구비된다.

상기 조업챔버(200)는 대략 원통형으로 형성되며, 상기

조업챔버(200) 내부에는 음극(-)으로 사용되는 전극봉(210)과 양극(+)으로 사용되는 금속의 원료봉(220)을 지지하는 구리(Cu) 전극판(222)으로 구성된 아크발생부(230)가 형성된다.

그리고, 상기 아크발생부(230)를 구성하는 상기 전극봉(210)과 원료봉(220)의 양 전극은, 플라즈마(Plasma)의 고온을 극복할 수 있도록 냉각수를 이용하여 냉각시키게 되고, 양 전극 사이의 간격과 방향을 조정레버(도시되지 않음)로 상기 조업챔버(200) 외부에서 인위적으로 조절할 수 있도록 구성된다.

상기 구리(Cu) 전극판(222)은 상기 아크발생부(230)에서 용융된 용융원료봉(224)을 담을 수 있도록 하고, 상기 원료봉(220)과 밀착시켜 열이 잘 전도될 수 있도록 하며, 상기 조업챔버(200) 내의 진공상태를 형성할 때 상기 조업챔버(200)와 리크(Leak)가 발생하지 않도록 씰링(Sealing)을 하여 고정되게 한다.

상기 구리(Cu) 전극판(222)의 하부에는 상기 아크발생부(230)로 원료봉(220)을 연속적으로 공급하기 위한 원료봉공급부(226)가 형성된다. 상기 원료봉공급부(226)는 상기 아크발생부(230)로 원료봉(220)을 일정한 속도로 공급할 수 있도록 하고, 경우에 따라 고속 또는 저속으로 공급할 수 있도록 한다.

또한, 상기 조업챔버(200)에는 플라즈마(Plasma)에 의해 가열되지 않도록 전체를 냉각시킬 수 있게 냉각수가 순환되는 조업챔버 냉각수공급관(228)이 구비되어, 상기 조업챔버(200)의 온도를 약 20℃로 유지할 수 있도록 한다.

그리고, 상기 아크발생부(230)의 음극(-)의 조절과 아크(Arc) 발생을 관찰하기 위한 뷰파인더(View finder)창(도시되지 않음)이 상기 조업챔버(200)의 전방과 좌우에 형성되기도 한다.

또한, 도시된 바와 같이, 상기 조업챔버(200)의 측방에는 튜브로 연결된 포집챔버(240)가 설치된다. 상기 포집챔버(240)는 대략 원통형으로 형성되며, 내부에는 상기 조업챔버(200)에서 생성된 나노분말이 응착되는 포집판(도시되지 않음) 등이 구비된다.

상기 조업챔버(200)와 포집챔버(240)가 연결되어 상기 조업챔버(200)로 연속적으로 가스(Gas)를 주입하도록 형성된 상기 가스순환부(280)의 일측에는 가스(Gas)를 강제 순환시키는 압축기(260)가 구비되며, 상기 포집챔버(240)의 일측

에는 진공상태를 만들기 위한 펌프(270)가 구비된다.

그리고, 상기 조업챔버(200)의 일측에는 상기 아크발생부(230)의 전극에 전원을 공급하는 전원부(212)가 구비된다.

또한, 상기 조업챔버(200)에는 상기 가스순환부(280)를 통해 일정한 속도의 가스(Ar과 H2)가 상기 아크발생부(230)로 주입되도록 하는 가스주입부(290)가 형성된다.

상기와 같은 플라즈마 아크(Plasma Arc) 장치에 의해 나노 금속분말이 형성된다. 즉, 상기 아크발생부(230)에서 플라즈마 아크(Plasma Arc)를 발생시켜 용해된 원료금속의 온도가 더욱 높아지도록 하여 금속증기를 발생시킨다.

상기 플라즈마 아크(Plasma Arc) 장치에 의해 나노분말제조단계(S100)가 진행되어 형성되는 나노 금속분말은, 상기 나노산화단계(S110)에 의해 산화된다.

도 3에는 본 발명에 의한 나노 다공질 금속체의 제조방법의 일례가 도식적으로 나타나 있다.

도시된 바와 같이, 상기 나노분말제조단계(S100)에 의해 나노 입자가 된 금속분말은 미세한 원형으로 이루어지며, 이러한 원형의 나노 분말이 산화단계를 거쳐 내부가 중공화된 링(ring) 형상으로 변화된다.[도 3의 (b) 참조]

그런 다음, 링(ring) 형상의 각각의 나노 금속 산화물은 압축 성형에 의하여 소정의 결합체를 이룬다. 즉, 다수의 나노 금속 산화물이 서로 결합하여, 마치 파이프를 쌓아놓은 것과 같은 형태의 금속결합체를 이룬다. [도 3의 (c) 참조]

그리고는, 나노환원단계(S130)가 진행되며, 이때에는 상기 산화물결합단계(S120)에 의해 내부가 중공화된 나노 산화물에 수소가 공급되고, 이러한 수소의 공급으로 인하여, 원 소재의 금속상태로 환원된다. 따라서, 이 과정에서 결과적으로는 환원에 의해 내부의 중공홀(H) 크기가 줄어들게 된다. 이때의 상태가 도 3의 (d)에 나타나 있다.

구체적으로 설명하면, 상기 나노환원단계(S130)는, 형상을 중공형태를 유지하고, 단지 산화물을 금속상태로 하는 과정이다. 따라서 [도 3]의 (c)와 같은 구성을 가지는 구조체가 환원 후에도 (d)와 같이 형태를 그대로 유지한 채로 단지 산화물에서 금속으로 변환되는 것이 가장 바람직하다. 하지만, 실제 환원공정에서는 약간의 소결형상과 중형크기 수축 등이 일어날 수 있을 것이므로, 이를 제어하여 내부가 중공화된 상태를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 나노분말제조단계(S100)에서 제조되는 나노 금속분말은, 구리(Cu)나 아연(Zn) 또는 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 중 어느 하나가 될 수 있다. 따라서, 상기 나노산화단계(S110)에 의해 생성되는 나노 금속산화물은, Cu oxide(예, CuO, Cu₂O), Zn oxide(예, ZnO), Al oxide(예, Al₂O₃), Ni oxide(예, NiO) 중 어느 하나가 될 수 있다.

이처럼, 다양한 나노 입자의 금속이 본 발명에 적용 가능하나, 여기에서는 설명의 편의를 위해 구리(Cu) 금속을 예로 들어 설명한다.

도 4 및 도 5에는 나노 구리 입자가, 상기 나노산화단계(S110)에 의해 내부에 중공홀(H)이 형성되는 과정이 도식적으로 나타나 있다. 즉, 도 4에는 나노 구리 입자가가 외부의 산소(공기)와 반응하여 산화하는 과정이 개략적으로 도시되어 있으며, 도 5에는 원형의 구리 입자가 산소와 반응하면서 내부가 중공화되는 과정이 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 구리(Cu)로 이루어진 나노 금속분말은 공기 중에서는 산소(O₂)와 결합한다. 즉, 구리는 음(-)이온을 잃어 구리이온(Cu⁺)으로 변화되고 공기 중의 산소(O₂)와 결합하여 Cu-oxide로 산화된다.[도 4 참조]

따라서, 처음에는 구리(Cu) 분말의 외부에 구리산화막이 형성되며[도 5의 (a)참조], 계속적으로 산소(O₂)에 노출시키면, 도 5의 (b)와 같이 구리(Cu) 내부에는 소정 크기의 빈공간(300)이 생성된다. 즉, 내부의 구리(Cu)에서 구리이온이 외부로 이동하여 산소(O₂)와 결합함으로써 내부에는 미세한 빈공간(300)이 점차 형성된다.

이와 같은 과정이 계속되면, 내부는 구리(Cu)는 모두 산화되어 도 5의 (c)와 같이 구리산화물(Cu-oxide)만으로 된 링(ring) 형상의 산화구리 금속체가 형성된다.

보다 구체적으로 살펴보면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 나노산화단계(S110)는, 상기 나노금속분말의 표면에 산화피막이 형성되는 피막형성과정(S112)과, 나노금속분말의 내부에 다수의 빈 공간이 형성되는 공간형성과정(S114)과, 상기 공간형성과정(S114)의 진행에 따라 내부의 금속분말이 모두 산화하여 나노 금속산화물을 형성하는 산화완료과정(S116) 등으로 이루어진다.

상기 피막형성과정(S112)은, 상기에서 설명한 바와 같이, 도 5의 (a)처럼 구리(Cu)입자의 외부에 구리산화막(Cu-oxide)이 형성되는 과정이다.

그리고, 상기 공간형성과정(S114)은, 도 5의 (b)와 같이 구리(Cu)입자 내부에 소정 크기의 빈공간(300)이 생성되는 과정이다.

또한, 상기 산화완료과정(S116)은, 도 5의 (c)와 같이 산화구리(Cu-oxide)만으로 된 링(ring) 형상의 산화구리 금속체가 형성되는 과정이다. 즉, 중앙부에 중공홀(H)이 형성되는 과정이다.

도 7은 상기 나노산화단계(S110)의 실험예이다. 즉, 산화과정 중의 상(Phase)변화 상태를 도시한 그래프로, 산화온도나 산화시간이 증가함에 따라 산화구리(CuO)가 더 생성되는 것을 보여주고 있다.

여기서 (a)의 그래프는 산화 전(前)의 크기를 나타낸 그래프이며, (b)는 200℃에서 2시간 동안 산화되는 경우의 변화 그래프이고, (c)는 200℃에서 4시간 동안 산화되는 경우의 변화 그래프, (d)는 200℃에서 10시간 동안 산화되는 경우의 변화 그래프, 그리고, (e)는 300℃에서 1시간 동안 산화되는 경우의 변화 그래프를 보여주고 있다.

도 8a 내지 도 8c는 나노산화단계(S110)가 진행된 상태를 현미경으로 관찰한 사진이다. 즉, 도 8a에는 구리(Cu) 나노입자의 상태가 나타나 있으며, 도 8b에는 200℃에서 4시간 동안 산화된 상태가, 그리고, 도 8c에는 300℃에서 1시간 동안 산화된 상태가 도시되어 있다.

도 9는 상기 나노산화단계(S110)에서의 무게 변화를 나타낸 그래프이다.

이에 도시된 바와 같이, 무게 변화는 약 150℃에서 330℃ 사이에서 급격하게 일어남을 알 수 있다.

도 10은 상기 나노환원단계(S130) 동안의 무게변화 등을 나타낸 그래프이다. 이때 샘플의 무게는 21.20mg이다. 그리고, 이때 온도(Heat)는 약 18℃ ~ 212℃이며, 가로축은 시간(분)을 나타낸다.

그래프 (a)는 무게변화를 나타낸 것이다. 이에 도시된 바와 같이, 약 20여분이 경과 하면, 무게가 급격히 감소하여 환원이 이루어짐을 알 수 있다. 그리고, 이와 같이 환원이 일어나는 경우에는 발열량이 급격히 증가함을 알 수 있다. 즉, (b)는 발열량 특성을 나타낸 그래프이다.

이와 같은 도 10의 특성에 따라, 상기 나노환원단계(S130)는 약 230℃ 이상에서 수행되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 300℃에서 2시간 동안 수행된다.

이처럼 수소(H₂) 분위기의 온도 약 300℃에서 2시간 동안 환원이 수행된 경우의 현미경 관찰 상태가 도 11에 도시되어 있다.

상기와 같이, 나노환원단계(S130)가 수행되면, 상기에서 설명한 산화과정의 역반응이 일어난다. 즉 수소(H₂) 분위기에 도 5의 (c)와 같은 산화물이 놓이게 되므로, 이때에는 Cu Oxide 중의 산소(O)가 외부의 수소(H₂)와 결합한다.

따라서, 링(ring) 형상의 구리산화물(Cu-oxide)에서 점차 산소(O)가 빠져나와 수소(H₂)와 결합하여 물(H₂O)이 되므로, 링(ring) 형상의 구리산화물(Cu-oxide)은 점차적으로 내부로 성장하여, 내부의 중공홀(H)이 점차 작아지게 된다.

그리고, 이러한 과정에 의해 구리산화물(Cu-oxide)에서 산소(O₂)가 모두 빠져나와 구리(Cu)입자만으로 링(ring)이 형성되면, 환원과정이 완료된다. 이와 같이 환원이 완료된 상태의 나노입자가 서로 결합된 금속(구리)결합체 상태가 도 3의 (d)에 나타나 있다.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

S100. 나노분말제조단계 S110. 나노산화단계
S120. 나노산화물결합단계 S130. 나노환원단계
200. 조업챔버 210. 전극봉
220. 원료봉 230. 아크발생부
240. 포집챔버 300. 빈공간
H. 중공홀

Claims

나노 금속분말을 형성하는 나노분말제조단계(S100)와;
상기 나노분말제조단계(S100)에 의해 제조된 나노 금속분말에 산소를 공급하여, 내부가 중공화된 나노 산화물을 형성하는 나노산화단계(S110)와;
상기 나노산화단계(S110)에 의해 내부가 중공화된 나노 산화물에 수소를 공급하여, 나노 산화물이 금속상태로 환원되도록 하는 나노환원단계(S130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 다공질 금속체의 제조방법.
플라즈마 아크방전(Plasma Arc Discharge)을 이용하여 나노 금속분말을 형성하는 나노분말제조단계(S100)와;
상기 나노분말제조단계(S100)에 의해 제조된 나노 금속분말에 산소를 공급하여, 내부가 중공화된 나노 산화물을 형성하는 나노산화단계(S110)와;
상기 나노산화단계(S110)에 의해 형성된 각각의 나노 금속 산화물을 압축성형하여, 나노 산화물결합체를 형성하는 나노산화물결합단계(S120)와;
상기 나노산화단계(S110) 또는 나노산화물결합단계(S120)에 의해 내부가 중공화된 나노 산화물에 수소를 공급하여, 나노 산화물이 금속상태로 환원되도록 하는 나노환원단계(S130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 다공질 금속체의 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 나노분말제조단계(S100)에서 제조되는 나노 금속분말은, 구리(Cu)나 아연(Zn) 또는 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 중 어느 하나임을 특징으로 하는 나노 다공질 금속체의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 나노산화단계(S110)는,
상기 나노금속분말의 표면에 산화피막이 형성되는 피막형성과정(S112)과;
나노금속분말의 내부에 다수의 빈 공간이 형성되는 공간형성과정(S114)과;
상기 공간형성과정(S114)의 진행에 따라 내부의 금속분말이 모두 산화하여 나노 금속산화물을 형성하며, 중앙부에 중공홀(H)이 형성되는 산화완료과정(S116);을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 다공질 금속체의 제조방법.
제 4 항에 있어서, 상기 산화완료과정(S116)에 의해 생성되는 나노 금속산화물은, Cu oxide, Zn oxide, Al oxide, Ni oxide 중 어느 하나임을 특징으로 하는 나노 다공질 금속체의 제조방법.
제 5 항에 있어서, 상기 나노환원단계(S130)는,
230℃ 이상에서 수행됨을 특징으로 하는 나노 다공질 금속체의 제조방법.
제 6 항에 있어서, 상기 나노환원단계(S130)는,
300℃에서 2시간 동안 수행됨을 특징으로 하는 나노 다공질 금속체의 제조방법.