KR20160096479A - Nano structures, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
나노 구조체, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
Nanostructures, and methods of making the same.
1차원(one-dimensional, 1D) 형태의 금속 나노 구조체 또는 반도체 나노 구조체는, 크기, 모양, 구성, 결정화도, 그리고 구조에 따라 그 특성이 조절될 수 있다.The one-dimensional (1D) type metal nanostructures or semiconductor nanostructures can be controlled in their properties according to size, shape, composition, crystallinity, and structure.
이와 같이 조절 가능한 특성은 촉매, 전자, 광학, 정보 저장, 에너지 저장, 화학 및 생물학적 센서 등으로 응용될 수 있어, 최근 나노 구조체에 관한 많은 연구가 진행되고 있다.Such controllable properties can be applied to catalysts, electrons, optics, information storage, energy storage, chemical and biological sensors, and so much research on nanostructures has been conducted recently.
이와 관련하여, 금속 나노 구조체를 제조하는 방법으로는 기상 합성법 및 액상 합성법이 널리 알려져 있다. 전자의 방법은 진공 장비를 이용하여 고온에서 기상으로 합성하는 방법이며, 후자의 방법은 유기 용매, 고분자, 및 계면 활성제를 포함하는 액상에서 금속 전구체(precursor)를 나노 구조체로 변화시키는 방법이다. In this regard, as a method for producing a metal nanostructure, a vapor phase synthesis method and a liquid phase synthesis method are widely known. The former method is a method of synthesizing into a gas phase at a high temperature by using a vacuum apparatus, and the latter method is a method of converting a metal precursor into a nanostructure in a liquid phase containing an organic solvent, a polymer, and a surfactant.
대표적인 액상 합성법으로는, 폴리올 합성법 (Polyol Synthesis)을 들 수 있다. 이는, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt) 등 귀금속 및 이들의 합금 형태의 콜로이드 입자를 만들 수 있는 방법으로, 고온에서 폴리올에 의해 금속 전구체를 환원시켜 상기 콜로이드 입자를 형성하는 것이다. As a typical liquid phase synthesis method, there can be mentioned a polyol synthesis method (Polyol Synthesis). This is a method capable of producing colloidal particles of noble metals such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and platinum (Pt) and alloy forms of these metals by reducing a metal precursor with a polyol at a high temperature, To form particles.
이때, 상기 형성된 콜로이드 입자의 응집을 막기 위하여 폴리비닐 피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)을 첨가하며, 최종적으로는 폴리비닐 피롤리돈으로 표면이 코팅된 형태의 금속 나노 구조체를 수득할 수 있다.At this time, polyvinylpyrrolidone (PVP) is added to prevent aggregation of the formed colloidal particles, and finally a metal nanostructure in which the surface is coated with polyvinyl pyrrolidone can be obtained.
그런데, 이러한 액상 합성법의 경우, 수율이 매우 낮을 뿐만 아니라 공정 단가가 높아, 대량으로 금속 나노 구조체를 합성하기에는 한계가 있다.However, in the case of such a liquid phase synthesis method, not only the yield is very low but also the process cost is high, so that there is a limit in synthesizing the metal nanostructure in a large amount.
한편, 통상적인 기상 합성법에서는, 금속류 기체를 고온에 투입하여 일정한 성장점으로부터 금속 나노 구조체의 성장을 유도한다. 그런데, 상기 사용되는 금속류 기체의 안정성이 매우 낮아 관리에 주의가 요구되며, 공정 비용 또한 매우 높다는 점이 문제된다.On the other hand, in a conventional vapor phase synthesis method, the metal gas is introduced at a high temperature to induce the growth of the metal nanostructure from a constant growth point. However, since the stability of the metal gas used is very low, attention is required for the maintenance, and the process cost is very high.
따라서, 낮은 공정 단가로 나노 구조체를 대량 생산하기 위해서는, 전술한 한계 및 문제를 극복할 필요가 있으나, 아직까지 이에 대한 연구가 부족한 실정이다.
Therefore, it is necessary to overcome the limitations and problems described above in order to mass-produce nanostructures with a low process cost, but the research on this has yet to be conducted.
본 발명자들은, 탄화수소계 기체를 활용하여, 산화물 분말을 환원시켜 나노 구조체를 형성함과 동시에, 상기 나노 구조체의 표면에 탄소 코팅층을 형성함으로써 나노 구조체를 제조하는 방법을 제시하는 바이다. 이에 대한 구체적인 내용은 다음과 같다.The present inventors propose a method for producing a nanostructure by forming a nanostructure by reducing an oxide powder using a hydrocarbon gas and forming a carbon coating layer on the surface of the nanostructure. The details of this are as follows.
본 발명의 일 구현예에서는, 금속, 반도체, 또는 이들의 조합을 포함하는 나노 구조체; 및 상기 나노 구조체의 표면에 위치하고, 탄소로 이루어진 코팅층;을 포함하고, 상기 나노 구조체; 및 상기 탄소 코팅층;은 동시에 형성된 것인, 나노 구조체를 제공할 수 있다.In one embodiment of the invention, a nanostructure comprising a metal, a semiconductor, or a combination thereof; And a coating layer formed on the surface of the nanostructure and made of carbon, wherein the nanostructure; And the carbon coating layer are formed at the same time.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 금속 산화물, 반도체 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 산화물 분말을 준비하는 단계; (a) 상기 탄화수소계 기체에 의해 산화물 분말이 환원되어 씨드(seed)를 형성하는 단계; (b) 상기 씨드로부터 금속, 반도체, 또는 이들의 조합을 포함하는 나노 구조체가 성장하는 단계; 및 (c) 상기 나노 구조체의 표면에 탄소 코팅층이 형성되는 단계;를 포함하며, 상기 (a), (b), 및 (c) 단계는 동시에 수행되는 것인, 상기 산화물 분말에 탄화수소계 기체를 흘려주는 단계;를 포함하는, 나노 구조체의 제조 방법을 제공할 수 있다.
In another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing an oxide powder comprising a metal oxide, a semiconductor oxide, or a combination thereof; (a) forming a seed by reducing the oxide powder by the hydrocarbon gas; (b) growing a nanostructure comprising a metal, a semiconductor, or a combination thereof from the seed; And (c) forming a carbon coating layer on the surface of the nanostructure, wherein the steps (a), (b), and (c) are performed simultaneously. And a step of flowing the nanostructure on the surface of the nanostructure.
본 발명의 일 구현예에서는, 금속, 반도체, 또는 이들의 조합을 포함하는 나노 구조체; 및 상기 나노 구조체의 표면에 위치하고, 탄소로 이루어진 코팅층;을 포함하고, 상기 나노 구조체; 및 상기 탄소 코팅층;은 동시에 형성된 것인, 나노 구조체를 제공한다.In one embodiment of the invention, a nanostructure comprising a metal, a semiconductor, or a combination thereof; And a coating layer formed on the surface of the nanostructure and made of carbon, wherein the nanostructure; And the carbon coating layer are simultaneously formed.
구제적으로, 상기 나노 구조체;는, 금속 산화물, 반도체 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 산화물로 구성된 원료 물질로부터 형성되고, 상기 탄소 코팅층;은, 탄화수소계 기체로부터 형성된 것일 수 있다.As a remedy, the nanostructure may be formed from a raw material composed of an oxide including a metal oxide, a semiconductor oxide, or a combination thereof, and the carbon coating layer may be formed from a hydrocarbon-based gas.
보다 구체적으로, 상기 나노 구조체; 및 상기 탄소 코팅층;은, 상기 산화물로 구성된 원료 물질 및 상기 탄화수소계 기체의 반응으로부터 동시에 형성된 것일 수 있다.
More specifically, the nanostructure; And the carbon coating layer may be simultaneously formed from the reaction of the raw material composed of the oxide and the hydrocarbon gas.
상기 나노 구조체;에 관한 설명은 다음과 같다.The description of the nanostructure is as follows.
상기 나노 구조체;는, 게르마늄(Ge), 인듐(In), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 구리(Cu), 아연(Zn), 비스무트(Bi), 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.The nanostructure may be one comprising germanium (Ge), indium (In), tin (Sn), antimony (Sb), copper (Cu), zinc (Zn), bismuth (Bi) have.
상기 나노 구조체;의 형상은, 나노와이어(nanowire), 나노헬릭스(nanohelix), 나노막대(nanorod), 나노리본(nanoribbon), 나노스프링(nanospring), 및 나노콘(nanocone)을 포함하는 군에서 선택된 일차원 형상일 수 있다.The shape of the nanostructure may be selected from the group consisting of nanowires, nanohelix, nanorods, nanoribbon, nanosprings, and nanocones. Dimensional shape.
상기 나노 구조체;의 모양은, 일차원 형상의 나노와이어가 조립되어 이차원 형상의 계층적 구조를 이룬 것일 수 있다.The shape of the nanostructure may be a one dimensional nanowire assembled into a two-dimensional hierarchical structure.
상기 나노 구조체;의 직경은, 10 내지 500 ㎚일 수 있다.The diameter of the nanostructure may be 10 to 500 nm.
상기 나노 구조체;의 길이는, 1 내지 수백 ㎛일 수 있다.
The length of the nanostructure may range from 1 to several hundreds of micrometers.
한편, 상기 탄소 코팅층;에 관한 설명은 다음과 같다.The carbon coating layer will be described below.
상기 탄소 코팅층;은, 상기 나노 구조체;의 표면 전체를 균일하게 뒤덮은 형태일 수 있다.The carbon coating layer may be formed to uniformly cover the entire surface of the nanostructure.
상기 탄소 코팅층;의 두께는, 10 내지 300 ㎚일 수 있다.The thickness of the carbon coating layer may be 10 to 300 nm.
상기 탄소 코팅층;에 대한, 상기 나노 구조체;의 중량비는, 5 : 95 내지 50: 50 일 수 있다.
The weight ratio of the nanostructure to the carbon coating layer may be from 5:95 to 50:50.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 금속 산화물, 반도체 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 산화물 분말을 준비하는 단계; (a) 상기 탄화수소계 기체에 의해 산화물 분말이 환원되어 씨드(seed)를 형성하는 단계; (b) 상기 씨드로부터 금속, 반도체, 또는 이들의 조합을 포함하는 나노 구조체가 성장하는 단계; 및 (c) 상기 나노 구조체의 표면에 탄소 코팅층이 형성되는 단계;를 포함하며, 상기 (a), (b), 및 (c) 단계는 동시에 수행되는 것인, 상기 산화물 분말에 탄화수소계 기체를 흘려주는 단계;를 포함하는, 나노 구조체의 제조 방법을 제공한다.
According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing an oxide powder including a metal oxide, a semiconductor oxide, or a combination thereof; (a) forming a seed by reducing the oxide powder by the hydrocarbon gas; (b) growing a nanostructure comprising a metal, a semiconductor, or a combination thereof from the seed; And (c) forming a carbon coating layer on the surface of the nanostructure, wherein the steps (a), (b), and (c) are performed simultaneously. And flowing the nanostructured nanostructure.
구체적으로, 상기 산화물 분말에 탄화수소계 기체를 흘려주는 단계;는, 불활성 기체가 유입되는 반응기에 상기 산화물 분말을 투입하는 단계; 상기 반응기 내 온도를 승온시키는 단계; 및 상기 승온된 반응기 내 탄화수소계 기체를 유입시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.Specifically, the step of flowing the hydrocarbon-based gas into the oxide powder includes: injecting the oxide powder into a reactor into which an inert gas is introduced; Raising the temperature in the reactor; And introducing the hydrocarbon-based gas in the heated reactor.
이하, 상기 산화물 분말에 탄화수소계 기체를 흘려주는 단계;에 포함된 각 단계를 설명한다.
Hereinafter, each step included in the step of flowing the hydrocarbon gas into the oxide powder will be described.
우선, 상기 반응기 내 온도를 승온시키는 단계;에 관한 설명은 다음과 같다.First, the step of raising the temperature in the reactor is explained as follows.
이는, 상기 반응기 내 온도가 600 ℃ 초과 1000 ℃ 미만의 범위에 도달할 때까지 승온시키는 것일 수 있다. This may be to raise the temperature in the reactor until it reaches a range of more than 600 ° C but less than 1000 ° C.
상기 승온된 반응기 내 온도 범위에서, 상기 탄화수소계 기체가 분해되는 것일 수 있다.
The hydrocarbon gas may be decomposed at a temperature within the temperature range of the reactor.
상기 승온된 반응기 내 탄화수소계 기체를 더 유입시키는 단계;에 관한 설명은 다음과 같다.The step of further introducing the hydrocarbon-based gas in the heated reactor is explained as follows.
상기 탄화수소계 기체의 유입은, 1 내지 60분 동안 수행되는 것일 수 있다.The introduction of the hydrocarbon-based gas may be performed for 1 to 60 minutes.
상기 승온된 반응기 내 비활성 기체에 대한 탄화수소계 기체의 유량비는, 5:100 내지 15:100일 수 있다.The flow rate ratio of the hydrocarbon gas to the inert gas in the heated reactor may be 5: 100 to 15: 100.
구체적으로, 상기 탄화수소계 기체의 유량은, 50 내지 500 sccm일 수 있다.
Specifically, the flow rate of the hydrocarbon gas may be 50 to 500 sccm.
한편, 원료 물질이 되는 상기 탄화수소계 기체 및 상기 산화물 분말에 관한 설명은 다음과 같다.On the other hand, the description of the hydrocarbon base material and the oxide powder as raw materials is as follows.
상기 탄화수소계 기체는, 아세틸렌, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 에틸렌, 프로필렌 또는 이들의 혼합 기체인 것일 수 있다.The hydrocarbon-based gas may be acetylene, methane, ethane, propane, butane, ethylene, propylene, or a mixture thereof.
상기 산화물 분말은, 산화게르마늄(GeO2), 산화인듐(In2O3), 산화주석(SnO2), 산화안티몬(Sb2O3), 산화구리(CuO), 산화아연(ZnO), 산화비스무트(Bi2O3), 또는 이들의 조합을 포함하는 산화물 분말인 것일 수 있다.
The oxide powder may be at least one selected from the group consisting of GeO 2 , In 2 O 3 , SnO 2 , Sb 2 O 3 , CuO, ZnO, Bismuth (Bi 2 O 3 ), or a combination thereof.
다른 한편, 금속 산화물, 반도체 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 산화물 분말을 준비하는 단계;는, 기판을 준비하는 단계; 및 상기 산화물 분말을 상기 기판 위에 고르게 분포시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.On the other hand, preparing an oxide powder comprising a metal oxide, a semiconductor oxide, or a combination thereof comprises: preparing a substrate; And distributing the oxide powder evenly over the substrate.
이때, 상기 산화물 분말의 환원 및 상기 나노 구조체의 성장은, 상기 기판의 표면에서 이루어지는 것일 수 있다.
At this time, the reduction of the oxide powder and the growth of the nanostructure may be performed on the surface of the substrate.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 금속, 반도체, 또는 이들의 조합을 포함하는 나노 구조체;에 의하여 높은 전기 전도도를 나타낼 뿐만 아니라, 상기 나노 구조체의 표면에 위치하는 탄소 코팅층;에 의해 산화가 방지되어 우수한 내구성을 나타내는, 나노 구조체를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, oxidation is prevented by a carbon coating layer which not only exhibits a high electrical conductivity by a nanostructure including a metal, a semiconductor, or a combination thereof, but also a surface of the nanostructure A nanostructure showing excellent durability can be provided.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 탄화수소계 기체에 의해 산화물을 환원시켜 나노 구조체를 형성함과 동시에 그 표면에 탄소 코팅층을 형성함으로써, 단순화된 공정 및 낮은 공정 단가에 의하여 대량 합성에 유리한, 나노 구조체의 제조 방법을 제공할 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, a nanocomposite is formed by reducing an oxide by a hydrocarbon gas, and a carbon coating layer is formed on the surface of the nanocomposite. By this simple process and low process cost, A method of manufacturing the structure can be provided.
도 1은, 본 발명의 일 구현예에 따라 나노 구조체를 제조하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 구현예에 따라, 기판 위에서 나노 구조체를 제조하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3 및 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 게르마늄 나노 구조체들에 대해, 각각 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 저배율 이미지들이다.
도 5 내지 8은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 제조된 게르마늄 나노 구조체들에 대해, 각각 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 저배율 이미지들이다.
도 9 및 10은, 본 발명의 일 비교예에 따라 제조된 게르마늄 나노 구조체들에 대해, 각각 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 저배율 이미지들이다.
도 11 내지 14은, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 게르마늄 나노 구조체들에 대해, 각각 투과전자현미경(TEM)으로 촬영한 고배율 이미지들이다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 게르마늄 나노 구조체들에 대해, 엑스선회절(XRD) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 16은, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 게르마늄 나노 구조체들에 대해, 결정 크기를 계산한 결과를 나타낸 도표이다.
도 17은, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 게르마늄 나노 구조체들에 대해, 라만 분광법(Raman spectroscopy)에 따른 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 18 및 19는, 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 니켈 기판 위에서 제조된 게르마늄 나노 구조체에 대해, 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 저배율 이미지들이다.
도 20 및 21는, 본 발명의 일 실시예에 따라 패턴되지 않은 실리콘 기판 및 패턴된 실리콘 기판 위에서 제조된 게르마늄 나노 구조체들에 대해, 각각 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 저배율 이미지들이다.
도 22 및 23은, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 인듐 나노 구조체에 대해, 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 저배율 이미지들이다.FIG. 1 schematically illustrates a method of manufacturing a nanostructure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
Figure 2 schematically illustrates a method of fabricating a nanostructure on a substrate, according to one embodiment of the present invention.
Figures 3 and 4 are low magnification images taken with a scanning electron microscope (SEM), respectively, for germanium nanostructures prepared according to one embodiment of the present invention.
5 to 8 are low magnification images taken by scanning electron microscope (SEM), respectively, on germanium nanostructures prepared according to another embodiment of the present invention.
Figures 9 and 10 are low magnification images taken with a scanning electron microscope (SEM), respectively, for germanium nanostructures prepared according to one comparative example of the present invention.
11-14 are high magnification images taken with a transmission electron microscope (TEM), respectively, for germanium nanostructures prepared according to one embodiment of the present invention.
15 is a graph showing X-ray diffraction (XRD) analysis results of germanium nanostructures prepared according to an embodiment of the present invention.
16 is a graph showing the results of calculation of crystal sizes for germanium nanostructures prepared according to an embodiment of the present invention.
17 is a graph showing the results of analysis according to Raman spectroscopy for germanium nanostructures prepared according to an embodiment of the present invention.
Figures 18 and 19 are low magnification images taken with a scanning electron microscope (SEM) for a germanium nanostructure fabricated on a three-dimensional nickel substrate according to one embodiment of the present invention.
Figures 20 and 21 are low magnification images taken with a scanning electron microscope (SEM), respectively, for germanium nanostructures fabricated on an unpatterned silicon substrate and a patterned silicon substrate, according to one embodiment of the present invention.
Figures 22 and 23 are low magnification images taken with a scanning electron microscope (SEM) for the indium nanostructure produced according to one embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.
본 발명의 일 구현예에서는, 금속, 반도체, 또는 이들의 조합을 포함하는 나노 구조체; 및 상기 나노 구조체의 표면에 위치하고, 탄소로 이루어진 코팅층;을 포함하고, 상기 나노 구조체; 및 상기 탄소 코팅층;은 동시에 형성된 것인, 나노 구조체를 제공한다.In one embodiment of the invention, a nanostructure comprising a metal, a semiconductor, or a combination thereof; And a coating layer formed on the surface of the nanostructure and made of carbon, wherein the nanostructure; And the carbon coating layer are simultaneously formed.
이는, 상기 나노 구조체;에 의하여 높은 전기 전도도를 나타낼 뿐만 아니라, 상기 나노 구조체의 표면에 위치하는 탄소 코팅층;에 의해 산화가 방지되어 우수한 내구성을 나타내는 것이다.This not only shows a high electrical conductivity by the nanostructure, but also prevents oxidation by the carbon coating layer located on the surface of the nanostructure, thereby exhibiting excellent durability.
아울러, 상기 나노 구조체; 및 상기 탄소 코팅층;은 동시에 형성된 것이므로, 그 제조 공정이 단순화되어 낮은 가격으로 대량으로 공급되기에 유리한 나노 구조체에 해당된다.In addition, the nanostructure; And the carbon coating layer are formed at the same time, the nanostructure is advantageous for simplifying the manufacturing process and supplying the nanostructure in a large amount at low cost.
이하, 본 발명의 일 구현예에서 제공되는 나노 구조체에 관하여 자세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, the nanostructure provided in one embodiment of the present invention will be described in detail.
상기 나노 구조체;는, 금속 산화물, 반도체 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 산화물로 구성된 원료 물질로부터 형성되고, 상기 탄소 코팅층;은, 탄화수소계 기체로부터 형성된 것일 수 있다.The nanostructure may be formed from a raw material composed of an oxide including a metal oxide, a semiconductor oxide, or a combination thereof, and the carbon coating layer may be formed from a hydrocarbon-based gas.
구체적으로, 상기 산화물로 구성된 원료 물질이 환원되어 상기 나노 구조체가 형성되고, 상기 탄화수소계 기체가 분해되어 상기 탄소 구조체가 형성될 수 있으며, 이에 관한 매커니즘은 본 발명의 다른 일 구현예에서 후술하기로 한다.Specifically, the raw material composed of the oxide is reduced to form the nanostructure, and the hydrocarbon-based gas is decomposed to form the carbon structure. The mechanism related to the decomposition is described later in another embodiment of the present invention do.
보다 구체적으로, 상기 나노 구조체; 및 상기 탄소 코팅층;은, 상기 산화물로 구성된 원료 물질 및 상기 탄화수소계 기체의 반응으로부터 동시에 형성된 것일 수 있다.More specifically, the nanostructure; And the carbon coating layer may be simultaneously formed from the reaction of the raw material composed of the oxide and the hydrocarbon gas.
상기 탄화수소계 기체가 분해되어 탄소계 기체 및 수소계 기체가 생성되면, 상기 수소계 기체에 의해 상기 산화물로 구성된 원료 물질이 환원되어 상기 나노 구조체가 형성되며, 상기 탄소계 기체에 의하여 상기 나노 구조체의 표면에 탄소 코팅층이 형성될 수 있다. 즉, 상기 나노 구조체 및 상기 탄소 코팅층은 상기 탄화수소계 기체의 분해 반응에 기인하여 동시에 형성된 것일 수 있다.
Wherein when the hydrocarbon gas is decomposed to generate a carbon-based gas and a hydrogen-based gas, the raw material composed of the oxide is reduced by the hydrogen-based gas to form the nanostructure, and the carbon- A carbon coating layer may be formed on the surface. That is, the nanostructure and the carbon coating layer may be simultaneously formed due to the decomposition reaction of the hydrocarbon gas.
한편, 상기 나노 구조체;에 관한 설명은 다음과 같다.The nano structure is described as follows.
상기 나노 구조체;는, 금속, 반도체, 또는 이들의 조합을 포함하는 물질이라면 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들면, 게르마늄(Ge), 인듐(In), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 구리(Cu), 아연(Zn), 비스무트(Bi), 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.The nanostructure is not particularly limited as long as it is a material containing a metal, a semiconductor, or a combination thereof. For example, it may include germanium (Ge), indium (In), tin (Sn), antimony (Sb), copper (Cu), zinc (Zn), bismuth (Bi)
상기 나노 구조체;의 형상은, 다양한 일차원 형상 중에서 선택될 수 있으며, 특별히 한정되지는 않는다. 이러한 일차원 구조를 갖는 나노 구조체;는, 선형의 축방향으로 높은 전기 전도도를 나타내며, 전자 기기, 화학 반응 등의 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있다.The shape of the nanostructure can be selected from various one-dimensional shapes, and is not particularly limited. A nanostructure having such a one-dimensional structure exhibits high electrical conductivity in a linear axis direction and can be utilized in various applications such as electronic devices and chemical reactions.
예를 들면, 나노와이어(nanowire), 나노헬릭스(nanohelix), 나노막대(nanorod), 나노리본(nanoribbon), 나노스프링(nanospring), 및 나노콘(nanocone)을 포함하는 군에서 선택된 일차원 형상일 수 있다.For example, it can be a one-dimensional shape selected from the group including nanowires, nanohelix, nanorods, nanoribbon, nanosprings, and nanocones. have.
상기 나노 구조체;의 모양 또한, 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들면, 상기 나노 구조체;의 모양은, 일차원 형상의 나노와이어가 조립되어 이차원 형상의 계층적 구조를 이루는 것일 수 있다. 이 경우, 다수의 1차 입자가 집합된 2차 입자로서, 상기 2차 입자의 내부에 상기 동공을 포함하는 구조일 수 있다.The shape of the nanostructure is also not particularly limited. For example, the shape of the nanostructure may be one dimensional nanowire assembled into a two-dimensional hierarchical structure. In this case, a secondary particle in which a plurality of primary particles are aggregated may be a structure including the above-mentioned pores inside the secondary particles.
상기 나노 구조체;의 직경은, 10 내지 500 ㎚일 수 있다. 만약 상기 나노 구조체;의 직경이 500 ㎚를 초과하는 경우에는 응용 소자에 적용하기에 적절하지 않으며, 10 ㎚ 미만인 경우에는 상기 나노 구조체가 균일한 나노와이어의 형상으로 형성되기 어려운 문제가 있기 때문에, 상기 범위로 한정하는 바이다.The diameter of the nanostructure may be 10 to 500 nm. If the diameter of the nanostructure is larger than 500 nm, the nanostructure is not suitable for application. When the diameter of the nanostructure is less than 10 nm, the nanostructure is difficult to be formed into a uniform nanowire. .
상기 나노 구조체;의 길이는, 1 내지 수백 ㎛일 수 있다. 만약 상기 나노 구조체;의 길이가 수백 ㎛를 초과하여 지나치게 긴 경우에는 상기 나노 구조체;에 대해 전술한 효과를 기대하기 어렵고, 1 ㎛미만인 경우에는 응용소자에 적용하기 어려운 짧은 치수(dimension)임을 고려하여, 상기 범위로 한정하는 바이다. 구체적으로, 상기 나노 구조체;의 길이는, 1 내지 500 ㎛일 수 있다.
The length of the nanostructure may range from 1 to several hundreds of micrometers. If the length of the nanostructure is excessively longer than several hundreds of micrometers, it is difficult to expect the above-mentioned effect on the nanostructure, and if it is less than 1 micrometer, it is a short dimension that is difficult to apply to an application device , And is limited to the above range. Specifically, the length of the nanostructure may be 1 to 500 탆.
한편, 상기 탄소 코팅층;에 관한 설명은 다음과 같다.The carbon coating layer will be described below.
상기 탄소 코팅층;은, 상기 나노 구조체;의 표면 전체를 균일하게 뒤덮은 형태일 수 있다. 이 경우, 상기 탄소 코팅층의 하부에 존재하는 나노 구조체;가 노출되지 않기 때문에, 상기 나노 구조체;의 산화를 더욱 효과적으로 방지되고, 화학적인 안정성이 유지되는 효과가 있다. 이 뿐만 아니라, 상기 탄소 코팅층;의 도전성에 의하여, 상기 전체 나노 구조체의 전기 전도도가 더욱 향상될 수 있다.The carbon coating layer may be formed to uniformly cover the entire surface of the nanostructure. In this case, since the nanostructure present in the lower portion of the carbon coating layer is not exposed, oxidation of the nanostructure is more effectively prevented, and chemical stability is maintained. In addition, the electrical conductivity of the entire nanostructure can be further improved by the conductivity of the carbon coating layer.
상기 탄소 코팅층;의 두께는, 10 내지 300 ㎚일 수 있다. 만약 상기 탄소 코팅층;의 두께가 300 ㎚를 초과하는 경우에는 그 두께가 지나치게 두꺼워 내부 소재(즉, 상기 나노 구조체;)의 특성에 제약을 줄 수 있고, 10 ㎚ 미만인 경우에는 그 두께가 지나치게 얇아 상기 탄소 코팅층;에 대해 전술한 효과를 기대하기 어려운 문제가 있기 때문에, 상기 범위로 한정하는 바이다.The thickness of the carbon coating layer may be 10 to 300 nm. If the thickness of the carbon coating layer is more than 300 nm, the thickness of the carbon coating layer may be too thick to limit the characteristics of the inner material (i.e., the nanostructure). If the thickness is less than 10 nm, It is difficult to expect the above-described effect for the carbon coating layer. Therefore, the range is limited to the above range.
상기 탄소 코팅층;에 대한, 상기 나노 구조체;의 중량비는, 5: 95 내지 50: 50일 수 있다. 이와 같이 중량비를 한정하는 이유는, 상기 탄소 코팅층;의 두께를 한정하는 것과 관련된다. 구체적으로, 만약 상기 중량비를 초과하여 상기 나노 구조체;가 과량으로 포함될 경우에는 상기 탄소 코팅층;의 두께가 상대적으로 감소하며, 상기 중량미 미만으로 상기 나노 구조체가 소량으로 포함될 경우에는 상기 탄소 코팅층;이 상대적으로 두꺼워지므로, 이러한 점들을 고려하여, 상기 범위로 중량비를 한정하는 바이다.
The weight ratio of the nanostructure to the carbon coating layer may be from 5:95 to 50:50. The reason for limiting the weight ratio in this way is related to limiting the thickness of the carbon coating layer. Specifically, if the nanostructure is contained in excess of the weight ratio, the thickness of the carbon coating layer is relatively decreased. If the nanostructure is less than the weight of the nanostructure, In consideration of these points, the weight ratio is limited to the above range because it becomes relatively thick.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 금속 산화물, 반도체 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 산화물 분말을 준비하는 단계; 및 상기 산화물 분말에 탄화수소계 기체를 흘려주는 단계;를 포함하고, 상기 산화물 분말에 탄화수소계 기체를 흘려주는 단계;는, (a) 상기 탄화수소계 기체에 의해 산화물 분말이 환원되어 씨드(seed)를 형성하는 단계; (b) 상기 씨드로부터 금속, 반도체, 또는 이들의 조합을 포함하는 나노 구조체가 성장하는 단계; 및 (c) 상기 나노 구조체의 표면에 탄소 코팅층이 형성되는 단계;를 포함하며, 상기 (a), (b), 및 (c) 단계는 동시에 수행되는 것인, 나노 구조체의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing an oxide powder including a metal oxide, a semiconductor oxide, or a combination thereof; And flowing a hydrocarbon-based gas through the oxide powder, wherein the hydrocarbon-based gas is flowed through the oxide powder, wherein (a) the oxide powder is reduced by the hydrocarbon gas to form a seed ; (b) growing a nanostructure comprising a metal, a semiconductor, or a combination thereof from the seed; And (c) forming a carbon coating layer on the surface of the nanostructure, wherein the steps (a), (b), and (c) are performed simultaneously .
도 1은, 본 발명의 일 구현예에서 제공되는 나노 구조체의 제조 방법을 개략적으로 도시한 것으로, 상기 탄화수소계 기체가 아세틸렌(C2H2) 기체이고, 상기 산화물 분말이 게르마늄 산화물 분말인 경우를 예시한 것이다.FIG. 1 schematically shows a method of manufacturing a nanostructure provided in an embodiment of the present invention, wherein the hydrocarbon gas is acetylene (C 2 H 2 ) gas and the oxide powder is a germanium oxide powder .
도 1을 참고하면, 상기 탄화수소계 기체에 의하여, 상기 준비된 산화물 분말이 환원되어 씨드(seed)를 형성하고, 이를 성장점으로 하여 나노 구조체가 성장하며, 상기 나노 구조체의 표면에 탄소 코팅층이 형성되므로, 최종적으로는 탄소 코팅층이 표면에 형성된 형태의 나노 구조체를 수득할 수 있다. Referring to FIG. 1, the prepared oxide powder is reduced by the hydrocarbon gas to form a seed, a nanostructure grows as a growth point, and a carbon coating layer is formed on the surface of the nanostructure , And finally, a nanostructure in which a carbon coating layer is formed on the surface can be obtained.
이때, 상기 씨드의 형성, 상기 나노 구조체의 성장 및 상기 탄소 코팅층의 형성은, 모두 상기 탄화수소계 기체에 의하여 동시에 수행되는 것이므로, 단순화된 제조 공정 및 낮은 공정 비용에 의하여 상기 우수한 물성의 나노 구조체를 대량 합성하기에 유리하다.At this time, since the formation of the seed, the growth of the nanostructure, and the formation of the carbon coating layer are both performed simultaneously by the hydrocarbon gas, the nanostructures of excellent physical properties are mass- It is advantageous to synthesize.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 나노 구조체의 제조 방법에 관하여 자세히 설명하기로 한다. 다만, 상기 수득된 나노 구조체의 물성, 즉, 상기 나노 구조체에 의한 높은 전기 전도도 및 상기 탄소 코팅층에 의한 우수한 내구성은 전술한 바와 같기 때문에, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a nanostructure according to an embodiment of the present invention will be described in detail. However, since the physical properties of the nanostructure thus obtained, that is, the high electrical conductivity due to the nanostructure and the excellent durability due to the carbon coating layer are as described above, a detailed description thereof will be omitted.
우선, 상기 산화물 분말에 탄화수소계 기체를 흘려주는 단계;는, 불활성 기체가 유입되는 반응기에 상기 산화물 분말을 투입하는 단계; 상기 반응기 내 온도를 승온시키는 단계; 및 상기 승온된 반응기 내 탄화수소계 기체를 유입시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있고, 이에 의해 상기 (a), (b), 및 (c) 단계가 동시에 수행될 수 있다. Flowing a hydrocarbon gas into the oxide powder comprises: injecting the oxide powder into a reactor into which an inert gas is introduced; Raising the temperature in the reactor; And introducing the hydrocarbon-based gas in the heated reactor, whereby steps (a), (b), and (c) above can be performed simultaneously.
이하, 상기 산화물 분말에 탄화수소계 기체를 흘려주는 단계;에 포함된 각 단계를 설명한다.
Hereinafter, each step included in the step of flowing the hydrocarbon gas into the oxide powder will be described.
우선, 상기 반응기 내 온도를 승온시키는 단계;에 관한 설명은 다음과 같다.First, the step of raising the temperature in the reactor is explained as follows.
이는, 상기 반응기 내 온도가 600 ℃ 초과 1000 ℃ 의 범위에 도달할 때까지 승온시키는 것일 수 있다. This may be to raise the temperature in the reactor to a temperature in the range of more than 600 ° C to 1000 ° C.
상기 승온된 반응기 내 온도 범위에서, 상기 탄화수소계 기체가 분해되는 것일 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 탄화수소계 기체는 상기 온도 범위에서 탄소계 기체 및 수소계 기체로 분해될 수 있다. 예를 들어, 상기 탄화수소계 기체가 아세틸렌(C2H2) 기체일 때, 그 분해 반응은 하기와 같이 일어날 수 있다.The hydrocarbon gas may be decomposed at a temperature within the temperature range of the reactor. As described above, the hydrocarbon-based gas can be decomposed into a carbon-based gas and a hydrogen-based gas within the above temperature range. For example, when the hydrocarbon gas is acetylene (C 2 H 2 ) gas, the decomposition reaction may occur as follows.
C2H2 + M（금속）→ C2H + H + M（금속） C 2 H 2 + M (metal) → C 2 H + H + M (metal)
C2H2 + C2H2 → C4H3 + HC 2 H 2 + C 2 H 2 ? C 4 H 3 + H
C4H3 + M （금속）→ C4H2 + H + M（금속） C 4 H 3 + M (metal) → C 4 H 2 + H + M (metal)
다만, 상기 반응기 내 온도가 600 ℃ 이하일 경우에는 상기 탄화수소계 기체의 분해가 이루어지기 어렵고, 1000 ℃를 초과하는 경우에는 상기 나노 구조체의 직경은 감소하는 반면에 상기 탄소 코팅층의 두께가 급격하게 증가하는 문제가 발생한다.However, when the temperature in the reactor is lower than 600 ° C., the decomposition of the hydrocarbon gas is difficult. If the temperature is higher than 1000 ° C., the diameter of the nanostructure decreases while the thickness of the carbon coating layer increases sharply A problem arises.
이를 고려하여, 상기 반응기 내 온도 범위가 600 ℃ 초과 1000 ℃ 미만의 범위에 도달할 때까지는 상기 반응기에 상기 불활성 기체만을 유입시키고, 상기 온도 범위로 승온된 이후에 상기 불활성 기체와 함께 상기 탄화수소계 기체를 유입시킬 필요가 있다.In consideration of this, only the inert gas is introduced into the reactor until the temperature in the reactor reaches the range of more than 600 ° C but less than 1000 ° C, and after the temperature is raised to the temperature range, the inert gas is introduced into the hydrocarbon- .
보다 구체적으로, 상기 반응기 내 온도가 800 내지 950 ℃의 범위에 도달할 때까지 승온시키는 것일 수 있다.More specifically, the temperature in the reactor may be raised to a temperature in the range of 800 to 950 占 폚.
상기 승온 온도에 관한 사실들은, 후술되는 실시예들, 비교예 1, 및 실험예 1에 의하여 모두 뒷받침된다.
The facts related to the temperature rise temperature are all supported by the following embodiments, Comparative Example 1 and Experimental Example 1. [
상기 승온된 반응기 내 탄화수소계 기체를 유입시키는 단계;에 관한 설명은 다음과 같다. 전술한 바와 같이, 상기 탄화수소계 기체의 분해 생성물은 탄소계 기체 및 수소계 기체이다. The step of introducing the hydrocarbon-based gas in the heated reactor is explained as follows. As described above, the decomposition products of the hydrocarbon gas are a carbon-based gas and a hydrogen-based gas.
이때, 상기 수소계 기체는 상기 산화물로 구성된 원료 물질을 환원시키는 환원제 역할을 하여, 상기 나노 구조체를 형성(구체적으로, 상기 씨드를 생성한 후, 이를 성장점으로 하여 상기 나노 구조체를 성장시킴)하는 데 기여한다. 예를 들어, 상기 산화물로 구성된 원료 물질이 게르마늄 산화물(GeO2)인 경우, 상기 환원 반응은 다음과 같다.At this time, the hydrogen-based gas acts as a reducing agent for reducing the raw material composed of the oxide to form the nanostructure (specifically, after the seed is generated, the nanostructure is grown using the seed as a growth point) . For example, when the raw material composed of the oxide is germanium oxide (GeO 2 ), the reduction reaction is as follows.
GeO2 + 2H2 → Ge + 2H2O GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O
상기 환원 반응에 의하여 생성된 부산물(H2O)은, 수증기의 형태로 상기 반응기의 외부로 제거될 수 있다.The by-product (H 2 O) generated by the reduction reaction may be removed to the outside of the reactor in the form of steam.
이와 동시에, 상기 탄소계 기체는 상기 나노 구조체의 표면에 탄소 코팅층을 형성하는 역할을 주로 하며, 부가적으로 상기 산화물로 구성된 원료 물질을 환원시키는 역할을 수행하여 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 등의 형태로 상기 반응기의 외부로 배출될 수 있다.At the same time, the carbonaceous gas plays a role of forming a carbon coating layer on the surface of the nanostructure. In addition, the carbonaceous gas acts to reduce a raw material composed of the oxide to remove carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ) And may be discharged to the outside of the reactor.
즉, 상기 탄화수소계 기체의 분해 반응에 의하여 상기 산화물의 환원, 상기 나노 구조체의 성장, 및 상기 탄소 코팅층의 형성이 동시에 이루어지므로, 상기 반응 온도, 상기 탄화수소계 기체의 유량, 상기 반응의 지속 시간(즉, 상기 탄화수소계 기체의 유입 시간)은 최종적으로 수득되는 나노 구조체의 직경 및 길이, 그리고 그 표면에 형성된 코팅층의 두께를 결정하는 요인이 된다.That is, since the reduction of the oxide, the growth of the nanostructure, and the formation of the carbon coating layer are simultaneously performed by the decomposition reaction of the hydrocarbon gas, the reaction temperature, the flow rate of the hydrocarbon gas, That is, the inflow time of the hydrocarbon gas is a factor that determines the diameter and length of the finally obtained nanostructure and the thickness of the coating layer formed on the surface of the nanostructure.
구체적으로, 상기 탄화수소계 기체의 유입은, 1 내지 60분 동안 수행되는 것일 수 있다. 이러한 범위 내에서 상기 탄화수소계 기체의 유입 시간이 늘어날수록, 최종적으로 수득되는 나노 구조체의 직경 및 길이는 감소하는 반면에, 그 표면에 형성된 탄소 코팅층의 두께는 증가하는 경향이 있다.Specifically, the introduction of the hydrocarbon-based gas may be performed for 1 to 60 minutes. As the inflow time of the hydrocarbon gas within this range increases, the diameter and length of the finally obtained nanostructure decrease, while the thickness of the carbon coating layer formed on the surface tends to increase.
다만, 1분 미만의 단시간일 경우 상기 탄화수소계 기체의 분해 반응이 불충분하게 일어나며, 60분을 초과하는 장시간일 경우 탄소 코팅층이 지나치게 두껍게 형성되어 그 내부 소재(즉, 나노 구조체)의 특성을 저하시키는 문제가 있으므로, 상기와 같이 수행 시간을 한정하는 바이다. However, in the case of a short time of less than 1 minute, the decomposition reaction of the hydrocarbon gas occurs insufficiently, and when the time exceeds 60 minutes, the carbon coating layer is excessively thickened to deteriorate the properties of the inner material (i.e., nanostructure) Since there is a problem, the execution time is limited as described above.
보다 구체적으로, 상기 탄화수소계 기체의 유입은, 20 내지 30분 동안 수행되는 것일 수 있다.More specifically, the introduction of the hydrocarbon-based gas may be performed for 20 to 30 minutes.
또한, 상기 승온된 반응기 내 비활성 기체에 대한 탄화수소계 기체의 유량비는, 5:100 내지 15:100일 수 있다. 상기 탄화수소계 기체가 상기 범위를 초과하여 과량 유입될 경우에는 탄소 코팅층이 두껍게 혹은 불균일하게 형성되어 그 내부 소재(즉, 나노 구조체)의 특성을 저하시키는 문제가 있고, 상기 범위 미만으로 소량 유입될 경우에는 탄소 코팅층이 얇게 형성되어 그 내부 소재(즉, 나노 구조체)의 표면 전체를 뒤덮지 못하고 노출시키기는 문제가 있으므로, 상기 범위로 유량비를 한정하는 바이다.The flow ratio of the hydrocarbon gas to the inert gas in the reactor may be 5: 100 to 15: 100. When the hydrocarbon-based gas is introduced in an amount exceeding the above range, the carbon coating layer is thickly or non-uniformly formed to deteriorate the characteristics of the inner material (i.e., the nanostructure). When the hydrocarbon- There is a problem that the carbon coating layer is thinly formed and the entire surface of the inner material (i.e., the nanostructure) is not covered and exposed, so that the flow rate ratio is limited to the above range.
구체적으로, 상기 탄화수소계 기체의 유량은, 50 내지 500 sccm일 수 있다. 이러한 범위 내에서 상기 탄화수소계 기체의 유량이 증가될수록, 최종적으로 수득되는 나노 구조체의 직경 및 길이는 감소하는 반면에, 그 표면에 형성된 탄소 코팅층의 두께는 증가하는 경향이 있다.Specifically, the flow rate of the hydrocarbon gas may be 50 to 500 sccm. As the flow rate of the hydrocarbon gas is increased within this range, the diameter and length of the finally obtained nanostructure decrease while the thickness of the carbon coating layer formed on the surface tends to increase.
다만, 상기 범위로 탄화수소계 기체의 유량을 한정하며, 그 한정 이유는 상기 비활성 기체에 대한 탄화수소계 기체의 유량비를 한정한 이유와 같다.
However, the flow rate of the hydrocarbon gas is limited within the above range, and the reason for limiting the flow rate is the reason for limiting the flow rate ratio of the hydrocarbon gas to the inert gas.
상기 반응이 충분히 이루어진 이후, 상기 반응기의 온도가 상온에 도달할 때까지 냉각시켜, 나노 구조체를 최종적으로 수득할 수 있다. 상기 수득된 나노 구조체에 관한 설명은 전술한 바와 같다.
After the reaction is sufficiently carried out, the reactor may be cooled until the temperature of the reactor reaches room temperature to finally obtain the nanostructure. The description of the obtained nanostructure is as described above.
한편, 원료 물질이 되는 상기 탄화수소계 기체 및 상기 산화물 분말에 관한 설명은 다음과 같다.On the other hand, the description of the hydrocarbon base material and the oxide powder as raw materials is as follows.
상기 탄화수소계 기체는, 탄소 및 수소의 조합으로 생성된 화합물로서 기체 상태인 것이라면 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들면, 아세틸렌, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 에틸렌, 또는 이들의 혼합 기체인 것일 수 있다.The hydrocarbon gas is not particularly limited as long as it is a compound produced by a combination of carbon and hydrogen and is in a gaseous state. For example, acetylene, methane, ethane, propane, butane, ethylene, or a mixed gas thereof.
상기 산화물 분말은, 환원되어 상기 금속, 반도체, 또는 이들의 조합을 포함하는 나노 구조체가 될 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지는 않는다. 다만, 상기 산화물 분말의 녹는점은 상기 탄화수소계 기체의 분해가 일어나는 온도 범위 이상이고, 상기 산화물 분말이 환원된 물질의 녹는점은 상기 온도 범위와 낮거나 유사할 필요가 있다.The oxide powder is not particularly limited as long as it can be reduced to be a nano structure including the metal, semiconductor, or a combination thereof. However, the melting point of the oxide powder is higher than the temperature range in which the decomposition of the hydrocarbon gas occurs, and the melting point of the oxide powder-reduced material needs to be lower or similar to the temperature range.
예를 들면, 산화게르마늄(GeO2), 산화인듐(In2O3), 산화주석(SnO2), 산화안티몬(Sb2O3), 산화구리(CuO), 산화아연(ZnO), 산화비스무트(Bi2O3), 또는 이들의 조합을 포함하는 산화물 분말인 것일 수 있다.For example, it is possible to use a metal oxide such as GeO 2 , In 2 O 3 , SnO 2 , Sb 2 O 3 , CuO, ZnO, (Bi 2 O 3 ), or a combination thereof.
이때, 상기 산화물 분말을 이루는 입자들은, 다양한 구조를 가질 수 있다.
At this time, the particles constituting the oxide powder may have various structures.
다른 한편, 금속 산화물, 반도체 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 산화물 분말을 준비하는 단계;는, 기판을 준비하는 단계; 및 상기 산화물 분말을 상기 기판 위에 고르게 분포시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.On the other hand, preparing an oxide powder comprising a metal oxide, a semiconductor oxide, or a combination thereof comprises: preparing a substrate; And distributing the oxide powder evenly over the substrate.
이때, 상기 산화물 분말의 환원 및 상기 나노 구조체의 성장은, 상기 기판의 표면에서 이루어지는 것일 수 있다. 그 결과, 한쪽 끝이 상기 기판의 표면에 부착되고, 탄소 코팅층이 표면에 형성된 형태의 나노 구조체가 수득될 수 있다. At this time, the reduction of the oxide powder and the growth of the nanostructure may be performed on the surface of the substrate. As a result, a nanostructure in which one end is attached to the surface of the substrate and a carbon coating layer is formed on the surface can be obtained.
구체적으로, 상기 산화물 분말의 환원에 의하여 상기 기판의 표면에 씨드가 형성되고, 이를 성장점으로 하여 나노 구조체가 성장하며, 상기 나노 구조체의 표면에 탄소 코팅층이 형성될 수 있다. 도 2는, 이와 같이 기판 위에서 나노 구조체를 제조하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.Specifically, a seed is formed on the surface of the substrate by reduction of the oxide powder, and the nanostructure is grown using the seed as a growth point, and a carbon coating layer may be formed on the surface of the nanostructure. Fig. 2 schematically shows a method of manufacturing a nanostructure on a substrate in this manner.
상기 기판은, 상기 산화물 분말이 환원되어 형성된 금속, 반도체, 또는 이들의 조합을 포함하는 나노 구조체와 동종인 소재로 이루어진 것일 수 있고, 이종인 소재로 이루어진 것이어도 무방하다. The substrate may be made of a material similar to a nano structure including a metal, a semiconductor, or a combination thereof formed by reduction of the oxide powder, or may be made of a different material.
구체적으로, 상기 기판의 소재는 상기 산화물 분말이 환원되는 반응 및 상기 나노 구조체가 성장하는 반응에 영향을 미치지 않는 소재라면, 특별히 한정되지는 않는다.
Specifically, the material of the substrate is not particularly limited as long as it is a material that does not affect the reaction of reducing the oxide powder and the reaction of growing the nanostructure.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the following examples are only a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example 1: 탄소 코팅층이 형성된 게르마늄 나노 구조체의 제조 1: Preparation of germanium nanostructure formed with carbon coating layer
원료 물질로는 게르마늄 산화물(GeO2) 분말을 사용하고, 탄화수소계 기체로는 아세틸렌(C2H2) 기체를 사용하여, 탄소 코팅층이 형성된 게르마늄 나노 구조체를 제조하였다. Germanium oxide (GeO 2 ) powder was used as a raw material and acetylene (C 2 H 2 ) gas was used as a hydrocarbon gas. Thus, a germanium nanostructure having a carbon coating layer was prepared.
우선, 반응기인 열처리 로(Furnace)에 상기 게르마늄 산화물(GeO2) 분말 1g을 투입하였다. 이때, 상기 반응기에는 불활성 기체인 아르곤(Ar) 기체가 200 standard cubic centimeter per minute (sccm)의 유량으로 유입되도록 하였다.First, 1 g of the above-mentioned germanium oxide (GeO 2 ) powder was introduced into a heat treatment furnace as a reactor. At this time, argon (Ar) gas, which is an inert gas, was introduced into the reactor at a flow rate of 200 standard cubic centimeters per minute (sccm).
상기 반응기의 온도가 반응 온도(상기 아세틸렌 기체의 분해 반응이 일어나는 온도)에 도달할 때까지 분당 5 ℃씩 승온시킨 뒤, 상기 아르곤 기체와 함께 아세틸렌 기체를 더 투입하였다. 이때, 상기 아르곤 기체에 대한 상기 아세틸렌 기체의 유량비가 10:100이 되도록, 상기 아세틸렌 기체는 200 sccm의 유량으로 유입되도록 하였다.The temperature of the reactor was raised at a rate of 5 ° C per minute until the temperature of the reactor reached the reaction temperature (the temperature at which the decomposition reaction of the acetylene gas occurred), and then acetylene gas was added thereto together with the argon gas. At this time, the acetylene gas was introduced at a flow rate of 200 sccm such that the flow ratio of the acetylene gas to the argon gas was 10: 100.
상기 반응 온도를 800, 900, 및 950 ℃의 세 가지 경우로 달리하였으며, 각각에 대해 상기 혼합 기체가 20 분 동안 유입되도록 한 뒤, 상기 반응기의 온도가 상온에 도달할 때까지 냉각시켜, 최종적으로는 세 개의 샘플(탄소 코팅층이 형성된 게르마늄 나노 구조체)을 수득할 수 있었다.
The reaction temperature was varied in three cases of 800, 900, and 950 DEG C, and the mixed gas was allowed to flow for 20 minutes, and then the reactor was cooled until the temperature of the reactor reached room temperature. Finally, Could obtain three samples (a germanium nanostructure formed with a carbon coating layer).
실시예Example 2: 탄소 코팅층이 형성된 게르마늄 나노 구조체의 제조 2: Preparation of germanium nanostructure formed with carbon coating layer
탄화수소계 기체로 에틸렌(C2H4) 기체를 사용한 점, 그리고 상기 반응 온도를 900 ℃로 제어한 점을 제외하고는, 실시예 1 과 모두 동일한 과정을 수행하여 탄소 코팅층이 형성된 게르마늄 나노 구조체를 수득할 수 있었다.
Except that ethylene (C 2 H 4 ) gas was used as the hydrocarbon gas and that the reaction temperature was controlled at 900 ° C. The same procedure as in Example 1 was repeated to prepare a germanium nanostructure having a carbon coating layer formed thereon .
실시예Example 3: 탄소 코팅층이 형성된 게르마늄 나노 구조체의 제조 (니켈 3: Preparation of a germanium nanostructure having a carbon coating layer (nickel 기판 상에서On the substrate 제조된 경우) If manufactured)
3차원 구조를 가지는 니켈(Ni) 기판 위에서, 탄소 코팅층이 형성된 게르마늄 나노 구조체를 제조하였다. A germanium nanostructure having a carbon coating layer formed on a nickel (Ni) substrate having a three-dimensional structure.
이를 위해, 상기 니켈 기판 위에 상기 게르마늄 산화물(GeO2) 분말 1g을 고르게 분포시킨 뒤 상기 반응기에 투입한 점을 제외하고, 실시예 1과 모두 동일한 과정을 수행하였다.
For this, the same procedure as in Example 1 was carried out except that 1 g of the germanium oxide (GeO 2 ) powder was evenly distributed on the nickel substrate and then charged into the reactor.
실시예Example 4: 탄소 코팅층이 형성된 게르마늄 나노 구조체의 제조 (실리콘 4: Preparation of a germanium nanostructure having a carbon coating layer 기판 상에서On the substrate 제조된 경우) If manufactured)
상기 니켈 기판 대신 실리콘(Si) 기판을 사용한 점을 제외하고, 실시예 3과 모두 동일한 과정에 의하여 탄소 코팅층이 형성된 게르마늄 나노 구조체를 제조하였다.A germanium nanostructure having a carbon coating layer was prepared in the same manner as in Example 3, except that a silicon substrate was used in place of the nickel substrate.
상기 실리콘 기판으로는, 평면 구조 및 패턴 구조의 두 가지 기판을 사용하였다. 그 결과, 각 기판 위에서 제조된 두 개의 샘플(탄소 코팅층이 형성된 게르마늄 나노 구조체)을 수득할 수 있었다.
As the silicon substrate, two substrates having a planar structure and a pattern structure were used. As a result, it was possible to obtain two samples (germanium nanostructure formed with carbon coating layer) produced on each substrate.
실시예Example 5: 탄소 코팅층이 형성된 인듐 나노 구조체의 제조 5: Preparation of indium nano structure having carbon coating layer formed
원료 물질로 인듐 산화물(In2O3)을 사용한 점, 그리고 상기 반응기의 온도가 700 ℃에 도달할 때까지 승온시킨 점을 제외하고, 실시예 1과 모두 동일한 과정에 의하여 탄소 코팅층이 형성된 인듐 나노 구조체를 제조하였다.
Except that indium oxide (In 2 O 3 ) was used as a raw material and the temperature was raised until the temperature of the reactor reached 700 ° C. In the same manner as in Example 1, indium nano Structure.
비교예Comparative Example 1: 탄소 코팅층이 형성된 게르마늄 나노 구조체의 제조 1: Preparation of germanium nanostructure formed with carbon coating layer
상기 반응 온도가 600 ℃인 점을 제외하고, 실시예 1와 동일한 과정을 거쳐, 탄소 코팅층이 형성된 게르마늄 나노 구조체를 제조하였다.
The germanium nanostructure having a carbon coating layer was prepared through the same procedure as in Example 1, except that the reaction temperature was 600 ° C.
실험예Experimental Example 1: 주사전자현미경( 1: Scanning electron microscope ( ScanningScanning ElectronElectron MicroscopeMicroscope , , SEMSEM ) 사진 분석 I) Photo Analysis I
(1) (One) 실시예Example 1에 대한 For 1 SEMSEM 사진 분석 Photo analysis
실시예 1에서 반응 온도가 900 ℃ 및 950 ℃인 경우의 각 샘플에 대하여, 그 입체적 외향을 관찰하고자, SEM 사진을 촬영하였다. 그 결과는 각각 도 3(반응 온도: 900 ℃) 및 4 (반응 온도: 950 ℃)에 나타내었다.SEM photographs were taken for each sample in the case where the reaction temperature was 900 占 폚 and 950 占 폚 in Example 1 to observe the stereoscopic outward appearance. The results are shown in FIG. 3 (reaction temperature: 900 ° C.) and 4 (reaction temperature: 950 ° C.), respectively.
도 3 및 4에 따르면, 실시예 1에서 반응 온도가 900 ℃ 및 950 ℃인 경우 모두 상기 나노 구조체가 균일한 탄소 코팅층의 표면을 가지면서 고르게 성장한 것을 관찰할 수 있다. 또한, 일차원 형상의 나노 구조체가 조립되어 이차원 형상의 이차 입자를 형성하며, 이러한 이차 입자는 마이크로(㎛) 단위의 크기를 가지는 것을 확인할 수 있다.According to FIGS. 3 and 4, it can be seen that the nanostructure is uniformly grown on the surface of the uniform carbon coating layer when the reaction temperature is 900 ° C. or 950 ° C. in Example 1. It is also confirmed that the one-dimensional nanostructures are assembled to form secondary-shaped secondary particles, and these secondary particles have a size in the unit of micro (탆).
또한, 도 3 및 4를 대비할 때, 반응 온도가 보다 높은 경우(도 4)에 상기 이차 입자의 큰 것을 관찰할 수 있다, 이는, 게르마늄의 녹는점과 유사한 950? 이상의 온도는, 상기 일차 입자 내 나노 구조체의 직경이 더욱 크게 형성되도록 하며, 이러한 일차 입자가 조립된 이차 입자의 크기가 더욱 큰 것을 의미한다.Also, in comparison to Figures 3 and 4, it can be seen that the secondary particles are larger at higher reaction temperatures (Figure 4), which is similar to the melting point of germanium at 950? The above temperature means that the diameter of the nanostructure in the primary particle is made larger and the size of the secondary particle in which the primary particle is assembled is larger.
이로써, 상기 반응 온도가 600 ℃ 초과 1000 ℃ 미만의 범위 내에서 높아질수록, 나노 구조체의 직경이 더욱 크게 형성됨을 알 수 있다. 아울러, 이러한 나노 구조체의 표면에 탄소 코팅층이 형성된 일차 입자가 조립된 이차 입자의 크기 역시, 상기 반응 온도에 의존하여 증가하는 것을 이해할 수 있다.As a result, it can be seen that as the reaction temperature is higher than 600 ° C. and less than 1000 ° C., the diameter of the nanostructure is increased. In addition, it can be understood that the size of the secondary particles assembled with the primary particles having the carbon coating layer formed on the surface of the nanostructure increases depending on the reaction temperature.
(2) (2) 실시예Example 2에 대한 For 2 SEMSEM 사진 분석 Photo analysis
탄화수소계 기체의 종류에 따른 영향을 확인하기 위하여, 실시예 1과 달리 에틸렌(C2H4) 기체를 탄화수소계 기체로 사용한 실시예 2(반응 온도: 900 ℃)에 대해서도, 여러 차례 SEM 사진을 촬영하여 그 결과를 도 5 내지 8에 나타내었다.Unlike Example 1, Example 2 (reaction temperature: 900 ° C) in which ethylene (C 2 H 4 ) gas was used as a hydrocarbon gas was subjected to SEM photographing several times in order to confirm the effect of the kind of the hydrocarbon gas The results are shown in Figs. 5 to 8. Fig.
도 5 내지 8에 따르면, 실시예 2의 경우에도 실시예 1과 마찬가지로 상기 나노 구조체가 균일한 탄소 코팅층의 표면을 가지면서 고르게 성장하였으며, 일차원 형상의 나노 구조체가 조립되어 이차원 형상의 이차 입자를 형성하며, 이러한 이차 입자는 마이크로(㎛) 단위의 크기를 가지는 것을 확인할 수 있다.5 to 8, in the case of Example 2, the nanostructure was evenly grown with the surface of a uniform carbon coating layer as in Example 1, and one-dimensional nanostructures were assembled to form two-dimensional secondary particles , And it can be confirmed that such secondary particles have a size in the unit of micro (탆).
이에 따라, 상기 반응 온도에서 분해되어 탄소계 기체 및 수소계 기체를 생성시키고, 상기 수소계 기체에 의해 산화물을 포함하는 원료 물질을 환원시켜 나노 구조체를 형성하며, 이와 동시에 상기 탄소계 기체에 의해 상기 나노 구조체의 표면에 탄소 코팅층을 형성할 수 있는 물질이라면, 상기 탄화수소계 기체의 종류는 특별히 한정되지 않는 것으로 평가할 수 있다.Thus, the carbonaceous gas and the hydrogen-based gas are decomposed at the reaction temperature, and the raw material containing oxide is reduced by the hydrogen-based gas to form the nanostructure. At the same time, If the material is capable of forming a carbon coating layer on the surface of the nanostructure, the type of the hydrocarbon gas is not particularly limited.
(3) (3) 비교예Comparative Example 1에 대한 For 1 SEMSEM 사진 분석 Photo analysis
한편, 상기 반응 온도에 따른 영향을 확인하기 위하여, 실시예 1보다 반응 온도가 낮은 비교예 1(반응 온도: 600 ℃)에 대해서도, 여러 차례 SEM 사진을 촬영하여 그 결과를 도 9 및 10에 나타내었다.On the other hand, in order to confirm the effect of the reaction temperature, SEM photographs of Comparative Example 1 (reaction temperature: 600 ° C), which has a lower reaction temperature than Example 1, were taken several times and the results are shown in FIGS. .
도 9 및 10에 따르면, 비교예 1에서는 나노 구조체의 형상을 전혀 관찰할 수 없고, 도 3 및 4(실시예 1)에서는 나노 구조체의 형상이 뚜렷이 관찰되는 것과 대비된다. 다만, 비교예 1은 산화게르마늄 본래의 형상을 유지한 상태이며, 그 표면에는 균일한 탄화수소 코팅층이 형성된 것을 확인할 수 있다. According to Figs. 9 and 10, the shape of the nanostructure can not be observed at all in Comparative Example 1, and the shape of the nanostructure is clearly observed in Figs. 3 and 4 (Example 1). However, in Comparative Example 1, the original shape of the germanium oxide was maintained, and it was confirmed that a homogeneous hydrocarbon coating layer was formed on the surface.
이로써, 상기 반응 온도가 600 ℃ (비교예 1) 또는 그 미만인 낮은 온도일 경우에는 탄화수소계 기체가 분해되지 못하여, 산화물을 포함하는 원료 물질을 환원시킬 수 없고, 단지 이러한 원료 물질의 표면에 탄화수소 코팅층이 형성되는 것으로 평가할 수 있다.
As a result, When the reaction temperature is a low temperature such as 600 ° C (Comparative Example 1) or less, the hydrocarbon gas is not decomposed and the raw material containing oxide can not be reduced. Only a hydrocarbon coating layer is formed on the surface of the raw material .
실험예Experimental Example 2: 투과전자현미경( 2: Transmission electron microscope ( transmissiontransmission electronelectron microscopemicroscope , , TEMTEM ) 사진 분석 I) Photo Analysis I
실시예 1에서 반응 온도가 900 ℃ 및 950 ℃인 경우의 각 샘플에 대하여, 탄소 코팅층의 특성을 보다 구체적으로 관찰하고자, TEM 사진을 촬영하였다. 그 결과는 각각 도 11 및 12(반응 온도: 900 ℃), 및 도 13 및 14(반응 온도: 950 ℃)에 나타내었다.TEM photographs were taken to observe the characteristics of the carbon coating layer more specifically with respect to each sample in the case where the reaction temperatures were 900 ° C. and 950 ° C. in Example 1. The results are shown in Figs. 11 and 12 (reaction temperature: 900 DEG C), and Figs. 13 and 14 (reaction temperature: 950 DEG C), respectively.
도 11 내지 14 따르면, 실시예 1에서 반응 온도가 900 ℃ 및 950 ℃인 경우 모두 상기 탄소 코팅층이 상기 나노 구조체의 표면 전체를 균일하게 뒤덮은 형태로 성장한 것을 관찰할 수 있다. 보다 구체적으로 900℃에서 탄소 코팅층의 두께는 평균 10nm 정도로 형성되어 있으며, 950 ℃의 탄소 코팅층의 두께는 평균 35nm 정도로 두껍게 형성되어 있다.According to FIGS. 11 to 14, when the reaction temperature is 900 ° C. or 950 ° C. in Example 1, the carbon coating layer grows uniformly over the entire surface of the nanostructure. More specifically, at 900 ° C, the carbon coating layer has an average thickness of about 10 nm, and the carbon coating layer at 950 ° C has an average thickness of about 35 nm.
구체적으로, 상기 반응 온도가 900 ℃인 경우, 일차원 나노구조체가 조립되어 이차원 형상의 이차 입자를 형성하고 있으며, 이러한 이차 입자는 마이크로(㎛) 단위의 크기를 가지며, 계층적 구조를 이루는 것을 확인할 수 있다 (도 11 및 12).Specifically, when the reaction temperature is 900 ° C., the one-dimensional nanostructure is assembled to form secondary particles of a secondary shape, and it is confirmed that such secondary particles have a size of micro (㎛) (Figs. 11 and 12).
한편, 상기 반응 온도가 게르마늄 녹는점과 유사한 950 ℃인 경우, 상기 일차 입자 내 나노 구조체가 더욱 큰 마이크로(㎛) 단위의 크기로 성장하며, 이러한 일차 입자가 조립된 이차 입자의 크기가 더욱 큰 것을 확인할 수 있다(도 13 및 14).On the other hand, when the reaction temperature is 950 DEG C, which is similar to the melting point of germanium, the nanostructure in the primary particle grows in a larger micro (mu m) unit size, and the size of the secondary particle (Figs. 13 and 14).
이로써, 실험예 1에서 확인한 바와 같이, 상기 반응 온도가 600 ℃ 초과 1000 ℃ 미만의 범위 내에서 높아질수록, 나노 구조체의 직경이 더욱 크게 형성되며, 이러한 나노 구조체를 포함하는 일차 입자가 조립된 이차 입자의 크기 역시 상기 반응 온도에 의존하여 증가하는 것을 이해할 수 있다.
As a result, as shown in Experimental Example 1, the higher the reaction temperature is in the range from higher than 600 ° C. to less than 1000 ° C., the larger the diameter of the nanostructure is, and the higher the secondary particles Can also be increased depending on the reaction temperature.
실험예Experimental Example 3: 3: 엑스선회절X-ray diffraction (X-(X- RayRay DiffractionDiffraction , , XRDXRD ) 그래프 분석) Graph analysis
실시예 1에서 반응 온도가 800, 900, 및 950 ℃인 경우의 각 샘플에 대하여, 구조적 특성을 확인하고자, X-ray diffraction pattern(XRD) 분석을 실시하여 그 결과를 도 15의 그래프로 나타내었다.X-ray diffraction pattern (XRD) analysis was performed on each sample in the case where the reaction temperature was 800, 900, and 950 ° C in Example 1 to confirm the structural characteristics, and the results are shown in the graph of FIG. 15 .
도 15에 따르면, 실시예 1에서 반응 온도가 800, 900, 및 950 ℃인 경우 모두, 최종적으로 수득되는 나노 구조체 내 게르마늄이 포함된 것으로 나타난다. According to Fig. 15, in the case of reaction temperatures of 800, 900, and 950 占 폚 in Example 1, the germanium in the finally obtained nanostructure appears to be contained.
이로써, 상기 반응 온도가 600 ℃ 초과 1000 ℃ 미만의 범위에 속할 때, 원료 물질인 게르마늄 산화물이 게르마늄으로 환원되는 것을 확인할 수 있다. As a result, when the reaction temperature is in the range of more than 600 ° C and less than 1000 ° C, it can be confirmed that germanium oxide as a raw material is reduced to germanium.
나아가, 실험예 1 및 2의 결과와 종합하여 볼 때, 상기 온도 범위에서 원료 물질인 게르마늄 산화물이 환원되어 게르마늄 나노 구조체가 형성됨과 동시에, 상기 게르마늄의 표면에는 탄소 코팅층이 형성됨을 추론할 수 있다.
In addition, it can be deduced that the germanium nanostructure is formed by reducing the germanium oxide as a raw material in the temperature range in combination with the results of Experimental Examples 1 and 2, and a carbon coating layer is formed on the surface of the germanium.
실험예Experimental Example 4: 결정 크기 분석 4: Crystal size analysis
도 15에 따른 XRD 그래프로부터 Scherrer 수식을 이용하여 각 샘플의 결정 크기를 계산하였다. 그 결과는 도 10의 도표로 나타내었다. From the XRD graph of FIG. 15, the crystal size of each sample was calculated using the Scherrer equation. The results are plotted in Fig.
도 16에 따르면, 상기 반응 온도가 600 ℃ 초과 1000 ℃ 미만의 범위 내에서 높아질수록, 샘플의 결정 크기는 줄어드는 것을 확인할 수 있다. According to FIG. 16, it can be confirmed that the crystal size of the sample decreases as the reaction temperature is higher than 600 ° C and less than 1000 ° C.
이로써, 낮은 반응 온도에서 생성된 게르마늄 나노 구조체는 성장점의 수가 적고 결정 크기가 크며, 높은 반응 온도에서 생성된 게르마늄 나노 구조체는 성장점의 수가 많고 결정크기가 작음을 추론할 수 있다.
As a result, it can be inferred that the germanium nanostructure produced at a low reaction temperature has a small number of growth points and a large crystal size, and that the germanium nanostructure produced at a high reaction temperature has a large number of growth points and a small crystal size.
실험예Experimental Example 5: 라만 분광법( 5: Raman spectroscopy ( RamanRaman spectroscopyspectroscopy )에 따른 분석) Analysis according to
도 17은, 실시예 1에서 반응 온도가 800, 900, 및 950 ℃인 경우의 각 샘플에 대하여, 라만 분광법(Raman spectroscopy)에 따른 분석 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 17 is a graph showing the results of analysis according to Raman spectroscopy for each sample when the reaction temperature was 800, 900, and 950 ° C. in Example 1. FIG.
도 17을 통해 탄소 코팅층의 특성을 확인할 수 있으며, 상기 반응 온도가 900 ℃ 이상인 경우에는 게르마늄(내부 소재, 즉, 나노 구조체)의 특성보다는 탄소계(코팅층)의 특성이 두드러지는 것으로 파악된다. 이는, 탄소 코팅층이 라만 분광법이 측정할 수 있는 범위보다 두껍게 형성되어 측정할 수 없음을 의미한다.
FIG. 17 shows the characteristics of the carbon coating layer. When the reaction temperature is 900 ° C or higher, the characteristics of the carbon-based (coating layer) are more noticeable than the properties of germanium (internal material, ie, nanostructure). This means that the carbon coating layer can not be measured because it is formed thicker than the range that can be measured by Raman spectroscopy.
실험예Experimental Example 6: 주사전자현미경( 6: Scanning electron microscope ( ScanningScanning ElectronElectron MicroscopeMicroscope , , SEMSEM ) 사진 분석 ) Photo analysis IIII
기판 위에서 제조된 게르마늄 나노 구조체들(실시예 3 및 4)의 입체적 외향을 관찰하고자, 각각에 대한 SEM 사진을 촬영하였다. To observe the stereoscopic outward appearance of the germanium nanostructures (Examples 3 and 4) prepared on the substrate, SEM photographs were taken for each.
구체적으로, 도 18 및 19은, 3차원 니켈 기판 위에서 제조된 실시예 3(반응 온도: 900 ℃)에 관한 것이다. 도 18 및 19에 따르면, 3차원 니켈 기판 위에 정렬된 방향으로 나노 구조체가 성장된 것을 확인할 수 있다, 이는 곧, 다양한 소자로의 적용 가능성을 의미한다. Specifically, Figs. 18 and 19 relate to Example 3 (reaction temperature: 900 DEG C) produced on a three-dimensional nickel substrate. According to FIGS. 18 and 19, it can be seen that the nanostructures are grown in an aligned direction on the three-dimensional nickel substrate, which means the applicability to various devices.
또한, 도 20 및 21은, 각각 패턴되지 않은 실리콘 기판 및 패턴된 실리콘 기판에서 제조된 실시예 4에 관한 것이다. 도 20 및 21에 따르면, 패턴된 실리콘 기판과 패턴이 없는 일반 실리콘 기판위에 성장하는 현상을 관찰할 수 있으며, 패턴의 경우 (100) 결정면 보다 (111) 결정면이 더 잘 성장할 수 있음을 보여준다. Further, Figs. 20 and 21 relate to Example 4, which is made from a non-patterned silicon substrate and a patterned silicon substrate, respectively. According to FIGS. 20 and 21, the phenomenon of growth on a patterned silicon substrate and a general silicon substrate without a pattern can be observed, and it can be seen that the (111) crystal face of the pattern can grow more than the (100) crystal face.
이에 따라, 본 발명의 일 구현예에 따른 나노 구조체의 제조 방법은, 다양한 주기 또는 모양으로 패턴된 기판 위에 상기 나노 구조체를 성장시킬 수 있는 방법으로 평가된다. 아울러, 이로부터 수득된 나노 구조체는 다양한 분야에서 활용 가능할 것으로 예상된다.
Accordingly, a method of fabricating a nanostructure according to an embodiment of the present invention can be evaluated as a method of growing the nanostructure on a substrate patterned in various cycles or shapes. In addition, the nanostructures obtained therefrom are expected to be applicable in various fields.
실험예Experimental Example 7: 주사전자현미경( 7: Scanning Electron Microscope ( ScanningScanning ElectronElectron MicroscopeMicroscope , , SEMSEM ) 사진 분석 ) Photo analysis IIIIII
실시예 5에서 제조된 인듐 나노 구조체의 입체적 외향을 관찰하고자, 이에 대한 SEM 사진을 촬영하였다. 구체적으로, 도 22 및 23은, 제조된 실시예 5(반응 온도: 700 ℃)에 관한 것이다. SEM photographs were taken to observe the stereoscopic outward appearance of the indium nanostructure prepared in Example 5. Specifically, Figs. 22 and 23 relate to the produced Example 5 (reaction temperature: 700 캜).
도 22 및 23에 따르면, 실시예 1과 유사한 모양 및 크기로 탄소 코팅된 인듐 나노 구조체가 형성된 것을 관찰할 수 있다. 22 and 23, it can be observed that a carbon-coated indium nano-structure is formed in a shape and size similar to those of the first embodiment.
이에 따라, 본 발명의 일 구현예에 따른 나노 구조체의 제조 방법은, 다양한 금속 소재의 나노 구조체를 쉽고 간편한 방식으로 제조함과 동시에, 그 표면에 탄소 코팅이 이루어지도록 하여, 내부식성 및 내산화성을 확보한 소재로 이용 가능하게끔 하는 이점이 있다.
Accordingly, a method of fabricating a nanostructure according to an embodiment of the present invention can easily and easily fabricate nanostructures of various metal materials and carbon coating the surface of the nanostructure, thereby improving corrosion resistance and oxidation resistance There is an advantage that it can be used as a secured material.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
Claims (23)
상기 나노 구조체의 표면에 위치하고, 탄소로 이루어진 코팅층;을 포함하고,
상기 나노 구조체; 및 상기 탄소 코팅층;은 동시에 형성된 것인,
나노 구조체.
A nanostructure comprising a metal, a semiconductor, or a combination thereof; And
And a coating layer formed on the surface of the nanostructure and made of carbon,
The nanostructure; And the carbon coating layer are simultaneously formed.
Nanostructures.
상기 나노 구조체;는, 금속 산화물, 반도체 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 산화물로 구성된 원료 물질로부터 형성되고,
상기 탄소 코팅층;은, 탄화수소계 기체로부터 형성된 것인,
나노 구조체.
The method according to claim 1,
The nanostructure is formed from a raw material composed of an oxide including a metal oxide, a semiconductor oxide, or a combination thereof,
Wherein the carbon coating layer is formed from a hydrocarbon-
Nanostructures.
상기 나노 구조체; 및 상기 탄소 코팅층;은,
상기 산화물로 구성된 원료 물질 및 상기 탄화수소계 기체의 반응으로부터 동시에 형성된 것인,
나노 구조체.
3. The method of claim 2,
The nanostructure; And the carbon coating layer
The raw material composed of the oxide and the hydrocarbon gas.
Nanostructures.
상기 나노 구조체;는,
게르마늄(Ge), 인듐(In), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 구리(Cu), 아연(Zn), 비스무트(Bi), 또는 이들의 조합을 포함하는 것인,
나노 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the nanostructure comprises:
Wherein the barrier layer comprises germanium (Ge), indium (In), tin (Sn), antimony (Sb), copper (Cu), zinc (Zn), bismuth (Bi)
Nanostructures.
상기 나노 구조체;의 형상은,
나노와이어(nanowire), 나노헬릭스(nanohelix), 나노막대(nanorod), 나노리본(nanoribbon), 나노스프링(nanospring), 및 나노콘(nanocone)을 포함하는 군에서 선택된 일차원 형상인 것인,
나노 구조체.
The method according to claim 1,
The shape of the nanostructure may be, for example,
Which is a one-dimensional shape selected from the group consisting of nanowires, nanohelix, nanorods, nanoribbons, nanosprings, and nanocones.
Nanostructures.
상기 나노 구조체;의 모양은,
일차원 형상의 나노와이어가 조립되어 이차원 형상의 계층적 구조를 이룬 것인,
나노 구조체.
The method according to claim 1,
The shape of the nanostructure,
Dimensional nanowires are assembled to form a two-dimensional hierarchical structure.
Nanostructures.
상기 나노 구조체;의 직경은,
10 내지 500 ㎚인,
나노 구조체.
The method according to claim 1,
The diameter of the nanostructure,
10 to 500 nm,
Nanostructures.
상기 나노 구조체;의 길이는,
1 내지 수백 ㎛인,
나노 구조체.
The method according to claim 1,
The length of the nanostructure is,
1 to several hundreds of micrometers,
Nanostructures.
상기 탄소 코팅층;은,
상기 나노 구조체;의 표면 전체를 균일하게 뒤덮은 형태인,
나노 구조체.
The method according to claim 1,
The carbon coating layer
Wherein the nanostructure is uniformly coated over the entire surface of the nanostructure,
Nanostructures.
상기 탄소 코팅층;의 두께는,
10 내지 300 ㎚인,
나노 구조체.
The method according to claim 1,
The thickness of the carbon coating layer is,
10 to 300 nm,
Nanostructures.
상기 탄소 코팅층;에 대한, 상기 나노 구조체;의 중량비는,
5: 95 내지 50: 50인,
나노 구조체.
The method according to claim 1,
The weight ratio of the nanostructure to the carbon coating layer,
5: 95 to 50: 50,
Nanostructures.
상기 산화물 분말에 탄화수소계 기체를 흘려주는 단계;를 포함하고,
상기 산화물 분말에 탄화수소계 기체를 흘려주는 단계;는,
(a) 상기 탄화수소계 기체에 의해 산화물 분말이 환원되어 씨드(seed)를 형성하는 단계;
(b) 상기 씨드로부터 금속, 반도체, 또는 이들의 조합을 포함하는 나노 구조체가 성장하는 단계; 및
(c) 상기 나노 구조체의 표면에 탄소 코팅층이 형성되는 단계;
를 포함하고,
상기 (a), (b), 및 (c) 단계는 동시에 수행되는 것인,
나노 구조체의 제조 방법.
Preparing an oxide powder comprising a metal oxide, a semiconductor oxide, or a combination thereof; And
And flowing a hydrocarbon gas through the oxide powder,
Flowing a hydrocarbon gas through the oxide powder,
(a) forming a seed by reducing the oxide powder by the hydrocarbon gas;
(b) growing a nanostructure comprising a metal, a semiconductor, or a combination thereof from the seed; And
(c) forming a carbon coating layer on the surface of the nanostructure;
Lt; / RTI >
Wherein steps (a), (b), and (c) are performed concurrently.
A method for producing a nanostructure.
상기 산화물 분말에 탄화수소계 기체를 흘려주는 단계;는,
불활성 기체가 유입되는 반응기에 상기 산화물 분말을 투입하는 단계;
상기 반응기 내 온도를 승온시키는 단계; 및
상기 승온된 반응기 내 탄화수소계 또는 탄화수소계/수소 혼합 기체를 유입시키는 단계;를 포함하는 것인,
나노 구조체의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Flowing a hydrocarbon gas through the oxide powder,
Introducing the oxide powder into a reactor into which an inert gas is introduced;
Raising the temperature in the reactor; And
And introducing a hydrocarbon-based or hydrocarbon-based / hydrogen mixed gas in the heated reactor.
A method for producing a nanostructure.
상기 반응기 내 온도를 승온시키는 단계;는,
상기 반응기 내 온도가 600 ℃ 초과 1000 ℃ 미만의 범위에 도달할 때까지 승온시키는 것인,
나노 구조체의 제조 방법.
14. The method of claim 13,
Raising the temperature in the reactor,
Lt; RTI ID = 0.0 > 600 C < / RTI > to < RTI ID = 0.0 > 1000 C <
A method for producing a nanostructure.
상기 승온된 반응기 내 온도 범위에서,
상기 탄화수소계 기체가 분해되는 것인,
나노 구조체의 제조 방법.
15. The method of claim 14,
In the temperature range within the reactor,
Wherein the hydrocarbon gas is decomposed.
A method for producing a nanostructure.
상기 승온된 반응기 내 탄화수소계 기체를 유입시키는 단계;는,
1 내지 60분 동안 수행되는 것인,
나노 구조체의 제조 방법.
14. The method of claim 13,
Introducing the hydrocarbon-based gas in the reactor into the reactor;
Lt; RTI ID = 0.0 > 1-60 < / RTI &
A method for producing a nanostructure.
상기 승온된 반응기 내 탄화수소계 기체를 유입시키는 단계;에서,
상기 승온된 반응기 내 비활성 기체에 대한 탄화수소계 기체의 유량비는,
5:100 내지 15:100인 것인,
나노 구조체의 제조 방법.
14. The method of claim 13,
Introducing the hydrocarbon-based gas in the heated reactor;
The flow rate ratio of the hydrocarbon gas to the inert gas in the reactor,
5: 100 to 15: 100.
A method for producing a nanostructure.
상기 탄화수소계 기체의 유량은,
50 내지 500 sccm인 것인,
나노 구조체의 제조 방법.
18. The method of claim 17,
The flow rate of the hydrocarbon-
50 to 500 sccm.
A method for producing a nanostructure.
상기 탄화수소계 기체는,
아세틸렌, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 에틸렌, 프로필렌, 또는 이들의 혼합 기체인 것인,
나노 구조체의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
The hydrocarbon-
Acetylene, methane, ethane, propane, butane, ethylene, propylene, or a mixture thereof.
A method for producing a nanostructure.
상기 산화물 분말은,
산화게르마늄(GeO2), 산화인듐(In2O3), 산화주석(SnO2), 산화안티몬(Sb2O3), 산화구리(CuO), 산화아연(ZnO), 산화비스무트(Bi2O3), 또는 이들의 조합을 포함하는 산화물 분말인 것인,
나노 구조체의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
The oxide powder may contain,
Germanium oxide (GeO 2), indium (In 2 O 3), tin oxide (SnO 2), antimony oxide (Sb 2 O 3), copper oxide (CuO), zinc oxide (ZnO), bismuth oxide (Bi 2 O oxide 3 ), or a combination thereof.
A method for producing a nanostructure.
금속 산화물, 반도체 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 산화물 분말을 준비하는 단계;는,
기판을 준비하는 단계; 및
상기 산화물 분말을 상기 기판 위에 고르게 분포시키는 단계;를 포함하는 것인,
나노 구조체의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Preparing an oxide powder comprising a metal oxide, a semiconductor oxide, or a combination thereof;
Preparing a substrate; And
And distributing the oxide powder evenly over the substrate.
A method for producing a nanostructure.
상기 산화물 분말의 환원 및 상기 나노 구조체의 성장은,
상기 기판의 표면에서 이루어지는 것인,
나노 구조체의 제조 방법.
22. The method of claim 21,
The reduction of the oxide powder and the growth of the nanostructure may be carried out,
Wherein the substrate is formed on the surface of the substrate.
A method for producing a nanostructure.
상기 기판은,
게르마늄(Ge), 인듐(In), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 구리(Cu), 아연(Zn), 비스무트(Bi), 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것인,
나노 구조체의 제조 방법.
22. The method of claim 21,
Wherein:
And is made of any one selected from the group consisting of Ge, In, Sn, Sb, Cu, Zn, Bi, ,
A method for producing a nanostructure.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020150018206A KR101702404B1 (en) | 2015-02-05 | 2015-02-05 | Nano structures, and method for manufacturing the same |
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|---|---|---|---|---|
| KR20120035079A (en) * | 2010-10-04 | 2012-04-13 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | Negative active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same |
| KR20140022679A (en) * | 2012-08-14 | 2014-02-25 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | Negative electrode active material for rechargeable lithium battery, method for preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same |
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2015
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| YHuang, et al., A novel method for preparing carbon-coated germanium nanowires, Nanotechnology, 2005, Vol. 16, pp. 1369-1371.* * |
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