KR20170061086A - Process for producing boron nitride structure using interface reaction of vapor-liquid phases - Google Patents
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Abstract
질화 붕소 구조체의 제조 방법이 제공된다. 상기 질화 붕소 구조체의 제조 방법은, 고체 상태의 붕소 소스, 및 고체 상태의 질소 소스를 준비하는 단계, 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 혼합하는 단계, 및 혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 열처리하고, 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스가 기-액상 계면 반응을 하여 질화 붕소 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. A method for producing a boron nitride structure is provided. Wherein the boron nitride structure is prepared by preparing a boron source in a solid state and a nitrogen source in a solid state, mixing the boron source and the nitrogen source, and heat-treating the mixed boron source and the nitrogen source, And subjecting the boron source and the nitrogen source to a vapor-liquid interface reaction to produce a boron nitride structure.
Description
본 발명은 기-액상 계면 반응을 이용한 질화 붕소 구조체의 제조 방법에 관한 것으로, 고체 소스와 기-액상 계면 반응을 이용한 질화 붕소 구조체의 제조 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a method for producing a boron nitride structure using a gas-liquid interface reaction, and relates to a method for producing a boron nitride structure using a solid-state source and a gas-liquid interface reaction.
질화붕소(Boron nitride, BN)는 B와 N의 화합물로 육방정계(六方晶系) 질화붕소, 입방정계(立方晶系) 질화붕소, 울츠광(鑛, wurtzite) 질화붕소, 능면체정계(菱面體晶系) 질화붕소를 총칭한다. 질화붕소는 백색, 전기 절연성, 고융점, 고경도, 높은 가공성의 물리적 특성을 응용하여 다양한 분야에 적용되고 있으며, 더 자세하게는 낮은 마찰계수로 인하여 화장품의 첨가제나 이형제, 마찰 윤활 첨가제로 쓰이고, 화학적, 열적 안정성과 열전도도가 높아 고온용 도가니로도 이용되며, 뛰어난 방열 특성으로 인하여 방열재용 필러로도 각광받고 있다. Boron nitride (BN) is a compound of B and N, which is composed of hexagonal boron nitride, cubic boron nitride, wurtzite boron nitride, rhombohedral And boron nitride). Boron nitride is applied to various fields by applying white, electric insulation, high melting point, high hardness and high processability physical properties, and more specifically, it is used as additive for cosmetics, releasing agent and friction lubrication additive due to low friction coefficient, , It is also used as a crucible for high temperature because of its high thermal stability and thermal conductivity, and it is also attracting attention as a filler for heat dissipation material due to its excellent heat dissipation property.
이에 따라, 질화붕소 및 그 제조 방법에 관한 다양한 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어, 대한 민국 특허 공개 공보 10-2015-0060970(출원번호: 10-2015-7011253, 출원인: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤)에는 입방정 질화붕소의 함유 율이 50 체적% 이상 85 체적% 이하이고, 촉매의 함유율이 0.5 질량% 이상 5 질량% 이하이며, 입방정 질화 붕소 소결체의 조직의 8 μm X 8 μm 의 영역을 주사형 투과 전자 현미경으로 관찰하여 얻어진 화상을 4행 4열의 부 분 영역으로 분할하는 선분 상에서 조성 분석을 행하고, 선분 상의 임의의 측정점에서의 질소의 검출 피크값과 붕소의 검출 피크값의 합계값을 산출하며, 상기 합계값이 합계값의 전체 측정점에서의 최대값의 절반 이하인 측 정점을 결합부 측정점이라고 결정하고, 결합부 측정점의 총수에 대한, 결합부 측정점 중 촉매 원소가 검출되지 않은 측정점수의 비율이 30% 이하인 입방정 질화붕소 소결체 및 그 제조 방법을 제공한다.Accordingly, various techniques relating to boron nitride and a manufacturing method thereof have been developed. For example, Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0060970 (Application No. 10-2015-7011253, filed by Sumitomo Denko Hard Metal Co., Ltd.) discloses that the content ratio of cubic boron nitride is 50 vol% or more and 85 vol% %, And the content of the catalyst is not less than 0.5% by mass and not more than 5% by mass. The area of 8 占 퐉 8 占 퐉 of the structure of the cubic boron nitride sintered body is observed by a scanning transmission electron microscope, And calculating the sum of the detection peak value of nitrogen and the detection peak value of nitrogen at an arbitrary measurement point on the line segment, and when the sum value is the sum of the maximum value at the total measurement point of the total value And the ratio of the number of measurement points at which the catalytic element is not detected in the joint portion measurement point to the total number of joint portion measurement points is 30% or less, It provides a sintered body and a method of manufacturing the same.
이 밖에도, 질화붕소 및 그 제조 방법에 관한 다양한 기술들이 연구 개발되고 있다. In addition, various technologies related to boron nitride and a manufacturing method thereof are being researched and developed.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 제조 비용이 감소된 기-액상 계면 반응을 이용한 질화 붕소 구조체의 제조 방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method of manufacturing a boron nitride structure using a vapor-liquid interface reaction with a reduced manufacturing cost.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 대량 생산이 용이한 기-액상 계면 반응을 이용한 질화 붕소 구조체의 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for producing a boron nitride structure using a vapor-liquid interface reaction which facilitates mass production.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고순도의 육방정계 질화 붕소 구조체의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a high-purity hexagonal boron nitride structure.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 환경친화적인 기-액상 계면 반응을 이용한 질화 붕소 구조체의 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for producing a boron nitride structure using an environmentally friendly vapor-liquid interface reaction.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 기-액상 계면 반응을 이용한 질화 붕소 구조체의 제조 방법을 제공하는 데 있다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a method for producing a boron nitride structure using a vapor-liquid interface reaction.
일 실시 예에 따르면, 상기 질화 붕소 구조체의 제조 방법은, 고체 상태의 붕소 소스, 및 고체 상태의 질소 소스를 준비하는 단계, 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 혼합하는 단계, 및 혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 불활성 기체가 투입된 반응기 내에 넣고 열처리하되, 열처리된 상기 붕소 소스는 용융되어 액체상태가 되고, 열처리된 상기 질소 소스는 기화(evaporation)되어 기체상태가 되고, 액체 상태의 상기 붕소 소스 및 기체 상태의 상기 질소 소스가 기-액상 계면(vapor-liquid phases) 반응을 하여 질화 붕소 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method of making a boron nitride structure comprises the steps of: preparing a solid state boron source and a solid state nitrogen source; mixing the boron source and the nitrogen source; And the nitrogen source is placed in a reactor filled with an inert gas and subjected to heat treatment, wherein the heat-treated boron source is melted to become a liquid state, and the heat-treated nitrogen source is evaporated to become a gaseous state, And subjecting the nitrogen source in gaseous state to a vapor-liquid phase reaction to produce a boron nitride structure.
일 실시 예에 따르면, 상기 질화 붕소 구조체의 제조 방법은, 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스의 몰 비(mole fraction)에 따라, 상기 질화 붕소 구조체의 결정화도, 크기, 및 넓이가 조절되는 것을 포함According to one embodiment, the method of producing a boron nitride structure includes controlling the crystallinity, size and width of the boron nitride structure depending on the mol fraction of the boron source and the nitrogen source
일 실시 예에 따르면, 상기 질화 붕소 구조체는, 혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 열처리하는 단계의 온도, 승온 속도(heating rate), 및 온도 유지 시간에 따라 상기 질화 붕소 구조체의 결정화도, 크기, 및 넓이가 조절되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the boron nitride structure may have a crystallinity, a size, and a crystallinity of the boron nitride structure depending on the temperature, the heating rate, and the temperature holding time of the step of heat-treating the mixed boron source and the nitrogen source, And the width may be adjusted.
일 실시 예에 따르면, 상기 질화 붕소 구조체는, 육방정계(hexagonal) 결정 구조를 갖는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the boron nitride structure may include one having a hexagonal crystal structure.
일 실시 예에 따르면, 상기 질화 붕소 구조체의 제조 방법은, 상기 질화 붕소 구조체를 용매에 분산시키는 단계, 및 분산된 상기 질화 붕소 구조체를 박리하여 질화 붕소 나노시트, 나노로드(nanorod), 나노와이어 또는 나노파티클을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method of manufacturing a boron nitride structure includes the steps of: dispersing the boron nitride structure in a solvent; and separating the boron nitride structure by dispersing the boron nitride structure into a boron nitride nanosheet, a nanorod, The method may further comprise the step of producing nanoparticles.
일 실시 예에 따르면, 상기 용매는, 헥산(Hexane), 아세톤(Acetone), 메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone), 메틸이소부틸케톤(Methyl isobutyl ketone), 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran), N메틸2피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone), 디메틸포름아미드(Dimethyl formamide), 클로로포름(Chloroform), 증류수(water), 이소프로판올(Isopropanol), 이소부탄올(Isobutanol), 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 및 글리세롤(Glycerol) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the solvent is selected from the group consisting of hexane, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, benzene, toluene, tetra N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl formamide, chloroform, distilled water, isopropanol, isobutanol, isobutanol, , Ethanol, methanol, ethylene glycol, and glycerol.
일 실시 예에 따르면, 상기 붕소 소스는, 산화붕소(B2O3), 붕산(HBO3), 및 테트라보릭에시드(H2B4O7) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the boron source may comprise at least one of boron oxide (B 2 O 3 ), boric acid (HBO 3 ), and tetraboric acid (H 2 B 4 O 7 ).
일 실시 예에 따르면, 상기 질소 소스는, 멜라닌(melanin), 피라진(pyrazine), 및 요소(urea) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the nitrogen source may comprise at least one of melanin, pyrazine, and urea.
본 발명의 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체의 제조 방법은, 고체 상태의 상기 붕소 소스, 및 고체 상태의 상기 질소 소스를 준비하는 단계, 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 혼합하는 단계, 및 혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 불활성 기체가 투입된 반응기 내에 넣고 열처리하되, 열처리된 상기 붕소 소스는 용융되어 액체상태가 되고, 열처리된 상기 질소 소스는 기화(evaporation)되어 기체상태가 되고, 액체 상태의 상기 붕소 소스 및 기체 상태의 상기 질소 소스가 기-액상 계면(vapor-liquid phases) 반응을 하여 질화 붕소 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. A method for producing a boron nitride structure according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing the boron source in a solid state and the nitrogen source in a solid state, mixing the boron source and the nitrogen source, The boron source and the nitrogen source are placed in a reactor charged with an inert gas and heat-treated, and the heat-treated boron source is melted to become a liquid state, and the heat-treated nitrogen source is evaporated to become a gaseous state, The boron source and the nitrogen source in gaseous state may be subjected to a vapor-liquid phase reaction to produce a boron nitride structure.
또한, 상기 질화 붕소 구조체의 결정화도, 크기, 및 넓이는 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스의 몰 비, 혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 열처리 하는 단계의 온도, 승온 속도, 및 온도 유지 시간에 따라 조절될 수 있다. The crystallinity, size, and width of the boron nitride structure may vary depending on the molar ratio of the boron source and the nitrogen source, the temperature of the step of heat-treating the mixed boron source and the nitrogen source, the temperature raising rate, Lt; / RTI >
고체 상태의 상기 붕소 소스 및 고체 상태의 상기 질소 소스로부터 상기 질화 붕소 구조체가 제조됨에 따라, 상기 질화 붕소 구조체를 간단한 장비로 용이하게 제조할 수 있다. 이에 따라, 저비용으로 상기 질화 붕소 구조체를 제조할 수 있고, 용이하게 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 상기 질화 붕소 구조체를 제조하는데 암모니아 가스가 사용되지 않아, 친환경적으로 상기 질화 붕소 구조체를 제조할 수 있다.As the boron nitride structure is produced from the boron source in the solid state and the nitrogen source in the solid state, the boron nitride structure can be easily manufactured by simple equipment. Accordingly, the boron nitride structure can be manufactured at low cost, and it is possible to mass-produce the boron nitride structure easily. In addition, since the ammonia gas is not used to produce the boron nitride structure, the boron nitride structure can be produced environmentally.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체의 결정 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체를 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트를 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체의 제조 온도에 따른 X선 회절패턴을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체의 제조 온도 유지 시간에 따른 X선 회절패턴을 나타내는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트를 현미경 분석 촬영한 사진이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트의 두께 분포를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트의 형광(Photoluminescene, PL) 분석 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트의 자외선-가시광선 영역 흡광(UV-Vis absorption) 분석 그래프이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시 예에 따른 질화 붕소 나노시트의 UV-DRS spectra를 나타내는 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a boron nitride structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a crystal structure of a boron nitride structure according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are photographs of a boron nitride structure according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph of a hexagonal boron nitride nanosheet according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing an X-ray diffraction pattern according to the production temperature of a boron nitride structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a boron nitride structure according to an embodiment of the present invention, according to the production temperature holding time.
FIGS. 8A and 8B are microscope photographs of a hexagonal boron nitride nanosheet according to an embodiment of the present invention. FIG.
9A and 9B are graphs showing thickness distributions of hexagonal boron nitride nanosheets according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph of a photoluminescence (PL) analysis of a hexagonal boron nitride nanosheet according to an embodiment of the present invention.
11 is a UV-Vis absorption analysis graph of a hexagonal boron nitride nanosheet according to an embodiment of the present invention.
12A and 12B are graphs showing UV-DRS spectra of boron nitride nanosheets according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체의 결정 구조를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a boron nitride structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining a crystal structure of a boron nitride structure according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 고체 상태의 붕소 소스, 및 고체 상태의 질소 소스가 준비될 수 있다(S110). 일 실시 예에 따르면, 상기 붕소 소스는, 붕소 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 붕소 소스는, 산화붕소(B2O3), 붕산(HBO3), 및 테트라보릭에시드(H2B4O7) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 질소 소스는, 멜라닌(melanin), 피라진(pyrazine), 및 요소(urea) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a solid state boron source and a solid state nitrogen source may be prepared (S110). According to one embodiment, the boron source may comprise boron oxide. For example, the boron source may include at least one of boron oxide (B 2 O 3 ), boric acid (HBO 3 ), and tetraboric acid (H 2 B 4 O 7 ). According to one embodiment, the nitrogen source may comprise at least one of melanin, pyrazine, and urea.
상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스는 혼합될 수 있다(S120). 일 실시 예에 따르면, 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스의 혼합은, 막자사발 또는 분쇄기를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스는, 다양한 몰 비(mole fraction)로 혼합될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스는, 1:10 내지 10:1의 몰 비로 혼합될 수 있다. The boron source and the nitrogen source may be mixed (S120). According to one embodiment, the mixing of the boron source and the nitrogen source may be performed using a mortar or grinder. The boron source and the nitrogen source may be mixed in various mole fractions. According to one embodiment, the boron source and the nitrogen source may be mixed in a molar ratio of 1:10 to 10: 1.
혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스는 불활성 기체가 투입된 반응기 내에서 열처리될 수 있다(S130). 혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스가 불활성 기체가 투입된 반응기 내에서 열처리되는 단계는, 혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 용기에 투입 후 상기 반응기 내에 제공하는 단계, 상기 반응기 내에 불활성 가스(예를 들어, 질소(N2) 가스)를 제공하는 단계, 상기 반응기를 가열하는 단계, 및 가열된 상기 반응기의 온도를 유지하는 단계를 포함할 수 있다. The mixed boron source and the nitrogen source may be heat treated in a reactor into which an inert gas is introduced (S130). Wherein the mixed boron source and the nitrogen source are heat-treated in a reactor into which an inert gas is introduced, the method comprising the steps of charging the mixed boron source and the nitrogen source into a vessel and providing the mixture in the vessel, example, may include the step of maintaining a nitrogen (N 2) temperature of the step, the step, and heated the reactor to heat the reactor to provide a gas).
일 실시 에에 따르면, 상기 용기는, 밀폐된 용기일 수 있다. 예를 들어, 상기 용기는, 뚜껑이 있는 도가니일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 반응기는, 튜브(tube) 형태일 수 있다. According to one embodiment, the container may be an enclosed container. For example, the vessel may be a crucible with a lid. According to one embodiment, the reactor may be in the form of a tube.
상기 반응기는 상기 불활성 가스가 제공되어, 잔여 공기가 제거될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 불활성 가스는, 20분의 시간 동안 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 불활성 가스는, 질소 가스(N2) 및 아르곤(Ar) 가스 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The reactor is provided with the inert gas so that residual air can be removed. According to one embodiment, the inert gas may be provided for a time of 20 minutes. According to one embodiment, the inert gas may include at least one of nitrogen gas (N 2 ) and argon (Ar) gas.
일 실시 예에 따르면, 상기 반응기를 가열하는 단계는, 1℃/min 내지 20℃/min의 승온 속도(heating rate), 및 500℃ 내지 1500℃의 온도에서 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 반응기의 온도를 유지하는 단계는, 30분 내지 24시간의 시간 동안 수행될 수 있다. According to one embodiment, the step of heating the reactor may be performed at a heating rate of 1 占 폚 / min to 20 占 폚 / min, and a temperature of 500 占 폚 to 1500 占 폚. According to one embodiment, the step of maintaining the temperature of the reactor may be carried out for a period of from 30 minutes to 24 hours.
열처리된 상기 붕소 소스는 용융되어 액체상태가 될 수 있다. 열처리된 상기 질소 소스는 기화(evaporation)되어 기체상태가 될 수 있다. 액체상태의 상기 붕소 소스 및 기체상태의 상기 질소 소스는 기-액상 계면(vapor-liquid phases)반응을 할 수 있다. The heat-treated boron source may be melted and brought into a liquid state. The heat-treated nitrogen source may be evaporated to a gaseous state. The boron source in the liquid state and the nitrogen source in the gaseous state can perform a vapor-liquid phase reaction.
보다 구체적으로, 고체 상태의 상기 붕소 소스는, 열처리되어 액체상태가 될 수 있다. 고체 상태의 상기 질소 소스는, 열처리되어 기체상태가 될 수 있다. 열처리된 액체상태의 상기 붕소 소스 및 열처리된 기체상태의 상기 질소 소스는, 액체상태의 상기 붕소 소스 내부에서 기체상태의 상기 질소 소스가 반응할 수 있다. 이때, 액체상태의 상기 붕소 소스의 내부는, 액체상태의 상기 붕소 소스 와 기체 상태의 질소 소스의 경계면인 기-액상 계면일 수 있다. More specifically, the boron source in a solid state can be heat-treated to be in a liquid state. The nitrogen source in the solid state can be heat-treated to become a gaseous state. The boron source in the heat-treated liquid state and the nitrogen source in the heat-treated gaseous state may react with the nitrogen source in the gaseous state within the boron source in the liquid state. At this time, the inside of the boron source in the liquid state may be a vapor-liquid interface which is the interface between the boron source in the liquid state and the nitrogen source in the gaseous state.
도 2를 참조하면, 액체상태의 상기 붕소 소스 및 기체상태의 상기 질소 소스는 기-액상 계면반응이 수행되어 질화 붕소 구조체가 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 질화 붕소 구조체는, 육방정계(hexagonal) 결정 구조를 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 질화 붕소 구조체는, 가로와 세로 0~1000 및 너비와 두께 0~10000의 종횡비(aspect ratio)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the boron source in a liquid state and the nitrogen source in a gaseous state can be subjected to a vapor-liquid interface reaction to produce a boron nitride structure. According to one embodiment, the boron nitride structure may have a hexagonal crystal structure. According to one embodiment, the boron nitride structure may include aspect ratios of 0 to 1000 in width and 0 to 1000 in width and 0 to 10000 in thickness.
상기 질화 붕소 구조체가 제조되는 단계는, 상기 질화 붕소 구조체를 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 질화 붕소 구조체를 냉각하는 단계는, 상온(예를 들어, 25℃)에서 수행될 수 있다. The step of preparing the boron nitride structure may further include cooling the boron nitride structure. According to one embodiment, the step of cooling the boron nitride structure may be performed at room temperature (e.g., 25 ° C).
상기 질화 붕소 구조체의 결정화도, 크기, 및 넓이는 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스의 몰 비에 따라 조절될 수 있다. 또한, 상기 질화 붕소 구조체의 결정화도, 크기, 및 넓이는 혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 열처리 하는 단계의 온도, 승온 속도, 및 온도 유지 시간에 따라 조절될 수 있다. The crystallinity, size, and width of the boron nitride structure can be controlled according to the molar ratio of the boron source and the nitrogen source. In addition, the crystallinity, size and width of the boron nitride structure can be controlled according to the temperature, the temperature raising rate, and the temperature holding time of the step of heat-treating the mixed boron source and the nitrogen source.
구체적으로, 일 실시 예에 따르면, 상기 붕소 소스 대비 질소 소스의 비율이 증가할수록, 상기 질화 붕소 구조체의 종횡비가 감소할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 열처리 온도가 증가할수록, 상기 질화 붕소 구조체의 결정화도가 증가하고, 밴드갭이 증가할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 승온 속도가 증가할수록 상기 질화 붕소 구조체의 결정화도가 증가할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 온도 유지 시간이 증가할수록, 상기 질화 붕소 구조체의 결정화도가 증가하고, 밴드갭이 증가할 수 있다. Specifically, according to one embodiment, as the ratio of the nitrogen source to the boron source increases, the aspect ratio of the boron nitride structure may decrease. According to one embodiment, as the annealing temperature is increased, the degree of crystallization of the boron nitride structure increases and the bandgap increases. Also, according to one embodiment, the crystallization degree of the boron nitride structure may increase as the heating rate increases. Further, according to one embodiment, as the temperature holding time is increased, the degree of crystallization of the boron nitride structure may be increased and the band gap may be increased.
상기 질화 붕소 구조체의 제조 방법은, 상기 질화 붕소 구조체를 용매에 분산시키는 단계, 및 분산된 상기 질화 붕소 구조체를 박리하여 질화 붕소 나노시트(nanosheet), 나노로드(nanorod), 나노와이어(nanowire), 또는 나노파티클(nanoparticle)을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method for producing a boron nitride structure includes the steps of: dispersing the boron nitride structure in a solvent; separating the boron nitride structure by dispersing the boron nitride structure into a boron nitride nanosheet, a nanorod, a nanowire, Or nanoparticles (nanoparticles).
일 실시 예에 따르면, 상기 용매는, 유기용매 또는 무기용매일 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는, 헥산(Hexane), 아세톤(Acetone), 메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone), 메틸이소부틸케톤(Methyl isobutyl ketone), 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran), N메틸2피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone), 디메틸포름아미드(Dimethyl formamide), 클로로포름(Chloroform), 증류수(water), 이소프로판올(Isopropanol), 이소부탄올(Isobutanol), 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 및 글리세롤(Glycerol) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the solvent may be an organic solvent or an inorganic solvent. For example, the solvent may be selected from the group consisting of hexane, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, benzene, toluene, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl formamide, chloroform, distilled water, isopropanol, isobutanol, ethanol, And may include at least one of ethanol, methanol, ethylene glycol, and glycerol.
일 실시 예에 따르면, 분산된 상기 질화 붕소 구조체를 박리하는 단계는, shear mixer를 이용하여 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 분산된 상기 질화 붕소 구조체를 박리하는 단계는, 4000rpm의 속도로 15분의 시간 동안 수행될 수 있다. According to one embodiment, the step of peeling the dispersed boron nitride structure may be performed using a shear mixer. According to one embodiment, the step of peeling the dispersed boron nitride structure can be performed at a speed of 4000 rpm for a period of 15 minutes.
상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 고체상태의 상기 붕소 소스 및 고체상태의 상기 질소 소스가 준비되지 않는 경우, 상기 질화 붕소 구조체를 제조하는데 복잡한 장비들이 필요하게 된다. 이에 따라, 상기 질화 붕소 구조체를 제조하는데 고비용이 지출되고, 대량생산이 용이하지 않게 되는 문제점이 발생한다. 또한, 상기 질화 붕소 구조체를 제조하는데 암모니아 가스가 사용되는 경우, 환경적인 문제가 발생하게 된다. Unlike the above-described embodiments of the present invention, when the boron source in the solid state and the nitrogen source in the solid state are not prepared, complicated equipment is required for manufacturing the boron nitride structure. Accordingly, a high cost is incurred in manufacturing the boron nitride structure, and mass production is not easy. Further, when ammonia gas is used to produce the boron nitride structure, environmental problems arise.
하지만, 상술된 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 질화 붕소 구조체의 제조 방법은, 고체 상태의 상기 붕소 소스, 및 고체 상태의 상기 질소 소스를 준비하는 단계, 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 혼합하는 단계, 및 혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 불활성 기체가 투입된 반응기 내에 넣고 열처리하되, 열처리된 상기 붕소 소스는 용융되어 액체상태가 되고, 열처리된 상기 질소 소스는 기화(evaporation)되어 기체상태가 되고, 액체 상태의 상기 붕소 소스 및 기체 상태의 상기 질소 소스가 기-액상 계면(vapor-liquid phases) 반응을 하여 질화 붕소 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. However, according to the above-described embodiment of the present invention, the method for producing a boron nitride structure includes the steps of preparing the boron source in solid state and the nitrogen source in a solid state, mixing the boron source and the nitrogen source And the mixed boron source and the nitrogen source are placed in a reactor charged with an inert gas and heat-treated, and the heat-treated boron source is melted to become a liquid state, and the heat-treated nitrogen source is evaporated, And the boron source in a liquid state and the nitrogen source in a gaseous state may be subjected to a vapor-liquid phase reaction to produce a boron nitride structure.
고체 상태의 상기 붕소 소스 및 고체 상태의 상기 질소 소스로부터 상기 질화 붕소 구조체가 제조됨에 따라, 상기 질화 붕소 구조체를 간단한 장비로 용이하게 제조할 수 있다. 이에 따라, 저비용으로 상기 질화 붕소 구조체를 제조할 수 있고, 용이하게 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 상기 질화 붕소 구조체를 제조하는데 암모니아 가스가 사용되지 않아, 친환경적으로 상기 질화 붕소 구조체를 제조할 수 있다. As the boron nitride structure is produced from the boron source in the solid state and the nitrogen source in the solid state, the boron nitride structure can be easily manufactured by simple equipment. Accordingly, the boron nitride structure can be manufactured at low cost, and it is possible to mass-produce the boron nitride structure easily. In addition, since the ammonia gas is not used to produce the boron nitride structure, the boron nitride structure can be produced environmentally.
이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체 및 육방정계 질화 붕소 나노시트의 구체적인 실험 제조 예 및 특성 평가 결과가 설명된다. Hereinafter, specific experimental production examples and characteristics evaluation results of the boron nitride structure and the hexagonal boron nitride nanosheet according to the embodiments of the present invention described above will be described.
고체 상태의 붕소 소스 및 고체 상태의 질소 소스가 준비된다. 상기 붕소 소스는 산화 붕소(B2O3)를 사용하였다. 상기 질소 소스는 멜라민을 사용하였다. 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 막자사발을 통하여 균일하게 혼합한 후 뚜껑이 있는 도가니에 담아 튜브형 반응기 내에 투입했다. A solid state boron source and a solid state nitrogen source are prepared. Boron oxide (B 2 O 3 ) was used as the boron source. The nitrogen source was melamine. The boron source and the nitrogen source were uniformly mixed through a mortar and placed in a crucible with a lid and charged into a tubular reactor.
이후, 상기 반응기 내에 불활성 가스를 20분의 시간 동안 제공하여 잔여 공기를 제거하고, 상압(1atm)으로 질소 가스를 공급하였다. 질소 가스가 공급된 상기 반응기는, 10℃/min의 승온 속도로 1200℃의 온도까지 가열하고, 상기 1200℃의 온도를 1시간 동안 유지하여 질화 붕소 구조체를 제조하였다. 상기 질화 붕소 구조체는 상온에서 냉각 시켰다. Thereafter, an inert gas was supplied to the reactor for 20 minutes to remove residual air, and nitrogen gas was supplied at a normal pressure (1 atm). The reactor to which the nitrogen gas was supplied was heated to a temperature of 1200 ° C at a heating rate of 10 ° C / min and maintained at the temperature of 1200 ° C for 1 hour to prepare a boron nitride structure. The boron nitride structure was cooled at room temperature.
제조된 상기 질화 붕소 구조체를 이소부탄올(isobutanol) 용매에 분산시켰다. 분산된 상기 질화 붕소 구조체를 4000rpm의 속도로 15분 동안 shear mixer를 이용하여 박리시켜 육방정계 질화 붕소 나노시트를 제조하였다. The prepared boron nitride structure was dispersed in an isobutanol solvent. The dispersed boron nitride structure was peeled off at a speed of 4000 rpm for 15 minutes using a shear mixer to prepare a hexagonal boron nitride nanosheet.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체를 촬영한 사진이다. 3 and 4 are photographs of a boron nitride structure according to an embodiment of the present invention.
도 3의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체를 준비하되, 상기 붕소 소스와 상기 질소 소스의 몰 비를 1:10으로 제조하고, SEM(Scanning Electron Microscope) 촬영하였다. 도 3의 (a)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체는, 육각형의 층상구조로 적층되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체는, 가로 세로 1:1, 너비와 두께가 4:1의 종횡비(aspect ratio)를 갖는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 3 (a), a boron nitride structure according to the above-described embodiment was prepared, and the molar ratio of the boron source to the nitrogen source was 1:10, and then a scanning electron microscope (SEM) was taken. As can be seen from FIG. 3 (a), it was confirmed that the boron nitride structure according to the above example was stacked in a hexagonal layered structure. In addition, it was confirmed that the boron nitride structure according to the above example had an aspect ratio of 1: 1, width and thickness of 4: 1.
도 3의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체를 준비하되, 상기 붕소 소스와 상기 질소 소스의 몰 비를 10:1로 제조하고, SEM 촬영하였다. 도 3의 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체는, 가로 세로 10:1, 너비와 두께가 50:1의 종횡비를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체는, 상기 붕소 소스와 상기 질소 소스의 몰 비에 따라, 상기 질화 붕소 구조체의 종횡비가 조절되는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 붕소 소스 대비 질소 소스의 몰비가 증가함에 따라, 상기 질화 붕소 구조체의 종횡비는 감소할 수 있다.Referring to FIG. 3 (b), the boron nitride structure according to the above embodiment was prepared, and the molar ratio of the boron source to the nitrogen source was 10: 1 and SEM image was taken. As can be seen from FIG. 3 (b), the boron nitride structure according to the above example has an aspect ratio of 10: 1, a width and a thickness of 50: 1. Accordingly, it can be seen that the aspect ratio of the boron nitride structure is controlled according to the molar ratio of the boron source and the nitrogen source in the boron nitride structure according to the above embodiment. Specifically, as the molar ratio of the nitrogen source to the boron source increases, the aspect ratio of the boron nitride structure may decrease.
도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체를 준비하되, 1℃/min의 승온 속도로 900℃의 온도까지 열처리 한 뒤, 900℃의 온도를 2시간 동안 유지하여 제조하고, 저배율 및 고배율로 SEM 촬영하였다. 도 4의 (a) 및 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체는, 가로 세로 1:1.5, 너비와 두께가 10:1의 종횡비를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체는, 혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 열처리 하는 단계의 온도, 승온 속도, 및 온도 유지 시간에 따라, 상기 질화 붕소 구조체의 종횡비가 조절되는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 열처리 하는 단계의 온도가 증가함에 따라, 상기 질화 붕소 구조체의 종횡비는 증가할 수 있다. 또한, 혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 열처리 하는 단계의 승온 속도가 증가함에 따라, 상기 질화 붕소 구조체의 종횡비는 증가할 수 있다. 또한, 혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 열처리 하는 단계의 온도 유지 시간이 증가함에 따라, 상기 질화 붕소 구조체의 종횡비는 증가할 수 있다.4 (a) and 4 (b), a boron nitride structure according to the above embodiment was prepared and heat-treated at a heating rate of 1 ° C / min to a temperature of 900 ° C, And SEM images were taken at low magnification and high magnification. As can be seen from FIGS. 4 (a) and 4 (b), the boron nitride structure according to the above example has an aspect ratio of 1: 1.5, a width and a thickness of 10: 1. Accordingly, the boron nitride structure according to the above-mentioned embodiment is characterized in that the aspect ratio of the boron nitride structure is controlled according to the temperature, the heating rate, and the temperature holding time of the step of heat-treating the mixed boron source and the nitrogen source . Specifically, as the temperature of the step of heat-treating the mixed boron source and the nitrogen source is increased, the aspect ratio of the boron nitride structure may increase. In addition, the aspect ratio of the boron nitride structure may increase as the heating rate of the step of heat-treating the mixed boron source and the nitrogen source is increased. Further, as the temperature holding time of the step of heat-treating the mixed boron source and the nitrogen source is increased, the aspect ratio of the boron nitride structure may be increased.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트를 촬영한 사진이다. 5 is a photograph of a hexagonal boron nitride nanosheet according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트를 SEM 촬영하였다. 도 5에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트는, 0.34nm의 격자 상수를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 육방정계 질화 붕소 나노시트는, 육방정계 질화붕소(JCPDS No. 01-079-6757)의 (002)면에 해당하는 격자 상수임을 알 수 있다. Referring to FIG. 5, a hexagonal boron nitride nanosheet according to the above embodiment was photographed by SEM. As can be seen from FIG. 5, the hexagonal boron nitride nanosheet according to the above example had a lattice constant of 0.34 nm. Thus, it can be seen that the hexagonal boron nitride nanosheet is a lattice constant corresponding to the (002) plane of hexagonal boron nitride (JCPDS No. 01-079-6757).
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체의 제조 온도에 따른 X선 회절패턴을 나타내는 그래프이다. 6 is a graph showing an X-ray diffraction pattern according to the production temperature of a boron nitride structure according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체를 준비하되, 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃, 및 1300℃의 온도로 제조하고, 각각의 온도로 제조된 질화 붕소 구조체에 대해서, 2θ(degree)에 따른 relative intensity(a.u.)를 측정하였다. 도 6에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체는, 온도가 상승함에 따라, 상기 질화 붕소 구조체의 결정화도(crystallinity)가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 질화 붕소 구조체는, JCPDS No. 01-079-6757에 해당하고, 주로 (002) 방향으로 배향되어 있는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 6, a boron nitride structure according to the present embodiment is prepared, and the boron nitride structure is manufactured at 900 ° C., 1000 ° C., 1100 ° C., 1200 ° C., and 1300 ° C., , And relative intensity (au) according to 2θ (degree). As can be seen from FIG. 6, the boron nitride structure according to the above example was found to have an increased crystallinity of the boron nitride structure as the temperature increased. Further, the boron nitride structure is preferably a boron nitride structure. 01-079-6757, and it was confirmed that they were oriented mainly in the (002) direction.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체의 제조 온도 유지 시간에 따른 X선 회절패턴을 나타내는 그래프이다. FIG. 7 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a boron nitride structure according to an embodiment of the present invention, according to the production temperature holding time.
도 7을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체를 준비하되, 1200℃의 온도를 70분, 90분, 및 120분의 시간 동안 유지하고, 각각의 온도 유지 시간으로 제조된 질화 붕소 구조체에 대해서, 2θ(degree)에 따른 relative intensity(a.u.)를 측정하였다. 도 7에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 구조체는, 온도 유지 시간이 상승함에 따라, 상기 질화 붕소 구조체의 결정화도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 질화 붕소 구조체는, JCPDS No. 01-079-6757에 해당하고, 주로 (002) 방향으로 배향되어 있는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 7, a boron nitride structure according to the above-described embodiment was prepared. The boron nitride structure was maintained at a temperature of 1200 ° C. for 70 minutes, 90 minutes, and 120 minutes, Relative intensity (au) according to 2? Degrees was measured. As can be seen from FIG. 7, the boron nitride structure according to the above example was found to have an increased crystallinity of the boron nitride structure as the temperature holding time increased. Further, the boron nitride structure is preferably a boron nitride structure. 01-079-6757, and it was confirmed that they were oriented mainly in the (002) direction.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트를 현미경 분석 촬영한 사진이다. FIGS. 8A and 8B are microscope photographs of a hexagonal boron nitride nanosheet according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트를 원자힘 현미경(Atomic Force Microscope, AFM) 분석 촬영 하고, 일 부분에 대해 확대하여 나타내었다. 8A and 8B, the hexagonal boron nitride nanosheet according to the above embodiment was subjected to atomic force microscopy (AFM) analysis and enlarged in part.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트의 두께 분포를 나타내는 그래프이다. 9A and 9B are graphs showing thickness distributions of hexagonal boron nitride nanosheets according to an embodiment of the present invention.
도 9a를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트의 두께(nm)에 따른 Fraction(%)을 측정하였다. 도 9a에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트는, 35nm 전후의 두께로 제조되었음을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 9A, the fraction (%) according to the thickness (nm) of the hexagonal boron nitride nanosheet according to the example was measured. As can be seen from FIG. 9A, it was confirmed that the hexagonal boron nitride nanosheet according to the present embodiment had a thickness of about 35 nm.
도 9b를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트의 width(μm)에 따른 두께(nm)를 측정하였다. 도 9b에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트는, 0.8 μm 내지 1.2 μm의 width에서 30nm 내지 65nm의 두께로 제조되었음을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 9B, the thickness (nm) according to the width (μm) of the hexagonal boron nitride nanosheet according to the embodiment was measured. As can be seen from FIG. 9B, the hexagonal boron nitride nanosheet according to the above example was fabricated with a thickness of 30 nm to 65 nm at a width of 0.8 μm to 1.2 μm.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트의 형광(Photoluminescene, PL) 분석 그래프이다. FIG. 10 is a graph of a photoluminescence (PL) analysis of a hexagonal boron nitride nanosheet according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트의 wavelength(nm)에 따른 relative intensity(a.u.)를 측정하였다. 도 10에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트는, 300nm의 wavelength 에서 가장 높은 relative intensity가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 10, the relative intensity (a.u.) of the hexagonal boron nitride nanosheet according to the above example was measured according to the wavelength (nm). As can be seen from FIG. 10, the hexagonal boron nitride nanosheet according to the above example showed the highest relative intensity at a wavelength of 300 nm.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트의 자외선-가시광선 영역 흡광(UV-Vis absorption) 분석 그래프이다. 11 is a UV-Vis absorption analysis graph of a hexagonal boron nitride nanosheet according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트의 wavelength(nm)에 따른 absorbance를 측정하였다. 도 11에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트는, 254nm의 wavelength에서 자외선-가시광선 영역의 흡수 피크가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 실시 예에 따른 육방정계 질화 붕소 나노시트는, 4.88eV의 밴드갭(bandgap)을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 육방정계 질화붕소 나노시트는, 4 내지 6 eV의 밴드갭을 갖는 육방정계 질화붕소에 해당하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 11, the absorbance of the hexagonal boron nitride nanosheet according to the embodiment was measured according to the wavelength (nm). As can be seen from FIG. 11, the hexagonal boron nitride nanocrystals according to the present example showed an absorption peak in the ultraviolet-visible region at a wavelength of 254 nm. In addition, it was confirmed that the hexagonal boron nitride nanosheet according to the above example had a band gap of 4.88 eV. Thus, it can be seen that the hexagonal boron nitride nanosheet according to the embodiment of the present invention corresponds to hexagonal boron nitride having a band gap of 4 to 6 eV.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시 예에 따른 질화 붕소 나노시트의 UV-DRS spectra를 나타내는 그래프이다. 12A and 12B are graphs showing UV-DRS spectra of boron nitride nanosheets according to an embodiment of the present invention.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 나노시트를 준비하되, (a) 900℃, (b) 1000℃, (c) 1100℃, (d) 1200℃, 및 (e) 1300℃의 온도로 제조하고, 각각의 온도로 제조된 질화 붕소 나노시트에 대해서, Energy(eV)에 따른 Kubelka-Munk(k/s)를 측정하고, 4 eV 내지 6eV 범위에 대해 확대하여 나타내었다. (B) 1000 ° C, (c) 1100 ° C, (d) 1200 ° C, and (e) the temperature of the boron nitride nanosheet according to the embodiment, Kubelka-Munk (k / s) according to energy (eV) was measured for the boron nitride nanosheet prepared at the temperature of 1300 ° C and enlarged for the range of 4 eV to 6 eV .
도 12a 및 도 12b에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 나노시트는, (a) 900℃의 온도로 제조한 경우 4.00eV의 밴드갭을 갖고, (b) 1000℃의 온도로 제조한 경우 4.03eV의 밴드갭을 갖고, (c) 1100℃의 온도로 제조한 경우 4.02eV의 밴드갭을 갖고, (d) 1200℃의 온도로 제조한 경우 5.51eV의 밴드갭을 갖고, (e) 1300℃의 온도로 제조한 경우 5.86eV의 밴드갭을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 질화 붕소 나노시트는, 1100℃의 온도에서 1200℃의 온도로 제조 온도가 변화되어 제작된 경우, 가장 큰 밴드갭의 변화를 나타내는 것을 알 수 있다. As shown in FIGS. 12A and 12B, the boron nitride nanosheet according to the embodiment has (a) a band gap of 4.00 eV when it is manufactured at a temperature of 900 ° C., and (b) (C) has a band gap of 4.02 eV when it is manufactured at a temperature of 1100 ° C, (d) has a band gap of 5.51 eV when it is produced at a temperature of 1200 ° C, and (e) And it was confirmed that the band gap of 5.86 eV was obtained when it was manufactured at a temperature of 1300 ° C. Thus, it can be seen that the boron nitride nanosheet according to the present embodiment exhibits the largest band gap change when fabricated at a temperature of 1100 ° C and a manufacturing temperature of 1200 ° C.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
Claims (8)
상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 혼합하는 단계; 및
혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 불활성 기체가 투입된 반응기 내에 넣고 열처리하되, 열처리된 상기 붕소 소스는 용융되어 액체상태가 되고, 열처리된 상기 질소 소스는 기화(evaporation)되어 기체상태가 되고, 액체 상태의 상기 붕소 소스 및 기체 상태의 상기 질소 소스가 기-액상 계면(vapor-liquid phases) 반응을 하여 질화 붕소 구조체를 제조하는 단계를 포함하는 질화 붕소 구조체의 제조 방법.
Preparing a boron source in a solid state, and a nitrogen source in a solid state;
Mixing the boron source and the nitrogen source; And
The mixed boron source and the nitrogen source are placed in a reactor charged with an inert gas and heat-treated, and the heat-treated boron source is melted to become a liquid state, the heat-treated nitrogen source is evaporated to become a gaseous state, Wherein the boron source in the gaseous state and the nitrogen source in the gaseous state are subjected to a vapor-liquid phase reaction to produce a boron nitride structure.
상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스의 몰 비(mole fraction)에 따라, 상기 질화 붕소 구조체의 결정화도, 크기, 및 넓이가 조절되는 것을 포함하는 질화 붕소 구조체의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the crystallinity, size and width of the boron nitride structure are controlled according to a mole fraction of the boron source and the nitrogen source.
상기 질화 붕소 구조체는, 혼합된 상기 붕소 소스 및 상기 질소 소스를 열처리하는 단계의 온도, 승온 속도(heating rate), 및 온도 유지 시간에 따라 상기 질화 붕소 구조체의 결정화도, 크기, 및 넓이가 조절되는 것을 포함하는 질화 붕소 구조체의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The boron nitride structure can control the crystallinity, size and width of the boron nitride structure depending on the temperature, the heating rate, and the temperature holding time of the step of heat-treating the mixed boron source and the nitrogen source ≪ / RTI >
상기 질화 붕소 구조체는, 육방정계(hexagonal) 결정 구조를 갖는 것을 포함하는 질화 붕소 구조체의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the boron nitride structure has a hexagonal crystal structure.
상기 질화 붕소 구조체를 용매에 분산시키는 단계; 및
분산된 상기 질화 붕소 구조체를 박리하여 질화 붕소 나노시트, 나노로드(nanorod), 나노와이어 또는 나노파티클을 제조하는 단계를 더 포함하는 질화 붕소 구조체의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Dispersing the boron nitride structure into a solvent; And
And removing the dispersed boron nitride structure to produce a boron nitride nanosheet, a nanorod, a nanowire, or a nanoparticle.
상기 용매는, 헥산(Hexane), 아세톤(Acetone), 메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone), 메틸이소부틸케톤(Methyl isobutyl ketone), 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran), N메틸2피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone), 디메틸포름아미드(Dimethyl formamide), 클로로포름(Chloroform), 증류수(water), 이소프로판올(Isopropanol), 이소부탄올(Isobutanol), 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 및 글리세롤(Glycerol) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 질화 붕소 구조체의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
The solvent may be selected from the group consisting of hexane, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, benzene, toluene, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl formamide, chloroform, distilled water, isopropanol, isobutanol, ethanol, A method for producing a boron nitride structure comprising at least one of methanol, ethylene glycol, and glycerol.
상기 붕소 소스는, 산화붕소(B2O3), 붕산(HBO3), 및 테트라보릭에시드(H2B4O7) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 질화 붕소 구조체의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the boron source comprises at least one of boron oxide (B 2 O 3 ), boric acid (HBO 3 ), and tetraboric acid (H 2 B 4 O 7 ).
상기 질소 소스는, 멜라닌(melanin), 피라진(pyrazine), 및 요소(urea) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 질화 붕소 구조체의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the nitrogen source comprises at least one of melanin, pyrazine, and urea.
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