KR101692332B1 - Method of manufacturing barium titanate nanostructure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 티탄산바륨 나노구조체를 제조하는 방법에 관한 것으로, 이산화티타늄(TiO2) 분말을 알칼리 용액에 분산시켜 TiO3전구체를 합성하는 단계와, 상기 TiO3 전구체에 바륨수용액을 첨가하면서 티탄산바륨 나노구조체를 합성하는 단계, 및 상기 합성된 티탄산바륨 나노구조체를 세척 및 건조하는 단계를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a method for producing a barium titanate nanostructure, comprising: synthesizing a TiO3 precursor by dispersing a titanium dioxide (TiO2) powder in an alkali solution; and synthesizing a barium titanate nano structure by adding a barium aqueous solution to the TiO3 precursor And washing and drying the synthesized barium titanate nanostructure.
Description
본 발명은 결정성이 높은 티탄산바륨(Barium Titanate, BaTiO3)의 나노구조체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a highly crystalline barium titanate (BaTiO3) nanostructure.
티탄산바륨(BaTiO3, 이후 BT)은 큰 비선형 광학상수와 높은 유전상수를 갖는 Perovskite구조의 물질로서, 전기광학장치(electro-optical devices), 마이크로파 흡수재료(microwave absorption), 고유전재료(high-k dielectrics/materials), 축전지(capacitor), 변환기(transducers), 트랜지스터(transistors), 서미스터(thermistors), 액츄에이터(actuator), 압전재료(piezoelectric materials) 등 다양한 분야에 널리 응용되고 있다. 특히, 높은 유전상수를 가지고 있는 Perovskite구조의 물질로서 ZnO등과 같은 Wurtzite 구조의 물질에 비해 월등하게 높은 압전 특성을 갖기 때문에 활발히 연구되고 있다. Barium titanate (BaTiO3, hereinafter referred to as BT) is a material of perovskite structure with a large nonlinear optical constant and a high dielectric constant. It is used in electro-optical devices, microwave absorption, high- dielectrics / materials, capacitors, transducers, transistors, thermistors, actuators, piezoelectric materials, and so on. Particularly, it has been investigated actively because it has perovskite structure with high dielectric constant and has much higher piezoelectric properties than Wurtzite structure materials such as ZnO.
최근 수십 년간, 특히, 나노와이어, 나노로드, 나노튜브 등과 같은 1차원 나노구조재료가 기존의 해당 벌크재료의 특성을 크게 뛰어 넘는 물리/화학적 특성을 보여주고 있어서, 이러한 나노구조재료의 전기적, 광학적, 자기적 특성에 대한 관심과 연구가 꾸준히 증가하고 있다. BaTiO3 1차원 나노구조체는 기존 나노 입자 형태의 BaTiO3에 비해 1차원 구조가 가지는 일방향성으로 인해 높은 응답특성과 압전특성을 가지는 장점이 있다. In recent decades, in particular, one-dimensional nanostructured materials such as nanowires, nanorods, and nanotubes have exhibited physicochemical properties far exceeding those of conventional bulk materials, so that the electrical and optical properties of such nanostructured materials , The interest in magnetic properties and research are steadily increasing. The BaTiO3 one-dimensional nanostructure is advantageous in that it has high response and piezoelectric characteristics due to the unidirectionality of the one-dimensional structure compared to the conventional nano-particle type BaTiO3.
이러한 나노재료의 독특한 특성들은 재료의 나노구조에 따라 크게 변화하기 때문에, 이러한 나노구조를 제어하는 합성법에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 이러한 1차원 구조 BT 나노재료의 합성은 주로 NaTiO3 혹은 KTiO3를 합성한 후 이를 BT로 변환하는 두 단계를 거치는 방법이 주로 활용되고 있다. H2TiO3 전구체를 활용한 직접합성법도 보고된 바 있으나, 물이 아닌 유기용매(에탄올)를 기반으로 하며, 나노와이어의 결정성이 낮은 치명적인 결함이 있다. 최근에 새로운 직접합성법이 보고 되었으나, 이는 알콕사이드 계열의 Ti 전구물질을 활용하는 방법으로, 전구물질의 가격이 매우 비싸 대량합성 및 응용이 제한적이다. 최근 다공성 물질(AAO, Anodized Aluminum Oxide)를 주형으로 활용하여 BaTiO3로 복제(replication)하는 방법이 제시되었으나, 주형제작/함침열처리/주형제거 등 여러 단계의 제작공정을 거쳐야 하며 극소량의 합성만이 가능한 문제가 있었다. Since the unique characteristics of these nanomaterials vary greatly depending on the nanostructure of the material, studies on synthesis methods for controlling such nanostructures are actively under way. This synthesis of one-dimensional BT nanomaterials is mainly applied to two steps of synthesizing NaTiO3 or KTiO3 and then converting it into BT. Direct synthesis using H2TiO3 precursors has also been reported, but based on organic solvents (ethanol) rather than water, there are fatal defects with low crystallinity of the nanowires. Recently, a new direct synthesis method has been reported. However, it is a method to utilize an alkoxide-based Ti precursor, and the cost of the precursor is very high and mass synthesis and application are limited. Recently, a method of replicating with BaTiO3 by using anodized aluminum oxide (AAO) as a template has been suggested. However, it is necessary to perform various steps such as mold making / impregnation heat treatment / mold removal, and only a very small amount of synthesis There was a problem.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 직접합성법에 의한 티탄산바륨 나노구조체를 제조하는 방법을 제공하고자 한다. The present invention is directed to solving the above-mentioned problems and other problems. Another object of the present invention is to provide a method for producing a barium titanate nanostructure by a direct synthesis method.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 이산화티타늄(TiO2) 분말을 알칼리 용액에 분산시켜 TiO3전구체를 합성하는 단계와, 상기 TiO3 전구체에 바륨수용액을 첨가하여 티탄산바륨 나노구조체를 합성하는 단계, 및 상기 합성된 티탄산바륨 나노구조체를 세척 및 건조하는 단계를 포함하는 티탄산바륨 나노구조체의 제조방법을 제공할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a TiO 3 precursor, comprising the steps of: dispersing titanium dioxide (TiO 2) powder in an alkali solution to synthesize a TiO 3 precursor; and adding a barium aqueous solution to the TiO 3 precursor to form a barium titanate nano- And a step of washing and drying the synthesized barium titanate nano-structure, thereby producing a barium titanate nano-structure.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 알칼리 용액은 NaOH, KOH, LiOH, Ca(OH)2 및 Mg(OH)2 중 하나 이상의 조합으로 이루어질 수 있다. According to an aspect of the present invention, the alkali solution may be composed of a combination of at least one of NaOH, KOH, LiOH, Ca (OH) 2, and Mg (OH) 2.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 알칼리 용액의 농도는 4M~15M일 수 있다. According to an aspect of the present invention, the concentration of the alkali solution may be 4M to 15M.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 TiO2 분말이 혼합된 알칼리 용액을 90~150℃의 온도 범위에서 수열합성할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the alkali solution in which the
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 수열합성은 24~72시간의 범위 내로 실시할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the hydrothermal synthesis may be performed within a range of 24 to 72 hours.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 티탄산바륨 나노구조체 합성시 바륨(Ba)과 티타늄(Ti)의 원자 비율이 1:1~ 10:1일 수 있다. According to an aspect of the present invention, the atomic ratio of barium (Ba) and titanium (Ti) may be 1: 1 to 10: 1 in the synthesis of the barium titanate nanostructure.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 세척하는 단계에서는 물, 알코올, 산성 수용액으로 상기 티탄산바륨 나노구조체를 세척할 수 있다. According to an aspect of the present invention, in the washing step, the barium titanate nanostructure can be washed with water, an alcohol, or an acidic aqueous solution.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 바륨수용액은 Ba(OH)2, Ba(OH)2·8H2O, BaCl2, Ba(NO3)2, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. According to one aspect of the present invention, the barium aqueous solution may be composed of Ba (OH) 2, Ba (OH) 2 .8H2O, BaCl2, Ba (NO3) 2, or a combination thereof.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 바륨수용액의 농도는 0.01M~10M의 범위를 가질 수 있다. According to an aspect of the present invention, the concentration of the aqueous barium solution may range from 0.01M to 10M.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 바륨수용액의 첨가는 수열반응이 시작된 이후 72~120시간의 범위 내에서 실시할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the barium aqueous solution may be added within a range of 72 to 120 hours after the hydrothermal reaction is started.
본 발명의 적어도 일 실시예에 의하면, 후처리 변환과정 없이, 한 번의 수열 합성에 의하여 결정성이 높으며 50nm 이하의 직경을 갖는 BaTiO3 1차원 나노구조체를 손쉽게 제조할 수 있다. According to at least one embodiment of the present invention, a BaTiO3 one-dimensional nanostructure having a high crystallinity and a diameter of 50 nm or less can be easily produced by one hydrothermal synthesis without a post-treatment conversion process.
또한, 본 발명의 적어도 일 실시예에 의하면, 직접 합성의 장점 이외에도, BaTiO3 1차원 나노구조체를 합성하는 과정에서 주형물질, 구조제어제, 유기용매, 유무기전구체 등을 사용하지 않으며, 90% 이상의 높은 수율을 갖기 때문에 대량 생산 및 그 응용에도 장점을 지닌다. In addition, according to at least one embodiment of the present invention, in addition to the advantages of direct synthesis, a template material, a structure control agent, an organic solvent, an organic precursor and the like are not used in the process of synthesizing a BaTiO3 one-dimensional nanostructure, Because of its high yield, it has advantages in mass production and its application.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 BaTiO3 1차원 나노구조체의 제조과정의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 BaTiO3 1차원 나노구조체의 FE-SEM(주사전자현미경) 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 BaTiO3 1차원 나노구조체의 TEM(투과전자현미경) 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 BaTiO3 1차원 나노구조체의 XRD 그래프이다. 1 is a flow chart of a process for manufacturing a BaTiO3 one-dimensional nanostructure according to an embodiment of the present invention.
2 is an FE-SEM (scanning electron microscope) image of a BaTiO3 one-dimensional nanostructure produced according to an embodiment of the present invention.
3 is a TEM (transmission electron microscope) image of a BaTiO3 one-dimensional nanostructure produced according to an embodiment of the present invention.
4 is an XRD graph of a BaTiO3 one-dimensional nanostructure produced according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. The detailed description thereof will be omitted. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
본 발명의 일 실시예에서는 값싼 TiO2 파우더를 전구물질로 활용하고, 유기용매 없이 물을 사용하며, 구조제어제(capping agent)를 사용하지 않고, 후처리 과정이 필요 없으며, 결정화도가 높은 BT(Barium Titanate)의 제조가 가능한 방법이 제공된다. In one embodiment of the present invention, a method is used in which a
이는 새로운 직접합성법으로, 본 발명의 일 실시예에서의 직접합성법은 값비싼 전구체, 구조제어제, 유기용매를 사용하지 않으며 물을 기반으로 하기 때문에 대량생산이 가능하며, 직접변환합성 과정에서의 결정성 저하 및 형상 손상 등으로부터 자유로운 직접합성방법을 제공하기 때문에, 향후 응용 측면에서도 의미가 클 것으로 보인다. This is a new direct synthesis method. The direct synthesis method in one embodiment of the present invention does not use an expensive precursor, a structure control agent, and an organic solvent. Since it is based on water, mass production is possible. It is expected to be meaningful in future applications because it provides a direct synthesis method free from deterioration of shape and shape damage.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 BaTiO3 1차원 나노구조체의 제조과정의 흐름도인데, 이하에서는 도 1을 참조하여 BaTiO3 1차원 나노구조체의 제조방법을 단계별로 상세하게 설명하기로 한다. FIG. 1 is a flowchart illustrating a process for fabricating a BaTiO.sub.3 one-dimensional nanostructure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a method for fabricating a BaTiO.sub.3 one-dimensional nanostructure will be described in detail.
본 발명의 일 실시예에 따른 BaTiO3 1차원 나노구조체 제조공정은 아나타제형 이산화티타늄(TiO2) 분말을 강알칼리성 수용액에 고르게 분산시켜 수열 반응을 유도(S11)한다. 상기 수열 반응에 의해 TiO3전구체를 합성하고, 상기 수열반응 도중 TiO3전구체에 바륨수용액을 첨가(S12)하는 과정을 거쳐, 상기 반응 종결 후 물, 산성수용액, 에탄올로 세척한 후 건조(S13)하여 BaTiO3 나노구조체을 제조하는 과정을 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 TiO3 전구체는 티탄산바륨 나노구조체의 전구체로, TiO3를 포함하며, 상기 티탄산바륨 나노구조체는 1차원 구조를 갖는다.In the BaTiO3 one-dimensional nanostructure manufacturing process according to an embodiment of the present invention, the anatase type titanium dioxide (TiO2) powder is uniformly dispersed in a strong alkaline aqueous solution to induce a hydrothermal reaction (S11). After completion of the reaction, the TiO3 precursor was synthesized by the hydrothermal reaction and washed with water, an acidic aqueous solution and ethanol, followed by drying (S13), and a BaTiO3 And a process for producing the nanostructure. At this time, the TiO3 precursor is a precursor of a barium titanate nanostructure, and includes TiO3, and the barium titanate nanostructure has a one-dimensional structure.
상기 강알칼리성 수용액은 물에 NaOH, KOH, LiOH, Ca(OH)2 및 Mg(OH)2 중 하나 이상을 선택하여 분산시켜 제조한다. 바람직하게는 KOH를 사용한다. 상기 강알칼리성 수용액의 농도는 4~15M로 유지되는 것이 바람직하다. 만약, 알칼리 수용액의 농도가 4M 미만이면 짧은 티탄산알칼리 나노선이 가닥가닥 붙어있게 된다. 반면, 상기 강알칼리성 수용액의 농도가 15M을 초과하면 균일하게 알칼리 이온이 분포되는 것이 불리하고 수열반응시간(gell-time)이 너무 길어져서 합성이 비효율적 일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 강알칼리성 수용액의 농도를 4~15M로 한정한다. The strongly alkaline aqueous solution is prepared by dispersing at least one of NaOH, KOH, LiOH, Ca (OH) 2 and Mg (OH) 2 in water. KOH is preferably used. The concentration of the strongly alkaline aqueous solution is preferably maintained at 4 to 15M. If the concentration of the alkali aqueous solution is less than 4M, short alkaline titanic acid nanowires are stuck. On the other hand, if the concentration of the strongly alkaline aqueous solution is more than 15M, it is disadvantageous that the alkaline ions are uniformly distributed and the gell-time becomes too long, so that the synthesis may be inefficient. Accordingly, in one embodiment of the present invention, the concentration of the strongly alkaline aqueous solution is limited to 4 to 15M.
상기 수열합성은 테플론 용기에서 진행하는 것이 바람직하다. 이때, 90℃ 이상의 합성온도에서 치밀한 구조의 BaTiO3 1차원 나노구조체의 형상을 얻을 수 있다. 90℃ 이하에서는 티탄산알칼리 1차원 구조체의 형성 및 BaTiO3 1차원 나노구조체로의 직접변환이 이루어지지 못하여 티탄산알칼리 1차원 구조체로 머무를 수 있으며, 150℃ 이상에서는 BaTiO3가 입자 형태로의 변형이 활발히 일어날 수 있어 바람직하지 못하다. The hydrothermal synthesis preferably proceeds in a Teflon vessel. At this time, a dense structure of BaTiO3 one-dimensional nanostructure can be obtained at a synthesis temperature of 90 ° C or higher. At below 90 ° C, formation of an alkali titanate one-dimensional structure and direct conversion to BaTiO 3 one-dimensional nanostructures can not be achieved, and it can remain as an alkali titanate one-dimensional structure. At temperatures above 150 ° C., transformation of BaTiO 3 into a particle form It is not desirable.
상기 티탄산알칼리 나노선을 수열합성시, 반응전체시간은 최소 6시간 이상으로 한다. 6시간 이내에서는 나노선이 형성되지 않고 구형입자 형태의 티탄산알칼리가 생성될 수 있으며, 72시간 이후부터는 반응이 모두 일어난 상태로 상평형에 도달하기 때문에 더 이상 반응이 일어나지 않는다. 바람직한 반응시간은 24시간 이상 72시간 이하이므로, 본 발명의 일 실시예에서의 수열합성시 반응시간은 24~72시간으로 한정한다. When hydrothermally synthesizing the titanic acid alkali nanowire, the total reaction time is at least 6 hours. Within 6 hours, no nanowires are formed, and spherical particles of alkali titanate can be formed. After 72 hours, the reaction is complete and reaches the phase equilibrium, so no further reaction occurs. Since the reaction time is preferably from 24 hours to 72 hours, the reaction time in hydrothermal synthesis in the embodiment of the present invention is limited to 24 to 72 hours.
바륨수용액의 첨가 시점은 반응시작 72시간 이내로 너무 빠르면 BaTiO3가 입자형태로 변형될 수 있으며, 반응시작 120시간 이상으로 너무 늦으면 입자의 엉김현상이 심해지고, 합성의 효율성이 떨어져 적절하지 않다. 바륨수용액 첨가 후 반응온도는 70℃ 이상에서 이루어지며, 90~120℃가 적절하다. 유지시간은 온도에 따라 수분에서 수십시간에서 이루어질 수 있으며, 90℃에서 1~3시간이 적절하다. BaTiO3 can be transformed into a particle form when the barium aqueous solution is added too quickly within 72 hours of the initiation of the reaction. If the reaction time is more than 120 hours, the particles are excessively entangled and the efficiency of the synthesis is inadequate. The reaction temperature after the addition of the aqueous barium solution is 70 ° C or higher, and 90-120 ° C is suitable. The holding time can be from several minutes to several hours depending on the temperature, and 1 to 3 hours at 90 ° C is suitable.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 Na와 Ba의 비율이 1:1에서 1:10로 한정하는데, 바람직하게는 Na와 Ba의 비율이 1:1.05 일 수 있다. 만약, Na와 Ba의 비율이 1:1보다 낮으면 반응이 제대로 일어나지 않고, Na와 Ba의 비율이 1:10을 초과하면 부반응이 활발하게 일어나게 되어 1차원 구조 이외의 다른 구조가 다량 형성될 수 있다. 이때, 바륨수용액의 농도는 0.01M에서 10M까지 조정할 수 있으며, 0.03M에서 0.3M 정도가 바람직하다. 이때의 바륨수용액은 Ba(OH)2, Ba(OH)2·8H2O, BaCl2, Ba(NO3)2, 또는 이들의 조합으로 이루어진다. Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the ratio of Na to Ba is limited to 1: 1 to 1:10. Preferably, the ratio of Na to Ba may be 1: 1.05. If the ratio of Na and Ba is lower than 1: 1, the reaction does not occur properly. If the ratio of Na and Ba exceeds 1:10, side reaction occurs vigorously, and other structures other than the one- have. At this time, the concentration of the barium aqueous solution can be adjusted from 0.01M to 10M, preferably from 0.03M to 0.3M. At this time, the barium aqueous solution is composed of Ba (OH) 2, Ba (OH) 2 .8H2O, BaCl2, Ba (NO3) 2, or a combination thereof.
본 발명의 일 실시예에서의 티탄산바륨 1차원 나노구조체의 제조를 위한 직접합성법은 기본적으로 물만을 용매로 활용하나, 알코올계 용매 (Methanol, Ethanol, n-propanol, cyclohexanol, iso-propanol, n-butanol, sec-butanol, tertiary-butanol 그리고 iso-butanol 등) 중 일부를 조합하여 반응속도 및 양상을 변화시킬 수도 있다. The direct synthesis method for producing the barium titanate one-dimensional nanostructure in one embodiment of the present invention is basically a method in which only water is used as a solvent, but an alcohol solvent (methanol, ethanol, n-propanol, cyclohexanol, iso-propanol, n- butanol, sec-butanol, tertiary-butanol, and iso-butanol) may be combined to change the reaction rate and pattern.
그리고, 상기 BaTiO3 나노선의 세척/분리 과정에서는 필터(filtration), 원심분리(centrifugation) 등이 쓰일 수 있으며, 물, 에탄올, 산성 수용액을 사용한다. 산성 수용액을 사용하는 이유는 합성 중에 생성되는 부반응물(BaCO3 등)을 제거하기 위함이다. In the washing / separating process of the BaTiO 3 nanowire, filtration, centrifugation, etc. may be used, and water, ethanol, or an aqueous solution is used. The reason why the acidic aqueous solution is used is to remove the byproducts (BaCO3 etc.) produced during the synthesis.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 실시예에서는 도 1을 참조하여 설명한 방법을 이용하여 BaTiO3 1차원 나노구조체를 직접합성법으로 제조하였다. In one embodiment of the present invention, a BaTiO3 one-dimensional nanostructure was prepared by a direct synthesis method using the method described with reference to Fig.
우선, 5g의 이산화티타늄 분말과, 10M의 KaOH 수용액 100mL에 넣고 1시간 동안 교반한 후, 테플론 용기에 담는다. 이어서 110℃의 오일배스에서 72시간 동안 교반하에서 수열반응(S11) 시킨 후, 오일배스 온도를 90도로 낮춘 후 바륨수용액을 첨가(S12)하고, 2시간 동안 더 반응시킨다. First, add 5 g of titanium dioxide powder and 100 ml of 10 M KaOH aqueous solution, stir for 1 hour, and place in a Teflon container. Subsequently, hydrothermal reaction (S11) is carried out in an oil bath at 110 DEG C for 72 hours under stirring. Then, the temperature of the oil bath is lowered to 90 DEG C, and a barium aqueous solution is added (S12) and further reacted for 2 hours.
상기 수열반응 후 냉각된 반응용기에서 고체 침전물을 걸러낸 후, 물, 초산수용액, 에탄올로 세척하여 티탄산바륨 1차원 나노구조체를 얻는다(S13). After the hydrothermal reaction, the solid precipitate is filtered in a cooled reaction vessel, and washed with water, an aqueous acetic acid solution and ethanol to obtain a barium titanate one-dimensional nanostructure (S13).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수열합성에 의해 제조된 티탄산바륨 1차원 나노구조체의 FE-SEM(주사전자현미경) 사진이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 직경이 50nm 이하의 크기를 가지며 균일하게 합성된 티탄산바륨 1차원 나노구조체를 확인할 수 있다. 2 is an FE-SEM (scanning electron microscope) photograph of a barium titanate one-dimensional nanostructure produced by hydrothermal synthesis according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, a uniformly synthesized barium titanate one-dimensional nanostructure having a diameter of 50 nm or less can be identified.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수열합성에 의해 제조된 티탄산바륨 1차원 나노구조체의 XRD(X-Ray Diffraction) 패턴을 도시한 것인데, 도 3을 참조하면, 결정성이 높음을 입증하는 매우 좁은 중간선폭이 도시된 것을 알 수 있다. 제조된 티탄산바륨 1차원 나노구조체가 큐빅(Cubic) 구조의 티탄산바륨인 것을 확인할 수 있으며, 부산물(티탄산칼륨)은 남아 있지 않음을 확인 할 수 있다. FIG. 3 shows an X-ray diffraction (XRD) pattern of a barium titanate one-dimensional nanostructure produced by hydrothermal synthesis according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, It can be seen that a very narrow intermediate line width is shown. It can be confirmed that the barium titanate one-dimensional nano-structure thus prepared is a cubic barium titanate, and that no by-product (potassium titanate) remains.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 티탄산바륨 1차원 나노구조체로부터 이온교환 반응에 의해 제조된 티탄산바륨 나노선의 TEM(투과전자현미경) 이미지이다. 본 실시예의 티탄산바륨 1차원 나노구조체가 높은 결정성의 단결정으로 이루어진 티탄산바륨 나노선인 것을 확인할 수 있다. 4 is a TEM (transmission electron microscope) image of barium titanate nano-wires prepared by ion exchange reaction from a barium titanate one-dimensional nanostructure according to an embodiment of the present invention. It can be confirmed that the barium titanate one-dimensional nanostructure of this embodiment is a barium titanate nano-structure composed of a high-crystalline single crystal.
상기한 바와 같이, 본 발명을 이용하면 티탄산바륨 1차원 나노구조체를 후처리 변환반응 없이 한 번의 합성과정으로 제조할 수 있다. 이상에서 설명된 티탄산바륨 1차원 나노구조체의 제조방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. As described above, according to the present invention, a barium titanate one-dimensional nanostructure can be prepared by a single synthesis process without a post-treatment conversion reaction. The method of manufacturing the barium titanate one-dimensional nanostructure described above is not limited to the configuration and the method of the embodiments described above, but the embodiments may be modified such that all or some of the embodiments are selectively combined .
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Accordingly, the above description should not be construed in a limiting sense in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.
Claims (10)
상기 TiO3 전구체에 바륨수용액을 첨가하여 티탄산바륨 나노구조체를 합성하는 단계; 및
상기 합성된 티탄산바륨 나노구조체를 세척 및 건조하는 단계를 포함하고,
상기 알칼리 용액의 농도는 4M~15M이고,
상기 TiO2 분말이 혼합된 알칼리 용액을 90~150℃의 온도 범위에서 24~72시간의 범위 내로 수열합성하는 티탄산바륨 나노구조체의 제조방법. Dispersing a titanium dioxide (TiO2) powder in an alkali solution to synthesize a TiO3 precursor;
Adding a barium aqueous solution to the TiO3 precursor to synthesize a barium titanate nano-structure; And
And washing and drying the synthesized barium titanate nanostructure,
The concentration of the alkali solution is 4M to 15M,
Wherein the alkali solution mixed with the TiO2 powder is subjected to hydrothermal synthesis within a temperature range of 90 to 150 占 폚 for 24 to 72 hours.
상기 알칼리 용액은 NaOH, KOH, LiOH, Ca(OH)2 및 Mg(OH)2 중 하나 이상의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 티탄산바륨 나노구조체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the alkali solution is composed of a combination of at least one of NaOH, KOH, LiOH, Ca (OH) 2 and Mg (OH) 2.
상기 티탄산바륨 나노구조체 합성시 바륨(Ba)과 티타늄(Ti)의 원자 비율이 1:1~ 10:1인 것을 특징으로 하는 티탄산바륨 나노구조체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the atomic ratio of barium (Ba) to titanium (Ti) is 1: 1 to 10: 1 in synthesizing the barium titanate nanostructure.
상기 세척하는 단계에서는 물, 알코올, 산성 수용액으로 상기 티탄산바륨 나노구조체를 세척하는 것을 특징으로 하는 티탄산바륨 나노구조체의 제조방법. The method according to claim 1,
Wherein the cleaning step comprises washing the barium titanate nanostructure with water, an alcohol and an acidic aqueous solution.
상기 바륨수용액은 Ba(OH)2, Ba(OH)2·8H2O, BaCl2, Ba(NO3)2, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 티탄산바륨 나노구조체의 제조방법. The method according to claim 1,
Wherein the barium aqueous solution is composed of Ba (OH) 2, Ba (OH) 2 .8H2O, BaCl2, Ba (NO3) 2, or a combination thereof.
상기 바륨수용액의 농도는 0.01M~10M의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 티탄산바륨 나노구조체의 제조방법.9. The method of claim 8,
Wherein the concentration of the barium aqueous solution is in the range of 0.01M to 10M.
상기 바륨수용액의 첨가는 수열반응이 시작된 이후 72~120시간의 범위 내에서 실시하는 것을 특징으로 하는 티탄산바륨 나노구조체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the barium aqueous solution is added within 72 to 120 hours after the initiation of the hydrothermal reaction.
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