전기적 분무 열분해를 이용한 나노 구조 물질 제조

Abstract

화염 정전분무 열분해법을 사용하여 $CeO_2$ 나노입자를 성공적으로 생성할 수 있었다. 생성된 $CeO_2$ 나노입자의 수농도 분포는 3개의 피크를 갖는 삼극 분포 형태를 가졌다. 전구체 용액의 수농도를 증가할수록 발생한 입자의 크기 또한 커졌다. 최소 모드에 해당하는 입자는 증발을 수반하는 하전된 입자의 레일레이 분열에 의한 것으로 추측된다. 최대 모드와 중간 모드에 해당하는 입자는 제트 분열에 의한 액적 발생시 동시적으로 발생한 주액적과 2차 액적에 의한 것으로 추측된다. FE-TEM과 FE-SEM 관찰을 통해 최대 모드에 해당하는 $CeO_2$ 나노입자는 몇 개의 결정으로 이루어진 비구형 형상을 가짐을 확인할 수 있었다. 중간 모드와 최소 모드에 해당하는 입자는 응집이 일어나지 않은 거의 구형의 형상이었다. EDS와 XRD 분석은 높은 결정성을 가진 입방 구조의 $CeO_2$ 가 생성되었음을 보여주었다. 모세관-extractor-기판 구조를 갖는 이중 노즐 정전분무 코팅스프레이의 전개와 부착 패턴의 특성을 수치 해석과 실험적 검증을 통해 연구하였다. 모세관-extractor 전압에 의해 결정된 액적의 크기 분포는 extractor-기판 전압에 독립적이며, 반면 extractor-기판 전압은 분무 전개에 주도적인 영향을 미친다. 스프레이의 바깥 그리고 사이 영역에서의 액적은 크기 분리 현상에 의해 중심부의 액적에 비해 크기가 작다. 비록 낮은 extractor-기판 전압에서 분무 사이 영역에서의 표면 수농도가 중심부에 비해 높지만, extractor-기판 전압에 증가함에 따라 분무 사이 영역의 표면 수농도는 감소하며, 결국 중심부의 표면 수농도보다 낮아지게 된다. 모든 extractor-기판 전압에 대해, 분무 사이 영역에서의 표준 두께는 중심부의 표준 두께에 비해 작으며 extractor-기판 전압을 증가시킴에 따라 감소한다. 분무 사이 영역에서의 두께 불균일성은 extractor-기판 전압을 감소시킴에 따라 줄어든다. 그러나 충분히 높지 않은 extractor-substrate 전압에서는 extractor 벽으로의 액적 손실이 클 수 있다. 결론적으로, 이 연구는 대면적 코팅을 위한 다중 노즐 정전분무 코팅 시스템의 가능성과 중요한 설계 변수들에 대해 제시하고 있다.