나노기술 및 정책 정보

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­ 이산화 티타늄 나노 튜브의 전자 수송 성능은 알맹이 재료보다 우월하기 때문에 태양광발전, 광촉매, 센서 등 분야에서 중요한 응용 전망을 가지고 있어 학술계의 관심사가 되고 있다.

­ 현재 이산화 티타늄 나노 튜브는 일반적으로 비교적 낮은 전압(100V보다 낮음)의 양극 산화 티타늄 편(片)을 통해 개발되는데 성장 속도가 비교적 늦고(일반적으로 10미크론/시간보다 적고, 전압과 정비례한 관계임) 튜브 지름과 전압은 선형 상관관계이기 때문에 성장 속도와 튜브 지름에 대해 각각 조정, 통제를 실행할 수 없는 상황이다. 과거 진행된 연구에서도 고 전압(100V를 초월한 전압) 하에서 양극 산화 티타늄 편은 과도 부식되는 상황이 발생하여 이산화 티타늄 나노 튜브 개발에 사용하지 못하였다고 한다.

­ 중국 안후이성(安徽省) 허페이시(合肥市)에 위치하여 있는 ‘중국과학원(中国科学院)’ 산하 ‘허페이(合肥) 물질과학 연구원(物質科學研究院)’의 ‘고체물리 연구소(固體物理硏究所)’ 인량량(尹亮亮) 박사는 예창후이(葉長輝) 연구원과 공동으로 일종 새로운 ‘고 전압 양극 산화 방법’을 발명하였다.

­ 연구팀은 ‘고 전압 양극 산화 방법’을 이용하여 전해액 속에 제공하는 산화물종(물)의 확산 과정을 조정하고 통제하는 방법으로 이산화 티타늄 나노 튜브의 신속한 성장(성장 속도는 130미크론/시간 수준에 도달)을 실현하였다.

­ 연구팀은 이산화 티타늄 나노 튜브의 지름이 편(偏) 전압의 상승에 따라 극대치가 나타나며 나노 튜브의 성장 속도와 튜브 지름을 각각 조정, 통제할 수 있다는 점을 발견하였다.

­ 연구팀은 저 전압 조건 하에서 나노 튜브의 지름과 전압은 정 비례 관계를 가지며 전통적인 금속 산화 이론으로 해석할 수 있지만 고 전압 조건하에서의 극대치 현상은 현재의 이론으로는 설명할 수 없다는 연구결론을 도출하였다. 인량량 박사 연구팀은 금속 양극 산화 과정에서의 ‘동력학 계수(动力学参数)’에 대한 정밀 분석을 진행하였으며 현재의 이론을 기반으로 새로운 이론 모델을 제시하였다.

­ 인량량 박사 연구팀이 새롭게 제시한 이론 모델의 결과와 실험 수치는 완벽히 맞아 떨어지기 때문에 고 전압 조건 하에서의 밸브(Valve) 금속의 비(非) 정상적인 산화 행위에 대해 심층적인 이해를 할 수 있는 기반을 구축하였으며 이산화 티타늄 나노 튜브의 대규모 공업 응용을 위한 보장을 제공해 주었다.

­ 이번 연구개발 성과를 정리한 과학연구 논문은 ‘전기화학 통신(Electrochemistry Communications 13 (2011) 454–457)’에 공식 발표되었다고 한다.

­ 이번 연구는 중국 ‘국가 자연과학 기금 위원회(NSFC)’, ‘중국과학원(CAS)’의 ‘백인계획(百人计劃)’과 ‘국가 중대 기초과학연구 계획(973 계획)’의 지원을 받아 추진되었다고 한다.

그림 설명 : a), b), c)는 각각 이산화 티타늄 나노 튜브의 정면(正面)이며，뒷면(背面)과 측면(侧面)을 스캔한 전자 현미경 사진임；

d)는 물 포함량이 다양한 상황에서 개발한 이산화 티타늄 나노 튜브 지름과 편(偏) 전압 관계를 표시함.

그림 설명 : a) 이산화 티타늄 나노 튜브 성장률과 지름, 편(偏) 전압 간의 관계를 나타내는 곡선；

b), c), d)는 각각 150V 전압 조건 하에서의 물 포함량, 국지 부분 온도와 암모늄 플루오라이드(Ammonium fluoride) 포함량이 나노 튜브 성장률과 지름에 끼치는 영향을 나타냄.

출처 : http://www.cas.cn/ky/kyjz/201107/t20110722_3312658.shtml