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[인하대학교] 무기화학실험 TiO2 박막 제조 실험 예비보고서 (A0)

"[인하대학교] 무기화학실험 TiO2 박막 제조 실험 예비보고서 (A0)"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2023.10.14 최종저작일 2022.09
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[인하대학교] 무기화학실험 TiO2 박막 제조 실험 예비보고서 (A0)
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    소개

    "[인하대학교] 무기화학실험 TiO2 박막 제조 실험 예비보고서 (A0)"에 대한 내용입니다.

    목차

    1. 실험 제목
    2. 시약 및 기구
    3. 실험 원리
    4. 참고문헌

    본문내용

    2. 실험 제목: TiO2 박막 제조 및 TiO2에 의한 Methylene blue 환원 반응
    3. 시약 및 기구: FTO 기판, Diamond pen, scotch tape, TiO2 paste, TiO2 solution, 1 mL spoide, slide glass, blower, hot wind, spin coater, methylene blue, aluminum foil, petrischale
    4. 실험 원리:
    1) 광촉매, Photocatalyst:
    (1) 정의와 광촉매 반응: 광촉매는 보통 광역 반도체(wide band gap semiconductor)로 충분한 에너 지를 갖는 빛을 가해줄 경우 전자-정공쌍이 형성된다. 이 전자와 정공쌍은 각각의 life time이 달라 각각 산화와 환원 반응에 참여하게 된다. 결합띠의 전자가 전도띠로 들뜨며 활성화된 전자와 hydroxyl radical이 생성되며, 생성된 전자는 표면에서 만난 물질을 환원시키고 hydroxyl radical은 표면에서 만난 물질을 산화시킨다. 이때 전도띠에 생성된 전자는 양성자와 반응하여 수소를 생성하 고, 결합띠에 생성된 hydroxyl radical은 산화되어 산소와 물이 된다. 이렇게 빛에 의해 생성된 전자 와 hydroxyl radical에 의해 진행되는 화학반응을 광촉매 반응이라고 한다.

    참고자료

    · 김범준, 변동진, 이중기 외 1인. Spin-coating법에 의한 TiO2의 광촉매 효율. (2000). pp. 264~268
    · 염봉진, 김길수, 이팔훈 외 2인. 반도체 제조에 있어서의 품질공학: 패터닝 공정과 박막형성 공정을 중 심으로 (1997). pp. 70~75
    · 박채원. 레이저 조사를 통한 TiO2 SiO2 하이브리드 박막 제조 및 광촉매 활성에 관한 연구. (2019). pp. 1~7
    · 공필구, 이종국, 곽효섭 외 2인. 전기화학법을 이용한 TiO2 박막의 제조. (1996). pp. 991~993
    · 이문희. 박막공학: 증보판. 두양사(2012). pp. 3~27, 97~98
    · 서곤, 김건중. 촉매: 기본개념, 구조, 기능. 청문각(2014). pp. 509~511
    · 그림2- Michał Błędowski, Lidong Wang. Visible-light photocurrent response of TiO2-polyheptazine hybrids: Evidence for interfacial charge-transfer absorption(2011)
  • AI와 토픽 톺아보기

    • 1. 광촉매 (Photocatalyst)
      광촉매는 빛 에너지를 이용하여 화학 반응을 촉진하는 물질로서, 환경 정화 및 에너지 변환 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다. 특히 수질 오염 제거, 공기 정화, 그리고 태양광을 이용한 수소 생산 등 다양한 응용 분야에서 그 가치가 입증되고 있습니다. 광촉매의 효율성을 높이기 위해서는 밴드갭 에너지 조절, 표면 결함 제어, 그리고 이종 접합 구조 개발 등의 연구가 지속적으로 필요합니다. 향후 나노 구조화 및 도핑을 통한 성능 개선이 상용화의 핵심이 될 것으로 예상됩니다.
    • 2. 이산화티타늄 (TiO2)
      이산화티타늄은 가장 널리 연구되고 활용되는 광촉매 물질로서, 우수한 광촉매 활성, 화학적 안정성, 그리고 낮은 독성으로 인해 산업적 응용에 매우 적합합니다. 루타일과 아나타제 같은 다양한 결정 구조를 가질 수 있으며, 각 구조에 따라 광촉매 성능이 달라집니다. 그러나 넓은 밴드갭(약 3.2eV)으로 인해 자외선 영역에서만 활성을 보이는 한계가 있습니다. 이를 극복하기 위해 질소 도핑, 금속 도핑, 그리고 탄소 기반 물질과의 복합화 등의 개선 방안들이 활발히 연구되고 있습니다.
    • 3. 박막 제조 방법 (Thin-film Fabrication)
      박막 제조 방법은 광촉매 소자의 성능을 결정하는 핵심 기술입니다. 스핀 코팅, 딥 코팅, 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 그리고 졸-겔 방법 등 다양한 기법이 있으며, 각 방법은 고유의 장단점을 가집니다. 박막의 두께, 결정성, 표면 형태, 그리고 결함 밀도 등이 광촉매 활성에 직접적인 영향을 미치므로, 정밀한 공정 제어가 필수적입니다. 최근에는 원자층 증착(ALD)과 같은 정밀 제어 기술이 고성능 박막 제조에 주목받고 있습니다.
    • 4. 투명 전도성 산화물 (TCO)
      투명 전도성 산화물은 광전자 소자에서 필수적인 재료로서, 높은 광투과율과 전기 전도성을 동시에 만족해야 합니다. ITO(인듐 주석 산화물)가 가장 널리 사용되지만, 인듐의 희소성과 높은 비용이 문제입니다. 따라서 AZO(알루미늄 도핑 산화아연), FTO(불소 도핑 산화주석) 등의 대체 물질 개발이 활발합니다. TCO는 광촉매 소자에서 전극 역할을 하며, 그 특성이 전자 수집 효율과 전체 소자 성능에 큰 영향을 미칩니다. 향후 더욱 우수한 광학 및 전기적 특성을 가진 새로운 TCO 물질의 개발이 필요합니다.
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