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TFT 공정 기술

TFT-LCD 제작 공정은 액정 cell 제작 공정 (TFT 기판과 color filter기판을 합착) 후에 구동 회로를 부착하여 신호 구동이 가능한 액정 cell 상태로 제작하는 공정을 말한다. 액정 cell 공정은 TFT 공정이나 color filter공정에 비해 상대적으로 반복 공정이 거의 없는 것이 특징이라 할 수 있다. 전체 공정은 액정 분자의 배향을 위한 배향막 형성 공정과 cell gap 형성 공정, 그리고 액정 주입 및 편광 flim 부착 공정으로 크게 나눌 수 있다. 각 공정은 공정의 특성상 서로 상이한 공정들로 연결되어 있다. 이것은 고분자 박막의 형성에서부터 rubbing 공정, 그리고 진공을 이용한 액정 주입 공정 등 광범위한 분야의 지식과 기술을 필요로 한다.TFT-LCD의 Color 화면은 Back Light(B/L)의 백색광의 투과율을 조절하는 TFT와 액정 Cell의 동작과 Red, Green, Blue의 Color Filt er를 투과해 나오는 3원색의 가법 혼색을 통하여 이루어 진다. Color Filter는 제조시 사용되는 유기 Filter의 재료에 따라 염 료 방식과 안료 방식이 있으며, 제작 방법에 따라 염색법, 분산법, 전착법, 인쇄법 등으로 분류할 수 있으나, 현재 TFT-LCD의 Co lor Filter의 제조시 사용되는 가장 보편적인 방법은 안료 분산법이다. C/F 기판은 색상을 구현하는 Color Filter Pattern과 R.G.B Cell 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 Black Matrix, 그리고 액 정 Cell에 전압인가를 위한 공통 전극(ITO) 으로 구성되어 있다. Black Matrix는 일반적으로 Color Filter의 RGB Pattern 사이에 위치하며 Pixel Electrode 가 형성되지 않은 부분과 Pixel El ectrode 주변부에 형성되는 Reverse Tilted Domain을 차폐시키는 목적으로 설치한다. 또한, Black Matrix는 TFT의 직접적인 광 조사를 차단 전체적으로 균일하게 펴지게 하고 용매를 증발시키기 위해 예비 건조기를 이용한다. 용매의 증발 속도를 너 무 빠르게 하면 Polyimide가 균일하게 퍼지기 전에 건조가 일어나 두께 차이에 의한 얼룩이 발생한다. 예비 건조가 끝난 기판은 경화로에 투입된다. 경화로에서 예비 경화된 배향막은 Polyimide막으로 형성되어 배향막 형성이 완료된다.천을 이용하여 배향막에 일정한 방향으로 문질러주는 것을 Rubbing이라한다. Polyimide 배향막에 Rubbing을 하면 액정 분자들 이 Rubbing방향으로 정렬한다. Rubbing 포는 면이나 나일론계의 섬유를 식모한 포를 사용하며, Roller를 포함한 Rubbing설비의 비교적 간단하다. Rubbing공정 조건 설정시 가장 기본이 되는 것은 적당한 세기의 Rubbing조건을 설정하는 것과 Rubbing세기를 대면적에 걸쳐 균일하게 하는 것이다. Rubbing세기에 대한 액정 분자의 정렬도는 초기에는 선형적인 증가를 하지만, Rubbing세기 가 증가함에 따라 포화되는 특성을 나타낸다. Rubbing이 균일하지 않으면 액정 분자의 정렬도가 공간적으로 일정하지 않아 국소 적으로 다른 광학 특성을 나타내는 Unuformity 불량을 일으킨다.TFT 기판이나 C/F 기판의 제조 기술에서 TFT-Array를 형성하는 공정은 Silicon 반도체 제조공정과 유사하다. 즉, 박막증착(Th in Film Deposition), 사진,(Photolithography), 식각(Etching) 등의 공정으로 이루어져 있으며, 개개의 공정 전후에 결과 및 이 상 여부를 확인하기 위한 검사와 청정도를 유지하기 위한 세정을 포함한다. 상기의 단위 공정 들은 각각의 Layer를 형성하기 위 하여 일련의 반복된 공정으로 진행되며, 전·후 공정과 상호 밀접한 관련이 있다. Silicon 반도체 공정과 다른점은 반도체 제조 에서는 Silicon Wafer를 복잡한 공정을 거쳐서 가공하여 소자를 만들지만 TFT-LCD 제조에서는 LCD 화면의여 고투과율과 내습, 내구성이 있는 SiNx를 PECVD에 의하여 증착 하며 , Channel 부위의 막에 영향을 주지 않도록 증착온도, Rf Power, Gas 유입량 등의 공정 조건을 적절히 조절해야 한다.액정 표시 장치는 TFT 기판과 Color Filter 기판 상의 일정한 Gap에 주입된 액정 분자에 전압을 인가하여 구동시키는 전기 광 학 소자이다. 따라서 두 기판을 일정한 간격으로 유지시키는 것이 대단히 중요하다. Cell Gap이 일정하지 않으면 그 부분을 통과 하는 빛의 투과도가 달라져 공가적으로 불균일한 밝기를 나타내는 Uniformity 불량을 나타낸다. 이와 같은 문제는 액정 Panel의 크기가 점차 대형화 추세로 나감에 따라 그 중요성이 부가각되고 있다. 일반적으로 Panel 이 대형화 됨에 따라 일정한 Cell Gap을 유지하기 위해서는 Side의 Seal에 Spacer를 넣는 것으로는 충분치 않고, 구동되는 Panel 전 면에 일정하게 Spacer를 뿌리는 공정이 필요하다.TFT 기판과 Color Filter의 Alignment 정도는 각 기판의 설계시 주어지는 Margin에 의해 결정되는데 보통 수 마이크로미터 정도의 정밀도가 요구된다. 두 기판의 Alignment가 주어지는 Margin을 벗어나면 빛이 새어 나오게 되어 구동시 원하는 측성을 갖지 못한다. 장비의 정밀도 이외에 공정적으로 고려해야 할 사항은 기판의 미끌림인데, 보통 이를 제거하기 위해 고정시키는 Seal 제를 사 용한다. 또한 이공정까지는 TFT 기판과 Color Filter 기판의 배향막이 외부에 노출되어 있으므로 기판의 오염이나 입자의 유입이 일어날 수 있다. 이로 인한 불량 발생이 공정 수율의 큰 부분을 차지한다. 따라서 이 공정까지의 청정도는 이후의 공정에 비해 상당히 높은 청정도가 요구되며, 공정 진행시 오염 장지를 위한 대책이 필요하다. Cell 단의의 Cutting과 액정 주입을 위해서는, Assembly가 완료된 기판의 Seal을 일정한 Cell Gap 분자의 위치에 규칙성이 없지만 직각인 방향에는 규칙성을 가진다. 그러므로 한 방향에 대해 분자위치의 규칙성(positional order)을 유지하고 분자축은 전체로서 한 방향을 향한 ? 질서가 있다.(3) 콜레스테릭(cholesteric) 액정: 각 분자 층은 매우 얇으며, 층 내 에서의 분자 배열은 장축 방향이고 층의 면은 평행 이다. 그림과 같이 각 층내 분자의 장축 방향은 인접하는 층 분자의 장축 방향과 조금 어긋나 있으며 전체적으로는 ?? 나선 구조를 이루고 있다.1.2. LC( liquid crystal)의 특성1.2.1. LC( liquid crystal)의 기초 성질그림 1-3외부로부터 전계을 가하면 P형 액정에서는 그 분자축이 전계방향과 평행하게 되고, N 형액정에서는 직각의 방향으로 그 배열이 변한다. 이러한 분자 배열이 있기 때문에 액정이 가진 굴절율, 유전율, 자화율, 전도도, 점성율 등의 물성값을 분자의 장축에 평행한 방향과 직각인 방향에 대하여 상이하며 이방성을 가진다.표1.2 액정분자의 배열변화1.2.3. 기본적인 분자 배향 처리위에서 소개한 어떠한 특정 분자 배열도 다음의 3가지 기본적인 분자 배향 처리에 따라 얻어지는 2장의 배향 처리 기판의 각종 조합으로되는 액정 셀을 이용함으로써 형성된다.Homeotropic (Vertical) Alignment (수직배향 처리) : 액정 분자의 장축 방향이 기판면에 수직(⊥) 으로 배향하도록 기판 표면을 처리한다.그림1-4 액정의 수직배향Homogeneous (Parallel) Alignment (수평배향처리) : 액정 분자의 장축 방향이 기판면에 수평(∥)으로 배향 하도록 기판 표면을 처리한다.그림1-5 액정의 수평배향경사배향 처리 : 액정 분자의 장축 방향이 기판면에 일정한 각도만큼 경사로 배향하도록 기판을 표면 처리한다.? 저선경사각 수평배향(Low Pretilt by Main-chain Polymer)그림1-6 저선경사각 수평배향? 고서경사각 수평배향(High Pretilt by S을 발생시키는 고감도이다. 안정성이 우수한 triazine계의 bistrichionethyl화합물이 주로 이용된다. Monomer는 radical에 의하여 중합반응 개시후 polymer형태로 결합하여 현상 용제에 녹지 않는다. Binder는 상온에서 액체 상태의 monomer를 현상액으로부터 보호하며 안료 분산의 안정화 및 RGB pattern의 내열성, 내광성, 내약품성 등이 신뢰성을 좌우한다.BM pattern을 형성한 후 색상을 구현하기 위한 RGB pattern은 안료(pigment)가 함유된PR을 사용하여 photolithography기술을 이용한다. CF의 형성은 통상적으로 R, G, B순서이다. 이때 사용하는 노광기는 CF의 pattern 정밀도가 상대적으로 높지 않기 때문에 proxy aligner면 충분하다. 통상적으로 RGB pattern은 동일 mask를 사용하여 화소 pitch만큼 shift시켜 노광하여 형성한다. Spin 방식 도포는 인쇄법에 비하여 color PR의 소모량은 많지만 두께 균일성이 우수하기 때문에 가장 많이 사용된다. 일반적으로 컬러 PR은 negative PR을 이용하므로 노광되지 않는 부분이 제거된다. 현상(develop)은 dipping, puddle, shower spray법 등이 사용되며 현상 후에는 post bake를 형성과 같이 컬러 PR을 바꾸어 동일한 mask를 shift시켜 노광하고 상기와 같은 공정을 진행하여 green과 blue pattern을 완성한다.RGB pattern의 보호와 공통 화소전극 형성시 양호한 step coverage를 위하여 CF 표면 평탄화를 위하여 acryl 계열 혹은 polymer 계열 resin을 spin coating 방법으로 평탄화를 형성하는 경우도 있지만 제조 공정 cost를 낮추기 위하여 생략하기도 한다. TFT-Array 기판에 형성된 화소전극 ITO와 함께 액정cell을 동작시키기 위해서 공통전극으로써 RGB pattern 형성후 ITO를 sputtering방법으

공학/기술| 2010.06.21| 40페이지| 2,000원| 조회(728)

LCD, TFT, TFT 공정 기술

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[고분자공학, 화학공학,광촉매]광촉매의 원리와 응용

초 록현대 사회에서 쓰이고 있는 많은 물질과 장비들은 에너지를 필요로 하고 있고 또 그 에너지들을 합성하고 사용함으로서 작동하며 사용되어지고 있다. 이렇듯 모든 것은 에너지를 필요로 하기 때문에 좀더 적은 에너지로 효율을 높이거나 아니면 같은 에너지로 좀더 오랫동안 사용하기 위한 노력과 연구가 이루어지고 있다. 이러한 시기에 광촉매의 등장은 과학과 여러 산업 분야에서 많은 관심과 이슈를 불러일으키고 있다. 광촉매는 에너지 또는 상태의 효과 및 효율을 좀더 높이고 유지시키는데 일조를 한다. 그러면 이러한 광촉매의 원리는 과연 어떤 것이며 또한 현재 어떤 분야에서 어떻게 적용되며 연구가 이루어지고 있는지 알아보기로 한다. 더 나아가서는 앞으로의 시대에서 광촉매가 얼마나 큰 역할을 할 것이며 어떠한 분야에 적용이 될 것인지를 살펴보기로 한다.목 차▷ 서 론 --------------- 3▷ 본 론 --------------- 5▷ 결 론 --- ---------- 21▷ 참고문헌 및 사이트 ------- 25서 론촉매란 “자신은 반응의 전후에 변하지 않지만, 반응을 촉진하는 것”이다.예를 들어, 수소가스와 산소가스를 혼합하여도, 불을 붙이지 않으면 반응하지 않지만, 거기에 백금(촉매)을 넣으면 실온에서 반응하여 물이 생성된다. 이것을 모방한 광촉매는 “자신은 반응 전후에 변화하지 않지만, 빛을 흡수함으로서 반응을 촉진하는 것”이라고 정의할 수 있다. 예를 들어,식물중의 엽록소는 확실히 광촉매이다.광합성은 태양에 의해 이산화탄소와 물이 반응해 전분과 산소가 되는 반응이다. 단지, 이산화탄소와 물의 혼합기체에 빛을 비춰도 이 반응은 진행되지 않는다. 엽록소가 태양 빛을 흡수함으로서 처음으로 전분과 산소가 생긴다. 그러나, 이 반응의 전후에서 엽록소는 전혀 변화하지 않는다. 엽록소가 흡수한 빛 에너지를 이용해 반응이 진행 된다.그러면 광촉매란 무엇인가? 광촉매 연구의 역사를 거슬러 올라가면, 빛으로 물을 분해하는 것이 가능하다 라는 발견에 이르게 된다. 물은 잘 알려진 색안료로서의 산화티탄과 광촉매로서의 산화티탄의 성질은 다르다. 원래 같은 성질의 겉과 속이라고 하는 것이 좋을지 모르겠다.결국 산화티탄이라는 산화물 반도체에는, 애초 빛 에너지를 받으면 활성을 띠는 성질이 있다. 활성이란, 화학변화가 일어나기 쉬운 것이라고 할 수 있다. 빛에 의해 그러한 상태가 되는 것을 광활성이라고 한다. 백색안료나 화장품의 자회선 흡수제로서 사용하는 경우에는, 이 광활성을 억제하는 것이 오랜 세월의 과제였다. 어떻게 해서든지 광활성에 의해 그것과 접하는 것을 너덜너덜하게 하요 쵸크와 같은 흰색의 가루를 내는 현상이 일어나기 때문이다. 한편 산화티탄을 광촉매로서 사용하는 경우는, 바로 이 빛에 대한 활성을 이용하여 그것과 접하는 것을 분해해 버리는 것이다.산화티탄에는 3종류의 결정구조가 있지만, 광활성의 점에서는 일반적으로 아나타제형이라 불리는 것의 활성의 높다고 알려져 있다. 그 때문에 광촉매 반응에 있어서는, 아나타제형의 산화티탄이 유효하다고 생각하고 있다.산화티탄의 광촉매 반응이 이용 가능한 빛은, 파장이 380nm 이하의 자외선에 한정되고 있다. 에너지의 유효이용의 관점으로 보면, 가시광을 이용할 수 있는 재료가 바람직하다. 그 때문에 지금까지 있던 산화물, 황화물 등을 조사하였다. 예를 들어 셀렌화카드늄은 대단히 이상적이지 못한 구조를 갖고 있지만 , 빛에 의해 그 자신이 용해 반응을 일으켜버리고 만다. 빛을 닿게 할 때에 안정하고 산화티탄에 필적하는 광활성을 갖는 재료로서는 티탄산스트론튬이나 층상의 이오브산칼륨이 발견되었지만, 어느 것이나 산화티탄보다 우수한 것은 없고, 또 가시광은 이용할 수 없다.이러한 광촉매의 원리에 대해서 자세하게 알아보기로 한다.본 론1. 광촉매의 원리앞에서 살핀바와 같이 광촉매로 불리는 물질은 반응계에 존재시켜 광조사하면 그 반응이 진행하게 되거나 반응속도가 상승하거나 하는 촉매이다. 광촉매로서 대표적인 물질은 반도체광촉매이다. 광촉매에 한정하지 않고 원래부터 촉매로 불리는 물질은,① 반응속도를 높이거나, 금속에 비교하여 빛을 반사하지 않기 때문에 광흡수성에 우수하다는 광반응에는 유리한 특징이 있다. 또한 도전성의 담체로서 전자이외에 전자의 정공도 이용할 수 있다. 이와 같은 특징이 반도체전극에 빛을 주는 광기전력을 일으켜 인공광합성시스템으로서 활용할 수 있다고 생각된 이유이다.광촉매의 원리와 광촉매가 저농도화합물을 효율적으로 제거한다는 이점을 고려한 광원으로서 청정한 태양광에너지를 이용했다. 이산화탄소와 질소의 고정, 질화물과 유황화합물의 직접분해, 오염하천과 호조의 청정화와 같이 환경정화용 촉매로서의 응용에 큰 기대를 기울이고 있다.광촉매에 의한 환경정화용도로서 정화조용수처리와 터널의 공기청정화장치의 검토가 되고 있다. 또한, 실내광정도의 약한 빛을 이용하여 대기중의 악취와 같은 저농도의 물질을 분해하는 방법을 갖춘 건축재료가 개발되기 시작하고 있다.이외에도 초기의 연구목표인 물의 광분해반응으로 수소에너지를 획득하는 방법으로서 연구, 유기화합물의 합상계, 광암치료로서의 이용도 생각되고 있다.광촉매는 조사하는 자외선강도와 반응물질농도와의 관계에서 수정화, 공기정화, 살균, 탈취, 수분해의 각각의 용도에서 최적인 범위가 존재한다. (그림 5참조).현재 시판되고 있는 광촉매응용제품중에는 24시간목욕탕, 온천물의 유지용장치가 있다. 큰 연못과 댐의 수처리가 되면 이산화티탄도 빛의 양도 한계를 넘는다고 생각되지만 아주 적은 오염이 있는 곳을 완전히 깨끗하게 하는 수처리는 적합하다고 생각된다. 이상과 같이 광촉매는 다양한 응용이 생각되고 있고 앞으로의 미래에는 더욱 큰 적용이 이루어질 것이라 생각된다.그림 52. 광촉매의 응용2.1 산화 환원 기능을 이용한 광촉매의 응용-산화환원기능이란?반도체광촉매인 이산화티탄을 예로 하여 산화환원기능을 설명한다. 이산화티탄의 밴드갭은 약 3eV이고 파장으로 고치면 400nm정도이다. 따라서 400nm이하의 자외선을 조사하면 반도체내부에 전자(e-)와 정공(h+)이 생긴다. 내부에 생긴 전자와 정공을 어떤 방법으로 표면에 꺼내면 아매를 고정하는 기술이 개발되고 있다.그림 7 광촉매를 담체에 흡착 섬유로 짠 시트화또한 이산화티탄광촉매는 염기성의 가스로 강한 흡착능이 있지만 산성가스는 흡착능력이 없어 개량수단으로서 아연의 수산화물로 표면을 수식한 방법도 고찰되고 있다. 어떻든 광촉매는 고광활성으로 큰 비표면적을 가진 초미립자가 요구되고 있다.이상과 같은 각종의 방법이 되고 있지만 광촉매가 만능은 아니다. 실제의 생활공간에서는 다양한 가스가 혼재하고 있고 광촉매의 반응속도가 모두 가스에 대해 같은 것은 아니다. 또한 광촉매탈취에서는 반응중에 악취의 성분이 광반응중에 변화하는 현상도 일어나며 이산화티탄광촉매에서는 현재 중성가스의 처리가 되지 않는다. 앞으로 실용레벨의 평가를 포함하여 보다 개량을 한 광촉매를 개발할 필요가 있다.응용광촉매의 탈취기능을 응용한 제품으로서는 담배냄새 애완견냄새를 없애는 효과가 있는 커텐, 의자, 또는 전등갓과 같은 생활용품과 가정용, 업무용 에어컨의 탈취필터를 예로 들 수 있다. 이외에도 각종의 탈취제품이 검토 또는 실용화되고 있다.2.1-2 방오작용실내공간에서 벽과 천장의 유기물에 의해 오염되는 것이 문제가 되는 대표적인 곳은 주방과 거실이다. 주방에서는 기름증기에 의한 오염, 거실에서는 담배에 의한 오염이 문제가 되고 있다. 또한 옥외에서도 건물의 외벽과 유리창에 달라붙는 더러움이 있다. 이들 더러움은 유분이 바인더가 되어 그곳에 때가 부착하는 것이 많다. 이와 같은 오염을 방지 또는 경감하기 위해서 광촉매가 사용되기 시작하고 있다 (그림 8참조)방오의 기구방오의 기구는 탈취의 기구보다도 단순하며 오염물질의 대기중에서 확산속도는 관계가 없고 광촉매표면에 도달한 후의 분해에 의한다. 즉 광촉매에 대한 오염물질의 공급속도와 광촉매에 의한 분해속도의 균형이 된다면 방오기능이 된다고 생각할 수 있다.방오에 대한 광촉매의 사용방법건물의 외벽과 유리창에 달라붙은 더러움은 유분과 바인더가 되어 그곳에 때가 부착하는 것이 많다. 이와같은 경우에도 광촉매가 유효하게 활동한다. 으로 된다. 광촉매항균제는 대장균MRSA(메티실린 내성황색포도상구균)녹농균 대해서도 유효한 것이 확인되고 있다. 또한 종래의 항균제에서는 균을 죽일 수 있어도 균이 만든 독소까지는 분해하지 못했지만 반도체광촉매로는 유기물인 독소까지 분해하는 것도 확인되고 있다.사용촉매의 종류와 방법실용화에 대해서는 빛이 닿지 않는 곳에서도 살균할 수 있는 이산화티탄을 씌운 타일의 기재상에 은과 동의 금속이온을 포함한 용액을 스프레이하여 항균성금속을 붙이는 것으로 빛이 닿지 않는 부분일지라도 항균효과가 보증되는 방법이 실시되고 있다.응용광촉매에 의한 항균특성을 가진 재료는 각종 건축 재료로서 응용이 기대되고 있다. 예를 들면 병원의 수술실과 같이 종래의 소독으로는 살(항)균할 수 없는 공기 중 부유균의 문제해결에도 유효한 방법을 제공할 가능성이 있다. 광촉매타일을 수술실의 바닥과 벽에 이용하여 부유균을 거의 완전하게 살균할 수 있는 것이 증명되어(그림 9, 그림 10참조). 이미 실용화의 단계를 맞이하고 있다.앞으로는 병원을 시작으로 하는 의료시설은 물론, 철저한 위생관리가 요구되는 식품공장, 가정에서도 목욕탕과 주방등 각종살균처리가 요구되는 곳에서 광촉매기술이 응용된다고 생각된다.그림 9광촉매타일(스콜트)와 은계항균타일의 비교광촉매 타일은계항균 타일? 활성산소와 항균금속의 상승작용의의한 강한 향균력? Ag담지무기물에서 Ag성분이용출하는 속도가 늦다? 타일표면에 광촉매, 항균금속을 고밀도로 매몰하므로 고정하고있으므로 촉매면적이 넓다.? 항균제는 물질에 혼입될 때접촉면적이 좁다.? 반영구적으로 지속하는 항균력.? 표면의 항균재가 모두 용출하면항균효과는 없다.? 어두운 곳에서도 은항균을 윗도는저항력을 발휘그림 10광촉매타일의 오염 VS 향균스피드비교2.2 초친수성을 이용한 응용-초친수성기능이란일반적인 환경하에서는 물질의 표면은 소수성물질로 덮고 있기 때문에 정도의 차이는 있지만 물을 튕긴다. 어느 정도 물이 튕기는지는 물방울과 물질표면의 접촉각에 의해 나타낼 수 있다. 접촉각이 크 있다.

공학/기술| 2006.07.05| 25페이지| 3,500원| 조회(1,187)

광촉매, 광촉매의 응용, 이산화티탄, 광촉매의 원리, 항균작용

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[고분자공학과]X선 회절

목차* X선 회절1. XRD(X-Ray Diffractometry)2. XRD분석의 종류(1) 분말법(WAG:wide angle goniometry) 회절분석(2) 박막(TFD: thin film diffractometry) 회절분석(3) 고분해능(HRXRD)/쌍결정(DCXRD: double crystal X-ray diffractometry)회절분석3. 분석 능력4. 활용 분야5. 장점과 단점6. X-선 회절계의 일반적인 구조1) X-선 발생장치(GENERATOR)(1) X-선 튜브(2) 보안회로와 급수장치2) 고니오미터(GONIOMETER)(1) 광학계(2) 필터(Filter)(3) 모노크로미터(Monochromator)3) 검출기와 계수기록회로(Electronic circuit panel)７.밀러지수 결정법* X선 회절● XRD의 기본원리1. XRD(X-Ray Diffractometry)1912년 von Laue에 의해 결정에 의한 X선 회절 현상이 발견된 이래 거의 모든 재료 연구 분야에서 가장 광범위하게 사용되고 있는 결정구조 분석기기이다.결정에 X선의 쬐면 결정 중 각 원지는 입사 X선을 모든 방향으로 산란시키며, 이 산란된 X선들이 합쳐져 회절 X선을 형성하게 된다. 회절이 일어나기 위한 필요 조건은 Bragg's Law() 이다.X선 회절 분석으로 얻을 수 있는 정보는 회절선의 위치는 결정의 하하학에 대한 정보를 포함하며 강도는 결정내 원자들의 형태 및 배열과 관련되어 있고, 회절선의 폭은 결정성의 척도이다.2. XRD분석의 종류(1) 분말법(WAG:wide angle goniometry) 회절분석주로 실리콘, 화합물반도체, 초전도체, 세라믹 등 원재료의 격자상수, 결정면등을 분석할 때 이용되면, Laue회절패턴 등도 연구할 수 있다.Fig. 2. Measurement set up for WAG(2) 박막(TFD: thin film diffractometry) 회절분석X선은 수 ㎛이상의 깊이까지 침투하여 회절하므로 박막 두께가 수 천Å이하로 얇을을 가진 단결정 재료를 이용하여 입사되는 x선 빔의 파장을 단색화함으로써 분해능을 높이고, 알반 x선 이론을 진보시킨 동적 이론을 적용함으로써 미세한 회절각도 차이를 측정할 수 있으므로 주로 단결정 재료의 정밀한 격자상수 변화 및 결정성 등을 분석할 수 있다.Fig. 4. Measurement set up for DCXRD.3. 분석 능력- Phase identification 및 결정구조 분석 : 50,000 phases- Thin film measuring 능력 : 10～20 nm- Micro area 측정 능력 : 30～100 ㎛- Angular resolution : 0.05 arcsec- High sensitivity() :- Rocking curve analysis4. 활용 분야- 정성/정량 분석조성 판정, 결정의 상 변화등 결정구조 해석에 이용- 결정화도(crystallinity)의 측정 및 계산결정의 크기, strain 측정- 금속 시료의 잔류응력과 집합조직 측정- 박막의 조성 및 구조해석- Dislocation, Stacking fault 등 격자결함, 결정방위면, 격자상수의 측정- 온도에 따른 상 변화 및 결정 구조 해석5. 장점과 단점- 장점 : 비파괴적 분석이다.분석 시간이 빠르다.분석 비용이 저렴하다.- 단점 : 정량 분석이 어렵다.비정질 재료의 분석이 어렵다.6. X-선 회절계의 일반적인 구조X-선 발생장치(GENERATOR)고니오미터(GONIOMETER)검출기 계수 기록 회로X-선 발생장치(GENERATOR)1) X-선 발생장치(GENERATOR)Fig. 5. X-선 발생장치(1) X-선 튜브봉입형 X-선 튜브(Sealed type) : 내부가 고도의 진공으로 유지되어 있어 별도의 진공장치가 필요없으며 최대 출력은 1KW-3KW이다.회전양극 X-선 튜브(Rotating anode) : 필라멘트 교체로 거의 영구적으 로 사용 가능하다. 최대출력은 12KW이상으로 봉입형 튜브에 비해 높은 출력을 얻을 수 있어 약한 회절도형을 짧은 시간에오미터의 광학계는 집중법의 조건을 근사적으로 만족하도록 만들어져 있다. Fig.6에서 보는바와 같이 X-선은 X선원에서 발산하여 시료에 의해 회절되고, 같은 디프랙토미터 원 위에 있는 수광슬릿에 집중되어 카운터에 들어간다. X-선 회절계에서는 X-선 튜브의 선촛점(line focus)을 이용하고, 초점으로부터 나온 X-선은 검출기에 도달하기까지 몇 개의 슬릿을 통하게 된다.(Fig.7)얇은 금속판을 좁은 간격으로 평행하게 겹친 평행슬릿(sollar slit) 과 발산슬릿(divergence slit)을 통과한 X-선만이 시료에 입사하여 회절되고, 그 회절 빛은 수광슬릿(receiving slit)과 평행슬릿 및 산란슬릿(scattering slit)을 지나서 검출기로 들어간다. 발산슬릿과 산란슬릿은 1/6˚, 1/4˚, 1/2˚, 1˚, 2˚, 4˚등이 있으나 보통 1˚ 슬릿을 많이 사용한다. 수광슬릿은 0.15 mm가 많이 사용되고 그 외에 0.3, 0.6 mm등이 있다.Fig. 6. Layout of X-ray diffractometerF: X-선 초점, A : 고니오미터 축P : 평행슬릿, R : 수평슬릿D : 발산슬릿, RP : 평행슬릿S : 시료, SS : 산란슬릿Fig. 7. 고니오미터의 광학계와 슬릿배치(2) 필터(Filter)X-선 회절계에 사용되는 광원은 target 금속의 특성 X-선이다. 가장 많이 사용되는 Cu의 X-선을 정확히 관찰하면 Fig.8과 같이 3개의 peak, 즉 Ka1(1.54056 Å), Ka2(1.5443 Å), Kb(1.392 Å)로 갈라져 있음을 알 수 있다. 이들 강도의 비는 100 : 50 : 20 정도이나, 필터를 사용하면 X-선 실험에 바람직하지 않은 Kb peak은 제거할 수 있다.(Fig. 9)필터는 K흡수단이 target물질의 Ka선과 Kb선의 파장중간에 있는 물질을 사용한다. 그러한 물질은 target원소보다 원자번호가 1-2작은 원소들로서 Cu target의 경우는 Ni 필터, Mo에는 Zr필터, Fed X-선 즉 형광 X-선, 비간섭성 산란 X-선 등을 제거시킨다.예를 들면, 강시료 또는 철분이 많은 재료를 일반적인 회절장치에서 Cu X-선으로 측정하면 형광 Fe K X-선에 의한 백그라운드가 지나치게 높아진다. 그러나 monochromator를 사용하여 CuKa만을 반사하도록 한다면 FeKa, FeKb는 카운터에 들어오지 않으므로 background는 실제로 0으로까지 감소한다.Fig. 10. The diffraction beam monochromator.3) 검출기와 계수기록회로(Electronic circuit panel)(1) 검출기 : Xe, Kr, Ar 등을 주성분으로 하는 불활성 기체로 충진된 비례계수관(proportional counter)을 사용한다.(2) 검출기로 입사한 X-선은 파고분석기(PHA)를 통해 필요한 펄스만 선별되 어 계수장치에 계수된다.● 밀러지수 결정법Fig.11과 같이 입방정의 단위격자의 한 모서리점을 원점으로 하여 3차원의 좌표계를 생각하고 격자상수를 단위로 하여 원점으로부터의 거리로 나타내면 각 원자의 위치는 그림에 표시한 바와 같이 결정된다. 그러나 결정구조의 대칭성과 반복성 때문에 개개의 원자위치를 나타내는 것보다다는 원자로 구성되는 면이나 원자배열의 방향을 상대적으로 나타내는 것이 훨씬 편리하다. 변이나 방향의 표시는 결정학에서 사용되는 밀러지수를 사용하는 것이 편리하므로 밀러지수를 결정하는 법을 알아보기로 하자.Fig. 11. 원자위치의 좌표결정면의 밀러지수는 면에 의해 교차되는 좌표축의 길이를 그축의 단위길로로 나눈 값의 역수의 최소 정수비로 나타내며 그 지수가 h, k, l이라면(hkl)로 쓴다.결정방향의 밀러지수는 방향인 나타내는 직선이 원점을 지난다고 가정할 때 직선상에 있는 임의의 한점의 좌표의 최소정수비로 나타내며 그 지수가 u, v, w라면 [uvw]로 나타낸다. 또 지수가 음의 값을 갖는 경우에는 숫자위에 마이너스 부호를 붙여서 (hkl) 또는 [uvw]와 같이 나타낸다. 여기서 좀 더 이해를 1, 1 3, 3, 3 -1, -1, -1역수 1, 1, 1 1/3, 1/3, 1/3 -1, -1, -1밀러지수 (111) (111) (iii)따라서 평행한 면은 같은 지수로 나타낼 수 있으며 그림에서 알 수 있듯이 (111)면과 (111)면 처럼 지수가 같고 부호가 전부 반대인 면도 평행이다. 면이 좌표축과 평행한 경우는 수학적으로 좌표축의 절편이 무한대가 되어 지수는 0이 된다. 여기서 유의할 점은 결정격자의 규칙성 때문에 좌표축의 원점을 어느 곳에 설정해도 같은 관계가 성립해야 한다는 점이다.앞서 언급한 바와 같이 결정격자 내에서 같은 지수를 갖는 면은 무수히 많으며 그들의 면간 거리는 항시 일정하다. 원자밀도는 일반적으로 면지수가 큰 면일수록 면간거리는 작게 되고 또 그 면의 원자밀도도 작게 된다.Fig.13 . 방향의 밀러지수방향을 나타닐 때에는 Fig.13에 나타낸 바와 같이 그 방향과 평행이고 원점을 지나는 직선을 생각하고 그 위에 적당한 점 A를 택하면, 그 점의 좌표가 방향의 밀러지수가 된다. 그림에서는 A점의 좌표가 2, 1, 1이므로 밀러 지수는 [211]이라고 스며 만일 직선상의 점 B를 택했다면 B점의 좌표는 4, 2, 2가 되나 밀러지수는 최소점수비를 택하므로 [211]이 된다. 따라서 이 직선과 평행한 모든 방향은 같은 지수로 나타낼 수 있다.Fig. 14. 입방정계의 주요면에서의 방향지수Fig.14에는 입방정계에 있어서 중요면과 방향의 지수를 나타냈다. 그림에서 [100]방향과 (100)면, [110]방향과 (110)면의 관계에서 알 수 있듯이 입방정계에서는 면과 방향의 지수가 같을 경우 반드시 직교한다. 또한 (100), (010), (001) 등의 면은 좌표축에 대한 상대적 대칭성은 똑 같다. 이같이 상대적인 대칭성이 같은 면이나 방향을 결정학점으로 등가(equivalent)라고 부르며, 등가인 일군의 방향을 로 쓰며 여기서 < >는 방향족(family of directions)을 나타낸다. 마찬가지로 등가인 일군의 면을 {h

공학/기술| 2006.07.02| 12페이지| 1,500원| 조회(1,876)

밀러지수, X선 회절, 광학계, 박막회절분석, 분말법회절분석

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[고분자공학]스판덱스 섬유 평가A좋아요

※스판덱스섬유1. 서론폴리우레탄은 가장 다양한 응용범위에서 사용되고 있는 탄성체로서, 1937년 독일의 Otto Bayer와 공동 연구자들에 의해 개발되었다. 그 후 폴리우레탄은 약 50년간의 꾸준한 연구, 개발을 통해 탄성체의 대명사로 자리잡았다. Otto Bayer 등은 diisocyanate의 반응을 연구하는 과정에서 diisocyanate와 diamine의 반응에 의해 최초로 우레탄을 합성하였다. 그러나 이 물질은 용융이 되지 않았으며 매우 큰 친수성을 가져, 섬유나 플라스틱 재료에 응용되지 못하였다. 그 후 1,4-butanediol과의 반응을 통하여 섬유나 플라스틱으로 응용이 가능한 물성을 갖는 폴리우레탄을 합성하였으며, 이것이 오늘날 상업적으로 성공한 유일한 탄성섬유인 스판덱스의 시초이다. 폴리우레탄은 섬유용 재료로서 세상에 처음 알려지기 시작했으며, 점차 많은 연구를 통하여 그 폴리우레탄의 물리적 성질을 다양하게 변화시킬 수 있는 기술이 발달함에 따라 사용범위가 점차로 넓어지기 시작했다. 폴리우레탄으로 제조되는 탄성섬유인 "스판덱스"는 U.S. FEDERAL TRADE COMMISSION에 의해 다음과 같이 정의되었다. "A MANUFACTURED FIBER IN WHICH THE FIBER FORMING SUBSTANCE IS A LONG CHAIN SYNTHETIC POLYMER COMPRISED OF AT LEAST 85% OF SEGMENTED POLYURETHANE". 탄성섬유가 개발되기 전에 탄성의 섬유가 요구되는 분야에서는 rubber thread가 사용되었으며, 이들 분야에서 사용되던 rubber thread는 점차 스판덱스로 대체되고 있다. Rubber thread는 주로 latex를 사출하거나 rubber sheet를 잘라 섬유화 하였기 때문에 coarse denier를 가졌다. 따라서 세섬도의 탄성섬유가 요구되는 분야에서는 응용이 어려웠으며, 낮은 modulus나 인장강도, 광이나 대기상태에서의 산화도가 커 사용 분야가 제한적ft domain이 공존하는 불균일 구조를 구성한다. Hard segment는 유리전이 온도가 상온보다 높으므로 상온에서 glassy한 상태로 존재하며, soft segment는 유리전이 온도가 상온보다 낮아 상온에서 분자쇄들의 운동이 자유로운 rubbery한 상태로 존재한다. 이러한 열가소성 탄성체에 응력을 가하면 glassy한 상태로 존재하는 hard domain의 변화는 적은 반면, rubbery한 상태로 존재하는 soft segment들은 무배향 상태에서 응력방향으로 배향된 상태로 변화된다. 그러나 외부의 응력을 제거하면 배향된 상태의 soft segment는 다시 무배향 상태로 회복하는 에트로피 효과에 의한 탄성을 나타내게 되는 것이다. Hard domain내의 hard segment들은 상호간 수소결합 등의 물리적 가교결합을 형성함으로써 안정된 구조를 형성하도록 한다. 결과적으로 hard domain은 외부의 응력에 대한 변형을 제한하고, 응력이 제거되면 원래의 상태로 회복하려는 탄성의 성질이 나타나도록 한다.4. 중합스판덱스의 중합 스판덱스 중합시 사용된 각각의 원재료에 따라 반응성이 달라지므로, 다양한 중합 방법이 시도된다. 또한 사용된 원재료에 의하여 물리적 성질 및 화학적 성질이 변하게 되므로, 방사 및 후처리 방법이 달라진다. 예를 들어 중합시 사용되는 쇄연장제의 종류에 따라서 스판덱스의 방사방법이 달라지게 되는데, diol 쇄연장제가 사용된 스판덱스는 urethane기만이 존재하므로 용융방사가 가능하다. 그러나 쇄연장제로 diamine이 사용된 경우에는 urethane기 외에도 urea기가 형성되며 urea기의 용융온도가 폴리우레탄의 열분해 온도보다 높기 때문에 용융방사가 불가능하여 건식 또는 습식방사에 의하여 섬유화 된다. 이와 같이 스판덱스의 제조공정에 영향을 미치는 요인들을 파악함으로써, 원하는 물성의 스판덱스를 제조하기 위한 적절한 원재료 및 제조 공정을 선택할 수 있다.1) 스판덱스의 중합반응 일반적으로 스판덱스는 분자량이 200다. 건식이나 습식방사는 중합시 prepolymer와 쇄연장제를 모두 용해시키는 극성용매(DMAc, DMF)를 사용하며, 중합된 점도 있는 용액을 방사하여 섬유를 제조한다. 이밖에 화학방사는 점도 있는 prepolymer 용액을 쇄연장제가 용해된 물과 같은 응고욕에 토출시킴으로써 섬유형태의 스판덱스를 제조한다. 섬유화 과정의 가장 중요한 점은 균일한 물성과 외관을 갖는 섬유의 제조이다. 스판덱스섬유의 생산초기에는 반응속도와 점도의 조절이 어렵고, urethane이나 urea기와 미반응된 isocyanate의 반응에 의해 branch를 형성하여 균일한 성질의 섬유를 제조하는데 많은 어려움이 있었다. 건식과 습식방사는 용매사용에 따른 경제적 손실과 용매의 제거나 재사용에 대한 기술적, 경제적 문제가 존재하지만 반응속도의 조절 및 점도조절이 용이하여 다양하며 물리적 특성이 우수한 스판덱스를 생산할 수 있다. 각 방사방법에 따른 특징을 나타냈다.5.방사방법에 따른 특징 방사방법.특 징*용액방사1. 반응성 쇄연장제 사용 가능2. 우레탄과 우레기아의 열분해 회피 기능3. 임의로 가교결합 도입가능4. 용매의 재사용 가능5. 섬유내부에서의 용매의 확산이 느리기 때문에 토출속도 제한적임*반응방사1. 반응성 쇄연장제 사용 가능2. 우레탄과 우레기아의 열분해 회피 기능3. 임의로 가교결합 도입가능4. 용매의 재사용 가능5. 섬유내부에서의 용매의 확산이 느리기 때문에 토출속도 제한적임*용융방사1. 용매의 사용이 불필요함2. 고속 방사 가능3. 세데니어의 섬유제조 가능4. 이형섬유제조 용이5. 섬유의 용융점이 제한적인(220。C이하)6. 섬유의 물성은 온도에 민감함. 가장 경제적인 방사방법은 용매를 사용하지 않는 용융방사이다. 따라서 용융방사는 용매를 제거할 필요가 없으며 경제적이고 세섬도를 갖는 스판덱스를 생산할 수 있는 장점이 있으나, 폴리우레탄의 열적 안정성이 낮아 diol 쇄연장제를 사용하여 중합된 스판덱스만이 가능하다.1) 건식방사 건식방사는 용융방사 방식에 적당하지 않은 며 표면도 거친 상태이다. 습식방사 공정의 개략도3) 화학방사 화학방사는 양말단에 isocyanate기가 있는 prepolymer를 방사노즐을 통하여 쇄연장제가 포함된 용액속으로 토출함으로써 이루어진다. 그 개략도를 에 나타내었다. 방사된 고분자용액은 응고욕에 존재하는 쇄연장제와 즉시 반응하여 섬유 표면을 고화시키며, 점차 섬유내부로 반응이 진행된다. 권취되기전에 섬유간 접착을 방지하기 위해 응고욕을 통과한 섬유에 희석된 ammonia 용액을 뿌려주어 권취를 용이하게 한다. 표면층의 빠른 반응은 섬유표면의 조기고화현상을 유발하는데, 이는 계속적으로 권취기에 섬유가 감길 수 있도록 하는데 기여한다. 방사된 섬유가 권취기에 감기더라도 섬유중심부는 아직 액체상태이다. 그러므로 필라멘트 내부의 고화는 권취된 후에도 계속 일어난다. 압력을 준 상태에서 고온의 물을 사용하여 섬유내부의 고화를 촉진시킨다(water curing). 첨가제는 soft segment나 응고욕으로 방사되기 전에 prepolymer에 첨가한다. 화학방사 공정의 개략도이 방사법은 주로 지방족 diamine계가 사용된 스판덱스에 사용되며 ether나 ester계 polyol이 모두 사용될 수 있다. 또한 화학방사는 최종 고분자의 용해성에 대한 문제가 발생하지 않기 때문에 부분적으로 branch된 고분자를 방사할 수 있다. 화학방사는 건식방사보다 용매를 적게 사용할 수 있는 장점이 있다. Prepolymer에 DMF나 DMAc 등의 극성용매를 첨가하여 방사원액의 점도를 조절하는 경우도 있으나, 쇄연장제가 용해된 응고욕의 주 용매가 물이기 때문에 건식방사보다 경제적이다. 화학방사에 의해 섬유화 할 경우 불규칙하거나 평평한 모양의 섬유단면이 형성될 수 있다. 이는 섬유내부로 쇄연장제가 충분히 침투하지 못했기 때문에 나타나는 결과이며, 이를 방지하기 위해서 응고욕에 monoalcohol, glycol 또는 이의 혼합물을 첨가한다. 또한 water curing 시간을 단축시키기 위해서 3급아민과 같은 촉매로 된다.고기능 섬유 (Hi-performance hi-temperature Fiber) 현재 독립재료의 성능을 향상시키기 위해 많이 쓰이는 고강도 섬유로는 카본섬유, 유리섬유 ,아라미드, UHMW-PE, 보론섬유, 쿼쯔섬유, 세라믹 등이다. 최근까지 가장 많이 사용되는 고기능 섬유인 카본섬유는 PAN(polyacrylonitrile), rayon 그리고 Pitch를 포함한 여러 전조물질(Precusor)들로부터 만들어지는 데, 전조물질을 열분해하고 늘어뜨려 독특한 성질의 카본섬유를 얻게 된다. 레이온이 그 최초이며 오늘날, 레이온 카본섬유는 대부분의 응용분야에서 Pan과 피치타입으로 대체되었지만, 개 뼈다귀 모양의 독특한 형상으로 인해 카본/카본 복합소재에 여전히 사용되고 있다. PAN 타입의 카본섬유는 다방면에 가장 많이 사용되는 카본섬유로 강도와 견고함을 포함한 다양한 특성을 가지고 있다. 석유와 코울타르 Pitch로부터 만들어진 Pitch타입 카본섬유는 높은 견고함과 축방향으로 낮은 열팽창계수를 가지고 있어 우주항공기등 열적 특성이 주요한 분야에 사용된다. 카본섬유는 유리 및 아라미드 섬유에 비해 충격강도가 낮으며 금속과 접촉될 경우 갈바닉 부식(galvanic corrosion:2종의 금속을 서로 접촉시켜 부식환경에 두면 전위가 낮은 쪽의 금속이 anode로 되어 비교적 빠르게 부식된다. 이와 같은 이종(異種) 금속의 접촉에 의한 부식을 이종금속접촉부식 또는 전지작용부식이라 한다)을 발생시키는데 이를 피하기 위해 다른 종류의 재료(유리섬유,에폭시)를 막에 입혀 사용 하기도 한다. 아라미드 섬유는 방향족 고분자로 구성되는데 Kevlar(DuPont), Nomex(DuPont), Twaron(Teijin), Technora(Teijin)에 의해 시장dl 계척되었다. 아라미드는 뛰어난 충격강도와 인장강도를 가지고 있는데 표준 아라미드 섬유는 Modulus 20Msi와 약 500ksi의 인장강도를 가진다. 방탄조끼와 여러 군사적 탄도 물체에 많이 쓰이기로 이름난용된다.

공학/기술| 2005.05.21| 11페이지| 1,500원| 조회(1,622)

섬유, 스판덱스섬유, 고기능성 섬유, 스판덱스중합

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[고분자공학, 화학,광촉매]이산화티탄(광촉매) 평가A+최고예요

광촉매의 정의광촉매란? 광을 에너지로 이용하여 광화학반응을 촉진시키는 물질로서 광을 받으면 활성을 띠나, 그렇지 않을 시는 비활성인 물질.광촉매의 종류분류광촉매고 체(금속산화물, 황화합물등)균일용액이 되는 화합물(금속착제등)위의 고체 광촉매는 어느 것이나 광을 닿으면 전기를 통하기 때문에 광반도체라고도 불리며, 실용성이 높다.반도체 광촉매(로서 이산화티탄이 쓰이는 이유는?)금속이 전류를 잘 통과하는 것은 그림처럼 고체의 에너지밴드의 전도대에 전자가 있기 때문이다. 이에 비해 반도체는 전도대의 전자가 없으며, 고온이 되면 가전자대(VB)의 전자가 전도대(CB)를 이동하여 전류가 흐르게 된다. 반도체 광촉매에서는 VB와 CB사이의 에너지차에 상당하는 에너지를 갖는 광이 닿으면, 고온이 되었을 때와 같이 전자는 전도대에 높이 뛰어오르는 것이 가능하다.이 에너지차에서 주목할 것은 그것의 크기와 각 밴드의 위치이다.크기에 있어서는 보통 4.1eV(300nm)보다 작은 밴드갭을 갖는 반도체는 태양광의 이용이 가능하다.가시광을 갖는 것은 2eV대의 밴드갭을 갖는 산화철, CdS, CsSe등이 좋은 것을 알 수 있다.위치에 있어서는 CB의 전위가 수소 생성 전위보다도 크면 수소의 생성이, VB의 전위가 산소 생성 전위보다 작으면 산소의 생성이 가능한 것을 의미한다. VB의 깊이는 그것의 산화력의 강도를 CB의 높이는 환원력의 강도를 나타내는데, 오염물질의 분해나 처리에는 광촉매의 산화력이 중요한 열쇠를 쥐고 있다.이산화티탄이 광촉매로 사용되는 가장 큰 이유는 대부분의 산, 염기, 유기용매에 침식되지 않는 화학적 안정성 때문이다. 다른 물질의 경우를 보면 산화아연은 에너지 밴드가 이산화티탄과 유사하고 높은 활성을 가지고 있으나 수용액에서 광조사하면 녹아버리며, 염산, 질산등의 일반산에도 쉽게 녹는 성질이 있다. 금속황화물, 금속칼코겐나이트는 가시광을 사용할 수 있지만, 대부분의 경우 산화아연처럼 물속에서는 이온형태로 물에 녹아 버린다. 또 Cd, Se, As등은 독성이 있다.소(지맥의 약 6.0%)이며, 이산화티탄을 주성분(90%)로 하는 루틸광과, 아나타제광은 브라질, 호주, 인도등에 한정되어 있다.제법은 황산법과 염소법이 있다. 이산화티탄의 용도는 도료가 반정도를 차지하며,플라스틱, 잉크, 제지, 합성섬유등에 쓰이고 있으나, 실제적인 광촉매로서의 용도는 통계수치 이하이다.─제조법─TiO2 의 성질1. 물리적 성질 : 전기전도도는 실온에서 상당히 작고, 절연체이지만, 고온(500℃), 혹은 근자외광의 조사에 의해 반도체의 전도도를 나타내며, 굴절율이 백색 안료중, 가정 커서 백색안료로서 중요한 은폐력, 착색력이 다른 것보다도 1승이상 크다.2. 화학적 성질 : 황산및 알칼리염, 산, 물, 유기용매등에 녹지않음. 또 삼산화유황, 염소가스등에도 반응하지 않으며, 800℃정도의 가열에서도 변질하지 않을 만큼 화학적으로 안정하다. 또 표면의는 공기중의 물을 끌어 당겨 수산기가 생긴다.의 위에 생긴 수산기(OH)는 염기성, Ti사이에 생긴 H는 산성을 나타낸다. 또 이들 수소와 수산기에 물리적으로 흡착한 물의 양과 수산기의 종류는 이산화티탄의 열처리나 반응물질의 종류에 따라 변화하며, 촉매작용과 광촉매작용에 영향을 준다. (위 그림 참조)광촉매의 고정화─이산화티탄은 백색 분말이어서 바람에 흩어지거나 물에 혼합시 분리?회수가 어렵다. 이에 고정화가 필요하며 다음의 사항이 고려되어야 한다.1. 활성표면의 확보2. 바인더의 내구성3. 바인더의 무해. 무독.광촉매를 단단히 고정하고자 하면 유효 표면적이 감소하며, 표면적을 증가시키려고 하면 튼튼하게 고정하기가 불가능하게 된다. 반응면적확보를 위해 보다 미세한 입자와, 다공질을 이용한다. 바인더의 내구성 또한 중요하다. 바인더가 유기물질인 경우 이산화티탄에 의해 분해가 되기 때문에 직접적인 접촉은 피하게 되며, 현재는 도료의 경우 이산화티탄에 실리카층이나 알루미나층으로 얇게 코팅하여 광촉매 작용에 의한 분해작용을 막고 있다.이산화티탄의 응용분야1. 대기정화─ 대기중의 아황산가스 및 질소 산화물을 기정화가 일어난다. 지금까지 얻어진 대기정화 재료에는 불소수지시트, 콘크리트 및 무기계 도료만이 있다.광촉매 코팅한 재료를 보도블럭, 경계석, 차도, 주변건물외장재, 방음벽 등에 사용한 경우 대기 중의 질소산화물과 황산화물을 저감할 수 있다. 이와 같은 연구는 솔라텍(주)에서 활발하게 진행되어 왔다.2. 이산화티탄의 수질정화─ 지하수중의 휘발성 유기 염소 화합물(트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌)은 난분해성이나 광촉매에 의해 중간생성물없이 완전분해된다. (단, 오염상태는 저농도라는 것으로 가정했을 경우)이에 관한 연구는 특히, 유럽이나 호주와같은 생활용수의 대부분을 지하수에 의존하는 국가들에서 활발히 진행되고 있다. 수질 환경 개선에 대한 연구도 솔라텍(주)에서 활발히 진행하고 있다.3. 더러움방지-셀프크리닝(self-cleaning) 기구─ 벽이나 천정의 표면에 광촉매 박막을 만들어 두면, 박막의 표면에 부착되어 오는 기름 성분의 오염물질을 광촉매가 분해하므로, 더렵혀지지 않는 표면을 만들 수 있다.건물 외벽에 칠하는 페인트, 고층빌딩의 벽 유리, 터널내의 조명용 보호 유리등은 자정작용을 이용한 가장 큰 응용시장이다.4. 항균제품광촉매 표면에서 발생하는 자유전자와 정공은 전술한 바와 같이 산화, 환원력이 매우 높아 박테리아, 세균 등을 즉시 분해할 수 있다. 타일에 광촉매를 코팅(항균타일)하여 오염되기 쉬운 화장실 바닥, 벽면에 이용하는 방법과 병원 수술실 등에 이용할 수 있다. 또한 일상 용품을 벽지와 차양에 코팅하여 가정이나 사무실의 실내 공기를 살균할 수 있으며, 인조 관엽수 등에 코팅 하여 미관과 건강을 동시에 추구하는 상품에 적용 할 수 있다.5. 초친수성 제품광촉매의 다른 특징으로 초친수성(Super hydrophilic)이 있으며 이를 이용한 응용 상품이 자 동차와 욕실, 건물 외벽 등에 널리 사용되고 있다. 일반 자동차 유리에 빗물 등이 떨어진 경 우 물의 표면 장력으로 물방울이 유리 표면에 달라붙어 진동이나 와이퍼, 공기로 제거하지 않으면 한 경우 상대적으로 온도가 낮은 유리 등의 표면에 수분이 달라 붙어 거울의 기능을 상실한다. 여기에 광촉매를 코팅할 경우 수분의 표면 장력을 제거하여 거울 표면에 수분이 얇게 퍼져 거울의 기 능을 할 수 있다. 이러한 초친수성 특성은 빛이 사라지면 함께 사라지므로 빛이 없는 곳에 서는 사용하기가 어려웠으나 실리카 같은 수분을 담지할 수 있는 담체를 사용하는 경우 그 특성을 빛이 사라진 이후에도 유지할 수 있게 되어 자동차 전면 유리, 리어뷰 미러(rear view mirror), 욕실 등의 유리 상품으로 시판되고 있다.6. 의학용이산화 티탄 광촉매는 인체에 무해한 것으로 알려져 일반 음식에도 사용되고 있으며, 이러한 성질을 이용하여 인체 질병 치료 연구가 진행되고 있다. 현재 일본에서 시도되고 있는 방법은 암세포에 광촉매를 주입하고 여기에 광 파이버를 이용하여 UV 빛을 조사하여 암세포를 분해하는 방법으로 임상 시험 중에 있다.사. 기타광촉매의 특성을 이용한 기타 응용 기술로 가축 사육장, 분뇨 처리장, 흡연실, 등과 같이 악취가 발생하는 곳의 냄새 제거에 응용이 되고 있다. 악취는 인체가 감지할 수 있는 정도가 매우 낮아 그 농도가 낮더라도 심각한 수준으로 여겨진다. 따라서 삶의 질이 향상됨에 따라 사소한 악취에 대해서도 민원과 작업개선요구 등이 제기되는 등 악취 제거가 법적인 규제를 떠나 주거환경의 주요 인자로 부각되었다.광촉매의 문제점 해결 및 향후과제실용재료로서의 이산화티탄 광촉매에는 더욱 반응이 빠르고, 더욱 약한 광으로도, 더욱 효율이 좋고, 더욱 여러 가지의 물질의 처리를 , 더욱 여러 가지 재료에 더욱 장기간 사용할 수 있도록 몇가지 요구된다.몇가지 문제점 및 해결책1. 효율을 향상시키기 위해① 표면의 문제 : 촉매 반응에 있어서 반응을 빠르게 진행시키는 것은, 반응의 장소로서 비표면적을 증가시키는 것이다. 비표면적 증가는 이산화티탄 분말의 미세화에 의해서 실행될 수 있다. 미세한 입자는 비표면적 이외에도 광흡수에 의해 생성하??? 전자와 정공이 없어져 에너지 준위차가 넓어지게 된다.(양자사이즈 효과)② 결정의 문제 : 결정을 구성하는 부분은 반복?규칙적인데 완전하지 않게 뒤섞인 부분이 있다. 이것을 격자 결함이라고 하며 이 부분에서 전자. 정공대의 재결합이 일어나기 쉽다. 따라서 결정성을 높이고 격자결함을 감소시키는 것이 효율 개선과 직결된다.③ 광의 문제 : 광이 없어도 기능하는 재료의 조합이 필요.예) 항균타일-항균제(은) 사용, 대기정화재료로는 흡착제를 혼합하여 넣으면 야간에도 제거하는 능력이 생김환경오염물질 처리에는 충분히 자외선의 흡수만으로도 충분했지만, 태양전지와 같은 경우 자외선만 가지고선 불충분하다.(효율 5%에 그치기 때문). 따라서 이산화티탄에 가시부의 광을 흡수시키기 위해서는 이산화 티탄을 물리적?화학적으로 변화시킬 것이 필요크롬이나 바나듐원자를 이산화티탄 입자표면으로부터 조금 깊은 곳에 고용 전자?정공대의 재결합이 증가하지 않고 가시광을 이용하는 방법이나 가시역의 흡수대를 가지고 있는 물질을 이산화티탄 표면에 부착하는 방법이 있다. (예, 색소를 이산화티탄 표면에 부착 그 색소가 흡수하는 광을 흡수가능하게 한다.2. 선택성을 향상시키는 방법1. 이산화티탄 광촉매 표면의 성질을 변화 : 이산화티탄은 산성에서 친수성을 나타내기 때문에 암모니아와 같은 알칼리성 가스는 흡착이 잘 되지만 질소 산화물이나 황화수소와 같은 산성가스는 흡착이 약하다. 이것을 수산화아연등으로 코팅함으로서 처리능력을 높일 수 있다.2. 활성탄에 의존 : 활성탄의 세공의 크기가 다르게 만들면 그에 맞는 분자가 흡착되기 쉽기 때문에 세공경을 선택함으로서 어느 정도의 선택성이 기대된다.3. 효과를 지속시키는 방법광촉매 사용중 보통 유기물이 광촉매 표면에 부착되면 자연적으로 분해되지만 무기물이 붙게 될 경우에는 세척할 필요가 있다.향후과제(1) 수처리에의 응용광촉매의 특징인 여기자가 필요하다는 점이나 표면 반응이라는 점이 수처리에 있어서는 약점이 되어 아직 실용화에 이르지 못하고 있다.대응책 : 광촉매 처리와 오존 처하다.

공학/기술| 2006.05.22| 9페이지| 1,500원| 조회(1,442)

광촉매, 수질정화, 이산화티탄, 이산화티탄 응용분야

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