전기방사 방법을 이용한 금속 (Co, Zn) 산화물 나노섬유의 제조 및 특성

Abstract

나노 구조의 크기의 물질들은 흥미로운 특성과 양상으로 인해 연구주제로 널리 사용 되어왔다. 이 논문에는 전기방사법에 의한 Co 와 Zn 산화물 마이크로, 나노섬유의 제조와 그 특성들에 대하여 연구 하였다. 코발트 산화물 마이크로섬유를 전기방사법을 이용해서 합성하였고, 높은 온도에서 열처리 이후에Co3O4 마이크로섬유가 형성되었다. 이 열처리 온도는 섬유의 직경, 형태, 결정 상, 그리고 화학적 환경에 영향을 미친다. 전계주사현미경 (SEM)을 이용해서 얻어진 섬유의 표면형태를 관측할 수 있었다. 상온에서부터 873, 1173K 으로 열처리 온도가 증가함에 따라서 각 온도에서 산화코발트 섬유의 직경이 1.79, 0.82, 0.32 m로 감소됨이 측정되었다. 섬유의 구조에 관한 연구는 X-선 회절분석(XRD)와 투과전자현미경 (TEM)을 이용해 조사하였고 열처리된 Co3O4 섬유가 면심입방결정 (fcc)을 가지는 것을 확인할 수 있었다. X-선 광전자 분광법 (XPS) 결과는 증가된 열처리 온도는 Co2+와 Co3+의 형성을 증진시키는 것으로 나타났다. 수 많은 금속 산화물 중 Zn oxide을 선택하여 전기방사법을 통해 나노섬유를 합성하였다. 이것은 태양전지와 센서로 사용될 수 있는 가능성이 있다. ZnO 나노섬유가 얻어진 이후에 열처리 온도가 나노섬유에 영향을 준다는 사실이 연구 되었다. SEM의 결과로 ZnO나노섬유가 응집이 열처리로 인해서 진행 되었다는 것이 드러났다. XRD 연구로 873, 1173K 에서의 열처리로 hcp ZnO 구조가 성장하는 것을 확인할 수 있었다. TEM실험으로 열처리 된 ZnO 나노섬유의 결정성을 확인 할 수 있었다. XPS는 나노섬유내의 Zn 화학종이 열처리로 인해 thermal oxidation됨을 확인할 수 있었다. 이러한 연구를 통해 열처리 온도가 증가 될수록 ZnO의 직경의 증가 되는 것과 열처리 과정이 ZnO 나노섬유의 결정성에 영향을 주는 것과 Zn 화학종의 thermal oxidation이 열처리 온도가 증가될수록 진행이 된다는 사실을 도출할 수 있었다.

Materials on the scale of nanometer range have widely been used as research topics because of their interesting characteristics and aspects they bring into the field. In this thesis, the results of fabrication and characterization of micro/nano-fibers of Co and Zn oxides prepared by electrospinning method are reported. The Co oxide microfibers were synthesized using the electrospinning process and formed Co3O4 microfibers after being calcined at high temperatures. The calcination temperature influenced the diameters, morphology, crystalline phase, and chemical environment of the fibers. The surface morphology of the obtained fibers was examined by using the scanning electron microscope (SEM). As the calcination temperatures increased from room temperature to 873 and 1173K, the diameters of the cobalt oxide fibers decreased from 1.79 to 0.82 and 0.32 um, respectively. The structure of the fibers was investigated with X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). The calcined Co3O4 fibers had crystalline face-centered cubic (fcc) structure. The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results revealed that increasing the calcination temperature promoted the formation of Co2+ and Co3+ species. Out of the many metal oxides, zinc oxide (ZnO) was chosen to be fabricated as nanofibers using the electrospinning method for potential uses of solar cells and sensors. After ZnO nanofibers were obtained, calcination temperature effects on the ZnO nanofibers were studied and report here. The results of SEM revealed that the aggregation of the ZnO nanofiber was progressed by calcination. XRD study showed the hcp ZnO structure was enhanced by calcination at 873 and 1173K. TEM confirmed the crystallinity of the calcined ZnO nanofibers. XPS verified the thermal oxidation of Zn species by calcination in the nanofibers. These techniques have helped us deduce the facts that the diameter of ZnO increases as the calcination temperature was raised; the process of calcination affects the crystallinity of ZnO nanofibers, and the thermal oxidation of Zn species was observed as the calcination temperature was raised.