Fabrication of Nano Metal Compounds Using Porous Aluminum Oxide Films

(1)

한국표면공학회지 J. Kor. Inst. Surf. Eng.

Vol. 43, No. 5, 2010.

<연구논문>

기공성 알루미나 산화 피막을 이용한 나노 금속화합물의 제조

오한준^a, 정용수^b, 지충수^c*

a한서대학교 신소재공학과, ^b한국재료연구소 융합공정연구본부, ^c국민대학교 신소재공학부

Fabrication of Nano Metal Compounds Using Porous Aluminum Oxide Films

Han-Jun Oh^a, Yongsoo Jeong^b, Choong-Soo Chi^c*

a

Department of Materials Science, Hanseo University, Seosan 352-820, Korea

b

Materials Processing Division, Korea Institute of Materials Science, Changwon 641-831, Korea

c

School of Advanced Materials Engineering, Kookmin University, Seoul 136-702, Korea (Received October 4, 2010 ; revised October 26, 2010 ; accepted October 30, 2010)

Abstract

Porous Al²O³ film can be utilized as template for fabrication of nano-structured materials. Porous anodic alumina layer as template was prepared by anodization of aluminum in oxalic acid, and the pore diameter and barrier-type alumina layer can be controlled for proper anodizing parameter by widening process in H³PO⁴ solution. The SiO² nanodot and Ni nanowire was fabricated using anodic alumina template and their char- acteristics were investigated using SEM and TEM with EDS.Especially the growth mechanism of SiO² nanodot in alumina membrane compared with thinning of the alumina barrier layer during anodization was also investigated.

Keywords: Anodic alumina template, Ni nanowire, Anodization, SiO

²

nanodot

1. 서 론

산성 전해질에서 알루미늄을 전기화학적인 방법 인 아노다이징

(anodizing)

^처리를 ^실시하면 ^알루미

늄 표면이 산화되면서 나노기공성 알루미나 피막으 로 변환되는데

,

^이때 ^제조 ^조건의 ^차이에 ^의해 ^다

양한 기공배열과 크기를 갖는 알루미나 피막이 생 성된다

.

이러한 나노 기공성의 알루미나 산화피막 은 다양한 나노 구조물을 제조할 수 있는 주형

(template)

^으로 ^응용될 ^수 ^있으며

,

^이것을 ^통해 ^알루

미나 기공내에 금속 종자 재료를 주입한 후 다양한 화학적 방식이나 기상반응을 이용하면 많은 종류의 나노 화합물을 합성할 수 있다

.

^특히 ^직접적인 ^전

착방식^1-4)을 이용하면 나노 구조물을 경제적으로 제

조할 수 있다

.

^특히 ^{양극산화에} ^의해 ^제조된 ^기공

성 알루미나 주형은 균일한 직경을 갖는 기공이 평 형하게 배열되어 있는 형태를나타낼 뿐 아니라

,

기 공의 직경과 길이를 자유롭게 조절할 수 있는 장점 이 있다

.

^또한 ^알루미나 ^주형은 ^물리 ^화학적 ^안정

성이 크기 때문에 다양한 환경에서도 주형의 화학 적 변화가 거의 없으며

,

^{안정적으로} ^나노 ^구조물을

제조할 수 있다

.

이와 같은 이유로 양극산화에 의 해 제조되는 기공성 알루미나 피막은 최근 가장 주 목을 받고 있을 뿐 아니라

,

^피막의 ^{미세기공의} ^크

기와 형태를 효율적으로 제어할 수 있는 양극산화 제조법에 대해서도 많은 연구가 진행되고 있다

.

본 연구는 나노 주형으로 사용되는 기공성 알루 미나의 피막특성을 조사하고

,

^이러한 ^특성을 ^이용

하여

SiO

²

nano-dot

^과

Ni

^나노선

(nano-wire)

^을 ^제조

하는 것을 목적으로 했다

.

^또한 ^나노 ^구조물의 ^효

*Corresponding author. E-mail : [email protected]

(2)

율적인 제조를 위해서 실리콘 기판 위에 이종접합 재료를 증착시킨 재료를 사용하여 양극산화를 실시 하였으며

,

^이때 ^진행되는 ^{전기화학적} ^{산화과정을} ^통

해 접합 계면에서 나노산화물이 형성되고 성장하는 과정을 조사했다

.

^또한 ^교류전착 ^방식을 ^통해 ^금속

나노선을 제조하고 그 특성에 대해서 조사를 했다

. 2. 실험방법

전기화학적 방법을 통해서

SiO

²

nano dot

^을 ^형성

시키기 위한시편은 실리콘 기판위에 열증착

(thermal

evaporation)

^방법을 ^이용해 ^{알루미늄을}

2

^µ

m

^의 ^두

께로 증착시켜 사용하였으며

,

^금속 ^나노선을 ^만들

기 위한 시편으로는 실제 적용될 수 있는 조건과

유사하게 실리콘기판 위에

SiO

² ^피막을 ^약

200 nm

증착시킨 후 계속하여 알루미늄을 약

2

^µ

m

^의 ^두께

로 증착하여 사용하였다

.

또한 이종재료들간의 접 착력의 향상과 스트레스 제거를 목적으로 진공열처 리를실시했다

.

^실험에^사용된^시편의^형태는^그림

1

에 도해적으로 나타냈다

.

양극산화

(anodizing)

^를 ^통해^기공성의 ^알루미나 ^산

화피막을 만들기 위해서

0.3 M

^옥살산

(H

²

C

²

O

⁴

)

^전

해액을 사용하여

0

^o

C

^에서 ^초기에

15 mA/cm

² ^정전

류를 인가했다

.

^이때 ^양극산화 ^피막의 ^생성과 ^더불

어 전압이 점차 상승하게 되며

,

^일정 ^시간이 ^지나

면 전압이 상승하여 원하는 전압에 도달되면 이때 부터 정전압 조건으로 산화피막을 형성시켰다

.

^또

한

2

^단계 ^{양극산화에서는}

1

^차 ^{양극산화를} ^실시한

후

1

^차 ^{양극산화에} ^의해 ^형성된 ^{산화피막을}

6%

H

3

PO

4와

1.8% H

2

CrO

4

, 2% CrO

3의 혼합용액에서 제거한 후

, 1

^차와 ^동일한 ^조건으로

2

^차 ^{양극산화를}

실시하였다

. 2

^차^{양극산화에} ^의해 ^생성된 ^기공성 ^알

루미나 피막은

30

^o

C

^의

0.3 M

^인산을 ^통해 ^기공의

와이드닝

(widening)

^처리를 ^실시한 ^후 ^주형으로 ^사

용하였다

.

이때 생성된 기공성산화 피막의 두께 및

형상은

FE-SEM

^과

TEM

^을^이용하여 ^{관찰하였다}

.

^투

과전자현미경

(TEM)

^을 ^관찰하기 ^위한 ^{시편제작은}

초박막절편법

(ultramicrotomy)

^5,6)^을 ^{이용하였다}

.

3. 결과 및 고찰

3.1 기공성 알루미나 피막의 형상과 인가전압 양극산화에 의해 형성된 기공성알루미나 피막의 조직에 미치는 인가 전압의 영향을 관찰하기 위해 일정한 인가전압을 통해

2

^단계 ^{양극산화를} ^실시한

후 생성된 피막의 조직을 관찰했다

. 2

^단계 ^양극산

화시

1

차와

2

차의 양극산화는 모두 같은 조건으로 실시했다

.

^그림

2

^는

0.3 M

^{옥살산으로}

25

^및

30 V

의 인가전압으로 각각

30 min

^양극 ^산화한 ^후

, 1

^차

양극산화 피막을 제거하고 같은 조건으로

2

^차 ^양극

산화된 피막의 단면을

TEM

^으로 ^관찰한 ^사진이며

,

같은 조건으로

40 V

^의 ^인가 ^전압으로

30

^분 ^양극산

화한 단면의

FE-SEM

^{관찰결과는} ^그림

3(a)

^에 ^나타

냈다

.

^{양극산화시} ^인가된 ^전압에 ^의해 ^생성된 ^알루

미나 산화 피막의 특성에 대해서는 그림

2(a), 2(b)

및

3(c)

를 통하여 비교할 수 있으며

,

양극 산화시

인가되는 전압의 크기는 알루미나 기공조직에 영향 을 미치는 것으로 나타났다

.

^{양극산화시} ^인가되는

전압이 낮을수록산화피막에 생성되는 기공의 직경 은 작았으며

,

^기공들 ^사이의 ^거리는 ^매우 ^조밀하게

형성되어 나타났다

.

^양극산화 ^피막의 ^기공들 ^간의

거리

(pore distance)

^는 ^{인가전압이}

25 V

^인 ^경우

45 nm

^로 ^{나타났으며}

, 30 V

^의 ^인가 ^{전압에서는}

60 nm,

^그리고

40 V

^의 ^{인가전압의} ^경우에는

90 nm

로 나타났다

.

따라서 생성된 양극산화 피막의 기공 들간의 거리는 인가전압이 높을수록 증가하는 것으 로 나타났으며 이것은 높은 전압이 인가된 경우 기 공의 크기가 크며 기공밀도가 적어지는 것을 의미 한다

.

^또한 ^기공성 ^알루미나 ^기저부에 ^형성되어 ^있

는 장벽형 산화막의 두께도

,

^양극산화 ^인가 ^전압에

의해 차이가 나는 것을 그림

2(a)-3(c)

^를 ^통하여^비

교할 수 있었다

.

^즉

,

^장벽형 ^산화층은

40 V

^의 ^인가

전압에서 생성되는 경우 약

55 nm

^으로 ^{나타났으며}

,

인가전압이

25 V

와

30 V

에서는 훨씬 작은 두께인

약

20 nm

^와

25 nm

^정도로 ^{생성되었다}

.

^따라서 ^양

극 산화시 인가되는 전압에 의해 산화피막기공의

Fig. 1. Specimens for fabrication of (a) SiO

²

nano-dot, (b) nano Ni wire.

Fig. 2. TEM micrographs of 2

^nd

alumina films fabricated

in 0.3 M oxalic acid solution at (a) 25 V, (b) 30 V

for 30 min.

(3)

형상과 크기 밀도 등은 차이⁷⁾가 나타나며

,

^피막특

성도 커다란 영향을 받는 것으로 나타났다

.

그림

3

^은

0.3 M

^옥살산을 ^이용하여

40 V

^의 ^인가

전압으로

30

^분간

2

^차 ^양극 ^산화에 ^의해 ^생성된 ^피

막을

30

^o

C

^의

0.3 M H

3

PO

4 용액에서 일정 시간 동 안 와이드닝 작업을 한 후

,

^{산화피막의} ^기공부 ^단

면을

FE-SEM

으로 관찰한 사진이다

.

양극산화 후

widening

^작업을 ^하지 ^않은 ^그림

3(a)

^의 ^경우

,

^산화

피막내 기공의 직경은 약

28 nm,

^{기공들간의} ^평균

거리

(interpore distance)

^는 ^약

90 nm,

^장벽형 ^피막층

의 두께는 약

50 nm

로 나타났다

.

또한

0.3 M

인산 에서

widening

^작업을

10 min(b), 20 min(c)

^실시한

경우 기공의 용해작용에 의해 기공의 직경은 각각

약

38 nm

^와

48 nm

^로 ^증가했다

.

^이러한 ^기공의 ^용

해작용의 적절한 조절을 통해

30-80 nm

^정도의 ^직

경을 갖는 기공성 산화피막을 제조할 수 있었다

.

3.2 Al/Si 재료의 양극산화시간에 따른 피막특성의 변화

양극산화 과정 시 일정 전압이 인가되고 있는 동 안

,

^양극산화 ^시간에^의한 ^산화 ^피막층의 ^생성과 ^변

화되는 과정및 특성변화를 관찰하기 위하여

0.3 M

옥살산을 이용하여

40 V

^의 ^{인가전압으로}

30

^분간

양극 산화를 실시했으며

,

^이때 ^{산화과정을}^통해

SiO

2

nano-dot

^의 ^형성을 ^목적으로

, Si

^기판 ^위에

Al

^을 ^증

착시킨 시편

(

^그림

1(a))

^을 ^사용했다

. 30

^o

C

^의

0.3 M

옥살산의 전해액을 이용한 양극산화 과정 시

40 V

의 전압이 인가되고 있는 동안

Al/Si

^시편의 ^표면

에서 발생되는 전류의 변화는 그림

4

에 나타냈다

.

양극산화과정의 초기 과정에서는 알루미늄 표면에 서 산화가 급격히 진행되며 알루미나

(Al

²

O

³

)

^피막

이 생성되기 시작하며 이와 동시에 전류의 급격한 상승이 일어난다

.

^이렇게 ^생성된 ^알루미나 ^피막은

전도성이 매우 작기 때문에 일단 어느 정도의 두께 로 성장하면 산화피막의 저항이 커지기 때문에 전 류의 흐름이 낮아지게 되며 시간이 지날수록 알루 미나 피막이 계속적으로 성장된다

.

^이와 ^같이 ^산화

반응이 진행될수록

,

^{알루미늄이} ^점차 ^{소모되면서} ^알

루미나 피막으로 성장하게 된다

.

^이 ^과정은 ^그림

4

의

A

^와

B

^위치로 ^나타나며

, Al/Si

^시편에서

Al

^층의

알루미늄 금속이 거의 다 소진될 때까지 진행된다

.

산화과정이 계속 진행되면서

,

^산화에 ^의해

Al/Si

^시

편의 알루미늄이 소모되어 감에 따라 장벽형 알루 미나 피막이 점차 알루미나 피막과 실리콘 기지재 료의 경계면에 위치하게 되고

,

이때 전류밀도는 강 하하게 되며 그림

4

^의

B

^와

C

^사이의 ^{전류밀도가} ^가

장 낮은 영역으로 나타난다

.

^계속되는 ^{산화과정에}

의해 실리콘과 알루미늄 피막의 경계면에서는 알루 미늄이 완전히 소진된 후 장벽형의 알루미나 피막 층이 서서히 산화되어 용해되기 시작하며 그림

4

^의

C

^부근에서 ^{전기화학적} ^반응에 ^의해

2

^개의 ^전류피

크가 나타났다

.

^첫번째 ^나타나는 ^{전류피크는} ^장벽

형의 산화피막이 소멸되기 시작하면서 실리콘 기지 재료의 표면이 전해액과 접촉되고

,

이때 발생되는 미세한 가스에 의해 전류가 급상승하기 때문이며

,

이시점에서는

Si

^기지^위에 ^존재하던^장벽형

Al

²

O

³

피막층이 벗겨지면서

Si

^기지와 ^분리되기 ^시작된다

.

계속해서 나타나는 두번째 전류피크는 장벽형의산

Fig. 3. FE-SEM images of cross-sectional area of anodic alumina layers widened in 0.3 M H

³

PO

⁴

for (a) 0 min, (b) 10 min, (c) 20 min.

Fig. 4. Current behaviors of 2

^nd

alumina films during

anodization at 40 V for 30 min in 0.3 M oxalic

acid solution.

(4)

화피막이 소멸되면서 실리콘 기지재료의 표면이 인 가되는 양극 전압에 의해 새롭게 실리콘이 실리콘 산화물로 산화되는 과정을 나타낸 것으로 기지조직 의 실리콘이 새롭게 전기적인산화반응이 시작되기 때문에 전류의 흐름이 순간적으로 증가되어 나타나 는 것으로 생각된다

.

이후 계속되는 산화반응에서 일단 형성된

SiO

2

화합물이 양극 산화된 알루미나의 기공 내부를 통 해 계속적으로 성장되면서 반응이 진행되는 것으로 사료되며

,

^이러한 ^{산화반응의} ^시간을 ^제어하면

Si

의 산화 반응초기 상태에서는

SiO

2

nano-dot

^을 ^제

조할 수 있으며

,

^{계속적으로} ^{양극산화가} ^진행된다

면 양극 산화된 알루미나 피막의 기공직경을 갖는

SiO

² ^나노선의 ^제조가 ^가능할 ^것이라 ^사료된다

.

또한

Al/Si

^시편에서 ^양극산화 ^시간에 ^따라 ^진행

되는 산화피막의 변화과정을자세히 알기위해

TEM

을 이용하여 관찰했고 그 결과를 그림

5

에 나타냈 다

.

^{양극산화는} ^{전해액으로는}

30

^o

C

^의

0.3 M

^옥살산

을사용했고

, 40 V

^의^전압을^인가한^후

5

^분

, 10

^분

, 22

분 그리고

30

^분간 ^{양극산화를} ^실시하고 ^그 ^단면을

관찰했다

.

^그림

5(a)

^의 ^경우

Al/Si

^기판에 ^있는

Al

표면에서

5

^분간의 ^{양극산화에} ^의해 ^기공성의 ^알루

미나 피막층이 생성되고 있음을 보여주고 있다

.

^양

극산화가 계속 진행될수록 알루미나층의 두께가 감 소되면서 알루미나 산화층으로 변화되고 있음을 그 림

5(b)

^에서 ^보여주고 ^있다

.

^그림

5(c)

^의 ^경우는 ^계

속되는 양극산화에 의해 산화되는 알루미늄이 없어 짐에 따라 생성된 알루미나기공의 아래 부위인 장 벽형 알루미나 피막층이

Si

^피막의 ^계면층에 ^접하

게 되며

,

^또한 ^계속되는 ^산화에 ^의해 ^이러한 ^장벽

형 알루미나 피막의 두께가 얇아지며 파손되기 시 작된다

.

^이때 ^이렇게 ^약화된 ^장벽형 ^알루미나 ^피막

의 하단부에서 기포가 발생되기 시작되며 나타난 빈 공간의 형태가 보이기 시작한다

.

^또한 ^양극산화

반응이 계속됨에 따라 빈 공간이 나타나는 부위와

Si

^의 ^{경계면에서는}

Si

^이 ^산화되어

SiO

2가 형성되는

현상은 그림

5(d)

에서 나타냈으며

,

이렇게 생성된

SiO

²^는 ^{알루미나의} ^기공을 ^따라 ^{계속적으로} ^성장하

게 된다

.

^또한 ^이와 ^같이

Al/Si

^시편에서 ^양극산화

를 통하여

SiO

2

nano-dot

^이 ^형성되는 ^과정은 ^그림

6

^에서 ^개략도를 ^통해 ^나타냈다

.

그림

7

^은

Al/Si

^시편을

40 V

^의 ^{인가전압에서} ^옥

살산 전해액을 이용하여 양극산화를

30

^분 ^실시한

후 생성된 알루미나 피막을 제거하고

, Si

^기판 ^위

에 형성되어 있는

SiO

2 산화물들을 관찰한 전자현 미경 사진이다

.

이러한 양극산화

SiO

2 제조방법과 관련하여

Ono

^등⁸⁾^은

, Si

^기판위에

Al

^을 ^증착시킨

시편을 옥살산 용액에서 오랜 시간에 걸쳐 양극산 화처리를 할 경우 장벽형의

Al

2

O

3가양극산화에 의 해 파괴되고 그 자리에

Si

^{기지조직의} ^{양극산화에}

의해

SiO

²

nano-dot

^이 ^{생성된다고} ^{보고하였으며} ^본

실험 결과와 잘 일치하고 있다

.

^또한 ^그림

7

^에서

양극산화과정을 통해 형성된

SiO

² ^{산화물들의} ^입자

들의 평균 직경의 약

50 nm

^정도로 ^나타났다

.

^이러

한 양극산화 방식에 의해 형성되는

SiO

2의 입자의

Fig. 6. Schematic diagrams of SiO

²

formation on Si substrate during anodization: (a) Growth of a porous alumina layer during anodization, (b) the thickness of aluminum layer decrease with anodization, (c) voids were created under barrier type alumina layer, (d) thickness of barrier type alumina decreased, (e) nano-dot SiO

²

created through voids, (f) removal of barrier layer and growth of SiO

²

.

Fig. 5. TEM micrographs of Al/Si specimen during

anodizing process for (a) 5 min, (b) 10 min, (c)

22 min, (d) 30 min.

(5)

크기와 배열은 알루미나 피막층의 기공의 규칙성과 크기를 변화시키는 방법을 통해 조절될 수 있다.

3.3 Al/SiO2/Si 재료의 어닐링처리에 따른 양극산화 피막의 접착특성

기공성의 양극산화피막을 이용하여 이종접합 재 료 위에 형성된 금속 나노선을 제조할 경우, 이종 접합된 기지재료와 양극산화에 의해 형성된 기공성 알루미나 피막의 접착력이 우수해야 하며, 이를 위 해 이종재료들로 접합된 시편의 열처리를 통하여 피막층들의 스트레스 제거와 재료들간의 접착력 향 상이 선행되어야 한다. 본 실험에서는 이종재료가 접합된 시편을 이용하여, 열처리가 양극산화에 의 해 생성되는 산화피막과 기지재료와의 접착력에 미 치는 영향에 대해 조사했다. 시편으로는 그림 1(b) 의 Al/SiO2/Si가 증착된 재료를 이용했으며, 열처리 조건으로는 시료 그대로의 상태, 200^oC, 그리고 400^oC에서 각각 1시간 진공 열처리를 실시했다. 이 렇게 열처리된 시편은 0.3 M 옥살산을 이용하여 40 V의 인가전압으로 30분간 양극 산화를 한 후 알

루미나 산화 피막과 소지재료 표면과의 접착 정도 를 비교 관찰했다.

그림 8(a)와 (b)는 열처리를 실시하지 않고 양극산 화를 실시한 후 5분간의 와이드닝을 실시한 알루미 나피막의 표면부와 단면부 사진이다. 또한 그림 8(c) 와 (e)는 200ôC 그리고 400ôC에서 각각 1시간 진공 열처리를 실시한 후 양극산화처리를 하고 15분간 의 와이드닝을 실시한 산화피막의 표면부, 그림 8(d) 와 (f)는 단면부를 나타냈다. 그림 8에서 보여지듯 열처리 않은 경우와 200ôC 1시간의 어닐링처리를 실시한 경우 Si기판과 SiO2, Al2O3의 피막 상호간에 접착된 상태를 유지하고 있으나, 비교적 높은 온도 인 400ôC 에서 1시간 어날링처리된 시편의 경우 그 림 8(f)에서 보이는 것 처럼 기공성의 양극산화 알 루미나 피막이 SiO2층과 분리되어 생성되어 있었다.

이것은 과도한 어닐링 온도에 의해 생기는 열적 스 트레스가 접착력에는 좋지 않은 영향을 미치고 있 는 것을 보여 주고 있다. 따라서 이종재료들의 접 착력 향상을 위한 열처리는 200^oC의 온도가 적절 한 것으로 사료된다.

3.4 Ni nano-wire 제조

Ni nano-wire를 만들기 위해서는 Al/SiO2/Si 시편 (그림 1(b))을 200^oC에서 1시간의 어닐링 열처리를 실시한 후, 40 V로 1시간 0.3 M 옥살산에서 양극 산화 실시하여 기공성 알루미나를 형성시킨 후 0.3 M 인산에서 5분간 widening 처리를 실시한 기공성 알 루미나 피막을 주형으로 사용하였다. 양극산화 알 루미나 주형의 기공속으로 전착 방식을 통해 Ni nano-wire을 제조하기 위해, NiSO4· 6H2O 용액에 NiCl2· 6H2O와 H2BO3용액을 혼합한 전해액을 이용 하여 교류전착법(ac electro-deposition)으로 Ni을 전

Fig. 7. SEM image of anodic SiO

²

nano-dot on silicon substrate.

Fig. 8. FE-SEM images of surface and cross-sectional area of anodic alumina layers on Al/SiO

²

/Si specimen. (a), (b):

non-annealed, (c), (d): annealed at 200

^o

C, (e), (f): 400

^o

C for 1 h.

(6)

착시켰다

.

^이후 ^알루미나^{산화피막을}

NaOH

^에^침적

용해시킨 후

Ni nano-wire

^와 ^{산화피막을} ^분리했다

.

그림

9(a)

^는

Ni

^을 ^기공성 ^알루미나 ^피막에 ^전착

시켰을 때의 표면부 사진이다

.

표면에서 기공내부 로 수직적으로 양호하게 전착된 부위와

,

^부분적으

로

Ni

^이 ^기공 ^내부로 ^균일하게^전착되지 ^못하고 ^표

면에서 덩어리 형태로 전착되어 있는 모습을 동시 에 보여주고 있다

.

이와 같이

Ni

의 교류 전착 시 알루미나 기공내부로 균일하게 금속이온이 전착되 지 못하고 부분적으로 불균일하게 나타난 현상에 대해서는

Ni

^전착시 ^필요한 ^조건에 ^대한 ^좀더 ^자

세한 검토가 이루어져야 할 것으로 사료된다

.

^그러

나 전반적으로는 그림

9(b)

^의 ^경우 ^전착된 ^알루미

나 피막의 단면을 관찰한 것과 같이 기공성 알루미 나의 내부로 전착된

Ni

^은 ^알루미나 ^기공의 ^내부에

서 균일하게 침적되어 알루미나 기공의 형태와 크 기대로 재현되었으며

,

대체적으로

Ni

나노선의 직

경은

45 nm,

^길이는

1200 nm

^정도의 ^형태를 ^나타

냈다

.

^그러나 ^기공성 ^양극산화 ^{알루미나의} ^기공의

크기는 양극 산화시 사용되는 전해질의 종류와 인 가되는 전압의 크기에 의해 변화⁹⁾시킬 수 있으며

,

이후 기공의 와이드닝 작업에 의해 조절이 가능하 기 때문에

,

^알루미나^주형을 ^통한 ^금속 ^나노선은 ^다

양한 형태와 크기로 합성될 수 있다

.

^따라서 ^양극

산화시 생성되는 기공성 알루미나 산화 피막의 두 께와 기공의 크기를 정밀하게 제어할 수 있다면 원 하는 직경과 크기의 형태를 갖는 금속 나노선을 제 조할 수 있을 것으로 사료된다

.

그림

10(a)

^는 ^기공성 ^알루미나 ^{산화피막의} ^내부

로

Ni

^금속을 ^교류 ^전착시킨 ^후 ^단면에서 ^나타난

전착된

Ni

^나노선을 ^나타낸 ^것이며

, (b)

^의 ^경우는

전착된

Ni

^나노선의

TEM

^전자회절 ^패턴이다

.

^전착

된 나노선은

(c)

^에서 ^보는 ^것과 ^같이 ^{결정형으로}

(zone axis [110])

^{전착되면서} ^성장하는 ^것을 ^보여주

고 있다

.

^또한 ^그림

11

^은 ^전착되어 ^제조된 ^나노선

의

EDS

^결과이며 ^알루미나 ^{기지조직을} ^나타내는

Al

과

O

및

Ni

성분의 피크를 통하여

Ni

나노선의

제조를 확인할 수 있었다

. 4. 결 론

기공성양극산화 알루미나 피막을 나노 주형으로 사용하여

SiO

²

nano-dot

^과

Ni

^나노선을 ^제조하는 ^것

을 목적으로 실리콘 기판 위에

SiO

²^와

Al

^을 ^증착시

킨 재료를 사용하여 양극산화를 실시하였으며

,

^이

때 생성되는 산화피막조직의 변화와 전기화학적 산

Fig. 9. FE-SEM images of Ni nano-wire deposited in anodic porous alumina layer: Deposited Ni metal (a) on surface, (b) cross sectional area of alumina layer.

Fig. 10. (a) Cross sectional view of Ni nano wire deposited in porous alumina layer, which is detached from substrate, (b) selected area diffraction pattern of (a), and (c) indexed pattern of Ni nano-wire.

Fig. 11. EDS peaks of Ni nanowire in porous alumina

film.

(7)

화과정을 통해 접합 계면에서

SiO

² ^{나노산화물이}

형성되고 성장하는 과정을 조사하였다

.

^또한 ^교류

전착 방식을 통해 니켈 나노선을 제조하였으며 특 성에 대한 결과는 다음과 같았다

.

1.

^{양극산화에} ^의해 ^생성된 ^기공성 ^알루미나 ^피

막은 양극전압을 높게 인가하여 생성된 경우

,

^산화

피막의 기공의 크기가 크며

,

^기공들 ^간의 ^거리는 ^증

가하고

,

기공밀도는 감소하였다

.

2. Si/SiO

²

/Al

^시편의 ^경우

200

^o

C

^의 ^온도로 ^어닐

링 처리를 실시하고 양극산화를 했을 경우

, SiO

²^와

기공성

Al

2

O

3 산화피막 접촉계면은 양호한 접착상

태를 유지하고 있었으나

, 400

^o

C

^의 ^비교적 ^높은 ^온

도에서 어닐링 처리된 시편의 경우

,

과도한 온도에 의해 열적 스트레스의 영향으로 기공성

Al

²

O

³^산화

피막이

SiO

²^의 ^접촉 ^계면층과 ^분리되어 ^생성되어

있었다

.

3. Si/Al

시편의 경우 양극산화과정을 통하여 알

루미나의 기공 기저부에서

Si

^의 ^산화를 ^통해 ^입자

직경이 약

50 nm

^정도 ^크기의

SiO

²

nano-dot

^이 ^생

성되었으며 계속적인 양극산화에 의해

SiO

2는알루 미나의 기공 내부를 통해 성장하였다

.

4.

^양극산화^알루미나 ^주형을 ^이용한 ^교류전착 ^방

식을 통해

Ni

^나노선을 ^제조할 ^수 ^있었으며

,

^제조

된

Ni

^나노선의 ^직경과 ^길이는 ^알루미나 ^피막의 ^기

공 형태와 크기와 같았다

.

^또한

EDS

^분석을 ^통하

여

Ni

^나노선이 ^{제조되었음을} ^{확인하였다}