Possible mechanistic pathway for the formation of silica replica 초임계 이산화탄소를 용매로 이용한 나노Pore 물질의 합성
2000년 4월 8-12일에 미국의 Atalanta에서 열린 제5회 초임계 유체 국제 심포지움 (Proceedings of the 5th International Symposium on Supercritical Fluids:ISSF2000)에서 일본의 Toyota Central R&D Labs의 H. Wakayama박사는 나노 크기의 pore을 갖는 물질 의 합성을 위한 용매로서 초임계 이산화탄소에 관한 연구를 발표했다.
액체 용매를 이용하는 전통적인 코팅 공정에서는 액체 용매의 높은 점도 때문에 좁은 gaps속으로 침투할 수가 없으며 임계온도 이하의 기상을 이용하는 경우 기상의 용매는 좁 은 모세관과 같은 공간에서 응축하여 액상이 된다. 초임계 유체는 낮은 점도와 높은 확산도 를 갖고 있을 뿐 아니라 결코 응축되지 않는다. 더욱이 용질의 초임계유체에서의 용해도는 유체의 온도와 압력의 변화 그리고 entrainers의 첨가에 의해서 조절된다. 그러므로 초임계 유체는 효과적으로 많은 양의 precusor가 모세관과 같은 좁은 공간 속으로 들어가게 할 것 으로 기대된다. 많은 논문들이 초임계 유체를 이용한 deposition 이나 impregnation 에 중점 을 두어 왔다. 비록 나무나 세라믹, 폴리머 등이 초임계 유체를 이용한 impregnation에 기질 로서 이용되어 왔을지라도 그것들은 단지 macropore를 가지고 있다. micro- 또는 macro 세 공을 갖는 활성탄(template)에 금속이나 금속 산화물 전구체를 초임계 이산화탄소로 함침시 킨 후 소성(calcination)시키거나 산소플라즈
마(oxygen plasma) 처리로 활성탄 template 을 제거하면 나노세공을 갖는 재료를 얻게 된다(그림1). platinum, silica, TiO2의 precusor는 초임계 이산화탄소에서 녹여 활 성탄 templates에 함침시킨다. 산소 플라즈 마 처리나 소성법으로 물질로 코팅된 샘플 속에서 활성탄을 제거한 후에 매크로 모양 (섬유, 분말, 가루)뿐만 아니라 나노 크기의 pore 구조를 갖는 것이 얻어졌다. 실리카의 세공 크기는 활성탄 templates의 탄소 결정 성에 의해 결정된다. 활성탄은 Fine Casting Molds로 되어 합성하고자 하는 물질의 구조 의 크기를 조절할 수 있다. 초임계 유체를 이용한 Nano-scale Casting (NC-SCF)은 세 라믹이나 금속(흡착제, 광촉매, capacitor, 태 양 전지 셀, 촉매)을 합성하는 데에 적용 될 것이다.
