개요

1980년대 이후 전자현미경 등의 측정장비의 발달과 함께 나노입자의 형상 및 물리적 특성에 대한 연구가 급속히 발달하고 있으며 진공 기술, 플라즈마 기술, 레이저 기술의 발전에 의해 나노입자 제조기술 또한 놀라운 속도로 발전하고 있다. 기존의 분체나 분말들은 기계적인 분쇄법이나 분무 등의 고체나 액체를 세분화시키는 break-down 방법을 통해 제조되었으나 나노입자는 작은 크기 때문에 일반적으로 덩어리 물질을 작게 만들어 입자를 만드는 기존의 미소입자 방법과는 달리 분자 단위에서부터 다시 입자를 제조하는 방법을 주로 사용하게 된다. 나노입자 제조방법에는 크게 기상을 이용한 제조법, 액체를 이용한 제조법과 기계적 제조법으로 나눌 수 있다. 기상을 이용한 대표적인 제조법은 가스증발-응축법(Gas Evaporation-Condensation Method)과 기상합성법(Mixed Gas Method) 등으로 나누어지고, 액체를 이용한 제조법에는 침전법(Precipitation)과 분무건조법(Spray Drying) 등이 있으며, 기계적인 힘을 이용한 기계적 분쇄법/합금화(Mechanical Alloying)가 있다. 일반적으로 액체를 이용한 제조법은 기상을 이용한 제조법보다 균일한 분체를 생산할 수 있으나 부산물 생성이 불가피 하여 친환경성이나 순도가 떨어진다는 단점이 있다. 또한 기계적 제조법은 제조공정 상에서 발생하는 불순물의 혼입에 문제점이 있고 응집화 현상이 심한 반면 여러 성분을 나노입자화 할 수 있는 장점이 있다. 한편, 기상반응을 통한 제조법은 고순도의 입자를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 입자의 응집을 방지할 수 있어 장래 산업화를 위한 유망한 나노분말 제조법으로 각광을 받고 있다.

전기선 폭발을 이용한 다양한 나노입자 제조 기술

기상합성법중의 하나인 전기선 폭발법(pulsed wire evaporation, PWE)은 금속 와이어에 고전압·대전류를 인가하여 와이어를 플라즈마 상태로 여기시킨 후 챔버 내에 기상의 냉각매체를 만나게 함으로써 나노입자가 제조된다. 이 방법은 고순도의 나노입자 제조가 가능하고, Ni, Cu, Ag, Fe 등의 일반적인 순수 금속 나노분말 뿐만 아니라 합금 나노분말도 제조가 가능하며, 가스분위기를 조절함에 따라 산화물, 탄화물 등의 다양한 나노분말 제조 또한 가능하다. 특히, 펄스파워를 이용하기 때문에 에너지 효율이 높아 경제성이 뛰어나며 시간당 생산량이 높아 양산화에 매우 유리한 기술로써, 2005년 (주)나노기술로 산업체 기술이전이 이루어졌다.

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그림 1. 전기선 폭발법의 원리

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그림 2. 전기선 폭발장치 실물사진

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