용액연소법에 의한 산화물나노재료의 대량합성

경애하는 김정은동지께서는 다음과 같이 말씀하시였다.

《첨단기술산업은 지식경제의 기둥입니다. 정보산업, 나노산업, 생물산업과 같은 첨단기술산업을 대대적으로 창설하여 나라의 경제발전에서 첨단기술산업이 차지하는 비중과 중추적역할을 높여나가야 합니다.》

나노기술을 발전시키고 첨단기술산업을 창설할데 대하여 주신 위대한 령도자 김정일동지의 교시와 경애하는 김정은동지의 말씀을 관철하는데서 우리의 원료와 기술에 기초하여 나노재료생산공정을 확립하는것은 중요한 의의를 가진다.

우리는 나노재료제조기술의 세계적추세와 늘어나는 응용분야에 대한 분석에 기초하여 용액연소방법으로 산화물나노재료를 제조하기 위한 합성공정을 확립하고 CuO, NiO, Al₂O₃, ZnO, Fe₂O₃ 등 금속산화물나노분말생산의 국산화를 실현하였다.

용액연소합성방법은 다른 고상 및 액상법에 의한 나노재료제조방법에 비하여 생산속도가 빠르고 조작이 간단하며 분말의 립도를 조종할수 있는 우점을 가지고있는것으로 하여 최근시기 많은 관심을 모으고있다.

연소합성법에 기초한 산화물나노재료제조의 출발원료로는 산화제(질산염)와 연료(레몬산, 글리신, 뇨소)를 리용한다.

두가지 원료를 증류수에 풀고 미리 가열된 마플로에 넣으면 처음에 물이 끓으면서 증발하고 다음 혼합물이 거품상태로 넘어가며 나중에는 점화되여 전체가 강한 화염을 내면서 불탄다. 이러한 과정의 결과 매우 미세한 분말로 이루어진 큰 체적의 생성물(거품형태)이 생긴다.

합성된 나노분말들의 성분과 립도는 연료의 종류와 반응물들의 배합비, 합성온도 등의 공정인자들에 의하여 결정된다.

실례로 질산동(Cu(NO₃)₂)과 레몬산(C₆H₈O₇)을 원료로 한 나노CuO분말의 합성반응은 다음과 같다.

9Cu(NO₃)₂ + 5C₆H₈O₇ = 9CuO + 30CO₂ +9N₂ +20H₂O (1)

반응식에서 보는것처럼 연소반응시 많은 량의 기체가 급격히 발생하기때문에 합성은 배풍장치가 달린 전용마플로를 리용하여 진행하였다.

합성온도 400℃에서 연료 대 산화제몰비(φ)에 따르는 합성된 CuO나노분말들의 주사전자현미경(SEM)분석결과를 보면 φ=0.35일 때 제일 미세한 CuO나노분말(평균립도 50nm)이 얻어졌다.

용액연소법으로 합성된 산화물나노재료들은 우월한 자기적, 전기적, 광학적, 화학적 및 력학적특성들로 하여 촉매, 첨가제, 강화제로 광범한 분야에서 리용될수 있다.

그림. φ=0.35일 때 합성된 CuO분말의 SEM사진(확대배률 12 000배)