수열합성이란?
액상합성법의 하나로 고온고압하에서 물 또는 수용액 (Thermal Solution or Fluid)을 이용하여 물질을 합성하는 Process를
총칭하여 말합니다. Hydrothermal Synthesis(수열합성)는 뜨거운 물과 높은 압력 하에서 Mineral 들의 용해도에 의존하는 Single Crystal의 합성방법으로 직접용융이 어려울 때 많이 쓰이는 합성방법입니다.
수열합성에서 Hydrothermal Solution (or Fluid) 의 역할은 수열합성시 열과 압력의 전달 매체로서 반응제, 용매, 표면흡착제, 촉매 등의 역할을 하며 화학반응과 결정화 촉진, 이온교환이나 추출시 반응용매 역할 침식 및 고화 작용제의 역할을 합니다. |
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① 반응속도가 빠르고 분산성이 좋다. (균일한 결정상을 갖는 고용체나 화합물의 제조 용이)
② 입경, 형상, 입도분포, 조성 및 순도의 제어 가능 → 압력, 온도, 용액 및 첨가제의 조절
③ 균일한 결정상의 미세입자 제조 |
* 일반 액상합성법의 단점(ex. 공침법, 가수분해법)
- 용매제거의 단계에서 불균일화.
- 불균질한 결정상.
- 소결 및 분쇄시 응집이나 오염발생. |
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| 분류 |
특징 |
| 수열결정화법 |
비정질이나 저결정성의 침전을 열수 중에서 결정화시키는 방법 |
| 수열 침전법 |
수열조건하에서 알코올기나 염을 가수분해 혹은 중화시키고
결정성이 좋은 침전을 얻음
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| 수열 반응법 |
용매와 함께 혹은 고체와 용액성분을 수열조건하에서
반응시켜 새로운 화합물 침전을 만드는 방법 |
| 수열 분해법 |
수열조건하에서 화합물을 분해시켜 유효한 화합물을 얻는 방법으로 광석으로부터 유용성분을 추출하는 가압습식제련도 이 방법의 응용의 하나라고 생각할 수 있음 |
| 수열 산화법 |
금속 등을 고온고압의 물로 직접 산화해서 산화물을 만드는 방법으로 도중에 수소화물 등을 경유하는 경우에는 반응 시에 화학적 분쇄가 일어나 미분체가 되기쉽다. 용해, 침전, 소결 등의 조작이 필요 없어 오염되지 않는 이점을 가짐.
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① 수 nm ~ 수 μm의 미립자 분말 합성이 가능
② 결정상의 분말을 합성할 수 있기 때문에 기존의 세라믹스 합성에서 이용되는 소성 등의 조작이 필요가
없어 입자성장 등의
해결용이
③ 원료중의 불순물이 열수에 용해되어 처리 후 분체의 순도 향상
④ 입자가 용액 중에 고분산 되어 있어 입도 분포가 조밀함
⑤ 적정 합성조건에 따라 입자크기 제어가능 |
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1) 특성 : 높은 유전율과 열안정성 → 강유전성, 압전성
2) 활용분야 :
케페시터, 서미스터, 센서, 통신용 필터, 마이크로웨이브필터, 대용량 메모리(NVM), DRAM,
열 감지기, 광파가이드
3) 수열합성법에 의한 제조공정도 |
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| 4) 분말의 특성분석 및 비교 |
| Synthesis Method |
Firing temp.(°C) |
SSA(m2/g) |
SSA D(μ) |
X-ray D(μ) |
| Hydrothermal |
- |
8.5 |
0.12 |
0.09 |
| 400 |
8.2 |
0.12 |
- |
| 600 |
7.2 |
0.14 |
- |
| 800 |
6.0 |
0.16 |
- |
| Co-precipitation |
900 |
5.5 |
0.18 |
0.12 |
| 1000 |
4.6 |
0.22 |
0.13 |
| 1050 |
3.3 |
0.30 |
0.29 |
| Solid-state reaction |
1100 |
1.0 |
1.00 |
0.49 |
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| 1)출발물질 : zinc chloride (Zncl2) /
zinc acetate (Zn(Ac)2) |
① 출발물질이 Zinc chloride 일 때
ZnCl2 + 2NaOH → Zn(OH)2 + 2NaCl → ZnO + H2O + 2NaCl
② 출발물질이 Zinc acetate 일 때
Zn(AC)2 + 2NaOH → Zn(OH)2 + 2NaAc→ ZnO + H2O + 2NaAc |
- 반응 온도 80도
- 시간 6시간
- 침전제 1M NaOH (dropping 10ml/min)
- 교반속도 2000rpm |
| 2) 출발 물질에 따른 Zno 생성변화 |
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| 출발물질이 Zinc chloride 일 때 |
출발물질이 Zinc acetate 일 때 |
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| 3) 몰수에 따른 Zno의 변화 |
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| (A) 0.2 M (B) 1 M (C) 2 M |
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| 4) 시간에 따른 Zno 의 변화 |
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| 5) 온도 변화에 따른 Zno 변화 |
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| 80도 |
150도 |
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| 6) P.H 변화에 따른 Zno 변화 |
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Multi Purpose Reactor
