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전기방사 된 CuS 복합체 나노와이어의 국부적 표면 플라즈몬 공명 특성과 열 차단 응용

Title
전기방사 된 CuS 복합체 나노와이어의 국부적 표면 플라즈몬 공명 특성과 열 차단 응용
Other Titles
Localized Surface Plasmon Resonance Property of Electrospun CuS Composite Nanowire and Its Thermal Shielding Application
Author
임규담
Alternative Author(s)
Lim, Gyu-Dam
Advisor(s)
좌용호
Issue Date
2018-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
Copper sulfide (Cu2-xS) is a fascinating material for a thermal shielding application due to the high transmittance in visible light and the superior absorbance in ultra-violet (UV) and near-infrared (NIR). Cu2-xS (p-type semiconductor) can adjust the absorption range through the copper vacancy affecting carrier concentration. Localized surface plasmon resonance (LSPR) is an attractive phenomenon of Cu2-xS, especially for the strong absorption in the NIR range. The Cu-rich stoichiometric phase (Cu2S) shows a weak LSPR absorption, while the copper deficient phase (Cu2-xS, 1 ≤ x < 2) has a strong LSPR absorption in the NIR range with the hole concentration of ~1021 cm-3. Fabrication of Cu2-xS/polymer composites is necessary to apply to window films by reason of their advantages such as optical transparency and workability. Electrospinning is a simple technique by which inorganic/organic composite nanowires can be synthesized using an electric field on a target substrate. The improvement of dispersion stability is one of the advantages of electrospun composite nanowires, owing to rapid evaporation of polymer solution. In this experiment, we synthesized the different Cu2-xS nanoparticles (CuS and Cu1.8S) with the size of 8-10 nm in aqueous solution, and observed optical properties of transmittance of > 65% at 550 nm and elevated absorbance of UV/NIR rays. An introduction of electrospinning process for CuS/PVP composite nanowire synthesis provided enhanced optical properties through improved dispersion stability of nanoparticles. Also, CuS/PVP nanowire was able to deposit on the rigid glass and flexible polymer films such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN) film. The thermal shielding effect was monitored by temperature variation of a box installed with CuS/PVP composite film under light irradiation. The temperature changes of CuS/PVP films (∆T = 9.4, 9.7 and 10.8 oC) were superior to common glass (∆T = 15 oC).
Cu2-xS 나노입자는 자외선 및 적외선 흡수 특성과 가시광 투과 특성으로 인해 열 차단 소재로의 응용이 가능한 소재이다. Cu2-xS는 p-type 반도체로써, 정공 농도에 영향을 주는 구리 공극에 따라 자외선 및 적외선 광 흡수 영역의 조절이 가능하다. 또한 국부 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 현상은 Cu2-xS 나노입자에서 일어나는 현상으로 적외선 흡수 특성에 영향을 준다. 구리가 풍부한 상인 Cu2S은 비교적으로 약한 LSPR 흡수 특성을 나타내며, 반면에 구리의 조성이 상대적으로 적은 상(Cu2-xS, 1 ≤ x < 2)에서는 ~1021 cm-3의 정공 농도를 보이며 적외선 영역에서 강한 LSPR 흡수 특성을 나타낸다. Cu2-xS 나노입자와 고분자 복합체의 제조는 가시광 투과 및 가공성의 장점으로 인해 창문 유리용 필름에 적용을 위해 필수적이다. 전기방사법은 전기장을 가하여 유/무기 복합체 나노 섬유를 합성, 다양한 기판에 적용할 수 있는 방법이다. 분산성 향상은 전기방사법을 통해 합성된 유/무기 복합체의 가장 큰 장점으로, 나노섬유가 방사되며 용매가 빠른 속도로 증발되어 기지상에서 나노입자가 균일하게 분산 될 수 있다. 본 연구에서는 수계 반응을 통해 Cu2-xS 나노입자를 합성하여 전기방사법을 통해 CuS/PVP 복합체 나노 섬유를 제조, 이의 열차단 특성을 확인하였다. 수계반응으로 8-10 nm의 직경을 갖는 Cu1.8S와 CuS 조성의 나노입자를 합성하였고, 합성된 CuS 나노 입자는 550 nm 파장에서 65% 이상의 투과도를 나타내며, 우수한 자외선 및 적외선 흡수 특성을 나타냄을 확인하였다. CuS/PVP 복합체 나노섬유를 합성하기 위한 전기방사법의 도입은 PVP 기지내의 CuS 나노입자의 분산성을 향상시켜 복합체의 광학적 특성을 향상시킬 수 있었고, 이를 TEM 분석을 통해 확인하였다. 또한, 전기방사법을 통해 합성한 CuS/PVP 나노섬유는 유리 기판뿐만 아니라 PET와 PEN 등의 유연한 고분자 필름에 증착이 가능하였다. 열 차단 특성은 CuS/PVP 복합체를 봉인 된 용기의 창문에 부착하여, 창문을 향해 태양광을 투사하고 용기 내부의 대기 온도 변화를 측정하여 확인하였다. CuS/PVP 복합체를 부착한 용기의 내부 온도 변화는 9.4, 9.7, 10.8oC로 복합체를 부착하지 않은 용기의 온도 변화인 15oC 보다 우수한 태양열 차단 특성을 나타냄을 확인하였다.
URI
http://www.dcollection.net/handler/hanyang/000000104882http://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/68364
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > FUSION CHEMICAL ENGINEERING(융합화학공학과) > Theses (Master)
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