(전기)화학적 방법에 의한 기능성 산화아연 나노구조제조

Abstract

최근 반도성 재료의 이용이 증가되면서 나노구조화된 반도성 재료 역시도 많은 관심을 받고 있다. 산화아연은 이들 재료 중 하나로 나노구조화된 형태를 제조하기 위한 연구가 많이 진행 중에 있다. 산화아연은 지구상에 매우 풍부하게 매장되어 있으며 넓은 direct bandgap(3.32 eV)의 반도성물로 60 meV의 높은 여기자결합에너지(exciton binding energy)와 가시광선영역의 높은 투과도등의 우수한 물리적 성질 때문에 다양한 활용이 가능하여 매우 광범위하게 연구가 진행되고 있다. 나노구조화된 산화아연을 제조하는 방법은 다양하지만 제조 공정 중 많은 에너지를 소모하고 넓은 면적에 활용하기 힘들다는 단점이 있다. 이에 반해 전기화학적 방법의 금속표면개질방법은 대면적의 나노구조제조 시 공정제어가 매우 간단하고 경제적인 장점이 있으며 이렇게 제조된 나노구조의 산화막은 독특한 물리, 화학적 성질을 가지고 있기 때문에 많은 주목을 받고 있다. 하지만 산화아연은 여러 우수한 성질에도 불구하고 산, 염기성에 매우 쉽게 용해되어 전기화학적 처리가 어려워 제조하는 방법은 많이 보고되어지지 않고 있다. 본 논문에서는 산화아연을 양극산화법으로 제조하였으며 전해질로 수용액과 비수용액으로 나누어 실험하였다. 또한 수용액은 다시 산성, 중성과 염기성으로 나누어 각각의 전해질에 따른 영향을 보았으며 다양한 형태의 나노구조화된 산화아연을 제조에 대한 메커니즘을 다루었다. 전기화학적 방법이 아닌 화학적 방법을 이용하여서 전기인가 없는 산화아연제조에 성공하였다. (전기)화학적 방법들로 제조된 다양한 나노구조화된 산화아연은 넓은 표면에 높은 방향성의 나노구조를 갖기 때문에 기초과학분야에 대한 연구와 여러 산업분야에서 다양한 응용등 많은 이용이 가능할 것이다.; Recently semiconductive materials with nano-patterns have received great attention as the usage of them have been expanded to various applications. As one of these materials, zinc oxide has been studied for the preparation of nano-patterned surface. Zinc oxide that is an abundant material on earth shows various interesting characteristics such as a wide bandgab of 3.32 eV, a high exciton binding energy of 60 meV, and a high transmittance in the UV-visible ranges. Nano-patterned zinc oxide can be synthesized by various methods. Compared to many methods that require consumption of high energy and can be applicable to a limited area, electrochemical method that is one of metal surface treatment shows a controllable and economic process for the fabrication of nanostructures at a large area. So many interests have been drawn to anodization that enables to prepare nanostructured metal oxide with unique physical and chemical properties. Although zinc oxide has many good physical and chemical properties, reports on the formation of nanostuctured zinc oxide by anodization are rarely found. It is probably due to that zinc oxide is very easily dissolved in acidic and alkaline condition. In this study, the fabrication of zinc oxide nanostructures by anodization in aqueous(acidic, neutral, alkaline) or ethanolic based electrolytes will be described. Effects various electrolytes on a morphology of zinc oxide nanostructures and its formation mechanism are dealt with. In addition, zinc oxide prepared by a chemical method without applying voltage will be discussed. The various zinc oxides that are prepared by methods described in this thesis exhibit highly ordered nanostructures with a large surface area, which will be appliable not only to the fundamental research but also to various applications in industry.