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애로기술해결활성탄소 소재의 미세구조/기공구조 분석

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최근 활성탄소 소재의 흡착 특성 향상을 목표로 활성탄소 소재에 첨착물을 도포하여 비표면적을 증가시키고 특성을 향상시킨 소재들이적용되고 있는 상황이며 개발 중인 첨착물 도포 활성탄소 소재에 대한 미세구조 및 화학적 특성 분석 지원이 필요함.


사업을 통한 다공성 필터 소재의 기초 연구 지원을 위해 비첨착 활성탄소 소재 및 첨착 활성탄소 소재의 미세구조 및 화학적 특성 분석을 위해, X-선 회절 분석, 투과전자 현미경 분석을 이용한 첨착 물질 구조 분석과 비표면적 분석을 진행하고자 하였음.


다공성 필터 소재의 미세구조 및 화학적 특성 분석지원을 위해 실시한 비첨착/첨착 활성탄소 소재의 X-선 회절 분석 결과 및 전자현미경 분석 결과를 [그림 85]에 나타냄.



X-선 회절 분석 결과에서 보이는 바와 같이, 비첨착 및 첨착 활성탄은 비정질 탄소 구조를 기반으로 하고 있으며, 첨착 활성탄의 경우 CuO에 해당하는 회절 피크가 관찰 되는 것으로 보아 첨착 물질은 CuO에 해당하는 물질인 것으로 사료됨.


전자 현미경 분석 결과 두 소재 모두 일이하게 ~ 수 마이크로미터 크기의 기공이 형성되어 있는 것을 알 수 있고, 첨착 활성탄소 소재의 경우 표면에 수백 나노미터 크기의 첨착물질이 도포되어 있는 것을 알 수 있음.


해당 첨착 물질의 구조 및 화학적 특성에 대하여 정밀 분석을 위해 투과전자현미경을 이용한 구조 및 화학적 분석을 진행하였고, 그 결과를 [그림 86]에 나타내었음.



첨착 활성탄소 소재의 투과전자 현미경 분석을 위해 FIB 이온 밀링을 이용하여 첨착물질이 도포된 부분의 시편을 채취하였음.

[그림 86]에서 보여진는 바와 같이, 첨착 물질은 활성탄소의 표면에 형성되어 있으며, 이를 통해 표면의 전체 비표면적 증가에 효과적을 것으로 판단 됨.

또한, 제한시야회절도형 분석을 통해 첨착 물질의 구조를 분석한 결과, 모노클리닉 구조를 갖는 상임을 알 수 있으며, EDS 분석 결과를 통해 산소와 구리가 결합된 산화구리임을 알 수 있음.

첨착물질 도포에 따른 비표적 및 기공크기 특성에 대한 변화를 확인하기 위해 비표면적 분석을 진행하였고, 그 결과를 [그림87] 및 [표 4]에 나타내었음.



위의 [그림 87] 및 [표 4]에서 보여지는 결과에서 알 수 있듯이, 첨착 활성탄소의 경우 첨착물질의 도포에 의해 비표면적이 소폭 증가하였으나, 유의미한 결과로 보기는 다소 어려운 결과로 사료되며, 추후 첨착물질 도포를 위한 이온 용액, 건조 공정 시 분위기 제어 및 온도 제어를 통해 첨착물질의 분산 제어가 필요할 것으로 사료됨.



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