마이크로웨이브에너지를 이용한 CdS나노분말 합성

소개글

마이크로웨이브에너지를 이용한 CdS나노분말 합성에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.실험목적

2.실험이론
2.1)Microwave 와 재료의 상호 작용
2.2)Thermal Runaway 현상
2.3)microwave의 장점 및 특성

3. 실험방법 및 시약조사

4.실험결과
4.1)XRD 분석 결과에 대해서 설명한다.
4.2)마이크로웨이브 법에 대해서 설명하라.

5.토의
이번실험은 Microwave 에너지를 이용하여 반도체산업 재료에 사용되는 CdS 나노분말을 합성하는 것이다. 이번실험에서 사용한 CdS는 직접천이형 반도체이고 band gap이 2.43eV이며 태양광하에서 투명하고 노란색을 띤다.

6.결론

7.참고문헌

본문내용

얻을 수 있다. microwave를 이용한 Ⅱ-Ⅳ족 nanoparticles제조는 여라 가지 새로운 가능성들을 제공 하고 있는데 그 장점들을 열거하면 대략 다음과 같다.
①공정시간이 짧고 에너지 소비가 적어 제조 단가를 낮출 수 있다.
②제품의 균일성과 수율을 증가 시킨다.
③균질한 미세구조를 통한 물성 증진이 가능하다.
④새로운 복합 재료 및 난소결성 재료의 heating에 응용 가능성이 있다.
이와 같이 microwave heating의 장점 중에서 특히 급속가열 효과는 에너지 절약의 측면뿐만 아니라 미세구조의 조절에 따른 특성 증진의 측면에서도 많은 관심을 끌어왔다. microwave heating은 Ⅱ-Ⅳ족 nanoparticles의 새로운 heating방법으로 각광을 받아 많은 연구 대상이 되고 있다.
3. 실험방법 및 시약조사
3.1)실험방법
①50ml EG에 CdCl22.5H2O, Thiourea을 각각 8mmol을 교반하여 용해시킨다.
② Microwave-oven에서 800W로 12s on 18s off로 cycle 시킨다.
③ 얻어진 생성물은 증류수, acetone의 순으로 3번씩 원심분리기를 이용 하여 세척하다.
④ 세척하여 얻어진 생성물을 실온 건조 후, 진공 건조 하여 CdS NCs 를 얻는다.
⑤X-ray diffraction(XRD)을 이용하여 CdS의 결정 구조를 알아본다.
3.2)실험기구 및 시약
Microwave-oven ; 삼각 플라스크 ; CdCl22.5H2O Convection Oven ; Vacuum Oven ; centrifugate, 마그네틱 바
Ethylene glycol - 글라이콜이라고도 한다. 화학식 HO(CH2)2OH,분자량 62.07
녹는점 -12.6, 끓는점 197.7℃, 비중 1.1131 점조하고 감미가 있는 무색액체습기를 잘 흡수하고 물, 에탄올, 아세트산 등에 임의의 비율로 섞인다.
산화하면 글리코산, 글리옥살, 옥살산등이 된다.
Thiourea - 티오르카르 바미드라고도 한다. 화학식 CH4NS 분자량73.12
녹는점 180℃, 비중 1.405, 수용액은 중성이며 쓴맛이 난다. 물, 에탄올에는 녹지만 에테르에는 녹지 않는다. 시안아미드에 황화수소를 작용시키거나 또는 티오시안산 암모늄을 170~180℃로 가열하면 생성된다. ③
4.실험결과
4.1)XRD 분석 결과에 대해서 설명한다.
위의 자료에서 보면 저온 일 때부터 hexagonal구조의 주요 회절각인 24.8,
43.68, 51.80 에서 peak가 관측되어 hexagonal 구조임을 확인하였다. 실험결과 24.840, 43.760, 51.920에서 peak가 관측되었으므로 hexagonal 구조임을 알 수 있다. ①
4.2)마이크로웨이브 법에 대해서 설명하라.
Microwave는 주파수 범위가 0.3에서 300GHz이고, 파장이 1m에서 1mm인 전자파로서 정합적이고 분극화 되어 있으며 광학법칙을 따른다. 이중 0.4에서 40GHz의 ISM주파수가 민수용으로 할당되어 있으며 433, 915 및 2450MHz가 가장 많이 사용되고 있다. Microwave는 물질의 종류 그리고 온도에 따라 투과, 흡수, 또는 반사가 일어나는 정도가 달라지는데 이것들을 다음 그림에 나타내었다.
대부분의 금속은 microwave에 불투명하여 거의 모든 microwave를 반사시킨다. 그러나 우리의 관심대상이 넓은 범위의 유전재료들은 대부분이 상온에서 microwave에 투과성이 있으나, 이러한 물질도 어느 임계온도이상 가열되면 microwave와 점차적으로 효과적인 반응을 하게 되어 흡수를 시작한다. 이런 물질의 경우 microwave전도성 EH는 자성 물질을 섬유상, 입자, 또는 첨가제의 형태로 넣어주면 microwave의 흡수를 크게 증가시킬 수 있으며, 이러한 재료 내에서 전도성 또는 자성물질은 빠르게 microwave를 흡수하므로 선택적으로 급속히 가열하게 된다.
5.토의
이번실험은 Microwave 에너지를 이용하여 반도체산업 재료에 사용되는 CdS 나노분말을 합성하는 것이다. ④ 이번실험에서 사용한 CdS는 직접천이형 반도체이고 band gap이 2.43eV이며 태양광하에서 투명하고 노란색을 띤다. 보통은 wurtzite구조가 대부분이지만 상온 부근에서 제조한 경우는 zinc blende 구조도 발견된다.
CdCl22.5H2O와 thiourea을 8mmol로 계산하여 각각 1.83g와 0.61g씩을 취
하였다. 두 시약을 EG(Ethylene Glycol) 50ml 완전히 용해시키고Microwave
-oven에 넣고 800W로 12s on, 18s off로 10분 동안 cycle 켰더니 무색이었던 용액이 노란색으로 되었다. Microwave을 이용한 CdS분말 합성 반응 메커니즘은 다음과 같다.
CdCl22.5H2O + CH4N2S (thiourea) ---> CdS (yellow)
원심분리기를 이용하여 생성물 얻고 실온 건조 후, 진공 건조하여 CdS
powder를 얻었다. CdS powder를 XRD로 분석한 결과 표준회절패턴에서 CdS의 peak와 실험 결과에 peak가 거의 일치 한 hexagonal 구조임을 알 수 있었다. 회절선이 선명하고, 잘 일치하는 것으로 보아 시료의 결정성과 순도가 괜찮음을 알 수 가 있었고, 입자크기도 괜찮았다고 할 수가 있었다.
6.결론
Microwave 에너지를 이용하여 반도체산업 재료에 사용되는 CdS 나노분말을 합성해보았다. 그 결과 hexagonal 구조임을 알 수 있었고 표준회전패턴과 실험결과가 거의 일치하게 나와서 회절선이 선명하고, 시료의 결정성과 순도가 괜찮았음을 알 수가 있었다.
7.참고문헌
①마이크로웨이브 법을 이용한 ZnS/CdS 나노 입자 합성 / 울산대 대학원 / 나은경 / 2007년 / p 4~10, p26~28
②Microwave 공정에 의한 Ti(CN)-WC-Ni powder의 소결 / 경기대 대학원 / 유형근 / 2005년 / p 6~9
③네이버 백과사전
④저가격 CdS/CdTe 박막형 태양전지의 개발에 관한 연구 / 과학기술처 /
한국과학기술원 / 1992년 / p11~14

키워드

마이크로웨이브,   hexagonal구조,   Thermal Runaway 현상,   반도체 나노결정,   CdS나노분말,   XRD분석