화염법으로 제조된 감마-Al₂O₃ 나노입자의 화염조건에 따른 입자특성 연구

Particle Characteristics of Flame-Synthesized γ-Al₂O₃ Nanoparticles

본 논문은 수소를 연료로 하는 확산화염을 이용하여 알루미나 나노입자를 합성할 때, 합성되는 알루미나 나노입자의 특성에 미치는 화염온도의 영향을 조사하였다. 합성된 나노입자의 특성을 전자현미경 이미지, 결정구조 분석, 비표면적과 기공의 크기 분석, 화염온도 측정 등의 여러 특성분석 방법으로 조사하였다. 사용된 화염의 중심축 최고온도는 산화제의 산소농도가 19, 21, 30, 47%인 각각의 실험조건에서 1507.8K, 1593.8K, 1753.1K, 1998.7K으로 측정되었다. SEM 이미지 분석 및 BET 비표면적 측정을 통해서는 47% 산소농도인 경우에는 50 nm 수준의 독립적인 구형입자가 생성되었음을 확인할 수 있었으며, 19%와 21%의 경우에는 응집된 상태의 20-30 nm 수준의 입자를 볼 수 있었다. XRD 결과에서는 감마(${\gamma}$)-알루미나가 주를 이루는 것으로 판단되었다. 이상의 결과를 바탕으로 촉매 담체로 사용하기 위한 알루미나 나노입자를 연소합성 하기 위한 가장 적절한 조건으로 실험했던 네 경우 중에서는 산화제의 산소농도가 21%인 두 번째 경우를 선택할 수 있었다.

In this study, ${\gamma}-Al_2O_3$ nanoparticles were synthesized by using coflow hydrogen diffusion flames. The synthesis conditions were varied with using several oxygen concentrations in the oxidizing air. The particle characteristics of the flame-synthesized $Al_2O_3$ nanoparticles were determined by examining the crystalline structure, shape, and specific surface area of the nanoparticles. The measured maximum centerline temperature of the flames ranged from 1507.8 K to 1998.7 K. The morphology and crystal structure of the $Al_2O_3$ nanoparticles were determined from SEM images and XRD analyses, respectively. The particle sizes were calculated from measured BET specific surface areas and ranged from 25 nm to 52 nm. From XRD analyses, it was inferred that a large number of the synthesized nanoparticles were ${\gamma}-Al_2O_3$ nanoparticles including ${\theta}-Al_2O_3$ nanoparticles.