Fabrication of Environmental-friendly Materials Using Atomic Layer Deposition

In this article, I will introduce recent developments of environmental-friendly materials fabricated using atomic layer deposition (ALD). Advantages of ALD include fine control of the thin film thickness and formation of a homogeneous thin fim on complex-structured three-dimensional substrates. Such advantages of ALD can be exploited for fabricating environmental-friendly materials. Porous membranes such as anodic aluminum oxide (AAO) can be used as a substrate for $TiO_2$ coating with a thickness of about 10 nm, and the $TiO_2$-coated AAO can be used as filter of volatile organic compound such as toluene. The unique structural property of AAO in combination with a high adsorption capacity of amorphous $TiO_2$ can be exploited in this case. $TiO_2$ can be also deposited on nanodiamonds and Ni powder, which can be used as photocatalyst for degradation of toluene, and $CO_2$ reforming of methane catalyst, respectively. One can produce structures, in which the substrates are only partially covered by $TiO_2$ domains, and these structures turns out to be catalytically more active than bare substrates, or complete core-shell structures. We show that the ALD can be widely used not only in the semiconductor industry, but also environmental science.

원자층 증착을 이용한 친환경 소재의 제조

본 총론에서는 원자층 증착을 이용한 친환경 소재의 개발에 대한 최근 연구 결과들을 간단하게 소개하려 한다. 원자층 증착의 장점은 박막의 두께를 미세하게 조절할 수 있다는 것과, 3차원적으로 복잡한 구조를 가지는 담체의 형상을 유지하면서 균일한 박막을 제조할 수 있다는 것이다. 이러한 원자층 증착의 장점은 친환경소재를 제조하는 데 중요한 역할을 할 수 있다. Anodic aluminum oxide (AAO)와 같은 다공성 membrane을 담체로 이용하여, 다공성 구조는 그대로 유지하면서 10나노미터 정도의 $TiO_2$박막을 균일하게 증착할 경우 톨루엔 등의 휘발성 유기물 필터로 사용할 수 있는데, 이는 AAO의 특이한 기하학적 구조와 비정질 $TiO_2$의 강한 휘발성 유기물 흡착력의 조합에 의한 결과이다. 톨루엔 분해용 광촉매 및 이산화탄소 개질 반응에 의한 수소 생산 촉매 반응에 있어서도 나노다이아몬드나 니켈 담체 위에 $TiO_2$의 증착량을 미세하게 조절하여 $TiO_2$가 표면을 완전히 덮지 않고 부분적으로만 덮고 있는 구조를 만들 경우 촉매의 효율 및 수명을 극대화할 수 있게 된다. 이러한 예들은 원자층 증착이 기존의 반도체산업뿐만 아니라 환경소재의 개발에도 중요한 도구가 될 수 있음을 의미한다.