본문내용
1. 졸-겔 공정
1.1. 용어 정리
1.1.1. 콜로이드
콜로이드는 물질의 분산 상태를 나타내는 것으로 교질이라고도 한다. 일반적인 분자나 이온보다 크지만 지름이 1nm~100nm 정도로 매우 작은 미립자가 기체 또는 액체 중에 응집하거나 침전하지 않고 분산된 상태를 말한다. 콜로이드는 표면전하, 반데르발스 인력 같은 단범위 힘에 의해 지배되는 상호작용으로 인해 중력을 무시할 수 있는 특징을 갖는다. 따라서 콜로이드 입자들은 브라운 운동을 하며 침강하지 않고 부유하게 된다. 졸-겔 공정에서는 이와 같은 콜로이드의 성질을 이용하여 다양한 나노 재료를 제조할 수 있다.
1.1.2. 졸
졸(Sol)이란 액체 내에 고체 입자들이 콜로이드 상태로 분산되어 있는 것을 말한다. 즉, 졸은 액상에 고체입자가 균일하게 분산되어 있는 콜로이드 상태의 혼합물이다. 졸은 주로 1~1,000nm 크기의 미세한 고체 입자들이 균일하게 분산되어 있는 안정한 액체 상태를 의미한다. 이러한 졸은 입자들 간 정전기적 반발력이나 입체장애에 의해 안정화되어 있으며, 장시간 동안 가라앉지 않고 균일한 분산 상태를 유지할 수 있다. 졸-겔 공정에서 졸 상태는 중요한 중간체 역할을 하며, 최종적으로 겔 상태로 전환되어 유리나 세라믹스와 같은 고체 재료로 제조된다. 따라서 졸의 상태와 특성은 졸-겔 공정에서 매우 중요한 요소라고 할 수 있다.
1.1.3. 에어로졸
에어로졸은 기체 중에 미립자가 부유하고 있는 상태를 말한다. 에어로졸은 기체상과 고체상 또는 액체상이 공존하는 매우 불안정한 분산계로, 입자의 크기가 약 1 nm에서 100 μm 사이에 분포하고 있다. 에어로졸에서 입자는 브라운운동에 의해 부유하며 표면장력과 반데르발스 힘에 의해 응집이 억제된다. 에어로졸은 자연적으로 존재하는 경우와 인공적으로 생성되는 경우가 있다. 자연적으로 존재하는 에어로졸의 예로는 먼지, 연기, 안개, 구름 등이 있고, 인공적으로 생성되는 에어로졸의 예로는 스프레이, 분무기, 연소생성물 등을 들 수 있다. 에어로졸은 공기 오염, 대기질 악화, 호흡기 질환 등을 유발할 수 있어 관심의 대상이 되고 있다. 반면 에어로졸은 연료주입, 건조, 분무코팅 등의 분야에서 유용하게 사용되기도 한다.
1.1.4. 에멀션
에멀션은 서로 섞이지 않는 두 가지 액체가 균질하게 분산된 상태를 말한다. 일반적으로 물과 기름이 서로 섞이지 않는데, 이때 계면활성제를 사용하면 물 속에 기름이 균일하게 분산된 상태를 만들 수 있다. 이러한 상태를 에멀션이라고 한다. 에멀션은 미세한 액체 입자가 연속적인 액체 상에 분산되어 있는 콜로이드 상태를 말한다. 에멀션은 미립자의 크기에 따라 다양한 형태로 나타나며, 일반적으로 0.1~10μm 크기의 입자로 구성된다. 에멀션은 화장품, 페인트, 잉크, 윤활유 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 졸-겔 공정에서도 에멀션 형태의 물질이 사용되며, 이를 통해 특정 나노구조체를 제조할 수 있다. 에멀션은 액체 분산상과 액체 연속상, 그리고 계면활성제로 구성되며, 계면활성제의 종류와 농도에 따라 다양한 구조와 특성을 나타낼 수 있다.
1.1.5. 겔
겔(gel)은 콜로이드적인 차원의 연속적인 고상과 유체상으로 이루어진 것이다. 즉, 겔은 액체 매질 내에 분산된 고체 입자들이 서로 연결되어 형성된 네트워크 구조로 이루어져 있다.
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