PVDF(polyvinylidene fluoride)와 SiO2의 열처리를 이용한 요크-쉘(yolk-shell) 구조의 SiO2/C 입자 합성 (Synthesis of Yolk-Shell-Structured SiO2/C Particles Using a Heat-Treated Mixture of Polyvinylidene Fluoride and SiO2 Particles)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 B / 47권 / 8호 / 415 ~ 422페이지
· 저자명 : 김정현, 이정한, 정진수, 이교우

초록

본 연구는 PVDF와 SiO2의 혼합물을 열처리하는 간단한 과정으로 요크-쉘(yolk-shell) 구조의 SiO2/C 복합입자를 제조하는 방법을 제안하고자 한다. 이 방법은 열처리 과정 중 탄화와 식각이 동시에 진행되어 요크-쉘 구조를 생성하는 간단한 방법이다. 연구를 수행하기 위해 PVDF와 SiO2를 혼합하여 열처리하였으며, 질량 측정, SEM, TEM 및 EDS 분석으로 열처리 전후에 발생한 입자의 변화를 고찰했다. 열처리 후 혼합물의 질량은 열처리 전보다 감소되었고, 특히 400°C 부근에서 PVDF의 열분해가 활발하여 혼합물의 질량은 추가적으로 더 많이 감소했다. 이러한 결과는 PVDF의 열분해로 생성된 가스 유출 외에 열분해로 생성된 불산(HF)이 SiO2를 식각한 결과이다. 또한, SiO2의 식각으로 열처리 후 입자 내부에 공간이 생겨 요크-쉘 구조가 생성된 것을 전자현미경 사진을 통해 확인했다. 결과적으로, 제조한 요크-쉘 구조의 SiO2/C 복합입자는 PVDF의 열처리를 통한 탄화된 탄소층과 PVDF의 열분해로 발생한 불산이 코어인 SiO2를 식각해서 만든 빈 공간을 모두 가지고 있음을 알 수 있었다. 열처리 단일과정으로 탄화와 SiO2의 식각이 동시에 진행되어 목적했던 요크-쉘 구조의 입자를 만들 수 있었다.

영어초록

This study devised a method for manufacturing yolk-shell-structured SiO2/C composite particles by a simple heat treatment process using a mixture of polyvinylidene fluoride (PVDF) and SiO2. This simple technique for fabricating yolk-shell structures involves the simultaneous carbonization of a carbon source and etching of SiO2 during the heat treatment. During the fabrication process, PVDF and SiO2 particles were mixed and heat treated, and the changes in the mixture before and after the heat treatment were examined by mass measurement, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis. The mass of the mixture, which decreased after heat treatment, decreased even further at 400°C because of the active thermal decomposition of PVDF in particular. These results, which were confirmed through TEM, were attributed to the loss of decomposed gases and SiO2 etching by HF gas. As a result, the yolk-shell-structured SiO2/C composite particles are formed a carbonized carbon layer through the heat treatment of PVDF while empty spaces are formed by etching the core SiO2 with HF generated by the thermal decomposition of PVDF. Thus, carbonization and SiO2 etching were simultaneously performed in a single heat treatment process to fabricate the yolk-shell-structured particles.

참고자료

· 없음