• Korean Journal of Materials Research
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• v.23 no.2
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• pp.143-148
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• 2013

Well-distributed $SnO_2$-Sn-$Ag_3Sn$ nanoparticles embedded in carbon nanofibers were fabricated using a co-electrospinning method, which is set up with two coaxial capillaries. Their formation mechanisms were successfully demonstrated. The structural, morphological, and chemical compositional properties were investigated by field-emission scanning electron spectroscopy (FESEM), bright-field transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In particular, to obtain well-distributed $SnO_2$ and Sn and $Ag_3Sn$ nanoparticles in carbon nanofibers, the relative molar ratios of the Ag precursor to the Sn precursor including 7 wt% polyacrylonitrile (PAN) were controlled at 0.1, 0.2, and 0.3. The FESEM, bright-field TEM, XRD, and XPS results show that the nanoparticles consisting of $SnO_2$-Sn-$Ag_3Sn$ phases were in the range of ~4 nm-6 nm for sample A, ~5 nm-15 nm for sample B, ~9 nm-22 nm for sample C. In particular, for sample A, the nanoparticles were uniformly grown in the carbon nanofibers. Furthermore, when the amount of the Ag precursor and the Sn precursor was increased, the inorganic nanofibers consisting of the $SnO_2$-Sn-$Ag_3Sn$ nanoparticles were formed due to the decreased amount of the carbon nanofibers. Thus, well-distributed nanoparticles embedded in the carbon nanofibers were successfully synthesized at the optimum molar ratio (0.1) of the Ag precursor to the Sn precursor after calcination of $800^{\circ}C$.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.96-96
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• 2016

나노섬유(nanofiber), 나노선(nanowire), 그리고 나노튜브(nanotube)와 같은 1차원 구조의(one-dimensional structure) 나노재료는 벌크(bulk) 및 박막(film) 재료와는 다르게 물리적, 화학적으로 특이한 성질을 가지고 있으며, 이러한 성질은 나노재료의 구조, 형상, 크기 등에 큰 영향을 받는다. 첫 째, 전기방사(electrospinning) 공정을 이용한 나노섬유의 합성; 용액의 특성, 전기장 세기, 방사시간 등의 변수를 조절하게 되면 방출되는 재료의 형상을 입자 혹은 섬유상의 형태로 얻을 수 있으며, 전기방사를 통해 합성된 나노재료의 소결 온도 및 시간을 달리함으로써 나노입자의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 템플레이트 합성법(template synthesis) 및 이중노즐(coaxial nozzle)을 이용해 속이 빈 형태인 중공(hollow) 구조의 나노섬유를 얻을 수 있으며, 전기방사에 사용되는 전구물질에 원하는 금속 및 산화물을 첨가함으로써 복합체(composite) 나노섬유를 얻을 수 있다. 둘 째, VLS(Vapor-Liquid-Solid) 공정을 이용한 나노선의 성장; 온도, 압력, 전구물질의 양, 그리고 시간 등의 변수를 조절하게 되면 원하는 직경 및 길이를 갖는 나노선을 성장시킬 수 있다. 그리고 ALD(Atomic Layer Deposition)를 이용해 나노선에 추가적인 층을 형성함으로써 코어-셀 구조를 형성할 수 있으며, 감마선, UV와 같은 공정을 이용해 귀금속 촉매를 나노선에 기능화 시킬 수도 있다. 코어-셀 구조를 갖는 나노선/나노섬유는 코어 혹은 셀 층의 전자나 홀의 이동을 유발하여 전자공핍층(electron depletion layer) 또는 정공축적층(hole accumulation layer)을 확대 및 축소시켜 센서의 초기저항을 증가시키거나 감소시키는 역할로써 이용되고 있으며, 특히, 셀 층의 두께가 셀 층 재료의 Debye length와 유사한 크기를 갖게 되면, 셀 층은 완전공핍층(fully depleted layer)을 형성해 최대의 감도를 나타낼 수 있다. 본 연구에서는 다양한 제조 공정을 통해 제작될 수 있는 1차원 나노-구조물을 가스센서에 적용하는 사례들을 소개하고, 이러한 가스센서의 감응성능을 향상시키기 위한 방법의 한 가지로 원자층증착법으로 나노선/나노섬유의 표면에 셀층을 형성하여 감응성 향상 메커니즘 및 관련 주요 변수들을 조사하고자 한다.