나노 아연 산화물의 6가지 주요 개질 방법
나노 산화아연은 새로운 유형의 기능성 미세 무기 화학 물질입니다. 작은 입자 크기와 넓은 비표면적 덕분에 화학, 광학, 생물학 및 전자 분야에서 독특한 물리화학적 특성을 가지고 있습니다. 항균 첨가제, 촉매, 고무, 염료, 잉크, 코팅, 유리, 압전 세라믹, 광전자 및 일상 화학 분야에 널리 사용되며 개발 및 활용 가능성이 매우 높습니다.
그러나 나노 산화아연은 넓은 비표면적과 높은 비표면 에너지로 인해 강한 표면 극성을 나타내고 자가 응집되기 쉬우며, 유기 매질에 균일하게 분산되기 어려워 나노 효과가 크게 제한됩니다. 따라서 나노 산화아연 분말의 분산 및 표면 개질은 나노물질을 매트릭스에 적용하기 전에 필수적인 처리 과정입니다.
1. 계면활성제 개질
계면활성제 개질은 계면활성제의 정전기적 상호작용을 통해 나노물질 표면에 유기 코팅을 형성하여 유기 매트릭스와의 상용성을 향상시키는 과정입니다.
계면활성제 개질은 간단한 공정이지만, 일반적으로 그 효과가 낮아 나노물질 표면에 안정적이고 견고한 코팅을 형성하기 어렵습니다.
2. 기계화학적 개질
기계화학적 개질은 기계적 힘을 이용하여 나노물질의 물리적 및 화학적 특성을 변화시켜 다른 물질과의 친화도와 반응성을 향상시킵니다.
그러나 기계화학적 개질은 일반적으로 시간이 오래 걸리고 나노물질에 대한 결과가 좋지 않습니다.
3. 고에너지 개질
고에너지 개질은 플라즈마 또는 방사선 처리를 이용하여 유기 화합물 단량체를 중합하여 나노물질 표면을 코팅하는 것을 포함합니다.
고에너지 개질은 일반적으로 앞의 두 가지 방법보다 더 나은 결과를 얻지만, 높은 에너지 소비와 기술적 어려움과 같은 단점이 있습니다.
4. 에스테르화 개질
에스테르화는 고급 지방산이나 불포화 유기산과 같은 개질제에 존재하는 카르복실산기를 이용하여 나노물질 표면의 히드록실기와 반응시켜 에스테르화를 달성하는 표면 개질 방법입니다.
에스테르화법은 간단하지만 개질 효과가 약하며 일반적으로 커플링제와 함께 사용해야 합니다.
5. 고분자 그래프팅
고분자 그래프팅은 먼저 나노물질 표면에 고분자 단량체를 그래프팅한 후, 중합 반응을 일으켜 탄소 사슬을 연장하고, 마지막으로 고분자가 나노물질 전체를 코팅하도록 하는 과정입니다.
고분자 그래프팅법은 조작이 복잡하고, 개질 효과는 다양한 요인의 영향을 받기 때문에 광범위한 적용을 달성하기 어렵습니다.
6. 커플링제 개질
커플링제는 실리콘 또는 금속 원소를 기반으로 하며, 양쪽에 무기 및 유기 매트릭스에 결합할 수 있는 두 개의 서로 다른 작용기를 가지고 있습니다. 이 세 가지 성분이 함께 작용하여 나노물질의 화학적 개질을 달성합니다. 나노 산화아연은 APS 실란 커플링제로 개질되었습니다. 개질된 나노 산화아연과 개질되지 않은 나노 산화아연을 모두 무수 에탄올에 분산시켜 태양전지의 전자 전달층 재료로 사용되는 인쇄 잉크를 제조했습니다. 두 잉크의 성능을 비교했습니다. 그 결과, 개질된 나노 산화아연은 무수 에탄올에 더 잘 분산되고 12개월 동안 응집 상태를 유지하는 것으로 나타났습니다. 이 물질을 사용하여 제조된 전자 수송층 재료는 더 높은 전자 전달 효율을 나타냈으며, 더 얇은 두께에서도 소자 성능 기준을 충족할 수 있었습니다.
나노 산화아연은 글리실옥시 및 아미노 작용기를 갖는 실란 커플링제를 사용하여 화학적으로 개질되었습니다. 개질된 나노 산화아연과 개질되지 않은 나노 산화아연 모두 에폭시 코팅에 첨가하여 내후성 시험을 수행했습니다. 그 결과, 글리실옥시 실란 커플링제로 개질된 나노 산화아연을 포함하는 에폭시 코팅은 450시간의 가속 풍화 후 접촉각, 색상 및 카르보닐기의 변화가 현저히 적었으며, 이는 개질되지 않은 나노 산화아연을 포함하는 에폭시 코팅에 비해 내후성이 현저히 향상되었음을 보여줍니다.
커플링제 방법은 공정이 간단하고, 개질 효과가 우수하며, 비용이 저렴하기 때문에 가장 유망한 개질 방법입니다.
위에서 언급한 다양한 표면 개질 방법을 비교하고, 개질 효과와 개질 난이도를 모두 고려하면 에스테르화 방법과 커플링제 방법이 나노물질의 표면 개질에 더 적합하다는 것을 알 수 있다.