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Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.11, No.5, 505-511, August, 2000
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Tetramethylorthosilicate(TMOS)로부터 실리카 나노입자 제조
Synthesis of Silica Nanoparticles from Tetramethylorthosilicate (TMOS)
장희동†, 이경익
  • 한국자원연구소 자원활용연구부, 대전 305-350
Hee Dong Jang†, and Kyungik Lee
  • Minerals Utilization and Materials Division, Korea Institute of Geology, Mining and Materials, Taejon 305-350, Korea
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초록
기상반응을 이용하여 tetramethylorthosilicate (TMOS)로부터 실리카 나노입자를 제조하였다. 확산형 화염반응기를 사용하였으며 화염의 조성은 TMOS/알곤/수소/산소/공기였다. 원료 물질인 TMOS의 초기농도 변화, 버너에 주입되는 가스인 산소, 수소, 공기 및 알곤의 유량 변화, 및 가스조성 변화에 따라 생성되는 실리카 나노입자의 평균 입자 크기 변화를 조사하였다. 실험에 적용된 TMOS의 농도범위는 9.86X10-5에서 2.50Xao-4mol/L였으며 이때 여러 가지 변수조절 실험을 통해 생성된 분말들의 평균 입자 크기는 20nm 이하였다. 일정한 조건에서 화염내의 TMOS의 농도가 증가할 때 생성된 평균 입자 크기는 증가하였다. 산소와 수소의 유량이 감소함에 따라 화염의 최고온도가 낮아졌으며, 생성되는 입자의 평균 크기는 감소하였다. 공기의 경우 유량 감소시에는 화염의 온도가 상승하여 큰 입자들이 생성되었다. 알곤의 유량이 증가시에는 입자크기 변화는 관찰되지 않았다. 화염에 공급되는 산소를 공기로 대체한 결과 거의 동일한 입자크기를 가진 분말이 제조되었다.
Silica nanoparticles were prepared from tetramethylorthosilicate (TMOS) by gas phase reaction. A diffusion flame reactor was used and its flame configuration was TMOS/Ar/H2/O2/air. Effects of initial concentration of TMOS as a precursor, flow rates of combustion gases such as oxygen, hydrogen and air, and gas composition in the flame on the average particle diameter were investigated. The concentration of TMOS was varied from 9.86X10-5 to 2.50X10-4 mol/L in the flame. Silica nanoparitcles less than 20nm in the average particle diameters were synthesized in all of the experiments. As the concentration of TMOS increased at fixed conditions, the average particle size also increased. The maximum flame temperature decreased with the decreased flow rates of O2 and H2, and smaller particles were produced. With the decreased air flow rate in the flame larger particles were generated due to increased maximum flame temperature. Variation of Ar flow rate had no effect on the particle size. Nearly same average size of particles was observed for the substitution of O2 inplace of air in the flame.
Keywords:synthesis;silica nanoparticles;tetramethylorthosilicate (TMOS);diffusion flame reactor
  1. Rice RW, AIChE J., 36, 481 (1990) 
  2. Siegel RW, Annu. Rev. Mater. Sci., 21, 559 (1991)
  3. Ulrich GD, Riehl JW, J. Colloid Interface Sci., 87, 257 (1982) 
  4. Zhu WH, Pratsinis SE, AIChE J., 43(11), 2657 (1997) 
  5. Cho J, Kim J, Choi M, Int. J. Heat Mass Transf., 41(2), 435 (1998) 
  6. Okuyama K, Kousaka Y, Tohge H, Yamamoto S, Wu JJ, Flagan RC, Seinfeld JH, AIChE J., 32, 2010 (1986) 
  7. Smolik J, Moravec P, J. Mater. Sci. Lett., 14(6), 387 (1995)
  8. Seto T, Hirota A, Fujimoto T, Shimada M, Okuyama K, Aerosol Sci. Technol., 27, 422 (1997)
  9. Jang HD, Yoon HS, J. Korean Ind. Eng. Chem., 8(6), 901 (1997)
  10. Jang HD, Aerosol Sci. Technol., 30, 477 (1999) 
  11. Jang HD, HWAHAK KONGHAK, 38(2), 244 (2000)
  12. Briesen H, Fuhrmann A, Pratsinis SE, Chem. Eng. Sci., 53(24), 4105 (1998) 
  13. Soh SY, Han KD, Won HY, Chun YJ, Lee BJ, Yang HS, J. Korean Ind. Eng. Chem., 10(2), 252 (1999)
  14. Soh SY, Won HY, Chun YJ, Lee BJ, Yang HS, J. Korean Ind. Eng. Chem., 10(2), 259 (1999)
  15. Friedlander SK, Smoke, Dust and Haze, Wiley, New York (1977)
  16. Ulrich GD, Milnes BA, Subramanian NS, Combust. Sci. Technol., 14, 119 (1976)