Pt 나노입자, TiNi 나노구조체 박막, NiMoP 보호막의 전착과 무전해도금

Abstract

촉매로서 높은 활성을 가지는 백금 나노입자를 가장 값이 싼 전극인 graphite 기판 위에 직접 전착하였다. 또한 생체 적합성 재료이며, 광학용 센서와 MEMS에 응용 가능한 TiNi 박막을 ITO glass위에 전착하였다. 구리배선의 산화 및 확산 방지막으로 탁월한 효과를 가지는 NiMoP 박막을 무전해도금으로 제조하였다. 전기화학분석을 통하여 백금 나노입자에 필요한 환원전위를 구하였으며, 세 단계로 이루어진 백금의 환원반응 메커니즘을 확인하였다. 백금 나노입자의 전착에서는 물질전달이 속도결정단계임을 알 수 있었으며, 나노입자의 결정핵 생성이 instantaneous 메커니즘을 따름을 확인하였다. 백금 나노입자의 크기는 환원전위와 전착시간에 영향을 받았다. 우선 충분한 환원전위 이상의 전위를 인가할 경우 백금 나노입자의 크기는 줄어들었다. 전착시간을 늘리면 전착량은 증가하지만, 나노입자의 크기가 커지고 균일도가 떨어졌다. 백금 나노입자 전착시 PVP를 첨가하여 입자의 크기를 조절하였고, 그 균일도도 개선하였다. 또한 TTAB, CTAB을 첨가한 경우, 각각 성게형상과 꽃형상의 입자가 생성되었으며 크기 역시 20nm이하로 제어됨을 확인하였다. TiNi 박막의 전착은 -1.2V(vs. Ag/AgCl) 에서 진행되었으며, TiNi 박막 내에는 원자상태의 Ni 과 hydroxide형태의 Ni, Ti4+ 형태의 Ti 이 존재하고 있었다. Ti4+ 이온의 농도가 증가할수록 박막 내의 Ti 함유량이 증가하였으며, 이러한 Ti와 Ni의 조성의 변화는 UV-Vis 스펙트럼의 blue-shift 현상을 유도하였다. TiNi 박막은 비교적 균일한 구형의 결정들로 이루어져 있으며, Ti4+ 이온의 농도가 증가할수록 박막 형성속도와 결정의 크기는 감소하였다. 또한 박막 내 Ti 의 함유량이 증가할수록 박막의 조도도 낮아졌다. NiMoP의 무전해도금은 알칼리 물질이 포함되지 않은 전구체를 사용하여 수행하였다. 또한 비결정 구조의 박막이 제조될 수 있는 도금 욕(bath) 조건을 개발하였는데 Mo과 P 조성의 합이 15 at.% 이상일 경우에 비결정구조의 박막이 형성되었다. NiMoP 박막 표면에는 Ni 원소, Ni(OH)2 상태의 Ni이 존재하며, MoO2(IV), MoOx(V), MoO3형태의 Mo과 원자상태의 P와 PO2이온이 존재함을 확인하였다. Ni의 함량이 높을수록 NiMoP 박막은 결정구조를 이루었고, Mo과 P의 함량이 높을수록 비결정구조의 박막이 형성되었다. 또한 박막의 두께는 Ni의 함량에 절대적인 영향을 받으며, Molybdate 와 Hypophosphite 이온은 농도가 증가할수록 도금을 방해하는 역할을 하는 것이 확인되었다.