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표제지
목차
1. 서론 10
2. 이론적 배경 10
2-1. 광촉매의 정의 10
2-2. 반도체 광촉매의 원리 11
2-3. 반도체 광촉매의 종류 17
2-3-1. 금속산화물 17
2-3-2. 페로프스카이트 화합물 17
2-3-3. 제올라이트 광촉매 18
2-4. 반도체 광촉매의 제조 기술 19
2-5. 반도체 광촉매의 특성 향상 방향 20
2-6. 광촉매(Photocatalyst)의 메카니즘과 응용 21
① 여기반응(excitation) 및 공간전하대의 형성 22
② Trapping 22
③ Recombination 23
④ Hydroxyl attack 23
2-7. 광촉매 물질의 밴드 갭 25
① 항균 25
② 자정(Self-cleaning) 25
③ 오염 정화 26
④ 초친수성 26
2-8. TiO₂광촉매 26
2-8-1. TiO₂의 결정구조 26
2-8-2. TiO₂의 친수성 29
2-9. TiO₂박막 제조 기술 31
3. 실험방법 34
3-1. 기판준비 34
3-2. TiO₂다층박막 제조 35
3-3. 결정구조, 미세조직 및 특성 평가 36
4. 실험 결과 및 고찰 38
4-1. TiO₂박막의 증착속도 38
4-2. TiO₂박막을 제조하기 위한 공정 변수 40
4-3. TiO₂/Cr 박막의 제조 및 특성 평가 54
4-3-1. 결정구조 54
4-3-2. 에너지 갭(band gap) 55
4-3-3. 미세구조 55
4-3-4. 친수성 59
4-4. 결정구조 제어를 위한 중간층 형성 60
4-4-1. SiO₂중간층 60
4-4-2. TiO₂중간층 65
4-5. TiO₂/TiO₂(amorphous)/Cr 박막의 제조 및 특성 평가 65
4-5-1. 결정구조 65
4-5-2. 화학구조 66
4-5-3. 미세구조 67
4-6. 친수 유지 능력 향상을 위한 최외각층 SiO₂박막 도입 70
5. 결론 72
Reference 73
ABSTRACT 78
표 2-1. TiO₂형성 반응시 표준상태에서의 열역학적 자료 28
표 2-2. TiO₂의 구조의 물성 28
표 2-3. 코팅 방법에 따른 장단점 33
표 3-1. TiO₂ 다층 박막 제조시 sputtering 공정 변수 35
표 3-2. TiO₂박막의 두께에 따른 색 37
표 4-1. TiO₂박막의 공정 조건 40
표 4-2. M.A. butler의 밴드 갭 평가 방법 56
그림. 2-1. 반도체의 에너지 구조 14
그림. 2-2. 금속과 반도체의 광 여기 현상 14
그림. 2-3. 반도체 광촉매의 양자 크기 16
그림. 2-4. 환원반응이 일어나기 위한 열역학적 조건 16
그림. 2-5. 금속 산화물의 제조 방법 20
그림. 2-6. 다양한 반도체의 밴드 갭 위치 24
그림. 2-7. TiO₂의 결정구조 (a) anatase, (b) rutile 27
그림. 2-8. TiO₂의 광여기에 의한 친수 현상 30
그림. 3-1. TiO₂박막 증착을 위한 기판구조 34
그림. 3-2. 접촉각 측정 방법 37
그림. 4-1. TiO₂박막의 R.F. Power에 따른 증착률 39
그림. 4-2. O₂압력에 따른 TiO₂박막의 상 형성 조건 41
그림. 4-3. 기판온도 373K에서 산소압력변화(R)에 따라 증착된 박막의 표면미세조직 변화 : R=[O₂/(Ar+O₂)]×100(%), (a) R=10%, (b) R=20%, (c) R=30% 43
그림. 4-4. 기판온도 373K에서 산소압력변화(R)에 따라 증착된 박막의 단면미세조직 변화 : R=[O₂/(Ar+O₂)]×100(%), (a)R =10%, (b) R=20%, (c) R=30% 44
그림. 4-5. 기판온도 473K에서 산소압력변화(R)에 따라 증착된 박막의 표면미세조직 변화 : R=[O₂/(Ar+O₂)]×100(%), (a) R=10%, (b) R=20%, (c) R=30% 45
그림. 4-6. 기판온도 473K에서 산소압력변화(R)에 따라 증착된 박막의 단면미세조직 변화 : R=[O₂/(Ar+O₂)]×100(%), (a) R=10%, (b) R=30%, (c) R=30% 46
그림. 4-7. 기판온도 573K에서 산소압력변화(R)에 따라 증착된 박막의 표면미세조직 변화 : R=[O₂/(Ar+O₂)]×100(%), (a) R=10%, (b) R=20%, (c) R=30% 47
그림. 4-8. 573K, 300W, R=30%에서 증착된 박막의 미세조직 48
그림. 4-9. 기판온도에 따라 증착된 박막을 AFM으로 관찰한 표면 미세조직변화 : (a) 373K, (b) 473K, (c) 573K 49
그림. 4-10. 박막의 열처리 온도에 따른 결정구조 변화에 대한 X-ray 회절분석 : (a) 573K, (b) 673K, (c) 773K 50
그림. 4-11. 기판의 온도 변화에 따른 TiO₂박막의 표면화학구조 : (a) 373K, (b) 473K, (c) 573K 53
그림. 4-12. TiO₂/Cr 박막의 X-ray 회절분석 56
그림. 4-13. TiO₂/Cr 박막의 밴드 갭 57
그림. 4-14. TiO₂/Cr 박막의 미세 구조 58
그림. 4-15. TiO₂/Cr 박막의 morphology 58
그림. 4-16. TiO₂/Cr 박막의 친수성 평가 59
그림. 4-17. TiO₂박막으로의 Na+이온의 확산 이론 61
그림. 4-18. TiO₂박막의 X-ray 회절 분석 결과 : (a) TiO₂/glass, (b) 573K에서 추가 열처리 된 TiO₂/glass, (c) TiO₂/TiO₂/glass, (d) 573K에서 추가 열처리 된 TiO₂ 61
그림. 4-19. 기판의 종류에 따른 박막의 morphology 관찰 : (a) TiO₂/glass, (b) TiO₂/SiO₂/glass 63
그림. 4-20. TiO₂/(SiO₂)/glass 박막의 UV-조사 시간에 따른 친수성 64
그림. 4-21. TiO₂/amo.-TiO₂/Cr 다층 박막의 X-ray 회절분석 65
그림. 4-22. TiO₂/amo.-TiO₂/Cr 다층 박막의 표면 화학구조 66
그림. 4-23. TiO₂/amo.-TiO₂/Cr 다층 박막의 표면 미세구조 68
그림. 4-24. TiO₂/amo.-TiO₂/Cr 다층 박막의 morphology 68
그림. 4-25. TiO₂/amo.-TiO₂/Cr 다층 박막의 TEM 분석 69
그림. 4-26. TiO₂/amo.-TiO₂/Cr 다층 박막의 친수성 69
그림. 4-27. SiO₂/TiO₂/amo.-TiO₂/Cr 다층 박막의 morphology 71
그림. 4-28. SiO₂/TiO₂/amo.-TiO₂/Cr 다층 박막의 친수성 71
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