기체 흡착등온선 측정 방법 및 이에 사용되는 측정장치 document_id A220623061475

나노기술은 21세기 기술혁명이라 불리우며 엄청난 파급효과와 함께 빠른 속도로 발전하고 있다. 나노기술은 크게 나노측정기술과 나노조작기술로 나뉘어진다. 나노측정기술은 다시 나노크기 측정기술과 나노세공 측정기술로 구분된다. 나노물질이 갖는 나노크기의 세공은 활용도가 매우 높아 탄소나노튜브나 나노촉매 등은 나노세공의 크기에 따라 용도가 달라 이를 인위적으로 제어하여 합성하기도 한다. 그러나 나노세공의 물리적 특성을 분석하는 방법은 표준기체 흡착에 의한 분석방법이 유일하므로 나노세공 측정장치의 제품 가치는 매우 높은 것으로 평가된다. 나노물질이 갖는 물질의 물리적 특성은 나노세공의 크기분포, 나노세공부피, 나노세공면적 등이 중요한 특성 요소이며 비이티(BET; Brunauer-Emmett-Teller) 표면적도 관심있는 특성 요소이다. 나노세공의 물리적 특성과 표면적은 물리흡착 조건에서 이루어지는 표준기체의 흡착등온선으로부터 구할 수 있다. 따라서 정확한 나노세공특성을 측정하기 위해서는 정확한 흡착등온선을 얻을 수 있는 측정 기술과 장치가 매우 중요하다. 기체흡착법으로 측정 가능한 나노세공은 세공크기가 50 nm 이하이며 마이크로 세공과 메조세공으로 나뉜다. 마이크로세공은 세공크기가 2 nm 이하를 말하며 메조세공은 세공크기가 2~50 nm를 말한다. 나노세공의 세공크기 분포곡선을 구하는 방법으로 여러 가지 이론들이 제시되어 있다. 메조세공에서는 세공 내에 흡착기체의 응축현상이 일어나므로 이를 고려하여 메조세공에 대한 세공크기 분포곡선을 구하는 방식으로 비제이에이치(BJH) 이론이 대표적으로 적용되고 있다. 한편, 고체물질의 표면적을 측정하는 방법으로 기체 흡착등온선으로부터 비이티(BET) 이론을 적용하여 표면적을 계산하는 방법을 이용한다. 이처럼 나노물질에 대한 기체의 흡착등온선 결과는 매우 유용한 나노세공 특성을 제공하므로 중요한 분석결과가 된다. 종래에는 실험실에서 장치를 제작하여 수작업으로 흡착등온선을 측정하는 경우가 많았다. 일본공개특허공보 1992-140643호에서는 흡착량 측정장치가 개시되어 있다. 개시된 흡착량 측정장치는 시료셀, 밸브, 진공펌프, 질소가스 및 헬륨가스, 탈가스용 히터, 압력계, 컨트롤러, 컴퓨터시스템을 사용하여 시료의 질소가스의 흡착량을 측정한다. 그러나 상기 흡착량 측정 장치는 냉매의 증발로 인해 시료관 내의 온도가 변화하여 잘못된 분석결과를 산출할 수 있는 단점이 있다. 또한, 측정 가스의 미세한 유량 조절이 용이하지 않아 세밀한 분석결과를 산출하는 데 어려움이 있다.