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다공성 양극산화 알루미나의 기술현황

전문가 제언: ○ 알루미늄을 묽은 황산, 크롬산, 인산, 수산 등의 산 용액에서 양극산화(anodizing)시키면 표면에 다공성의 두꺼운 Al2O3 산화피막이 형성된다. 이 피막을 다공성 양극산화 피막(porous anodic oxide film: PAOF)이라 부르며, 알루미늄에서 벗겨낸 상태의 Al2O3 박막을 다공성 양극산화 알루미나(anodic porous alumina: APA)라 부른다. PAOF는 내식성과 내마모성, 전기절연성이 우수하고 여러 가지 색상을 부여할 수 있기 때문에 자동차 부품, 기계전자 부품, 가전제품, 장식물, 전해축전기, 건축 외장재로 널리 사용되고 있다.

○ 알루미늄 PAOF는 가운데가 빈 6각기둥 형태의 셀들이 촘촘히 모인 벌집구조를 이루고 있다. 셀 직경은 50~300㎚이고, 세공의 직경은 그것의 1/3~1/2 정도이다. 셀 높이(PAOF 두께)와 세공 직경의 비는 약 1000이다. 셀 크기와 세공 직경은 용액의 조성, 온도, 전압에 따라 달라진다. 예를 들어 묽은 황산에서 성장한 20~50㎛ 두께의 알루미늄 PAOF의 경우 세공의 직경은 20㎚ 정도이다. 일반적으로 셀 바닥 부분, 즉 금속/피막 계면의 셀 구조는 6각 셀이 주기적으로 배열되어 매우 규칙적이지만 셀 상부는 그렇지 못하다. 따라서 바닥부터 상부까지 규칙적인 6각 셀 구조를 부여하기 위한 여러 가지 방법이 제안되고 있다.

○ 최근에는 기존의 거시적 응용기술에서 한 결음 더 나아가 상기 알루미늄 PAOF 셀들의 규칙적 나노구조를 이용하는 나노기술들이 개발되고 있다. 예를 들어 알루미늄 소지에서 벗겨낸 APA는 금속이나 다른 물질의 나노와이어, 나노튜브 제조를 위한 템플릿으로 이용되기도 하고, 분리막, 촉매, 전자장치, 마스크, 광학장치 등에 이용되기도 한다.

○ 국내에서도 알루미늄 산화피막의 내식성, 내마모성, 착색성, 절연성 등을 이용하는 기존의 여러 응용분야는 상당히 발전되어 오래 전부터 상업적으로 이용되고 있다. 그러나 알루미늄 PAOF를 이용하는 나노기술 분야는 아직 기초연구 단계에 머물러 있을 뿐이므로 앞으로 이 분야의 실용적 연구개발이 요망된다.

저자: Hedeyaki Takahashi
자료유형: 학술정보