초음파로 무너지는 기포가 나노 재료를 만드는 데 쓰일까요?

상세 설명

초음파화학은 액체 속 기포가 형성되고 성장한 뒤 안쪽으로 급격히 붕괴하는 음향 공동현상에서 비롯된다. 기포의 급격한 붕괴는 온도 약 5000 K, 압력 약 1800 atm의 국소적인 고온 영역을 만들며, 가열 및 냉각 속도는 10⁷ K/s를 넘는다.

연구진은 이러한 극한 조건을 이용해 비정질 및 나노구조 무기 재료를 만드는 새로운 합성 기법을 개발했다. 아르곤 분위기의 저휘발성 용매에서 휘발성 유기금속 전구체에 고강도 초음파를 조사했다. 그 결과, 나노미터 크기 클러스터들이 응집한 형태의 비표면적이 큰 비정질 고체가 생성됐다.

Fe와 Co에서는 나노구조 금속과 합금이 형성됐으며, X선 회절, 중성자 회절, 전자빔 회절에서 비결정성으로 나타났다. Mo와 W에서는 Mo₂C와 같은 금속 반탄화물이 생성됐다.

이 나노구조 고체들은 탄화수소 개질과 CO 수소화에 활성을 보이는 불균일 촉매였다. 폴리비닐피롤리돈 같은 고분자 리간드나 알루미나 또는 실리카 같은 산화물 지지체를 사용하면, 처음 형성된 나노 크기 클러스터를 콜로이드 또는 담지 촉매 형태로 포획할 수 있었다.