Abstract
Spray pyrolysis is a promising aerosol process to produce “designer particles” of precisely controlled morphology with decorations on surfaces or inside particles. Need of precise control of properties has sparked researches on aerosol process that may replace conventional processes such as solid state reaction process or liquid precipitation method. However, productivity is the biggest obstacle in the development of a commercial scale process because the aerosol process is essentially operated at low particle concentration compared to liquid phase processes. In this review, by reviewing publications for the last 10 years we discuss how researchers on spray pyrolysis circumvent this inherent limitation of the aerosol process. First, the process of particle design by spray pyrolysis is introduced. Some key criteria are explained for selecting each component of spray pyrolysis: precursor, additive, carrier gas, heat source, and reactor type. Second, key contributions of major groups in Korea, Japan, Europe, and America are described. Third, some of named processes to overcome productivity of spray aerosol process are introduced. Fourth, applications of spray pyrolysis to materials related to alternative energy, environmental cleaning, information processing and display, and biomaterials are considered. Finally, future prospects of spray pyrolysis are discussed along with current standing issues for further progress of spray pyrolysis.
Similar content being viewed by others
References
Y. S. Chung, Y. C. Kang and S. B. Park, J. Electrochem. Soc., 151, H180 (2004).
M. E. Fortunato, M. Rostam-Abadi and K. S. Suslick, Chem. Mater., 22, 1610 (2010).
R. M. Laine, J. Marchal, H. Sun and X. Q. Pan, Adv. Mater., 17, 830 (2005).
B. J. Lokhande, P. S. Patil and M. D. Uplane, Mater. Chem. Phys., 84, 238 (2004).
H. Xu, L. Gao, H. Gu, J. Guo and D. Yan, J. Am. Ceram. Soc., 85, 139 (2002).
J. M. A. Caiut, J. Dexpert-Ghys, Y. Kihn, M. Verelst, H. Dexpert, S. J. L. Ribeiro and Y. Messaddeq, Powder Technol., 190, 95 (2009).
H. Chang, J.-H. Park and H. D. Jang, Colloids Surf. A., 313, 140 (2008).
H. N. Aiyer, S. Parashar, A. R. Raju, S. A. Shivashankar and C. N. R. Rao, J. Phys. D., 32, 1 (1999).
M. Jubault, J. Pulpytel, H. Cachet, L. Boufendi and F. Arefi-Khonsari, Plasma Processes Polym., 4, S330 (2007).
M. Nyman, J. Caruso and M. J. Hampden-smith, J. Am. Ceram. Soc., 80, 1231 (1997).
S. E. Skrabalak and K. S. Suslick, J. Am. Chem. Soc., 127, 9990 (2005).
Y. C. Kang, H. S. Roh and S. B. Park, Adv. Mater., 12, 451 (2000).
S. A. Song, K. Y. Jung and S. B. Park, Langmuir, 25, 3402 (2009).
D. S. Jung, H. Y. Koo, H. C. Jang, J. H. Kim, Y. H. Cho, J.-H. Lee and Y. C. Kang, J. Alloys Compd., 487, 693 (2009).
C. P. Chan, H. Lam and C. Surya, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 94, 207 (2010).
E. Reverchon and G. D. Porta, Chem. Eng. Technol., 26, 840 (2003).
D. S. Jung and Y. C. Kang, J. Eur. Ceram. Soc., 28, 2617 (2008).
T. Ogi, Y. Kaihatsu, F. Iskandar, E. Tanabe and K. Okuyama, Adv. Powder Technol., 20, 29 (2009).
L. Yuan, K. Konstantinov, G. X. Wang, H. K. Liu and S. X. Dou, J. Power Sources, 146, 180 (2005).
F. Iskandar, S.-G. Kim, A. B. D. Nandiyanto, Y. Kaihatsu, T. Ogi and K. Okuyama, J. Alloys Compd., 471, 166 (2009).
D. Y. Kim, S. H. Ju, H. Y. Koo, S. K. Hong and Y. C. Kang, J. Alloys Compd., 417, 254 (2006).
D. S. Jung, S. K. Hong, S. H. Ju, H. J. Lee and Y. C. Kang, Jpn. J. Appl. Phys. Part 1, 44, 4975 (2005).
H. Oh and S. Kim, J. Aerosol Sci., 38, 1185 (2007).
Y. C. Kang, H. S. Roh, S. B. Park and H. D. Park, J. Eur. Ceram. Soc., 22, 1661 (2002).
D. S. Jung, S. K. Hong, J. S. Cho and Y. C. Kang, Mater. Res. Bull., 43, 1789 (2008).
E. K. Nyutu, W. C. Conner, S. M. Auerbach, C. H. Chen and S. L. Suib, J. Phys. Chem. C, 112, 1407 (2008).
J. C. Weigle, C. C. Luhrs, C. K. Chen, W. L. Perry, J. T. Mang, M. B. Nemer, G. P. Lopez and J. Phillips, J. Phys. Chem. B, 108, 18601 (2004).
N. Kambe, Scr. Mater., 44, 1671 (2001).
D. S. Jung and Y. C. Kang, Appl. Phys. A, 94, 411 (2009).
H. Y. Koo, J. H. Yi, Y. N. Ko, J. H. Kim and Y. C. Kang, Powder Technol., 198, 347 (2010).
D. A. Konopka, S. Pylypenko, P. Atanassov and T. L. Ward, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2, 86 (2010).
L. H. Song and S. B. Park, J. Nanosci. Nanotechnol., 10, 122 (2010).
S. S. Dunkle, R. J. Helmich and K. S. Suslick, J. Phys. Chem. C, 113, 11980 (2009).
H. S. Roh, Y. C. Kang and S. B. Park, J. Colloid Interface Sci., 228, 195 (2000).
D. S. Jung, S. K. Hong, H. J. Lee and Y. C. Kang, Opt. Mater., 28, 530 (2006).
H. Y. Koo, S. H. Lee and Y. C. Kang, Jpn. J. Appl. Phys., 47, 7407 (2008).
Y. S. Chung, J. S. Lim, S. B. Park and K. Okuyama, J. Chem. Eng. Jpn., 37, 1099 (2004).
C. J. Brinker, Y. Lu, A. Sellinger and H. Fan, Adv. Mater., 11, 579 (1999).
J. S. Cho, D. S. Jung, S. K. Hong and Y. C. Kang, J. Electroceram., 23, 236 (2009).
M. J. Height, L. Madler, S. E. Pratsinis and F. Krumeich, Chem. Mater., 18, 572 (2006).
J. A. Azurdia, A. Mccrum and R. M. Laine, J. Mater. Chem., 18, 3249 (2008).
A. C. Sonavane, A. I. Inamdar, P. S. Shinde, H. P. Deshmukh, R. S. Patil and P. S. Patil, J. Alloys Compd., 489, 667 (2010).
D. S. Jung, H. Y. Koo and Y. C. Kang, Colloids Surf. A, 360, 69 (2010).
J. H. Bang and K. S. Suslick, Adv. Mater., 21, 3186 (2009).
K. H. Lee, S. C. Rah and S.-G. Kim, J. Sol-Gel Sci. Technol., 45, 187 (2008).
H. Y. Koo, S. K. Hong, J. M. Han and Y. C. Kang, J. Alloys Compd., 457, 429 (2008).
S. H. Ju and Y. C. Kang, Mater. Chem. Phys., 107, 328 (2008).
H. S. Kang, Y. C. Kang, H. D. Park and Y. G. Shul, Appl. Phys. A, 80, 347 (2005).
S. H. Ju, H. Y. Koo, D. Y. Kim, S. K. Hong, Y. C. Kang, H. W. Ha and K. Kim, J. Mater. Sci. Mater. Electron., 17, 353 (2006).
H. S. Roh, Y. C. Kang, H. D. Park and S. B. Park, Appl. Phys. A, 76, 241 (2003).
H. Y. Koo, S. H. Ju, S. K. Hong, D. S. Jong, Y. C. Kang and K. Y. Jung, Jpn. J. Appl. Phys., 45, 9083 (2006).
K. Y. Jung, Y. C. Kang and Y.-K. Park, J. Ind. Eng. Chem., 14, 224 (2008).
H. Y. Koo, S. H. Ju, S. K. Hong, D. S. Jung, Y. C. Kang and K. Y. Jung, Jpn. J. Appl. Phys. Part 1, 45, 9083 (2006).
D. S. Jung, S. K. Hong, S. H. Ju, H. Y. Koo and Y. C. Kang, Jpn. J. Appl. Phys. Part 1, 45, 116 (2006).
G.-H. An, H.-J. Wang, B.-H. Kim, Y.-G. Jeong and Y.-H. Choa, Mater. Sci. Eng. A, 449, 821 (2007).
C. Panatarani, I. W. Lenggoro and K. Okuyama, J. Nanopart. Res., 5, 47 (2003).
Y. Itoh and K. Okuyama, J. Ceram. Soc. Jpn., 111, 815 (2003).
Y. Itoh, I. W. Lenggoro, K. Okuyama, L. Madler and S. E. Pratsinis, J. Nanopart. Res., 5, 191 (2003).
K. K. Lee, Y. C. Kang, K. Y. Jung and J. H. Kim, J. Alloys Compd., 395, 280 (2005).
D. S. Jung, S. H. Lee and Y. C. Kang, J. Ceram. Process. Res., 9, 307 (2008).
D. S. Jung, H. Y. Koo, H. C. Jang and Y. C. Kang, Met. Mater. Int., 15, 809 (2009).
D. S. Jung and Y. C. Kang, J. Magn. Magn. Mater., 321, 619 (2009).
D. S. Jung, S. K. Hong, J. S. Cho and Y. C. Kang, Mater. Res. Bull., 43, 1789 (2008).
S. H. Ju, D. Y. Kim, H. Y. Koo, S. K. Hong, E. B. Jo and Y. C. Kang, J. Alloys Compd., 425, 411 (2006).
W. Widiyastuti, R. Balgis, F. Iskandar and K. Okuyama, Chem. Eng. Sci., 65, 1846 (2010).
T. Ogi, D. Hidayat, F. Iskandar, A. Purwanto and K. Okuyama, Adv. Powder Technol., 20, 203 (2009).
D. Hidayat, T. Ogi, F. Iskandar and K. Okuyama, Mater. Sci. Eng.: B, 151, 231 (2008).
I. W. Lenggoro, Y. Itoh, N. Iida and K. Okuyama, Mater. Res. Bull., 38, 1819 (2003).
W. H. Suh and K. S. Suslick, J. Am. Chem. Soc., 127, 12007 (2005).
S.-H. Hu, G.-H. Cheng, M.-Y. Cheng, B.-J. Hwang and R. Santhanam, J. Power Sources, 188, 564 (2009).
K. C. Pingali, S. Deng and D. A. Rockstraw, Powder Technol., 183, 282 (2008).
R. Strobel, F. Krumeich, W. J. Stark, S. E. Pratsinis and A. Baiker, J. Catal., 222, 307 (2004).
H. W. Kang and S. B. Park, Adv. Powder Technol., 21, 106 (2010).
D. J. Seo, K. O. Ryu, S. B. Park, K. Y. Kim and R.-H. Song, Mater. Res. Bull., 41, 359 (2006).
Y. S. Chung, S. B. Park and D.-W. Kang, Mater. Chem. Phys., 86, 375 (2004).
J. S. Cho, Y. N. Ko, H. Y. Koo and Y. C. Kang, J. Mater. Sci. Mater. Med., 21, 1143 (2010).
S. K. Hong, H. Y. Koo, D. S. Jung, I. S. Suh and Y. C. Kang, J. Alloys Compd., 437, 215 (2007).
S. H. Lee, H. Y. Koo, D. S. Jung, J. M. Han and Y. C. Kang, Opt. Mater., 31, 870 (2009).
S. H. Ju and Y. C. Kang, J. Power Sources, 195, 4327 (2010).
S. H. Ju and Y. C. Kang, J. Power Sources, 178, 387 (2008).
J. H. Yi, H. Y. Koo, J. H. Kim, Y. N. Ko, Y. C. Kang, H. M. Lee and J. Y. Yun, J. Alloys Compd., 490, 488 (2010).
H. D. Jang, H. K. Chang, H. S. Yoon, K. Cho, J. H. Park and S. Y. Oh, Colloids Surf. A, 313, 121 (2008).
K. Cho, H. Chang, J. H. Park, B. G. Kim and H. D. Jang, J. Ind. Eng. Chem., 14, 860 (2008).
H. Chang, S. J. Kim, H. D. Jang and J. W. Choi, Colloids Surf. A, 313, 282 (2008).
H. D. Jang, C. M. Seong, H. K. Chang and H. C. Kim, Curr. Appl. Phys., 6, 1044 (2006).
H. Chang, I. W. Lenggoro, K. Okuyama and H. D. Jang, Jpn J. Appl. Phys., 45, 967 (2006).
H. D. Jang, C. M. Seong, Y. J. Suh, H. C. Kim and C. K. Lee, Aerosol Sci. Technol., 38, 1027 (2004).
C. S. Kim, E. K. Park and S.-G. Kim, J. Sol-Gel Sci. Technol., 47, 7 (2008).
H.-S. Kim, K.-H. Lee and S.-G. Kim, Aerosol Sci. Technol., 40, 536 (2006).
H.-S. Kim, C. S. Kim and S.-G. Kim, J. Non-Cryst. Solids, 352, 2204 (2006).
D.-J. Kang, S.-G. Kim and H.-S. Kim, J. Mater. Sci., 39, 5719 (2004).
R. Kubrin, A. Tricoli, A. Camenzind, S. E. Pratsinis and W. Bauhofer, Nanotechnol., 21, 225603 (2010).
T. J. Patey, R. Buchel, S. H. Ng, F. Krumeich, S. E. Pratsinis and P. Novak, J. Power Sources, 189, 149 (2009).
W. J. Stark, L. Madler, M. Maciejewski, S. E. Pratsinis and A. Baiker, Chem. Commun., 2003, 588 (2003).
R. Strobel, S. E. Pratsinis and A. Baiker, J. Mater. Chem., 15, 605 (2005).
H. Schulz, L. Madler, S. E. Pratsinis, P. Burtscher and N. Moszner, Adv. Funct. Mater., 15, 830 (2005).
A. Tricoli, M. Righettoni and S. E. Pratsinis, Langmuir, 25, 12578 (2009).
B. J. Lokhande, P. S. Patil and M. D. Uplane, Mater. Lett., 57, 573 (2002).
P. S. Patil, R. K. Kawar, S. B. Sadale and P. S. Chigare, Thin Solid Films, 437, 34 (2003).
S. R. Bathe and P. S. Patil, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 91, 1097 (2007).
A. V. Moholkar, S. M. Pawar, K. Y. Rajpure, S. N. Almari, P. S. Patil and C. H. Bhosale, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 92, 1439 (2008).
J. H. Bang, R. J. Hehnich and K. S. Suslick, Adv. Mater., 20, 2599 (2008).
S. E. Skrabalak and K. S. Suslick, J. Phys. Chem., 111, 17807 (2007).
M. Kim and R. M. Laine, J. Am. Ceram. Soc., 93, 709 (2010).
B. Weidenhof, M. Reiser, K. Stowe, W. F. Maier, M. Kim, J. Azurdia, E. Gulari, E. Seker, A. Barks and R. M. Laine, J. Am. Chem. Soc., 131, 9207 (2009).
T. R. Hinklin and R. M. Laine, Chem. Mater., 20, 553 (2008).
R. M. Laine, J. C. Marchal, H. P. Sun and X. Q. Pan, Nature Mater., 5, 710 (2006).
J. Marchal, T. John, R. Baranwal, T. Hinklin and R. M. Laine, Chem. Mater., 16, 822 (2004).
A. B. D. Nandiyanto, Y. Kaihatsu, F. Iskandar and K. Okuyama, Mater. Lett., 63, 1847 (2009).
Y. Terashi, A. Purwanto, W.-N. Wang, F. Iskandar and K. Okuyama, J. Eur. Ceram. Soc., 28, 2573 (2008).
W.-N. Wang, Y. Itoh, I. W. Lenggoro and K. Okuyama, Mater. Sci. Eng.: B, 111, 69 (2004).
H. Chang, I. W. Lenggoro, T. Ogi and K. Okuyama, Mater. Lett., 59, 1183 (2005).
K. Myojin, T. Ogihara, N. Ogata, N. Aoyagi, H. Aikiyo, T. Ookawa, S. Omura, M. Yanagimoto, M. Uede and T. Oohara, Adv. Powder Technol., 15, 397 (2004).
T. Ogihara, H. Aikiyo, N. Ogata, K. Katayama, Y. Azuma, H. Okabe and T. Okawa, Adv. Powder Technol., 13, 437 (2002).
H. Yamada, T. Okawa, T. Ogihara and N. Ogata, Jpn. J. Appl. Phys., 45, 7475 (2006).
I. Taniguchi, K. Matsuda, H. Furubayashi and S. Nakajima, AIChE J., 52, 2413 (2006).
I. Taniguchi, S. Nakajima and Z. Bakenov, Chem. Eng. Commun., 195, 1292 (2008).
S. Suda, K. Kawahara, M. Kawano, H. Yoshida and T. Inagaki, J. Am. Ceram. Soc., 90, 1094 (2007).
S. Ohara, R. Maric, X. Zhang, K. Mukai, T. Fukui, H. Yoshida, T. Inagaki and K. Miura, J. Power Sources, 86, 455 (2000).
R. A. Afre, T. Soga, T. Jimbo, M. Kumar, Y. Ando and M. Sharon, Chem. Phys. Lett., 414, 6 (2005).
S. H. Ju, H. C. Jang and Y. C. Kang, J. Power Sources, 189, 163 (2009).
H. S. Kang, J. R. Sohn, Y. C. Kang, K. Y. Jung and S. B. Park, J. Alloys Compd., 398, 240 (2005).
B. Xia, I. W. Lenggoro and K. Okuyama, J. Am. Ceram. Soc., 84, 1425 (2001).
I. Khatri, T. Soga, T. Jimbo, S. Adhikari, H. R. Aryal and M. Umeno, Diamond Relat. Mater., 18, 319 (2009).
A. Aguilar-Elguezabal, W. Antunez, G. Alonso, F. P. Delgado, F. Espinosa and M. Miki-Yoshida, Diamond Relat. Mater., 15, 1329 (2006).
R. S. Kalubarme, M. B. Kadam and S. H. Pawar, J. Alloys Compd., 479, 732 (2009).
D. Dosev, M. Nichkova, R. K. Dumas, S. J. Gee, B. D. Hammock, K. Liu and I. M. Kennedy, Nanotechnol., 18 (2007).
S. K. Hong, D. S. Jung and Y. C. Kang, J. Electroceram., 23, 437 (2009).
Y. C. Kang and S. B. Park, J. Aerosol Sci., 26, 1131 (1995).
Y. C. Kang, S. B. Park and Y. W. Kang, Nanostructured Mater., 5, 777 (1995).
B. Xia, W. Lenggoro and K. Okuyama, Adv. Mater., 13, (2001).
R. Strobel and S. E. Pratsinis, J. Mater. Chem., 17, 4743 (2007).
R. Strobel, J. D. Grunwaldt, A. Camenzind and S. E. Pratsinis, Catal. Lett., 104, 1 (2005).
W. N. Wang, Y. Itoh, I. W. Lenggoro and K. Okuyama, Mater. Sci. Eng. B, 111, 69 (2004).
S. H. Lee, D. S. Jung, J. M. Han, H. Y. Koo and Y. C. Kang, J. Alloys Compd., 477, 776 (2009).
Y. C. Kang, K. Y. Jung and S. B. Park, Korean Chem. Eng. Res., 44, 235 (2006).
K. Y. Koo and S. B. Park, J. Am. Ceram. Soc., 90, 3736 (2007).
A. Bashir, P. H. Wobkenberg, J. Smith, J. M. Ball, G. Adamopoulos, D. D. C. Bradley, T. D. Anthopoulous, Adv. Mater., 21, 2226 (2009).
P. H. Wöbkenberg, T. Ishwara, J. Nelson, D. D. C. Bradley, S. A. Haque and T. D. Anthopoulos, Appl. Phys. Lett., 96, 082116 (2010).
Z. Wu, M. Okuya and S. Kaneko, Thin Solid Films, 385, 109 (2001).
Y. J. Lee, H. B. Kim and Y. R. Roh, Jpn. A. Appl. Phys., 40, 2423 (2001).
S. H. Park, S. W. Oh and Y. K. Su, J. Power Sources, 146, 622 (2005).
S. H. Park, S. W. Oh, S. H. Kang, I. Belharouak, K. Amine and Y. K. Sun, Electrochim. Acta, 52, 7227 (2007).
S. Aoyagi, Y. Kuroiwa, A. Sawada, H. Kawaji and T. Atake, Therm. Anal. Calorim., 81, 627 (2005).
J. H. Bang, K. K. Han, S. E. Skrbalak, H. S. Kim and K. S. Suslick, J. Phys. Chem., 111, 10959 (2007).
S. W. Jung, Y. C. Kang and J. H. Kim, J. Mater. Sci., 42, 9783 (2007).
D. S. Jung, S. H. Lee and Y. C. Kang, Opt. Mater., 30, 1810 (2008).
S. H. Ju, S. K. Hong, H. C. Jang and Y. C. Kang, J. Ceram. Soc. Jpn., 115, 507 (2007).
S. H. Ju and Y. C. Kang, Mater. Res. Bull., 43, 590 (2008).
W. N. Wang, Y. Itoh, I. W. Lenggoro and K. Okuyama, Mater. Sci. Eng. B, 111, 69 (2004).
W. N. Wang, I. W. Lenggoro and Y. Terashi, J. Mater. Res., 20, 2873 (2005).
Y. Itoh, M. Abdullah and K. Okuyama, J. Mater. Res., 19, 1077 (2004).
H. Y. Koo, S. K. Hong, S. H. Ju and Y. C. Kang, J. Non-Cryst. Solids, 352, 3270 (2006).
S. Gamburzev, A. J. Appleby, K. Kunze, P. Atanassova, P. Atanassov, M. H. Smith and T. Kodas, The Proceedings of 197th ECS meeting, Toronto (2000).
J. Y. Rim, S. A. Song and S. B. Park, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 703 (2002).
T. T. Kodas and M. H. Smith, Aerosol Processing of materials, Wiley-VCH, New York (1999).
T. T. Kodas, A. Sood and S. E. Pratsinis, Powder Technol., 50, 47 (1987).
H. Y. Koo, J. H. Yi, J. H. Kim, Y. K. Yun and Y. C. Kang, Colloids Surf. A, 361, 45 (2010).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Jung, D.S., Park, S.B. & Kang, Y.C. Design of particles by spray pyrolysis and recent progress in its application. Korean J. Chem. Eng. 27, 1621–1645 (2010). https://doi.org/10.1007/s11814-010-0402-5
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s11814-010-0402-5