KR100572245B1 - 고분자 코팅층을 형성한 나노 철분말의 제조방법 - Google Patents
고분자 코팅층을 형성한 나노 철분말의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100572245B1 KR100572245B1 KR1020030077822A KR20030077822A KR100572245B1 KR 100572245 B1 KR100572245 B1 KR 100572245B1 KR 1020030077822 A KR1020030077822 A KR 1020030077822A KR 20030077822 A KR20030077822 A KR 20030077822A KR 100572245 B1 KR100572245 B1 KR 100572245B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- powder
- iron
- nano
- polymer
- coating layer
- Prior art date
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 93
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 30
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 47
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 10
- 239000012705 liquid precursor Substances 0.000 claims description 8
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GOKIPOOTKLLKDI-UHFFFAOYSA-N acetic acid;iron Chemical compound [Fe].CC(O)=O.CC(O)=O.CC(O)=O GOKIPOOTKLLKDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 4
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 4
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 claims description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 125000003396 thiol group Chemical class [H]S* 0.000 claims 2
- JNLNLOMZXYPMNS-UHFFFAOYSA-N [Fe].O=C=[Fe] Chemical group [Fe].O=C=[Fe] JNLNLOMZXYPMNS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 2
- PVFSDGKDKFSOTB-UHFFFAOYSA-K iron(3+);triacetate Chemical compound [Fe+3].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O PVFSDGKDKFSOTB-UHFFFAOYSA-K 0.000 abstract 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 abstract 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 abstract 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 abstract 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 abstract 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 10
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 10
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 7
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 7
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000011553 magnetic fluid Substances 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002872 contrast media Substances 0.000 description 3
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 3
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- ORTRWBYBJVGVQC-UHFFFAOYSA-N hexadecane-1-thiol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCS ORTRWBYBJVGVQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 2
- 150000003573 thiols Chemical class 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NJFMNPFATSYWHB-UHFFFAOYSA-N ac1l9hgr Chemical compound [Fe].[Fe] NJFMNPFATSYWHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
- B22F9/30—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with decomposition of metal compounds, e.g. by pyrolysis
- B22F9/305—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with decomposition of metal compounds, e.g. by pyrolysis of metal carbonyls
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
- B22F1/054—Nanosized particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
- B22F1/102—Metallic powder coated with organic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
- G11B5/62—Record carriers characterised by the selection of the material
- G11B5/68—Record carriers characterised by the selection of the material comprising one or more layers of magnetisable material homogeneously mixed with a bonding agent
- G11B5/70—Record carriers characterised by the selection of the material comprising one or more layers of magnetisable material homogeneously mixed with a bonding agent on a base layer
- G11B5/712—Record carriers characterised by the selection of the material comprising one or more layers of magnetisable material homogeneously mixed with a bonding agent on a base layer characterised by the surface treatment or coating of magnetic particles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/0036—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties showing low dimensional magnetism, i.e. spin rearrangements due to a restriction of dimensions, e.g. showing giant magnetoresistivity
- H01F1/0045—Zero dimensional, e.g. nanoparticles, soft nanoparticles for medical/biological use
- H01F1/0054—Coated nanoparticles, e.g. nanoparticles coated with organic surfactant
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/0036—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties showing low dimensional magnetism, i.e. spin rearrangements due to a restriction of dimensions, e.g. showing giant magnetoresistivity
- H01F1/0045—Zero dimensional, e.g. nanoparticles, soft nanoparticles for medical/biological use
- H01F1/0063—Zero dimensional, e.g. nanoparticles, soft nanoparticles for medical/biological use in a non-magnetic matrix, e.g. granular solids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Abstract
본 발명은, 대기 중에서 산화되지 않도록 표면에 고분자 코팅층을 형성한 나노 크기의 철분말을 제조하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 기화기(3)에서 오카르보닐철[Iron Pentacarbonyl, Fe(CO)5] 또는 아세트산철[Iron Acetate, (CH3CO2)2Fe] 전구체를 가스로 기화시킨 후, 기화된 가스에 Ar가스를 주입하면서 반응기(6)에서 Fe가스의 결정화에 의해 수십 나노미터 크기의 철 결정체를 합성하고, 합성된 Fe 나노입자가 산화되기 전에 챔버(Chamber, 7) 내의 고분자 용액(S)으로 침강시켜, 궁극적으로는 Fe로부터 고분자가 코팅된 수십 nm크기의 Fe분말을 얻을 수 있다.
자성재료, Fe분말, 나노, 화학기상, 고분자, 코팅
Description
도 1은, 본 발명에 부합되는 화학기상응축장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는, 종래 및 본 발명에 따라 제조된 나노 Fe분말의 전자현미경 조직사진들이다.
도 3은, 도 2의 나노 Fe분말에 대한 X선 회절패턴을 도시한 그래프이다.
도 4는, 도 2의 나노 Fe분말에 대한 무게 변화를 도시한 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
2 .... 전구체 저장조 3 .... 전구체 기화기
6 .... 분말합성 반응기 7 .... 합성분말회수용 챔버
본 발명은 나노철 분말의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기 중에서 산화되지 않도록 표면에 고분자 코팅층을 형성한 나노 크기의 철분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.
자기적 특성을 갖는 미세 분말의 경우 자기공명기용 조영제(Contrast Medium for Magnetic Resonator), 자기테이프용 기록매체 및 자성유체용 원료 등 그 응용범위가 매우 광범위하다. 현재 이러한 자성분말로서 Fe2O3, Fe3O4
, Fe-페라이트 및 Co-페라이트 등의 산화물계 분말이 주로 상용되고 있다.
이에 비하여 순철의 재료의 경우 산화물 재료보다 2~3배 높은 자화값을 갖으며, 이방성이 낮아 더 낮은 보자력을 보유하고 있다. 또한, 순철의 경우 입자크기가 단자구 크기까지 미세화되면 자화값이 일정 수준 감소함과 동시에 보자력이 증가되어 자기기록매체로 활용이 가능하며, 입자크기가 더 작아져서 초상자성체가 되면 자성유체로 활용이 가능하다.
종래, 이들 자성분말들은 주로 수산화금속 환원법이나 금속염 환원법 등과 같은 액상반응법으로 제조되어 왔다. 특히, 고품질 조영제 및 밀봉재용 자성유체의 경우, 분말입자 크기가 단자구(Single Magnetic Domain) 크기 이하로 미세화되어 초상자성(Superparamagnetism) 특성을 갖는 원료 분말에 의해서만 제조가 가능하다. 이에 따라, 최근에는 자성분말의 입자크기를 더욱 미세화시키는 동시에 자기적 특성이 더욱 향상된 미립 자성분말 입자의 합성기술이 요구되고 있다.
이러한 요구에 부응하여 본 출원인은 수십 나노미터 크기의 순철 분말을 기상응축법으로 합성한 기술을 특허출원한 바 있다(대한민국 특허출원 제2003-77589호). 이 기술에 의하면, Fe를 함유한 액상 전구체를 가스로 기화시키고, 기화된 가스로부터 Fe를 분해한 다음, 분해된 Fe를 응축시켜 나노 Fe분말을 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 나노 철 제조방법은, 기상응축을 통해 분말 합성 후, 분말 수거시 대기 중 폭발의 위험이 있다. 따라서, 이를 방지하기 위해서 인위적으로 미량의 산 소를 챔버로 공급하는 수단으로서, 합성 철 분말 표면에 산화물층을 피복시켜 대기 중에서 취급이 안정한 상태로 처리(Passivation Treatment)를 해 주어야 하나, 이 경우 코팅된 철산화물층의 자기적 특성이 내부 핵의 순철의 경우와 크게 상이하여 원하는 순철 고유의 자기적 특성을 얻는데 어려움이 있다. 또한, 이를 조영제로 사용할 경우 이러한 산화물이 인체에 해로운 점이 있다.
따라서, 본 발명은, 본 출원인이 특허출원한 상기 나노 철 분말의 제조방법을 개량한 것으로, 그 목적은 화학기상응축에 의해 제조되는 나노 철 분말을 곧바로 고분자 원소가 함유된 용액에 분사하여 최종적으로 산화물층이 거의 없이 고분자층이 코팅된 수십 nm 크기의 순철 분말을 합성하는 방법을 제공함에 있다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 고분자 코팅층을 형성한 나노 철분말의 제조방법은, 나노 철 분말의 제조방법에 있어서, Fe를 함유한 액상 전구체를 가스로 기화시키고, 기화된 가스에 불활성가스를 주입하면서 상기 기화된 가스로부터 Fe 나노 결정체를 합성/분리한 후, 고분자층이 형성된 나노 Fe분말을 얻기 위하여 상기 분리된 Fe 나노 입자를 고분자 용액에 분사하는 것을 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 부합되는 화학기상응축장치의 개략적인 구성을 보이고 있다. 상기 장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 기화기(Ceramic Bubbler, 3), 반응기(6) 및 챔버(Chamber, 7)를 포함하여 구성된다.
상기한 장치에서 Fe를 함유한 액상 전구체는, 기화기(3)를 통해 가스 상태로 기화된다. 즉, 저장조(2)의 액상 전구체는, 공급관(5)과 피더(Feeder, 4)를 거쳐 공급되어, 일정 온도를 유지하고 있는 기화기(3)를 통과하면서 기화된다.
본 발명에서 부합되는 Fe를 함유한 액상 전구체는, 오카르보닐철[Iron Pentacarbonyl, Fe(CO)5] 또는 아세트산철[Iron Acetate, (CH3CO2)2Fe]을 들 수 있다. 상기 오카르보닐철의 경우, 예컨대 기화점이 약 103℃로서 150~ 200℃ 범위에서 쉽게 기화된다.
그러나, 상기 기화기(3)에서 기화된 가스는 상기 온도범위에서 Fe와 CO가스로 분리되지 않는다. 따라서, 상기 기화된 가스에 불활성가스를 주입하면서 고온으로 유지되는 반응기(6)를 통과시켜 상기 기화된 가스로부터 Fe를 분해하여 결정체 나노입자를 합성하여야 한다. 본 발명에서 상기 반응기(6)의 온도는 400~ 1000℃, 바람직하게는 400~ 800℃의 범위가 적당하다. 만일 반응기의 온도를 1000℃ 이상으로 유지하면, α-Fe와 함께 다량의 γ-Fe상도 출현하는데, 이러한 비자성체인 γ-Fe의 존재는 합성 분말의 요구특성에 나쁜 영향을 미치게 되어 바람직하지 않다.
이후, 불활성가스와 함께 상기 반응기(6)로 이송된 Fe 분해가스는, 여기서 수십 나노미터 크기의 철 나노입자로 형성된 후, 챔버(7)로 분사시켜 최종 Fe 분말을 얻을 수 있다. 이때, 상기 챔버(7) 내에는 고분자 용액(S)을 준비하여 반응기(7)의 분사관(9)에서 분사되는 나노 철분말 입자에 고분자 용액에 분사되어 가라앉도록 한다.
또한, 본 발명에 사용되는 분말합성 반응기(6)는, 외부가열방식의 노(Furnace)로서, 일반적으로 석영관 또는 알루미나관등을 이용한 관상로(Tube Furnace)가 사용될 수 있다. 이 관상로는 코일형, 적외선 가열 등 다양한 발열체에 의해 외부에서 가열될 수 있으므로 관상로의 가열온도와 가열영역의 범위가 조절가능하며, 관상로 내에 온도구배(temperature gradient)를 부여할 수 있으므로, 이 관상로 내부로 주입된 전구체가 이 관상로를 통과하면서 열분해 되는 과정에서 다양한 제조공정 변수를 유도할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 분말합성 반응기(6)는, 외부가열방식의 노(Furnace)로서, 일반적으로 석영관 또는 알루미나관등을 이용한 관상로(Tube Furnace)가 사용될 수 있다. 이 관상로는 코일형, 적외선 가열 등 다양한 발열체에 의해 외부에서 가열될 수 있으므로 관상로의 가열온도와 가열영역의 범위가 조절가능하며, 관상로 내에 온도구배(temperature gradient)를 부여할 수 있으므로, 이 관상로 내부로 주입된 전구체가 이 관상로를 통과하면서 열분해 되는 과정에서 다양한 제조공정 변수를 유도할 수 있는 장점이 있다.
상기 고분자 용액은, 그 종류에 따라 나노 철분말의 고분자 코팅층의 산화억 제 효과와 자기적 특성 조절에 영향을 준다. 본 발명에서는 이러한 고분자 용액으로서, 티올(Thiol)용액, 카르복시산(Carboxylic Acid), 술폰산(Sulfonic Acid) 및 인산용액 중 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 티올용액으로서, 0.03~0.3몰의 헥사데칸티올[Hexadecanethiol, CH3(CH2)15SH]+ 탈산에탄올(Deoxygenated Ethanol)을 사용하는 것이다.
이렇게 고분자 코팅 반응 종료 후에는 질소분위기에서 용액을 건조하여 철 분말을 수거하면, 고분자 코팅층이 형성된 나노 철분말을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
액상 전구체로서 오카르보닐철을 사용하여 도 1과 같은 화학기상응축장치에서 Fe분말을 제조하였다. 이때, 상기 장치의 기화기(3)는 150~ 200℃의 범위로 유지되었으며, 액상 전구체 용액은 0.1~ 0.50g/min의 속도로 공급하였다. 그리고, 500~ 2000cc/min의 유량으로 Ar가스를 기화기(3)에 주입하여, 상기에서 기화된 가스를 반응기(6)에 통과시킨 후 스테인레스 챔버 내로 분사되도록 하였다. 상기 반응기는 내경 5mm, 길이 300mm의 고순도 알루미나 튜브를 사용하였으며, 반응기의 온도는 600℃로 유지하였다.
또한, 반응기에서 합성된 나노 철분말 입자에 고분자 코팅을 하기 위하여, 챔버(7) 내에 0.03~0.3몰의 헥사데칸티올[Hexadecanethiol, CH3(CH2)15SH]+ 탈산에탄올(Deoxygenated Ethanol)을 준비하여 분사되는 나노 철분말 입자들이 이 용액에 분사되어 가라앉도록 유도하였다. 반응 종료 후 질소분위기에서 용액을 건조하여 철 분말을 수거하였다.
이와같이, 고분자층이 형성된 나노 철분말(발명예)와 코팅처리하지 않은 나노 철분말(비교예)에 대하여 전자현미경을 통하여 관찰하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2의 전자현미경 조직사진에 도시된 바와 같이, 발명예와 비교예의 철분말은 모두 대략 평균입자크기가 20nm이었으며, 비교예의 경우 분말의 표면에는 단층 코팅층이, 그리고 발명예의 경우 다층의 괴상층 형태를 보이고 있다.
도 3에 발명예와 비교예 분말에 대하여 X-선 회절패턴 분석결과를 나타내었다. 도 3에 도시된 바와 같이, 비교예의 분말은 상당량의 철산화물(Fe3O4)상이 존재하지만, 발명예 분말의 경우 그 양이 현격히 감소했음을 알 수 있다. 따라서, 도 2에 나타난 비교예 분말의 코팅층은 Fe3O4상, 그리고 발명예 분말의 코팅층은 C-H-S 원소로 이루어진 고분자 코팅층임을 알 수 있었다.
[실시예 2]
실시예 1에서 제조된 나노 철분말에 대하여 코팅층의 산화억제 효과를 조사하기 위하여, 대기 중, 상온에서 900℃까지 10℃/min의 승온속도로 가열하고, 항온 유지함에 따른 시료의 무게 변화를 관찰하였다. 도 4a는 TGA분석을 통하여 얻은 발명예와 비교예 분말에 대한 무게변화 그래프이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 합성 분말들을 서서히 가열할 경우 비교예 분말 에서는 산소의 확산 침투에 따라 핵부분인 철이 산화되면서 초기 중량 대비 약 125%까지 무게 증가를 보였다. 이는 Fe가 Fe3O4로 변태됨에 따른 무게 증가량과 잘 일치하는 수치이다.
반면, 발명예 분말의 경우 약 170℃ 부근에서 급격한 무게 증가를 보이면서 다시 감소하고, 재차 증가하는 요동을 보이고 있으며, 전체적으로 총 무게 증가량은 크지 않음을 알 수 있다. 즉, 발명예 분말의 경우 약 170℃ 이상에서부터 300℃ 이하의 저온 영역에서 나타난 무게 증가 효과는, 코팅층의 휘발에 의한 무게 감소 효과가 산화에 의한 무게 증가 효과보다 크기 때문이며, 250℃부터 400℃ 범위에서 요동을 보이며 산화가 완료되고, 그 이상의 온도에서는 잔류하고 있는 미량의 고분자층의 추가적인 휘발에 의해 서서히 무게가 감소하였다.
한편, 상기에서 제조된 발명예 분말에 대하여 열적 안정성을 더 세부적으로 확인하기 위하여, 100~ 200℃의 범위 내에서 대기중 항온 열처리를 약 6시간 동안 수행한 후, 무게변화를 관찰하고, 그 결과를 비교예 분말과 더불어 도 4b에 나타내었다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 100℃와 130℃에서 항온 열처리시 발명예 분말의 경우, 무게 증가 경향은 비교예 분말에 비하여 약 1/3 수준으로 낮고 증가율은 극히 작았다. 따라서, 상온~ 130℃의 온도범위에서 형성된 코팅층의 산화억제 효과가 큼을 알 수 있었다. 또한, 180℃에서 항온 열처리할 경우, 비교예 분말에서는 역시 약 125%까지의 급격한 무게 증가 후 일정함을 보여주고 있으나, 발명예 분말에서는 열처리 초기 수분 사이에 고분자 코팅층의 휘발에 의한 급격한 무게 감소 후 곧바 로 산화에 의한 무게 증가 경향을 보여주고 있다. 즉, 이 온도에서는 고분자 코팅층이 열적으로 불안정하여 파괴, 휘발됨으로써, 철 핵의 산화를 유발했음을 알 수 있었다.
이상의 실시예에서의 X-선 회절 패턴 및 TGA분석 결과로부터, 발명예 분말의 경우 산화방지를 위한 고분자 코팅층이 매우 효과적으로 도포되어 있음을 확신할 수 있으며, 또한 이 고분자 코팅층의 산화방지 능력은 상온에서 130℃까지 유효함을 알 수 있었다.
[실시예 3]
실시예 1, 2에서 제조된 각각의 나노 Fe분말에 대하여 보자력과 최대자화값 등 자기적 특성을 평가하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
| Fe-Core크기 (nm) | Fe3O4 Shell 두께 (nm) | 보자력 (Oe) | C(wt.%) | S(wt.%) | O(wt.%) | 최대자화값 (emu/g) | 비고 |
| 17 | 3.4 | 998 | 0.42 | 0 | 13.6 | 147 | 비교예 |
| 16 | 0.3 | 187 | 16.10 | 2.20 | 4.21 | 165 | 발명예 |
표 1에서, 나노 철분말의 입자크기는 반응온도에 크게 의존하기 때문에 발명예와 비교예 분말은 모두 약 17nm로 거의 같게 나타났다. 또한, 분석한 산소농도로 계산한 산화층의 두께는, 비교예 분말에서는 약 3.4nm, 그리고 발명예 분말에서는 약 0.3nm로 나타났다. 발명예 분말에서 측정된 상당량의 탄소와 황 성분은 코팅층의 주요성분이다.
또한, 발명예 분말에서의 최대자화는 비교예 분말에 비하여, 약간 높고 보자력은 급격히 감소함을 알 수 있었다. 이는 발명예 분말에서 단위 질량 당 순철 부 피 분율의 증가 효과, 그리고 비교예 분말에서 철산화물의 높은 자기이방성 및 철 핵과의 계면에서의 교환이방성 효과에 의한 보자력 증가에 기인한 것이라 생각된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 화학기상응축공정에서 반응온도의조절에 의해 합성 철 나노 입자의 크기, 상, 자기적 특성의 조절이 가능하며, 특히 대기 중 산화를 억제할 수 있어, 자기기록매체나 자성유체는 물론 생체용 의료분야에까지 방대한 응용이 가능하다.
Claims (4)
- 나노 철 분말의 제조방법에 있어서,Fe를 함유한 액상 전구체를 가스로 기화시키는 단계;상기 기화된 가스에 불활성가스를 주입하면서 상기 기화된 가스로부터 Fe 나노 결정체를 합성하여 분리하는 단계; 및고분자층이 형성된 나노 Fe분말을 얻기 위하여 상기 분리된 Fe 나노입자를 고분자 용액에 분사하는 단계를 포함하여 구성되는 고분자 코팅층을 형성한 나노 철분말의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 액상 전구체는, 오카르보닐철[Iron Pentacarbonyl, Fe(CO)5] 또는 아세트산철[Iron Acetate, (CH3CO2)2Fe]인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 기화된 가스는 400~ 800℃의 온도에서 분해하여 분리시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 고분자 용액은, 티올(Thiol)용액, 카르복시산(Carboxylic Acid), 술폰산(Sulfonic Acid) 및 인산용액 중 하나인 것을 특징으로 하는 제조방법.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030077822A KR100572245B1 (ko) | 2003-11-05 | 2003-11-05 | 고분자 코팅층을 형성한 나노 철분말의 제조방법 |
| US10/980,940 US7396502B2 (en) | 2003-11-05 | 2004-11-03 | Method of producing nano-sized Fe powder having polymer coated layer |
| JP2004321991A JP2005139556A (ja) | 2003-11-05 | 2004-11-05 | 高分子コーティング層を形成したナノ鉄粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030077822A KR100572245B1 (ko) | 2003-11-05 | 2003-11-05 | 고분자 코팅층을 형성한 나노 철분말의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20050043063A KR20050043063A (ko) | 2005-05-11 |
| KR100572245B1 true KR100572245B1 (ko) | 2006-04-19 |
Family
ID=34698353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020030077822A KR100572245B1 (ko) | 2003-11-05 | 2003-11-05 | 고분자 코팅층을 형성한 나노 철분말의 제조방법 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7396502B2 (ko) |
| JP (1) | JP2005139556A (ko) |
| KR (1) | KR100572245B1 (ko) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070283783A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-12-13 | Mercuri Robert A | Process for the production of nano-scale metal particles |
| US20070283782A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-12-13 | Mercuri Robert A | Continuous process for the production of nano-scale metal particles |
| KR100869065B1 (ko) * | 2006-09-21 | 2008-11-18 | 요업기술원 | 금속 나노 분말의 소결 방법 및 그 소결체, 금속 나노 분말의 제조 방법 |
| GB201020005D0 (en) * | 2010-11-25 | 2011-01-12 | Smith & Nephew | Composition 1-1 |
| CN104384521A (zh) * | 2014-08-28 | 2015-03-04 | 江苏艾科勒科技有限公司 | 一种快速可控纳米铁活性材料制备装置 |
| CN108028114B (zh) * | 2015-08-24 | 2019-11-05 | 日产自动车株式会社 | 磁体颗粒以及使用该磁体颗粒的磁体成型体 |
| CN106944630B (zh) * | 2017-04-21 | 2020-10-20 | 山东大学 | 一种海藻渣稳定纳米零价铁及其制备方法与应用 |
| KR20240122199A (ko) * | 2023-02-03 | 2024-08-12 | 주식회사 아모센스 | 전기자동차용 자기장 컴포지트 코어 및 이를 포함하는 전기자동차용 무선전력 전송모듈 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63270405A (ja) * | 1987-04-25 | 1988-11-08 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | 金属超微粉の製造法 |
| JPH0313511A (ja) * | 1989-06-12 | 1991-01-22 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | 金属磁性粉の製造法 |
| JPH04128303A (ja) * | 1990-09-19 | 1992-04-28 | Sony Corp | 磁気記録媒体用強磁性金属粒子 |
| JPH04183807A (ja) * | 1990-11-20 | 1992-06-30 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | 金属磁性粉の製造法 |
| JPH04202602A (ja) * | 1990-11-30 | 1992-07-23 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | 金属磁性粉の製造法 |
| JPH07278602A (ja) * | 1994-12-21 | 1995-10-24 | Meito:Kk | 耐高熱性金属微粉末 |
| KR20050042929A (ko) * | 2003-11-04 | 2005-05-11 | 한국기계연구원 | 화학기상응축법에 의한 나노 철분말의 제조방법 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6033624A (en) * | 1995-02-15 | 2000-03-07 | The University Of Conneticut | Methods for the manufacturing of nanostructured metals, metal carbides, and metal alloys |
| US5766306A (en) * | 1996-06-04 | 1998-06-16 | The Boeing Company | Continuous process for making nanoscale amorphous magnetic metals |
| US7186398B2 (en) * | 2002-02-22 | 2007-03-06 | Purdue Research Foundation | Fe/Au nanoparticles and methods |
-
2003
- 2003-11-05 KR KR1020030077822A patent/KR100572245B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2004
- 2004-11-03 US US10/980,940 patent/US7396502B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-11-05 JP JP2004321991A patent/JP2005139556A/ja active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63270405A (ja) * | 1987-04-25 | 1988-11-08 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | 金属超微粉の製造法 |
| JPH0313511A (ja) * | 1989-06-12 | 1991-01-22 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | 金属磁性粉の製造法 |
| JPH04128303A (ja) * | 1990-09-19 | 1992-04-28 | Sony Corp | 磁気記録媒体用強磁性金属粒子 |
| JPH04183807A (ja) * | 1990-11-20 | 1992-06-30 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | 金属磁性粉の製造法 |
| JPH04202602A (ja) * | 1990-11-30 | 1992-07-23 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | 金属磁性粉の製造法 |
| JPH07278602A (ja) * | 1994-12-21 | 1995-10-24 | Meito:Kk | 耐高熱性金属微粉末 |
| KR20050042929A (ko) * | 2003-11-04 | 2005-05-11 | 한국기계연구원 | 화학기상응축법에 의한 나노 철분말의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20050150329A1 (en) | 2005-07-14 |
| JP2005139556A (ja) | 2005-06-02 |
| US7396502B2 (en) | 2008-07-08 |
| KR20050043063A (ko) | 2005-05-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Preparation and magnetic properties of nickel nanoparticles via the thermal decompositionof nickel organometallic precursor in alkylamines | |
| Willard et al. | Chemically prepared magnetic nanoparticles | |
| KR101504734B1 (ko) | 기상 공정에 의해 합성된 금속세라믹 코어쉘 구조의 자성체 분말 및 이의 제조방법 | |
| JPS649370B2 (ko) | ||
| KR100572245B1 (ko) | 고분자 코팅층을 형성한 나노 철분말의 제조방법 | |
| El-Sheikh et al. | Magnetic behavior of cobalt ferrite nanowires prepared by template-assisted technique | |
| Poudyal et al. | Synthesis of FePt nanorods and nanowires by a facile method | |
| Gandha et al. | Effect of ${\rm RuCl} _ {3} $ on Morphology and Magnetic Properties of CoNi Nanowires | |
| KR100572244B1 (ko) | 화학기상응축법에 의한 나노 철분말의 제조방법 | |
| US7964013B2 (en) | FeRh-FePt core shell nanostructure for ultra-high density storage media | |
| CN106180740A (zh) | Co，Ni，FeCo，GdCo5纳米胶囊原位自组装纳米链及其制备 | |
| KR100869547B1 (ko) | 초음파 기상 합성법에 의한 규칙격자를 가진 철-백금 나노입자 합성 방법 | |
| Aomoa et al. | Plasma-assisted synthesis of carbon encapsulated magnetic nanoparticles with controlled sizes correlated to smooth variation of magnetic properties | |
| Elkins et al. | A novel approach to synthesis of FePt magnetic nanoparticles | |
| JPS6133241B2 (ko) | ||
| KR101972656B1 (ko) | 금속, 및 금속-세라믹 분리상의 복합체 구조의 자성체 분말 제조방법 | |
| Khiriya et al. | Facile synthesis of high magnetization long term stable bimetallic FeCo nanoparticles | |
| Derakhshi et al. | Synthesis and surfactant effect on structural analysis of nickel doped cobalt ferrite nanoparticles by c-precipitation method | |
| Zeynali et al. | Size control of FePt nanoparticles produced by seed mediated growth process | |
| JP2009084600A (ja) | 金属磁性粉末およびその製造方法 | |
| BR102015028060A2 (pt) | Method for obtaining and stabilizing magnetian nanoparticles, products and use | |
| CN118910518A (zh) | 非晶质形成能力优异的Fe类合金、由该Fe类合金制造的粉末及磁芯 | |
| Bae | Fabrication and Characterization of Cobalt Iron Oxide Nanoparticles by a Reverse Micelle Process | |
| Zhang et al. | The Mossbauer spectra of carbon nanotubes synthesize using ferrite catalyst | |
| CN1932981B (zh) | 磁记录介质用磁性粉末 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20031105 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20050621 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20060113 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20060412 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20060412 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20090413 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20100405 Year of fee payment: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20100405 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
| PC1903 | Unpaid annual fee |