KR100658113B1 - A production process of Fe nano powder with silica coating by Chemical Vapor Condensation - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정에 관한 것으로, 철(Fe)과 실리콘(Si)을 함유한 전구체(Precursor)를 기화시키는 기화단계(S1)와; 상기 기화단계(S1)에서 기화된 기화물(120)을 이송가스(140)로 이송시켜 열분해반응이 일어나는 반응로(220)에 동시에 장입하는 동시반응단계(S2)와; 상기 동시반응단계(S2)에서 형성된 코팅나노분말(320)을 응축시켜 회수하는 응축·회수단계(S3)를 포함하여 구성된다. 그리고 본 발명은, 철(Fe)과 실리콘(Si)을 함유한 전구체(Precursor)를 기화시키는 기화단계(S1)와; 상기 기화단계(S1)에서 기화된 철계 기화물(120')을 이송가스(140')로 이송시켜 열분해반응이 일어나는 반응로(220)에 먼저 주입하여 분말로 형성시킨 후, 상기 기화단계(S1)에서 기화된 실리콘계 기화물(120")을 이송가스(140")로 이송시켜 상기 반응로(220)에 장입하는 지연반응단계(S2')와; 상기 지연반응단계(S2')에서 형성된 코팅나노분말(320)을 응축시켜 회수하는 응축·회수단계(S3)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 다양한 상(相)과 크기를 갖는 실리콘이 코팅된 나노금속분말을 제조할 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a silica-coated nano-iron powder synthesis process by chemical vapor condensation method, the vaporization step (S1) for vaporizing a precursor (Precursor) containing iron (Fe) and silicon (Si); Simultaneous reaction step (S2) for simultaneously transporting the vaporized vaporization (120) in the vaporization step (S1) to the transfer gas (140) into the reactor 220 in which the pyrolysis reaction occurs; It comprises a condensation and recovery step (S3) for condensing and recovering the coating nanopowder 320 formed in the simultaneous reaction step (S2). And the present invention, the vaporization step (S1) for vaporizing a precursor (Precursor) containing iron (Fe) and silicon (Si); The vaporized iron-based vaporized gas 120 'in the vaporization step (S1) is transferred to the transfer gas 140' first injection into the reactor 220 in which the pyrolysis reaction takes place to form a powder, the vaporization step (S1) A delayed reaction step (S2 ') of transferring the silicon-based vaporized gas (120 ") into the transfer gas (140") into the reactor (220); It characterized in that it comprises a condensation and recovery step (S3) for condensing and recovering the coating nanopowder 320 formed in the delayed reaction step (S2 '). According to the present invention having such a configuration, there is an advantage in that a nano-metal powder coated with silicon having various phases and sizes can be prepared.

화학기상응축법, 전구체, 이송가스, 지연동시반응공정, 실리카, 나노철분말 Chemical Vapor Condensation, Precursor, Transfer Gas, Delayed Simultaneous Reaction Process, Silica, Nano Iron Powder

Description

화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정 { A production process of Fe nano powder with silica coating by Chemical Vapor Condensation }A production process of Fe nano powder with silica coating by Chemical Vapor Condensation}

도 1 은 본 발명 화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정의 일실시예에 따른 동시반응공정(In-situ 공정)이 진행되는 개략적인 흐름도.1 is a schematic flowchart of a simultaneous reaction process (in-situ process) according to an embodiment of the silica-coated nano-iron powder synthesis process by the chemical vapor condensation method of the present invention.

도 2 는 도 1 의 동시반응공정이 진행되는 개략적인 장비 구성도.Figure 2 is a schematic diagram of the equipment in which the simultaneous reaction process of Figure 1 proceeds.

도 3 은 본 발명 화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정의 다른 실시예에 따른 지연동시반응공정(Retained in-situ 공정)이 진행되는 개략적인 흐름도.Figure 3 is a schematic flow diagram of a delayed in-situ process (Retained in-situ process) according to another embodiment of the silica coating nano-iron powder synthesis process by the chemical vapor condensation method of the present invention.

도 4 는 도 3 의 지연동시반응공정이 진행되는 개략적인 장비 구성도.Figure 4 is a schematic diagram of the equipment in which the delayed simultaneous reaction process of FIG.

도 5 의 (a)는 도 1 의 동시반응공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말의 고분해능 투과전자현미경(High Resolution Transmission Electron Microscopy ; HRTEM)사진.Figure 5 (a) is a high resolution transmission electron microscope (HRTEM) of the silica-coated nano iron powder synthesized in the simultaneous reaction process of FIG.

도 5 의 (b)는 도 1 의 동시반응공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말 중 철(Fe)의 Micro-EDS 분석결과 사진.Figure 5 (b) is a micro-EDS analysis photo of the iron (Fe) in the silica-coated nano iron powder synthesized in the simultaneous reaction process of FIG.

도 5 의 (c)는 도 1 의 동시반응공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말 중 실리카(SiO2)의 Micro-EDS 분석결과 사진.Figure 5 (c) is a photograph of the micro-EDS analysis of silica (SiO 2 ) in the silica-coated nano iron powder synthesized in the simultaneous reaction process of FIG.

도 6 의 (a)는 도 3 의 지연동시반응공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말의 고분해능 투과전자현미경(High Resolution Transmission Electron Microscopy ; HRTEM)사진.Figure 6 (a) is a high resolution transmission electron microscope (HRTEM) of the silica-coated nano iron powder synthesized by the delayed simultaneous reaction process of FIG.

도 6 의 (b)는 도 3 의 지연동시반응공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말 중 실리카(SiO2)의 Micro-EDS 분석결과 사진.Figure 6 (b) is a micro-EDS analysis photo of the silica (SiO 2 ) of the silica-coated nano iron powder synthesized by the delayed simultaneous reaction process of FIG.

도 6 의 (c)는 도 3 의 지연동시반응공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말 중 철(Fe)의 Micro-EDS 분석결과 사진.Figure 6 (c) is a micro-EDS analysis photo of the iron (Fe) in the silica-coated nano-iron powder synthesized by the delayed simultaneous reaction process of FIG.

도 7 의 (a)는 도 1 의 동시반응공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말의 FE-SEM 사진.Figure 7 (a) is a FE-SEM photograph of the silica-coated nano iron powder synthesized in the co-reaction process of FIG.

도 7 의 (b)는 도 3 의 지연동시반응공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말의 FE-SEM 사진.Figure 7 (b) is a FE-SEM photograph of the silica-coated nano iron powder synthesized in the delayed simultaneous reaction process of FIG.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100. 기화부 120. 기화물100. Vaporizer 120. Vaporizer

120'. 철계 기화물 120". 실리콘계 기화물120 '. Iron Carbide 120 ". Silicon Carbide

140. 이송가스 160. 이송튜브140. Transfer gas 160. Transfer tube

180. 반응지연튜브 200. 반응부180. Reaction delay tube 200. Reaction part

220. 반응로 222. 반응관220. Reactor 222. Reaction tube

224. 열선케이스 226. 열선224. Heated wire case 226. Heated wire

240. 분말 300. 응축·회수부240. Powder 300. Condensation and Recovery

320. 코팅나노분말 S1. 기화단계320. Coated Nano Powder S1. Vaporization stage

S2. 동시반응단계 S2'. 지연반응단계S2. Simultaneous reaction step S2 '. Delayed reaction stage

S3. 응축·회수단계S3. Condensation and Recovery Stage

본 발명은 나노분말 합성공정으로, 보다 상세하게는 화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정에 관한 것이다.The present invention relates to a nano powder synthesis process, and more particularly, to a silica coating nano iron powder synthesis process by chemical vapor condensation.

나노재료란 약 100nm 이하의 직경을 갖는 입자라 정의할 수 있으며, 입자의 크기가 나노크기로 미세화되면 비표면적이 매우 커져서, 일반적인 크기의 입자 또는 벌크재와는 상이한 특성을 나타낸다. 예를 들어, 나노금속입자의 직경이 1㎛ 에서 10nm 로 미세해지면 비표면적은 1㎥/cc 로부터 10㎥/cc 로 증가하게 된다.Nanomaterials may be defined as particles having a diameter of about 100 nm or less, and when the size of the particles is reduced to nano size, the specific surface area becomes very large, and thus exhibits characteristics different from those of ordinary size particles or bulk materials. For example, when the diameter of the nanometal particles becomes fine from 1 μm to 10 nm, the specific surface area increases from 1 m 3 / cc to 10 m 3 / cc.

이와 같은 입자의 나노화에 기인한 표면적의 급격한 증가는 촉매능의 급격한 증가, 이물질의 흡착력, 강한 응집력, 모세관 응축 등의 현상을 유발하여, 촉매효과의 획기적 증가는 물론, 소결성 향상, 극저온에서의 열전도성 향상, 초전도 천이온도 상승, 광흡수 증가, 융점강하 등의 장점이 보고되고 있다.The rapid increase in the surface area due to the nano-particles of such particles causes a sudden increase in catalytic capacity, adsorption of foreign matter, strong cohesion, capillary condensation, and the like, as well as a dramatic increase in the catalytic effect, as well as sinterability and thermoelectric at cryogenic temperatures. Advantages such as improved conductivity, increased superconducting transition temperature, increased light absorption, and lowering of melting point have been reported.

이러한 특성의 변화는 나노입자를 이용하여 벌크재를 제조할 경우에는 기계적 성질에도 커다란 영향을 미쳐, 그 응용성의 확대 또는 새로운 응용분야를 창출할 수 있게 될 것이다. 대표적인 응용가능분야로서 유리저항체, 유전체, 카본블랙, 전자재료, 초전도재료, 자기테잎, 자기유체, 자외선차단막, 화학센서 등을 들 수 있다.Such a change in properties will have a great influence on the mechanical properties when the bulk material is manufactured using nanoparticles, thereby expanding its applicability or creating new applications. Typical applications include glass resistors, dielectrics, carbon blacks, electronic materials, superconducting materials, magnetic tapes, magnetic fluids, sunscreens, chemical sensors, and the like.

특히 코팅된 나노분말은 입자크기가 극미세해지고, 코팅층(Shell)과 핵(Core)의 계면효과로 일반분말에서는 발현되지 않았던 특이한 새로운 물성이 관찰됨으로써, 전기, 전자, 자기분야는 물론이거니와 촉매, 의약 및 생명공학 등의 각종 산업분야에 걸쳐 응용이 기대된다.In particular, the coated nanopowder has a very small particle size, and due to the interfacial effect between the shell and the core, unique new physical properties that are not expressed in the general powder are observed. Applications are expected in a variety of industries, such as medicine and biotechnology.

상기와 같은 특징을 갖는 나노입자의 제조방법으로는 크게 물리적 공정과 화학적 공정으로 구분할 수 있으며, 각각의 공정은 다시 기상법, 액상법 및 고상법으로 세분될 수 있다. Methods for producing nanoparticles having the above characteristics can be largely divided into physical processes and chemical processes, each process can be further subdivided into a gas phase method, a liquid phase method and a solid phase method.

상기한 물리적 공정에서 고상법으로는 볼밀링법이 있으며, 액상법으로는 급속응고법을 들 수 있지만, 나노 형성능이 다소 떨어진다는 단점이 있다. 그리고, 화학적 공정에서의 액상법으로는 침전, 분무, 수열, 졸겔법 등이 있으며, 이러한 방법들을 많이 활용하고 있지만, 난이한 형상제어, 응집성 등이 문제점으로 보고되어지고 있다.In the above physical process, there is a ball milling method as a solid phase method, and a rapid solidification method as a liquid phase method, but there is a disadvantage in that the nano-forming ability is somewhat inferior. In addition, the liquid phase method in the chemical process includes precipitation, spraying, hydrothermal, sol-gel method and the like, but many of these methods are used, but difficult shape control and cohesiveness have been reported as problems.

결국, 물리적 공정과 화학적 공정에 대한 연구개발이 모두 신속하고 경제적인 기상법으로 초점이 맞추어지고 있다. 기상법의 경우 입자는 주로 재료의 기상화(Vaporization)를 유도한 후 급속히 응축시키는 원리로 제조되며, 기상, 즉 과포화증기를 만드는 방법에 따라 물리적 기상공정과 화학적 기상공정으로 구분하게 된다.As a result, research and development on physical and chemical processes are all focused on rapid and economic meteorological methods. In the gas phase method, particles are mainly manufactured on the principle of inducing vaporization of materials and rapidly condensing them. The particles are classified into physical vapor phase and chemical vapor phase according to gas phase, that is, supersaturated steam.

물리적 공정에서 기상법은 순수한 가열에 의해 재료의 증기화를 유도하므로 불순물의 혼입이 적어, 고순도의 나노입자는 물론 수 나노크기의 무응집 입자를 제조할 있는 반면, 생산성의 저하가 산업화에 걸림돌이 되고 있다.In the physical process, the gas phase method induces vaporization of materials by pure heating, so that impurities are less mixed, so that high-purity nanoparticles as well as several nano-sized non-agglomerated particles can be produced, while lowering productivity is an obstacle to industrialization. have.

한편, 화학적 공정에서 기상법은 과포화증기가 다른 기체와의 반응 및 응축 공정을 통하여 나노입자를 제어하므로, 조성의 선택의 폭이 매우 넓고 대량생산이 가능하다는 장점이 있다. Meanwhile, in the chemical process, the gas phase method controls the nanoparticles through the reaction and condensation process of supersaturated steam with other gases, and thus, there is an advantage in that the selection of the composition is very wide and mass production is possible.

그러나, 나노분말은 일반적인 분말합성공정인 분위기 제어밀링공정이나 이들 염을 이용한 액상법 등을 통하여 제조할 수는 있으나, 이러한 방법들은 공정이 복잡하고, 불순물 제어가 용이하지 않으며, 순도 등에 문제점이 있다.However, nanopowders may be prepared through an atmosphere controlled milling process or a liquid phase method using these salts, which are general powder synthesis processes, but these methods are complicated, do not easily control impurities, and have problems with purity.

뿐만 아니라, 상기한 방법으로 나노크기의 분말을 제조하는데 한계가 있어 다양한 상의 생성, 복합화 및 입도제어가 불가능한 문제점도 있다.In addition, there is a limit to the production of nano-sized powder by the above method, there is also a problem that it is impossible to create, compound and control the size of the various phases.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 철과 실리콘을 함유한 전구체를 기화시킨 기화물을 이송가스로 이송시켜 동시에 반응로에 주입하여 반응되도록 하는 실리카 코팅 나노철분말 합성공정을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the problems as described above, the silica-coated nano-iron powder synthesis process to transfer the vaporized vaporized precursor containing iron and silicon to the transfer gas to be injected into the reactor at the same time to react To provide.

본 발명에 의한 다른 목적은, 기화단계에서 기화시킨 철계 기화물을 이송가스로 이송시켜 반응로에 먼저 주입하여 분말로 형성시킨 후 실리콘계 기화물을 이송가스로 이송시켜 반응로에 주입함으로써 반응되도록 하는 화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to transfer the iron-based gas vaporized in the vaporization step to the transfer gas to be first injected into the reactor to form a powder, and then to transfer the silicon-based vapor to the transfer gas to be injected into the reactor to react. To provide a silica coating nano iron powder synthesis process by chemical vapor condensation method.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정은, 철(Fe)과 실리콘(Si)을 함유한 전구체(Precursor)를 기화시키는 기화단계와; 상기 기화단계에서 기화된 기화물을 이송가스로 이송시켜 열분해반응이 일어나는 반응로에 동시에 주입하는 동시반응단계와; 상기 동시반응단계에서 형성된 코팅나노분말을 응축시켜 회수하는 응축·회수단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Silica-coated nano-iron powder synthesis process by the chemical vapor condensation method of the present invention for achieving the above object, the vaporization step of vaporizing a precursor (Precursor) containing iron (Fe) and silicon (Si); A simultaneous reaction step of simultaneously transporting the vaporized gas in the vaporization step into a transport gas and simultaneously injecting the vaporized reaction into a reactor in which a pyrolysis reaction occurs; It characterized in that it comprises a condensation, recovery step of condensing and recovering the coating nano-powder formed in the simultaneous reaction step.

그리고 본 발명은, 철(Fe)과 실리콘(Si)을 함유한 전구체(Precursor)를 기화시키는 기화단계와; 상기 기화단계에서 기화된 철계 기화물을 이송가스로 이송시켜 열분해반응이 일어나는 반응로에 먼저 주입하여 분말로 형성시킨 후, 상기 기화단계에서 기화된 실리콘계 기화물을 이송가스로 이송시켜 상기 반응로에 주입하는 지연반응단계와; 상기 지연반응단계에서 형성된 코팅나노분말을 응축시켜 회수하는 응축·회수단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And the present invention, the vaporization step of vaporizing a precursor (Precursor) containing iron (Fe) and silicon (Si); The vaporized iron-based vaporized gas in the vaporization step is first injected into a reaction furnace in which the pyrolysis reaction occurs, and then formed into a powder. Injecting a delayed reaction step; It characterized in that it comprises a condensation, recovery step of condensing and recovering the coating nano powder formed in the delayed reaction step.

상기 전구체(Precursor)는 철펜타카보닐[Fe(CO)5], 철에톡사이드[Fe(OCH2CH3)3], 철아세테이드[(CH3CO2)2Fe] 중 어느 하나와 테트라에틸올소실리케이트[Si(OC2H5)4], 디에톡시디메틸실레인[(CH3)2Si(OC2H5)2], 옥타메틸사이클로테라실로자인[Si(CH3)2O] 중 어느 하나임을 특징으로 한다.The precursor (Precursor) is any one of iron pentacarbonyl [Fe (CO) 5 ], iron ethoxide [Fe (OCH 2 CH 3 ) 3 ], iron acetate [(CH 3 CO 2 ) 2 Fe] Tetraethylolsosilicate [Si (OC 2 H 5 ) 4 ], diethoxydimethylsilane [(CH 3 ) 2 Si (OC 2 H 5 ) 2 ], octamethylcycloterasilzaine [Si (CH 3 ) 2 O] any one of the features.

상기 이송가스는 산소(O2), 일산화탄소(CO), 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C2H4), 수소(H2), 아르곤(Ar)과 이들의 혼합기체 중 어느 하나임을 특징으로 한다.The transport gas is oxygen (O 2 ), carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), ethylene (C 2 H 4 ), hydrogen (H 2 ), argon (Ar) and their Characterized in that any one of the mixed gas.

상기 반응로의 온도는 500℃ ~ 1100℃임을 특징으로 한다.The temperature of the reactor is characterized in that 500 ℃ ~ 1100 ℃.

상기 반응로의 압력은 진공에서 상압까지의 범위로 제어 가능함을 특징으로 한다.The pressure of the reactor is characterized in that it can be controlled in a range from vacuum to atmospheric pressure.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 다양한 상(相)과 크기를 갖는 실리콘이 코팅된 나노금속분말을 제조할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention having such a configuration, there is an advantage in that a nano-metal powder coated with silicon having various phases and sizes can be prepared.

화학기상응축법(Chemical Vapor Condensation; CVC)은 감압기상응축법(Inert Gas Condensation; IGC)과 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 조합한 것으로, 감압기상응축법(IGC)의 가열 도가니 대신 기화된 운반(반응)기체를 반응로(Hot wall tubular reactor) 혹은 연소 버너에서 열분해, 반응, 응축시켜 목적으로 하는 나노분말을 제조하는 공정이며, 제조공정 변수에 따라 합성분말의 크기, 상(相) 등이 변화된다. Chemical Vapor Condensation (CVC) is a combination of Inert Gas Condensation (IGC) and Chemical Vapor Deposition (CVD) instead of the Crucible Crucible Heating Crucible. Pyrolysis, reaction, and condensation of vaporized transport gas in a hot wall tubular reactor or combustion burner to produce the desired nanopowder, and the size and phase of the synthetic powder ) And the like.

그리고, 상기 화학기상응축법의 주요 공정변수인 합성온도, 압력, 이송가스 유량 및 종류 등에 의해 반응기 내부에서의 클러스터(Cluster)들의 과포화도, 충돌율, 체류시간 등을 결정하여 합성분말 특성이 결정된다.The synthetic powder characteristics are determined by determining supersaturation, collision rate, residence time, etc. of the clusters in the reactor by synthesis temperature, pressure, transfer gas flow rate, and type, which are the main process variables of the chemical vapor condensation method. .

또한, 상기 화학기상응축법(CVC)은 금속유기체(Organometallic reagent)를 분해하여 금속증기를 만들고, 이를 급속히 응축하여 나노크기의 분말입자를 합성하는 공정으로, 분자단위의 화학적 균일성을 유지할 수 있으며, 모든 재료의 단상 및 복합상의 나노분말의 제조가 가능한 장점이 있다. In addition, the chemical vapor condensation method (CVC) is a process of decomposing an organic metal (Organometallic reagent) to make metal vapor, and rapidly condensing it to synthesize nano-sized powder particles, it is possible to maintain the chemical uniformity of the molecular unit The advantage is that single phase and composite phase nanopowders of all materials can be produced.

특히, 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 등과 같은 나노자성분말은 단자구 크기보다도 작은 분말의 제조가 가능하여 기존 자성재료의 특성 향상은 물론, 진공(10- 8 torr)씰, 자기잉크, MR 조영제, 센서, 광스위치, 댐퍼, 열전자소자 등 전자기/기계 소재 등의 원재료나 합금원료 등에 응용될 수 있는 새로운 소재의 개발이 가능하다.Particularly, nano magnetic powders such as iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), etc., can produce powders smaller than the size of terminal holes, which improves the properties of existing magnetic materials as well as vacuum (10-8 torr) seals. It is possible to develop new materials that can be applied to raw materials such as magnetic ink, MR contrast agents, sensors, optical switches, dampers, thermoelectric devices, and alloy materials.

이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the silica-coated nano-iron powder synthesis process by the chemical vapor condensation method of the present invention having the configuration as described above will be described in detail.

도 1 에는 본 발명의 일실시예에 따른 화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정에서 철계 및 실리콘계 기화물이 이송가스의 이송에 의해 반응로로 동시에 주입되어 동시반응공정(In-situ 공정)이 진행되는 개략적인 흐름도가 도시되어 있으며, 도 2 에는 도 1 의 공정이 진행되는 개략적인 장비 구성도가 도시되어 있다.1, in the synthesis process of silica-coated nano-iron powder by chemical vapor condensation method according to an embodiment of the present invention, the iron-based and silicon-based vapors are simultaneously injected into the reactor by the transfer of the transfer gas, thereby simultaneously reacting (In-situ). A schematic flow diagram of a process) is shown, and FIG. 2 shows a schematic diagram of equipment configuration of the process of FIG. 1.

이들 도면에 도시된 바에 따르면 본 발명의 화학기상응축법(CVC)은 크게 세부분으로 진행되는데, 즉 철(Fe)과 실리콘(Si)을 함유한 전구체(Precursor)를 기화시키는 기화단계(S1)와, 상기 기화단계(S1)에서 기화된 기화물(120)의 열분해 및 반응이 일어나는 반응단계(S2) 및 상기 반응단계(S2)에서 과포화된 증기로부터 응축에 의한 나노분말이 형성되어 회수하는 응축·회수단계(S3)로 구분되어 진행되도록 구성된다.As shown in these figures, the chemical vapor condensation method (CVC) of the present invention proceeds in large parts, that is, the vaporization step (S1) of vaporizing a precursor (Precursor) containing iron (Fe) and silicon (Si). And, condensation to form and recover the nano-powder by condensation from the reaction step (S2) and the supersaturated vapor in the reaction step (S2) and the pyrolysis and reaction of the vaporized vaporization 120 in the vaporization step (S1) It is configured to proceed to the recovery step (S3).

그리고, 상기 기화단계(S1)는 기화기(도시되지 않음)로 이루어지는 기화부(100)에서, 상기 반응단계(S2)는 반응로(220)로 이루어지는 반응부(200)에서, 상기 응축/회수단계(S3)는 챔버(도시되지 않음)로 구성되는 응축·회수부(300)에서 각각 진행된다.In addition, the vaporization step (S1) in the vaporization unit 100 consisting of a vaporizer (not shown), the reaction step (S2) in the reaction unit 200 consisting of a reactor 220, the condensation / recovery step S3 advances in the condensation / recovery part 300 comprised by a chamber (not shown), respectively.

상기 기화부(100)는 적절한 열원으로 저융점의 철(Fe)과 실리콘(Si)이 포함된 전구체(Precursor)를 증발시키는 상기 기화단계(S1)가 진행되도록 하는 부분이며, 상기 기화기에서 상기 전구체를 증발시키게 된다.The vaporization unit 100 is a portion to allow the vaporization step (S1) to evaporate the precursor (Precursor) containing a low melting point of iron (Fe) and silicon (Si) to a suitable heat source, the precursor in the vaporizer Will evaporate.

상기 전구체(Precursor)는 유기물, 즉 금속유기화합물로 금속기 또는 세라믹기를 함유한 것으로, 특히 철계 분말을 제조하기 위하여 철기가 함유되어 있는 철유기화합물인 철펜타카보닐[Fe(CO)5]을 사용하게 되고, 이외에 철에톡사이드[Fe(OCH2CH3)3]와 철아세테이드[(CH3CO2)2Fe] 등을 사용할 수 있으며, 실리카의 원료물질로는 테트라에틸올소실리케이트(Tetraethylorthosilicate;TEOS)[Si(OC2H5)4], 디에톡시디메틸실레인(Diethoxydimethylsilane;DEDMS)[(CH3)2Si(OC2H5)2], 옥타메틸사이클로테라실로자인(Octamethylcycloterasiloxane;OMCTSO)[Si(CH3)2O] 중 어느 하나를 사용할 수 있게 된다.The precursor (Precursor) is an organic material, that is, containing a metal group or a ceramic group as a metal organic compound, in particular iron pentacarbonyl [Fe (CO) 5 ] which is an iron organic compound containing iron to produce iron-based powder In addition, iron ethoxide [Fe (OCH 2 CH 3 ) 3 ] and iron acetate [(CH 3 CO 2 ) 2 Fe] and the like can be used, and as a raw material of silica, tetraethylolsosilicate ( Tetraethylorthosilicate; TEOS] [Si (OC 2 H 5 ) 4 ], diethoxydimethylsilane; DEDMS [(CH 3 ) 2 Si (OC 2 H 5 ) 2 ], octamethylcycloterasiloxane (Octamethylcycloterasiloxane; OMCTSO) [Si (CH 3 ) 2 O] can be used.

그리고, 도 2 에 도시된 바와 같이 상기 기화단계(S1)가 진행되는 기화부(100)의 기화기에서 전구체를 증발시켜 형성되는 기화물(120)은 기화물(120)을 이송하는 이송가스(140)와 섞이면서 동시에 상기 반응부(200)의 반응로(220)에 주입된다. As shown in FIG. 2, the vaporized gas 120 formed by evaporating the precursor in the vaporizer of the vaporization part 100 in which the vaporization step S1 is performed is a transport gas 140 for transporting the vaporized material 120. ) And is injected into the reactor 220 of the reaction unit 200 at the same time.

상기 기화부(100)에서 상기 반응로(220)로 주입되는 기화물(120)과 이송가스(140)는 각각의 튜브로 주입되어 이송튜브(160)로 합쳐져서 상기 반응로(220)로 이 송되는데, 상기 이송튜브(160)의 재질은 스텐인레스, 동 등의 금속 또는 알루미나, 뮬라이트, 실리콘카바이드 등의 세라믹, 테플론 등을 사용할 수 있으나, 사용온도가 전구체의 기화온도보다 50℃ ~ 150℃ 정도 높은 온도에서 견딜 수 있어야 한다. The vaporizer 120 and the transport gas 140 injected into the reactor 220 from the vaporization unit 100 are injected into respective tubes and combined into the transfer tube 160 to be transferred to the reactor 220. The material of the transfer tube 160 may be a metal such as stainless steel, copper, ceramics such as alumina, mullite, silicon carbide, Teflon, etc., but the use temperature is 50 ° C. to 150 ° C. higher than the vaporization temperature of the precursor. It must be able to withstand temperatures.

따라서, 상기 철펜타카보닐[Fe(CO)5]의 기화온도는 103℃이고 부식성이 없으므로, 본 발명의 실시예에서 상기 이송튜브(160)는 외경이 6.8mm 이고 내경이 3.3mm 의 스텐인레스 튜브가 사용된다.Therefore, since the vaporization temperature of the iron pentacarbonyl [Fe (CO) 5 ] is 103 ° C and not corrosive, in the embodiment of the present invention, the transfer tube 160 has an outer diameter of 6.8 mm and an inner diameter of 3.3 mm. Is used.

또한, 상기 기화부(100)의 기화기는 도시되지는 않았지만 전구체의 기화온도 이상 견딜 수 있는 한쪽 끝이 막힌 스텐인레스관, 알루미나관, 석영관, 파이렉스관 등을 사용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 그 외경이 50mm 이고 내경이 40mm 의 석영관이 사용된다.In addition, although the vaporizer of the vaporization unit 100 is not shown, one end of a stainless steel tube, an alumina tube, a quartz tube, a Pyrex tube, etc., which can endure the vaporization temperature of the precursor, may be used. A quartz tube having an outer diameter of 50 mm and an inner diameter of 40 mm is used.

상기 기화부(100)에서의 한쪽은 상기 기화기에서 기화된 철계 기화물(120')이 주입되어 이송가스(140)에 의해 상기 반응로(220)로 이송되도록 이송튜브(160)에 연결되고, 다른 한쪽은 실리콘계 기화물(120")이 주입되어 이송가스(140)로 이송됨으로써 상기 이송튜브(160)와 합쳐지도록 연결된다. 따라서, 상기 기화부(100)는 상기 이송가스(140)와 철계 및 실리콘계 기화물(120',120")이 상기 이송튜브(160)에서 서로 섞이면서 상기 반응로(220)로 장입되도록 구성된다.One side of the vaporization unit 100 is connected to the transfer tube 160 so that the iron-based vaporized gas 120 'vaporized in the vaporizer is injected into the reactor 220 by the transfer gas 140, The other side is connected to the silicon-based gas (120 ") is injected and conveyed to the conveying gas 140 to be combined with the conveying tube 160. Therefore, the vaporization unit 100 is iron and the conveying gas 140 And silicon-based vapor (120 ', 120 ") is configured to be charged into the reactor 220 while mixing with each other in the transfer tube (160).

여기에서 상기 이송가스(140)의 유량은 10cc/min ~ 2000cc/min으로 변화시킬 수 있으며, 사용되는 전구체에 따라 이송가스(140)는 산화성 기체인 산소(O2), 일산화탄소(CO)와 환원성 기체인 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C2H4), 수소(H2) 및 불활성 기체인 아르곤(Ar) 중 어느 하나가 사용 가능하며, 또한 이들을 혼합한 혼합기체 중에서 어느 하나가 사용 가능하게 된다.Here, the flow rate of the transfer gas 140 may be changed to 10 cc / min ~ 2000 cc / min, the transfer gas 140 according to the precursor used is oxygen (O 2 ), carbon monoxide (CO) and reducing the oxidizing gas Any one of gaseous methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), ethylene (C 2 H 4 ), hydrogen (H 2 ) and inert gas argon (Ar) may be used, and a mixture thereof is also mixed. Any one of the gases becomes available.

본 발명의 일실시예에서는 철펜타카보닐[Fe(CO)5]이 전구체로 사용된 경우에 이송가스(140)는 실리카(SiO2)의 용이한 코팅층 형성을 위해 불활성 기체인 아르곤(Ar)을 사용하게 된다.In an embodiment of the present invention, when iron pentacarbonyl [Fe (CO) 5 ] is used as a precursor, the transfer gas 140 is argon (Ar) which is an inert gas to form an easy coating layer of silica (SiO 2 ). Will be used.

한편, 액체의 전구체를 사용할 경우에는 한쪽 끝은 액체 이송용 마이크로 펌프에 피브이씨(PVC) 튜브를 이용하여 연결시키고, 0.5cc/min ~ 2cc/min의 유량으로 전구체용액을 상기 기화기 내부로 이송시킨다. 이 경우에 이송가스(침탄가스)의 주입은 상기 기화기의 제 3의 주입구(도시되지 않음)를 통하거나 상기 반응로(220)의 입구에서 따로 주입하게 된다. On the other hand, in the case of using a liquid precursor, one end is connected to a micro pump for liquid transfer using a PVC tube, and the precursor solution is transferred into the vaporizer at a flow rate of 0.5 cc / min to 2 cc / min. Let's do it. In this case, the injection of the feed gas (carburizing gas) is injected through the third injection port (not shown) of the vaporizer or separately at the inlet of the reactor 220.

이렇게 상기 기화부(100)에서 기화된 기화물(120)은 상기 이송가스(140)에 의해 이송되어 상기 이송튜브(160)를 경유하여 상기 반응부(200)의 반응로(220) 내부로 유입됨으로써 철계 기화물(120'), 실리콘계 기화물(120") 및 이송가스(140)가 분해 반응하게 되는 동시반응단계(S2)가 진행된다.The vaporized gas 120 from the vaporization unit 100 is transferred by the transfer gas 140 and flows into the reactor 220 of the reaction unit 200 via the transfer tube 160. By doing so, the simultaneous reaction step (S2) through which the iron-based gas 120 ', the silicon-based gas 120 "

상기 동시반응단계(S2)가 진행되는 반응부(200)의 반응로(220)는 수평 튜브로의 형식으로 형성되는 반응관(222)과, 상기 반응관(222)의 외측에 구비되어 열기를 공급하는 열선(226)이 내장된 열선케이스(224) 등으로 구성된다.The reaction furnace 220 of the reaction unit 200 in which the simultaneous reaction step (S2) proceeds is provided with a reaction tube 222 formed in the form of a horizontal tube and the outside of the reaction tube 222 to heat up. The heating wire 226 to be supplied is constituted by a built-in heating wire case 224.

상기 반응관(222)의 크기는 외경이 30 ~ 200mm 이고 내경이 25 ~ 180mm 의 스텐인레스튜브, 석영튜브, 뮬라이트 튜브, 알루미나 튜브 등이 사용 가능하며, 본 발명의 실시예에서는 외경이 40mm 이며 내경이 30mm 의 알루미나관을 사용하게 된다. The size of the reaction tube 222 is an outer diameter of 30 ~ 200mm and an inner diameter of 25 ~ 180mm stainless steel tube, quartz tube, mullite tube, alumina tube, etc. can be used, in the embodiment of the present invention the outer diameter is 40mm and the inner diameter is 30mm alumina tube is used.

상기 열선케이스(224) 내부에는 열기를 공급하는 열선(226)이 다수개로 구비되어 내장되며, 이러한 열선(226)이 내장된 열선케이스(224)에 의해 상기 반응관(222)으로 열기를 공급하게 된다. 이때 상기 반응관(222)의 온도는 500℃ ~ 1200℃ 정도로써 500℃ ~ 1100℃ 가 적당하다.
즉, 상기 반응관(222)의 온도가 500℃ 미만일 경우에는 철(Fe)과 실리콘(Si)이 전구체(Precursor)에서 분리되지 않게 되므로 철(Fe)과 실리콘(Si)의 결합이 이루어질 수 없게 되며, 상기 반응관(222)의 온도가 1200℃ 이상일 경우에는, 많은 수의 철(Fe)이 서로 결합되어 크기가 증대해지므로 나노철을 만들 수 없게 된다.
따라서, 상기 반응관(222)의 온도는 500℃ ~ 1200℃ 범위 내에서 유지되어야 함이 바람직하다. The heating wire case 224 is provided with a plurality of heating wires 226 for supplying heat to the inside of the heating wire case 224, by the heating wire case 224 is built in such a heating wire 226 to supply the heat to the reaction tube 222. do. At this time, the temperature of the reaction tube 222 is about 500 ℃ ~ 1200 ℃ 500 ℃ ~ 1100 ℃ is suitable.
That is, when the temperature of the reaction tube 222 is less than 500 ℃ iron (Fe) and silicon (Si) is not separated from the precursor (Precursor) so that the combination of iron (Fe) and silicon (Si) can not be made. When the temperature of the reaction tube 222 is 1200 ° C. or more, a large number of irons (Fe) are bonded to each other and thus increase in size, thereby making it impossible to produce nanoiron.
Therefore, it is preferable that the temperature of the reaction tube 222 be maintained within the range of 500 ° C to 1200 ° C.

또한, 상기 반응관(222)의 내부 압력은 진공에서 상압, 보다 구체적으로는 10-2Torr에서 760Torr까지의 범위에서 제어 가능하게 된다.In addition, the internal pressure of the reaction tube 222 can be controlled in a vacuum at normal pressure, more specifically in the range of 10 -2 Torr to 760 Torr.

이렇게 상기 반응부(200)의 반응로(220)에서 철계 및 실리콘계 기화물(120',120")과 이송가스(140)가 분해 반응하여 형성된 코팅나노분말(320)은 상기 응축부(300)에서 응축되어 회수하게 되는 응축·회수단계(S3)가 진행된다.The coating nano powder 320 formed by the decomposition reaction of the iron-based and silicon-based gas (120 ', 120 ") and the transport gas 140 in the reaction furnace 220 of the reaction unit 200 is the condensation unit 300 In the condensation and recovery step (S3) to be recovered by condensation in progress.

상기 응축·회수단계(S3)의 응축·회수를 위해서는 별도의 응축·회수부(300)가 상기 반응부(200)와 직접 연결되어 형성된다. 이러한 응축·회수부(300)는 수평식 기상합성 장치로 구성되며, 일측에 냉각기(도시되지 않음)를 설치하여 열영동법에 의해 상기 반응로(220)에서 형성된 코팅나노분말(320)을 응축하여 회수하게 된다.In order to condense and recover the condensation and recovery step S3, a separate condensation and recovery unit 300 is directly connected to the reaction unit 200. The condensation / recovery unit 300 is composed of a horizontal gas phase synthesis apparatus, by installing a cooler (not shown) on one side to condense the coated nanopowder 320 formed in the reactor 220 by thermophoresis. It will be recovered.

그리고, 냉각방법으로는 상온 이하의 냉각수와 액체질소 등을 사용할 수 있으며, 별도의 냉각챔버(Chamber)를 연결하여 상기 코팅나노분말(320)의 회수 능력을 극대화할 수 있게 된다.In addition, as the cooling method, cooling water and liquid nitrogen may be used at room temperature or less, and a separate cooling chamber may be connected to maximize recovery capacity of the coating nanopowder 320.

도 3 에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기상응축법에 의한 실리카 코 팅 나노철분말 합성공정에서 철계 기화물을 이송가스로 이송시켜 반응로에 먼저 주입하여 분말로 형성시킨 후 실리콘계 기화물을 이송가스로 이송시켜 반응로에 주입함으로써 반응시키도록 하는 지연동시반응공정(Retained in-situ 공정)이 진행되는 개략적인 흐름도가 도시되어 있으며, 도 4 에는 도 3 의 공정이 진행되는 개략적인 장비 구성도가 도시되어 있다.Figure 3 in the silica coating nano iron powder synthesis process according to the chemical vapor condensation method according to another embodiment of the present invention by transferring the iron-based gas to the transport gas to be first injected into the reactor to form a powder silicon-based vapor A schematic flow chart showing a delayed in-situ process for transporting gas to a reaction gas and injecting it into a reactor is shown, and FIG. 4 shows a schematic configuration of the process of FIG. 3. The figure is shown.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정은, 상기 기화단계(S1)에서 기화된 철계 기화물(120')을 먼저 열분해반응이 일어나는 상기 반응로(220)에 주입하여 분말(240)로 형성시킨 후 상기 기화단계(S1)에서 기화된 실리콘계 기화물(120")을 이송가스(140)로 이송시켜 상기 반응로(220)에 주입하여 반응시키는 지연반응단계(S2')가 진행되도록 하는 지연동시반응공정(Retained in-situ 공정)으로 구성할 수 있다.As shown in these figures, the silica-coated nano-iron powder synthesis process according to the chemical vapor condensation method of the present invention, the reaction furnace in which the pyrolysis reaction of the vaporized iron-based gas (120 ') first occurs in the vaporization step (S1) After the injection into the 220 to form a powder 240 to transfer the silicon-based vaporized gas (120 ") vaporized in the vaporization step (S1) to the transfer gas 140 to inject into the reactor 220 to react The delayed reaction step (S2 ') may be configured as a delayed simultaneous reaction process (Retained in-situ process) to proceed.

이러한 공정은 상기 기화부(100)에서 기화된 철계 기화물(120')을 전술한 바와 같은 동시반응공정에서의 상기 이송튜브(160)를 통해 상기 반응관(222)으로 먼저 주입시킨 다음, 상기 기화단계(S1)에서 기화된 실리콘계 기화물(122")을 상기 이송가스(140)로 이송시켜 상기 반응관(222)의 내부까지 길게 형성된 반응지연튜브(180)로 주입하게 된다.This process is first injected into the reaction tube 222 through the transfer tube 160 in the simultaneous reaction process as described above the vaporized iron-based vaporized gas 120 'in the above-described process, and then In the vaporization step S1, the vaporized silicon-based vapor 122 ″ is transferred to the transfer gas 140 and injected into the reaction delay tube 180 formed to the inside of the reaction tube 222.

이렇게 상기 반응지연튜브(180)로 지연되어 상기 반응관(222)으로 주입된 상기 실리콘계 기화물(120")과 이송가스(140)는 이미 반응관(222)에 주입되어 상기 반응관(222) 내부에 분말(240)로 형성된 금속 클러스터(Cluster)와 반응하게 되어 코팅나노분말(320)이 형성되는 것이다.The delayed by the reaction delay tube 180 is injected into the reaction tube 222 and the silicon-based gas (120 ") and the transfer gas 140 is already injected into the reaction tube 222 is the reaction tube 222 The coating nanopowder 320 is formed by reacting with a metal cluster formed of the powder 240 therein.

따라서, 상기 동시반응단계(S2)과 마찬가지로 열영동범으로 응축하는 응축·회수부(300)에서 응축·회수단계(S3)를 거치게 되어 실리카가 코팅된 나노철분말을 제조할 수 있게 된다.Therefore, as in the simultaneous reaction step (S2), the condensation / recovery unit 300 that condenses as a thermophoretic member is subjected to the condensation and recovery step (S3), thereby making it possible to manufacture silica-coated nano iron powder.

도 5 의 (a)에는 도 1 의 동시반응공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말의 고분해능 투과전자현미경(High Resolution Transmission Electron Microscopy ; HRTEM)사진이 도시되어 있으며, 도 5 의 (b)에는 도 1 의 동시반응공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말 중 철(Fe)의 Micro-EDS 분석결과가 도시되어 있고, 도 5 의 (c)에는 도 1 의 동시반응공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말 중 실리카(SiO2)의 Micro-EDS 분석결과가 도시되어 있다.FIG. 5 (a) shows a High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) photograph of the silica-coated nanoiron powder synthesized by the co-reaction process of FIG. 1, and FIG. 5 (b) shows FIG. 1. The results of the micro-EDS analysis of iron (Fe) in the silica-coated nano-iron powder synthesized by the simultaneous reaction process of FIG. 5 (c) are shown in the silica-coated nano-iron powder synthesized by the co-reaction process of FIG. Micro-EDS analysis of silica (SiO 2 ) is shown.

이에 도시된 바에 따르면, (a)의 고분해능TEM 결과에서 볼 수 있듯이 합성된 미립자는 상기 동시반응공정에 의해 전형적인 코아(Core)/셀(Shell) 구조로 나타나게 된다. As shown in the figure, as shown in the high-resolution TEM result of (a), the synthesized fine particles appear as a typical core / shell structure by the co-reaction process.

그리고, 이러한 코아/셀 구조는 (b)와 (c)의 Micro-EDS 분석에서도 볼 수 있듯이 합성된 미립자의 중심에 철(Fe)이 분포하고 그 표면에 실리카(SiO2)가 코팅되어 철(Fe)과 실리카(SiO2)로만 이루어져 있음을 알 수 있다.In addition, as shown in the micro-EDS analysis of (b) and (c), the core / cell structure distributes iron (Fe) in the center of the synthesized microparticles, and silica (SiO 2 ) is coated on the surface of iron (Fe). It can be seen that it consists only of Fe) and silica (SiO 2 ).

도 6 의 (a)에는 도 3 의 지연동시반응공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말의 고분해능 투과전자현미경(High Resolution Transmission Electron Microscopy ; HRTEM)사진이 도시되어 있으며, 도 6 의 (b)에는 도 3 의 지연동시반응공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말 중 실리카(SiO2)의 Micro-EDS 분석결과가 도시되어 있고, 도 6 의 (c)에는 도 3 의 지연동시반응공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말 중 철(Fe)의 Micro-EDS 분석결과가 도시되어 있다.6 (a) shows a High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) photograph of the silica-coated nano iron powder synthesized by the delayed simultaneous reaction process of FIG. 3, and FIG. The results of the micro-EDS analysis of silica (SiO 2 ) in the silica coated nano iron powder synthesized by the delayed simultaneous reaction process of 3 are shown, and FIG. 6 (c) shows the silica coating synthesized by the delayed simultaneous reaction process of FIG. 3. Micro-EDS analysis results of iron (Fe) in the nano-iron powder is shown.

이에 도시된 바에 따르면, (a)는 도 5 의 (a)에서와 마찬가지로 합성된 미립자가 상기 지연동시반응공정에 의해 전형적인 코아(Core)/셀(Shell) 구조로 나타나게 되며, 상기 코아/셀 구조는 (b)와 (c)의 Micro-EDS 분석에서 볼 수 있듯이 도 5b 및 5c 에서와 마찬가지로 합성된 미립자의 중심에 철(Fe)이 분포하고 그 표면에 실리카(SiO2)가 코팅되어 있음을 알 수 있다.As shown in (a), as in (a) of FIG. 5, the synthesized fine particles appear as a typical core / shell structure by the delayed simultaneous reaction process, and the core / cell structure. As shown in the micro-EDS analysis of (b) and (c), as shown in FIGS. 5b and 5c, iron (Fe) is distributed in the center of the synthesized microparticles and silica (SiO 2 ) is coated on the surface. Able to know.

도 7 의 (a)에는 도 1 의 공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말의 FE-SEM 사진이 도시되어 있으며, 도 7 의 (b)에는 도 3 의 공정으로 합성된 실리카 코팅 나노철분말의 FE-SEM 사진이 도시되어 있다. Figure 7 (a) is a FE-SEM picture of the silica-coated nano iron powder synthesized in the process of Figure 1, Figure 7 (b) is a FE of the silica coated nano iron powder synthesized in the process of Figure 3 SEM pictures are shown.

이에 도시된 바에 따르면, 상기 동시반응공정과 지연동시반응공정 모두 표면층에 실리카(SiO2)가 코팅된 코팅나노분말의 외형이 일정한 크기를 갖는 원형으로 형성되어 응집되지 않은 상태로 합성된다는 것을 알 수 있다.
그리고, 코팅나노분말은 500nm 보다 작은 직경을 가지며, 본 발명의 실시예에서 도 7의 (a)에 보여지는 바와 같이 200nm 미만의 직경을 가지는 나노철분말이 형성되었다.As shown, it can be seen that both the simultaneous reaction process and delayed simultaneous reaction process are synthesized in a non-aggregated state by forming a circular shape having a uniform size of coated nano powder coated with silica (SiO 2 ) on the surface layer. have.
In addition, the coated nanopowder has a diameter smaller than 500 nm, and nano iron powder having a diameter of less than 200 nm was formed in the embodiment of the present invention as shown in FIG.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above-exemplified embodiments, and many other modifications based on the present invention may be made by those skilled in the art within the above technical scope.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명의 화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정에서는, 기화단계에서의 전구체를 철의 원료물질로 철펜타카보닐[Fe(CO)5], 철에톡사이드[Fe(OCH2CH3)3], 철아세테이드[(CH3CO2)2Fe] 중 어느 하나와 실리카의 원료물질로 테트라에틸올소실리케이트(Tetraethylorthosilicate;TEOS)[Si(OC2H5)4], 디에톡시디메틸실레인(Diethoxydimethylsilane;DEDMS)[(CH3)2Si(OC2H5)2], 옥타메틸사이클로테라실로자인(Octamethylcycloterasiloxane;OMCTSO)[Si(CH3)2O] 중 어느 하나를 사용하고, 동시 및 지연반응단계에서의 이송가스를 산소(O2), 일산화탄소(CO), 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C2H4), 수소(H2), 아르곤(Ar)과 이들의 혼합기체 중에서 어느 하나를 사용하여, 기화단계에서 기화된 기화물과 이송가스를 동시에 반응로에 주입하거나(동시반응공정), 먼저 철계 기화물을 이송가스로 이송시켜 반응로에서 분말로 형성시킨 후 실리콘계 기화물을 이송가스로 이송시켜 반응로에 주입함으로써 반응시키는 지연반응단계를 거치도록 하여(지연동시반응공정) 실리카 코팅 나노철분말을 응축시켜 회수하도록 구성된다.In the silica-coated nano-iron powder synthesis process by the chemical vapor condensation method of the present invention as described in detail above, iron pentacarbonyl [Fe (CO) 5 ], iron ethoxide as a raw material of iron as a precursor in the vaporization step Tetraethylorthosilicate (TEOS) [Si (OC 2 H 5 ) as a raw material of silica and any one of [Fe (OCH 2 CH 3 ) 3 ], iron acetate [(CH 3 CO 2 ) 2 Fe] ) 4 ], diethoxydimethylsilane (DEDMS) [(CH 3 ) 2 Si (OC 2 H 5 ) 2 ], octamethylcycloterasiloxane (OMCTSO) [Si (CH 3 ) 2 O] Using any one of the, and the feed gas in the simultaneous and delayed reaction step is oxygen (O 2 ), carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), ethylene (C 2 H 4 ), Using any one of hydrogen (H 2 ), argon (Ar) and a mixture of these, the vaporized gas and the transport gas at the same time in the vaporization stage is injected into the reactor Or (simultaneous reaction process), first, iron-based vapors are transferred to the transfer gas to form a powder in the reactor, and then silicon-based vapors are transferred to the transfer gas and injected into the reactor to undergo a delayed reaction step (delay). Simultaneous Reaction Process) It is configured to condense and recover the silica coated nano iron powder.

따라서, 다양한 상(相) 및 크기(500nm 이하의 직경)를 갖는 실리카 코팅 나노금속분말의 제조가 가능하며, 보다 정밀하게는 200nm 이하의 직경도 가능하다, 그리고, 코팅나노분말의 여러 형상의 다른 금속 및 유기물 코팅 분말의 제조가 가능하게 되는 효과가 기대된다.Therefore, it is possible to prepare silica coated nanometal powders having various phases and sizes (diameter of 500 nm or less), more precisely, diameters of 200 nm or less, and different shapes of coated nano powders. The effect of being able to manufacture metal and organic coating powders is expected.

그리고, 코팅층의 두께, 상(相) 제어 등 미세구조 특성을 공정중에 다양하게 제어할 수 있어 다양한 분야에 나노분말 코팅기술을 적용할 수 있는 효과가 기대된다.In addition, the microstructure characteristics such as the thickness and phase control of the coating layer can be variously controlled during the process, and thus the effect of applying nanopowder coating technology to various fields is expected.

또한, 응집성 및 순도면에서 우수한 고특성의 나노분말 제조가 가능하고, 다 양하게 미세조직을 제어할 수 있으므로 고부가 가치의 자기, 전자부품 및 생체재료의 원료재료 분말을 제조할 수 있는 효과도 기대된다.In addition, it is possible to manufacture nano powders having high characteristics with excellent cohesiveness and purity, and to control microstructures in various ways, and thus also to produce high value-added powders of magnetic, electronic parts and biomaterials. do.

Claims (6)

철(Fe)과 실리콘(Si)을 함유한 전구체(Precursor)를 기화시키는 기화단계와;A vaporization step of vaporizing a precursor (Precursor) containing iron (Fe) and silicon (Si); 상기 기화단계에서 기화된 기화물와 상기 기화물을 이송시키는 이송가스를 이송튜브 내부에서 혼합하여 열분해반응이 일어나는 반응로에 동시에 주입하는 동시반응단계와;A simultaneous reaction step of simultaneously injecting the vaporized vaporized gas and the conveying gas transferring the vaporized gas into the reaction tube in which the pyrolysis reaction occurs by mixing in the conveying tube; 상기 동시반응단계에서 형성된 코팅나노분말을 응축시켜 회수하는 응축·회수단계를 포함하여 구성되며,It comprises a condensation and recovery step of condensing and recovering the coating nano-powder formed in the simultaneous reaction step, 상기 응축·회수단계는,The condensation and recovery step, 일측에 냉각기가 설치되어 상기 코팅나노분말을 열영동법으로 응축하는 응축·회수부 내부에서 실시됨을 특징으로 하는 화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정.Silica coating nano iron powder synthesis process by the chemical vapor condensation method characterized in that the cooler is installed on one side is carried out inside the condensation / recovery unit to condense the coating nano powder by thermophoresis method. 철(Fe)과 실리콘(Si)을 함유한 전구체(Precursor)를 기화시키는 기화단계와;A vaporization step of vaporizing a precursor (Precursor) containing iron (Fe) and silicon (Si); 상기 기화단계에서 기화된 철계 기화물을 이송가스로 이송시켜 열분해반응이 일어나는 반응로에 먼저 주입하여 분말로 형성시킨 후, 상기 기화단계에서 기화된 실리콘계 기화물을 이송가스로 이송시켜 상기 반응로에 주입하는 지연반응단계와;The vaporized iron-based vaporized gas in the vaporization step is first injected into the reactor where the pyrolysis reaction takes place and formed into powder, and then the siliconized vaporized vaporized in the vaporization step is transferred to the carrier gas to the reaction gas. Injecting a delayed reaction step; 상기 지연반응단계에서 형성된 코팅나노분말을 응축시켜 회수하는 응축·회수단계를 포함하여 구성되며,It comprises a condensation and recovery step of condensing and recovering the coating nano powder formed in the delayed reaction step, 상기 응축·회수단계는,The condensation and recovery step, 일측에 냉각기가 설치되어 상기 코팅나노분말을 열영동법으로 응축하는 응축·회수부 내부에서 실시됨을 특징으로 하는 화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정.Silica coating nano iron powder synthesis process by the chemical vapor condensation method characterized in that the cooler is installed on one side is carried out inside the condensation / recovery unit to condense the coating nano powder by thermophoresis method. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 코팅나노분말은,The method of claim 1 or 2, wherein the coated nano powder, 중심에 철(Fe)이 분포하고 그 표면에 실리카(SiO2)가 코팅되어 코아/셀 구조를 이룸을 특징으로 하는 화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정Synthesis process of silica-coated nano iron powder by chemical vapor condensation method characterized by iron (Fe) distribution in the center and silica (SiO 2 ) coated on its surface to form a core / cell structure 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 코팅나노분말은 500nm 미만의 직경을 가짐을 특징으로 하는 화학기상응축법에 의한 실리카 코팅 나노철분말 합성공정.The process of claim 1 or 2, wherein the coated nanopowder has a diameter of less than 500 nm. 삭제delete 삭제delete
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