KR100716201B1 - 금속 나노 입자 및 이의 제조방법 - Google Patents

금속 나노 입자 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

이종 환원제를 사용하여 미 반응물을 현저히 감소시켜 균일한 크기로 고수율의 금속 나노 입자를 제조하는 방법이 제시되어 있고, 에틸렌 글리콜을 사용하여 소망하는 금속 나노 입자를 효율적으로 분리할 수 있는 금속 나노 입자의 제조방법이 제시되어 있다. 또한 폴리비닐피놀리돈(PVP)으로 캐핑되어 분산 안정성이 높은 금속 나노 입자와 이러한 금속 나노 입자를 포함하는 도전성 잉크가 제시되어 있다. 발명의 일 측면에 따르면 (a) 에틸렌 글리콜, 캐핑분자 및 환원제를 혼합하는 단계, (b) 금속 전구체를 알코올계 화합물과 혼합하여 상기 단계(a)의 혼합액과 반응시키는 단계, 및 (c) 아세톤과 에틸렌 글리콜을 상기 단계(b)의 반응액에 첨가하여 반응을 종결하는 단계를 포함하는 금속 나노 입자의 제조방법이 제공된다.
금속 나노 입자, 용액법, 에틸렌 글리콜, 금속 전구체, 환원제, 캐핑분자

Description

금속 나노 입자 및 이의 제조방법{METAL NANOPARTICLES AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제조된 금속 나노 입자의 TGA 결과 데이터;
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예들에 따라 제조된 금속 나노 입자의 FE-SEM 분석 결과;
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제조된 금속 나노 입자의 UV-VIS 분광법(UV 스펙트럼)에 따른 결과 그래프; 및
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제조된 금속 나노 입자의 입도분석결과 데이터이다.
본 발명은 금속 나노 입자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 액상법에 의한 금속 나노 입자의 제조방법에 관한 것이다.
금속 나노 입자를 제조하는 방법은 화학적 합성방법, 기계적 제조방법, 전 기적 제조방법이 있는데, 기계적인 힘을 이용하여 분쇄하는 기계적 제조방법은 공정상 분순물의 혼입으로 고순도의 입자를 합성하기 어렵고 나노 사이즈의 균일한 입자의 형성이 불가능하다. 또 전기분해에 의한 전기적 제조방법의 경우 제조시간이 길고, 농도가 낮아 효율이 낮다는 단점이 있다. 화학적 합성방법은 크게 기상법과 액상법(colloid법)이 있는데, 플라즈마나 기체 증발법을 사용하는 기상법의 경우 고가의 장비가 요구되는 단점이 있어, 저비용으로 균일한 입자의 합성이 가능한 액상법이 주로 사용되고 있다.
이 액상법에 의한 금속 나노 입자의 제조방법은 지금까지 수계에서 금속 화합물을 해리 시킨 후 환원제나 계면활성제를 사용하여 히드로졸(hydrosol) 형태의 금속 나노 입자를 제조하는 방법이 있다. 그러나 이러한 종래 액상법으로 금속 나노 입자를 제조하는 경우 금속 화합물 용액의 농도에 제한을 받아 수율이 매우 낮은 한계가 있다. 즉 금속 화합물의 농도가 mM 이하에서야 균일한 크기를 가지는 금속 나노 입자를 형성할 수 있었다. 따라서 수득되는 금속 나노 입자의 양도 한계가 있어 그람 단위 이상으로 균일한 크기의 금속 나노 입자를 얻기 위해서는 1000 리터 이상의 반응기가 요구되었다. 따라서 이 방법에 의해서는 효율적인 대량생산에 제한을 받아오고 있었다. 여기에 반응 종료 후 미 반응물로 인한 수율의 감소와 형성된 금속 나노 입자의 분리과정에서 다량의 입자 소실이 일어나 수율을 더 떨어뜨리는 원인이 되고 있다. 더욱이 수득된 금속 나노 입자를 다양한 영역에 활용하기 위해 용매에 재분산시킬 경우 분산 안정성이 중요한데, 종래에 알려진 방법으로는 이 분산도가 0.1중량%로 매우 낮다.
따라서 이와 같은 문제를 해결하여 균일한 크기로 고수율의 금속 나노 입자 제조하기 위한 노력이 행해지고 있다.
본 발명은 이종 환원제를 사용하여 미 반응물을 현저히 감소시켜 균일한 크기로 고수율의 금속 나노 입자를 제조하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 에틸렌 글리콜을 사용하여 소망하는 금속 나노 입자를 효율적으로 분리할 수 있는 금속 나노 입자의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 폴리비닐피놀리돈(PVP)으로 캐핑되어 분산 안정성이 높은 금속 나노 입자를 제공한다. 또 본 발명은 이러한 금속 나노 입자를 포함하는 도전성 잉크를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 에틸렌 글리콜, 캐핑분자 및 환원제를 혼합하는 단계, (b) 금속 전구체를 알코올계 화합물과 혼합하여 상기 단계(a)의 혼합액과 반응시키는 단계, 및 (c) 아세톤과 에틸렌 글리콜을 상기 단계(b)의 반응액에 첨가하여 반응을 종결하는 단계를 포함하는 금속 나노 입자의 제조방법을 제시할 수 있다.
여기서 상기 단계(b) 전에 상기 단계(a)의 혼합액을 100 내지 140℃로 승온시킬 수 있으며, 상기 단계(a)의 상기 에틸렌 글리콜은 상기 금속 전구체 10중량부에 대하여 100 내지 200중량부로 혼합할 수 있다.
또 여기서 상기 단계(b)에서 상기 금속 전구체와 상기 알코올계 화합물의 혼합액을 상기 단계(a)의 혼합액과 1회에 단시간에 첨가하여 반응시킬 수 있고, 상기 단계(c)를 거친 용액을 원심분리를 통하여 금속 나노 입자를 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 캐핑분자는 폴리비닐피놀리돈인 것이 바람직하고, 바람직한 실시예에 따르면 상기 폴리비닐피놀리돈은 상기 금속 전구체 10중량부에 대하여 30 내지 70중량부로 혼합할 수 있다.
여기서 상기 환원제는 글루코스, 아스코빅산, 탄닌산, 디메틸포름아미드, , 테트라부틸암모늄 보로하이드라이드, NaBH4, LiBH4, 및 N2H4로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 화합물을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면 상기 환원제는 글루코스가 바람직하고, 상기 금속 전구체에 대하여 0.2 내지 0.5 몰비로 혼합되는 것이 바람직하다.
여기서 상기 금속 전구체는 금, 은, 구리, 니켈, 아연, 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 이리듐, 오스뮴, 텅스텐, 탄탈, 티탄, 알루미늄, 코발트, 철 및 이들 중 둘 이상의 금속으로 이루어진 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 금속을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면 상기 금속 전구체는 AgNO3, AgBF4, AgPF6, Ag2O, CH3COOAg, AgCF3SO3, AgClO4, AgCl 및 CH3COCH=COCH3Ag로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이상의 화합물이다.
여기서 상기 알코올계 화합물은 메탄올, 에탄올, 에틸렌 글리콜 및 디에틸 렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이상의 화합물일 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 알코올계 화합물은 상기 금속 전구체 10중량부에 대하여 30 내지 50중량부로 혼합될 수 있다.
여기서 상기 단계(c)의 에틸렌 글리콜은 상기 캐핑분자 1 중량부에 대하여 2 내지 10 중량부로 첨가할 수 있으며, 상기 단계(b)의 반응시간은 30분 내지 4시간인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 금속 나노 입자의 제조방법에 의해 제조된 금속 나노 입자를 제시할 수 있다.
여기서 상기 금속 나노 입자는 상기 폴리비닐피놀리돈에 의해 캐핑된 금속 나노 입자 일 수 있고, 바람직한 실시예에 따르면, 상기 폴리비닐피놀리돈 입자는 5 내지 10중량%인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 상술한 금속 나노 입자를 포함하는 도전성 잉크를 제시할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 금속 나노 입자의 제조방법과 이에 의해 제조된 금속 나노 입자에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 금속 나노 입자를 제조하기 위하여 에틸렌 글리콜, 캐핑분자 및 환원제를 혼합하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 에틸렌 글리콜은 별도로 첨가되는 환원제와 함께 금속 전구체를 환원시켜 미 반응물의 형성을 억제하여 높은 수율의 금속 나노 입자가 형성될 수 있도록 한다. 또한 에틸렌 글리콜은 금속 전구체를 용해시키는 용매로 사용될 수 있다. 에틸렌 글린콜은 또 과량의 아세톤과 함께 첨가되어 미반응 PVP를 제거하고 반응을 종료시키는 역할을 한다. 종래에는 에틸렌 글리콜이 용매이면서 환원제 역할을 하는 경우가 있으나 에틸렌 글리콜의 환원능력이 떨어져 반응 수율이 낮은 문제점이 있었다. 그러나 본 발명에 있어서 에틸렌 글리콜은 위와 같이 다양한 역할을 수행하여 고농도, 고수율의 금속 나노 입자를 제조하기 위한 중요한 화합물로 사용되고 있다.
여기서 캐핑분자(capping molecular)는 금속 입자가 용매 상에서 안정적으로 성장하여 나노 사이즈를 이룰 수 있도록 금속 입자를 둘러싸는 분자를 말한다. 이러한 캐핑분자는 공지의 화합물이 사용될 수 있으며, 일반적으로 산소, 질소, 황 원자를 가지는 화합물이 사용되고 있다. 보다 구체적으로는 티올기(-SH), 아민기(-NH2), 카르복실기(-COOH)를 가지는 화합물이 캐핑분자로 사용될 수 있으며, 본 발명 실시예에 따르면 티올기(-SH), 아민기(-NH2), 카르복실기(-COOH)를 가지는 화합물이 사용될 수 있으며, 본 발명 바람직한 실시예에 따르면, 즉 PVP(Poly Vinyl Pyrrolidone)이 바람직하다. 이 PVP는 금속 나노 입자와 강하게 결합하여 수득되는 금속 나노 입자의 분산 안정성을 높여, 재분산 시 높은 분산도를 가질 수 있도록 하기 때문이다.
에틸렌 글리콜만으로 금속 전구체를 환원시키면 다량의 미 반응물이 발생하여 금속 나노 입자의 수율이 떨어지게 된다. 따라서 본 발명에서 금속 나노 입자의 수율을 높이기 위하여 환원제를 첨가할 수 있다. 이러한 환원제는 반드시 이에 한정되는 것은 아니나, 수산화붕소염으로 NaBH4, LiBH4, 테트라부틸암모늄 보로하이드라이드(tetrabutylammonium borohydride)(TBAB), 하이드라진계 화합물로 N2H4과 글루코스, 아스코빅산, 탄닌산 등의 산 이외에도 디메틸포름아미드(DMF) 등을 예로 들 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 글루코스를 사용하였는데, 값이 싸고, 친환경적이며, 물이나 알코올계 화합물에 잘 녹기 때문이다. 글루코스의 하이드록시기가 산화되면 알데히드로 바뀌는 과정에서 전자를 내놓을 수 있기 때문에 환원제로 사용된다.
이 단계에서 환원 역할을 하면서 PVP를 용해시키기 위해 에틸렌 글리콜은 혼합하는데, 이때 에틸렌 글리콜은 금속 전구체 10중량부에 대하여 100 내지 200중량부로 혼합시키는 것이 바람직한데, 이는 환원제와 함께 금속 전구체를 환원시키기 가장 적합한 양이기 때문이다. 이때 200중량부 이상의 에틸렌 글리콜을 첨가하더라도 첨가된 양만큼 금속 나노 입자가 더 수득되는 것은 아니기 때문에 이 이상의 에틸렌 글리콜을 첨가하는 것은 비경제적이다.
또한 캐핑분자는 금속 전구체 10중량부에 대하여 30 내지 70중량부로 혼합하는 것이 바람직하다. 캐핑분자가 30중량부 이하이면 형성되는 금속 입자가 나노 사이즈 이상으로 불균일하게 커지게 되고, 완전하게 캐핑된 금속 나노 입자를 얻을 수 없어 분산 안정성이 떨어진다. 또 캐핑분자를 70중량부 이상 첨가하면 수율이 그만큼 증가하지 않아 제조단가만 증가하게 된다. 이때 캐핑분자로 PVP를 사용하는 경우 금속 전구체 10중량부에 대하여 30 내지 50중량부로 혼합하는 것이 바람직하다.
환원제는 금속 전구체 1몰에 대하여 0.2 내지 0.5 몰비로 혼합하는 것이 바람직하다. 이 비율로 첨가하는 것이 균일한 금속 나노 입자를 형성하면서, 미 반응물을 줄여 수율을 높일 수 있기 때문이다. 환원제를 0.5 몰비 이상으로 과량 첨가하면 금속 입자의 침전이 일어나고 불균일하게 입자가 성장한다. 환원제로 글루코스를 사용하는 경우 금속 전구체 10중량부에 대하여 1 내지 4중량부로 혼합하는 것이 바람직하다.
상온에서 에틸렌 글리콜에 PVP와 환원제를 완전히 녹인 후 이 혼합용액을 100 내지 140℃로 승온시킨다. 이 온도에서 금속 전구체와 에틸렌 글리콜의 혼합용액을 첨가하면 균일한 입자분포를 가지는 금속 나노 입자를 소망하는 크기로 얻을 수 있다. 만약 에틸렌 글리콜과 PVP, 환원제의 혼합용액에 금속 전구체와 에틸렌 글리콜의 혼합용액을 첨가한 후 승온하게되면 금속 입자는 불균일하게 형성되며, 입자의 크기가 커져 바람직하지 않다.
본 발명에 사용되는 금속 전구체는 공지의 금속 나노 입자의 제조에 사용되고 있는 화합물이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 알코올 환원법에 적합한 금속 전구체이면 바람직하게 사용될 수 있다.. 반드시 이에 한정되는 것은 아니나, 이러한 금속 전구체의 예로, 금, 은, 구리, 니켈, 아연, 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 이리듐, 오스뮴, 텅스텐, 탄탈, 티탄, 알루미늄, 코발트, 철 및 이들 중 둘 이상의 금속으로 이루어진 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상의 금속을 포 함하는 것이 바람직하다.
구체적으로 이러한 금속 전구체의 예로 상술한 하나이상의 금속의 금속의 질산염, 탄산염, 염화물, 인산염, 붕산염, 산화염, 술폰산염, 황산 등의 무기산염이나 스테아린산염, 미리스틴산염, 아세트산염 등의 유기산염을 사용할 수 있다. 경제적인 측면에서 범용적으로 사용되고 있는 이들 금속의 질산염을 사용하는 것이 바람직하다. 보다 구체적인 금속 전구체의 예로, 이에 한정되는 것은 아니나, 은 전구체로 AgNO3, AgBF4, AgPF6, Ag2O, CH3COOAg, AgCF3SO3, AgClO4, AgCl, CH3COCH=COCH3Ag, 구리 염으로 Cu(NO3), CuCl2, CuSO4, 니켈 염으로 NiCl2, Ni(NO3)2, NiSO4 등을 들 수 있다.
이 금속 전구체를 알코올계 화합물에 완전히 녹인 후 에틸렌 글리콜과 캐핑분자, 환원제의 혼합액과 혼합시킨다. 고상의 금속 전구체를 상기 혼합액이 투입하면 불균일한 반응이 일어날 수 있기 때문이다. 이때 금속 전구체 용액을 단시간에 1회에 상기 혼합액에 첨가하는 것이 바람직하다. 이는 수 차례에 나누어서 금속 전구체가 첨가되면, 첨가되는 시간에 따라 형성되는 금속 나노 입자의 크기가 달라져 결과적으로 불균일한 입도분포를 가지는 금속 나노 입자가 형성될 수 있기 때문이다.
여기서 알코올계 화합물은 알코올기(-OH)를 가지는 화합물을 말하며, 이에 한정되는 것은 아니나, 화합물은 메탄올, 에탈올, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜을 예로 들 수 있다. 이러한 알코올계 용매는 환원제로 사용된 PVP나 에틸렌 글리 콜과 잘 혼합될 수 있다. 이러한 알코올계 화합물은 금속 전구체 10중량부에 대하여 30 내지 50중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 이는 금속 전구체를 녹이기에 적합한 양이다.
위와 같은 반응은 30분 내지 4시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 4시간이상 과도한 반응시간은 반응용기의 벽면에 금속 입자를 침전시키므로 바람직하지 않다.
상기 화합물들이 반응하여 입자의 핵이 형성되고 입자가 성장하여 금속 나노 입자가 제조된다. 소망하는 크기의 금속 나노 입자가 형성되어 반응이 종료하면 다시 에틸렌글리콜을 넣어준 다음 과량의 아세톤을 넣어준다. 이들은 반응 부산물이나 미반응물로부터 용해도차에 의하여 금속 나노 입자를 분리한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 부가하는 아세톤은 전 단계의 용액의 총중량 100중량부에 대하여 200 내지 300중량부가 바람직하다. 아세톤 이외에도 메탄올이나 에탄올, 또는 이들의 혼합용액을 사용할 수 있다. 또 추가로 첨가되는 에틸렌 글리콜은 캐핑분자의 1 중량부에 대하여 2 중량부 이상 첨가하는 것이 바람직하고, 2 내지 10 중량부로 첨가하는 것이 더 바람직하다. 이 정도로 에틸렌 글리콜과 아세톤을 첨가하여야 PVP에 의해 캐핑된 금속 나노 입자를 미 반응물이나 반응부산물과 용해도차에 의해 선택적으로 분리할 수 있다. 고효율의 금속 나노 입자의 제조에 있어서 반응 종결단계에서 아세톤만으로 금속 입자를 분리할 경우 반응 부산물부터 원활하게 분리할 수 없으므로 여분의 에틸렌 글리콜을 넣어주는 것이다. 따라서 본 발명과 같이 고농도, 고효율의 금속 나노 입자를 얻기 위해서는 반응 종 결단계에서 에틸렌 글리콜을 첨가하여야 한다.
이와 같은 제조방법에 의하여 얻어진 금속 나노 입자를 에탄올에 50 중량% 이상의 고농도로 분산시키고 5000rpm으로 10분 동안 원심분리시켰을 때 98%이상의 분산 안정성을 유지한다. 종래 기술에 의해 얻어진 금속 나노 입자를 위와 같은 방법으로 원심분리시키면 0.1 중량%로 분산안정성이 매우 낮다.
또 도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제조된 금속 나노 입자의 TGA(Thermo Gravimetric Analysis) 결과 데이터이다. 도 1을 참고하면, 원심분리된 금속 나노 입자를 완전 건조하여 TGA 결과 93 중량%의 은 입자에 7 중량%의 PVP가 결합되어 있는 것을 확인하였다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예들에 따라 제조된 금속 나노 입자의 FE-SEM의 분석 결과이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제조된 금속 나노 입자의 UV-VIS 분광법에 따른 결과 그래프이다. 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제조된 금속 나노 입자의 입도분석결과 데이터이다. 이러한 입도분석 결과 평균 10 내지 30nm의 금속 나노 입자를 얻을 수 있으며, 입자의 분포도도 고르게 나타나는 것을 알 수 있다.
이상에서 금속 나노 입자의 제조방법을 일반적으로 설명하였으며, 이하에서는 구체적인 실시예를 기준으로 설명하기로 한다. 은 나노 입자의 제조방법을 위주로 기재하였으나 이에 한정되지 않고, 다른 금속 나노 입자의 제조에도 사용할 수 있음은 물론이다.
[실시예 1]
에틸렌 글리콜을 200g에 PVP 30g, 글루코스 6.5g을 완전히 녹인 후 반응 플라스크에 넣는다. 반응기의 온도를 120℃까지 올렸다. 질산은 20g을 에틸렌 글리콜 60g에 완전히 녹인 후 반응 플라스크에 빠르게 주입시킨 후 35분 동안 교반하였다. 반응 종결물에 200g의 에틸렌 글리콜을 첨가한 다음 1200㎖의 아세톤을 넣고 원심분리를 거쳐 은 나노 입자만 선택적으로 분리하였다. 은 나노 입자를 완전히 건조시켰을 때 10.3g의 분말을 얻었다. 이를 FE-SEM을 통해 입도 분포를 확인한 결과 도 1과 같이 16nm의 균일한 나노 입자가 합성 되었음을 확인 할 수 있었다.
[실시예 2]
에틸렌 글리콜을 200g에 PVP 30g, 글루코스 1g을 완전히 녹인 후 반응 플라스크에 넣는다. 반응기의 온도를 120℃까지 올렸다. 질산은 10g을 에틸렌 글리콜 50g에 완전히 녹인 후 반응 플라스크에 빠르게 주입시킨 후 30분 동안 교반하였다. 반응 종결물을 실온까지 식힌 다음 200g의 에틸렌 글리콜을 첨가한 다음 1500㎖의 아세톤을 넣고 원심분리를 거쳐 은 나노 입자만 선택적으로 분리하였다. 은 나노 입자를 완전히 건조시켰을 때 5g의 분말을 얻었다. 이를 FE-SEM을 통해 입도 분포를 확인한 결과 도 2에 도시된 바와 같이 25nm의 균일한 나노 입자가 합성 되었음을 확인 할 수 있었다.
[비교예 1]
에틸렌 글리콜 200g에 PVP 100g을 완전히 녹인 후 반응 플라스크에 넣은 후 교반시키면서 반응용기의 온도를 120℃로 올린다. 60g의 에틸렌 글리콜에 질산은 20g을 완전히 녹인 후 반응 플라스크에 빠르게 주입시킨 후 35분 동안 반응시켰다. 반응 종료 후 150g의 에틸렌 글리콜을 반응 플라스크에 넣어 반응을 완전히 중단시킨 다음 1500㎖의 아세톤을 이용하여 은 나노 입자만을 선택적으로 분리한 다음 완전히 건조하였다. 최종적으로 12g의 은 나노 입자를 얻을 수 있었다. 이를 입도 분석한 결과 입자의 평균크기는 15nm정도였다.
이상과 같이 실시예들에서 수득되는 금속 나노 입자는 사용된 금속 이온에 대하여 50 중량%이상의 수율을 가지는데 반하여, 비교예에서 수득되는 금속 나노 입자는 수율은 이보다 낮았다.
또 실시예들에서 얻어진 금속 나노 입자를 에탄올에 50 중량% 이상의 고농도로 분산시키고 5000rpm으로 10분 동안 원심분리시켰을 때 98%이상의 분산 안정성을 유지한다. 비교예에 의해 얻어진 금속 나노 입자를 위와 같은 방법으로 원심분리시키면 0.1 중량% 밖에 남지 않고 분리되었다.
[도전성 잉크의 제조]
실시예 1 또는 2에 의해 제조된 내지 10 내지 30nm의 은 나노 입자 100g을 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르 아세테이트와 에탄올 수용액에 넣고, 울트라 소니케이터로 분산시켜 20cps의 도전성 잉크를 제조하였다. 이렇게 제조된 도전성 잉크는 잉크젯 방식으로 회로 기판에 인쇄되어 도전성 배성을 형성할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 금속 나노 입자의 제조방법은 이종 환원제를 사용하여 미 반응물을 현저히 감소시켜 균일한 크기로 고수율의 금속 나노 입자를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 금속 나노 입자의 제조방법은 에틸렌 글리콜을 사용하여 소망하는 금속 나노 입자를 효율적으로 분리할 수 있다. 또 본 발명의 금속 나노 입자는 폴리비닐피놀리돈(PVP)으로 캐핑되어 분산 안정성이 높다. 본 발명은 또한 이러한 금속 나노 입자를 포함하는 도전성 잉크를 제공한다.

Claims (22)

  1. (a) 에틸렌 글리콜, 캐핑분자로서 티올기(-SH), 아민기(-NH2) 및 카르복실기(-COOH)로부터 선택되는 작용기를 가지는 화합물 및 환원제로서 글루코스, 아스코빅산, 탄닌산, 디메틸포름아미드, 테트라부틸암모늄 보로하이드라이드, NaBH4, LiBH4, 및 N2H4로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 혼합하는 단계;
    (b) 은 전구체, 구리 전구체 및 니켈 전구체로부터 선택되는 하나의 금속 전구체를 알코올계 화합물과 혼합하여 상기 단계(a)의 혼합액과 반응시키는 단계; 및
    (c) 아세톤과 에틸렌 글리콜을 상기 단계(b)의 반응액에 첨가하여 반응을 종결하는 단계;
    를 포함하는 금속 나노 입자의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(b) 전에 상기 단계(a)의 혼합액을 100 내지 140℃로 승온시키는 금속 나노 입자의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(a)의 상기 에틸렌 글리콜은 상기 금속 전구체 10중량부에 대하여 100 내지 200중량부로 혼합하는 금속 나노 입자의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(b)에서 상기 금속 전구체와 상기 알코올계 화합물의 혼합액을 상기 단계(a)의 혼합액과 1회에 단시간에 첨가하여 반응시키는 금속 나노 입자의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(c)를 거친 용액을 원심분리를 통하여 금속 나노 입자를 회수하는 단계를 더 포함하는 금속 나노 입자의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐핑분자는 폴리비닐피놀리돈인 금속 나노 입자의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 폴리비닐피놀리돈은 상기 금속 전구체 10중량부에 대하여 30 내지 70중량부로 혼합하는 금속 나노 입자의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 환원제는 글루코스인 금속 나노 입자의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 환원제는 상기 금속 전구체에 대하여 0.2 내지 0.5 몰비로 혼합되는 금속 나노 입자의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 은 전구체는 AgNO3, AgBF4, AgPF6, Ag2O, CH3COOAg, AgCF3SO3, AgClO4, AgCl 및 CH3COCH=COCH3Ag로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물인 금속 나노 입자의 제조방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 알코올계 화합물은 메탄올, 에탄올, 에틸렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이상의 화합물인 금속 나노 입자의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 알코올계 화합물은 상기 금속 전구체 10중량부에 대하여 30 내지 50중량부로 혼합되는 금속 나노 입자의 제조방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(c)의 에틸렌 글리콜은 상기 캐핑분자 1중량부에 대하여 2 내지 10중량부로 첨가하는 금속 나노 입자의 제조방법.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계(b)의 반응시간은 30분 내지 4시간인 금속 나노 입자의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 폴리비닐피놀리돈에 의해 캐핑된 금속 나노 입자로서, 청구항 1의 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 금속 나노입자.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 폴리비닐피놀리돈 입자는 5 내지 10중량%인 금속 나노 입자.
  20. 삭제
  21. 청구항 1에 있어서,
    상기 구리 전구체는 Cu(NO3), CuCl2 및 CuSO4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물인 금속 나노 입자의 제조방법.
  22. 청구항 1에 있어서,
    상기 니켈 전구체는 NiCl2, Ni(NO3)2 및 NiSO4 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물인 금속 나노 입자의 제조방법.
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