KR100830871B1 - 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법 및 이에 의해표면개질된 잉크젯용 금속 나노입자 - Google Patents

비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법 및 이에 의해표면개질된 잉크젯용 금속 나노입자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법 및 이에 의해 표면개질된 잉크젯용 금속 나노입자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a) 입자 표면에 비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자와 알코올 또는 티올계 용매를 혼합하는 단계; (b) 카르복시기의 헤드부를 포함하는 캐핑분자를 (a)단계의 혼합물에 가하고 혼합하는 단계; 및 (c) 상기 금속 나노입자를 (b)단계의 혼합물로부터 분리하는 단계;를 포함하는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법 및 이에 의하여 표면개질된 잉크젯용 금속 나노입자에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 기존의 톤 스케일로 양산되어 있는 비분산성 나노입자를 잉크젯용 나노입자로 변환시킬 수 있어 대량생산이 가능하다.
비분산성, 금속 나노입자, 비정질 탄소층, 표면개질, 잉크젯용, 페이스트용, 분산성

Description

비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법 및 이에 의해 표면개질된 잉크젯용 금속 나노입자{Method for surface modification of nondispersible metal nanoparticles and modified metal nanoparticles for inkjet by the same method}
도 1은 플라즈마를 이용한 일반적인 나노입자의 합성과정을 보여주는 개략도이고,
도 2는 플라즈마를 이용하여 합성된 구리 나노입자의 FE-SEM 사진이고,
도 3은 플라즈마법으로 합성된 나노입자의 모식도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면개질방법의 대략적인 메커니즘이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면개질방법의 대략적인 메커니즘이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표면개질방법의 대략적인 메커니즘이다.
본 발명은 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법 및 이에 의해 표면개질된잉크젯용 금속 나노입자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페이스트용으로 사용되는 비분산성 금속 나노입자를 화학적 표면 개질을 통하여 분산성을 갖도록 하여 잉크젯 프린팅에 사용할 수 있도록 하는 표면개질방법 및 이에 따라 표면개질된 잉크젯용 금속 나노입자에 관한 것이다.
나노 과학의 응용성이 현실화되면서 여러 각도에서 나노 구조체를 만들고 변형시키려는 노력이 급격하게 늘어나고 있다. 나노 과학의 대표적인 분야인 나노입자는 우수한 촉매 성질 때문에 깊이 연구되었으나, 최근에는 인쇄기술을 이용한 전자회로 형성기술(Printed Electronics)에 응용하기 위한 시도가 많이 있다. Printed Electronics에서 이와 같은 나노입자를 이용하는 이유는 전자부품에서 사용하는 배선의 선폭을 더욱 미세하게 하기 위함이다. 기존의 벌크 금속입자를 페이스트 방식으로 도포하거나 도금을 이용할 경우 미세 선폭을 실현하기 어렵게 때문이다. 따라서, 전도성을 가지는 금속 나노입자를 이용하여 초미세선폭을 구현하려 하는 것이다.
금속 나노입자를 응용적인 면에서 분류하면, 크게 페이스트용과 잉크젯용으로 나뉜다. 페이스트용 및 잉크젯용 나노입자의 가장 큰 차이점은 캐핑분자(capping molecule)의 존재 여부와 관련된다. 페이스트용 나노입자는 스크린 프린팅 등에 이용되는 것으로, 페이스트의 용매가 고점도이고, 추가 분산제의 첨가가 용이하기 때문에 캐핑분자가 존재하지 않아도 된다. 반면, 잉크젯용 나노입자는 추가 분산제를 많이 첨가할 경우, 점도 및 표면 장력에 영향을 주어 토출 안정성에 악영향을 주고, 이를 전도성 배선에 응용하는 경우 전도도를 감소시키기 때문에 나노입자가 스스로 분산안정성을 갖도록 하기 위하여 캐핑분자가 나노입자에 결합되어 있어야 한다.
따라서, 기존의 페이스트용 나노입자는 플라즈마법 등으로 저가 대량생산이 가능함에도 불구하고, 이를 잉크젯용으로 활용할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 페이스트용으로 사용되는 비분산성 금속 나노입자를 잉크젯용으로 사용할 수 있도록 화학적으로 표면개질하여 분산성을 갖게 하는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 의하여 표면개질된 잉크젯용 금속 나노입자를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서,
(a) 입자 표면에 비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자와 알코올 또는 티올계 용매를 혼합하는 단계;
(b) 카르복시기의 헤드부를 포함하는 캐핑분자를 (a)단계의 혼합물에 가하고 혼합하는 단계; 및
(c) 상기 금속 나노입자를 (b)단계의 혼합물로부터 분리하는 단계;
를 포함하는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법을 제공한다.
상기 비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자는 플라즈마 합성법에 의하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 알코올 또는 티올계 용매는 금속 나노입자 100중량부에 대하여 100 내지 5000중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 일 실시예에 따르면, 상기 (a)단계의 혼합은 환류반응을 통하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a)단계 다음에, (a)단계에서의 혼합물에 톨루엔을 가하는 단계; 및 상기 혼합물을 알코올 또는 티올계 용매의 끓는점 이상의 온도에서 가열하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 톨루엔은 금속 나노입자 100중량부에 대하여 500 내지 5000중량부로 가해지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a)단계는 염산, 질산 및 황산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 산을 더 가하여 혼합할 수 있다.
여기서, 상기 산의 농도는 0.0001 내지 1M이고, 상기 산은 금속 나노입자 1g당 0.1 내지 10㎖의 비율로 가해지는 것이 바람직하다.
또한, 산을 더 가하여 혼합할 때 (a)단계에서의 반응시간은 1 내지 30분인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 캐핑분자로서 친수성기의 테일부를 포 함하는 것을 사용하여, 비분산성 나노입자를 수용성 유기용매에 분산되는 나노입자로 표면개질할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 캐핑분자로서 소수성기의 테일부를 포함하는 것을 사용하여, 비분산성 나노입자를 비수용성 유기용매에 분산되는 나노입자로 표면개질할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 캐핑분자는 금속 나노입자 100중량부에 대하여 10 내지 3000중량부로 가해지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b)단계의 혼합은 환류반응을 통하여 수행될 수 있다. 여기서, 상기 (b)단계에서의 반응 시간은 1 내지 10시간인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에서는,
입자 표면에 비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자를 파이(π)결합을 가지는 헤드부를 포함하는 캐핑분자로 처리하는 단계를 포함하는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 처리단계는 비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자를 알코올 용매에 넣고 교반한 뒤, 파이(π)결합을 가지는 헤드부를 포함하는 캐핑분자를 더 넣고 교반하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파이(π)결합을 가지는 헤드부는 알케닐기, 아릴기 및 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 캐핑분자로서 친수성기의 테일부를 포 함하는 것을 사용하여, 비분산성 나노입자를 수용성 유기용매에 분산되는 나노입자로 표면개질할 수 있으며, 또한 상기 캐핑분자로서 소수성기의 테일부를 포함하는 것을 사용하여, 비분산성 나노입자를 비수용성 유기용매에 분산되는 나노입자로 표면개질할 수 있다.
여기서, 상기 캐핑분자의 함량은 금속 나노입자 100중량부에 대하여 10 내지 3000중량부인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 캐핑분자로 처리하는 단계 다음에, 상기 표면개질된 금속 나노입자를 친수성 또는 소수성의 작용기를 포함하는 고분자와 반응시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서는,
금속 나노입자;
상기 금속 나노입자의 입자표면에 코팅된 비정질 탄소층; 및
상기 비정질 탄소층에 결합된 캐핑분자;
를 포함하는 잉크젯용 금속 나노입자를 제공한다.
본 발명에 일 실시예에 따르면, 상기 잉크젯용 금속 나노입자는 비분산성 금속 나노입자를 상기 방법에 의하여 표면개질함으로써 제조될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법 및 이에 의해 표면개질된 잉크젯용 금속 나노입자에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 구체적인 실시예들을 설명하기에 앞서, 일반적인 플라즈마 합성법 에 의하여 제조된 페이스트용 나노입자에 대하여 먼저 설명하기로 한다.
일반적으로 스크린 프린팅에 사용되는 페이스트용 나노입자는 플라즈마 합성법에 의하여 주로 합성이 이루어진다. 도 1은 플라즈마를 이용한 나노입자 합성법을 개략적으로 나타낸 도면이다. 고출력의 마이크로웨이브를 이용해 가스가 플라즈마 상태로 활성화되고, 플라즈마 토치를 이용하여 주입된 원재료로부터 나노 사이즈의 입자를 회수하게 된다. 이와 같은 방법으로 합성된 나노입자는 플라즈마의 고온을 이용하기 때문에 전구체의 유기물이 탄화되어 나노입자 최외곽에 비정질 탄소층을 이루게 된다. 그 결과 플라즈마 합성에 의한 나노입자는 점도가 높은 페이스트용으로 사용할 수는 있어도, 입자만의 자체 분산력은 떨어지기 때문에 잉크젯용으로 사용하는 것은 불가능하다.
도 2는 일반적인 플라즈마를 이용하여 생성한 구리 나노입자의 FE-SEM 사진이다. 도 2를 참조하면, 입자 크기가 100nm 이하이지만 개개의 나노입자는 입자 표면에 비정질 탄소층으로 코팅되어 있다. 도 3은 비정질 탄소층으로 코팅된 나노입자를 개략적으로 도시한 것이다. 개개의 나노입자가 분산력을 갖기 위해서는 나노입자 표면에 코팅된 비정질 탄소층에 캐핑분자가 그래프팅되어야 한다.
본 발명에서는 이와 같이 분산력이 없는, 비정질 탄소층으로 코팅된 일반적인 나노입자를 분산력을 갖도록 표면개질하여 잉크젯용으로 활용하고자 한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법의 개략적인 메커니즘을 도시한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법은,
(a) 입자 표면에 비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자와 알코올 또는 티올계 용매를 혼합하는 단계; (b) 카르복시기의 헤드부를 포함하는 캐핑분자를 (a)단계의 혼합물에 가하고 혼합하는 단계; 및 (c) 상기 금속 나노입자를 (b)단계의 혼합물로부터 분리하는 단계;를 포함한다.
비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자를 높은 온도에서 알코올 또는 티올계 용매를 이용하여 혼합 반응시키면, 표면의 비정질 탄소층의 이중결합이 끊어지면서 히드록시기(-OH) 또는 티올기(-SH), 또는 후술하는 바와 같이 산을 함께 가할 경우엔 카르복시기(-COOH), 술폰산기(-SO3H) 등의 작용기를 갖도록 변화시킬 수 있다. 상기 작용기를 카르복시기의 헤드부를 포함하는 캐핑분자와 중합반응을 시키면 캐핑분자의 테일부 종류에 따라 수용성 또는 비수용성의 유기용매에 분산가능한 나노입자로 표면개질할 수 있다.
본 발명에 따른 표면개질방법은, 우선 입자 표면에 비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자와 알코올 또는 티올계 용매를 혼합한다. (a단계)
상기 비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자는 위에서 설명한 바와 같이 일반적인 플라즈마 합성법에 의하여 제조된 것을 사용할 수 있다.
상기 알코올 또는 티올계 용매는 금속 나노입자 100중량부에 대하여 100 내지 5000중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 용매의 함량이 100중량부 미만이면 금속 나노입자가 응집되어 활성화 작용기의 부착이 완전하지 않을 수 있으며, 5000중량부를 초과하면 과량의 용매가 반응하지 않고 남겨질 수 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명에 일 실시예에 따르면, 상기 (a)단계의 혼합은 환류반응을 통하여 수행될 수 있다. (a)단계의 혼합은 알코올 또는 티올계 용매를 끓는점을 넘지 않는 범위의 고온에서 교반하면서 혼합시킬 수도 있으며, 바람직하게는 환류반응을 통하여 혼합시키는 것이 보다 좋다. 환류는 용매의 온도를 기화온도로 일정하게 유지시켜 준다. 환류시 교반을 계속해 주는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 질산 등의 산을 더 가하지 아니하고 알코올 또는 티올계 용매만을 사용하여 혼합시킬 경우 비정질 탄소층에 히드록시기 또는 티올기 등의 작용기가 더 잘 형성될 수 있도록 (a)단계에서의 혼합물에 톨루엔을 더 가해줄 수 있다. 톨루엔을 가한 다음, 상기 혼합물을 알코올 또는 티올계 용매의 끓는점 이상의 온도로 가열한다. 이와 같이 용매의 끓는점 이상의 온도로 가열하게 되면, 반응이 격렬해져서 작용기의 형성이 보다 용이해지고, 또한 여분의 용매는 제거된다.
여기서, 상기 톨루엔은 금속 나노입자 100중량부에 대하여 500 내지 5000중량부로 가해지는 것이 바람직하다. 톨루엔의 함량이 500중량부 미만이면 작용기의 부착이 완전하지 않을 수 있고, 5000중량부를 초과하면 필요없는 시약의 사용으로 단가가 상승한다.
상기 반응에 의하여 비정질 탄소층의 이중결합을 끊어서 히드록시기를 형성하고 나면, 이어서, 상기 카르복시기의 헤드부를 포함하는 캐핑분자를 (a)단계를 거친 혼합물에 가하고 혼합한다. (b단계)
캐핑분자의 카르복시기는 비정질 탄소층에 형성된 히드록시기와의 중합반응을 통하여 비정질 탄소에 강하게 결합될 수 있다. 캐핑분자의 테일부 종류에 따라 상기 금속 나노입자는 수용성 또는 비수용성 유기용매에 분산될 수 있다. 캐핑분자로서 친수성기의 테일부를 포함하는 것을 사용하면, 비분산성 나노입자를 수용성 유기용매에 분산되는 나노입자로 표면개질할 수 있으며, 캐핑분자로서 소수성기의 테일부를 포함하는 것을 사용하면, 비분산성 나노입자를 비수용성 유기용매에 분산되는 나노입자로 표면개질할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 캐핑분자는 금속 나노입자 100중량부에 대하여 10 내지 3000중량부로 가해지는 것이 바람직하다. 캐핑분자의 함량이 10중량부 미만이면 알킬산, 아미노산 등의 캐핑분자가 나노입자 표면을 전부 커버하지 못하여 바람직하지 못하고, 3000중량부를 초과하면 불필요한 사용으로 인하여 제조단가가 상승하여 바람직하지 못하다.
상기 (b)단계의 혼합과정은 환류반응을 통하여 수행하는 것이 바람직하다. 또한, (b)단계에서의 반응 시간은 1 내지 10시간인 것이 바람직하다. 반응시간이 1시간 미만이면 캐핑분자가 완전히 결합되지 못한 상태로 반응이 종료될 수 있으며, 10시간이 초과하면 반응수율 상에 더 이상의 효과가 없어서 바람직하지 않다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a)단계는 염산, 질산 및 황산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 산을 더 가하여 혼합할 수 있다. 산을 더 가하여 표면개질하는 경우의 개략적인 메커니즘은 도 5에 나타내었다.
도 5를 참조하면, 알코올 등의 용매 하에서 산을 더 가할 경우 금속 나노입 자는 (a)단계에서 비정질 탄소의 이중결합이 끊어지면서 카르복시기(-COOH), 술폰산기(-SO3H) 등의 작용기로 치환될 수 있으며, 이어 캐핑분자와의 혼합반응으로 상기 작용기와 카르복시기가 중합반응하여 결합을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 산의 농도는 0.0001 내지 1M이고, 상기 산은 금속 나노입자 1g당 0.1 내지 10㎖의 비율로 가해지는 것이 바람직하다. 농도가 0.0001M 미만이거나 0.1㎖ 미만의 비율로 가해지게 되면 비정질 탄소층을 완전히 카르복시기 등의 작용기로 치환시킬 수 없으며, 농도가 1M를 초과하거나 10㎖를 초과하여 가해지게 되면 금속 나노입자에 손상을 가져올 수 있어 바람직하지 못하다.
또한, 산을 더 가하여 혼합할 때 (a)단계에서의 반응시간은 1 내지 30분인 것이 바람직하다. 반응시간 또한 1분 미만이면 비정질 탄소층을 완전히 카르복시기 등의 작용기로 치환시킬 수 없고, 30분을 초과하면 금속 나노입자가 손상될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법은, 입자 표면에 비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자를 파이(π)결합을 가지는 헤드부를 포함하는 캐핑분자로 처리하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
이와 같은 표면개질방법의 개략적인 메커니즘을 도 6에 도시하였다.
도 6을 참조하면, 상기 표면개질방법은 입자표면의 비정질 탄소층이 가지고 있는 파이(π)결합의 성질을 이용하여, 히드록시기 또는 카르복시기 등의 작용기를 도입하지 아니하고 알케닐기, 아릴기, 헤테로아릴기 등의 파이(π)결합을 헤드부에 포함하는 캐핑분자로 직접 처리함으로써 비분산성의 나노입자를 분산성을 가지도록 개질할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 처리단계는 비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자를 알코올 용매에 넣고 교반한 뒤, 파이(π)결합을 가지는 헤드부를 포함하는 캐핑분자를 더 넣고 교반하여 수행될 수 있다. 상기 파이(π)결합을 가지는 헤드부는 알케닐기, 아릴기 및 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 캐핑분자로서 친수성기의 테일부를 포함하는 것을 사용할 경우, 비분산성 나노입자를 수용성 유기용매에 분산되는 나노입자로 표면개질할 수 있으며, 또한 캐핑분자로서 소수성기의 테일부를 포함하는 것을 사용하면, 비분산성 나노입자를 비수용성 유기용매에 분산되는 나노입자로 표면개질할 수 있다.
여기서, 상기 캐핑분자의 함량은 금속 나노입자 100중량부에 대하여 10 내지 3000중량부인 것이 바람직하다. 그 이유에 대해서는 위에서 설명한 바와 같다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유기용매에 대한 분산력을 더욱 향상시키기 위하여 상기 캐핑분자로 표면개질된 금속 나노입자를 친수성 또는 소수성의 작용기를 포함하는 고분자와 더 반응시킬 수 있다.
본 발명에 따른 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법에 의하면, 기존에 톤 스케일로 양산되어 있는 비분산성 나노입자를 이용하여 현재 양산 스케일에 도달하기 힘든 잉크젯용 나노입자를 대량생산할 수 있다. 또한, 플라즈마 합성 등에 의한 비분산성 나노입자는 가격이 저렴하여 이를 변환시킨 잉크젯용 잉크의 가격도 효과적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서는, 금속 나노입자; 상기 금속 나노입자의 입자표면에 코팅된 비정질 탄소층; 및 상기 비정질 탄소층에 결합된 캐핑분자;를 포함하는 잉크젯용 금속 나노입자를 제공한다.
상기 잉크젯용 금속 나노입자는 비분산성 금속 나노입자를 위에서 설명한 방법으로 표면개질함으로써 제조될 수 있다. 이와 같이 표면개질된 금속 나노입자는 비정질 탄소층에 결합된 캐핑분자로 인하여 유기용매에 대한 분산성을 가질 수 있으므로 잉크젯용 나노잉크 제조시 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 예시하기로 하되, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
1g의 비정질탄소 코팅된 나노입자를 10ml의 에탄올에 교반하며 환류반응을 시켰다. 그 후, 30g의 톨루엔을 첨가하였다. 온도를 알콜의 끓는점 이상 올려 알콜을 제거하였다. 10g의 올레산을 용액에 첨가하고 용액을 환류 조건에서 4시간 동안 반응시켜 주었다. 그 후, 여과를 통해 나노입자를 분리하고 이를 30ml의 톨루엔으로 3회 이상 세척하였다. 50도씨의 진공오븐에서 건조를 하여 유기용매에 분산되는 나노입자를 수득하였다.
<실시예 2>
1g의 비정질탄소 코팅된 나노입자를 10ml의 에탄올에 교반해 주었다. 그 후, 1ml의 0.01M 질산을 넣어준 후, 환류 조건에서 10분간 반응시켰다. 그 후, 여과와 원심 분리를 통하여 나노입자를 분리하고 진공오븐에서 건조시켰다. 상기 나노입자 1g을 에탄올 10ml에 녹였다. 그 후 10g의 1-히드록시-2-나프토산(1-Hydroxy-2-naphthoic acid)을 용액에 첨가하고 용액을 환류 조건에서 4시간 동안 반응시켜 주었다. 그 후, 여과를 통해 나노입자를 분리하고 이를 30ml의 에탄올으로 3회이상 세척한다. 50℃의 진공오븐에서 건조를 하여 수계 용매에 분산되는 나노입자를 수득하였다.
<실시예 3>
1g의 비정질탄소 코팅된 나노입자를 10ml의 에탄올에 교반해 주었다. 그 후, 1ml의 0.01M 황산을 넣어준 후, 환류 조건에서 10분간 반응시켰다. 그 후, 여과와 원심 분리를 통하여 나노입자를 분리하고 진공오븐에서 건조시켰다. 그 후, 나노입자를 20ml SOCl2용액에서 65℃에서 한 시간 동안 반응시켜 표면의 카르복시기를 -COCl기로 치환시켰다. 표면 개질된 나노입자 1g을 에탄올 10ml에 녹였다. 그 후 10g의 1,2-bis-(10,12-tricosadiynoyl)-sn-glycero-3-phosphoethanolamine을 첨가하고 용액을 환류 조건에서 4시간 동안 반응시켜 주었다. 그 후, 여과를 통해 나노입자를 분리하고 이를 30ml의 에탄올으로 3회이상 세척하였다. 50℃의 진공오븐에서 건조를 하여 수계 용매에 분산되는 나노입자를 수득하였다.
<실시예 4>
1g의 비정질탄소 코팅된 나노입자를 10ml의 메탄올에 교반해 주었다. 그 후, 10g의 1-renepropylamine hydrochloride(PyrNH3)를 넣어주고 3시간 동안 교반하여 주었다. 그 후, 여과와 원심 분리를 통하여 나노입자를 분리하고 진공오븐에서 건조시켜 표면이 PyrNH3를 가진 나노입자를 었었다. 표면 개질된 나노입자 1g을 메탄올 10ml에 녹였다. 그 용액에 고분자인 polystylene sulfate sodium salt 10g을 넣고 5시간 동안 반응시켰다. 그 후, 여과를 통해 나노입자를 분리하고 이를 30ml의 에탄올으로 3회이상 세척한 뒤, 50℃의 진공오븐에서 건조를 하여 수계 용매에 분산되는 나노입자를 수득하였다.
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 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법에의하면 기존의 톤 스케일로 양산되어 있는 비분산성 나노입자를 잉크젯용 나노입자로 변환시킬 수 있어 대량생산이 가능하다. 이와 같이 표면개질된 금속 나노입자는 분산성을 갖게 되어 잉크젯용 나노잉크 제조시 사용될 수 있다.

Claims (24)

  1. (a) 입자 표면에 비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자와 알코올 또는 티올계 용매를 혼합하는 단계;
    (b) 카르복시기의 헤드부를 포함하는 캐핑분자를 (a)단계의 혼합물에 가하고 혼합하는 단계; 및
    (c) 상기 금속 나노입자를 (b)단계의 혼합물로부터 분리하는 단계;
    를 포함하는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자는 플라즈마 합성법에 의하여 제조되는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 알코올 또는 티올계 용매는 금속 나노입자 100중량부에 대하여 100 내지 5000중량부로 혼합되는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)단계의 혼합은 환류반응을 통하여 수행되는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)단계 다음에,
    (a)단계의 혼합물에 톨루엔을 가하는 단계; 및
    상기 혼합물을 알코올 또는 티올계 용매의 끓는점 이상의 온도에서 가열하는 단계;
    를 더 포함하는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 톨루엔은 금속 나노입자 100중량부에 대하여 500 내지 5000중량부로 가해지는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)단계는 염산, 질산 및 황산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어 도 하나의 산을 더 가하여 혼합하는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 산의 농도는 0.0001 내지 1M이고, 상기 산은 금속 나노입자 1g당 0.1 내지 10㎖의 비율로 가해지는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    산을 더 가하여 혼합할 때 (a)단계에서의 반응시간은 1 내지 30분인 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 캐핑분자로서 친수성기의 테일부를 포함하는 것을 사용하여, 비분산성 나노입자를 수용성 유기용매에 분산되는 나노입자로 표면개질하는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 캐핑분자로서 소수성기의 테일부를 포함하는 것을 사용하여, 비분산성 나노입자를 비수용성 유기용매에 분산되는 나노입자로 표면개질하는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 캐핑분자는 금속 나노입자 100중량부에 대하여 10 내지 3000중량부로 가해지는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 (b)단계의 혼합은 환류반응을 통하여 수행되는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 (b)단계에서의 반응 시간은 1 내지 10시간인 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  15. 입자 표면에 비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자를 파이(π)결합을 가지는 헤드부를 포함하는 캐핑분자로 처리하는 단계를 포함하는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 처리단계는 비정질 탄소층을 포함하는 금속 나노입자를 알코올 용매에 넣고 교반한 뒤, 파이(π)결합을 가지는 헤드부를 포함하는 캐핑분자를 더 넣고 교반하여 수행되는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 파이(π)결합을 가지는 헤드부는 알케닐기, 아릴기 및 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 캐핑분자로서 친수성기의 테일부를 포함하는 것을 사용하여, 비분산성 나노입자를 수용성 유기용매에 분산되는 나노입자로 표면개질하는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 캐핑분자로서 소수성기의 테일부를 포함하는 것을 사용하여, 비분산성 나노입자를 비수용성 유기용매에 분산되는 나노입자로 표면개질하는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질방법.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 캐핑분자의 함량은 금속 나노입자 100중량부에 대하여 10 내지 3000중량부인 비분산성 금속 나노입자의 표면개질 방법.
  21. 제 15항에 있어서,
    캐핑분자로 처리하는 단계 다음에,
    상기 표면개질된 금속 나노입자를 친수성 또는 소수성의 작용기를 포함하는 고분자와 반응시키는 단계를 더 포함하는 비분산성 금속 나노입자의 표면개질 방법.
  22. 금속 나노입자;
    상기 금속 나노입자의 입자표면에 코팅된 비정질 탄소층; 및
    상기 비정질 탄소층에 결합된 캐핑분자;
    를 포함하는 잉크젯용 금속 나노입자.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 잉크젯용 금속 나노입자는, 비분산성 금속 나노입자를 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 표면개질함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 잉크젯용 금속 나노입자.
  24. 삭제
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