KR100869547B1 - Method of synthesizing ordered FePt nano particles by ultrasonic gas phase process - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 전구체를 이용하고 초음파 분무와 화학 기상 응축법을 함께 적용하여 철-백금(FePt) 나노 입자를 합성하는 방법을 제안한다. 이 방법은 합성과 동시에 상변태를 일으켜 L10 규칙상 FePt 나노 입자를 얻을 수 있는 방법이다. 즉, 합성된 FePt 나노 입자를 열처리함으로써 fct 구조로 하는 것이 아니고, 합성하는 단계에서 이미 fct 구조를 갖는 FePt 나노 입자를 얻는 것이다. 본 발명에 의하면, 종래기술에서는 반드시 필요한 FePt 입자의 상변태 열처리 공정을 배제할 수 있으며 이로 인해 야기될 수 있는 입자간의 소결 및 강한 응집을 방지할 수 있다. 또한 다양한 유기 금속 전구체의 이용을 통한 나노 합금을 합성할 수 있으며, 본 발명으로 제조된 FePt 나노 입자를 분산시켜 도포하면 다양한 표면 위에 직접적으로 코팅이 가능하다. The present invention proposes a method for synthesizing iron-platinum (FePt) nanoparticles by using a metal precursor and applying ultrasonic atomization and chemical vapor condensation together. This method is a method in which phase transformation at the same time as the synthesis can be obtained to obtain FePt nanoparticles by L1 0 regular. In other words, the FePt nanoparticles are not heat-treated by the heat treatment of the synthesized FePt nanoparticles, but the FePt nanoparticles having the fct structure are already obtained in the synthesis step. According to the present invention, it is possible to exclude the phase transformation heat treatment process of the FePt particles, which is necessary in the prior art, and to prevent sintering and strong agglomeration between the particles which can be caused thereby. In addition, it is possible to synthesize a nano-alloy through the use of a variety of organic metal precursors, it is possible to coat directly on a variety of surfaces by dispersing and coating the FePt nanoparticles prepared by the present invention.

Description

초음파 기상 합성법에 의한 규칙격자를 가진 철-백금 나노 입자 합성 방법{Method of synthesizing ordered FePt nano particles by ultrasonic gas phase process}Method of synthesizing ordered FePt nano particles by ultrasonic gas phase process

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 철-백금(FePt) 나노 입자 합성 방법의 순서도이다.1 is a flow chart of the iron-platinum (FePt) nanoparticles synthesis method according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 합성 방법이 진행되는 개략적인 장비 구성도이다.FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the construction of the synthesis method of FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 실험예로 얻은 FePt 나노 입자에 대한 XRD(X-Ray diffraction) 그래프이다.3 is an XRD (X-Ray diffraction) graph of the FePt nanoparticles obtained by the experimental example according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 실험예로 얻은 FePt 나노 입자의 TEM(transmission electron microscopy) 사진이다.4 is a transmission electron microscopy (TEM) photograph of FePt nanoparticles obtained as an experimental example according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 실험예로 얻은 FePt 나노 입자의 자화 곡선이다. 5 is a magnetization curve of FePt nanoparticles obtained by the experimental example according to the present invention.

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

5...이송 가스 라인 7...MFC 10...소스 라인5 ... feed gas line 7 ... MFC 10 ... source line

20...초음파 발생기 30...튜브 40...반응기20 ... ultrasonic generators 30 ... tubes 40 ... reactors

42...발열체 44...FePt 나노 입자 50...포집기 42 ... heating element 44 ... FePt nanoparticles 50 ... collector

본 발명은 나노 입자의 합성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 전구체로부터 철-백금(FePt) 나노 입자를 합성하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for synthesizing nanoparticles, and more particularly, to a method for synthesizing iron-platinum (FePt) nanoparticles from a metal precursor.

최근, 규칙상(ordered phase)을 가진 나노 크기(약 100nm 이하의 직경)의 재료, 특히 FePt, CoPt 등이 차세대 고밀도 자기 기록매체로 주목받고 있다. 규칙상을 가진 FePt 나노 입자는 높은 자기이방성(6.6 × 107 erg/cm3)을 가지고 있기 때문에, 기존의 기록매체(CoPtCr)에서 문제가 되었던 초상자성 효과(superparamagnetic effect)를 해결할 수 있는 획기적인 대체 재료이다.Recently, nano-sized (diameter less than about 100 nm) materials having an ordered phase, in particular FePt, CoPt, etc. have attracted attention as the next generation high density magnetic recording medium. Since regular FePt nanoparticles have high magnetic anisotropy (6.6 × 10 7 erg / cm 3 ), it is a revolutionary alternative to the superparamagnetic effect that has been a problem in conventional recording media (CoPtCr). Material.

기존 FePt 나노 입자의 제조는 크게 물리적 증착법과 화학 합성법으로 나눌 수 있다. The production of existing FePt nanoparticles can be largely divided into physical vapor deposition and chemical synthesis.

먼저 물리적 증착법의 경우 FePt 합금을 타켓으로 사용한 스퍼터링, Fe와 Pt를 각각 증착하는 방식, 또는 열적 에너지를 이용하여 재료를 증기화시켜 이를 준비된 기판에 증착하는 방식이 있다. 그리고 화학 합성법의 경우 침전, 분무, 수열, 졸겔법 등의 액상법이 대표적이다. First, in the case of physical vapor deposition, there is a method of sputtering using a FePt alloy as a target, a method of depositing Fe and Pt respectively, or a method of vaporizing a material using thermal energy and depositing it on a prepared substrate. In the case of chemical synthesis, liquid phase methods such as precipitation, spraying, hydrothermal, and sol-gel are typical.

그러나 기존의 방법으로 증착 및 제조된 FePt 나노 입자의 경우, 구조적으로 불규칙상(disordered phase)인 fcc(면심입방정) 구조이다. 불규칙상 나노 크기 입자는 상온에 있어서 초상자성을 나타낸다. 따라서, 합성된 나노 입자를 사용하기 위해서는 반드시 불활성 가스(질소나 아르곤) 분위기에서 600℃ 정도의 고온으로 상변태 열처리를 거쳐 L10 규칙상인 fct(면심정방정)을 갖는 강자성체로 구조를 변 화시켜야 한다. However, in the case of FePt nanoparticles deposited and manufactured by the conventional method, it is a fcc (face-centered cubic) structure that is a structurally disordered phase. Irregular nano-size particles exhibit superparamagnetism at room temperature. Therefore, in order to use the synthesized nanoparticles, the structure must be transformed into a ferromagnetic material having fct (face-centered tetragonal crystal) of L1 0 regularity through phase transformation heat treatment at a high temperature of about 600 ° C. in an inert gas (nitrogen or argon) atmosphere. .

그러나, 고온 상변태 열처리시 합성되지 못한 나머지 금속 원자는 산소와 반응하여 산화물을 형성하는 문제가 있다. 그리고, 고온 상변태 열처리는 입자간의 소결 및 강한 응집을 일으키는 원인으로 작용하게 된다. 따라서, 응집 및 소결로 인한 입도 분포의 증가에 따라 낮은 장범위 규칙성을 나타낸다. 이와 같이 상변태를 위한 고온 열처리는 자기 기록매체로 적용하기 위한 분산의 효과를 줄일 뿐만 아니라 입자의 성장에 영향을 미치게 된다. 상변태 열처리에 의한 응집, 소결 그리고 입자의 성장을 줄이기 위해서는 고진공이나 고가의 기판이 필요하여 제조 단가가 증가한다. However, the remaining metal atoms which are not synthesized during the high temperature phase transformation heat treatment have a problem of reacting with oxygen to form oxides. In addition, the high temperature phase transformation heat treatment acts as a cause of sintering and strong aggregation between the particles. Thus, it shows low long range regularity with increasing particle size distribution due to aggregation and sintering. As such, the high temperature heat treatment for phase transformation not only reduces the effect of dispersion for application to the magnetic recording medium but also affects the growth of the particles. In order to reduce coagulation, sintering, and growth of particles by phase transformation heat treatment, high vacuum or expensive substrates are required and manufacturing costs are increased.

또한, 공정 온도를 저감하기 위한 저온 합성법이 보고되고는 있지만 이것은 제3 원소 첨가에 의한 자기 특성의 저하, 결정 배향 제어, 공정의 복잡화 등의 문제가 생기며, 대부분이 주로 화학량론 조성으로 행해지고 있고, 청정 환경을 유지해야 하기 때문에 실제 산업화에 어려움이 있다. In addition, although low-temperature synthesis methods for reducing the process temperature have been reported, this causes problems such as lowering of magnetic properties due to the addition of the third element, control of crystal orientation, complexity of the process, and most of them are mainly performed in stoichiometric composition, In order to maintain a clean environment, it is difficult to actually industrialize.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 나노 입자를 합성하는 단계에서 이미 fct 구조를 갖는 FePt 나노 입자 합성 방법을 제공하는 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for synthesizing FePt nanoparticles having an fct structure in the step of synthesizing nanoparticles.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에 따른 FePt 나노 입자 합성 방법은, Fe를 함유한 전구체와 Pt를 함유한 전구체를 용매에 용해시켜 초음파 분무함으로써 미세 액적을 발생시키는 단계; 상기 미세 액적을 반응기 내부로 유입시켜 분해, 합성 및 상변태시키는 단계; 및 상기 반응기에서 분해, 합성 및 상변태를 거쳐 형성된 L10 규칙상 FePt 나노 입자를 응축시켜 회수하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above technical problem, FePt nanoparticle synthesis method according to the present invention comprises the steps of: generating fine droplets by dissolving the precursor containing Fe and the precursor containing Pt in a solvent and ultrasonic spraying; Introducing the fine droplets into the reactor to decompose, synthesize, and phase change; And condensing and recovering the L1 0 regular FePt nanoparticles formed through decomposition, synthesis, and phase transformation in the reactor.

본 발명에 있어서, 상기 Fe를 함유한 전구체는 Fe(C5H7O2)3이고, 상기 Pt를 함유한 전구체는 Pt(C5H7O2)2이며, 상기 용매는 이소프로필, 에탄올, 메탄올 또는 아세톤일 수 있다. 상기 미세 액적을 반응기 내부로 유입시키기 위해 Ar, N2, He 가스 및 산화 방지가 가능한 가스 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 반응기 내부의 온도는 700 ~ 1000℃이고, 상기 반응기 내부의 압력은 수십 mbar에서 대기압까지일 수 있다. In the present invention, the Fe-containing precursor is Fe (C 5 H 7 O 2 ) 3 , the Pt-containing precursor is Pt (C 5 H 7 O 2 ) 2 , the solvent is isopropyl, ethanol , Methanol or acetone. At least one selected from Ar, N 2 , He gas, and anti-oxidation gas may be used to introduce the fine droplets into the reactor. The temperature inside the reactor is 700 ~ 1000 ℃, the pressure inside the reactor may be from several tens of mbar to atmospheric pressure.

본 발명은 초음파 분무와 화학 기상 응축법(chemical vapor condensation : CVC)을 FePt 나노 분말 합성에 적용한 것으로, 본 발명에 따른 합성 방법은 본 명세서에서는 초음파 기상 합성법이라 부르기로 한다. CVC의 경우, 입자는 재료의 기상화를 유도한 후 급속히 응축시키는 원리로 제조되며, 기상의 과포화된 전구체가 다른 기체와의 반응 및 이후 응축 공정을 통하여 나노 입자를 제어하므로, 조성의 선택의 폭이 매우 넓고 대량생산이 가능하다는 장점이 있다. 특히 본 발명은, CVC에 초음파 분무를 적용함으로써 초기에 반응기 내로 주입되는 균일한 크기의 액적을 진동수에 따라 제어할 수 있을 뿐 아니라 액적의 화학적 균일성을 보장할 수 있다. 이와 같은 장점을 활용하여 나노 크기의 FePt 입자가 합성되며, 이 나노 크기의 입자는 동일 반응기 내에서 규칙상으로 변태한다. 따라서, 규칙상을 가진 FePt 나노 입자를 단일 공정 내에서 제조할 수 있을 뿐만 아니라 후열처리 공정을 배제 함으로써 입자간의 소결 및 응집에 대한 문제를 해결할 수 있다.The present invention applies ultrasonic spraying and chemical vapor condensation (CVC) to the synthesis of FePt nanopowders, and the synthesis method according to the present invention will be referred to herein as an ultrasonic vapor synthesis method. In the case of CVC, the particles are manufactured on the principle of inducing vaporization of the material and then rapidly condensing, and since the supersaturated precursor in the gas phase controls the nanoparticles through reaction with other gases and subsequent condensation, the choice of composition is wide. This has the advantage of being very wide and capable of mass production. In particular, the present invention, by applying ultrasonic spray to the CVC can not only control the droplets of uniform size initially injected into the reactor according to the frequency, but also ensure the chemical uniformity of the droplets. Taking advantage of these advantages, nano-sized FePt particles are synthesized, and these nano-sized particles are regularly transformed in the same reactor. Therefore, the FePt nanoparticles having a regular phase can be manufactured in a single process, and the problem of sintering and aggregation between the particles can be solved by excluding the post-heat treatment process.

이하, 첨부 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of the elements in the drawings and the like are exaggerated to emphasize a clearer description.

(실시예)(Example)

도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 FePt 나노 입자 합성 방법의 순서도가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1의 합성 방법이 진행되는 개략적인 장비 구성도가 도시되어 있다.1 is a flowchart of a method for synthesizing FePt nanoparticles according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the construction of the synthesis method of FIG. 1.

도 1에 도시한 바와 같이, 먼저 단계 s1에서, Fe를 함유한 전구체와 Pt를 함유한 전구체를 용매에 용해 후 초음파 분무함으로써 미세 액적을 형성한다. 초음파 분무는 미세 입자와 빠른 반응을 유도하기 위하여 이용하는 것이며, 이러한 초음파 분무는 주입되는 미세 액적을 반응기로 이동시키기 위한 미세한 기상으로 만드는 중요한 역할을 한다. As shown in FIG. 1, first, in step s1, fine droplets are formed by dissolving a precursor containing Fe and a precursor containing Pt in a solvent and then ultrasonically spraying the precursor. Ultrasonic spraying is used to induce rapid reaction with fine particles, and such ultrasonic spraying plays an important role in bringing the injected microdroplets into a fine gas phase for transporting them into the reactor.

Fe를 함유한 전구체와 Pt를 함유한 전구체는 각각 Fe(C5H7O2)3와 Pt(C5H7O2)2 일 수 있다. 이 전구체들은 가격이 싸며, 유독성이 적고, 상온에서 화학적으로 안정한 상태를 유지할 수 있다. 뿐만 아니라 유기용매(알콜)에 잘 용해되어 제조할 입자의 조성 제어가 용이하다. 금속 전구체를 이용하는 것은 이종 금속간의 합성시 유사한 반응기를 가진 전구체를 사용함으로써 안정적인 반응을 유도할 수 있는 장점도 있다. 용매로는 아세톤을 이용할 수 있다. The precursor containing Fe and the precursor containing Pt may be Fe (C 5 H 7 O 2 ) 3 and Pt (C 5 H 7 O 2 ) 2 , respectively. These precursors are inexpensive, less toxic, and chemically stable at room temperature. In addition, it is easy to control the composition of the particles to be dissolved in the organic solvent (alcohol). Using a metal precursor has the advantage of inducing a stable reaction by using a precursor having a similar reactor in the synthesis between dissimilar metals. Acetone may be used as the solvent.

이러한 단계 s1은 도 2에 도시한 장비에서 초음파 발생기(20) 및 초음파 발생기(20) 위의 튜브(30)를 이용해 수행할 수 있다. This step s1 may be performed using the ultrasonic generator 20 and the tube 30 on the ultrasonic generator 20 in the equipment shown in FIG.

다음으로 단계 s2에서, 미세 액적을 반응기(도 2의 40) 내부로 유입시킨다. 이 때, 이송 가스를 이용하여 이송하는 방식에 의할 수 있다. 이송 가스로는 Ar, N2, He 가스 및 산화 방지가 가능한 가스 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 이용할 수 있으며, 산화 방지가 가능한 가스의 예는 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C2H4), 수소(H2) 등이다. Next, in step s2, fine droplets are introduced into the reactor (40 in FIG. 2). At this time, it may be by a method of transferring using the transfer gas. As the transfer gas, at least one selected from Ar, N 2 , He gas, and anti-oxidation gas may be used. Examples of the anti-oxidation gas include methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), and ethylene ( C 2 H 4 ), hydrogen (H 2 ), and the like.

도 2의 장비는 특히 이러한 이송 가스 방식에 의한 장비를 보여준다.The equipment of FIG. 2 shows in particular the equipment by this conveying gas method.

초음파 발생기(20) 위에 설치된 튜브(30, 반응관) 안으로, 이송 가스 라인(5)에 의한 이송 가스가 유입된다. 이송 가스의 유량은 이송 가스 라인(5)에 구비된 MFC(Mass Flow Controller, 7)로 1 ~ 3 lpm 정도로 조절할 수 있다. Fe를 함유한 전구체와 Pt를 함유한 전구체를 녹인 용매는 소스 라인(10)을 통해 (마이크로 펌프 등에 의해 유입량이 조절되면서) 튜브(30) 안으로 유입된다. 초음파 발생기(20)는 튜브(30) 안의 용매에 초음파 에너지를 가하여 분무시켜 미세 액적으로 만든다. 이때 발생되는 액적의 크기는 튜브(30)의 압력, 제조된 용액의 밀도, 제조된 용액의 점도, 그리고 초음파의 강도에 의해 제어될 수 있다. 미세 액적은 튜 브(30) 안에서 이송 가스와 섞이면서 반응기(40)에 주입된다. The transfer gas by the transfer gas line 5 flows into the tube 30 (reaction tube) installed on the ultrasonic generator 20. The flow rate of the transfer gas can be adjusted to about 1 to 3 lpm by MFC (Mass Flow Controller) 7 provided in the transfer gas line (5). The solvent in which the Fe-containing precursor and the Pt-containing precursor is dissolved is introduced into the tube 30 through the source line 10 (with a flow rate controlled by a micro pump or the like). The ultrasonic generator 20 is sprayed by applying ultrasonic energy to the solvent in the tube 30 to make microdroplets. The droplet size generated may be controlled by the pressure of the tube 30, the density of the prepared solution, the viscosity of the prepared solution, and the intensity of the ultrasonic wave. Fine droplets are injected into the reactor 40 while mixing with the transfer gas in the tube 30.

반응기(40)는 핫-월(hot-wall) 타입으로, 발열체(42)에 의해 가열되는 알루미나 튜브 등으로 구성할 수 있다. CVC의 주요 공정변수는 합성 온도, 압력, 이송 가스 유량 및 종류 등에 의해 반응기 내부에서의 클러스터(cluster)들의 과포화도, 충돌율, 체류시간 등을 결정하여 합성 입자 특성이 결정된다. 이를 고려한 반응기(40) 내부의 온도가 700 ~ 1000℃이며, 압력은 수십 mbar에서 대기압인 것이다. The reactor 40 is of a hot-wall type, and may be configured of an alumina tube or the like heated by the heating element 42. The main process variables of CVC are synthetic particle characteristics by determining supersaturation, collision rate, residence time, etc. of clusters in the reactor by synthesis temperature, pressure, conveying gas flow rate and type. Considering this, the temperature inside the reactor 40 is 700 to 1000 ° C., and the pressure is atmospheric pressure at several tens of mbar.

주입된 미세 액적은 반응기(40) 안에서 분해와 합성 반응을 거치게 되며 핵이 생성되고 성장하여 FePt 나노 입자(44)를 만든다. 700 ~ 1000℃ 온도 구간이므로 합성과 동시에 나노 입자(44)들은 규칙상으로의 상변태도 거친다. The injected fine droplets undergo a decomposition and synthesis reaction in the reactor 40, and nuclei are formed and grown to form FePt nanoparticles 44. Since the temperature range of 700 ~ 1000 ℃ nanoparticles 44 at the same time as the synthesis undergoes a phase transformation to a regular.

이와 같이 본 발명에서는 CVC 공정을 이용하여 별도의 상변태 열처리 공정을 거치지 않고 직접적으로 규칙상을 가진 FePt 나노 입자를 제조하는 방법을 제안한다. 더욱이 초음파 분무를 이용함으로써 금속 전구체들의 균일한 혼합을 유도할 수 있으며, 반응기에 주입되는 최초 액적의 크기를 미세하게 할 수 있어서 나노 분말 합성이 유리하다. As described above, the present invention proposes a method for producing FePt nanoparticles having a regular phase directly without undergoing a separate phase transformation heat treatment process using a CVC process. Furthermore, the use of ultrasonic spraying can lead to uniform mixing of the metal precursors and finer size of the initial droplets injected into the reactor, which is advantageous for nanopowder synthesis.

또한, 기존 상변태 열처리 공정은 이미 합성된 고체 분말 상태의 나노 입자를 열처리하는 것이기 때문에 이에 의한 응집소결 및 성장이 문제가 되었다. 그러나, 본 발명의 경우는 고온을 이용하더라도 기상으로부터의 핵생성 및 성장에 그 고온 열 에너지가 단시간 이용될 뿐이고, 입자는 곧바로 응축이 되어 회수되므로 고온에 의한 입자간의 응집소결 및 성장이 일어나지는 않는다. In addition, since the conventional phase transformation heat treatment process is to heat-treat the nano-particles of the solid powder state, which is already synthesized, the sintering and growth thereof are a problem. However, in the case of the present invention, even when the high temperature is used, the high temperature thermal energy is only used for a short time for nucleation and growth from the gas phase, and since the particles are immediately condensed and recovered, the aggregation and sintering and growth between the particles due to the high temperature do not occur. .

그런 다음, 단계 s3에서와 같이, 반응기(40)에서 미세 액적이 분해, 합성 및 상변태를 거쳐 형성된 L10 규칙상을 가진 FePt 나노 입자(44)를 응축시켜 회수한다. 예컨대, FePt 나노 입자(44)는 도 2의 장비에서 포집기(50)에서 응축되어 회수된다. 포집기(50)는 반응기(40)와 직접 연결되어 형성된다. 이러한 포집기(50)는 예컨대 냉각수에 의해 냉각되는 스테인레스 관으로, 반응기(40)에서 형성된 나노 입자를 열영동법에 의해 응축시켜 회수하게 된다. 그리고, 포집기(50)는 액체질소 등에 의한 냉각되는 방식을 사용할 수도 있으며, 별도의 냉각챔버를 연결하여 나노 입자(44)의 회수 능력을 극대화할 수도 있다. 참조부호 "52"와 "54"는 각각 압력 트랜스듀서 및 진공 펌프이다. Then, as in step s3, in the reactor 40, fine droplets are condensed and recovered by FePt nanoparticles 44 having the L1 0 regular phase formed through decomposition, synthesis and phase transformation. For example, FePt nanoparticles 44 are condensed and recovered in collector 50 in the equipment of FIG. 2. The collector 50 is formed in direct connection with the reactor 40. The collector 50 is, for example, a stainless steel tube cooled by cooling water, and condenses and recovers the nanoparticles formed in the reactor 40 by thermophoresis. In addition, the collector 50 may use a method of cooling by liquid nitrogen or the like, and may maximize a recovery capacity of the nanoparticles 44 by connecting a separate cooling chamber. Reference numerals 52 and 54 are pressure transducers and vacuum pumps, respectively.

본 발명에 따른 합성 방법으로 얻은 FePt 나노 입자를 분산시킨 용액은 다양한 표면 위에 직접적으로 코팅이 가능하다. 여러 표면에 페이스트 법을 이용해서 얇은 막으로 입힘으로써 자기테입 및 MRAM에 적용할 수 있으며, 마이크로머신용 초소형 자석, 체내에 미소량의 약품을 투여하는 약물 운반계(drug delivery system : DDS)용 펌프, MRI(magnetic resonance image) 등에도 이용할 수 있다. The solution in which the FePt nanoparticles obtained by the synthesis method according to the present invention is dispersed can be directly coated on various surfaces. It can be applied to magnetic tape and MRAM by applying a thin film on the surface using paste method, and it is a micro magnet for micromachines and a pump for drug delivery system (DDS) that dispenses small amount of medicine into the body. And magnetic resonance image (MRI).

(실험예)Experimental Example

Fe를 함유한 전구체와 Pt를 함유한 전구체는 각각 Fe(C5H7O2)3와 Pt(C5H7O2)2 (Sigma-Aldrich Co., 99.9%)를 사용하여 용매인 아세톤에 녹였다. Fe와 Pt 비율은 2:1을 사용하였는데 이는 화학적 합성 방식에서 이미 확인된 결과를 이용하여 제조된 입자의 조성을 1:1 비율로 얻고자 함이다. The precursor containing Fe and the precursor containing Pt were acetone as a solvent using Fe (C 5 H 7 O 2 ) 3 and Pt (C 5 H 7 O 2 ) 2 ( Sigma-Aldrich Co., 99.9%), respectively. Dissolved in. The ratio of Fe to Pt was 2: 1, which is to obtain the composition of the particles prepared in 1: 1 ratio using the results already confirmed in the chemical synthesis method.

Fe(C5H7O2)3와 Pt(C5H7O2)2가 용해된 아세톤은 초음파 주파수 1.77 MHz로 초음 파 분무하고 이송 가스로써 He 가스를 이용하여 반응기 내부로 주입하였다. 700 ~ 1000℃, 900mbar의 반응기 내부에서 소정의 시간동안 반응을 일으킨 후, 나노 입자를 응축시켜 회수한 후 특성 분석을 하였다. Acetone in which Fe (C 5 H 7 O 2 ) 3 and Pt (C 5 H 7 O 2 ) 2 were dissolved was ultrasonically sprayed at an ultrasonic frequency of 1.77 MHz and injected into the reactor using He gas as a carrier gas. After the reaction occurred for a predetermined time in the reactor of 700 ~ 1000 ℃, 900mbar, the nanoparticles were condensed and recovered and characterized.

실험 결과, 반응기의 온도가 약 800℃에서부터 약간의 규칙상을 가진 FePt 상을 XRD(X-Ray diffraction)를 통해 확인할 수 있었으며, 900℃ 이상의 온도에서 완전한 규칙상의 피크(peak)를 확인할 수 있었다. 또한 이 공정에서 반응기 내에 입자들의 체류시간에 따라 규칙격자화 정도가 차이가 났으며, 체류시간이 증가할수록 그 규칙격자화 정도도 증가함을 역시 XRD를 통해 알 수가 있었다. As a result, the FePt phase having a little regular phase from the temperature of the reactor was about 800 ° C. through X-ray diffraction (XRD), and the peak of the regular phase was confirmed at a temperature above 900 ° C. In addition, the degree of regular latticeization was different according to the residence time of particles in the reactor, and the degree of regular latticeization also increased with XRD.

가장 바람직한 조건으로는, 900℃의 반응기 온도와 900mbar의 반응기 압력에서 이송 가스의 속력을 2 lpm으로 할 때로 확인되었다. 도 3은 이 조건에서의 XRD 그래프이다. 규칙상 FePt 구조의 회절에 기인하는 피크(●)를 확인할 수 있다. As the most preferable conditions, the speed of the conveying gas was confirmed to be 2 lpm at a reactor temperature of 900 ° C. and a reactor pressure of 900 mbar. 3 is an XRD graph under these conditions. The peak (●) resulting from the diffraction of a FePt structure can be confirmed by a rule.

제조된 입자는 TEM(transmission electron microscopy) 작업을 통해서 크기, 조성 그리고 SADP(selected area diffraction pattern)를 통해 FePt의 특성을 확인하였다. 도 4에 TEM 결과를 도시하였다. The prepared particles were characterized by size, composition, and selected area diffraction pattern (SADP) of FePt through transmission electron microscopy (TEM). 4 shows the TEM results.

도 4에 도시한 바와 같이, SADP에서는 fct 구조에 유래하는 초격자 반사 (001), (002), (201) 및 (111)에 대응하는 회절 피크가 관찰되며, 입자의 크기는 10 ~ 20nm 정도로 매우 미세하였다. FePt 입자를 자기 기록매체용 자성 재료로 사용하는 경우에는 입자의 직경이 기록 밀도와 밀접하게 관계하고 있으며, 일반적으로 입자 직경이 작을수록 기록 밀도를 높일 수 있다. 본 발명에 따르는 입자는 TEM 관찰에 의한 입자 직경이 20nm 이하이므로, 자기 기록매체의 용도에 매우 적합하다 는 것을 알 수 있다. As shown in Fig. 4, in the SADP, diffraction peaks corresponding to superlattice reflections (001), (002), (201) and (111) derived from the fct structure are observed, and the particle size is about 10 to 20 nm. Very fine. When FePt particles are used as the magnetic material for the magnetic recording medium, the diameter of the particles is closely related to the recording density. Generally, the smaller the particle diameter, the higher the recording density. Since the particles according to the present invention have a particle diameter of 20 nm or less by TEM observation, it can be seen that they are very suitable for the use of the magnetic recording medium.

그리고, 위의 실험예 조건에서의 자성특성은 VSM(vibrating sample magnetometer)를 이용하여 확인하였으며, 그 결과는 도 5의 M(자화)-H(자기장) 곡선과 같다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 900℃의 반응기 온도와 900mbar의 반응기 압력에서, 보자력은 약 850 Oe 그리고 포화자화값은 7.5 emu/g의 자기특성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. In addition, the magnetic properties in the above experimental example conditions were confirmed by using a vibrating sample magnetometer (VSM), and the result is the same as the M (magnetization) -H (magnetic field) curve of FIG. 5. As can be seen from FIG. 5, at a reactor temperature of 900 ° C. and a reactor pressure of 900 mbar, the coercive force is about 850 Oe and the saturation magnetization value is 7.5 emu / g.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 예컨대, Fe를 함유하는 전구체와 Pt를 함유하는 전구체 대신 다른 종류의 금속 전구체들을 사용하여 다양한 성분 및 조성의 나노 합금 입자를 합성하는 데에도 본 발명이 변형 적용될 수 있다. In the above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. Is obvious. For example, the present invention can be modified to synthesize nano alloy particles of various components and compositions using other kinds of metal precursors instead of precursors containing Fe and precursors containing Pt.

본 발명에 따르면, 금속 전구체를 이용함으로써 공정 비용의 절감뿐만 아니라 안전한 합성 반응을 유도할 수 있다. 초음파 분무를 적용함으로써, 주입되는 액적의 크기를 조절함으로써 최종 합성 입자의 크기를 나노화할 수 있다. CVC 공정을 이용해 합성과 상변태를 동시에 발생시킴으로써, 규칙상을 얻기 위한 별도의 상변태 열처리 공정을 거치지 않아도 되기 때문에 제조 공정을 간단하게 하는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 상변태 열처리 공정을 배제함으로써 입자의 소결 및 응집에 대한 문제를 해결할 수 있다. According to the present invention, the use of a metal precursor can lead to a safe synthesis reaction as well as to reduce the process cost. By applying ultrasonic spraying, the size of the final synthesized particles can be nanoscaled by controlling the size of the injected droplets. By simultaneously generating the synthesis and the phase transformation using the CVC process, there is an effect of simplifying the manufacturing process because it does not have to go through a separate phase transformation heat treatment process to obtain a regular phase. In addition, it is possible to solve the problem of sintering and agglomeration of the particles by excluding the phase transformation heat treatment process.

본 발명에 따른 초음파 기상 합성법으로 얻은 FePt 나노 입자는 분산 용액으로 만들어 여러 표면에 페이스트 법을 이용해서 얇은 막으로 입힘으로써 자기테입 및 MRAM에 적용할 수 있으며, 마이크로머신용 초소형 자석, 체내에 미소량의 약품을 투여하는 약물 운반계용 펌프, MRI 등에도 이용할 수 있다. FePt nanoparticles obtained by the ultrasonic vapor phase synthesis method according to the present invention can be applied to magnetic tape and MRAM by making a dispersion solution and coating it on a thin film by using a paste method on several surfaces. It can also be used for pumps for drug delivery systems and MRI for administering pharmaceuticals.

본 발명은 기존 기술과 같이 합성된 FePt 나노 입자를 열처리함으로써 fct 구조로 하는 것이 아니고, 합성하는 단계에서 이미 fct 구조를 갖는 FePt 나노 입자를 얻을 수 있는 것이다. The present invention does not have an fct structure by heat-treating the FePt nanoparticles synthesized as in the prior art, and it is possible to obtain FePt nanoparticles having an fct structure already in the synthesis step.

Claims (5)

Fe를 함유한 전구체와 Pt를 함유한 전구체를 용매에 용해하여 초음파 분무함으로써 미세 액적을 발생시키는 단계;Generating fine droplets by dissolving the Fe-containing precursor and the Pt-containing precursor in a solvent and ultrasonically spraying; L10 규칙상 FePt 나노 입자 합성을 위해, 반응기 내부를 700 ~ 1000℃의 온도로 설정하는 단계;Setting the inside of the reactor to a temperature of 700-1000 ° C. for the synthesis of L1 0 FePt nanoparticles on a regular basis; 상기 반응기 내부에 상기 미세 액적을 공급하는 단계;Supplying the fine droplets into the reactor; 상기 반응기 내부로 공급된 미세 액적에 포함된 Fe를 함유한 전구체와 Pt를 함유한 전구체를 분해, 합성 및 상변태시켜 L10 규칙상 FePt 나노 입자를 형성하는 단계; 및Decomposing, synthesizing, and phase-transforming the Fe-containing precursor and the Pt-containing precursor contained in the fine droplets supplied into the reactor to form L1 0 regular FePt nanoparticles; And 상기 L10 규칙상 FePt 나노 입자를 응축시켜 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 FePt 나노 입자 합성 방법. Condensing and recovering the Fe Fe nanoparticles in the L1 0 regular; FePt nanoparticles synthesis method comprising a. 제1항에 있어서, 상기 Fe를 함유한 전구체는 Fe(C5H7O2)3이고, 상기 Pt를 함유한 전구체는 Pt(C5H7O2)2이며, 상기 용매는 이소프로필, 에탄올, 메탄올 및 아세톤 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 FePt 나노 입자 합성 방법.The method of claim 1, wherein the Fe-containing precursor is Fe (C 5 H 7 O 2 ) 3 , the Pt-containing precursor is Pt (C 5 H 7 O 2 ) 2 , and the solvent is isopropyl, FePt nanoparticle synthesis method characterized in that any one of ethanol, methanol and acetone. 제1항에 있어서, 상기 미세 액적을 반응기 내부로 유입시키기 위해 Ar, N2, He 및 산화를 방지할 수 있는 이송 가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 FePt 나노 입자 합성 방법.The method of claim 1, wherein the fine droplets are any one of Ar, N 2 , He, and a transport gas capable of preventing oxidation to introduce the fine droplets into the reactor. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 반응기 내부의 압력은 수십 mabr에서 대기압인 것을 특징으로 하는 FePt 나노 입자 합성 방법. The method of claim 1, wherein the pressure inside the reactor is atmospheric pressure at several tens of mabr.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101157942B1 (en) * 2007-04-25 2012-06-22 도요타 지도샤（주） Process for producing core/shell composite nanoparticle
CN102717095B (en) * 2012-06-20 2014-04-02 华东师范大学 Method for preparing monodisperse bismuth nano-particles
CN102717085A (en) * 2012-07-05 2012-10-10 安徽奥力机械科技有限公司 Multifunctional self-heat dissipation combination cutter of lead granulation machine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990008636A (en) * 1997-07-02 1999-02-05 손욱 Method for producing indium oxide particles
JP2000054012A (en) 1998-07-31 2000-02-22 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Production of transition metal nanograin
KR20060050453A (en) * 2004-08-16 2006-05-19 도와 고교 가부시키가이샤 Fcc structure alloy particles and method of manufacturing same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990008636A (en) * 1997-07-02 1999-02-05 손욱 Method for producing indium oxide particles
JP2000054012A (en) 1998-07-31 2000-02-22 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Production of transition metal nanograin
KR20060050453A (en) * 2004-08-16 2006-05-19 도와 고교 가부시키가이샤 Fcc structure alloy particles and method of manufacturing same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101190285B1 (en) 2012-03-14 2012-10-12 포항공과대학교 산학협력단 Nano metal particle manufacturing equipment

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