KR20120056075A - Method of conductive inorganic carbon nano composite powder - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전도성 무기계 탄소나노복합분말의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 탄소나노소재가 세라믹 또는 금속에 균일하고, 견고하게 분산되어 전도성 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 탄소나노복합분말의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a conductive inorganic carbon nanocomposite powder, and more particularly, to a method for preparing a carbon nanocomposite powder in which a carbon nanomaterial is uniformly and firmly dispersed in a ceramic or metal to improve conductivity and mechanical properties. It is about.
일반적으로 탄소나노소재는 한 개의 탄소원자가 인접한 이웃 탄소원자와 결합하여 육각형의 벌집 구조를 가지는 흑연 재질의 소재로서, 장축과 단축의 비율에 따라 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 플러렌 등으로 구분된다.In general, a carbon nano material is a graphite material having a hexagonal honeycomb structure in which one carbon atom is bonded to an adjacent neighboring carbon atom, and is classified into carbon nanotubes, carbon nanofibers, and fullerenes according to the ratio of long axis and short axis.
이 경우, 탄소나노튜브는 내부가 비어 있는 긴 길이의 원통형 구조로서, 직경이 보통 수 내지 수십 나노미터 크기이고, 길이는 수 마이크로미터에서 수십 마이크로미터에 이르는 등 직경과 길이의 비가 10 ~ 10,000이 될 정도로 그 차이가 매우 크다. 또한, 전기저항이 10-4Ωcm로 높은 전기 전도성을 가지고 있으며, 비표면적이 넓어 전기 재료로서 적용 가능성이 높다. 한편, 탄소나노섬유는 탄소나노튜브에 비해 직경이 10배 이상 크고, 내부가 충진된 구조를 가지며, 플러렌은 장축과 단축의 비가 1인 구형의 형태를 나타낸다.In this case, the carbon nanotube is a long cylindrical structure with a hollow inside, and usually has a diameter of several to several tens of nanometers, and a length of several micrometers to several tens of micrometers. The difference is very big enough. In addition, it has a high electrical conductivity of 10 -4 Ωcm and has a high specific surface area, which is highly applicable as an electric material. On the other hand, carbon nanofibers are 10 times larger in diameter than carbon nanotubes, and have a structure filled inside, and fullerene has a spherical shape with a ratio of long axis to short axis.
상술한 바와 같은 탄소나노소재는 흑연 소재 특유의 우수한 전기적, 기계적, 열적 특성을 가지고 있어 복합재, 코팅재, 전자재료 등 다양한 산업분야에 널리 사용될 수 있다.Carbon nanomaterials as described above have excellent electrical, mechanical, and thermal characteristics unique to graphite materials, and thus may be widely used in various industrial fields such as composite materials, coating materials, and electronic materials.
이와 관련하여, 세라믹이나 금속 등을 대상으로 한 탄소나노복합재의 경우에는 기존 소재가 가지지 못한 특성을 부여할 수 있을 것으로 예상된다. 즉, 세라믹은 부도체이나 탄소나노소재를 함유할 경우 전기전도성을 나타낼 수 있고, 특히, 세라믹 분말에 장축과 단축의 비가 큰 탄소나노튜브 및 탄소나노섬유를 분산 혼합하여 벌크재로 제조하면 세라믹의 취성을 크게 개선할 수 있으며, 금속의 경우에는 모재의 기계적 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.In this regard, in the case of carbon nanocomposites targeting ceramics or metals, it is expected that the existing materials may be given characteristics that are not present. That is, ceramics may exhibit electrical conductivity when they contain insulators or carbon nanomaterials. In particular, ceramics may be brittle due to dispersion of mixed carbon nanotubes and carbon nanofibers having a large ratio of long axis and short axis to ceramic powder. It can be greatly improved, and in the case of metal is expected to significantly improve the mechanical properties of the base material.
구체적으로, 세라믹 탄소나노복합재는 세라믹이 가진 내마모성을 보다 향상시키고, 상대적으로 쉽게 파괴되는 특성을 보완하기 위해 세라믹에 탄소나노소재를 분산 혼합한 것으로, 파괴인성의 향상 및 전기전도성이 부여된 기능성 소재이며, 금속 탄소나노복합재는 주로 기계적 성질을 향상시킨 고강도, 고인성의 고급 재료로서 알루미늄을 모재로 사용할 경우 탄소나노튜브의 함유량에 따라 티타늄에 필적하는 인장강도 등의 기계적 특성을 얻을 수 있다.Specifically, the ceramic carbon nanocomposite material is a dispersion material of carbon nanomaterials dispersed and mixed in ceramics in order to further improve the wear resistance of the ceramics and to supplement relatively easily broken properties, and is a functional material having improved fracture toughness and electrical conductivity. Metal carbon nanocomposite is a high-strength, high toughness, advanced material that mainly improves mechanical properties. When aluminum is used as a base material, mechanical properties such as tensile strength comparable to titanium can be obtained according to the content of carbon nanotubes.
그러나 전술한 바와 같이 탄소나노소재 중 탄소나노튜브, 탄소나노섬유는 종축과 횡축의 비가 크기 때문에 합성시 촉매를 중심으로 뭉쳐져 모재 내에 골고루 분산시키기 어려운 문제점이 있다.However, as described above, carbon nanotubes and carbon nanofibers among carbon nanomaterials have a problem in that they are difficult to be uniformly dispersed in the base material due to aggregating around the catalyst during synthesis because the ratio between the longitudinal axis and the horizontal axis is large.
이와 관련된 종래기술로는, 금속용액을 이용하여 탄소나노튜브가 분산 강화된 나노복합재를 제조하는 방법(특허출원 제10-2008-0082991호, 탄소나노튜브로 강화된 합금기지 나노복합재료 및 그의 제조방법), 탄소나노튜브와 구리용액을 혼합하여 구리 탄소나노튜브 복합분말을 제조하는 방법(특허출원 제10-2007-0031057호, 탄소나노튜브 구리 나노복합재 분말을 제조하는 방법) 및 탄소나노튜브나 탄소섬유와 은 또는 루테늄과 팔라늄을 분산한 페이스트를 이용하여 발열체를 제조하는 방법(실용신안등록출원 제20-2008-0004467호, 페이스트 조성물을 이용한 히터) 등이 공지되어 있다.In the related art, a method of manufacturing a nanocomposite dispersed with carbon nanotubes using a metal solution (Patent Application No. 10-2008-0082991, Alloy base nanocomposite reinforced with carbon nanotubes, and the preparation thereof) Method), a method for producing a copper carbon nanotube composite powder by mixing a carbon nanotube and a copper solution (patent application No. 10-2007-0031057, a method for producing a carbon nanotube copper nanocomposite powder) and carbon nanotube or BACKGROUND OF THE INVENTION A method of manufacturing a heating element using a paste obtained by dispersing carbon fiber and silver or ruthenium and pallanium (Utility Model Application No. 20-2008-0004467, a heater using a paste composition) and the like are known.
즉, 상술한 종래기술들은 금속용액을 대상으로 탄소나노튜브를 분산하여 금속모재의 기계적 특성을 강화하거나, 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유에 도전성 금속입자를 분산시킨 페이스트로 발열히터를 제조하는 방법에 관한 것이다.In other words, the above-described conventional techniques are used in a method of manufacturing a heating heater with a paste in which carbon nanotubes are dispersed in a metal solution to enhance mechanical properties of the metal base material or conductive metal particles are dispersed in carbon nanotubes or carbon nanofibers. It is about.
그러나 금속용액에 탄소나노튜브를 분산하여 금속 탄소나노복합재를 제조하는 방법은 금속모재의 균일도 측면에서는 유리하나, 원료 조건이 까다롭고 용액을 농축하여 금속분말을 제조해야 하기 때문에 제조할 수 있는 복합재 내의 탄소나노튜브 함량이 제한적일 수밖에 없고, 탄소나노튜브가 분산된 탄소나노복합재를 제조하기 위해서는 용액의 침전, 건조 등으로 복합분말을 제조하는 데 시간이 많이 걸리는 등의 제조상의 한계점을 가지고 있다.However, the method of preparing metal carbon nanocomposites by dispersing carbon nanotubes in a metal solution is advantageous in terms of uniformity of the metal base material, but the raw materials are difficult and the solution must be concentrated to prepare metal powders. The carbon nanotube content is inevitably limited, and in order to prepare a carbon nanocomposite in which carbon nanotubes are dispersed, it has a manufacturing limitation such as that it takes a long time to prepare a composite powder by precipitation of a solution and drying.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 난분산성인 탄소나노소재를 세라믹 또는 금속분말에 균일하게 분산시켜 전기전도성 및 기계적 특성이 우수한 탄소나노복합분말을 제조하는 방법을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a method for producing a carbon nano composite powder having excellent electrical conductivity and mechanical properties by uniformly dispersing a carbon nano material that is difficult to disperse in a ceramic or metal powder There is this.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,As a means for solving the above technical problem,
본 발명은, (a) 용매에 결합제를 용해시켜 분산용액을 제조하는 단계와, (b) 상기 분산용액과 탄소나노소재를 혼합하는 단계와, (c) 상기 혼합된 용액을 기계적 밀링법으로 교반하여 탄소나노 페이스트를 제조하는 단계와, (d) 상기 탄소나노 페이스트와 세라믹 또는 금속 분말을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계와, (e) 상기 슬러리를 기계적 밀링법으로 교반하는 단계 및 (f) 상기 교반된 슬러리를 건조 및 파쇄하여 탄소나노복합분말을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 무기계 탄소나노복합분말의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of (a) dissolving a binder in a solvent to prepare a dispersion solution, (b) mixing the dispersion solution with a carbon nanomaterial, and (c) stirring the mixed solution by mechanical milling. Preparing a carbon nano paste, (d) mixing the carbon nano paste with ceramic or metal powder to prepare a slurry, (e) stirring the slurry by mechanical milling, and (f) the It provides a method for producing a conductive inorganic carbon nano composite powder comprising the step of drying and crushing the stirred slurry to prepare a carbon nano composite powder.
이 경우, 상기 탄소나노소재는 상기 탄소나노 페이스트에 대해 0.1 ~ 90의 중량비로 혼합되고, 상기 결합제는 상기 탄소나노소재에 대해 0.5 ~ 200의 중량비로 혼합될 수 있다.In this case, the carbon nano material may be mixed in a weight ratio of 0.1 to 90 with respect to the carbon nano paste, and the binder may be mixed in a weight ratio of 0.5 to 200 with respect to the carbon nano material.
이 경우, 상기 탄소나노소재로는 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 플러렌, 탄소나노혼, 나노카본블랙, 탄소섬유 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.In this case, the carbon nanomaterial may be any one or more selected from carbon nanotubes, carbon nanofibers, fullerenes, carbon nanohorns, nanocarbon black, and carbon fibers.
이 경우, 상기 세라믹 분말은 지르코니아(ZrO2), 아루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 타이타니아(TiO2) 중에서 선택되고, 상기 금속 분말은 알루미늄(Al), 구리(Cu) 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.In this case, the ceramic powder is selected from zirconia (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), titania (TiO 2 ), and the metal powder is aluminum (Al), copper (Cu) It may be any one or more selected from.
이 경우, 상기 기계적 밀링법은 비드밀링(Bead Milling), 롤밀링(Roll Milling), 볼밀링(Ball Milling), 어트리션밀링(Attrition Milling), 유성볼밀링(Planetary Milling), 제트밀링(Zet Milling), 스크류혼합밀링(Screw Mixing Milling), 초음파분산(Ultrasonic Dispersion) 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.In this case, the mechanical milling method is bead milling, roll milling, ball milling, attrition milling, planetary milling, jet milling Milling), screw mixing milling (Screw Mixing Milling), ultrasonic dispersion (Ultrasonic Dispersion) may be any one selected from.
이 경우, 상기 용매는 물 또는 유기용매일 수 있다.In this case, the solvent may be water or an organic solvent.
이 경우, 상기 유기용매는 에틸알코올, 메틸알코올, 이소프로필알코올을 포함하는 알코올류, 아세톤류, 디메틸포름알데히드 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.In this case, the organic solvent may be any one or more selected from alcohols, acetones, dimethylformaldehyde, including ethyl alcohol, methyl alcohol, isopropyl alcohol.
이 경우, 상기 결합제는 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄, 카르복실메틸셀룰로오즈 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.In this case, the binder may be any one or more selected from polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, and carboxymethyl cellulose.
본 발명에 따르면, 난분산성의 탄소나노소재를 세라믹 또는 금속분말에 균일하게 분산시킴으로써 전기전도성 및 기계적 특성이 우수한 탄소나노복합분말을 제조할 수 있다.According to the present invention, a carbon nanocomposite powder having excellent electrical conductivity and mechanical properties can be prepared by uniformly dispersing a dispersible carbon nanomaterial in a ceramic or metal powder.
도 1은 본 발명에 따른 전도성 무기계 탄소나노복합분말의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도,
도 2는 고형분에 대한 용매 비율에 따른 건조후 탄소나노튜브 알루미나 탄소나노복합재 슬러리의 상층부와 하층부의 탄소나노튜브 함유량을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따라 제조된 알루미나 탄소나노복합분말의 주사식 전자현미경 사진,
도 4는 본 발명에 따라 제조된 알루미나 탄소나노복합분말을 성형한 시편의 표면전기전도도를 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명에 따라 제조된 알루미나 탄소나노복합분말을 성형한 시편의 굽힘강도를 나타낸 그래프.1 is a process flow diagram illustrating a method for manufacturing a conductive inorganic carbon nanocomposite powder according to the present invention;
2 is a view showing the carbon nanotube content of the upper and lower portions of the carbon nanotube alumina carbon nanocomposite slurry after drying according to the solvent ratio to the solid content;
3 is a scanning electron micrograph of an alumina carbon nanocomposite powder prepared according to the present invention;
4 is a graph showing the surface electrical conductivity of the specimen formed by molding the alumina carbon nanocomposite powder prepared according to the present invention;
Figure 5 is a graph showing the bending strength of the specimen molded from alumina carbon nanocomposite powder prepared according to the present invention.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 전도성 무기계 탄소나노복합분말의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도이다.1 is a process flow diagram illustrating a method for manufacturing a conductive inorganic carbon nanocomposite powder according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전도성 무기계 탄소나노복합분말의 제조방법은, 용매에 결합제를 용해시켜 균일한 분산용액을 제조하는 단계(S100)와, 상기 분산용액에 탄소나노소재를 혼합하는 단계(S110)와, 상기 혼합 용액을 기계적 밀링법으로 교반하여 탄소나노 페이스트를 제조하는 단계(S120)와, 상기 탄소나노 페이스트와 세라믹 또는 금속 분말을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계(S130)와, 상기 슬러리를 기계적 밀링법으로 교반하여 탄소나노소재를 세라믹 또는 금속 분말의 표면에 균일하게 분산시키는 단계(S140) 및 상기 교반된 슬러리를 건조, 소성 및 파쇄하여 탄소나노복합분말을 제조한 후 회수하는 단계(S150)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the method for preparing a conductive inorganic carbon nanocomposite powder according to the present invention comprises the steps of preparing a uniform dispersion solution by dissolving a binder in a solvent (S100), and adding a carbon nanomaterial to the dispersion solution. Mixing step (S110), stirring the mixed solution by a mechanical milling method to produce a carbon nano paste (S120), and mixing the carbon nano paste and ceramic or metal powder to prepare a slurry (S130) And, by stirring the slurry by a mechanical milling method to uniformly disperse the carbon nanomaterial on the surface of the ceramic or metal powder (S140) and drying, firing and crushing the stirred slurry to prepare a carbon nanocomposite powder It comprises a recovery step (S150).
이 경우, 상기 용매는 물 또는 유기용매인 것이 바람직하며, 유기용매의 경우에는 에틸알코올, 메틸알코올, 이소프로필알코올을 포함하는 알코올류, 아세톤류, 디메틸포름알데히드 중에서 어느 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.In this case, the solvent is preferably water or an organic solvent, and in the case of an organic solvent, any one or more of alcohols including ethyl alcohol, methyl alcohol, isopropyl alcohol, acetone, and dimethyl formaldehyde may be selected and used. have.
또한, 상기 결합제는 상기 용매에 용해 가능한 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄, 카르복실메틸셀룰로오즈 중에서 어느 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 특히, 물을 용매로 할 경우에는 카르복실메틸셀룰로오즈를, 유기 용매일 경우에는 폴리비닐부티랄을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 결합제의 양은 상기 탄소나노소재에 대해 0.5 ~ 200 중량비로 제한된다. 왜냐하면, 탄소나노소재 대비 결합제의 양이 0.5 중량비 미만일 경우에는 결합강도가 저하되어 부착성을 확보하기 어렵고, 200 중량비를 초과하면 전기전도도가 급격히 떨어지기 때문이다.In addition, the binder may be used by selecting any one or more of polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, carboxymethyl cellulose soluble in the solvent, in particular, in the case of using water as a solvent, carboxymethyl cellulose, In the case of a solvent, it is preferable to use polyvinyl butyral. In this case, the amount of the binder is limited to 0.5 to 200 weight ratio based on the carbon nanomaterial. This is because when the amount of the binder is less than 0.5 weight ratio of the carbon nanomaterial, the bonding strength is lowered and it is difficult to secure the adhesiveness. When the amount of the binder exceeds 200 weight ratio, the electrical conductivity drops sharply.
한편, 본 발명에서 상기 탄소나노소재로는 벽수가 하나인 단일벽탄소나노튜브, 둘 이상인 다중벽탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 플러렌, 탄소나노혼, 나노카본블랙, 탄소섬유 중에서 적의 선택하여 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.Meanwhile, in the present invention, the carbon nano material may be used by selecting an enemy from single wall carbon nanotubes having one wall, multiwall carbon nanotubes having two or more, carbon nanofibers, fullerene, carbon nanohorn, nanocarbon black, and carbon fiber. And is not particularly limited.
또한, 상기 세라믹 분말로는 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 타이타니아(TiO2) 등을 사용할 수 있고, 상기 금속 분말로는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등을 사용할 수 있다.In addition, zirconia (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), titania (TiO 2 ), etc. may be used as the ceramic powder, and as the metal powder, aluminum (Al), copper ( Cu) etc. can be used.
그리고, 상기 기계적 밀링법으로는 나노입자의 제조가 가능하도록 비드밀링(Bead Milling), 유성볼밀링(Planetary Milling), 어트리션밀링(Attrition Milling) 등의 고에너지 볼밀링법(High Energy Ball Milling) 또는 롤밀링(Roll Milling), 제트밀링(Zet Milling), 스크류혼합밀링(Screw Mixing Milling), 초음파분산(Ultrasonic Dispersion) 등의 방법을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, as the mechanical milling method, high energy ball milling methods such as bead milling, planetary milling, and attrition milling, may be used to manufacture nanoparticles. ) Or roll milling, jet milling, screw mixing milling, ultrasonic dispersion, or the like.
한편, 상기 교반된 슬러리를 건조, 소성 및 파쇄할 때에는 결합제의 열변형을 방지하는 동시에 모재와의 부착성이 최대가 될 수 있도록 60 ~ 250℃의 온도 조건에서 이루어지는 것이 바람직하다.On the other hand, when the stirred slurry is dried, calcined and crushed, it is preferable to be made at a temperature condition of 60 ~ 250 ℃ to prevent thermal deformation of the binder and at the same time the adhesion to the base material to the maximum.
이하에서는 본 발명에 따른 전도성 무기계 탄소나노복합분말의 제조방법의 구체적인 실시예에 대해 도면을 참고하여 설명하도록 한다.
Hereinafter will be described with reference to the drawings for a specific embodiment of the method for producing a conductive inorganic carbon nanocomposite powder according to the present invention.
제 1 실시예First embodiment
열전도성, 전기전도성 및 기계적 특성이 우수한 본 발명의 제 1 실시예로 1wt%의 탄소나노튜브를 포함하는 알루미나 탄소나노복합재의 제조를 설명한다.A first embodiment of the present invention having excellent thermal conductivity, electrical conductivity, and mechanical properties will be described in the preparation of an alumina carbon nanocomposite including 1 wt% carbon nanotubes.
먼저, 용매로서 에틸알코올 또는 아세톤 995g과, 결합제로서 폴리비닐부티랄 5g을 계량하여 혼합한 후 어트리션볼밀로 용매에 결합제가 분산된 분산액을 제조하였다. 이 경우, 용매가 물일 경우에는 전술한 바와 같이 결합제로 폴리비닐알코올 또는 카르복실메틸셀룰로오즈를 사용하며, 결합제의 양은 탄소나노소재의 양에 대해 25% 내외가 바람직하다.First, 995 g of ethyl alcohol or acetone as a solvent and 5 g of polyvinyl butyral as a binder were weighed and mixed, and then a dispersion in which the binder was dispersed in the solvent was prepared using an attrition ball mill. In this case, when the solvent is water, polyvinyl alcohol or carboxymethyl cellulose is used as the binder as described above, and the amount of the binder is preferably about 25% of the amount of the carbon nanomaterial.
다음, 상술한 바와 같이 제조된 분산액에 탄소나노튜브 10g을 혼합하여 기계적 밀링법으로 분산시켰다. 이 경우, 볼밀은 자유낙하에 의한 교반으로 고에너지 볼밀에 비해 교반력이 떨어지기 때문에 시간이 오래 걸리고, 충분한 분산이 이루어지지 않는 경우가 많다. 따라서 본 실시예에서는 탄소나노소재의 균일한 교반 분산을 위해 비드밀, 어트리션볼밀과 같은 고에너지 볼밀법을 이용하였다.Next, 10 g of carbon nanotubes were mixed in the dispersion prepared as described above and dispersed by mechanical milling. In this case, the ball mill takes a long time because the stirring force is lower than that of the high energy ball mill by stirring by free fall, and in many cases, sufficient dispersion is not achieved. Therefore, in the present embodiment, high energy ball milling methods such as bead mills and attrition ball mills were used to uniformly disperse the carbon nanomaterials.
계속하여, 상술한 방법에 따라 제조된 탄소나노튜브 페이스트에 알루미나 분말 1kg을 혼합하여 고에너지볼밀로 교반함으로써 탄소나노튜브와 알루미나를 균일하게 분산 복합화하였다.Subsequently, 1 kg of alumina powder was mixed with the carbon nanotube paste prepared according to the above-described method, and the carbon nanotube and alumina were uniformly dispersed and mixed by stirring with a high energy ball mill.
도 2는 고형분에 대한 용매비율에 따른 건조후 탄소나노튜브 알루미나 탄소나노복합재 슬러리의 상층부와 하층부의 탄소나노튜브 함유량을 나타낸 것이다. 도 2로부터 용매의 혼합비율이 높아질 경우 세라믹 또는 금속 분말과 탄소나노튜브의 밀도 차이에 의해 탄소나노튜브가 부상 분리됨을 알 수 있다.Figure 2 shows the carbon nanotube content of the upper and lower portions of the carbon nanotube alumina carbon nanocomposite slurry after drying according to the solvent ratio to the solid content. 2, when the mixing ratio of the solvent is increased, it can be seen that the carbon nanotubes are separated by the density difference between the ceramic or metal powder and the carbon nanotubes.
마지막으로, 상술한 바와 같이 제조된 슬러리를 건조, 소성 및 파쇄하였다. 이 경우, 슬러리의 파쇄시 알루미나가 파손되거나 알루미나에 의해 탄소나노튜브가 파손되는 것을 방지하기 위하여 저에너지 볼밀을 사용하였으며, 만약, 고에너지볼밀을 이용하고자 한다면 파쇄 시간이 30분을 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 슬러리를 건조할 때에는 결합제가 손상되는 것을 방지하기 위해 60 ~ 250℃ 범위에서 실시하였다.Finally, the slurry prepared as described above was dried, calcined and crushed. In this case, a low energy ball mill was used to prevent the alumina from being broken or the carbon nanotubes from being broken by the alumina. If a high energy ball mill is used, the crushing time is preferably not more than 30 minutes. Do. On the other hand, when drying the slurry was carried out in the range of 60 ~ 250 ℃ to prevent damage to the binder.
도 3에는 본 실시예에 따라 제조된 알루미나 탄소나노복합분말의 주사식 전자현미경 사진을 도시하였다. 이로부터 알루미나 표면에 탄소나노튜브가 균일하게 분산된 것을 확인할 수 있다.3 shows a scanning electron micrograph of the alumina carbon nanocomposite powder prepared according to the present embodiment. From this, it can be seen that carbon nanotubes are uniformly dispersed on the alumina surface.
또한, 도 4에는 본 실시예에 따라 제조된 알루미나 탄소나노복합분말을 성형한 시편의 표면전기전도도를 도시하였으며, 이로부터 탄소나노튜브의 양이 증가함에 따라 전기전도성도 증가함을 알 수 있다. 아울러, 일정 수준 이상의 탄소나노튜브가 함유되었을 때 전기전도성이 급격하게 향상됨을 알 수 있다.In addition, Figure 4 shows the surface electrical conductivity of the specimen molded from the alumina carbon nanocomposite powder prepared according to the present embodiment, from which it can be seen that the electrical conductivity increases as the amount of carbon nanotubes increases. In addition, it can be seen that the electrical conductivity is sharply improved when more than a certain level of carbon nanotubes are contained.
한편, 도 5에는 본 실시예에 따라 제조된 알루미나 탄소나노복합분말을 성형한 시편의 굽힘강도를 도시하였으며, 이로부터 탄소나노튜브의 양이 증가함에 따라 굽힘강도가 크게 증가함을 알 수 있다. 또한, 일정 수준 이상의 탄소나노튜브가 함유되었을 때 굽힘강도는 오히려 낮아져 기계적 강도를 구현함에 있어 용도에 적합한 적정 탄소나노소재 혼합비율이 있음을 알 수 있다.
On the other hand, Figure 5 shows the bending strength of the specimen formed by molding the alumina carbon nanocomposite powder prepared according to the present embodiment, from which it can be seen that the bending strength increases significantly as the amount of carbon nanotubes increases. In addition, when the carbon nanotubes contain a certain level or more, the bending strength is lowered, and thus, it can be seen that there is an appropriate carbon nano material mixing ratio suitable for the purpose of realizing mechanical strength.
제 2 2nd 실시예Example
기계적 특성이 우수한 본 발명의 제 2 실시예로 1wt%의 탄소나노튜브를 포함하는 알루미늄 탄소나노복합재의 제조를 설명한다.A second embodiment of the present invention with excellent mechanical properties will be described for the production of an aluminum carbon nanocomposite comprising 1 wt% carbon nanotubes.
먼저, 용매로서 에틸알코올 또는 아세톤 995g과, 결합제로서 카르복실메틸셀룰로우즈 5g을 계량하여 혼합한 후 볼밀링으로 분산시켜 용매에 결합제가 용해된 분산액을 제조하였다.First, 995 g of ethyl alcohol or acetone as a solvent and 5 g of carboxymethyl cellulose as a binder were weighed and mixed, and then dispersed by ball milling to prepare a dispersion in which a binder is dissolved in a solvent.
다음, 상술한 바와 같이 제조된 분산액에 탄소나노튜브 10g을 혼합한 후 고에너지볼밀을 이용하여 강제 교반하였다.Next, 10 g of carbon nanotubes were mixed in the dispersion prepared as described above, and then, the mixture was forcedly stirred using a high energy ball mill.
계속하여, 상술한 방법에 따라 제조된 탄소나노튜브 페이스트에 알루미늄 분말 1kg을 혼합하여 고에너지볼밀로 2차 강제 교반함으로써 탄소나노튜브와 알루미늄을 균일하게 분산시켰다.Subsequently, 1 kg of aluminum powder was mixed with the carbon nanotube paste prepared according to the above-described method, and the carbon nanotubes and aluminum were uniformly dispersed by secondary stirring with a high energy ball mill.
마지막으로, 상술한 바와 같이 제조된 슬러리를 건조, 소성 및 파쇄하였다. 이 경우, 알루미늄에 의한 탄소나노소재의 파손을 최소화하기 위해 제 1 실시예와 마찬가지로 저에너지 볼밀을 사용하였으며, 건조시에는 결합제의 손상과 금속분말의 발화를 방지하기 위해 60 ~ 150℃의 온도 범위에서 실시하였다.Finally, the slurry prepared as described above was dried, calcined and crushed. In this case, a low energy ball mill was used in the same manner as in the first embodiment in order to minimize the damage of the carbon nano material by aluminum, and during drying, in the temperature range of 60 to 150 ° C. to prevent damage to the binder and ignition of the metal powder. Was carried out.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the drawings. The description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention.
따라서 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위, 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the scope of the present invention is represented by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning, scope, and equivalent concepts of the claims are included in the scope of the present invention. Should be interpreted as
S100 : 용매와 결합제의 혼합 공정
S110 : 탄소나노소재 분산 공정
S120 : 탄소나노 페이스트 제조 공정
S130 : 탄소나노복합 슬러리 제조 공정
S140 : 탄소나노소재 분산 공정
S150 : 건조 및 파쇄 공정S100: Mixing process of solvent and binder
S110: Carbon Nano Material Dispersion Process
S120: Carbon Nano Paste Manufacturing Process
S130: Carbon Nanocomposite Slurry Manufacturing Process
S140: Carbon Nano Material Dispersion Process
S150: Drying and Shredding Process
Claims (8)
(b) 상기 분산용액과 탄소나노소재를 혼합하는 단계와;
(c) 상기 혼합된 용액을 기계적 밀링법으로 교반하여 탄소나노 페이스트를 제조하는 단계와;
(d) 상기 탄소나노 페이스트와 세라믹 또는 금속 분말을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계와;
(e) 상기 슬러리를 기계적 밀링법으로 교반하는 단계; 및
(f) 상기 교반된 슬러리를 건조 및 파쇄하여 탄소나노복합분말을 제조하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 무기계 탄소나노복합분말의 제조방법.(a) dissolving a binder in a solvent to prepare a dispersion solution;
(b) mixing the dispersion solution with a carbon nanomaterial;
(c) stirring the mixed solution by mechanical milling to produce a carbon nano paste;
(d) mixing the carbon nano paste with ceramic or metal powder to prepare a slurry;
(e) stirring the slurry by mechanical milling; And
(f) drying and crushing the stirred slurry to prepare a carbon nanocomposite powder;
Method for producing a conductive inorganic carbon nanocomposite powder comprising a.
상기 탄소나노소재는 상기 탄소나노 페이스트에 대해 0.1 ~ 90의 중량비로 혼합되고, 상기 결합제는 상기 탄소나노소재에 대해 0.5 ~ 200의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 전도성 무기계 탄소나노복합분말의 제조방법.The method of claim 1,
The carbon nano material is mixed in a weight ratio of 0.1 to 90 with respect to the carbon nano paste, the binder is a method for producing a conductive inorganic carbon nano composite powder, characterized in that mixed in a weight ratio of 0.5 to 200 with respect to the carbon nano material. .
상기 탄소나노소재는 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 플러렌, 탄소나노혼, 나노카본블랙, 탄소섬유 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전도성 무기계 탄소나노복합분말의 제조방법.The method of claim 1,
The carbon nano material is a carbon nanotube, carbon nano fiber, fullerene, carbon nano horn, nano carbon black, carbon fiber is a method for producing a conductive inorganic carbon nano composite powder, characterized in that at least one selected from carbon fibers.
상기 세라믹 분말은 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 타이타니아(TiO2) 중에서 선택되고, 상기 금속 분말은 알루미늄(Al), 구리(Cu) 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전도성 무기계 탄소나노복합분말의 제조방법.The method of claim 1,
The ceramic powder is selected from zirconia (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), titania (TiO 2 ), and the metal powder is selected from aluminum (Al) and copper (Cu). Method for producing a conductive inorganic carbon nano composite powder, characterized in that at least one.
상기 기계적 밀링법은 비드밀링(Bead Milling), 롤밀링(Roll Milling), 볼밀링(Ball Milling), 어트리션밀링(Attrition Milling), 유성볼밀링(Planetary Milling), 제트밀링(Zet Milling), 스크류혼합밀링(Screw Mixing Milling), 초음파분산(Ultrasonic Dispersion) 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전도성 무기계 탄소나노복합분말의 제조방법.The method of claim 1,
The mechanical milling method is bead milling, roll milling, ball milling, attrition milling, planetary milling, jet milling, Method for producing a conductive inorganic carbon nano composite powder, characterized in that any one selected from Screw Mixing Milling, Ultrasonic Dispersion.
상기 용매는 물 또는 유기용매인 것을 특징으로 하는 전도성 무기계 탄소나노복합분말의 제조방법.The method of claim 1,
The solvent is a method for producing a conductive inorganic carbon nanocomposite powder, characterized in that water or an organic solvent.
상기 유기용매는 에틸알코올, 메틸알코올, 이소프로필알코올을 포함하는 알코올류, 아세톤류, 디메틸포름알데히드 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전도성 무기계 탄소나노복합분말의 제조방법.The method according to claim 6,
The organic solvent is a method for producing a conductive inorganic carbon nanocomposite powder, characterized in that any one or more selected from alcohols, acetones, dimethylformaldehyde containing ethyl alcohol, methyl alcohol, isopropyl alcohol.
상기 결합제는 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄, 카르복실메틸셀룰로오즈 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전도성 무기계 탄소나노복합분말의 제조방법.The method of claim 2,
The binder is polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, carboxymethyl cellulose, any one or more selected from the method of producing a conductive inorganic carbon nano composite powder.
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