KR20120123940A - Manufacturing method for nano-powder using supporter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 담체를 이용한 나노 파우더 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing nanopowder using a carrier.
나노 입자는 화학적 방법으로는, 수용액 상태에서 존재하는 금속 이온들에 환원제와 분산제를 첨가함으로써 금속이온들이 금속고체입자로 전환되는 초기 과정에서 형성된다. Nanoparticles are formed by the chemical process in the initial process of converting metal ions into metal solid particles by adding a reducing agent and a dispersant to the metal ions present in an aqueous solution.
상기와 같은 화학적 방법은, 나노 입자 크기의 제어 및 나노 입자의 분리가 용이하지 않고, 산화 환원제의 종류, 분산제, PH, 온도 등에 따라 나노 입자의 특성이 달라지므로, 나노 입자의 제조에 있어서 재연성 측면에서 많은 문제점을 가지고 있다. Such chemical method is not easy to control the nanoparticle size and separation of the nanoparticles, and the properties of the nanoparticles vary depending on the type of redox agent, dispersant, PH, temperature, etc. Has many problems.
또한, 상기와 같은 화학적 방법은, 금속을 산이나 염기에 먼저 녹여 이온 형태로 산화시키고 이를 다시 환원제를 사용하여 금속원소로 환원시키는 과정에서 많은 산화환원시약을 사용해야 하므로 사용한 시약 폐기물의 처리를 위한 추가적 비용이 많이 발생한다.In addition, the above chemical method requires the use of many redox reagents in the process of first dissolving the metal in acid or base to oxidize it in ionic form and then reducing it back to the metal element using a reducing agent. It costs a lot.
또한, 상기와 같은 화학적 방법으로 나노 입자를 제조할 경우, 산업에 이용하기 위해서는 혼합제, 안정화제, 유기용매, 상용화제 등 다른 화학약품의 처리가 필요한 데, 그 결과 다른 화학약품들과의 예기치 않은 반응이 진행되어, 최종 제품의 변색이 일어나 상품성이 떨어지고, 초기의 분산제가 최종 제품의 화학물질들간의 연계성이 떨어져서 분산제가 해리되며, 나노 입자들 간에도 서로 뭉쳐져 크기가 커지게 되어 나노 입자의 효과를 얻을 수 없는 문제점이 발생하기 때문에, 나노 입자의 산업에의 응용이 제한되고 있다.In addition, when manufacturing the nanoparticles by the chemical method as described above, in order to use in the industry, the treatment of other chemicals such as a mixture, a stabilizer, an organic solvent, a compatibilizer is required, and as a result unexpected As the reaction proceeds, discoloration of the final product occurs, and the commerciality is lowered. The dispersant is dissociated because the initial dispersant loses the linkage between the chemicals of the final product, and the nanoparticles agglomerate with each other to increase in size. Since the problem which cannot be obtained arises, the application of nanoparticle to the industry is restrict | limited.
상기 화학적 방법과는 달리, 물리적으로 금속원자 증기(vapor)의 응축을 이용하여 나노 입자를 만드는 방법이 있는데, 이는 금속이나 금속화합물을 고온에서 기체로 만들고 이를 낮은 온도로 팽창시키면서 금속원자 증기를 급속하게 응축시켜 나노 입자를 형성하는 것이다. Unlike the chemical method, there is a method of physically making nanoparticles using condensation of a metal atom vapor, which rapidly converts a metal atom vapor into a gas at a high temperature and expands it to a low temperature. To condense to form nanoparticles.
상기 방법은 금속이나 금속화합물에 고온을 가하여 증기를 만들거나, 디시 스퍼터링(DC sputtering), 디시-알에프 스퍼터링(DC-RF sputter), ECR, 레이저 빔 스퍼터링(laser beam sputter)을 이용하여 전자나 에너지를 가진 입자를 고체에 조사함으로써 발생하는 원자증기를 낮은 온도의 기체에 분사하거나 낮은 온도의 영역을 통과하게 하여 상기 원자증기들이 급속히 응축되어 나노 크기의 입자를 형성하게 하는 것이다. The method uses a high temperature to the metal or metal compound to produce a vapor, or by using a DC sputtering, DC-RF sputter, ECR, laser beam sputtering (electron or energy) The atomic vapor generated by irradiating the particles with the solid to the gas of low temperature or through the low temperature region to rapidly condensate the atomic vapor to form nano-sized particles.
상기 물리적인 방법들은 금속 그 자체를 증기로 만들어 이를 다시 금속 나노 입자로 만들기 때문에 화학적 방법과는 달리 막대한 양의 시약 사용 문제 및 이로 인한 폐수처리문제가 발생하지 않아 공정이 단순한 장점이 있다.Since the physical methods make the metal itself into a vapor and make it into metal nanoparticles, unlike the chemical method, a problem of using a large amount of reagents and a waste water treatment caused by this does not occur, so the process is simple.
또 다른 물리적 방법으로는 기계적인 힘을 재료에 가하여 재료를 미세한 입자로 분쇄하는 기계적 분쇄 방식이 있는데, 재료를 10 nm 사이즈의 나노 입자로 가공하기 위해선 장시간의 분쇄공정이 필요하다.Another physical method is a mechanical grinding method in which a mechanical force is applied to the material to grind the material into fine particles. In order to process the material into nano particles having a size of 10 nm, a long grinding process is required.
상기 물리적 방법들은 분말 중 80 ~ 90%의 입자가 나노 입자보다 상당히 큰 마이크로미터 크기로 형성되며, 이러한 진공 설비를 이용한 물리적 방법으로 나노 입자를 만들 경우, 입자의 크기가 불균일하고 생산성이 낮아 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.The physical methods are 80 to 90% of the particles in the powder is formed in a micrometer size significantly larger than the nanoparticles, when the nano-particles are made by the physical method using the vacuum equipment, the particle size is uneven and productivity is low due to low productivity There is a problem falling.
따라서, 최근에는 진공상태에서 물리적인 방법으로 금속 또는 금속산화물을 증기화하고, 교반되는 담체 위에 금속 또는 산화물 증기를 증착시켜 나노 입자를 형성하는 방법이 시도되고 있다. Therefore, in recent years, a method of vaporizing a metal or metal oxide by a physical method in a vacuum state and depositing metal or oxide vapor on a stirred carrier has been attempted to form nanoparticles.
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 물리적 기상증착법(physical vapor deposition)을 이용하여 나노 입자 증기를 발생시키고, 담체 상에 나노 입자를 증착하는 것을 특징으로 하는 나노 파우더 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the problems of the prior art, the present invention provides a nano-powder manufacturing method characterized by generating nano-particle vapor using physical vapor deposition, and depositing nanoparticles on a carrier For the purpose of
또한, 본 발명은 나노 입자의 성장을 제어하여 나노 입자의 크기와 함량을 효과적으로 제어할 수 있는 나노 파우더 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a method for producing a nano-powder that can effectively control the size and content of the nanoparticles by controlling the growth of the nanoparticles.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 진공 증착조, 상기 진공 증착조 내에 구비된 교반조; 상기 교반조 내에 구비되고 담체를 교반하는 스크류; 및 상기 진공 증착조 내에 교반조 상부에 구비되고 나노입자 형성을 위한 증기 입자를 발생시키는 증착원으로 구성되는, 담체에 부착된 나노 파우더 제조 장치를 사용하고, In order to achieve the above object, the present invention, a vacuum deposition tank, a stirring tank provided in the vacuum deposition tank; A screw provided in the stirring tank and stirring the carrier; And a nanopowder manufacturing apparatus attached to a carrier, which is provided on the stirring vessel in the vacuum deposition tank and is composed of a deposition source for generating steam particles for forming nanoparticles.
a) 상기 진공 증착조의 진공도가 10-4 내지 1 torr 가 되도록 불활성 기체를 진공 증착조에 포함시키는 단계; b) 상기 증착원을 이용하여 나노입자 형성을 위한 증기 입자를 발생시키는 단계; c) 상기 스크류의 속도를 1 내지 200rpm으로 조절하여 담체를 교반하는 단계; 및 d) 상기 담체 상에 증기 입자를 증착하여 나노입자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 담체에 부착된 나노 파우더 제조 방법을 제공한다.a) incorporating an inert gas into the vacuum deposition tank such that the vacuum degree of the vacuum deposition tank is 10 -4 to 1 torr; b) generating steam particles for forming nanoparticles using the deposition source; c) stirring the carrier by adjusting the speed of the screw to 1 to 200 rpm; And d) depositing vapor particles on the carrier to form nanoparticles.
본 발명에 따르면, 담체에 균일하게 나노 입자를 형성시킬 수 있어 균일한 크기의, 담체에 부착된 나노 파우더를 제조할 수 있다. According to the present invention, the nanoparticles can be uniformly formed on the carrier, so that nanoparticles attached to the carrier can be prepared with a uniform size.
도 1은 본 발명의 나노 파우더 제조 방법에서 나노 입자 증기의 이동은 평균자유경로를 이용함을 나타낸 모식도이다.
도 2는 소금 담체 상에 약 40ppm 농도의 은 나노 파우더를 형성하기 전(좌측)과 후(우측)의 사진이다.
도 3a는 히드록실 에틸 셀룰로오스(hydroxyl ethyl cellulose, HEC) 담체 상에 은 나노 입자를 형성하기 전(좌측)과 후(우측)의 사진이다.
도 3b는 은 나노 입자가 부착된 HEC 담체를 물에 용해시켜 수득한 은 나노 입자가 균일하게 분산된 용액의 사진이다.
도 4는 모래 담체 상에 은 나노 입자를 형성하기 전(좌측)과 후(우측)의 사진이다.
도 5는 소금 담체 상에 Si 나노 입자를 형성하기 전(좌측)과 후(우측)의 사진이다.
도 6은 설탕 담체 상에 금 나노 입자를 형성하기 전(좌측)과 후(우측)의 사진이다.
도 7은 도 6에서 만든 금 나노 입자/설탕을 물에 녹인 것이다. 금 나노 입자가 완전히 분산되어 콜로이드를 형성한 것을 볼 수 있다.
도 8은 설탕 담체 상에 백금 나노 입자를 형성하기 전(좌측)과 후(우측)의 사진이다. 사진에서 보듯이 나노 입자 형성 후 백금 나노 입자의 고유색인 회색을 띄고 있는 것을 볼 수 있다.
도 9은 포도당 담체 상에 Pd 나노 입자를 형성하기 전(좌측)과 후(우측)의 사진이다. 형성 후 엷은 회색을 띄는데 Pd가 나노 입자가 될 경우 입자 회색을 띄기 때문이다.
도 10는 도 8에서 Pd/포도당을 물에 녹였을 때의 사진이다. 전체적으로 회색의 콜로이드(colloid)를 형성한 것을 볼 수 있다.
도 11은 PET 플라스틱 알갱이들 위에 은 나노 입자를 형성한 것(좌측)과, 이를 섭씨180도에서 녹인 것(우측)의 사진이다. 사진에서 보듯이 PET 플라스틱 고분자에 은 나노 입자들이 완전히 녹아 전체적으로 노란색을 띄는 것을 볼 수 있다.
도 12은 PTFE(테프론) 분말에 은 나노 입자를 형성한 것(좌측)과, 이를 250 ℃ 고온에서 녹인 것(우측)의 사진이다. Figure 1 is a schematic diagram showing that the movement of the nanoparticle vapor in the method of manufacturing nanopowder of the present invention using the average free path.
Figure 2 is a photograph before (left) and after (right) to form a silver nano powder of about 40ppm concentration on a salt carrier.
FIG. 3A is a photograph before (left) and after (right) forming silver nanoparticles on a hydroxyl ethyl cellulose (HEC) carrier.
3B is a photograph of a solution in which silver nanoparticles are uniformly dispersed, obtained by dissolving HEC carrier to which silver nanoparticles are attached.
4 is a photograph before (left) and after (right) forming silver nanoparticles on a sand carrier.
5 is a photograph before (left) and after (right) forming Si nanoparticles on a salt carrier.
6 is a photograph before (left) and after (right) forming gold nanoparticles on a sugar carrier.
FIG. 7 shows the gold nanoparticles / sugar made in FIG. 6 dissolved in water. It can be seen that the gold nanoparticles are completely dispersed to form colloids.
8 is a photograph before (left) and after (right) forming platinum nanoparticles on a sugar carrier. As shown in the picture, it can be seen that after the nanoparticles are formed, gray, which is an intrinsic color of the platinum nanoparticles, is present.
9 is a photograph before (left) and after (right) the formation of Pd nanoparticles on a glucose carrier. It is pale gray after formation because it becomes particle gray when Pd becomes nanoparticles.
FIG. 10 is a photograph when Pd / glucose is dissolved in water in FIG. 8. It can be seen that a gray colloid is formed as a whole.
11 is a photograph of the formation of silver nanoparticles on PET plastic granules (left) and melting them at 180 degrees Celsius (right). As you can see in the picture, the silver nanoparticles are completely dissolved in PET plastic polymer and yellow.
FIG. 12 is a photograph of silver nanoparticles formed on the PTFE (teflon) powder (left) and melted at 250 ° C. high temperature (right).
이하에서, 본 발명을 더욱 상세히 설명하도록 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은, 진공 증착조, 상기 진공 증착조 내에 구비된 교반조; 상기 교반조 내에 구비되고 담체를 교반하는 스크류; 및 상기 진공 증착조 내에 교반조 상부에 구비되고 나노입자 형성을 위한 증기 입자를 발생시키는 증착원으로 구성되는, 담체에 부착된 나노 파우더 제조 장치를 사용하고, The present invention, a vacuum deposition tank, a stirring tank provided in the vacuum deposition tank; A screw provided in the stirring tank and stirring the carrier; And a nanopowder manufacturing apparatus attached to a carrier, which is provided on the stirring vessel in the vacuum deposition tank and is composed of a deposition source for generating steam particles for forming nanoparticles.
a) 상기 진공 증착조의 진공도가 10-4 내지 1 torr 가 되도록 불활성 기체를 진공 증착조에 포함시키는 단계; b) 상기 증착원을 이용하여 나노입자 형성을 위한 증기 입자를 발생시키는 단계; c) 상기 스크류의 속도를 1 내지 200rpm으로 조절하여 담체를 교반하는 단계; 및 d) 상기 담체 상에 증기 입자를 증착하여 나노 입자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 담체에 부착된 나노 파우더 제조 방법을 제공한다.
a) incorporating an inert gas into the vacuum deposition tank such that the vacuum degree of the vacuum deposition tank is 10 -4 to 1 torr; b) generating steam particles for forming nanoparticles using the deposition source; c) stirring the carrier by adjusting the speed of the screw to 1 to 200 rpm; And d) depositing vapor particles on the carrier to form nanoparticles.
본 발명의 나노 파우더 제조 방법은, 진공 증착조, 상기 진공 증착조 내에 구비된 교반조; 상기 교반조 내에 구비되고 담체를 교반하는 스크류; 및 상기 진공 증착조 내에 교반조 상부에 구비되고 나노입자 형성을 위한 증기 입자를 발생시키는 증착원으로 구성되는, 담체에 부착된 파우더 제조 장치를 사용하는 것을 특징으로 한다.
Nano powder production method of the present invention, a vacuum deposition tank, the stirring tank provided in the vacuum deposition tank; A screw provided in the stirring tank and stirring the carrier; And a powder manufacturing apparatus attached to the carrier, the deposition source being provided above the stirring vessel in the vacuum deposition tank and generating vapor particles for forming the nanoparticles.
본 발명에 따른 나노 파우더 제조 방법은, 상기 진공 증착조의 진공도를 10-4 내지 1 torr 로 조절하는 것을 특징으로 한다. 상기 진공도가 10-4 torr 이하의 저진공에선 나노입자 형성을 위한 증기 입자가 발생되는 증착원으로부터 가까운 담체쪽에는 나노입자 형성을 위한 증기 입자가 두껍게 증착되지만, 담체들이 증착원에서 멀어질수록 증기 입자들의 평균 자유 행적의 거리가 짧아져서 증기 입자는 담체에 증착되지 않게 된다. Nanopowder manufacturing method according to the invention is characterized in that the vacuum degree of the vacuum deposition tank is adjusted to 10 -4 to 1 torr. In the low vacuum of 10 -4 torr or less, the vapor particles for forming the nanoparticles are thickly deposited on the carrier close to the deposition source from which the vapor particles for the nanoparticles are formed. The distance of the average free locus of the particles is shortened so that no vapor particles are deposited on the carrier.
본 발명에서는 원자화된 증기의 비산 방향이 담체 반대 방향이어서 금속 증기는 상방으로 비산하지만 진공도가 10-4 내지 1 torr 이기 때문에 내부에 채워진 불활성 가스로 인한 금속 증기 입자와 불활성 가스 입자간의 충돌이 일어나 평균자유경로가 짧아져서 금속 증기 입자가 중력에 의해 하향방향으로 이동하여 교반되는 담체 상에 증착됨으로써 나노 입자를 형성한다.In the present invention, the vaporization direction of the atomized vapor is opposite to the carrier so that the metal vapor is scattered upward but the vacuum degree is 10 -4 to 1 torr, so that the collision between the metal vapor particles and the inert gas particles due to the inert gas filled therein occurs and the average The free path is shortened so that the metal vapor particles move downward by gravity and are deposited on the stirred carrier to form nanoparticles.
상기 진공 증착조의 진공도는 불활성 가스를 포함시켜 조절하며, 상기 불활성 가스는 아르곤(Ar), 네온(Ne), N2, O2, CH4 등일 수 있으나, 반드시 이에 제한되지는 않는다.
The vacuum degree of the vacuum deposition tank is controlled by including an inert gas, and the inert gas is argon (Ar), neon (Ne), N 2 , O 2 , CH 4 Etc., but is not necessarily limited thereto.
본 발명에 따른 나노 파우더 제조 방법에서, 상기 증착원을 이용하여 나노입자 형성을 위한 증기입자를 발생시키는 단계는, 물리적 기상증착법을 사용할 수 있으며, 그 예로 저항 가열법, 플라즈마 가열법, 유도가열법, 레이저 가열법 등의 열 증착, 디시 스퍼터링(DC Sputtering), 디시 알에프 스퍼터링(DC-RF Sputtering), 레이저 스퍼터링, 전자 빔 증착(E-Beam Evaproation) 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.In the method of manufacturing nanopowder according to the present invention, the step of generating steam particles for forming nanoparticles using the deposition source may use a physical vapor deposition method, for example, resistance heating method, plasma heating method, induction heating method. Heat deposition such as laser heating, DC sputtering, DC-RF sputtering, laser sputtering, and electron beam deposition (E-Beam Evaproation), but are not necessarily limited thereto. .
상기 나노 입자의 원재료로는 금속, 금속화합물, 유기물 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되지는 않는다.As the raw material of the nanoparticles, metals, metal compounds, organic materials, and the like may be used, but are not necessarily limited thereto.
상기 금속으로는 코발트, 구리, 은, 니켈, 망간, 팔라듐, 인듐, 철, 텅스텐, 티타늄, 이들의 합금을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되지는 않는다.Cobalt, copper, silver, nickel, manganese, palladium, indium, iron, tungsten, titanium, alloys thereof may be used as the metal, but is not necessarily limited thereto.
상기 금속화합물은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 탄 질화물일 수 있으나, 반드시 이에 제한되지는 않는다.The metal compound may be a metal oxide, a metal nitride, a metal carbide, or a metal carbon nitride, but is not necessarily limited thereto.
상기 금속화합물의 예로, 금속 산화물인 알루미나(Al2O3), 금속 탄화물인 텅스텐 카바이드(WC), 금속 질화물인 질소 알루미늄(AlN), 금속 탄 질화물인 탄질화 티타늄(TiCN)을 들 수 있으나, 반드시 이에 제한되지는 않는다.
Examples of the metal compound may include alumina (Al 2 O 3 ), a metal oxide, tungsten carbide (WC), a metal carbide, nitrogen aluminum (AlN), a metal nitride, and titanium carbonitride (TiCN), a metal carbon nitride. It is not necessarily limited thereto.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 담체로는 활성탄, 탄화수소 화합물, 알루미나(Al2O3), 텅스텐 카바이드(WC), 유리, 모래, 또는 물이나 용매에 녹는 물질, 예컨대 포도당, 설탕, 소금, PMMA, 히드록실 에틸 셀룰로오스(hydroxyl ethyl cellulose, HEC), PET, PTFE 등을 사용할 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the carrier may be activated carbon, a hydrocarbon compound, alumina (Al 2 O 3 ), tungsten carbide (WC), glass, sand, or a material soluble in water or a solvent such as glucose, sugar, salt , PMMA, hydroxyl ethyl cellulose (HEC), PET, PTFE and the like can be used.
또한, 본 발명에 따른 나노 파우더 제조 방법은, 상기 스크류의 속도를 1 내지 200 rpm 으로 조절하는 것을 특징으로 한다. In addition, the method for producing nanopowders according to the present invention is characterized in that the speed of the screw is adjusted to 1 to 200 rpm.
상기 교반속도가 1 rpm 미만일 경우에는 교반이 충분히 이루어지지 않아 증기 입자가 담체 표면에 균일하게 부착되지 못하는 문제점이 있으며, 교반 속도가 200 rpm을 초과할 경우에는 교반되는 담체가 비산되는 문제점이 있다.If the stirring speed is less than 1 rpm, there is a problem that the steam particles are not uniformly adhered to the surface of the carrier because the stirring is not enough, there is a problem that the stirred carrier is scattered when the stirring speed exceeds 200 rpm.
본 발명에 따른 나노 파우더 제조 방법은, 증착조의 진공도, 스크류의 속도 등을 조절함으로써 나노 입자의 성장을 제어하여 나노 파우더의 크기와 함량을 효과적으로 제어할 수 있다.According to the present invention, a method for manufacturing nanopowders may control the growth of nanoparticles by controlling the vacuum degree of a deposition tank, the speed of a screw, and the like, to effectively control the size and content of the nanopowder.
본 발명에 따른 나노 파우더 제조 방법은, 상기 담체 상에 증기 입자를 증착하여 나노 입자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Nanoparticle manufacturing method according to the invention, characterized in that it comprises the step of depositing vapor particles on the carrier to form nanoparticles.
상기 담체 상에 증기 입자를 증착하여 나노 입자를 형성하는 단계에서는, 나노입자 형성을 위한 증기 입자가 담체 상에 증착되어 나노 입자를 형성하기 위한 핵을 형성하며, 이후 상기 핵이 증기 입자의 추가적인 증착에 의해 나노 입자를 형성한 후에 담체가 교반, 회전되어 혼합되며, 증기 입자가 증착되지 않은 새로운 담체 상, 또는 증기 입자가 증착되지 않은 담체 부위에 증기 입자가 증착됨으로써, 균일한 크기의 나노 입자를 형성할 수 있다.In the step of depositing vapor particles on the carrier to form nanoparticles, vapor particles for forming the nanoparticles are deposited on the carrier to form a nucleus for forming the nanoparticles, and then the nucleus further deposits the vapor particles. After the nanoparticles are formed, the carrier is stirred and rotated to be mixed, and vapor particles are deposited on a new carrier on which no vapor particles are deposited or on a carrier site on which no vapor particles are deposited, thereby obtaining nanoparticles of uniform size. Can be formed.
바람직하게는, 상기 나노입자 형성을 위한 증기 입자는 담체 상에 분당 단위면적당 1 Å 내지 10 ㎛ 두께로 증착된다.
Preferably, the vapor particles for forming the nanoparticles are deposited on the carrier at a thickness of 1 kPa to 10 μm per unit area per minute.
본 발명에 따라 제조된 담체에 부착된 나노 파우더에 대해, 추가적인 반응을 진행하여 최종 응용 물질을 합성할 수 있다.With respect to the nanopowder attached to the carrier prepared according to the present invention, an additional reaction can be carried out to synthesize the final application material.
즉, 담체와, 증착되는 증기 입자는 반응하여 산화물(oxide), 질화물(nitride), 탄화물(carbide) 또는 질탄화물(carbonitride) 나노 파우더를 형성할 수 있다.That is, the carrier and the deposited vapor particles may react to form oxide, nitride, carbide or carbonitride nanopowders.
예를 들어, 기존에 고온/고압에서 합성되던 질소 알루미늄(AlN), 알루미나(Al2O3), 메탈 카바이드(Metal carbide), 메탈 나이트라이드(Metal nitride) 등을 본 발명의 제조방법에 따라 저온에서 합성 및 코팅할 수 있다.For example, nitrogen aluminum (AlN), alumina (Al 2 O 3 ), metal carbide (Metal carbide), metal nitride (Metal nitride), etc., which were previously synthesized at a high temperature / high pressure, are low temperature according to the manufacturing method of the present invention. Can be synthesized and coated.
또한, 본 발명에 따르면, 담체로 응용제품의 한 종류 이상의 화합물 또는 최종 응용 제품의 한 성분을 사용하고 이러한 담체 상에 형성된 나노 입자를 포함한 응용 제품들을 제조할 수 있다.In addition, according to the invention, it is possible to prepare applications comprising one or more compounds of the application or one component of the final application as a carrier and comprising nanoparticles formed on such a carrier.
예를 들어, 활성탄 담체 상에 텅스텐 나노 입자를 형성하거나, 텅스텐 분말 상에 코발트(Co)를 나노 입자로 형성한 후, 불활성 가스 분위기에서 탄화처리하여 텅스텐 카바이드(WC) 또는 코발트(Co)가 도핑된 나노 텅스텐 카바이드를 합성할 수 있다. 이와 같이 담체로 기능성 재료를 사용하고 담체 상에 나노 입자를 형성한 후, 후속 처리를 통해 응용 제품을 제조할 수 있다.For example, tungsten carbide (WC) or cobalt (Co) is doped by forming tungsten nanoparticles on the activated carbon carrier, or cobalt (Co) as nanoparticles on the tungsten powder, and then carbonizing in an inert gas atmosphere. Nano tungsten carbide can be synthesized. In this way, the functional material may be used as the carrier, and the nanoparticles may be formed on the carrier, and then the application may be manufactured through subsequent treatment.
또한, 본 발명에 따르면, 담체로 물, 극성 유기용매, 비극성 유기용매에 잘 녹는 물질을 사용하고 이러한 담체 상에 나노 입자를 형성한 후 담체를 용해시켜 제거한 후, 금속 또는 금속화합물의 나노 파우더만 회수할 수도 있다.
In addition, according to the present invention, a substance that is well soluble in water, a polar organic solvent and a non-polar organic solvent is used as a carrier, and after the nanoparticles are formed on such a carrier, the carrier is dissolved and removed to remove only the nanopowder of a metal or a metal compound. It can also be recovered.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 설명하도록 한다. 이들 실시예는 단지 예시적인 것일 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. These examples are merely exemplary and do not limit the technical scope of the present invention.
<< 실시예Example >>
<< 실시예Example 1> 소금-은 나노 파우더의 제조 1> Preparation of Salt-Silver Nanopowders
진공조에 아르곤(Ar)을 주입하여 진공도를 10-3torr로 조절한 후, 은을 증착원으로 하여 직류 스퍼터(DC Sputter)로 은 증기를 발생시켰다. 이 때, 상기 은 증기가 비산되는 방향은 담체인 소금이 담겨있는 교반조의 반대 방향, 즉 상향 방향이 되도록 장치하였다.After argon (Ar) was injected into the vacuum chamber to adjust the vacuum to 10 -3 torr, silver vapor was generated by a DC sputter using silver as a deposition source. At this time, the direction in which the silver vapor is scattered is set so as to be in the opposite direction, that is, the upward direction, of the stirring vessel in which the carrier, the salt, is contained.
상기 소금은 교반조에 구비된 회전 스크류에 의하여 교반되며, 이 때 스크류에 의한 소금의 교반속도는 100rpm이하가 유지되도록 하였다.The salt is stirred by a rotary screw provided in the stirring vessel, wherein the stirring speed of the salt by the screw was maintained below 100 rpm.
상기 은 증기를 소금 담체에 증착시켜 약 40ppm의 농도로 은 나노 입자가 소금에 붙은, 소금-은 나노 파우더를 제조하였다. The silver vapor was deposited on a salt carrier to prepare a salt-silver nanopowder in which silver nanoparticles were attached to salt at a concentration of about 40 ppm.
<< 실시예Example 2> 2> HECHEC -은 나노 파우더의 제조-Preparation of Silver Nanopowders
상기 실시예 1에서, 담체로 히드록실 에틸 셀룰로오스(hydroxyl ethyl cellulose(HEC))을 사용하고 은을 증착원으로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, HEC-은 나노 파우더를 제조하였다.In Example 1, HEC-silver nano-powder was carried out in the same manner as in Example 1 except for using hydroxyl ethyl cellulose (HEC) as a carrier and silver as a deposition source Prepared.
<< 실시예Example 3> 물-은 나노 파우더의 제조 3> Preparation of Water-Silver Nano Powders
상기 실시예 1에서, 담체로 물을 사용하고 은을 증착원으로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 물-은 나노 파우더를 제조하였다.In Example 1, the water-silver nanopowder was prepared in the same manner as in Example 1 except that water was used as a carrier and silver was used as a deposition source.
<< 실시예Example 4> 모래-은 나노 파우더의 제조 4> Fabrication of Sand-Silver Nanopowders
상기 실시예 1에서, 담체로 모래를 사용하고 은을 증착원으로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 모래-은 나노 파우더를 제조하였다.In Example 1, sand-silver nanopowder was prepared in the same manner as in Example 1 except that sand was used as a carrier and silver was used as a deposition source.
<< 실시예Example 5> 소금- 5> salt- SiSi 나노 파우더의 제조 Preparation of Nano Powder
상기 실시예 1에서, 담체로 소금을 사용하고 Si를 증착원으로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 소금-Si 나노 파우더를 제조하였다.In Example 1, a salt-Si nano powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that salt was used as a carrier and Si was used as a deposition source.
<< 실시예Example 6> 설탕-금 나노 파우더의 제조 6> Preparation of Sugar-Gold Nanopowders
상기 실시예 1에서, 담체로 설탕을 사용하고 금을 증착원으로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 설탕-금 나노 파우더를 제조하였다.In Example 1, a sugar-gold nanopowder was prepared in the same manner as in Example 1 except that sugar was used as a carrier and gold was used as a deposition source.
<< 실시예Example 7> 설탕-백금 나노 파우더의 제조 7> Preparation of Sugar-Platinum Nanopowders
상기 실시예 1에서, 담체로 설탕을 사용하고 백금을 증착원으로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 설탕-백금 나노 파우더를 제조하였다.In Example 1, a sugar-platinum nanopowder was prepared in the same manner as in Example 1 except that sugar was used as a carrier and platinum was used as a deposition source.
<< 실시예Example 8> 포도당- 8> Glucose PdPd 나노 파우더의 제조 Preparation of Nano Powder
상기 실시예 1에서, 담체로 포도당을 사용하고 Pd를 증착원으로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 포도당-Pd 나노 파우더를 제조하였다.In Example 1, glucose-Pd nanopowder was prepared in the same manner as in Example 1 except that glucose was used as a carrier and Pd was used as a deposition source.
<< 실시예Example 9> 9> PETPET -은 나노 파우더의 제조-Preparation of Silver Nanopowders
상기 실시예 1에서, 담체로 PET를 사용하고 은을 증착원으로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, PET-은 나노 파우더를 제조하였다.In Example 1, PET-silver nanopowder was prepared in the same manner as in Example 1 except for using PET as a carrier and silver as a deposition source.
<< 실시예Example 10> 10> PTFEPTFE -은 나노 파우더의 제조-Preparation of Silver Nanopowders
상기 실시예 1에서, 담체로 PTFE(테프론)를 사용하고 은을 증착원으로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, PTFE-은 나노 파우더를 제조하였다.
In Example 1, PTFE-silver nanopowder was prepared in the same manner as in Example 1 except that PTFE (Teflon) was used as a carrier and silver was used as a deposition source.
상기 실시예 1 내지 10에서 담체의 외관 변화를 육안으로 관찰하였다. In Examples 1 to 10, the appearance change of the carrier was visually observed.
도 2는 소금 담체 상에 약 40ppm농도의 은 나노 파우더를 만들기 전과 후의 사진이다. 사진에서 보듯이 초기 소금의 색은 흰색이었지만 엷은 노란색으로 변화하여 은 나노 입자가 형성된 것을 확인할 수 있다.Figure 2 is a photograph before and after making a silver nano powder of about 40ppm concentration on a salt carrier. As shown in the picture, the initial salt color was white, but it turned to pale yellow, which shows that silver nanoparticles were formed.
도 3a는 히드록실 에틸 셀룰로오스(hydroxyl ethyl cellulose, HEC) 담체 상에 은나노 입자를 형성하기 전 후의 사진이다. 도 3b에서 보듯이 은 나노 입자가 부착된 HEC담체에 물을 첨가하여 은 나노 입자가 완전하게 분산된 용액을 얻을 수 있다. 3a is a photograph before and after forming silver nanoparticles on a hydroxyl ethyl cellulose (HEC) carrier. As shown in FIG. 3b, water may be added to the HEC carrier to which the silver nanoparticles are attached to obtain a solution in which the silver nanoparticles are completely dispersed.
도 4는 모래에 은 나노 입자를 형성 하기 전 후의 사진이다. 사진에서 보듯이 모래는 은 나노 입자를 형성하기 전 밝은 색을 띄다가 은 나노 입자를 형성한 후 옅은 진한 색으로 변한 것을 확인할 수 있다.4 is a photograph before and after forming silver nanoparticles in sand. As shown in the photo, sand has a bright color before forming silver nanoparticles, and then turned to a light dark color after forming silver nanoparticles.
도 5는 소금 담체 상에 Si 나노 입자를 형성하기 전(좌측)과 후(우측)의 사진이다. 사진에서 보듯이 소금 담체는 나노 입자 형성 전 백색을 띄고 있었지만 소금 담체 상에 Si 나노 입자가 형성된 후 엷은 연두색을 띄는 것을 볼 수 있다.5 is a photograph before (left) and after (right) forming Si nanoparticles on a salt carrier. As shown in the picture, the salt carrier was white before the formation of the nanoparticles, but after the Si nanoparticles were formed on the salt carrier, it was found to be pale yellow green.
도 6은 설탕 담체 상에 금 나노 입자를 형성하기 전(좌측)과 후(우측)의 사진이다. 사진에서 보듯이 설탕 담체는 금 나노 입자가 형성된 후 금 나노 입자의 고유색인 진한 보라색을 띄고 있는 것을 볼 수 있다.6 is a photograph before (left) and after (right) forming gold nanoparticles on a sugar carrier. As shown in the picture, the sugar carrier has a deep purple color, which is inherent in the gold nanoparticles, after the gold nanoparticles are formed.
도 7은 도 6에서 만든 금나노 입자/설탕을 물에 녹인 것이다. 금 나노 입자가 완전히 분산되어 콜로이드를 형성한 것을 볼 수 있다. FIG. 7 shows the gold nanoparticles / sugar made in FIG. 6 dissolved in water. It can be seen that the gold nanoparticles are completely dispersed to form colloids.
도 8은 설탕 담체 상에 백금 나노 입자를 형성하기 전(좌측)과 후(우측)의 사진이다. 사진에서 보듯이 설탕 담체는 백금 나노 입자 형성 후 백금 나노 입자의 고유색인 회색을 띄고 있는 것을 볼 수 있다. 8 is a photograph before (left) and after (right) forming platinum nanoparticles on a sugar carrier. As shown in the picture, it can be seen that the sugar carrier has gray, which is intrinsic color of the platinum nanoparticles after the formation of the platinum nanoparticles.
도 9은 포도당 담체 상에 Pd나노 입자를 형성하기 전(좌측)과 후(우측)의 사진이다. 사진에서 보듯이 포도당 담체 상에 Pd 나노 입자가 형성된 후 포도당은 엷은 회색을 띄는데 이는 Pd가 나노 입자가 될 경우 회색을 띄기 때문이다. 9 is a photograph before (left) and after (right) the formation of Pd nanoparticles on a glucose carrier. As shown in the picture, glucose is pale gray after Pd nanoparticles are formed on the glucose carrier, because Pd becomes nanoparticles.
도 10는 도 8에서 Pd/포도당을 물에 녹였을 때의 사진이다. 전체적으로 회색의 콜로이드(colloid)를 형성한 것을 볼 수 있다.FIG. 10 is a photograph when Pd / glucose is dissolved in water in FIG. 8. It can be seen that a gray colloid is formed as a whole.
도 11은 PET 플라스틱 알갱이들 위에 은 나노 입자를 형성한 것(좌측)과, 이를 섭씨180도에서 녹인 것(우측)의 사진이다. 사진에서 보듯이 PET 플라스틱 고분자에 은 나노 입자들이 완전히 녹아 전체적으로 노란색을 띄는 것을 볼 수 있다.11 is a photograph of the formation of silver nanoparticles on PET plastic granules (left) and melting them at 180 degrees Celsius (right). As you can see in the picture, the silver nanoparticles are completely dissolved in PET plastic polymer and yellow.
도 12은 PTFE(테프론) 분말에 은 나노 입자를 형성한 것(좌측)과, 이를 섭씨 250 도 고온에서 녹인 것(우측)의 사진이다. 사진에서 보듯이 전체적으로 노란색을 띄어 은 나노 입자들이 균일하게 테프론 고분자와 섞여 있는 것을 볼 수 있다.12 is a photograph of silver nanoparticles formed on the PTFE (teflon) powder (left) and melted at a high temperature of 250 degrees Celsius (right). As you can see in the picture, the yellow nanoparticles appear to be uniformly mixed with Teflon polymer.
Claims (11)
a) 상기 진공 증착조의 진공도가 10-4 내지 1 torr 가 되도록 불활성 기체를 진공 증착조에 포함시키는 단계;
b) 상기 증착원을 이용하여 나노입자 형성을 위한 증기 입자를 발생시키는 단계;
c) 상기 스크류의 속도를 1 내지 200rpm으로 조절하여 담체를 교반하는 단계; 및
d) 상기 담체 상에 증기 입자를 증착하여 나노 입자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 담체에 부착된 나노 파우더 제조 방법을 제공한다.A vacuum deposition tank and a stirring tank provided in the vacuum deposition tank; A screw provided in the stirring tank and stirring the carrier; And a nanopowder manufacturing apparatus attached to a carrier, which is provided on the stirring vessel in the vacuum deposition tank and is composed of a deposition source for generating steam particles for forming nanoparticles.
a) incorporating an inert gas into the vacuum deposition tank such that the vacuum degree of the vacuum deposition tank is 10 -4 to 1 torr;
b) generating steam particles for forming nanoparticles using the deposition source;
c) stirring the carrier by adjusting the speed of the screw to 1 to 200 rpm; And
and d) depositing vapor particles on the carrier to form nanoparticles.
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