KR20240055740A - 탄탈륨 나노입자 제조물, 탄탈륨 나노입자를 얻기 위한 프로세스 및 탄탈륨 나노입자 제조물의 용도 - Google Patents

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로빈슨 카를루스 더들리 쿠르즈
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인스티튜토 헤르실리오 란돈
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Abstract

본 발명은 재료 공학 및 나노기술 분야이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 탄탈륨 나노입자 제조물, 그 용도, 및 이것을 분쇄, 즉, 하향식(top-down) 프로세스에 의해 얻기 위한 프로세스를 설명한다. 본 발명의 나노입자 제조물은 이들 및 기타 문제를 해결하며, 조성, 순도, 규정된 입도 프로파일 및 높은 비표면적을 가지므로 다양한 용도에 유용하다. 본 발명은 또한 제어된 분쇄를 통해 그리고 나노입자 합성에 전형적인 화학 반응 또는 시약에 의한 오염을 수반하지 않고 탄탈륨을 함유한 광물 종으로부터 나노입자를 얻기 위한 프로세스를 개시한다 본 발명은 선행 기술과는 크게 대조적으로 고순도, 결정된 입도 크기 프로파일 및 매우 높은 비표면적을 갖는 탄탈륨 오산화물 나노입자를 대규모로 얻는 것을 제공하고, 그 용도를 다양한 산업 용도에서 실용화하도록 한다.

Description

탄탈륨 나노입자 제조물, 탄탈륨 나노입자를 얻기 위한 프로세스 및 탄탈륨 나노입자 제조물의 용도
본 발명은 재료 공학 및 나노기술 분야이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 탄탈륨 나노입자 제조물, 그 용도, 및 이것을 분쇄, 즉, 하향식(top-down) 프로세스에 의해 얻기 위한 프로세스를 설명한다. 본 발명의 나노입자 제조물은 이들 및 기타 문제를 해결하며, 규정된 조성, 순도, 입도 프로파일 및 높은 비표면적을 가지므로 다양한 용도에 유용하다. 본 발명은 또한 제어된 분쇄를 통해 그리고 나노입자 합성에 전형적인 화학 반응 또는 시약에 의한 오염을 수반하지 않고 탄탈륨을 함유한 광물 종으로부터 나노입자를 얻기 위한 프로세스를 개시한다 본 발명은 선행 기술과는 크게 대조적으로 고순도, 결정된 입자 크기 프로파일 및 매우 높은 비표면적을 갖는 탄탈륨 오산화물 나노입자를 대규모로 얻는 것을 제공하고, 그 용도를 다양한 산업 용도에서 실용화하도록 한다.
다양한 재료의 입자, 특히 세라믹 산화물을 포함하는 세라믹 재료의 입자는 다양한 용도에서 매우 유용하다. 이 분야에서, 소위 분말 야금은 특수 재료의 개발에 관여하는 많은 연구 그룹 및 기업에 의해 연구 대상으로 되어 왔고, 크기의 한계 또는 입자의 입도 분포 프로파일은 이러한 재료의 특성에서 중요한 요인이다.
본 발명의 문맥에서 특히 중요한 것은 (i) 다른 입자 중 나노입자를 약간 포함하는 제조물; (ii) 나노미터 입도 범위에 있는 입자를 주로 또는 전적으로 함유하는 제조물; (iii) 입도 분포 프로파일이 규정된 주로 또는 전적으로 나노미터인 입도 범위에 있는 나노입자 제조물 사이의 차이이다. 본 발명은 후자의 두 가지를 제공한다.
이 문맥에서, 본 발명자들 중 하나에 의한 최근 문헌(Powder Technology 383 (2021) 348-355 - Powder grinding and nano-particle sizing: sound, light, and enlightenment)은, 특히 나노 차원에서 이러한 크기에 관한 올바른 진술을 위해 입자의 크기를 측정하는 기술에 대해 아는 것이 얼마나 중요한지 보여준다. 나노 차원에서, 종래의 측정 프로세스(EAS, 전기 음향 분광법 및 DLS 동적 광 산란법)는 입자의 체적에 기초하면 오차의 영향을 받기 쉽고, 입자의 수 및 그 비표면적에 기초한 기술이 이 차원에서 가장 적합하다.
탄탈륨 입자 제조물은 소량의 나노입자를 함유할 수 있으나, 마이크로미터/마이크론 범위의 훨씬 더 큰 입자가 우세하므로 이러한 제조물을 실제의 나노입자 제조물로서 특성평가하는 것을 방해한다. 또한, 나노스케일에서 재료의 거동은 크게 변화하는 것으로 알려져 있으며, 따라서 나노미터 범위의 탄탈륨 입자를 주로 또는 전적으로 함유하는 제조물을 합성 프로세스에 전형적인 오염을 수반하지 않고 대규모 및 고순도로 얻을 수 있는 것이 매우 바람직하다. 본 발명은 이들 및 기타의 기술적 문제를 해결한다.
세라믹 산화물, 특히 탄탈륨 오산화물은 탄탈륨의 특이한 특성에 기인하여 다양한 용도에서 검토되어 왔다.
상기 문헌에는 상향식(bottom-up)이라고 부르는 프로세스에서 탄탈륨을 함유하는 나노입자의 합성 방법의 예가 포함되어 있다. 그러나, 상향식 방법 또는 합성 방법으로서의 이러한 프로세스는 화학 반응, 화학 반응, 시약, 및 생성물을 수반하므로, 얻어진 생성물에는 통상적으로 투입물의 잔류물 또는 반응 부산물에 의한 많은 오염물이 함유되어 있다.
또한, 상향식 프로세스에 의해 얻어지는 나노입자는 반응 생성물인 특정의 화학종에 한정된다. 또한, 이들 프로세스는 대규모로 기술적으로 및/또는 경제적으로 실행가능하지 않고, 이것이 안정적이고, 순순하고, 또한 주로 또는 전적으로 나노미터 범위의 입도 분포를 갖는 탄탈륨 나노입자 제조물을 산업적 규모로 이용할 수 없는 이유들 중 일부이다. 본 발명은 이들 및 기타의 기술적 문제를 해결한다.
전이 금속의 분쇄(milling/comminution/pulverization) 방법은 통상적으로 비표면적을 증가시키고 다양한 산업적 용도를 가능하게 하는 것을 목표로 한다. 탄탈륨 또는 탄탈륨을 함유하는 재료의 경우, 특히 탄탈륨 오산화물의 경우, 알려진 방법은 마이크로미터 범위의 입도를 갖는 입자를 얻는 것으로 제한되며, 전적으로 나노입자를 함유하는 제조물을 제공하는 분쇄 방법인 본 특허 출원의 출원일까지 본 발명자들에게 알려져 있지 않았다.
탄탈륨은 일부의 다른 전이 금속보다 유전율이 높기 때문에, 예를 들면, 커패시터 등의 전자 부품에서 매우 유용한 재료이다. 그러나, 본 발명에 이르기까지, 분쇄(하향식 프로세스)에 의해 탄탈륨 및 탄탈륨 오산화물의 주로 또는 전적으로 나노미터인 입자를 얻는 것은 기술적으로 불가능한 것으로 생각되는 과제였고, 실패한 시도의 대상이었다. 본 발명은 이들 및 기타의 기술적 문제를 해결한다.
과학 및 특허 문헌에서 선행기술을 검색하여 이 주제와 관련된 다음의 문헌을 찾아 냈다.
CBMM에 의해 출원되어 서고에 보관 중인 브라질 특허 출원 PI 0401882-6는 높은 화학적 순도, 높은 표면적, 적절한 형태 및 공극률, 및 저밀도 벌크의 금속 니오븀 및 탄탈륨 분말을 제조하는 프로세스를 개시하고 있다. 상기 프로세스는 미세 분말을 얻는 단계; 제어된 표면 산화 단계; 용융염의 욕 중에서 또는 용융염의 혼합물 중에서 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 이용하여 이 산화물 층을 환원하는 단계; 형성된 케이크를 용해 및 침출하는 단계; 얻어진 생성물을 여과, 세척 및 건조시키는 단계를 포함한다. 이 문헌에는 본 발명과 같은 탄탈륨 오산화물 나노입자의 제조물이 개시되어 있지 않다.
문서 Jamkhande 등(2019)은 금속 나노입자 제조 방법에 관한 총론을 제공한다. 다른 기술 중에서도 문서 Jamkhande 등(2019)은 구체를 포함하는 분쇄기에서 실시될 수 있는 입자의 기계적 단편화(fragmentation)를 수반하는 하향식 접근법을 거론하고 있다. Jamkhande 등(2019)은 또한 저에너지 및 고에너지 분쇄도 언급하고 있다. Jamkhande 등(2019)은 기존의 기술을 재검토할 뿐이고 언급된 프로세스의 구체적인 파라미터를 개시하지 않고 있다. 심지어 이 문서에는 탄탈륨 오산화물 나노입자의 제조물이 개시되어 있지도 않다.
CN112456556은 300-400 nm 범위의 직경의 입자 크기, 균일한 입도, 및 우수한 분산을 가진 탄탈륨 산화물 나노스피어를 개시하고 있다. 그러나, CN112456556은 본 특허 출원에 정의된 프로세스와 반대인 "상향식" 프로세스를 다루고 있으며, 또한 CN112456556은 본 발명에 정의된 바와 같은 탄탈륨 오산화물 나노입자의 제조물을 개시하고 있지 않다.
Evonik Operations GMBH에 의해 출원된 브라질 특허 출원 BR 112020014972-1(WO2019145298)은 폴리머 무기질 나노입자의 조성물 및 이것을 제조하는 프로세스를 개시하고 있다. 전술한 문서에 개시된 나노입자는 황, 셀레늄, 텔루륨 또는 산소를 포함하는 금속 칼코게나이드와 아크릴레이트, 산, 할로겐화물, 또는 에스테르를 포함하는 다양한 폴리머 종으로부터 선택되는 폴리머로 제조되며, 윤활제로 사용하기 위한 것이다. 이 문서에는 본 발명과 같은 탄탈륨 오산화물 나노입자 제조물이 개시되어 있지 않다.
Huang Yuhong에 의해 출원되고 포기된 미국 특허 출원 US2007185242A1은 나노크기의 금속 수산화물을 포함하는 저온 경화 잉크를 개시하고 있다. 상기 문서의 초점은 전극이나 커패시터를 코팅하기 위한 조성물이다. 이 조성물은 루테늄 수산화물 나노입자를 사용하여 기계 화학적 프로세스에 의해 얻어지는 서브마이크로미터 입자를 포함한다. 상기 문서에서 금속 수산화물 나노입자는 금속 염화물을 수중에서 수산화나트륨과 반응시킴으로써 제조된다. 이 문서에는 본 발명과 같은 탄탈륨 오산화물 나노입자 제조물이 개시되어 있지 않다.
미주리 대학이 출원한 미국 특허 출원 US2020391294에는 분말형 금속-세라믹 재료 복합재를 제조하기 위한 프로세스가 개시되어 있다. 상기 프로세스에서는 분쇄기(mill)가 사용되며, 금속 분말을 세라믹 나노입자와 함께 분쇄하여 금속-세라믹 복합재를 생성한다. 이 분쇄기의 볼 및 그 내 부는 세라믹으로 만들어진다. 이 문서에는 본 발명과 같은 탄탈륨 오산화물 나노입자 제조물이 개시되어 있지 않다.
조사된 문헌으로부터 알 수 있듯이 본 발명의 가르침을 예상하거나 제안하는 문서는 발견되지 않았다.
본 발명은 주로 또는 전적으로 나노미터인 입자 크기를 갖는 탄탈륨 제조물과 관련된 여러 가지 선행 기술의 문제점을 해결한다.
본 발명의 목적 중 하나는 고순도의 탄탈륨 나노입자 제조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적 중 하나는 화학적으로 결정된 조성의 탄탈륨 입자의 제조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적 중 하나는 나노미터의 입도 범위의 d50 내지 d99를 갖는 탄탈륨 오산화물 입자의 제조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적 중 하나는 나노미터의 입도 범위의 d90 내지 d99를 갖는 탄탈륨 오산화물 입자의 제조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적 중 하나는 100 나노미터 미만의 입자 크기 범위의 탄탈륨 입자의 제조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 나노입자 제조물은 강, 금속 및 비금속 합금, 세라믹 및/또는 폴리머의 조절 또는 개선; 전자 부품, 배터리 셀, 에너지 저장 시스템, 태양전지 패널, 센서 및 압전 액츄에이터에서 사용하기 위한 전자기 특성을 조절하기 위한 재료의 도핑; 유리 또는 기타 투명 또는 반투명 재료의 광학 특성의 조절; 촉매의 성분으로서의 용도; 안정한 액체/콜로이드 조성의 제조를 포함하는 여러 가지 용도에서 유용하다.
본 발명의 또 하나의 목적은 하향식 접근법에 의해, 즉 화학적 또는 기계 화학적 합성을 수반하지 않는 분쇄에 의해 탄탈륨 나노입자 제조물을 제조하기 위한 프로세스를 제공하는 것이다. 상기 프로세스는 대규모이고, 경제적 실행가능성 및 제조물의 효과적인 입수가능성에 적합하다.
일 실시형태에서, 탄탈륨 나노입자를 얻는 프로세스는:
- 탄탈륨 입자를 고에너지 분쇄기(mill), 수증기 분쇄기 및 제트 분쇄기로부터 선택되는 분쇄 설비에 공급하는 단계;
- 이하로부터 선택되는 분쇄 조건을 조정하는 단계: 즉,
- 고에너지 분쇄기에서는:
- 분쇄 대상 입자를 액체 중에 1 내지 90% m/m 농도로 현탁시키고, 상기 현탁액을 안정한 콜로이드 현탁액을 얻을 때까지 안정화시키는 것; 및
- 상기 현탁액과 5 μm 내지 1.3 mm의 선택된 직경을 갖는 분쇄 볼을 분쇄 체임버 내에 넣고; 분쇄기 회전 속도를 500 내지 4500 rpm으로 조정하고; 상기 입자를 60℃ 미만의 온도에서 분쇄하는 것; 또는
- 과열된 유체를 구비한 제트 분쇄기 또는 수증기 분쇄기에서, 40 마이크로미터보다 작은 입자를 공급하는 것; 공기 분급기 회전을 1,000 내지 25,000 rpm으로 조정하는 것; 압축된 수증기 압력을 10 내지 100 bar로 그리고 온도를 230 내지 360℃로 조정하는 것; 또는
- 제트 분쇄기에서는, 상기 공기 분급기 회전을 1,000 내지 25,000 rpm으로 조정하는 것, 압축된 공기 압력을 1 내지 50 bar로 그리고 온도를 40℃ 미만으로 조정하는 것; 및
- 원하는 입자 입도 프로파일이 얻어질 때까지 상기 입자를 분쇄하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에서, 위에서 언급한 고에너지 분쇄기의 분쇄 체임버 내에 넣을 상기 콜로이드 현탁액의 안정화는 극성 액체 매체의 pH를 2 내지 13의 범위로 조정하는 것, 및 선택적으로 계면활성제를 첨가하는 것; 또는 비극성 액체 매체에 계면활성제를 첨가하는 것으로부터 선택된다.
일 실시형태에서, 탄탈륨 나노입자를 얻는 프로세스는 특정 파라미터를 조정함으로써 지르코니아, 이트리아로 안정화된 지르코니아, 니오븀 오산화물로 안정화된 지르코니아, 또는 이들의 조합 등의 특정 재료의 구체(sphere)로 작동하는 고에너지 분쇄기에서 분쇄하는 것을 포함한다.
다른 실시형태, 탄탈륨 나노입자를 얻기 위한 프로세스는 특정 파라미터를 조정함으로써 과열된 수증기, 과열된 수증기, 또는 수증기 분쇄기를 사용하여 제트 분쇄기에서 분쇄하는 것을 포함한다.
본 발명의 이들 목적 및 기타 목적은 당업자에는 즉각적으로 이해될 것이며 이하에서 상세히 설명한다.
다음의 도면이 제시된다.
도 1은 본 발명의 탄탈륨 오산화물 나노입자 제조물의 일 실시형태의 입자 크기 분포를 도시하며, Dispersion Technology Inc.의 전기음향 분광계 모델 DT1202에서 얻어진 입자 크기 프로파일을 보여준다. 이것은 마이크로미터 단위로 입자의 체적에 기초한 입도 분포 또는 등가 직경(가로축), 나노입자의 상대 분율(왼쪽의 세로축) 및 누적 분율 (오른쪽의 세로축)을 보여준다.
도 2는 12 시간 동안 분쇄한 Ta2O5에 대해 전기음향 분광법에 의해 얻어진 누적 입자 크기 분포(DTP)를 도시한다.
도 3은 12 시간 동안 분쇄한 Ta2O5에 대해 전기음향 분광법에 의해 얻어진 미분 입자 크기 분포(DTP)를 도시한다.
도 4는 샘플 1(Ta 12h - 미가공)의 탄탈륨 나노입자를 보여주는 20,000배의 명시야 TEM 이미지를 도시한다.
도 5는 샘플 1(Ta 12h - 미가공)의 탄탈륨 나노입자를 보여주는 100,000배의 명시야 TEM로부터의 A, B 및 C로 명명된 이미지를 도시한다.
도 6은 샘플 1(Ta 12h - 미가공)의 탄탈륨 나노입자를 보여주는 200,000배의 명시야 TEM로부터의 A, B 및 C로 명명된 이미지를 도시한다.
도 7은 샘플 1(Ta 12h - 미가공)의 탄탈륨 나노입자를 보여주는 100,000배의 명시야 TEM 이미지, 및 각각의 이미지의 옆에 동정(identification), 카운팅 및 측정 프로세스를 예시하는 다른 이미지를 도시한다.
도 8은 샘플 1(Ta 12h - 미가공)의 입자 크기 분포를 예시하는 형태학적 분석 결과의 히스토그램을 도시한다.
도 9는 샘플 2(Ta 12h - 원심분리된 상청액)의 탄탈륨 나노입자를 보여주는 20,000배의 명시야 TEM 이미지를 도시한다.
도 10은 샘플 2(Ta 12h - 원심분리된 상청액)의 탄탈륨 나노입자를 보여주는 100,000배의 명시야 TEM로부터의 A, B 및 C로 명명된 이미지를 도시한다.
도 11은 샘플 2(Ta 12h - 원심분리된 상청액)의 탄탈륨 나노입자를 보여주는 200,000배의 명시야 TEM로부터의 A, B 및 C로 명명된 이미지를 도시한다.
도 12는 샘플 2(Ta 12h - 원심분리된 상청액)의 탄탈륨 나노입자를 보여주는 100,000배의 명시야 TEM 이미지, 및 각각의 이미지의 옆에 동정, 카운팅 및 측정 프로세스를 예시하는 다른 이미지를 도시한다.
도 13은 샘플 2(Ta 12h - 원심분리된 상청액)의 입자 크기 분포를 예시하는 형태학적 분석 결과의 히스토그램을 도시한다.
본 발명은 여러 가지 선행 기술의 문제를 해결하고, 주로 또는 전적으로 나노미터 입자 크기 범위의 입자; 고순도, 경제적 규모로의 공급 및 사용을 가능하게 하는 산업적 규모의 프로세스의 기술적 특징을 동시에 고려한 탄탈륨 나노입자 제조물을 제공한다. 상기 제조물은 탄탈륨 나노입자 제조물이라고도 부를 수 있다.
본 발명에서, "탄탈륨 입자"라는 용어는 금속 탄탈륨, 탄탈륨의 산화물, 수화물, 수소화물, 탄화물, 또는 질화물, 철 탄탈륨 또는 다른 금속 또는 전이 금속과 합금된 탄탈륨, 또는 이들의 조합을 포함하는 다양한 화학적 실체를 포함한다. 또한 탄탈륨 오산화물도 포함한다.
본 발명은 이하의 절에 의해서도 정의된다.
95 중량% 이상의 함량의 탄탈륨 입자를 포함하는 탄탈륨 나노입자 제조물로서, 50% 내지 90% 입자(d50 내지 d90)가 342 내지 2127 나노미터(nm)의 입자 크기 범위에 있다.
전술한 나노입자 제조물에서, 90% 내지 99% 입자(d90 내지 d99)가 1402 내지 9938 나노미터(nm)의 입자 크기 범위에 있다.
전술한 나노입자 제조물에서, 상기 입자는 10 내지 492 나노미터(nm) 범위의 크기를 갖는다. 일 실시형태에서, 상기 나노입자는 89.5 nm의 평균 크기를 갖는다.
전술한 나노입자 제조물에서, 상기 입자는 10 내지 339 나노미터(nm) 범위의 크기를 갖는다. 일 실시형태에서, 상기 나노입자는 79.44 nm의 평균 크기를 갖는다.
전술한 나노입자 제조물에서, 상기 입자는 10 내지 9938 나노미터(nm) 범위의 크기를 갖는다.
전술한 나노입자 제조물은 99 중량% 이상의 함량의 탄탈륨 입자를 포함한다.
전술한 나노입자 제조물에서, 나노입자는 탄탈륨 오산화물이다.
전술한 나노입자 제조물에서, 입자 크기 분포가 d10은 83 내지 97 nm; d50은 342 내지 455 nm; d90은 1402 내지 2127 nm; 또는 d99는 5755 내지 9938 nm이다. 일 실시형태에서, 입자 크기 분포는 d10은 89 nm이다. 일 실시형태에서, 입자 크기 분포는 d50은 391 nm이다. 일 실시형태에서, 입자 크기 분포는 d90은 1720 nm이다. 일 실시형태에서, 입자 크기 분포는 d99은 7580 nm이다.
전술한 나노입자 제조물에서, 입자 비표면적이 d10은 7.54 내지 8.82 m2.g-1; d50은 1.61 내지 2.14 m2.g-1; d90은 0.34 내지 0.52 m2.g-1; 또는 d99는 0.07 내지 0.13 m2.g-1이다. 일 실시형태에서, 입자 비표면적은 d10은 8.22 m2.g-1이다. 일 실시형태에서, 입자 비표면적은 d50은 1.87 m2.g-1이다. 일 실시형태에서, 비표면적 분포는 d90은 0.43 m2.g-1이다. 일 실시형태에서, 입자 비표면적은 d99은 0.10 m2.g-1이다.
다른 입자 또는 나노입자 제조물의 유동학적 특성을 조절하기 위한, 그리고 최종 제조물의 충전도, 유동성, 공극 분율, 또는 기타 특성을 조정하기 위한 전술한 나노입자 제조물의 용도.
안정한 콜로이드 조성물; 강, 금속 및 비금속 합금, 세라믹 및/또는 폴리머; 전자 부품, 배터리 셀, 에너지 저장 시스템, 압전 센서 및 액츄에이터, 태양전지 패널; 유리, 유리-세라믹 또는 기타 투명 재료 및 반투명 재료; 촉매의 제조를 위한 전술한 나노입자 제조물의 용도.
탄탈륨 나노입자를 얻기 위한 프로세스로서:
- 탄탈륨 입자를 고에너지 분쇄기(mill), 수증기 분쇄기 및 제트 분쇄기로부터 선택되는 분쇄 설비에 공급하는 단계;
- 이하로부터 선택되는 분쇄 조건을 조정하는 단계: 즉,
- 고에너지 분쇄기에서는:
- 분쇄 대상 입자를 액체 중에 1 내지 90% m/m 농도로 현탁시키고, 상기 현탁액을 안정한 콜로이드 현탁액을 얻을 때까지 안정화시키는 것; 및
- 상기 현탁액과 5 μm 내지 1.3 mm의 선택된 직경을 갖는 분쇄 볼을 분쇄 체임버 내에 넣고; 분쇄기 회전 속도를 500 내지 4500 rpm으로 조정하고; 상기 입자를 60℃ 미만의 온도에서 분쇄하는 것; 또는
- 과열된 유체를 구비한 제트 분쇄기 또는 수증기 분쇄기에서는, 40 마이크로미터보다 작은 입자를 공급하는 것; 공기 분급기 회전을 1,000 내지 25,000 rpm으로 조정하는 것; 압축된 수증기 압력을 10 내지 100 bar로 그리고 온도를 230 내지 360℃로 조정하는 것; 또는
- 제트 분쇄기에서는, 상기 공기 분급기 회전을 1,000 내지 25,000 rpm으로 조정하는 것, 압축된 공기 압력을 1 내지 50 bar로 그리고 온도를 40℃ 미만으로 조정하는 것; 및
- 원하는 입자 입도 프로파일이 얻어질 때까지 상기 입자를 분쇄하는 단계를 포함한다.
전술한 프로세스로서, 고에너지 분쇄기의 분쇄 체임버 내에 넣을 상기 콜로이드 현탁액의 안정화는 극성 액체 매체의 pH를 2 내지 13의 범위로 조정하는 것, 및 선택적으로 계면활성제를 첨가하는 것; 또는 비극성 액체 매체에 계면활성제를 첨가하는 것으로부터 선택된다.
전술한 프로세로서, 상기 분쇄 설비로의 공급 단계 전에 상기 탄탈륨 입자의 사전 분쇄 단계를 더 포함하고, 상기 사전 분쇄는 1 내지 40 마이크로미터의 평균 입자 크기에 도달할 때까지 실행된다.
상기 사전 분쇄는 볼 분쇄기, 디스크 분쇄기 또는 고에너지 분쇄기에서 실시되는 프로세스.
상기 사전 분쇄는 제트 분쇄기에서 실시되는 프로세스.
전술한 프로세스로서, 고에너지 분쇄기는 교반식 매체형이며, 상기 구체는 지르코니아, 실리콘 카바이드, 알루미나로부터 선택되고, 상기 구체는 선택적으로 이트리아 또는 니오븀 오산화물, 또는 이들의 조합으로 안정화된다.
전술한 프로세스로서, 분쇄기 내의 작동 pH는 6 내지 10이다.
전술한 프로세스로서, 분쇄기 내의 작동 온도는 30 내지 40℃이다.
전술한 프로세스는 과열된 유체를 구비한 제트 분쇄기 또는 수증기 분쇄기에서 공기 분급기 회전을 1,000 내지 25,000 rpm, 바람직하게는 5,000 내지 25,000 rpm, 더 바람직하게는 10,000 내지 25,000 rpm, 훨씬 더 바람직하게는 15,000 내지 25,000 rpm, 훨씬 더 바람직하게는 20,000 내지 25,000 rpm으로 조정하고; 압축된 수증기의 압력을 10 내지 100 bar, 바람직하게는 20 내지 90 bar, 더 바람직하게는 30 내지 80 bar, 훨씬 더 바람직하게는 40 내지 70 bar, 훨씬 더 바람직하게는 45 내지 60 bar로 조정하고; 온도를 230 내지 360℃, 바람직하게는 240 내지 340℃, 더 바람직하게는 250 내지 320℃, 훨씬 더 바람직하게는 260 내지 300℃, 훨씬 더 바람직하게는 270 내지 290℃로 조정하는 단계를 포함한다.
전술한 프로세스는 제트 분쇄기에서 공기 분급기 회전을 1,000 내지 25,000 rpm, 바람직하게는 5,000 내지 25,000 rpm, 더 바람직하게는 10,000 내지 25,000 rpm, 훨씬 더 바람직하게는 15,000 내지 25,000 rpm, 훨씬 더 바람직하게는 20,000 내지 25,000 rpm로 조정하고; 압축된 공기 압력을 1 내지 50 bar, 바람직하게는 1 내지 40 bar, 더 바람직하게는 2 내지 30 bar, 훨씬 더 바람직하게는 3 내지 20 bar, 훨씬 더 바람직하게는 4 내지 10 bar로 조정하고; 온도를 40℃으로 조정하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에서, 순도 99% 이상의 탄탈륨 오산화물 나노입자의 제조물이 제공된다.
일 실시형태에서, 본 발명의 탄탈륨 나노입자 제조물은 50 내지 1000 나노미터의 입자 크기를 갖는다. 일부의 실시형태에서, 본 발명의 나노입자 제조물은 예를 들면, 전적으로 50 내지 800 nm의 입자를 포함하는 제조물, 및 중간 값의 입자를 포함하는 제조물, 및 규정된 값의 입자 크기 분율을 갖는 제조물 등 규정된 입도 분율의 입자를 포함한다.
본 발명의 일부의 실시형태에서, 업계에서 이미 실시되고 있는 바와 같이, 입자 크기 분율의 분포는 각각의 표기에 대응하는 입자의 누적% 체적을 반영하는 표기인 d10, d50, d90 및 경우에 따사 d99로 정의되며, d10은 입자 체적의 10%, d50은 체적의 50% 등을 지칭한다.
일부의 실시형태에서, 본 발명은 100 나노미터 미만의 입자 크기 범위의 탄탈륨 입자의 제조물을 제공한다.
본 발명의 나노입자 제조물은 안정한 콜로이드 현탁액의 제조; 강, 금속 및 비금속 합금, 세라믹 및/또는 폴리머의 기계적 특성의 조절 또는 개선; 전자 부품, 배터리 셀, 에너지 저장 시스템, 태양전지 패널, 센서 및 압전 액츄에이터에서 사용하기 위한 전자기 특성을 조절하기 위한 재료의 도핑; 유리 또는 기타 투명 재료의 광학 특성의 조절; 촉매 성분으로서의 사용을 포함하는 여러 가지 용도에서 유용하다.
일 실시형태에서, 본 발명의 나노입자 제조물을 사용하면 나노입자가 장시간 동안 현탁액 중에 존속하여 오랜 저장 수명을 제공하는 안정한 액체 조성물 또는 콜로이드 현탁액이 제공된다.
탄탈륨 나노입자를 얻기 위한 본 프로세스는 화학 반응 또는 기계화학을 수반하지 않는 하향식 프로세스이므로 탄탈륨 나노입자를 얻기 위한 다른 프로세스와 다르다. 순수 탄탈륨 입자 또는 고순도 탄탈륨 입자가 분쇄에 사용된다는 사실로 인해 상향식 프로세스인 선행 기술의 합성 또는 기계적 화학의 경우와 같이 프로세스가 불순물을 첨가하거나 반응 생성물의 형성으로 이어지지 않으므로 고순도 나노입자 제조물이 얻어진다.
일 실시형태에서, 이 프로세스는 고에너지 분쇄기에서의 습식 분쇄를 포함하고, 산업적 규모로 주로 또는 전적으로 나노미터 입도 범위의 탄탈륨 오산화물 입자를 얻는 것을 가능하게 한다. 분쇄가 고에너지 습식 분쇄기에서 실행되는 실시형태에서, 고에너지 분쇄기의 분쇄 체임버 내에 넣을 콜로이드 현탁액의 안정화는 매우 중요한 단계이며, 극성 액체 매체의 pH를 2 내지 13의 범위로 조정하는 것, 및 선택적으로 계면활성제를 첨가하는 것; 또는 비극성 액체 매체에 계면활성제를 첨가하는 것으로부터 선택된다.
일 실시형태에서, 회전 시간, pH, 및 온도를 포함하는 특정 파라미터를 조정함으로써 본 기술분야에서 알려진 분쇄기, 예를 들면, 이트리아로 안정화된 지르코니아 구체(ZrO2 + Y2O3)가 사용된다. 일 실시형태에서, 분쇄 매체는 지르코니아 볼, ZTA(알루미나 또는 이트륨으로 강화된 지르코니아) 및 알루미나를 포함한다. 바람직하게는, 5 중량%의 이트리아로 안정화된 지르코니아 구체가 사용된다.
다른 실시형태에서, 이 프로세스는 40 마이크론보다 작은 입자가 공급되는 과열된 수증기(수증기 분쇄기)을 사용하는 제트 분쇄기에 의한 분쇄를 포함하고, 공기 분급기의 회전은 1,000 내지 25,000 rpm으로 조정되고, 압축된 수증기의 압력은 10 내지 100 bar로 조정되고, 온도는 230 내지 360℃로 조정된다.
실시례
본 명세서에 제시된 실시례는 본 발명을 실행하는 다양한 방법의 일부를 예시하기 위한 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
실시례 1 - 고에너지 분쇄기에서의 탄탈륨 오산화물 습식 분쇄 프로세스
이 실시형태에서, 탄탈륨 오산화물 나노입자의 제조물을 회전 속도, pH, 온도를 포함하는 파라미터를 조정하면서 분쇄함으로써 얻었다.
고순도이고 입자 크기 분포가 d90=70, d50=18 및 d10=0.25(μm)인 시판되는 탄탈륨 오산화물을 교반식 매체형 고에너지 분쇄기에 공급하였다. 상기 분쇄기는 이트리아로 안정화된 지르코니아로 제조된 5 μm 내지 1.3 mm 직경의 분쇄용 볼/구체를 사용하여 작동한다. 이 실시형태에서, 상기 볼의 크기 400 μm이다. 탄탈륨 오산화물 나노입자 분말을 얻기 위한 상기 재료의 분쇄 조건에는 1000 내지 4500 rpm의 회전 속도, 상기 분쇄기의 외부의 강제 냉각 시스템의 도움으로 40℃으로 유지되는 온도가 포함된다. 이들 조건 하에서 30 내지 120 분간 작동시킨 후에 탄탈륨 나노입자를 함유한 분말 제조물을 얻었다.
효율성을 평가하기 위해 상이한 분쇄 조건을 테스트하였다. 30분의 분쇄 시간, 9.0의 pH, 전기음향 분광법에 의한 크기 측정 기법, 체적 기준, 25℃의 온도의 조건 하에서, d10이 0.087, 50이 0.197 그리고 d90이 0.505(각각 87 nm, 197 nm, 및 505 nm)인 나노입자가 얻어졌다.
실시례 2 - 입자 크기 측정
입자 크기 분포는 DT1202 브랜드의 Dispersion Technology Inc.를 사용하여 전기음향 분광법에 의해 측정하였다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 탄탈륨 나노입자 제조물은 전적으로 나노입자 범위의 입도 분포를 갖는다. 도 1은 나노미터 단위로 입자의 입도 분포 또는 등가 직경(가로축), 나노입자의 상대 분율(왼쪽의 세로축) 및 누적 분율(오른쪽의 세로축)을 보여준다. 도 1은 본 발명의 이 실시형태의 탄탈륨 나노입자는 60 내지 1000 나노미터(nm)의 등가 직경을 가지며, 99%가 60 내지 776 nm, 90%가 60 내지 480 nm, 50%가 60 내지 275 nm, 10%가 60 내지 157 nm에 있음을 보여준다. 표 1은 각각의 분율로 얻어지는 평균 직경을 보여준다:
표 1 - 상이한 분율의 평균 직경(μm)
직경 [μm]
D10 0.157
D50 0.275
D90 0.480
D99 0.776
실시례 3 - 안정한 콜로이드 현탁액 - pH 및 수용액 중에서 탄탈륨 입자의 안정성 테스트
실시례 1에 따라 얻어진 나노입자 제조물을 사용하여 안정한 콜로이드 현탁액을 얻었고, pH 의존성 안정화 테스트를 실시하였다. 탄탈륨 나노입자의 안정성은 매체의 pH에 따라 달라지며, 3 내지 5의 pH 수준에서 최대 불안정성에 도달한다.
실시례 4 - 탄탈륨 오산화물의 사전 분쇄
사전 분쇄 당업자에게 알려져 있는 종래의 분쇄 기법(비제한적인 예: 마이크로미터의 볼(5-10 마이크로미터)을 사용하는 볼 분쇄기, 디스크 분쇄기, 고에너지 분쇄기, 또는 제트 분쇄기)를 사용하여 실시할 수 있다.
아래의 비제한적 실시례에서, 제트 분쇄기를 사용하여 탄탈륨 오산화물 입자를 사전 분쇄하여 40 마이크로미터 미만, 바람직하게는 나노미터 범위의 입도 분포(d99)가 될 때까지 후속 분쇄 프로세스의 성능을 개선하였다.
평균 입자 크기를 감소시키는 것은, 실시례 1에서 실증된 바와 같이, 고에너지 분쇄기에서 후속 분쇄 프로세스의 성능을 개선하는 데 특히 유용하다.
제트 분쇄기에서 테스트된 사전 분쇄 조건을 아래의 표 2에 요약되어 있다.
표 2 - 제트 분쇄기에서의 사전 분쇄 조건
시험 # 1 2 3
생성물 1 2 3
분급기 속도 rpm 18,000 18,000 18,000
분쇄용 공기압 bar(g) 5.5 5.5 5.5
팬 용량 (%) 30 20 22
유입 공기 온도 ℃ 28 27 28
출발 재료의 양 kg 5 5 5
테스트 시간 최소 30 30 30
생성물 흐름 kg/h 0.9 0.8 0.8
노즐 직경 mm 2.1 2.1 2.1
노즐 거리 mm 80 80 80
분급기 압력 mbar(g) 0.12 0.11 011
슬롯 압력 mbar(g) 0.16 0.16 0.14
분급기 전류 A 1.53 1.52 1.54
밀도 벌크 g/L 1.6 1.6 1.6
최종 습도 % 0.8 0.8 0.8
비분쇄에너지 kWh/kg 1.66 1.87 1.87
비공기유량 m3/kg 44.3 49.8 49.8
투여량 A/B 1% 낮음 1% 낮음 1% 낮음
실시례 5 - 수증기 분쇄기에 의한 탄탈륨 오산화물의 분쇄
이 실시형태에서, 40 마이크로미터보다 작은 Ta2O5 입자를 수증기 분쇄기에 공급하였다.
다음에, 공기 분급기 회전을 20,000 rpm으로 조정하였고, 압축된 수증기 압력을 50 bar로 조정하였다. 과열된 유체의 온도는 280℃였다.
실시례 6 - 제트 분쇄기에 의한 탄탈륨 오산화물의 분쇄
이 실시형태에서, 제트 분쇄기를 사용하여 Ta2O5 입자를 d99가 1 마이크로미터보다 작은 범위에 있는 입자 크기 범위로 분쇄하였다. 제트 분쇄기에서 테스트된 분쇄 조건은 표 3에 요약되어 있다.
표 3 - 제트 분쇄기에서의 사전 분쇄 조건
시험 # 1 2 3
생성물 1 2 3
분급기 속도 rpm 18,000 18,000 18,000
분쇄용 공기압 bar(g) 5.5 5.5 5.5
팬 용량 (%) 30 20 22
유입 공기 온도 ℃ 28 27 28
미가공 재료량 kg 5 5 5
테스트 시간 최소 30 30 30
생성물 흐름 kg/h 0.9 0.8 0.8
노즐 직경 mm 2.1 2.1 2.1
노즐 거리 mm 80 80 80
분급기 압력 mbar(g) 0.12 0.11 0.11
슬롯 압력 mbar(g) 0.16 0.16 0.14
분급기 전류 A 1.53 1.52 1.54
밀도 벌크 g/L 1.6 1.6 1.6
최종 습도 % 0.8 0.8 0.8
비분쇄에너지 kWh/kg 1.66 1.87 1.87
비공기유량 m3/kg 44.3 49.8 49.8
투여량 A/B 1% 낮음 1% 낮음 1% 낮음
실시례 7 - 입자 크기 및 표면적의 측정
12 시간의 분쇄 후에 NIONE Ltda로부터 공급되는 탄탈륨 오산화물(Ta2O5)을 함유하는 현탁액을 유리 막대를 사용하여 수동으로 교반하고, 진폭 및 임펄스를 70%로 설정하여 10분 동안 작동된 초음파 팁(Hielscher Ultrasonic, UP400S)을 사용하여 순차적으로 초음파처리하였다. 일정분량을 수집하고, 희석하여 2 질량%의 고체 함량으로 조정하였다. 제조 후, 일정분량을 사용하여 전기음향 분광계(Dispersion Technology Inc., DT1202)에서 입자 크기 분포(DTP)를 결정하였다. 제1 측정(t = 0 분)의 경우, 분석은 자기 교반 바를 사용하여 기계적 교반을 사용하지 않고 실행하였다. 후속 측정은 요동을 활용하여 실행하였다. 도 2 및 도 3에서, 분쇄 12 시간 후에 받은 샘플의 누적 곡선 및 미분 곡선을 각각 비교하였다.
표 4 - 다양한 교반 적용 시간에서의 등가 직경(μm)
등가 직경(μm)
t = 0 분 t = 20 분 t = 40 분 평균
9.64E-03 9.69E-03 1.00E-02 9.78E-03
1.42E-02 1.40E-02 1.43E-02 1.41E-02
0.0208407 2.01E-02 2.03E-02 2.04E-02
3.06E-02 0.029053 2.89E-02 2.95E-02
4.51E-02 4.19E-02 4.11E-02 4.27E-02
6.62E-02 6.04E-02 0.0585013 6.17E-02
9.74E-02 8.71E-02 0.0832656 8.93E-02
0.1431881 0.1256583 0.1185129 1.29E-01
0.210526 0.1812137 0.1686808 1.87E-01
0.3095315 0.2613311 0.2400854 2.70E-01
0.4550967 0.3768697 0.3417163 3.91E-01
0.6691178 0.5434896 0.4863689 5.66E-01
0.9837879 0.7837747 0.6922547 8.20E-01
1.44644 1.130294 0.9852942 1.19E+00
2.126666 1.630014 1.402381 1.72E+00
3.126786 2.350668 1.996025 2.49E+00
4.597239 3.389935 2.840966 3.61E+00
6.759211 4.888678 4.043581 5.23E+00
9.937906 7.050038 5.755277 7.58E+00
14.61147 10.16697 8.191553 1.10E+01
21.48289 14.66194 11.65914 1.59E+01
표 5 - 다양한 교반 적용 시간에서의 빈도(%/μm)
빈도(%/μm)
t = 0 분 t = 20 분 t = 40 분 평균
7.94E-03 8.36E-03 8.67E-03 8.33E-03
0.018676 0.019662 0.020393 1.96E-02
0.040134 0.042254 0.043825 4.21E-02
0.078824 0.082988 0.086074 8.26E-02
0.141489 0.148963 0.154501 1.48E-01
0.232112 0.244373 0.253459 2.43E-01
0.348006 0.366389 0.380012 3.65E-01
0.476859 0.502048 0.520715 5.00E-01
0.597181 0.628726 0.652103 6.26E-01
0.683496 0.7196 0.746356 7.16E-01
0.714955 0.752721 0.780709 7.49E-01
0.683495 0.7196 0.746356 7.16E-01
0.597181 0.628726 0.652103 6.26E-01
0.476858 0.502048 0.520715 5.00E-01
0.348006 0.366389 0.380012 3.65E-01
0.232112 0.244373 0.253459 2.43E-01
0.141489 0.148963 0.154501 1.48E-01
0.078824 0.082988 0.086074 8.26E-02
0.040134 0.042254 0.043825 4.21E-02
0.018676 0.019662 0.020393 1.96E-02
0.007942 0.008362 0.008673 8.33E-03
표 6 - 다양한 교반 적용 시간에서의 누적 체적
누적 체적
t = 0 분 t = 20 분 t = 40 분 평균
0.000416 0.000416 0.000416 0.000416
0.001706 0.001706 0.001706 0.001706
0.004921 0.004921 0.004921 0.004921
0.01216 0.01216 0.01216 0.01216
0.026895 0.026895 0.026895 0.026895
0.053996 0.053996 0.053996 0.053996
0.09905 0.09905 0.09905 0.09905
0.166743 0.166743 0.166743 0.166743
0.258663 0.258663 0.258663 0.258663
0.371475 0.371475 0.371475 0.371475
0.496605 0.496605 0.496605 0.496605
0.622048 0.622048 0.622048 0.622048
0.735704 0.735704 0.735704 0.735704
0.828774 0.828774 0.828774 0.828774
0.897654 0.897654 0.897654 0.897654
0.943726 0.943726 0.943726 0.943726
0.971578 0.971578 0.971578 0.971578
0.986795 0.986795 0.986795 0.986795
0.994308 0.994308 0.994308 0.994308
0.997661 0.997661 0.997661 0.997661
0.999013 0.999013 0.999013 0.999013
표 7 - 다양한 교반 적용 시간에서의 누적 체적(%)
누적 체적(%)
t = 0 분 t = 20 분 t = 40 분 평균
0.0416 0.0416 0.0416 0.0416
0.1706 0.1706 0.1706 0.1706
0.4921 0.4921 0.4921 0.4921
1.216 1.216 1.216 1.216
2.6895 2.6895 2.6895 2.6895
5.3996 5.3996 5.3996 5.3996
9.905 9.905 9.905 9.905
16.6743 16.6743 16.6743 16.6743
25.8663 25.8663 25.8663 25.8663
37.1475 37.1475 37.1475 37.1475
49.6605 49.6605 49.6605 49.6605
62.2048 62.2048 62.2048 62.2048
73.5704 73.5704 73.5704 73.5704
82.8774 82.8774 82.8774 82.8774
89.7654 89.7654 89.7654 89.7654
94.3726 94.3726 94.3726 94.3726
97.1578 97.1578 97.1578 97.1578
98.6795 98.6795 98.6795 98.6795
99.4308 99.4308 99.4308 99.4308
99.7661 99.7661 99.7661 99.7661
99.9013 99.9013 99.9013 99.9013
DTP 결과의 요약 및 각각의 입도 프로파일에 대하여 계산된 비표면적을 표 2 및 표 3에 각각 제시하였다.
표 8. DTP 결과의 요약[μm]
t (분) 평균
0 20 40
D10 0.097 0.087 0.083 0.089
D50 0.455 0.377 0.342 0.391
D90 2.127 1.630 1.402 1.720
D99 9.938 7.050 5.755 7.580
표 9. 비표면적[m2.g-1]
t (분) 평균
0 20 40
D10 7.54 8.41 8.82 8.22
D50 1.61 1.94 2.14 1.87
D90 0.34 0.45 0.52 0.43
D99 0.07 0.10 0.13 0.10
실시례 8 - 투과 전자 현미경법(TEM)을 사용한 입자의 형태학적, 구조적, 및 통계적 분석
분석된 샘플은 12시간 동안 분쇄된 탄탈륨 산화물 나노입자를 함유한 현탁액이며, 샘플 1은 균질 조 현탁액이고, 샘플 2는 원심분리에 의해 분리된 상청액이다.
도 4, 도 5, 및 도 6은 샘플 1의 입자의 형태를 보여준다. 도 7은 샘플 1의 TEM 이미지로부터의 동정, 카운팅 및 측정 프로세스를 보여준다. 샘플 1의 형태학적 분석에 의해 아래의 표 10에 예시된 결과 및 도 8의 히스토그램을 얻었다.
표 10 - 입자 분석
최소(nm) 10
최대(nm) 492
평균(nm) 89.5
샘플 크기(n) 242
등급 추정 15.6
등급 15
증가 32.1
표준 편차 97.0
증가 2
도 9, 도 10 및 도 11은 샘플 2의 입자의 형태를 보여준다. 도 12는 샘플 2의 TEM 이미지로부터의 동정, 카운팅 및 측정 프로세스를 보여준다. 샘플 2의 형태학적 분석에 의해 아래의 표 9에 예시된 결과 및 도 13의 히스토그램을 얻었다.
표 11 - 입자 분석
최소(nm) 10
최대(nm) 339
평균(nm) 79.44
샘플 크기(n) 230
등급 추정 15.17
등급 15
증가 21.93
표준 편차 91.25
증가 2
당업자는 본 명세서에 개시된 지식을 중시할 것이며, 제시된 실시형태 및 이하의 청구범위에 포함된 다른 변형례 및 대안례에서 본 발명을 재현할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 95 중량% 이상의 함량의 탄탈륨 입자를 포함하는 탄탈륨 나노입자 제조물로서,
    50% 내지 90% 입자(d50 내지 d90)가 342 내지 2127 나노미터(nm)의 입도 범위에 있는, 탄탈륨 나노입자 제조물.
  2. 제1항에 있어서,
    90% 내지 99% 입자(d90 내지 d99)가 1402 내지 9938 나노미터(nm)의 입도 범위에 있는, 나노입자 제조물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입자는 10 내지 492 나노미터(nm) 범위의 크기를 갖는, 나노입자 제조물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 입자는 10 내지 339 나노미터(nm) 범위의 크기를 갖는, 나노입자 제조물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노입자 제조물은 99 중량% 이상의 함량의 탄탈륨 입자를 포함하는, 나노입자 제조물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노입자는 탄탈륨 오산화물로 제조되는, 나노입자 제조물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    입자 크기 분포가 d10은 83 내지 97 nm; d50은 342 내지 455 nm; d90은 1402 내지 2127 nm; 또는 d99는 5755 내지 9938 nm인, 나노입자 제조물.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    입자의 비표면적이 d10은 7.54 내지 8.82 m2.g-1; d50은 1.61 내지 2.14 m2.g-1; d90은 0.34 내지 0.52 m2.g-1; 또는 d99는 0.07 내지 0.13 m2.g-1인, 나노입자 제조물.
  9. 탄탈륨 나노입자를 얻기 위한 방법으로서,
    - 탄탈륨 입자를 고에너지 분쇄기(mill), 수증기 분쇄기 및 제트 분쇄기로부터 선택되는 분쇄 설비에 공급하는 단계;
    - 이하로부터 선택되는 분쇄 조건을 조정하는 단계: 즉,
    - 고에너지 분쇄기에서는:
    - 분쇄 대상 입자를 액체 중에 1 내지 90% m/m 농도로 현탁시키고, 상기 현탁액을 안정한 콜로이드 현탁액을 얻을 때까지 안정화시키는 것; 및
    - 상기 현탁액과 5 μm 내지 1.3 mm의 선택된 직경을 갖는 분쇄 볼을 분쇄 체임버 내에 넣고; 분쇄기 회전 속도를 500 내지 4500 rpm으로 조정하고; 상기 입자를 60℃ 미만의 온도에서 분쇄하는 것; 또는
    - 과열된 유체를 구비한 제트 분쇄기 또는 수증기 분쇄기에서는, 40 마이크로미터보다 작은 입자를 공급하는 것; 공기 분급기 회전을 1,000 내지 25,000 rpm으로 조정하는 것; 압축된 수증기 압력을 10 내지 100 bar로 그리고 온도를 230 내지 360℃로 조정하는 것; 또는
    - 제트 분쇄기에서는, 상기 공기 분급기 회전을 1,000 내지 25,000 rpm으로 조정하는 것, 압축된 공기 압력을 1 내지 50 bar로 그리고 온도를 40℃ 미만으로 조정하는 것; 및
    - 원하는 입자 입도 프로파일이 얻어질 때까지 상기 입자를 분쇄하는 단계를 포함하는, 나노입자 제조물.
  10. 제9항에 있어서,
    고에너지 분쇄기의 분쇄 체임버 내에 넣을 상기 콜로이드 현탁액의 안정화는 극성 액체 매체의 pH를 2 내지 13의 범위로 조정하는 것, 및 선택적으로 계면활성제를 첨가하는 것; 또는 비극성 액체 매체에 계면활성제를 첨가하는 것으로부터 선택되는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 극성 액체 매체의 pH는 6 내지 10인, 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 고에너지 분쇄기는 교반식 매체형이며, 구체는 지르코니아, 실리콘 카바이드, 알루미나, 이트리아로 안정화된 지르코니아, 니오븀 오산화물로 안정화된 지르코니아, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 재료로 구성되는, 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 방법은 상기 분쇄 설비로의 공급 단계 전에 상기 탄탈륨 입자의 사전 분쇄 단계를 더 포함하고, 상기 사전 분쇄는 1 내지 40 마이크로미터의 평균 입자 크기에 도달할 때까지 실행되는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 사전 분쇄는 볼 분쇄기, 디스크 분쇄기, 고에너지 분쇄기, 또는 제트 분쇄기에서 수행되는, 방법.
  15. 최종 제조물의 조정된 유동학적 특성, 조정된 충전도 또는 공극 분율, 조정된 유동성을 갖는 다른 입자 또는 나노입자 제조물을 얻기 위해 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 탄탈륨 나노입자 제조물의 용도.
  16. 안정한 콜로이드 조성물; 강, 금속 및 비금속 합금, 세라믹 및/또는 폴리머; 복합재 재료, 전자 부품, 배터리 셀, 에너지 저장 시스템, 압전 센서 및 액츄에이터, 태양전지 패널; 유리, 유리-세라믹, 투명 재료 및 반투명 재료; 촉매의 제조를 위한 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 나노입자 제조물의 용도.
KR1020247006798A 2021-08-27 2022-08-26 탄탈륨 나노입자 제조물, 탄탈륨 나노입자를 얻기 위한 프로세스 및 탄탈륨 나노입자 제조물의 용도 KR20240055740A (ko)

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