JP2009108401A - 金属ナノ粒子の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属ナノ粒子の製造装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る金属ナノ粒子製造装置は、金属ナノ粒子の前駆体溶液を供給する前駆体供給部１１と、前記前駆体溶液を移動させる移送装置１２と、前記前駆体供給部１１に連結され、金属ナノ粒子が生成される温度範囲まで加熱する加熱部１４と、前記加熱部１４に連結され、前記加熱部から生成された金属ナノ粒子を捕集して冷却する冷却部１５と、を含み、前記冷却部１５は、チャンネル１５１と、前記チャンネル１５１を取り囲むチューブ１５２と、前記チューブ１５２に冷媒を供給する循環器１５３とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属ナノ粒子の製造装置に関するもので、より詳細には、金属ナノ粒子を連続的に大量合成できる製造装置に関する。

金属ナノ粒子は、ナノメーターサイズになると有する独特な特性により、電子部品、塗料、コンデンサ、マグネチックテープ、ペイントなど多様な産業分野での導電材料や記録材料としての応用が期待されており、その需要も急激に増加している。これにより、金属ナノ粒子を大量生産するための様々な研究が進んでいる。

通常、金属ナノ粒子は、気相中に高温で蒸発させた金属の蒸気を供給してガス分子と衝突させ、これを急冷することにより微粒子を形成する気相法、金属イオンを溶解させた溶液に還元剤を添加して金属イオンを還元させる液状法、そして、固相法、機械法など様々な合成方法により製造される。

かかる合成方法のうち、液状法は、他の合成方法に比べて経済的であり、工程が簡単で、反応条件の選定が容易であるため、比較的広く用いられている方法の一つである。かかる液状法により連続的にナノ粒子を製造するに当たって、従来は最終合成されたナノ粒子が微量であったため、後処理が不要であった。大量スケールの合成法を提示した場合であっても、連続的な後処理工程に対する具体的な発明を提示した例はほとんどない。

こうした従来技術の問題点に鑑み、本発明は冷却システムが結合された金属ナノ粒子の製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によれば、金属ナノ粒子(metal nanoparticles)の前駆体溶液(precursor solution)を供給する前駆体供給部(precursor supply unit)と、前記前駆体溶液を移動させる移送装置と、前記前駆体供給部に連結され、金属ナノ粒子が生成される温度範囲まで加熱する加熱部と、前記加熱部に連結され、前記加熱部から生成された金属ナノ粒子を捕集(collect)して冷却する冷却部(cooling unit)と、を含み、前記冷却部が、チャンネルと、前記チャンネルを取り囲むチューブ(tube)と、前記チューブに冷媒を供給する循環器(circulature)と、を備えることを特徴とする金属ナノ粒子の製造装置が提供される。

前記冷却部には前記冷媒の温度を測定し、制御する温度制御器がさらに結合することができる。前記チューブには振動器をさらに結合することができる。

本発明によれば、チャンネルと、チャンネルを取り囲むチューブと、を備える冷却部をさらに金属ナノ粒子の製造装置に結合することにより、金属ナノ粒子の冷却効率を高めることができる。また、冷却部に温度制御器をさらに結合し、振動装置もさらに結合することにより、金属ナノ粒子のエージングを追加的に進行できるだけでなく、金属ナノ粒子の流れもよくなる。

以下では、添付した図面に基づいて本発明に係る金属ナノ粒子の製造装置の実施形態をより詳しく説明し、添付図面を参照して説明することにおいて図面符号にかかわらず同一かつ対応する構成要素は同一の参照番号を付し、これに対する重複される説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る金属ナノ粒子製造装置の構成図である。図１を参照すると、金属ナノ粒子の製造装置１０、前駆体供給部１１、移送装置１２、ライン１３、加熱部１４、冷却部１５、チャンネル１５１、チューブ１５２、循環器１５３、温度制御器１５４、振動器１５５、捕集部１６が示されている。

前駆体供給部１１は金属ナノ粒子の前駆体溶液を貯蔵している。前駆体供給部１１に貯蔵されている前駆体溶液は、金属塩、還元剤、分散剤などを含む。合成しようとする粒子の種類及び反応条件に応じて単一溶液で構成したり、２種以上の溶液で構成したりすることができる。前駆体物質の溶解を容易にするために、前駆体供給部では前駆体溶液に熱を加えることができ、３０℃〜５０℃の温度範囲にすることが好ましい。また、均一な溶液の組成を維持するために、前記前駆体供給部１１は前駆体溶液を撹拌させる撹拌装置をさらに備えることができる。前駆体溶液は前駆体供給部１１内で直接調製されずに、別に設置した容器内で予め調製されて前駆体供給部１１の内部に入れることもできる。

前駆体供給部１１は、移送装置１２を用いて加熱部１４に前駆体溶液を連続的に伝達する。前駆体供給部１１と加熱部１４とはライン１３により連結されている。ライン１３は、金属ナノ粒子製造装置１０の各構成を連結するチューブ形態の管である。

加熱部１４はチャンネル型で形成されており、チャンネルの直径は１ｍｍ〜５０ｍｍであることがよく、５ｍｍ〜４０ｍｍであることが好ましい。チャンネルの材質としては、ガラス、金属、プラスチック、合金など、必要により、多様に製造して適用すればよい。

加熱部１４は、前駆体溶液に還元反応が起こる温度まで急速に昇温される区域であって、ここでの加熱温度は、粒子の種類及び前駆体物質、溶媒の種類に応じて７０〜４００℃温度範囲で適切に選択すればよい。加熱温度が７０℃未満であると、前駆体物質の還元反応が円滑に起こらないおそれがあり、加熱温度が４００℃を超過すると、前駆体溶液に用いられる溶媒の沸点を超過して加熱部の耐圧増加による爆発の危険がある。

加熱部１４から生成された金属ナノ粒子は冷却部１５で冷却されることにより、冷却及びエージング（ａｇｉｎｇ）の後処理工程が行われる。冷却部１５は、大きく、金属ナノ粒子が移動する螺旋形のチャンネル１５１と、螺旋形のチャンネル１５１の外部をカーバーするチューブ１５２と、チューブ１５２に冷却液を供給する循環器１５３とから構成される。

チャンネル１５１は螺旋形になっていてもよく、この螺旋形のチャンネル１５１はチューブ１５２に金属ナノ粒子を長く留まらせて冷却効率を高めることができる。チャンネルの直径は１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲であることがよい。しかし、チャンネル１５１の直径のサイズは、反応システムの全体のスケール、前駆体溶液の濃度及び量に応じて多様に調節することができる。チャンネル１５１の材質としては、ガラス、金属、プラスチック、合金などを必要により多様に製造して適用すればよい。

循環器１５３はチューブ１５２に、水、オイル、アルコールなど多様な冷却液を供給することができる。一方、このような冷却液が流れる経路に温度制御器１５４を設置して実時間で冷却液の温度を測定し、測定された温度に応じて循環器１５３の流れを制御する。温度制御器１５４を用いて後処理工程の金属ナノ粒子の冷却速度を調節できるので、金属ナノ粒子のエージングを制御することができる。

一方、冷却部１５には振動器１５５を結合することができる。振動器１５５は高周波を外部に放出させるため、金属ナノ粒子の流れを円滑にする。また、振動器１５５はチューブ１５２に結合することがよい。さらに、振動器１５５はチャンネル１５１の外壁を振動させたり、直接金属ナノ粒子を振動させてチューブ１５２にて容易に流動されるようにする。

金属ナノ粒子の製造装置１０は、冷却だけでなく、エージングによる金属ナノ粒子の成長及び粒子制御を可能とさせる。合成しようとする金属ナノ粒子が加熱段階にて核の生成及び成長の過程を十分に経ないことから、所望する大きさ及び粒度分布に到逹できなかった場合、冷却部１５で適切な温度のエージング区間を設定することにより粒子の大きさの調節や粒度分布を制御できるようになる。温度調節は、−１００℃〜１５０℃内で調節可能である。

本実施形態の金属ナノ粒子の製造装置１０では、前駆体溶液の円滑な流れのために移送装置１２を用いる。このような移送装置１２にはポンプを用いることができる。ポンプは、一つを設置してもよいが、ナノ粒子の凝集による詰まりが生じたり、粒子の流れが良くなかったりする場合には、複数設置してもよい。

前記では本発明の好ましい実施形態に対して説明したが、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び領域から脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更することができることを理解できよう。

本発明の一実施形態に係る金属ナノ粒子の製造装置の構成図である。

符号の説明

１０ 金属ナノ粒子製造装置
１１ 前駆体供給部
１２ 移送装置
１３ ライン
１４ 加熱部
１５ 冷却部
１５１ チャンネル
１５２ チューブ
１５３ 循環器
１５４ 温度制御器
１５５ 振動器
１６ 捕集部

Claims (3)

1. 金属ナノ粒子の前駆体溶液を供給する前駆体供給部と、
   前記前駆体溶液を移動させる移送装置と、
   前記前駆体供給部に連結され、金属ナノ粒子が生成される温度範囲まで前記前駆体溶液を加熱する加熱部と、
   前記加熱部に連結され、前記加熱部から生成された金属ナノ粒子を捕集して冷却する冷却部と、を含み、
   前記冷却部が、
   チャンネルと、
   前記チャンネルを取り囲むチューブと、
   前記チューブに冷媒を供給する循環器と、
   を備えることを特徴とする金属ナノ粒子の製造装置。
2. 前記冷却部には、前記冷媒の温度を測定、制御する温度制御器がさらに結合することを特徴とする請求項１に記載の金属ナノ粒子の製造装置。
3. 前記チューブには、振動器がさらに結合することを特徴とする請求項１に記載の金属ナノ粒子製造装置。

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