KR100399716B1 - 니켈 미분말의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 니켈 미분말의 제조방법에 관한 것으로, 니켈나이트라헥사하이드레이드(Ni(NO₃)₂ㆍ6H₂O), 니켈클로라이드하이드레이드(NiCl₂ㆍxH₂O), 니켈설파이드헥사하이드레이드(NiSO₄ㆍ6H₂O) 중에서 선택된 1종의 금속 전구체를 수용액에서 중화제로 처리하여 침전물을 만드는 단계와, 이를 유기용매에 녹인 다음 반응기에서 반응시켜 금속분말을 얻는 단계, 그리고 얻어진 분말에서 사용된 유기용매와 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 제조방법은 설비가 간단하고 대량생산이 용이한 액상 반응방법을 사용하여 니켈 미분말을 입자 크기 100-1000㎚의 범위 내에서 원하는 크기로 얻을 수 있다.

Description

니켈 미분말의 제조방법{The Manufacturing Method Of Fine Powder Of Nickel}

본 발명은 니켈 미분말의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기용매를 이용하고 고온,고압에서 니켈 미분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.

니켈은 페이스트 성상이 양호하고, 도체 부분의 미세한 패턴화나 박층화가 가능한 것으로, 전자회로의 도체 형성용으로서 수요가 급격히 높아지고 있다. 종래 적층 세라믹 콘덴서의 내부 전극용 재료로는 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 등의 귀금속이주로 사용되었다. 그러나 콘덴서의 고용량화를 위해 적층수가 증가하고 귀금속은 원료가 고가이어서 최근에는 비용절감을 위해서 내부 전극용 재료로는 니켈 분말이 많이 사용되고 있다.

니켈 분말을 제조하기 위한 방법으로 한국특허출원 제1999-7009697호에 개시된 바와 같이, 염화니켈의 증기에 수소 등의 환원성 가스를 접촉시켜 니켈 분말을 환원, 석출하는 기상 환원법이 있고, 액상 방법으로는 수산화나트륨 수용액과 황산 니켈 수용액을 혼합하여 수산화 니켈을 생성시키고 뒤이어서 니켈을 하이드라진으로 환원하고 생성 니켈 분말을 회수하는 방법 등이 선진국을 중심으로 활발히 진행되고 있다.

상기 기술 중 전자는 가스 상태에서 순간적인 반응에 의하여 입자를 형성하기 때문에 크기, 형상 및 입도 조절에 어려운 문제점이 있고, 후자는 유독한 환원제를 사용하여 환원 반응하는 복잡한 공정 단계가 요구되는 문제점이 있다.

한편, 금속분말의 구조와 모양을 제어하는 것은 새로운 전자적, 광학적, 자기적, 전자화학적 그리고 기계적인 물성을 창출하는 것으로, 여러 분야에 적용될 수 있는 무한한 잠재력을 가지고 있기 때문에 금속분말의 합성에 관한 연구와 그 응용에 관한 관심이 최근에 크게 증가하고 있다. 즉, 금속 분말을 합성하고 그들의 물성을 제어하는 것은 반도체, 촉매, 수소저장 소재, 콘덴서 전극용 소재 등의 분야에서 핵심적인 기술이기 때문에 금속입자의 크기 및 형상을 제어하기 위한 연구가 활발히 수행되고 있는 것이다.

또한, 지금까지 액상 반응을 이용하여 니켈 분말을 제조하기 위한 연구는 많이 수행되었지만 산화가 되지 않은 니켈 금속 입자를 직접 제조하기 위한 연구는 거의 없었으며, 일반적으로 분말 합성에 사용되고 있는 여러 가지의 공정 즉, 분쇄나 고상반응을 이용한 분말제조, 기상합성법, 졸-겔 법, 수열합성법 등으로는 금속 분말의 직접적인 합성이 용이하지 않아 직접 금속분말 합성기술의 개발의 필요성은 여전히 요구되고 있다.

본 발명은 니켈 분말을 환원처리 없이 직접 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적은 니켈 분말의 크기를 직경 100-1000㎚ 범위 내에서 자유롭게 조절할 수 있는 니켈 미분말의 제조방법을 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 니켈 미분말의 제조공정도이고,

도2는 실시예 1에 의하여 얻어진 니켈 미분말의 전자현미경 사진이고,

도3은 실시예 1에 의하여 얻어진 니켈 미분말의 X-선 회절도이고,

도4는 실시예 2에 의하여 얻어진 니켈 미분말의 전자현미경 사진이고,

도5는 실시예 2에 의하여 얻어진 니켈 미분말의 X-선 회절도이다.

본 발명은 금속 전구체를 수용액에서 중화제로 처리하여 침전물을 만드는 단계와, 이를 유기용매와 반응시켜 금속분말을 얻는 단계, 그리고 얻어진 분말을 사용된 유기용매와 분리하는 단계를 포함하는 것으로 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서 사용되는 금속 전구체는 니켈나이트라헥사하이드레이드(Ni(NO₃)₂ㆍ6H₂O),니켈클로라이드하이드레이드(NiCl₂ㆍxH₂O),니켈설파이드헥사하이드레이드(NiSO₄ㆍ6H₂O) 중에서 선택된 1종이다. 본 발명에서 사용되는 중화제는 칼륨 하이드록사이드(KOH), 나트륨 하이드록사이드(NaOH), 암모늄 하이드록사이드(NH₄OH) 중에서 선택된 1종이다. 본 발명에서 사용되는 유기용매는 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 부탄디올(butanediol) 중에서 선택된 1종이다.

본 발명에서 유기용매의 첨가량은 용질/유기용매의 무게비가 0.01-0.1 범위인 것이 바람직하다. 그 이유는 유기용매 속에서 입자들의 핵 생성 및 성장이 일어날 때 용액 속에 존재하는 금속 입자의 수가 작으면 입자들이 재결정화가 잘나지 않고, 너무 과다할 경우에는 입자들이 재결정화 반응을 완결하지 않고 침전되어 입자의 크기, 형상 및 결정화도의 조절이 일정하지 못하기 때문이다.

상기 금속 전구체 용액과 중화제를 반응시키게 되면 금속 수산화물이 얻어지며, 이를 상기 유기용매에 녹인 다음 반응을 시킨 후, 이소프로필 알콜로 반응에 사용된 유기용매를 세척하게 되면 입자 직경이 100-1000㎚이며, 산소와 결합하지 아니한 니켈 미분말이 얻어진다.

상기 반응에 있어서, 반응온도는 200-300℃가 적절하며, 이 범위 미만의 경우에는 반응 속도가 너무 느린 문제점이 있고, 이 범위를 초과하게 되면 반응이 급속히 진행되어 입자가 너무 크게 성장하는 문제점이 발생한다. 반응시간은 30분 - 120시간의 범위에서 적절히 선택될 수 있다. 반응압력은 0.1-4MPa의 범위 내에서 선택된다. 이 압력조건은 고온(200-300℃)에서 밀폐반응기로 반응시킬 때의 통상적인 반응압력이다.

본 발명의 실시예는 아래와 같다.

<실시예 1>

1몰의 Ni(NO₃)₂ㆍ6H₂O을 KOH 1몰 용액과 반응시켜 니켈 하이드록사이드 침전물을 생성시키고, 이를 이소프로필 알콜로 5번 세척한 다음 Ni(OH)₂을 수득하였다. 수득된 Ni(OH)₂1g을 에틸렌 글리콜 60ml에 녹인 다음, 온도 230℃의 반응기에서 6시간 동안 반응시켰다.

반응 후 얻어진 분말을 이소프로필 알콜로 5회 세척한 후 투과 전자현미경으로 관찰한 결과는 도2와 같았으며, 입자 크기는 300-500㎚ 이었다. 얻어진 분말의 X-선 회절 분석결과는 도3과 같으며, 이에 의하여 산소가 없는 니켈이 합성되었음을 알 수 있었다.

<실시예 2>

1몰의 Ni(NO₃)₂ㆍ6H₂O을 KOH 1몰 용액과 반응시켜 니켈 하이드록사이드 침전물을 생성시키고, 이를 이소프로필 알콜로 5번 세척한 다음 Ni(OH)₂을 수득하였다. 수득된 Ni(OH)₂1g을 에틸렌 글리콜 60ml에 녹인 다음, 온도 220℃의 반응기에서 6시간 동안 반응시켰다.

반응 후 얻어진 분말을 이소프로필 알콜로 5회 세척한 후 투과 전자현미경으로 관찰한 결과는 도4와 같았으며, 입자 크기는 100-300㎚ 이었다. 얻어진 분말의 X-선 회절 분석결과는 도5와 같았으며, 이에 의하여 순수한 니켈이 합성되었음을 알 수 있었다.

<비교예>

1몰의 Ni(NO₃)₂ㆍ6H₂O을 KOH 1몰 용액과 반응시켜 니켈 하이드록사이드 침전물을 생성시키고, 이를 이소프로필 알콜로 5번 세척한 다음 Ni(OH)₂을 수득하였다. 수득된 Ni(OH)₂1g을 에틸렌 글리콜 60ml에 녹인 다음, 온도 190℃의 반응기에서 6시간 동안 반응시켰다.

반응 후 얻어진 분말을 이소프로필 알콜로 5회 세척한 후 투과 전자현미경으로 관찰한 결과는 입자 모양을 구별할 수 없었다.

이상의 실시예를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조방법은 설비가 간단하고 대량생산이 용이한 액상 반응방법을 사용하여 니켈 미분말을 입자 크기 100-1000㎚의 범위 내에서 원하는 크기로 얻을 수 있으며, 특히 얻어진 니켈 미분말은 산소와 결합되지 아니한 것이므로 별도의 환원공정이 불필요하여 생산단가를 줄일 수 있다.

Claims (6)

1. 니켈나이트라헥사하이드레이드(Ni(NO₃)ㆍ6H₂O), 니켈클로라이드하이드레이드 (NiCl₂ㆍxH₂O), 니켈설파이드헥사하이드레이드(NiSO₄ㆍ6H₂O) 중에서 선택된 1종의 금속 전구체를 수용액에서 칼슘 하이드록사이드(KOH), 나트륨 하이드록사이드(NaOH), 암모늄 하이드록사이드(NH₄OH) 중 선택된 1종의 중화제로 처리하여 침전물을 만드는 단계, 이 침전물을 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 부탄디올 중 선택된 1종의 유기용매에 녹인 다음, 200-300℃의 온도조건인 완전히 밀폐된 반응기에서 반응시켜 금속 분말을 얻는 단계 및 용매로 에탄올, 아세톤, 이소프로필 알콜, 메탄올 중 선택된 1종의 용매를 사용하여 얻어진 금속 분말에서 사용된 유기용매를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 미분말의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제