KR100507638B1 - 구형 니켈 미세분말의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구형 니켈 미세 분말의 제조방법에 관한 것으로서, 분무열분해 공정을 이용하여 구형 니켈 금속 및 니켈 산화물 미세 분말을 제조함에 있어서, 니켈 전구체 물질과 함께 나노 금속 콜로이드를 첨가함에 따라 제조된 니켈 미세 분말은, 상기 나노 금속 콜로이드의 첨가 없이 제조된 종래의 니켈 입자에 비해 속이 차고 완벽한 구형의 형상을 가지며, 다양한 전자부품 및 응용분야에서 그 기초 원료 분말로서 널리 활용될 수 있다.

Description

구형 니켈 미세분말의 제조방법{A METHOD FOR PRODUCING ULTRAFINE SPHERICAL NICKEL PARTICLES}

최근 전자부품업계에서는 사용이 보편화되고 있는 휴대전화, 디지털켐코더(DVC), 노트북 PC, 개인 휴대단말기(PDA) 등 휴대용 기기의 경박단소(輕薄短小)화 추세에 따라 이에 필수적으로 탑재되는 칩부품의 소형화도 빠른 속도로 진전되고 있다. 이들 휴대기기에서 적층세라믹콘덴서(Multilayer Ceramic Capacitors; MLCC)는 핵심 부품으로서, 이를 이용한 응용제품들의 소형화에 발맞추어 각 세라믹 층의 두께 감소 및 더 나아가 각각의 내부 컨덕터(conductor) 층의 두께 감소의 요구에 따라, 이러한 MLCC의 구성요소 및 기판의 멀티레이어(multilayer) 구조를 이루는 층수가 점점 증가하고 있다.

니켈 미세 분말은 기존의 MLCC용 귀금속 내부전극 소재를 대체할 수 있는 소재로서, 수소 니켈 2차전지의 다공성 전극, 연료의 산화반응을 전기화학적으로 행하게 함으로써 전기 에너지를 생산하는 연료전지의 중공 다공질 전극, 및 기타 여러 전기부품의 전극 재료로서 주목받고 있다. 그러나 MLCC의 적층수가 증가하고 각 층의 두께가 감소됨에 따라, 얇은 다층을 소결하는 과정에서 탈-적층(delamination)의 문제점이 발생하는데, 이러한 불량없이 MLCC를 제조하기 위해서는 사용되는 니켈 분말의 특성 조절이 매우 중요하다.

MLCC용 니켈층을 박막화하고 균열에 의한 불량률을 최소화하기 위해서는 보다 미세하고 균일한 크기의 니켈 입자를 사용하여 소성시 공극의 생성 및 수축을 최소화 할 필요가 있는데, 이러한 조건을 만족하는 니켈 입자는 직경이 통상 0.1 내지 1.0㎛ 범위이면서 구형의 형상을 갖는 것이 바람직하다.

니켈 분말의 합성 방법으로 액상법과 기상법이 있다. 액상법을 이용한 제조방법은 원료 물질들의 균일한 혼합이 가능하므로 비교적 낮은 온도에서 원하는 결정의 니켈 분말을 제조할 수 있으며, 도핑 물질의 균일한 분산이 가능하고 순수한 결정을 갖는 분말의 제조가 가능한 장점을 갖는다. 이러한 액상 분말 제조방법으로서 공침법, 다단 침전법, 마이크로 에멀젼법, 착체 중합법, 솔-겔(sol-gel)법, 수열합성법 등이 연구되고 있다.

액상법에 의한 통상의 니켈 입자 제조방법은 니켈염, 예를 들면 황산니켈, 할로겐화니켈, 질산니켈 등과 마그네슘염, 예를 들면 황산마그네슘, 염화마그네슘, 질산마그네슘 등, 또는 칼슘염, 예를 들면 염화칼슘, 브롬화칼슘, 질산칼슘 등을 함유하는 수용액을 수산화나트륨 수용액과 혼합하여 수산화물을 생성시킨 후 약 55 내지 60℃에서 히드라진계 환원제, 예를 들면 히드라진, 수화히드라진, 황산히드라진, 탄산히드라진 또는 염산히드라진으로 환원시켜 니켈 금속 분말이 수득되며, 이렇게 얻어진 니켈 금속 분말들은 서로 응집되어 있기 때문에 추가로 분쇄 과정이 요구된다.

한편 기상 분말 제조방법은 반응 원료의 기화 및 응축 공정을 이용하여 분말을 제조하는 방법으로서, 제조된 분말들이 일반적으로 100nm 이하의 미세한 크기를 가지며, 크기 분포도도 우수하기 때문에 나노 분말의 제조 및 연구에 많이 이용되고 있다.

기상법을 이용한 니켈 입자의 제조법으로 가장 대표적인 수소 환원법은 염화 니켈을 증기화하여 고온의 반응기에서 환원가스, 즉 수소로 환원시킴에 따라 니켈 분말을 제조하는 방법이다. 구체적으로, 염화니켈을 가열 및 승화시켜 염화니켈 가스를 제조하고 여기에 운반기체로서 수소 함유 불활성 가스를 고온, 예를 들면 800∼1200℃ 범위의 반응기로 공급한 후, 이 고온의 반응기에서 상기 기상의 염화니켈이 니켈과 염소기체로 분해되고, 생성된 니켈 기체는 핵생성(nucleation) 및 성장(growth) 메커니즘에 따라 입자로 성장하여, 평균입자 크기가 0.1 내지 1.0㎛ 범위인 니켈 분말이 수득된다.

기상법을 이용한 니켈 입자의 제조공정중 하나인 분무열분해법은, 니켈 전구체 물질로서의 니켈 화합물을 용매에 용해시켜 전구체 분무용액을 제조한 후 액적발생장치를 이용하여 미세한 액적으로 분무시키고 고온의 전기로에서 건조와 열분해 및 결정화 과정을 거쳐 하나의 액적으로부터 하나의 니켈 분말을 제조하는 기상 공정이다. 이러한 분무열분해 공정에 따르면, 하나의 액적으로부터 하나의 분말이 제조되므로, 수득된 분말의 크기 및 분포 등의 분말 특성은 액적의 크기 및 크기 분포에 의해 많은 영향을 받게된다. 즉 미세하고 균일한 크기 분포의 니켈 분말들을 제조하기 위해서는 수 마이크론 크기의 균일한 액적들을 발생시키는 액적발생장치가 필요하다.

액적 분무에 일반적으로 사용되는 공기 노즐(nozzle)은 액적을 대량으로 발생시킬 수 있어 니켈 분말의 대량 생산이 가능하나 액적의 크기가 보통 수십 마이크로미터를 가지며 크기 분포도 나쁘기 때문에 서브마이크로미터 내외의 균일한 니켈 분말의 제조에는 적합하지 않다. 이에 반해 초음파 액적발생장치는 5 마이크로미터 내외의 미세한 액적을 대량으로 발생시킬 수 있으므로 서브마이크로미터 내외의 미세한 니켈 분말의 제조가 가능하다. 분무열분해법으로 제조된 입자의 크기 및 형상에 영향을 주는 인자로는 전구체의 종류 및 농도, 제조 온도, 첨가물의 종류, 건조 속도 등이 있다. 일반적으로 분무열분해 공정에 의해 제조된 입자는 구형의 형상을 가지지만 내부 치밀도가 낮은 다공성 형태를 가지는 경우가 대부분이다. 또한 이렇게 수득된 입자들을 고온에서 열처리하게 되면 구형의 형상을 잃게 되고 입도 분포도 나빠지게 된다.

이에, 본 발명자들은 최근 다양한 전자 부품의 기초 원료로서 그 중요성이 점점 부각되고 있는 니켈 금속 초미분을 분무열분해법을 이용하여 제조함에 있어서, 특히 분무 용액의 특성을 조절함으로써 내부 치밀도가 높고 구형을 갖는 니켈 금속 분말을 제조하기에 이른 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 분무열분해법을 이용한 니켈 금속 미세분말의 제조방법에 있어서 전구체 분무 용액 제조시 콜로이드 용액을 함께 첨가함으로써 비다공성의 치밀한 내부 구조를 갖는 구형의 니켈 금속 또는 니켈 산화물 미세 분말의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 분무열분해법으로 니켈 금속 또는 니켈 산화물 미세분말을 제조함에 있어서, (1) 나노 금속 콜로이드 용액에 니켈의 질산염, 초산염, 염화물, 수화물 및 황산염 중에서 선택된 니켈 화합물을 용해시켜 니켈 전구체 용액을 제조하고; (2) 상기 전구체 용액을 액적분무장치에 투입하여 직경 0.1 내지 100 ㎛의 액적을 발생시키고; (3) 상기 발생된 액적을 반응기 온도 500 내지 1500℃의 범위에서 건조 및 열분해시키는 것을 포함하는, 구형 니켈 미세분말의 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명을 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 분무열분해 공정을 이용한 니켈 금속 또는 산화물 미세분말의 제조시 고온의 액적 내부에서 안정한 나노 금속 콜로이드를 형성할 수 있는 물질을 전구체 용액에 일정량 첨가함에 따라, 내부가 충진된 구형의 형상을 갖는 니켈 금속 또는 산화물 분말의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 구형 니켈 금속 또는 산화물 미세분말의 제조방법을 각 공정별로 구분하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

<금속 콜로이드 용액의 조제>

본 발명에서 사용되는 나노 금속 콜로이드 용액은, ① 나노 실리카, 나노 티타니아, 나노 은, 나노 이트리아, 나노 니켈 및 이의 수화물 분말 중에서 선택된 금속 나노 분말을 수성 또는 유기 용매에 분산시켜 제조되거나, ② 주기율표의 I 내지 IV족 금속, 전이금속 및 란탄계열 금속 중에서 선택된 금속의 질산염, 초산염, 염화물, 수화물 및 황산염 중에서 선택된 금속 화합물과 우레아를 1:1 내지 1:1000의 몰비로 혼합하여 졸-겔 반응을 이용하여 제조되거나, 또는 ③ 티타늄 이소프로폭사이드(TIP), 테트라에톡시 오르토실리케이트(TEOS) 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 금속 알콕사이드를 용매에 용해 및 분산시키고 졸-겔 반응을 이용하여 제조될 수 있다.

상기 나노크기의 금속 분말은 용매, 예를 들면, 증류수 또는 알코올에 1분 내지 24시간 동안 분산시켜 안정화된 콜로이드 용액을 제조할 수 있다. 이때 이 금속 나노 분말이 용매 중에서 잘 분산되지 않을 경우에는 나노미터 크기의 분말 특성상 분말사이에 응집이 발생하므로 초음파 액적발생기를 이용하여 분무하기 어려우므로 잘 분산시키는 것이 중요하다.

또한, 상기 금속 화합물과 우레아의 혼합 비율이 1:1 보다 작은 경우에는 나노 금속 콜로이드를 얻지 못하거나 또는 석출이 일어나게 되며, 혼합 비율이 1:1000 보다 큰 경우에는 생성된 콜로이드의 크기가 너무 커서 핵생성 유발 효과를 저하시킨다.

상기 ②의 금속 화합물-우레아의 졸-겔 반응 또는 ③의 금속 알콕사이드의 졸-겔 반응은 당 분야에서 공지된 방법으로 수행할 수 있다.

상기 나노 금속 콜로이드 용액내 금속 입자는 10 내지 500 nm 범위의 크기를 갖는 입자가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 300 nm의 범위이고, 더욱 바람직하게는 20 내지 100 nm의 범위이며, 가장 바람직하게는 30 내지 80 nm의 범위를 갖는 것이다. 입자의 크기가 10 nm 보다 작으면 핵생성이 균일하게 유발되기 어렵고, 500 nm 보다 큰 경우에는 용매에 용해되지 않고 침전되므로 핵생성 유발 효과를 저하시킨다.

<전구체 용액의 조제>

본 발명에서 사용되는 전구체 용액은, 상기와 같이 수득된 나노 금속 콜로이드 용액에 니켈의 전구체 물질로서 니켈의 염을 용해시켜 제조된다. 상기 니켈 염의 예로서는 용해도가 높은 질산염, 초산염, 염화물, 수화물 또는 황산염이 바람직하며, 이중에서 질산니켈염이 가장 바람직하다. 전구체 분무용액 내에 존재하는 콜로이드의 함량은 분무 성질과 최종 얻어지는 니켈 입자의 크기 및 형태에 영향을 준다. 적절한 나노 금속 콜로이드 첨가량은 니켈 전구체 물질에 대해 0.1 내지 20 몰%(고형분 기준)의 범위가 바람직하며, 0.1 몰% 보다 적은 경우에는 콜로이드 첨가 효과를 기대할 수 없고, 20 몰% 보다 과량인 경우에는 콜로이드가 니켈 분말에 불순물로 작용하기 쉽다.

이렇게 제조된 전구체 용액의 농도에 따라 제조되는 니켈 미세분말의 입자 크기가 결정되므로 원하는 크기의 입자를 제조하기 위해서는 전구체 용액의 농도를 적절히 조절해야 하며, 전구체 용액의 농도는 니켈 금속 물질을 기준으로 0.02 내지 4.0M의 범위가 바람직하다. 전구체 용액의 농도가 니켈 금속 물질을 기준으로 0.02M 보다 작은 경우에는 생성되는 금속 입자의 양이 너무 적고, 4.0M을 초과하는 경우에는 전구체 용액을 만드는 물질들을 증류수에 용해시키기 어렵고 분무가 어렵다.

<액적의 분무>

상기에서 수득된 전구체 용액은 분무장치를 이용하여 액적으로 분무된다. 상기 액적의 직경은 0.1∼100 ㎛ 범위를 가지는 것이 바람직하다. 액적의 직경이 0.1 ㎛ 미만인 경우에는 생성되는 입자의 크기가 너무 작고, 100 ㎛ 보다 큰 경우에는 생성되는 입자의 크기가 너무 큰 문제점이 발생한다.

상기 분무장치로는 초음파 액적발생기, 공기 노즐 분무장치, 정전 분무장치, 초음파 노즐 분무장치 및 필터 팽창 액적 발생장치(filter expansion aerosol generator, FEAG) 등이 사용될 수 있다. 여기서, 초음파 분무장치, 정전 분무장치 및 필터 팽창 액적 발생장치는 고농도에서 서브마이크론 크기의 미세한 금속 분말의 제조가 가능하고, 공기 노즐과 초음파 노즐 분무장치는 마이크론에서 서브마이크론 크기의 분말을 대량에 용이하다. 특히, 초음파 분무장치를 사용하는 경우에 있어서는 과량의 액적을 발생시키기 위해 초음파 진동자수를 증가시킴으로써 대량의 액적 발생이 가능하고 생성량을 간단하게 증가시킬 수 있다.

<구형 니켈 미세분말의 생성>

상기 분무장치로부터 생성된 미세 액적은, 고온의 관형 반응기 내부에서 건조 및 열분해되어 니켈 분말로 전환된다. 반응기 내부 온도는 전구체 물질들을 충분히 건조 및 열분해시킬 수 있도록 500 내지 1500℃의 범위, 바람직하게는 700 내지 1300℃의 범위, 더욱 바람직하게는 900 내지 1100℃의 범위로 유지되는 것이 좋다.

한편, 본 발명에 따른 분무열분해 공정을 이용한 니켈 금속 또는 산화물 미세분말의 제조에 있어서 분무열분해 공정에서의 운반기체의 분위기도 분말 형성을 위한 중요한 요소이다. 구체적으로, 니켈 금속 분말의 제조시에는 불활성 가스 분위기 또는 수소/불활성 가스 분위기 조성을 필요로 하며, 니켈 산화물 분말의 제조시에는 공기나 산소와 같은 산화 분위기가 필요하다. 그러나, 니켈 금속 분말이 산화 분위기에서 제조된 경우, 즉 니켈 산화물을 우선 제조한 경우에는 생성된 산화물 분말을 다시 환원 분위기 하에서 열처리 하는 후처리 공정을 거칠 수 있다. 이때, 이러한 후처리 공정은 금속 산화물 분말을 완전히 환원시키기 위해 1-25% 수소/불활성 가스의 혼합가스 또는 불활성 가스를 흘려주면서 500 내지 1400℃에서 10분 내지 10시간 동안 열처리한다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예

본 발명에서는 분무 장치로서 초음파 액적 발생장치를 사용하였으며, 여기에서 액적 발생 부위인 진동자(주파수: 1.7MHz)를 직렬로 6개 연결하였으며, 이러한 액적 발생장치들을 병렬로 연결하여 사용하였다. 이에 따라, 시간당 수십ℓ의 액적을 발생시킬 수 있으며, 분무열분해법에 의한 금속 분말의 상업적 대량생산이 가능하다. 구체적으로, 전구체 용액을 담기 위한 용기를 유리나 아크릴로 제작하고 그 밑면에 폴리아세탈 필름을 부착하였다. 이러한 고분자 필름은 액적의 분무가 잘 수행되도록 하며 초음파의 진동에 매우 안정하여 반영구적으로 사용될 수 있다.

니켈 분말의 제조

실시예 1

가돌리늄 질산염과 우레아를 0.005 : 0.27의 몰비로 혼합하고 증류수에 분산시켜 평균 약 70nm 크기의 가돌리늄 콜로이드를 제조한 후, 여기에 니켈 질산염을 첨가하여 니켈 금속물질의 농도를 기준으로 0.3M의 전구체 용액을 제조하였다. 이렇게 준비된 전구체 용액을 초음파 분무장치에 넣고 액적을 발생시켰다. 발생된 액적들을 5% 수소/질소 혼합가스 분위기하에서 반응기 온도 1000℃에서 건조 및 열처리하여 구형의 순수 니켈 입자를 수득하였으며, 이 분말 입자의 전자현미경 사진을 도 1에 나타내었다.

실시예 2 및 3

니켈 전구체를 이용한 전구체 용액의 농도를 각각 0.5M 및 1.0M로 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 니켈 분말을 수득하였으며, 수득된 분말 입자의 전자현미경 사진을 각각 도 2 및 도 3에 나타내었다.

도 1 내지 도 3으로부터, 모두 표면이 매끈하고 속이 찬 완벽한 구형의 니켈 분말이 수득되었음을 알 수 있다. 또한, 가돌리늄 콜로이드의 크기(70nm)를 고정시키면서 니켈 질산염의 농도를 달리할 경우에 분말의 평균 크기가 변하였으며, 전구체 용액의 농도가 0.5M인 경우에 분말의 입도 분포가 가장 좁고 치밀한 구조를 보이며, 이때 입자의 평균 크기는 400nm 에서 1.5㎛의 범위를 갖는다.

실시예 4

가돌리늄 콜로이드 대신에, 니켈 질산염과 우레아를 0.025몰과 0.27몰의 비율로 혼합하고 이를 80℃에서 가열한 후 상온으로 냉각시켜 제조된 안정화된 니켈 콜로이드 용액을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 입자의 평균 크기가 200nm에서 1.5㎛의 범위를 갖는 니켈 분말을 수득하였으며, 수득된 분말 입자의 전자현미경 사진을 도 4에 나타내었다.

도 4로부터, 표면이 매끈하고 내부 치밀도가 높은 형태의 완전한 구형의 니켈 입자가 수득되었으며, 입자 분포 또한 매우 좁은 것을 알 수 있다.

실시예 5 및 6

니켈 전구체를 이용한 전구체 용액의 농도를 0.3M 대신에 각각 0.5M 및 1.0M로 제조한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법에 의해 니켈 분말을 수득하였으며, 수득된 분말 입자의 전자현미경 사진을 각각 도 5 및 도 6에 나타내었다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 표면이 매끈하고 내부 치밀도가 높은 완벽한 구형의 형상을 갖는 니켈 분말 입자가 수득됨을 알 수 있다. 또한, 도 4 내지 도 6으로부터, 니켈 콜로이드의 제조 조건이 동일하면서 전구체 물질인 니켈 질산염의 농도를 변화시킴에 따라 수득된 니켈 분말의 크기가 변화되어, 즉 니켈 질산염의 농도가 증가함에 따라 분말의 평균 크기가 증가하여 전구체 용액의 농도가 1.0M인 경우(실시예 6)에는 분말의 크기가 400nm에서 3㎛의 범위를 갖는다.

실시예 7

사용된 가돌리늄 분말의 크기가 250nm이고, 니켈 전구체를 이용한 전구체 용액의 농도를 0.5M로 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 니켈 분말을 수득하였으며, 수득된 분말 입자의 전자현미경 사진을 도 7에 나타내었다.

실시예 8

0.05M 티타늄 이소프로폭사이드(TIP)를 80℃로 가열하여 제조된 콜로이드를 상온에서 냉각시키고 여기에 니켈 질산염을 용해시켜 니켈 금속을 기준으로 총농도가 0.5M인 전구체 용액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 니켈 분말을 수득하였으며, 수득된 분말 입자의 전자현미경 사진을 도 8에 나타내었다.

실시예 9

가돌리늄 질산염 대신에 이트륨 질산염을 사용하여 250nm 크기의 이트륨 콜로이드를 제조하고, 여기에 니켈 질산염을 첨가하여 니켈 금속을 기준으로 총농도가 0.5M인 전구체 용액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 니켈 분말을 수득하였으며, 수득된 분말 입자의 전자현미경 사진을 도 9에 나타내었다.

실시예 10

나노 실리카(fumed silica) 분말을 증류수에 분산시켜 3몰%의 나노 실리카 콜로이드 용액을 제조한 후, 여기에 니켈 질산염을 첨가하여 니켈 금속을 기준으로 총농도가 0.5M인 전구체 용액을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 니켈 분말을 수득하였으며, 수득된 분말 입자의 전자현미경 사진을 도 10에 나타내었다.

도 7 내지 도 10으로부터, 비교적 내부 치밀도가 높고 구형의 형상을 갖는 분말이 수득되었음을 알 수 있다. 즉, 분무열분해 공정을 이용하여 니켈 금속 분말을 제조함에 있어서, 다양한 콜로이드 용액을 이용하고 니켈 금속염의 농도를 변화시킴에 따라 분말의 크기 및 치밀한 구조의 구형 형상을 가진 니켈 분말의 제조가 용이하다.

비교예 1

콜로이드 용액을 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 입자 크기가 1 내지 5㎛ 범위의 니켈 분말을 제조하였으며, 수득된 분말 입자의 전자현미경 사진을 도 11에 나타내었다.

도 11로부터, 콜로이드의 첨가없이 니켈 질산염으로부터 제조된 니켈 분말(비교예 1)은 내부 치밀도가 매우 낮았으며 구형의 형상이 깨지고 일그러진 형상을 가지며 입도 분포 또한 광범위한 특성을 가짐을 알 수 있다. 이처럼 속이 비고 일그러진 형상을 가진 니켈 금속 분말이 제조된 이유는 액적의 건조 단계에서 액적 내부와 외부의 건조속도 차이에 의해 액적의 표면에서 먼저 석출이 일어나기 때문이고, 여기에 건조 및 열분해 단계에서 발생되는 가스들의 분압에 의해 내부 충진도가 떨어지게 되고, 표면이 일그러지면서 입자들이 깨지기 때문이다.

반면에, 도 1 내지 도 10에 도시된, 본 발명의 방법에 따라 제조된 니켈 분말은 내부 치밀도가 높고 완벽한 구형을 가지며, 입도 분포 또한 조밀함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 분무열분해법에 의한 니켈 금속 및 산화물 미세분말의 제조에 있어서, 수 나노에서 수백 나노미터 크기의 콜로이드를 이용함에 따라 내부 치밀도가 높고 구형의 형상을 갖는 니켈 분말을 균일한 미세 크기로 얻을 수 있으며, 또한 이러한 고품질의 니켈 금속 및 산화물 미세분말은 다양한 전자부품 및 응용분야에서 그 기초 원료 분말로서 널리 활용될 수 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3에서 가돌리늄 질산염과 우레아로부터 제조된 70nm의 가돌리늄 콜로이드를 이용하여 제조된 니켈 분말의 전자현미경 사진이고,

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 실시예 4 내지 6에서 니켈 질산염과 우레아로부터 제조된 니켈 콜로이드를 이용하여 제조된 니켈 분말의 전자현미경 사진이고,

도 7은 본 발명에 따른 실시예 7에서 가돌리늄 질산염과 우레아로부터 제조된 250nm의 가돌리늄 콜로이드를 이용하여 제조된 니켈 분말의 전자현미경 사진이고,

도 8은 본 발명에 따른 실시예 8에서 티타늄 이소프로폭사이드로부터 제조된 티타니아 콜로이드를 이용하여 제조된 니켈 분말의 전자현미경 사진이고,

도 9는 본 발명에 따른 실시예 9에서 이트륨 질산염과 우레아로부터 제조된 250nm의 이트륨 콜로이드를 이용하여 제조된 니켈 분말의 전자현미경 사진이고,

도 10은 본 발명에 따른 실시예 10에서 3 몰%의 나노 실리카 콜로이드를 이용하여 제조된 니켈 분말의 전자현미경 사진이고,

도 11은 본 발명의 비교실시예 1에서 금속 콜로이드의 첨가 없이 제조된 니켈 분말의 전자현미경 사진이다.

Claims (12)

1. (1) 나노 금속 콜로이드 용액에 니켈의 질산염, 초산염, 염화물, 수화물 및 황산염 중에서 선택된 니켈 화합물을 용해시켜 니켈 전구체 용액을 제조하고;

   (2) 상기 전구체 용액을 액적분무장치에 투입하여 직경 0.1 내지 100 ㎛의 액적을 발생시키고;

   (3) 상기 발생된 액적을 반응기 온도 500 내지 1500℃의 범위에서 건조 및 열분해시키는 것을 포함하는, 구형 니켈 미세분말의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   나노 금속 콜로이드 용액내 금속 입자의 크기가 10 내지 500 nm임을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서,

   나노 금속 콜로이드 용액이, 나노 실리카, 나노 티타니아, 나노 은, 나노 이트리아, 나노 니켈 및 이의 수화물 분말 중에서 선택된 금속 나노 분말을 수성 또는 유기 용매에 분산시켜 제조된 것임을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서,

   나노 금속 콜로이드 용액이, 주기율표의 I 내지 IV족 금속, 전이금속 및 란탄계열 금속 중에서 선택된 금속의 질산염, 초산염, 염화물, 수화물 및 황산염 중에서 선택된 금속 화합물과 우레아를 1:1 내지 1:1000의 몰비로 혼합하여 졸-겔 반응시켜 제조된 것임을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서,

   나노 금속 콜로이드 용액이, 티타늄 이소프로폭사이드, 테트라에톡시 오르토실리케이트(TEOS) 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 금속 알콕사이드를 용매에 용해 및 분산시키고 졸-겔 반응시켜 제조된 것임을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서,

   전구체 용액의 니켈 금속 농도가 0.02 내지 4.0 M의 범위임을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서,

   나노 금속 콜로이드 용액이 상기 니켈 화합물에 대해 0.1 내지 20 몰%(고형분 기준)의 범위로 사용됨을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서,

   단계 (2)에서 액적 발생장치가 초음파 분무장치, 공기 노즐 분무장치, 정전 분무장치, 초음파 노즐 분무장치 및 필터 팽창 액적 발생장치 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서,

   단계 (3)에서 건조 및 열처리 공정이, 산화물 형태의 니켈 미세분말을 수득하기 위해 산화 분위기에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서,

    단계 (3)에서 건조 및 열처리 공정이, 금속 형태의 니켈 미세 분말을 수득하기 위하여 불활성 가스 또는 수소/불활성 가스하에서 수행되거나, 또는 산화분위기 후 1-25% 수소/불활성 가스의 환원 분위기에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 구형의 니켈 미세분말.
12. 제11항의 구형의 니켈 미세분말을 원료로 사용하여 제조된 전자 부품.