KR101237826B1 - 유도 플라즈마 토치를 이용한 금속 카르보닐의 분해에 의해금속 나노파우더를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
유도 플라즈마 토치로 금속 카르보닐을 유입하여 금속 나노파우더를 합성하기 위한 방법을 제공한다. 종래의 금속 파우더 공급의 높은 용융온도와는 반대로 상당히 낮은 카르보닐의 용해 온도의 장점을 이용함으로써 낮은 토치 파워를 요구한다. 더욱이, 플라즈마 토치에 기초한 전극을 이용하는 현재의 파우더 제조 기술과는 대조적으로, 유도 플라즈마 토치는 나노파우더 안으로 오염물질을 유입하지 않는다.
유입, 유도, 토치, 플라즈마, 카르보닐, 나노파우더
Description
본 출원은 2005년 6월 30일에 이루어진 Inco Limited와 Tekna Plasma System, Inc.의 계약 하에 이루어진 것이다.
본 발명은 일반적으로 금속 파우더의 제조에 관한 것으로, 특히 유도 플라즈마 토치를 이용하여 카르보닐 소스(source)로부터 금속 나노파우더를 제조하는 방법에 관한 것이다.
전자장치는 증가된 성능을 제공하면 동시에 크기가 증가하거나 감소하기 때문에, 향상된 직접 회로, 내부 구성요소 및 전원공급시스템이 동시에 필요하다.
모든 종류(stripes)의 전자시스템에서는 다층 세라믹 콘덴서(MLCC's)용의 더욱 미세한 금속 파우더, 배터리, 스위치, 논리 회로 구성요소 등이 필요하다.
금속 나노파우더, 특히 초미립자 니켈 파우더는 다양한 방법으로 제조된다. 카르보닐 기술을 기초로 하는 화학기상증착("CVD") 기술은 높은 순도와 이상적인 화학 및 물리적 특성을 제공한다. 그러나, 종래의 카르보닐 파우더 분해기의 비교적 낮은 작동 온도(400-700℃)로 인해, 종래의 카르보닐 파우더의 조직은 충분히 구형이 아닐수 있고, 매끄럽지 않을수도 있다. 카르보닐 분해기의 뜨거운 벽은 1 마이크론 이하인 초미립자 금속 파우더를 제조할 수 있지만 일반적으로 까칠하고 불규칙한 형상의 파우더를 만든다. CVD 기술을 기초로 하는 니켈 염화물은 매끄러운 입자를 제조하지만 고온으로 되며 환경적인 이슈를 야기하고 근본적으로 상당히 고 비용이다.
예를 들면, 초미립자 니켈 파우더을 이용하는 장비 제작자들은 표면적과 이에 따른 고유의 파우더 반응성을 최소화시키고 입자의 충전밀도를 향상시키기 위하여 고도의 구형입자조직과 매끄러운 표면을 갖는 파우더를 더욱 필요로 한다.
연구원들은 금속 나노파우더을 제조하는 시스템을 기반으로 다양한 종류의 카르보닐의 이용을 연구 중에 있다.
가게야마(Kageyama) 등의 U.S.4,808,216에서는 초미립자 파우더를 제조하기 위한 기상(gas phase) 분해방법이 기재되어 있고, 뜨겁게 희석된 카르보닐 화합물은 강력한 자기장 영역을 통과한다.
쾨니히(Koenig) 등의 U.S.5,403,375에서는 선택된 파우더가 뜨거운 벽에 증착되는 것을 막기 위해 다수 개의 가스 스트림을 이용하는 용광로가 기재되어 있다. 가스 상태의 금속 화합물은 상기 용광로에 유입되기 전에 증발한다.
필립스(Phillips) 등의 U.S.6,689,192에서는 마이크로웨이브(microwave) 캐비티(cavity)로 플라즈마 가스를 유입하는 것이 기재되어 있다.
다른 공보들에는 고체 니켈 입자를 DC 스프레이 플라즈마 리액터, 이송 아크 플라즈마 리액터 및 유도 플라즈마 리액터로 유입하는 것이 기재되어 있다.
실제로, 본 발명의 공동 발명자 중의 한 명(M.Boulos)은 참고로서 여기에 통합된 U.S.5,200,595의 발명자이고, 상기 U.S.5,200,595에는 캐나다 퀘벡의 셔브룩의 테크나 플라즈마 시스템(Tekna Plasma System, Inc)에서 상업적으로 입수 가능한 고 성능의 유도 플라즈마 토치가 기재되어 있다.
전술한 바와 같이, 입자는 미세한 니켈 입자를 플라즈마로 도입하여 니켈 나노입자를 제조하기 위한 RF(radio frequency) 플라즈마 시스템에 유도적으로 연결되어 이용된다. 상기 니켈 입자는 상기 플라즈마 내에서 용해되고 기화된다. 니켈 입자들이 플라즈마에서 나오면, 가스상태의 니켈 원자는 액체의 물방울(droplets)로 액화된다. 상기 물방울은 냉각되어 일반적으로 구형 입자로 응결된다.
금속 나노파우더를 제조하기 위한 방법을 기반으로 하는 플라즈마는 활발하게 이용된다. 그러나, 이는 많은 결점을 갖고 있다.
플라즈마 리액터를 기반으로 하는 DC 아크와 전극을 이용하여 고체 니켈 공급을 하는데 많은 불편함이 있다.
금속성의 니켈(또는 임의의 금속)을 이용하는 반응 온도는 금속의 용융점(니켈의 경우 1453℃)을 넘어야 한다. 높은 플라즈마 파워가 필요하기 때문에, 재료의 처리량은 한계가 있다. 금속의 공급이 미세한 치수로 분류될지라도, 종종 기화되지 않고 플라즈마를 통과하는 큰 입자를 여전히 포함한다. 이들 큰 입자는 바람직하지 않은 크기의 파편인 최종 제조물을 제공한다.
또한, 금속 니켈을 공급하기 위해서는 파우더 공급기가 필요하다. 분리량과 입자량을 계량하는 파우더 공급이 공급량을 차단하고 변화하면 불안정한 리액터 작동을 일으킨다.
DC 스프레이 플라즈마와 이송 플라즈마 시스템과 같은 플라즈마 리액터를 기반으로 하는 전극은 전극으로부터 바람직하지 않은 오염물질을 최종 파우더에 유입한다.
대개 초미립자 금속 구형 파우더, 특히 나노 사이즈의 니켈 파우더를 만들기 위해서 신속한 플라즈마 방법이 필요하다.
본 발명은 유도 플라즈마 토치와 금속 카르보닐 공급 재료를 이용하여 금속 나노파우더를 합성하기위한 방법을 제공한다. 상기 유도 플라즈마 토치는 반응물과 반응하는 금속 전극이 없어서 산화, 환원하는 가스체를 이용할 수 있기 때문에 화학 공정(processing chemistry)에 대해서 높은 유연성과 내구성을 지닌다. 금속 카르보닐 가스 또는 액체의 이용과 관련해서, 순수한 초미립자 파우더를 만들기 위해서 필요한 온도와 전체 에너지는 종래의 금속 공급과 비교할 때 상당히 감소 되었다. 유도 플라즈마 리액터에서의 잔류시간이 다른 플라즈마 시스템에서 관찰된 것보다 더 낮기 때문에 상기 파우더는 품질에 있어서 변화가 적다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 단면도.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 개략도.
도3은 종래의 기술인 니켈 파우더에 대한 마이크로 사진.
도4는 종래의 기술인 니켈 파우더에 대한 마이크로 사진.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 사진.
비록 "나노파우더"와 초미립자 파우더의 정확한 정의에 대하여 권위자들의 의견이 일치하지는 않았지만, 본 발명의 명세서의 목적을 위하여, 상기 파우더는 대략 1~100nm 범위 내에 있는 일반적인 평균 입자 지름을 갖는 금속 입자들로 구성된다.
도1은 전술한 U.S. 5,200,595의 RF(무선주파수) 유도 플라즈마 토치(10)를 도시한 단면도이다.
19세기 후반에 몬드(Mond)와 랑거(Langer)에 의해 니켈이 카본 일산화물과 자유롭게 화합하고 카본 일산화물과 자유롭게 해리한다는 것이 발견되었다. 니켈 카르보닐(Ni(CO4))의 분해에 의해, 상당히 순수한 형태의 니켈이 제조될 수 있다.
주요 반응은 160.4KJ/mole의 필요 반응열을 이용하는 Ni(CO) -> Ni + 4CO 이다.
합성 플라즈마(얼마나 많은 ?)에서 이용할 수 있는 많은 에너지의 양과 니켈 카르보닐을 니켈과 카본 일산화물로 분해하기 위하여 요구되는 낮은 에너지 때문에, 상기 유도 플라즈마 토치(10)는 니켈과 다른 금속 나노파우더를 발생시키기 위한 훌륭한 플랫폼을 제공한다.
니켈 파우더의 용융온도(1453℃)와 비교했을 때 가스 상태의 니켈 카르보닐의 분해온도는 약 200℃ 이기 때문에, 종래의 고체 금속 공급 방법보다 방법에 기초한 본 발명의 카르보닐은 상당히 적은 파워를 필요로 한다. 이는 주어진 플라즈마 파워에서, 공급 니켈 파우더와 비교했을 때 니켈 카르보닐을 공급 화합물로 사용했을 경우 증가된 제조 레벨을 실현할수 있음을 의미한다. 높은 플라즈마 온도와 낮은 분해 온도의 결합에 의해, 고온의 가열과 담금질율이 수반된다. 이에의해 빠른 핵생성 및 향상된 구형의 조직과 결정체(crystalinity)를 갖는 작은 입자가 생성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 금속 카르보닐 가스는 캐리어 또는 헬륨, 아르곤, 니트로겐, 하이드로겐, 카본 일산화물 등과 같은 희석성 가스를 단독 또는 혼합해서 수반한다. 이들 가스는 공급부(12)로부터 토치(10)의 중앙 도관(14) 으로 축 방향을 따라 유입된다. 플라즈마를 형성하는 가스의 자기적 연결을 위하여, 플라즈마 가스 공급원(16)으로부터 단독 또는 혼합으로 공급된 헬륨, 아르곤, 니트로겐, 하이드로겐, 카본 일산화물 등과 같은 플라즈마 가스는 도관(18)을 통해 상기 토치(10)로 보내진다. 헬륨, 아르곤, 니트로겐, 하이드로겐, 카본 일산화물 등과 같은 가스가 단독 또는 혼합인 시스(sheath)가스는 시스가스 공급부(20)로부터 도관(22)을 통해 상기 토치(10)로 보내진다. 상기 시스가스는 상기 토치(10)의 뜨거운 내벽으로부터 상기 카르보닐을 단열시키고, 필요하다면 상기 토치(10)의 혼합 패턴에 영향을 준다.
냉각수는 RF 유도 코일(24)의 주변을 순환하도록 입력포트(26)를 통해 유입된다. 그 후에는 냉각수 배출포트(28)에서 배출된다.
상기 토치(10)를 통전시키면, 상기 금속 카르보닐 가스는 상기 중앙 도관(14)을 거쳐서 챔버(32)로 유입된다.
상기 금속 카르보닐은 상당히 급격한 분해를 겪게되고, 상기 챔버(32)의 중앙 도관(14)의 말단부(30)의 아래쪽에서 담금질된다. 잔류시간은 노즐의 구조, 위치 및 가스유량에 의해 짧으면 0.001초 정도의 수 밀리세컨드 또는 길게는 약 10초 정도 동안 제어될 수 있다.
상기 말단부(30)에서의 온도는 대략 11,000K 정도이다. 상기 유도 코일(24)의 RF 펄스 및 리액터(10) 체적 내에서 플라즈마 가스의 이온화에 의해 높은 온도가 발생한다. 상기 온도는 약 3,000~11,000K 내에서 조정될 수 있다.
초미립자(또는 나노 사이즈) 금속 파우더(36)는 상기 토치(10)의 출구노즐(34)로 부터 리액터(미도시)로 배출된다. 상기 금속 파우더는 상기 리액터 에서 처리되고 나서 소결된 금속 필터 요소와 본 발명의 기술분야에 있어서 알려진 다른 장치와 같은 필터를 통과한 후에 모아 지게 된다.
상기 금속 카르보닐은 급격하게 해리되고 순수한 금속은 담금질되어, 균질의 핵이 생긴 결과 매우 미세한 에어로졸(aerosol)이 발생한다. 나노파우더의 입자의 크기 분포와 나노파우더의 결정 구조는 에어로졸 담금질율, 담금질가스 타입 및 전 구체(precursor) 금속 카르보닐 가스의 구성이나 농도와 상관관계가 있다. 대체로 아르곤 또는 니트로겐과 같은 비활성화 담금질가스는 순수한 금속 파우더를 제조하는데 이용된다. 산소, 암모니아 또는 메탄과 같이 반응이 빠른 담금질가스는 초미립자 산화물, 질화물 또는 카바이드의 합성을 일으키게 한다.
플라즈마 에너지를 고려할 때 대체로 64KW의 토치에 있어서, 에너지 결합효율은 약 65% 정도이고, (모든 냉각손실과 가열손실 및 결합효율을 고려한)"전체" 효율은 약 30%이며, 상기 플라즈마에서 약 19KW 정도의 순수 가용 전력만 남는다. 이중 일부분만이 카르보닐의 해리를 위하여 이용되며(상기 가스를 가열하는데 필수적인 에너지의 여분 및 합성 금속 파우더 제품) 그래서 최종 전체공정 효율이 약 14% 정도 생긴다. 64KW의 플라즈마 유닛은 시간당 약 5kg의 금속 나노파우더를 제조할 것으로 예상된다.
본 발명의 효과를 평가하기 위해 일련의 프로토타입 테스트가 수행되었다.
테크나 플라즈마 시스템(Tekna Plasma System Inc.)의 PL-50 유도 플라즈마 토치가 상기 금속 파우더를 회수하기 위해서 연속하는 싸이클론과 필터 백하우스와 함께 이용된다. 토치 플레이트 파워는 24~65KW 정도이다. 시스가스는 40ℓ/min/100ℓ/min과 12psia(82.7/KPa)으로 이송된 헬륨/아르곤 혼합물이다. 니켈 카르보닐 및 헬륨과 카본 일산화물이 20:1의 비율로 혼합된 캐리어가스는 20ℓ/min과 0~5psig(34.5KPa)로 운반된다.
표1 및 표2는 테스트 결과를 나타낸다.
테스트 |
샘플 위치 |
PSD 체적-기준, 마이크로미터 |
PSD 갯수-기준, 마이크로미터 |
C wt% |
O wt% |
BET g/m2 |
TD g/cm2 |
||||||
D10 |
D50 |
D90 |
D100 |
D10 |
D50 |
D90 |
D100 |
||||||
1 | 필터 | 0.178 | 0.446 | 0.969 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 9.4 | 없음 |
2 | 필터 | 0.188 | 0.523 | 1.083 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 9 | 없음 |
3 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 |
4 | 필터 | 0.116 | 0.278 | 0.681 | 1.48 | 0.046 | 0.087 | 0.178 | 0.61 | 0.15 | 2.05 | 9.6 | 0.9 |
싸이클론 | 0.18 | 0.632 | 4.306 | 16.38 | 0.045 | 0.091 | 0.211 | 0.9 | 0.16 | 2.45 | 8.9 | 없음 | |
5 | 필터 | 0.116 | 0.268 | 0.62 | 1.33 | 0.047 | 0.089 | 0.182 | 0.59 | 0.14 | 1.97 | 8.83 | 없음 |
6 | 필터 | 0.158 | 0.345 | 0.741 | 1.48 | 0.081 | 0.134 | 0.263 | 0.78 | 0.1 | 0.98 | 5.43 | 없음 |
7 | 필터 | 0.169 | 0.363 | 0.763 | 1.47 | 0.094 | 0.15 | 0.288 | 0.83 | 0.17 | 0.71 | 4.59 | 1.8 |
8 | 필터 | 0.154 | 0.341 | 0.75 | 1.73 | 0.079 | 0.131 | 0.257 | 0.77 | 0.1 | 0.96 | 5.77 | 1.1 |
PSD = Malvern?Mastersizer 2000장치를 이용하여 측정한 입자 크기 배열
BET = (brunauer, Emmett and Teller) 가스 흡수 측정에 의한 표면적, g/m2
TD = 탭 밀도(Tap density), g/cm3
테스트 번호 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
결정 크기(Å) (Scherrer 식) |
688 | 763 | 1000 | 737 | 854 |
도2는 잠재적인 상업 시스템을 도시한다.
금속 카르보닐 가스(40) 및 헬륨과 카르보닐 일산화물과 같은 캐리어가스(42)는 유도 플라즈마 토치(44)로 유입된다. 아르곤 및 전형적으로 시스가스(48)인 아르곤 및 하이드로겐은 상기 토치(44)로 공급된다.
상기 토치(44)로부터 벗어나서 나온, 초미립자 금속은 상기 입자를 냉각 시키거나 필요하다면, 상기 입자와 함께 반응시키기 위하여 리액터(52)에서 전형적으로 아르곤 및 니트로겐인 담금질가스(50)로 처리된다.
충분한 냉각이 되면 상기 입자는 예를 들어. 싸이클론 및/또는 백 하우스일 수 있는 필터(54)로 향한다. 완료된 제품은 컨테이너(56)로 모아진다.
남아있는 공정(processing) 및 제품 가스는 1단계의 분리기(58)에서 분리된다. 공정(processing)가스, 주 캐리어가스, 플라즈마 가스, 시스가스 및 담금질가스는 그 다음의 처리를 위해 2단계의 분리기(60)로 간다. 상기 토치(44)내의 용해 반응의 첫번째 가스 상태인 카본 일산화물은 촉매 컨버터(62)로 보내지고, 상기 카본 일산화물은 산소로 분리되거나 또는 CO2로 산화되어 오프가스(64)로서 제거된다. 공기(66)는 필요에따라 공급된다. 또안, 상기 카본 일산화물은 추가의 금속 카르보닐 제조을 위해 재순환될 수 있다.
도3은 일반적인 카르보닐 방법에 의해 만들어진 상업용 니켈 파우더를 scanning electron microscope("SEM")에 의해 찍은 높은 해상도의 마이크로사진이다. 상기 도3에 보이는 바와 같이 까칠한(spiky) 입자 특성이 보인다.
도4는 니켈 염화물 CVD(화학기상증착) 방법에 의해 만들어진 상업용 니켈 파우더를 SEM에 의해 찍은 높은 해상도의 마이크로사진이다. 상기 도4에 보이는 바와 같이 불규칙한 아치형의 입자 구조가 보인다.
도5는 본 발명에 따라 만들어진 니켈 파우더를 SEM에 의해 찍은 높은 해상도의 마이크로사진이다. 상기 도5에 보이는 바와 같이 일정한 구형의 입자 특성이 보인다. 상기 입자의 상당 수는 적어도 상당한 구형이다.
주로 니켈 나노파우더 제조에 대해 언급했지만, 본 발명은 철, 구리, 코발트, 크롬, 몰디브덴, 텅스텐 및 루테늄과 같은 임의의 금속 카르보닐에도 적용될수 있다. 또한, 상기 금속 카르보닐의 가스 및 액체 형태 모두 상기 토치(10)로 유입될수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따라, 본 발명의 특정한 실시예가 도시 및 설명된다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
Claims (22)
- a) 금속 카르보닐을 제공하고;b) 상기 금속 카르보닐을 유도 플라즈마 토치로 유입하고;c) 상기 금속 카르보닐이 상기 유도 플라즈마 토치 내에서 분해되어 구형 나노파우더 금속 입자를 형성하게 하고;d) 상기 구형 나노파우더 금속 입자를 상기 플라즈마 토치의 하류에 배치된 리액터에서 담금질하고;e) 상기 구형 나노파우더 입자를 모으는 것을 포함하는금속 나노파우더의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 금속 카르보닐은 니켈 카르보닐, 철 카르보닐, 구리 카르보닐, 코발트 카르보닐, 크롬 카르보닐, 몰디브덴 카르보닐, 텅스텐 카르보닐 및 루테늄 카르보닐로 이루어진 그룹 중 적어도 하나로부터 선택되는금속 나노파우더의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 금속 카르보닐은 캐리어가스와 함께 혼합되는금속 나노파우더의 제조방법.
- 제3항에 있어서,상기 캐리어가스는 헬륨, 아르곤, 니트로겐, 하이드로겐 및 카본 일산화물로 이루어진 그룹 중 적어도 하나로부터 선택되는금속 나노파우더의 제조방법.
- 제1항에 있어서,플라즈마 가스는 상기 플라즈마 토치로 유입되는금속 나노파우더의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 플라즈마 가스는 헬륨, 아르곤, 니트로겐 및 하이드로겐으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나로부터 선택되는금속 나노파우더의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 유도 플라즈마 토치의 뜨거운 내벽으로부터 상기 금속 카르보닐을 단열시키기 위하여, 시스가스를 상기 유도 플라즈마 토치에 공급하는 것을 포함하는금속 나노파우더의 제조방법.
- 제7항에 있어서,상기 시스가스는 헬륨, 아르곤, 니트로겐 및 하이드로겐으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나로부터 선택되는금속 나노파우더의 제조방법.
- 제1항에 있어서,담금질가스는 아르곤, 니트로겐, 산소, 암모니아 및 메탄으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나로부터 선택되는금속 나노파우더의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 금속 카르보닐은 상기 유도 플라즈마 토치에서 3,000~11,000K의 온도에 있는금속 나노파우더의 제조방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 금속 카르보닐은 상기 유도 플라즈마 토치에서 0.001~10 초 동안 잔류하는금속 나노파우더의 제조방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 나노파우더 입자는 필터링 되는금속 나노파우더의 제조방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 유도 플라즈마 토치의 온도는 11,000K인금속 나노파우더의 제조방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 금속 카르보닐은 가스인금속 나노파우더의 제조방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 금속 카르보닐은 액체인금속 나노파우더의 제조방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 금속 나노파우더는 1~100nm 범위 내에서 일반적인 평균 입자 직경을 갖는금속 나노파우더의 제조방법.
- 유도 플라즈마 토치로 금속 카르보닐을 유입하고, 상기 유도 플라즈마 토치내에서 상기 금속 카르보닐을 분해하고, 상기 플라즈마 토치의 하류에 배치된 리액터에서 담금질함으로써 금속 나노파우더를 형성함으로써 만들어지는구형 금속 나노파우더.
- 제17항에 있어서,상기 금속 카르보닐은 가스 또는 액체로 이루어진 그룹 중 적어도 하나로부터 선택되는구형 금속 나노파우더.
- 제17항 또는 제18항에 있어서,상기 금속 카르보닐은 니켈 카르보닐, 철 카르보닐, 구리 카르보닐, 코발트 카르보닐, 크롬 카르보닐, 몰리브덴 카르보닐, 텅스텐 카르보닐 및 루테늄 카르보닐로 이루어진 그룹 중 적어도 하나로부터 선택되는구형 금속 나노파우더.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104772472A (zh) * | 2014-01-14 | 2015-07-15 | 仙资堂生技股份有限公司 | 制备纳米金属材的方法及其制得的纳米金属材 |
Families Citing this family (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7803210B2 (en) * | 2006-08-09 | 2010-09-28 | Napra Co., Ltd. | Method for producing spherical particles having nanometer size, crystalline structure, and good sphericity |
US8748785B2 (en) * | 2007-01-18 | 2014-06-10 | Amastan Llc | Microwave plasma apparatus and method for materials processing |
WO2009151489A2 (en) * | 2008-02-25 | 2009-12-17 | Corning Incorporated | Nanomaterial and method for generating nanomaterial |
JP5768322B2 (ja) * | 2010-03-19 | 2015-08-26 | 住友金属鉱山株式会社 | ニッケル微粉及びその製造方法 |
WO2011127417A2 (en) | 2010-04-09 | 2011-10-13 | Elemental Scientific, Inc. | Torch assembly |
CN101837461B (zh) * | 2010-05-18 | 2012-03-28 | 张耀平 | 等离子喷雾生产金属粉末的方法 |
EP2425916B1 (en) * | 2010-09-01 | 2014-11-12 | Directa Plus S.p.A. | Multiple feeder reactor for the production of nanoparticles of metal |
CN103201060B (zh) * | 2010-11-08 | 2016-03-16 | 古河电气工业株式会社 | 锂离子二次电池用负极中所用的纳米尺寸粒子及其制造方法 |
JP2012101958A (ja) * | 2010-11-08 | 2012-05-31 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ナノサイズ粒子、ナノサイズ粒子を含むリチウムイオン二次電池用負極材料、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、ナノサイズ粒子の製造方法 |
JP2012102354A (ja) * | 2010-11-08 | 2012-05-31 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ナノサイズ粒子、ナノサイズ粒子を含むリチウムイオン二次電池用負極材料、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、ナノサイズ粒子の製造方法 |
JP5656570B2 (ja) * | 2010-11-08 | 2015-01-21 | 古河電気工業株式会社 | リチウムイオン二次電池用負極材料、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法 |
JP5679204B2 (ja) | 2011-09-02 | 2015-03-04 | 昭栄化学工業株式会社 | 金属粉末の製造方法、それにより製造された金属粉末、導体ペースト、セラミック積層電子部品 |
CN102632249B (zh) * | 2012-03-29 | 2013-07-31 | 洛阳开拓者投资管理有限公司 | 一种制备金属钼粉的方法 |
US10477665B2 (en) * | 2012-04-13 | 2019-11-12 | Amastan Technologies Inc. | Microwave plasma torch generating laminar flow for materials processing |
CN102717065A (zh) * | 2012-06-05 | 2012-10-10 | 金川集团股份有限公司 | 一种制备镍包铝粉的方法 |
RU2509626C1 (ru) * | 2012-09-05 | 2014-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Способ получения нанодисперсных порошков металлов или их сплавов |
CZ304301B6 (cs) | 2012-09-19 | 2014-02-19 | Vysoké Učení Technické V Brně | Způsob přípravy magneticky vodivých prášků s využitím kavitace a zařízení k provádění tohoto způsobu |
US9427821B2 (en) * | 2013-03-15 | 2016-08-30 | Agilent Technologies, Inc. | Integrated magnetron plasma torch, and related methods |
CA3039695C (en) | 2014-03-11 | 2019-10-29 | Tekna Plasma Systems Inc. | Process and apparatus for producing powder particles by atomization of a feed material in the form of an elongated member |
US9951420B2 (en) | 2014-11-10 | 2018-04-24 | Sol Voltaics Ab | Nanowire growth system having nanoparticles aerosol generator |
TWI586460B (zh) * | 2015-01-30 | 2017-06-11 | Fuji Kihan Co Ltd | Surface treatment of powdered metallic materials |
KR101721565B1 (ko) | 2015-06-25 | 2017-04-18 | 한국기계연구원 | 이중 주파수 전력 구동 유도결합 플라즈마 토치 및 이를 이용한 나노 입자 생성 장치 |
CA3013154C (en) * | 2015-07-17 | 2019-10-15 | Ap&C Advanced Powders And Coatings Inc. | Plasma atomization metal powder manufacturing processes and systems therefor |
JP6573563B2 (ja) | 2016-03-18 | 2019-09-11 | 住友金属鉱山株式会社 | ニッケル粉末、ニッケル粉末の製造方法、およびニッケル粉末を用いた内部電極ペーストならびに電子部品 |
WO2017177315A1 (en) | 2016-04-11 | 2017-10-19 | Ap&C Advanced Powders & Coatings Inc. | Reactive metal powders in-flight heat treatment processes |
CN106082362A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-11-09 | 金川集团股份有限公司 | 一种提高轻质羰基镍粉粒度的方法 |
CN106623981B (zh) * | 2016-09-30 | 2018-11-06 | 九江波德新材料研究有限公司 | 一种利用等离子分解制备一氧化铌与铌粉混合物的方法 |
US10454114B2 (en) | 2016-12-22 | 2019-10-22 | The Research Foundation For The State University Of New York | Method of producing stable, active and mass-producible Pt3Ni catalysts through preferential co etching |
JP7155137B2 (ja) * | 2017-03-03 | 2022-10-18 | ハイドロ-ケベック | 不動態層で被覆されたコアを備えるナノ粒子、その製造のためのプロセスおよびその使用 |
US10763165B2 (en) | 2017-04-18 | 2020-09-01 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Conductive powder formation method, device for forming conductive powder, and method of forming semiconductor device |
CN108253422B (zh) * | 2018-03-20 | 2023-10-13 | 苏州新耀环保科技有限公司 | 一种等离子体垃圾焚烧炉 |
CN109530720A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-03-29 | 金川集团股份有限公司 | 一种利用等离子生产超细羰基铁粉的方法 |
CN110014145B (zh) * | 2019-04-18 | 2020-10-23 | 北京科技大学 | 一种球形铁素体基粉末的制备方法 |
CN110198590B (zh) * | 2019-06-26 | 2022-05-10 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 磁控等离子体鞘层特性研究方法 |
RU2719211C1 (ru) * | 2019-08-12 | 2020-04-17 | Андрей Валерьевич Шеленин | Устройство для восстановления металлов из минералов |
CN113695588B (zh) * | 2021-08-30 | 2023-12-26 | 炭索未来(广东)生态环境科技有限公司 | 一种高活性零价铁复合材料及其制备方法和应用 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5413821A (en) * | 1994-07-12 | 1995-05-09 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Process for depositing Cr-bearing layer |
US6689192B1 (en) * | 2001-12-13 | 2004-02-10 | The Regents Of The University Of California | Method for producing metallic nanoparticles |
Family Cites Families (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU149224A1 (ru) * | 1960-04-20 | 1961-11-30 | Н.А. Белозерский | Способ получени карбонилов металлов хрома, молибдена и вольфрама и производство порошков этих металлов |
JPS62102827A (ja) * | 1985-10-29 | 1987-05-13 | Natl Res Inst For Metals | 金属窒化物微粒子の製造法 |
US4808216A (en) * | 1987-04-25 | 1989-02-28 | Mitsubishi Petrochemical Company Limited | Process for producing ultrafine metal powder |
JPH01188416A (ja) * | 1988-01-19 | 1989-07-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 酸化物系超電導粉体の製造方法 |
SU1589327A1 (ru) * | 1988-04-14 | 1990-08-30 | Клиника Хирургических Болезней Института Кибернетики Ан Гсср | Способ получени магнитоуправл емого композиционного материала |
JP2545716B2 (ja) * | 1989-03-04 | 1996-10-23 | 工業技術院長 | FeーSiーC系超微粒子の製造法 |
JPH0459903A (ja) * | 1990-06-28 | 1992-02-26 | Tdk Corp | 強磁性超微粒子の製造方法、生理活性物質固定化用強磁性超微粒子および生理活性物質固定化強磁性超微粒子 |
US5200595A (en) * | 1991-04-12 | 1993-04-06 | Universite De Sherbrooke | High performance induction plasma torch with a water-cooled ceramic confinement tube |
DE4214723C2 (de) * | 1992-05-04 | 1994-08-25 | Starck H C Gmbh Co Kg | Feinteilige Metallpulver |
US6569397B1 (en) * | 2000-02-15 | 2003-05-27 | Tapesh Yadav | Very high purity fine powders and methods to produce such powders |
EP0946414B1 (en) * | 1996-11-04 | 2005-06-29 | Materials Modification, Inc. | Microwave plasma chemical synthesis of ultrafine powders |
DE19706524A1 (de) * | 1997-02-19 | 1998-08-20 | Basf Ag | Feinteiliges phosphorhaltiges Eisen |
CA2335177A1 (en) | 1998-06-26 | 2000-01-06 | The Procter & Gamble Company | Breathable urine collector |
US6552295B2 (en) * | 1999-12-20 | 2003-04-22 | Research Triangle Institute | Plasma furnace disposal of hazardous wastes |
KR100483886B1 (ko) * | 2002-05-17 | 2005-04-20 | (주)엔피씨 | 나노분말 양산용 고주파 유도 플라즈마 반응로 |
US7357910B2 (en) * | 2002-07-15 | 2008-04-15 | Los Alamos National Security, Llc | Method for producing metal oxide nanoparticles |
US7585349B2 (en) * | 2002-12-09 | 2009-09-08 | The University Of Washington | Methods of nanostructure formation and shape selection |
CN1217734C (zh) * | 2003-05-13 | 2005-09-07 | 武汉化工学院 | 一种用等离子体法制备纳米氮杂氧化钛的方法 |
RU2252817C1 (ru) * | 2003-12-23 | 2005-05-27 | Институт проблем химической физики Российской Академии наук | Установка и способ получения нанодисперсных порошков в плазме свч разряда |
US7494527B2 (en) * | 2004-01-26 | 2009-02-24 | Tekna Plasma Systems Inc. | Process for plasma synthesis of rhenium nano and micro powders, and for coatings and near net shape deposits thereof and apparatus therefor |
WO2006009881A2 (en) * | 2004-06-18 | 2006-01-26 | Innovalight, Inc. | Process and apparatus for forming nanoparticles using radiofrequency plasmas |
US7329301B2 (en) | 2004-09-29 | 2008-02-12 | Eastman Kodak Company | Silver nanoparticles made in solvent |
US20060225534A1 (en) * | 2004-10-13 | 2006-10-12 | The Research Foundation Of State University Of New York | Production of nickel nanoparticles from a nickel precursor via laser pyrolysis |
US20060189113A1 (en) | 2005-01-14 | 2006-08-24 | Cabot Corporation | Metal nanoparticle compositions |
US20070085053A1 (en) * | 2005-10-14 | 2007-04-19 | Gergely John S | Process for preparing superparamagnetic transition metal nanoparticles |
US7625637B2 (en) * | 2006-05-31 | 2009-12-01 | Cabot Corporation | Production of metal nanoparticles from precursors having low reduction potentials |
JP2009095685A (ja) * | 2007-10-12 | 2009-05-07 | Tokyo Electron Ltd | 粉体製造装置および方法 |
-
2006
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2011
- 2011-05-20 US US13/112,768 patent/US20110277590A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5413821A (en) * | 1994-07-12 | 1995-05-09 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Process for depositing Cr-bearing layer |
US6689192B1 (en) * | 2001-12-13 | 2004-02-10 | The Regents Of The University Of California | Method for producing metallic nanoparticles |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104772472A (zh) * | 2014-01-14 | 2015-07-15 | 仙资堂生技股份有限公司 | 制备纳米金属材的方法及其制得的纳米金属材 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
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