KR101271596B1 - 형상 및 입도 제어가 용이한 금속 파우더 제조 방법 - Google Patents

형상 및 입도 제어가 용이한 금속 파우더 제조 방법 Download PDF

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Abstract

형상 및 입도 제어가 용이한 금속 파우더 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 금속 파우더 제조 방법은 (a) 금속 파우더 형성을 위한 시드(seed) 입자를 함유하는 시드 서스펜션(suspension)을 마련하는 단계; (b) 상기 시드 서스펜션에 금속산화물을 첨가하여, 금속산화물 슬러리를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 금속산화물 슬러리에 N2H4를 공급하여 상기 금속산화물 슬러리에 포함된 금속산화물을 환원시켜, 상기 시드 입자 상에 금속 파우더를 성장시키는 단계;를 포함하고, 상기 (c) 단계에서, 상기 N2H4는 0.6~10 ml/min의 유량으로 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

형상 및 입도 제어가 용이한 금속 파우더 제조 방법 {METHOD OF MANUFACTURING METAL POWDERS WITH EASILY CONTROLLING SHAPE AND SIZE}
본 발명은 전자소재 등으로 널리 활용되는 구리 파우더와 같은 금속 파우더의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, CuO 슬러리와 같은 금속산화물 슬러리로부터 금속 파우더를 액상 환원 방법으로 제조하되, 환원제 공급 유량(feeding rate) 조절 등을 통하여 제조되는 금속 파우더의 형상 및 입도를 쉽게 제어할 수 있는 기술에 관한 것이다.
0.1~1㎛ 정도의 입도를 갖는 미세 구리 파우더와 같은 금속 파우더는 우수한 전기전도성을 가진다. 따라서, 금속 파우더는 전자부품의 전도성 잉크, 전도성 페이스트, 접점 등 다양한 분야에 적용되고 있다.
금속 파우더가 이들 분야에 응용되기 위해서는 기본적으로 고순도이면서, 아울러 일정한 형상 및 균일한 입도 분포가 요구된다.
금속 파우더는 다양한 방법으로 제조될 수 있다.
가장 일반적인 방법으로, 금속 파우더는 금속염을 물에 용해한 다음, 환원제를 이용하여 석출시키는 방법으로 제조된다.
그러나, 이 방법은 빠른 반응 속도에 따른 파우더의 응집 현상 및 불균일 성장이 발생하여 입도의 균일성을 제어하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 본 발명의 목적은 0.1~1㎛ 정도의 미세한 사이즈를 가지면서, 아울러 형상 및 입도 제어가 용이한 고순도의 금속 파우더를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 금속 파우더 제조 방법은 (a) 금속 파우더 형성을 위한 시드(seed) 입자를 함유하는 시드 서스펜션(suspension)을 마련하는 단계; (b) 상기 시드 서스펜션에 금속산화물을 첨가하여, 금속산화물 슬러리를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 금속산화물 슬러리에 N2H4를 공급하여 상기 금속산화물 슬러리에 포함된 금속산화물을 환원시켜, 상기 시드 입자 상에 금속 파우더를 성장시키는 단계;를 포함하고, 상기 (c) 단계에서, 상기 N2H4는 0.6~10 ml/min의 유량으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속 파우더 제조 방법은 시드 서스펜션 마련, 금속산화물 슬러리 형성 및 금속산화물 환원 과정을 통하여 시드 상에 금속 파우더를 성장시킴으로써, 1.0㎛ 이하의 사이즈를 갖는 미세한 금속 파우더를 쉽게 제조할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 금속 파우더 제조 방법은 환원제로 공급되는 N2H4의 공급 유량을 0.6~10 ml/min로 조절함으로써 구형 형상을 가지면서 입도 분포가 균일한 양질의 금속 파우더를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 금속 파우더 제조 방법을 구리의 예를 들어 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2 내지 도 5는 환원제 공급 유량 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 형상을 나타내는 사진이다.
도 6은 환원제 공급 유량 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 입도와 반응 소요 시간을 나타낸 그래프이다.
도 7은 환원제 공급 유량 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 입도 및 그 분포를 나타낸 것이다.
도 8은 환원제 공급 유량 변화에 따라서, 활성화된 팔라듐의 중량%를 나타낸 것이다.
도 9는 반응 시간 경과에 따라서, 반응 생성물의 X선 회절 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 10 내지 도 12는 반응시간 경과에 따라서, 반응 생성물의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 13은 팔라듐 이온의 농도 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 입도 및 반응 소요 시간을 나타낸 그래프이다.
도 14는 팔라듐 이온의 농도 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 입도 및 그 분포를 나타낸 그래프이다.
도 15 내지 도 18은 팔라듐 이온의 농도 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 19 내지 도 22는 반응 온도 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 23은 반응 온도 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 입도 및 그 분포를 나타낸 그래프이다.
도 24는 반응 온도 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 입도 및 반응 소요 시간을 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 형상 및 입도 제어가 용이한 금속 파우더 제조 방법에 대하여 구리 파우더의 예를 들어 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 금속 파우더 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도로서, 구리 파우더 제조의 예를 들었다.
도 1을 참조하면, 구리 파우더 제조 방법은 시드 서스펜션(seed suspension) 마련 단계(S110), CuO 슬러리 형성 단계(S120) 및 CuO 액상 환원 단계(S130)를 포함한다.
도 1에서 CuO 슬러리는 금속산화물 슬러리의 예를 제시한 것으로, 이외에도 금속산화물은 NiO, Al2O3 등 다양한 것이 이용될 수 있다.
시드 서스펜션 마련
시드 서스펜션 마련 단계(S110)에서는 구리 파우더와 같은 금속 파우더 생성을 위한 시드(seed) 입자를 함유하는 시드 서스펜션(seed suspension)을 마련한다.
이때, 금속 파우더의 생성 및 성장에 대한 핵(nucleation)으로 작용하는 시드 입자는 팔라듐(Pd)이 이용되는 것이 바람직하다.
금속 파우더 형성시의 시드로 은(Ag)를 이용할 수도 있다. 그러나, 은의 경우 구리와 같은 금속을 치환하는 현상이 생긴다. 이는 금속을 파우더 형태로 성장시키기 보다는 금속 미세 유리입자가 생성되어 치밀한 표면을 갖는 균일한 입자를 제조할 수 없는 문제점이 있다.
그러나, 팔라듐(Pd)의 경우는 표면 활성이 은 보다 우수하여 이러한 촉매 반응에 따라 팔라듐 표면에 금속 입자가 생성되어 보다 큰 입자로 쉽게 성장하여 입자 및 치밀한 표면을 갖는 입자 생성이 가능하다.
이때, 팔라듐 입자는 PdCl2를 증류수에 용해시켜 이온화한 후, 환원제로서N2H4를 첨가하여 하기 반응식 1 및 하기식 2에 따른 화학반응을 통하여 얻어질 수 있다.
반응식 1 : N2H4 + 4OH- → N2 + 4H2O + 4e-
반응식 2 : Pd+2 + 2e- → Pd
증류수에 용해되어 있는 팔라듐 이온의 농도가 높을수록, 그 만큼 금속 파우더가 생성될 수 있는 핵이 많이 존재하게 되는 것이므로, CuO와 같은 금속산화물의 환원 반응에 의한 금속 파우더 생성 시간이 단축될 수 있으며, 생성되는 금속 파우더의 입도 분포를 좁힐 수 있고 또한 파우더의 사이즈도 감소시킬 수 있다.
증류수에 용해되어 있는 팔라듐 이온(Pd2+)은 그 농도가 2.87x 10-6 M ~ 57.5 x 10-6 M인 것이 바람직하다. 실험 결과, 팔라듐 이온의 농도가 2.87x 10-6 M 미만일 경우 반응 시간이 매우 길어지고, 특히 입도 분포가 고르지 못한 문제점이 있었다. 반면, 팔라듐 이온의 농도가 57.5 x 10-6 M를 초과하는 경우, 금속산화물의 환원 반응에서 팔라듐 시드마다 석출되는 금속의 양이 지나치게 적어 비경제적인 문제점이 있다.
한편, 팔라듐 서스펜션 혹은 이로부터 형성되는 금속산화물 슬러리에는 안정화제로서 Polyvinyl pyrrolidone(PVP)가 포함될 수 있다. 이때, PVP의 농도는 5 g/L ~ 15 g/L인 것이 바람직하다. PVP가 5 g/L 미만의 농도를 가질 경우 팔라듐 혹은 금속 파우더의 안정화 효과를 충분히 얻기 힘들다. 반대로, PVP의 농도가 15 g/L를 초과하는 경우 분산 효과의 과잉으로 불규칙한 입자가 생성되어 입도 제어가 어렵다.
금속산화물 슬러리 형성
CuO 슬러리와 같은 금속산화물 슬러리 형성 단계(S120)에서는 시드 서스펜션에 CuO와 같은 금속산화물을 첨가하여 금속산화물 슬러리를 형성한다.
시드 입자 혹은 금속 파우더의 분산성을 향상시키기 위하여, 금속산화물 슬러리에는 분산제로서 sodium pyrophosphate (Na4O7P2)가 첨가될 수 있다. sodium pyrophosphate는 정전기적 반발에 의하여 시드 입자 혹은 금속 파우더를 분산시킬 수 있다. 이러한 sodium pyrophosphate는 Na4O7P2·10H2O와 같은 하이드레이트(hydrate) 형태로 공급될 수 있다. 이때, 상기 sodium pyrophosphate는 80 mg/L ~ 120 mg/L의 농도로 첨가되는 것이 바람직하다. Sodium pyrophosphate의 농도가 80 mg/L 미만일 경우 팔라듐 시드 혹은 금속 파우더의 분산 효과가 불충분하다. 또한 sodium pyrophosphate의 농도가 120 mg/L를 초과하는 경우 더 이상의 분산 효과 증대없이 제조되는 금속 파우더의 순도 저하를 초래할 수 있다.
한편, 상기 금속산화물 슬러리에서 금속산화물의 농도는 5 ~ 40 g/L 인 것이 바람직하다. 금속산화물의 농도가 5 g/L 미만일 경우 활성화된 팔라듐 시드에 석출되는 금속 파우더의 양이 적어 비경제적이다. 반대로, 금속산화물의 농도가 40 g/L를 초과하는 경우 입도 분포가 과다하게 넓어지며, 제조되는 금속 파우더의 평균 입도 역시 과다하게 증가하는 문제점이 있다.
환원제 이용 금속산화물 액상 환원
CuO와 같은 금속산화물 환원 단계(S130)에서는 금속산화물 슬러리에 환원제를 공급하여 금속산화물 슬러리에 포함된 금속산화물을 환원시켜, 시드 입자 상에 금속 파우더를 생성 및 성장시킨다.
환원제는 금속에 대하여 강한 환원 효과를 제공하는 N2H4를 이용할 수 있다. 이때, N2H4는 하이드라진 모노하이드레이트(Hydrazine monohydrate, N2H4·H2O) 형태로 공급될 수 있으며, 이는 전술한 시드 서스펜션 마련 단계(S110)에서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
환원제인 N2H4는 하이드라진 모노하이드레이트 형태로 반응용기에 한 방울씩 드롭하는 드롭와이즈(dropwise) 방식을 이용하여 반연속적으로 공급되는 것이 바람직하다. CuO를 이용하여 실험한 결과, 하이드라진 모노하이드레이트를 한번에 공급하는 배치식(batch) 방법보다 반응 중 한 방울씩 반연속적으로 공급하는 경우, 입도 분포가 균일한, 즉 단분산(mono-modal)된 구리 파우더를 확보할 수 있었으며, 입자 사이즈도 조절하기 용이하였다.
한편, 하이드라진 모노하이드레이트의 공급 유량이 0.6 mL/min 미만일 경우 제조되는 금속 파우더의 사이즈가 커지고, 분산성이 저하되는 문제점이 있었다. 하이드라진 모노하이드레이트의 공급 유량이 증가함에 따라 제조되는 금속 파우더의 사이즈가 감소하며, 분산화도 향상되었다. 다만, 하이드라진 모노하이드레이트의 공급 유량은 10 mL/min에서 그 효과가 거의 완전히 포화되므로, 하이드라진 모노하이드레이트의 공급 유량은 0.6 ~ 10 mL/min 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.6~4 mL/min을 제시할 수 있다.
환원제로 N2H4를 이용할 경우, 구리 파우더는 하기 반응식 3 ~ 5에 따른 화학반응을 통하여 얻어질 수 있다.
반응식 3 : N2H4 + 4H2O + 2e- → 2NH4OH + 2OH-
반응식 4 : CuO + 4NH4OH → [Cu(NH3)4]+2 + 4H2O + 1/2O2
반응식 5 : [Cu(NH3)4]+2 + 2e- + 4H2O → Cu + 4NH4OH
반응식 4는 CuO에서 구리가 용해되어 구리 암모늄 착물을 형성하는 과정에 해당하고, 반응식 5는 구리 암모늄 착물이 전자에 의해 환원되어 시드 상에 성장하는 과정에 해당한다.
상기 반응식 4, 5는 구리 파우더 제조시 적용되는 것으로, 다른 금속 파우더 제조시에는 그에 해당하는 반응식이 적용될 수 있다.
본 발명에서 금속 파우더 제조를 위한 금속산화물의 환원 반응은 60℃ ~ 80℃의 온도에서 실시되는 것이 바람직하다. CuO를 이용하여 실험한 결과, 반응온도가 60℃ 미만일 경우 생성되는 구리 파우더의 입도 분포가 고르지 못한 문제점이 있다. 반대로 반응 온도가 80℃를 초과하는 경우 지나치게 빠른 환원 반응으로 인하여 입도 제어가 어려워질 수 있는 문제점이 있다.
또한, 본 발명에서 금속 파우더 제조를 위한 금속산화물의 환원 반응은 상기 온도 조건에서 최소 80분 이상, 대략 80~120분동안 실시되는 것이 바람직하다. CuO를 이용하여 반응온도 60℃에서 실험결과, 반응시간이 80분을 경과한 시점부터는 Cu 피크의 결정상만 존재하였으나, 반응시간이 80분 이전일 경우 CuO와 Cu 피크가 공존하였다.
전술한 바와 같이, 반응온도가 증가하면 환원 반응 속도가 빨라지므로, 반응온도가 60℃인 경우 뿐만 아니라 그보다 높은 경우에도 80분 이상 환원 반응을 시킬 경우, 완전한 환원 반응 결과를 얻을 수 있다.
도 1에 도시된 방법을 통하여 제조되는 구리 파우더와 같은 금속 파우더는 시드의 농도, 반응 온도 및 반응 시간에 따라 그 사이즈 혹은 입도 분포가 변화될 수 있으나, 환원제인 N2H4의 공급 유량이 0.6~10ml/min일 경우 전체적으로는 다음과 같은 특성을 나타내었다.
즉, CuO를 액상 환원시켜 구리 파우더를 제조한 결과, N2H4의 공급 유량이 0.6~10ml/min인 경우 제조되는 구리 파우더는 형상 측면에서 구형을 나타내었다. 또한, N2H4의 공급 유량이 0.6~10ml/min인 경우 제조되는 구리 파우더는 0.1 ~ 1.0 ㎛의 평균 입도를 가지며, 아울러 입도 분포가 매우 좁은 것을 확인할 수 있었다.
상기의 예는 구리의 예를 들었으나, 이는 다른 금속에도 적용될 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명에 따른 금속 파우더 제조 방법에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예에서 사용된 물질은 다음과 같다.
구리 공급원 : Copper (II) oxide(CuO, 순도95%, Junsei chemical Co., Japan
팔라듐(Pd) : PdCl2(순도 99.99 %, Kojima chemical reagents Inc., Japan.)를 증류수에 용해시켜 사용.
환원제 : N2H4.H2O, 순도 80 %, DC chemical Co., Korea)
안정화제 : PVP k-30 (C6H6NO)n 12~13 %, Junsei Chemical Co., Japan
분산제 : Na4O7P2·10H2O 99 %, Junsei Chemical Co., Japan
모든 시약들은 탈이온수에 용해하여 실험에 이용하였으며 Cu 파우더 합성 후 탈이온수 및 에탄올을 사용하여 3회 세척하여 물리화학적 분석을 행하여 특성을 조사하였다.
N 2 H 4 의 영향
환원제인 N2H4의 공급 유량(feeding rate) 변화에 따른 환원 정도를 평가하기 위하여, 환원제 공급 유량을 0ml/min, 0.3ml/min, 0.6ml/min, 2ml/min, 4ml/min 및 10ml/min으로 다양하게 변화시켰다. 이때, 실험 조건은 Pd+2 11.5x10-6 M, PVP 10 g/L, CuO 10g/L, 반응온도 60℃, Na4O7P2 99 mg/L 이었다.
도 2 내지 도 5는 환원제 공급 유량 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 형상을 나타내는 사진이다.
도 2내지 도 5를 참조하면, 환원제인 환원제인 N2H4의 공급 유량이 클수록 제조되는 구리 파우더의 입도가 작아지는 것을 볼 수 있다.
도 6은 환원제 공급 유량 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 입도와 반응 소요 시간을 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, N2H4의 공급 유량이 0ml/min 혹은 0.3ml/min 인 경우보다 0.6~10ml/min 인 경우 제조되는 구리 파우더의 평균 입도가 현저히 작아지고, 반응 소요 시간 역시 비슷한 비율로 감소하는 것을 볼 수 있다. 이는 N2H4 공급 유량이 증가함에 따라 생성되는 입자가 증가하며, 이에 따라 석출되는 입자의 함량이 증가되기 때문이다.
또한, N2H4의 공급 유량이 4ml/min 인 경우 및 10ml/min인 경우에는 평균 입도 및 반응 소요 시간이 거의 동일하게 나타났다.
도 7은 환원제 공급 유량 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 입도 및 그 분포를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, N2H4의 공급 유량이 0.3ml/min인 경우에는 제조되는 구리 파우더의 입도 분포가 bi-modal 분포를 나타낸다. 그러나, N2H4의 공급 유량이 0.6~10ml/min인 경우에는 제조되는 구리 파우더의 입도 분포가 mono-modal 분포를 나타낸다.
도 8은 환원제 공급 유량 변화에 따라서, 활성화된 팔라듐의 중량%를 나타낸 것이다.
활성화된 팔라듐의 중량%를 측정하기 위하여, N2H4 공급 유량 각각에 대하여, 전체 팔라듐 농도(NT) 및 반응 후 용액 중에 잔류하는 팔라듐 농도(NR)을 측정하였다.
도 8을 참조하면, N2H4 공급 유량이 대략 4ml/min까지 증가함에 따라 활성화된 팔라듐의 중량%도 증가하였다. 반면, N2H4 공급 유량이 대략 4ml/min 이상인 경우, 더 이상 활성화된 팔라듐의 중량%가 증가하지 않았다.
이러한, 팔라듐의 활성화도에 따라서 평균 입도 분포 및 반응 소요 시간이 결정될 수 있다.
따라서, 상기 도 2 내지 도 8에 도시된 사항을 고려할 때, N2H4 공급 유량은 0.6~10ml/min인 것이 바람직하다.
반응 시간의 영향
반응 시간에 따른 환원 정도를 평가하기 위하여, 반응시간 0분 경과 후, 40분 경과 후 및 80분 경과 후 각각의 반응생성물의 X선 회절 시험을 실시하였다. 이때, 실험 조건은 Pd+2 11.5x10-6 M, PVP 10 g/L, CuO 10g/L, 반응온도 60℃, N2H4 : 0.6 ml/min, Na4O7P2 99 mg/L 이었다.
도 9는 반응 시간 경과에 따라서, 반응 생성물의 X선 회절 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 반응시간 0분 경과 후에는 CuO만 관찰되어 환원반응이 발생하지 않은 것을 볼 수 있다. 또한, 반응시간 40분 경과 후에는 Cu 및 CuO가 공존함을 볼 수 있다. 또한, 반응시간 80분 경과 후에는 Cu 결정상만 관찰되었다.
이는 도 10 내지 도 12에 도시된 반응시간 경과에 따른 반응 생성물의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진을 통해서도 알 수 있다. 도 10 내지 도 12를 참조하면, 반응시간 0분 경과 후에는 구형의 미세 구리 파우더가 관찰되지 않으나, 반응시간 40분 경과 후에는 CuO와 함께 구형의 미세 구리 파우더가 관찰되며, 반응시간 80분 경과 후에는 구형의 미세 구리 파우더만이 관찰되는 것을 볼 수 있다.
시드 농도의 영향
수용액상에서 금속 입자의 석출 반응은 균일 반응보다 불균일 반응이 핵생성의 활성화 에너지가 작은 것으로 알려져 있다. 즉 입자생성 초기단계에 안정된 입자들이 충분히 존재한다면 생성된 입자는 분산성이 우수하고, 그 입도도 작아질 것으로 예측할 수 있다.
따라서 안정된 입자성장을 위하여 시드를 제공하였을 경우에 보다 일정한 입자크기와 균일한 입자분포를 갖는 파우더를 제조할 수 있을 것으로 추측할 수 있다. 본 실시예에서는 시드로 팔라듐 입자를 첨가하고 이에 따라 생성되는 구리입자의 영향을 조사하였다.
시드 첨가에 따른 실험은 증류수에 용해되는 Pd+2 농도를 0에서 57.5x10-6 M로 변화시킨 용액을 1 ml/min 유량의 N2H4 로 환원(반응식 2 : Pd+2 + 2e- → Pd)시켜 팔라듐 서스펜션을 제조한 후, 각각의 팔라듐 서스펜션을 이용하여 PVP 10 g/L, CuO 10g/L, Na4O7P2 99 mg/L 의 농도를 갖는 CuO 슬러리를 제조하고, 반응온도 60℃, N2H4 : 0.6 ml/min 조건에서 환원 반응시키는 방법으로 실시하였다.
도 13은 팔라듐 이온의 농도 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 입도 및 반응 소요 시간을 나타낸 그래프이다.
도 13을 참조하면, 증류수에 용해되어 있는 팔라듐 이온의 농도가 증가함에 따라 반응 소요 시간이 125분에서 72분으로 감소하고, 또한, 생성되는 구리입자의 평균 입도가 494nm에서 218nm로 감소하는 것을 볼 수 있다.
그 이유는 환원반응에 의하여 생성되는 구리 입자가 시드 상에 석출되므로, 시드의 함량이 증가하면 그만큼 석출되는 시간도 감소하고, 또한 풍부한 시드의 존재를 통하여 전체적으로 성장하는 구리 파우더의 사이즈도 감소하기 때문으로 볼 수 있다.
도 14는 팔라듐 이온의 농도 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 입도 및 그 분포를 나타낸 그래프이다.
도 14를 참조하면, 팔라듐 시드가 존재하지 않을 경우, 제조되는 구리 파우더는 bi-modal 형태로 넓은 입도 분포를 가지나, 팔라듐 시드의 농도가 증가함에 따라 mono-modal 형태로 입도 분포도 좁아지며, 파우더의 사이즈도 감소하는 것을 볼 수 있다.
도 15 내지 도 18은 팔라듐 이온의 농도 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 15 내지 도 18을 참조하면, 팔라듐 시드의 농도가 2.87 X 10-6M 이상일 경우, 팔라듐 시드의 농도가 증가할수록 제조되는 구리 파우더의 입도가 작아지며, 그 형상도 균일해지는 것을 볼 수 있다.
반응 온도의 영향
CuO 슬러리로부터 Cu 파우더 제조시, 반응온도의 영향을 알아보기 위하여, Pd2+ 농도 11.5x10-6 M, PVP 농도 10 g/L, CuO 농도 10 g/L, N2H4 0.6 mL/min 및 Na4O7P2 99 mg/L의 실험 조건을 이용하고, 반응 온도를 50 ~ 80℃로 변화시키면서 실험을 실시하였다.
도 19 내지 도 22는 반응 온도 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 SEM 사진을 나타낸 것이고, 도 23은 반응 온도 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 입도 및 그 분포를 나타낸 그래프이다. 또한, 도 24는 반응 온도 변화에 따라서, 제조되는 구리 파우더의 입도 및 반응 소요 시간을 나타낸 것이다.
도 19 내지 도 22를 살펴보면 각각의 반응온도에서 제조된 구리 파우더는 구형을 띠는 것을 볼 수 있다. 그러나, 도 19 및 도 24를 참조하면, 반응 온도 50℃의 경우 구리 파우더의 입도 분포가 상대적으로 넓은 반면, 도 20 내지 도 22, 그리고 도 24를 참조하면, 반응 온도가 60~80℃의 경우, 제조되는 구리 파우더의 입도 분포가 매우 균일한 것을 볼 수 있다.
또한, 도 23을 참조하면, 반응온도가 증가할 수록, 반응 소요 시간도 더 짧아지고, 제조되는 구리 파우더의 사이즈도 더 작아지는 것을 볼 수 있다. 이는 반응온도 증가에 따라서 활성화되는 시드 입자의 농도가 증가하기 때문이라 볼 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
특히, 본 발명의 실시예에서는 CuO를 이용하여 Cu 파우더를 제조하는 것을 중점적으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다른 금속산화물을 이용하여 금속 파우더를 제조하는 것에도 적용될 수 있다.
S110 : 시드 서스펜션 마련 단계
S120 : CuO 슬러리 형성 단계
S130 : 환원제 이용 CuO 액상 환원 단계

Claims (9)

  1. (a) 금속 파우더 형성을 위한 시드(seed) 입자를 함유하는 시드 서스펜션(suspension)을 마련하기 위해 PdCl2를 증류수에 용해시켜 이온화한 후, N2H4를 첨가하는 단계;
    (b) 상기 시드 서스펜션에 금속산화물을 첨가하여, 금속산화물 슬러리를 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 금속산화물 슬러리에 N2H4를 하이드라진 모노하이드레이트 형태로 드롭와이즈(dropwise) 방식으로 공급하여 상기 금속산화물 슬러리에 포함된 금속산화물을 환원시켜, 상기 시드 입자 상에 금속 파우더를 성장시키는 단계;를 포함하고,
    상기 (c) 단계에서, 상기 N2H4는 0.6~10 ml/min의 유량으로 공급되는 것을 특징으로 하는 금속 파우더 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시드 입자는 팔라듐(Pd) 입자이고,
    상기 금속산화물은 CuO인 것을 특징으로 하는 금속 파우더 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시드 서스펜션은
    하기 반응식 1 및 하기식 2에 따른 화학반응을 통하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 금속 파우더 제조 방법.
    반응식 1 : N2H4 + 4OH- → N2 + 4H2O + 4e-
    반응식 2 : Pd+2 + 2e- → Pd
  6. 제1항에 있어서,
    상기 증류수에 용해되는 팔라듐 이온(Pd2+)의 농도는
    2.87 x 10-6 M ~ 57.5 x 10-6M인 것을 특징으로 하는 금속 파우더 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속산화물 슬러리에는
    Polyvinyl pyrrolidone(PVP) 및 sodium pyrophosphate(Na4O7P2) 중에서 1종 이상이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 금속 파우더 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 PVP는 5 ~ 15 g/L의 농도로 포함되고,
    상기 Na4O7P2는 80 ~ 120 mg/L의 농도로 포함되는 것을 특징으로 하는 금속 파우더 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    60℃ ~ 80℃의 온도에서 80분 이상 실시되는 것을 특징으로 하는 금속 파우더 제조 방법.
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