KR101279540B1 - 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말과 이의 제조방법 및 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말을 이용한 인듐 산화물 타겟의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투명전도성 산화물 필름(TCO film ; Transparent conducting Oxid film) 제조에 사용되는 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말과, 상기 인듐 산화물 분말을 합성하는 방법 및 상기 인듐 산화물 분말을 이용하여 인듐 산화물 타겟을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말은 부탄올과 금속아세테이트이 반응하여, 아연과 주석이 고용된 수산화인듐으로 합성되고, 상기 아연과 주석이 고용된 수산화인듐을 300℃에서 하소하여 제조한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말은 부탄올과 금속아세테이트이 반응하여, 아연과 주석이 고용된 수산화인듐으로 합성되고, 상기 아연과 주석이 고용된 수산화인듐을 300℃에서 하소하여 제조한 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 투명전도성 산화물 필름(TCO film ; Transparent conducting Oxid film) 제조에 사용되는 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말과, 상기 인듐 산화물 분말을 합성하는 방법 및 상기 인듐 산화물 분말을 이용하여 인듐 산화물 타겟을 제조하는 방법에 관한 것이다.
대한민국 특허 제10-205556호((1999년 4월 2일, 등록)에는 인듐염 수용액과 알칼리 수용액을 혼합한 후, 얻어진 수산화물을 가소하는 산화인듐(ITO) 분말 제조방법이 소개되어 있다.
또한, 대한민국 특허 제10-850010호(2008년 7월 28일, 등록)에 "초음파 화학적 반응에 의한 산화 인듐 분말의 제조방법 및ＩＴＯ 타겟재의 제조방법"이 소개되어 있다.
상기 초음파 화학적 반응에 의한 산화 인듐 분말의 제조방법은 질산 인듐 수용액에 초음파를 인가한 상태에서 암모니아 가스로 중화하여 수산화 인듐을 합성하고, 상기 수산화 인듐을 여과 및 세척 건조 과정을 거쳐 하소(calcine)하여 산화 인듐 분말을 제조한다.
그러나, 위에 소개된 산화인듐 분말 제조방법들은 산화인듐 분말을 합성하는 과정중 여과, 세척 공정에서 염산, 질산, 황산 등을 함유하는 다량의 폐수가 발생하고, 합성단계에서 산화인듐 등 단일 원료만을 합성하여 제조한 후, 복합 산화물 TCO 제조에 사용되는 타겟의 인듐 자리에 고용할 원료인 산화아연과 산화주석을 혼합하는 과정을 거쳐 복합 산화물을 제조하므로 타겟의 조성 불균일성이 발생될 수 있으며, 산화인듐, 산화아연, 산화주석을 혼합하여 제조한 타겟의 경우 소결하는 과정에서 주석의 휘발이 쉽게 일어나기 때문에 타겟의 조성 불균일성이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 부탄올과 인듐아세테이트, 아연아세테이트 및 주석아세테이트를 혼합하여, 아연과 주석이 고용된 수산화 인듐을 합성함으로써, 인듐아세테이트, 아연아세테이트와 주석아세테이트에서 해리된 인듐 착이온, 아연 착이온과 주석 착이온이 부탄올에서 해리된 수소 착이온과의 결합으로 아연과 주석이 고용된 수산화인듐이 합성되고, 부산물로 부틸아세테이트가 생성되어 부틸아세테이트와 금속수화물 생성을 억제하는 물이 발생하지 않기 때문에 촉매로 사용하는 강산을 투입하지 않아도 반응이 진행되므로 산 이온을 제거하는 세척공정이 요구되지 않는 아연과 주석이 고용된 산화인듐 분말 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 위에서 언급한 아연과 주석이 고용된 산화인듐 분말을 물 및 분산제와 혼합한 후, 어트리션밀에서 해쇄(disintegtation)하고, 여기에 결합제, 이형제 등을 투입하여 슬러리 상태로 만들어서 스프레이드라이어를 이용하여 분말 성형을 위한 과립으로 제조하며, 제조된 과립을 분말성형프레스를 사용하여 타겟의 성형체를 제조하는 인듐산화물 타겟 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말은 부탄올과 금속아세테이트가 반응하여, 아연과 주석이 고용된 수산화인듐으로 합성되고, 상기 아연과 주석이 고용된 수산화인듐을 300℃에서 하소하여 제조한 것을 특징으로 한다.
상기 부탄올은 n-부탄올, tert-부탄올, 2-부탄올 및 Iso-부탄올 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 부탄올과 금속아세테이트는 1 : 2~10의 몰비로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 금속아세테이트는 인듐아세테이트, 아연아세테이트 및 주석아세테이트 혼합물이고, 인듐아세테이트 1.2몰~2몰, 아연아세테이트 0.4몰 이하 및 주석아세테이트 0.4몰 이하의 비율로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말 제조방법은
(1) 부탄올에 금속아세테이트(인듐아세테이트, 아연아세테이트 및 주석아세테이트 혼합물)을 투입하여 아연과 주석이 고용된 수산화인듐을 합성하는 단계와,
(2) 합성된 아연과 주석이 고용된 수산화인듐을 300℃의 온도에서 하소함으로써, 아연과 주석이 고용된 산화인듐 분말을 제조하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말을 이용한 인듐 산화물 타겟의 제조방법은 위에서 설명한 제조방법으로 제조된 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말을 물 및 분산제와 혼합한 후, 어트리션밀에서 해쇄(disintegtation)하고, 여기에 결합제, 이형제를 투입하여 슬러리 상태로 만들고, 슬러리를 스프레이드라이어를 이용하여 분말 성형을 위한 과립으로 제조하며, 제조된 과립을 분말성형프레스를 사용하여 제조된 과립은 분말성형프레스를 사용하여 1차 성형한 후 2,000kg/cm2의 압력으로 상온 등압 성형하여 타겟 성형체를 제조하고, 과립 제조를 위해 투입된 유기물을 완전히 제거하기 위해 800℃에서 하소하고, 하소된 성형체를 300℃/hr의 승온속도로 승온하여 1500℃에서 소성하여 타겟을 제조하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 본 발명에 따른 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말과 이의 제조방법 및 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말을 이용한 인듐 산화물 타겟의 제조방법은 인듐아세테이트, 아연아세테이트, 주석아세테이트를 부탄올을 이용하여 합성함으로 폐수 발생이 없이 균일한 나노입자로 이루어진 아연과 주석이 고용된 산화인듐을 제조할 수 있으며, 이를 이용하여 고밀도의 인듐산화물 타겟을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말을 제조하기 위한 반응장치 개요도
도 2는 아연과 주석이 고용된 산화인듐 분말의 엑스선회절분석 패턴
도 3은 아연과 주석이 고용된 산화인듐 분말의 주사전자현미경 사진
도 2는 아연과 주석이 고용된 산화인듐 분말의 엑스선회절분석 패턴
도 3은 아연과 주석이 고용된 산화인듐 분말의 주사전자현미경 사진
본 발명에 따른 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말은 부탄올과 금속아세테이트가 반응하여, 아연과 주석이 고용된 수산화인듐으로 합성되고, 상기 아연과 주석이 고용된 수산화인듐을 300℃에서 하소하여 제조한 것이다.
상기 부탄올은 n-부탄올, tert-부탄올, 2-부탄올 및 Iso-부탄올 중 어느 하나이고, 부탄올과 금속아세테이트가 1 : 2~10의 몰비로 혼합된다.
상기 금속아세테이트는 인듐아세테이트, 아연아세테이트 및 주석아세테이트 혼합물이고, 인듐아세테이트 1.2몰~2몰, 아연아세테이트 0.4몰 이하 및 주석아세테이트 0.4몰 이하의 비율로 구성된다.
상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말은 10nm~30nm의 나노입자를 가지며, 빅스바이트(bixbyite) 결정상을 갖는다.
상기와 같은 본 발명에 따른 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말을 제조하는 방법은 다음과 같다.
(1) 부탄올에 금속아세테이트(인듐아세테이트, 아연아세테이트 및 주석아세테이트 혼합물)을 투입하여 아연과 주석이 고용된 수산화인듐을 합성한다.
이때, 인듐아세테이트, 아연아세테이트와 주석아세테이트에서 해리된 인듐 착이온, 아연 착이온과 주석 착이온이 부탄올에서 해리된 수소 착이온과의 결합으로 아연과 주석이 고용된 수산화인듐이 합성된다. 그리고, 부산물로 부틸아세테이트가 생성되어 아세테이트산과 금속수화물 생성을 억제하는 물이 발생하지 않기 때문에 부틸아세테이트와 금속산화물 생성을 억제하는 인자가 없어 촉매로 사용하는 강산을 투입하지 않아도 반응이 진행되므로 산 이온을 제거하는 세척공정이 요구되지 않는 장점이 있다.
(화학 반응식)
(3-X-Y)CH3(CH2)2CH2OH + (1-X-Y)In(CH3COO)3 + XZn(CH3Coo)2 + YSn(CH3Coo)2
⇒ In1 -X- YZnXSnY(OH)3 + (3-X-Y)CH3(CH2)2CH3COO
(2) 합성된 아연과 주석이 고용된 수산화인듐을 300℃의 온도에서 하소함으로써, 빅스바이트(bixbyite) 결정상을 갖는 아연과 주석이 고용된 산화인듐 분말을 제조하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 인듐 산화물 타겟 제조방법은 위에서 설명한 아연과 주석이 고용된 산화인듐 분말을 물 및 분산제와 혼합한 후, 어트리션밀에서 6시간 해쇄(disintegtation)하고, 여기에 결합제, 이형제를 투입하여 슬러리 상태로 만들고, 슬러리를 스프레이드라이어를 이용하여 분말 성형을 위한 과립으로 제조하며, 제조된 과립을 분말성형프레스를 사용하여 제조된 과립은 분말성형프레스를 사용하여 200kg/cm2의 압력으로 1차 성형한 후 2,000kg/cm2의 압력으로 상온 등압 성형하여 타겟 성형체를 제조한다. 또한, 과립 제조를 위해 투입된 유기물을 완전히 제거하기 위해 800℃에서 10시간 하소한다. 그리고, 하소된 성형체를 300℃/hr의 승온속도로 승온하여 1500℃에서 2시간 소성하여 타겟을 제조한다.
이와 같은 본 발명에 따른 인듐 산화물 타겟 제조방법으로 제조된 타겟은 겉보기밀도가 6.64로 이론밀도의 95%를 나타낸다.
(실시예)
도 1에 도시된 반응장치 개요도와 같이 교반과 가열이 가능한 맨틀(10)에 장착되어 있는 4구 유리질 반응용기(15 ; 2ℓ)에 부탄올 594.44g을 투입하고 마그네틱 스틸러(magnetic stirrer)로 300rpm으로 교반하는 상태에서 인듐아세테이트 135.05g, 아연아세테이트 28.29g, 주석아세테이트 36.51g을 각각 칭량하여 천천히 투입한 후 110℃로 가열하였다. 이때 반응용기 상단 뚜껑의 3구는 모두 막고 나머지 1구에 냉각기(20)를 설치하여 증발되는 부탄올 및 부틸아세테이트가 응축되도록 함으로써, 부탄올과 부틸아세테이트의 증발을 억제하였다.
혼합물은 교반을 지속하며 110℃까지 온도가 상승된 시점부터 온도를 유지하며 24시간 합성을 지속한 후 온도가 상온이 될 때까지 교반을 계속 실시하였다.
완전히 식은 상태의 합성이 완료된 혼합물은 진공 회전증발기(Vacuum Rotary Evaporator)에서 60℃에서 24시간 가동하여 혼합물 내의 부탄올과 부틸아세테이트를 증발시켜 응축용기에 포집하여 완전히 건조된 합성물을 얻었다.
건조된 합성물의 결정상은 도 2의 엑스선회절분석 결과 (A)에 나타난 대로 수산화인듐 결정상이며, 상기 수산화인듐 합성물을 300℃에서 10시간 하소하면, 아연과 주석이 고용된 산화인듐을 얻을 수 있었다.
이때 얻어진 아연과 주석이 고용된 산화인듐의 입자크기는 도 3의 주사전자현미경 사진에 나타난 대로 10~30nm 이었으며, 비표면적은 140m2/g이었으며, 결정상은 도 2의 엑스선회절분석 결과인 (B)에 나타난 대로 인듐산화물과 동일한 빅스바이트(bixbyite)를 나타내었으며, 엑스선회절 피크 값이 약간 이동되어 있는 것으로 아연과 주석이 고용된 인듐산화물임을 확인할 수 있었다.
이렇게 제조된 분말은 물과 분산제를 함께 넣고 어트리션밀에서 6시간 해쇄하고 여기에 결합제, 이형제 등을 투입하여 슬러리 상태로 만들어서 스프레이드라이어를 이용하여 분말 성형을 위한 과립으로 제조하였다.
제조된 과립은 분말성형프레스를 사용하여 200kg/cm2의 압력으로 1차 성형한 후 2,000kg/cm2의 압력으로 상온 등압 성형하여 타겟의 성형체를 제조하였다.
상기의 과정을 거쳐 제조된 타겟의 성형체는 과립 제조를 위해 투입된 유기물을 완전히 제거하기 위해서 800℃에서 10시간 하소하였다. 하소된 성형체는 300℃/hr의 승온속도로 승온하여 1500℃에서 2시간 소성하여 타겟을 제조하였다. 이렇게 제조된 타겟은 겉보기밀도가 6.64로 이론밀도의95%를 나타내었다.
Claims (6)
- 부탄올과 금속아세테이트가 반응하여, 아연과 주석이 고용된 수산화인듐으로 합성되고, 상기 아연과 주석이 고용된 수산화인듐을 300℃에서 하소하여 제조하는 것을 특징으로 하는 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 부탄올은 n-부탄올, tert-부탄올, 2-부탄올 및 Iso-부탄올 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
부탄올과 금속아세테이트는 1 : 2~10의 몰비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 금속아세테이트는 인듐아세테이트, 아연아세테이트 및 주석아세테이트 혼합물이고, 인듐아세테이트 1.2몰~2몰, 아연아세테이트 0.4몰 이하 및 주석아세테이트 0.4몰 이하의 비율로 구성되는 것을 특징으로 하는 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말 제조방법.
- 부탄올에 금속아세테이트(인듐아세테이트, 아연아세테이트 및 주석아세테이트 혼합물)을 투입하여 아연과 주석이 고용된 수산화인듐을 합성하는 단계와,
합성된 아연과 주석이 고용된 수산화인듐을 300℃의 온도에서 하소함으로써, 아연과 주석이 고용된 산화인듐 분말을 제조하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,
아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말을 물 및 분산제와 혼합한 후, 어트리션밀에서 해쇄(disintegtation)하고,
여기에 결합제, 이형제를 투입하여 슬러리 상태로 만들고,
슬러리를 스프레이드라이어를 이용하여 분말 성형을 위한 과립으로 제조하며,
제조된 과립을 분말성형프레스를 사용하여 제조된 과립은 분말성형프레스를 사용하여 1차 성형한 후 2,000kg/cm2의 압력으로 상온 등압 성형하여 타겟 성형체를 제조하고,
과립 제조를 위해 투입된 유기물을 완전히 제거하기 위해 800℃에서 하소하고,
하소된 성형체를 300℃/hr의 승온속도로 승온하여 1500℃에서 소성하여 타겟을 제조하는 것을 특징으로 하는 아연과 주석이 고용된 인듐 산화물 분말 제조방법.
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