KR101481346B1 - Method of fabricating metal-ceramic nano particle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법에 관련된 것으로 보다 상세하게는, 전기 분해 방법으로 제조된 금속 파티클을 포함하는 콜로이드에 세라믹 파티클을 혼합하는 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing metal-ceramic nanoparticles, and more particularly, to a method of manufacturing metal-ceramic nanoparticles in which ceramic particles are mixed with a colloid including metal particles produced by an electrolysis method.
나노 입자는 크기가 수 nm에서 수백 nm 크기의 넓은 표면적을 갖는 입자를 의미한다. 나노 입자는 나노 스테일에서 물질을 조작 및 제어하기 때문에, 기준 물질과 새로운 물리적/화학적 특성을 기대할 수 있어, 기존 물질의 한계를 극복할 수 있는 차세대 재료로 각광받고 있다. Nanoparticles mean particles with a large surface area ranging in size from a few nanometers to a few hundred nanometers. Since nanoparticles manipulate and control materials on nano-stales, reference materials and new physical / chemical properties can be expected, making them the next-generation material that can overcome the limitations of existing materials.
이에 따라, 나노 입자는 바이오 센서, 차세대 디스플레이의 발광체, 테라비트급 하드 드라이브, 태양 전지, 잉크젯 프리팅의 잉크 원료, 촉매, 의학, 생명공학 등 다양한 분야의 기술이 상용화되기 위해 필요한 핵심 신소재이다. Accordingly, nanoparticles are a key new material required for commercialization of various technologies such as biosensors, light emitting materials for next-generation displays, terra-bit class hard drives, solar cells, ink-jet materials for inkjet fritting, catalysts, medicine and biotechnology.
이러한 나노 입자의 특성을 개선시키고 향상시키기 위해, 금속과 세라믹을 혼합한 나노 입자를 제조하기 위한 연구들이 진행 중이다. In order to improve and improve the properties of these nanoparticles, studies are underway to manufacture nanoparticles mixed with metals and ceramics.
예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-0819418(출원번호 10-2007-0107590)에 개시된 것과 같이, 전이금속 및 이들의 합금 입자 분말, 세라믹 입자 분말, 합성 고분자를 극성 용매에 용해시킨 후 방사 또는 캐스팅하는 방법을 사용하여 금속 및 세라믹 분말을 활용하기 위한 다양한 방법들이 개발되고 있다. For example, as disclosed in Korean Patent Registration No. 10-0819418 (Application No. 10-2007-0107590), transition metals and their alloy particle powders, ceramic particle powders, and synthetic polymers are dissolved in a polar solvent, Various methods for utilizing metal and ceramic powders have been developed.
다른 예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-0823487(출원번호 10-2006-0107331)에는 금속 전구체 및 용매를 혼합하여 혼합 용액을 제조하고, 제조된 혼합 용액에 이온임을 조사하여 금속 전구체를 환원시켜 금속 나노 입자를 제조하여 촉매로 활용하는 방법을 개시하고 있다.For example, in Korean Patent Registration No. 10-0823487 (Application No. 10-2006-0107331), a mixed solution is prepared by mixing a metal precursor and a solvent, and the metal precursor is reduced by examining the mixed solution, Nanoparticles are prepared and used as catalysts.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 촉매 특성이 향상된 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for producing metal-ceramic nanoparticles having improved catalytic properties.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 대량 생산이 용이한 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing metal-ceramic nanoparticles which can be mass-produced easily.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 고신뢰성의 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a highly reliable metal-ceramic nano-particle.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 다공성 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing porous metal-ceramic nanoparticles.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above-mentioned technical problems, the present invention provides a method for manufacturing metal-ceramic nanoparticles.
상기 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법은, 베이스 용액(base solution)을 준비하는 단계, 상기 베이스 용액 내에 복수의 전극을 배치시키는 단계, 상기 복수의 전극에 전압을 인가하여 상기 복수의 전극에 포함된 금속 원소를 이온화시키고, 이온화된 금속 원소를 환원시켜 상기 금속 파티클을 포함하는 콜로이드를 형성하는 단계, 세라믹 파티클을 준비하는 단계, 상기 세라믹 파티클을 상기 금속 파티클을 포함하는 콜로이드에 혼합하는 단계, 및 상기 세라믹 파티클 및 상기 금속 파티클을 포함하는 상기 콜로이드를 건조 및 열처리하는 단계를 포함한다. The method of manufacturing a metal-ceramic nanoparticle according to the present invention includes the steps of preparing a base solution, disposing a plurality of electrodes in the base solution, applying a voltage to the plurality of electrodes, Ionizing the element and reducing the ionized metal element to form a colloid containing the metal particle; preparing ceramic particles; mixing the ceramic particles with a colloid containing the metal particles; And drying and heat-treating the colloid including the particles and the metal particles.
상기 금속 파티클을 포함하는 콜로이드를 준비하는 단계는, 상기 금속 원소를 이온화시키고, 상기 금속 이온을 환원시키는 동안, 제조된 상기 금속 파티클을 상기 베이스 용액 내에 분산시키는 단계를 더 포함할 수 있다. The step of preparing the colloid containing the metal particle may further include dispersing the produced metal particle in the base solution while ionizing the metal element and reducing the metal ion.
상기 세라믹 파티클을 준비하는 단계는, 소스 용액(source solution)을 준비하는 단계, 상기 소스 용액을 액적(液滴, droplet) 상태로 분무시키는 단계, 및 액적 상태의 상기 소스 용액을 열처리하여, 세라믹 파티클을 수집하는 단계를 포함할 수 있다. The step of preparing the ceramic particles comprises the steps of: preparing a source solution; spraying the source solution in a droplet state; and heat treating the source solution in a droplet state to form a ceramic particle Lt; / RTI >
상기 소스 용액은 수용성 폴리머가 첨가된 것을 포함할 수 있다. The source solution may comprise a water soluble polymer added.
상기 수용성 폴리머는 PEG(poly ethylene glycol), PAA(poly acrylic acid), PVP(polyvinylpyrrolidone), 또는 PVA(polyvinyl alcohol) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The water-soluble polymer may include at least one of poly ethylene glycol (PEG), poly acrylic acid (PAA), polyvinylpyrrolidone (PVA), and polyvinyl alcohol (PVA).
상기 소스 용액은 수산화 알루미늄(Al(OH)3), 알루미늄 설파이트(Al2(SO4)3), 알루미늄 클로라이드(ALCl3), 또는 알루미늄 이소프로프산 산화물(AIP) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The source solution contains at least one of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), aluminum sulfite (Al 2 (SO 4 ) 3 ), aluminum chloride (ALCl 3 ), or aluminum isopropyl manganate .
본 발명의 실시 예에 따르면, 소스 용액을 액적 상태로 분무시키고, 분무된 액적 상태의 소스 용액을 열처리하여, 세라믹 파티클을 제조한다. 제조된 상기 세라믹 파티클은 전기분해 방법으로 제조된 금속 파티클을 포함하는 콜로이드에 혼합되어 금속-세라믹 나노 파티클이 제조될 수 있다. 이에 따라, 금속-세라믹 파티클의 촉매 특성이 향상될 수 있다. 또한, 단순화된 제조 공정으로, 대량 생산이 용이한 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법이 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a source solution is sprayed in a droplet state, and a source solution in a sprayed droplet state is heat-treated to produce ceramic particles. The ceramic particles may be mixed with colloids containing metal particles prepared by an electrolysis method to produce metal-ceramic nanoparticles. Thus, the catalytic properties of the metal-ceramic particles can be improved. In addition, a metal-ceramic nanoparticle manufacturing method which can be mass-produced easily by a simplified manufacturing process can be provided.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법에 따라 세라믹 파티클을 제조하기 위한 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법에 따라 금속 파티클을 포함하는 콜로이드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법에 따라 금속 파티클을 포함하는 콜로이드를 제조하는 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 금속-세라믹 나노 파티클의 제조 방법에 따라 제조된 금속-세라믹 나노 파티클의 발열특성을 설명하기 위한 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a method for fabricating metal-ceramic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining an apparatus for producing ceramic particles according to a method of manufacturing a metal-ceramic nanoparticle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a colloid including metal particles according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 4 is a view for explaining an apparatus for producing a colloid containing metal particles according to a method of manufacturing metal-ceramic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph for explaining heat generation characteristics of metal-ceramic nanoparticles produced according to the method of manufacturing metal-ceramic nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다.Also, in various embodiments of the present specification, the terms first, second, third, etc. are used to describe various elements and the like, but should not be limited by such terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법에 따라 금속 파티클을 포함하는 콜로이드를 제조하기 위한 장치를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a metal-ceramic nanoparticle according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of fabricating a metal-ceramic nanoparticle according to an embodiment of the present invention. Fig. 2 is a view for explaining an apparatus for manufacturing.
도 1 및 도 2를 참조하면, 용기(100) 내에 베이스 용액(110)이 준비된다(S110). 상기 베이스 용액(110)은 초순수(DI water)에 환원제가 첨가된 것일 수 있다. 상기 환원제는 구연산나트륨, 구연산, 트리소듐 시트레이트 모노소듐 시트레이트, 또는 알코올 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, a
상기 베이스 용액(110)에 복수의 전극(121, 122)이 배치된다(S120). 상기 베이스 용액(110) 내에 이격되어 배치된 상기 제1 전극(121, 122)의 크기 및 표면적은 서로 상이할 수 있다. 상기 제1 전극(121)의 크기/표면적은 상기 제2 전극(122)의 크기/표면적보다 작을 수 있다.A plurality of
전원(230)을 이용하여 전극들(121, 122)에 전압을 인가하여 전극들(121, 122)에 포함된 금속 원소를 이온화시키고 이온화된 금속 원소를 환원시켜 금속 파티클을 포함하는 콜로이드가 생성된다(S130). A voltage is applied to the
표면적이 상대적으로 좁은 상기 제1 전극(121)에 제1 전압(V1)이 인가되고, 표면적이 상대적으로 좁은 상기 제2 전극(122)에 상기 제1 전압(V1)보다 낮은 레벨의 제2 전압(V2)이 인가될 수 있다. 이에 따라, 이에 따라, 상기 이온화된 금속 원소들이 상기 제2 전극(122)의 표면에서 전자를 얻어 환원될 수 있는 다수의 site가 제공되어, 금속 파티클이 용이하게 형성될 수 있다. A first voltage V1 is applied to the
상기 베이스 용액(110)이 채워진 상기 용기(100) 내에 교반기(142) 및/또는 초음파 분산기(144)가 배치될 수 있다. 상기 제1 전극(121)을 구성하는 금속 원소들이 이온화되고 상기 이온화된 금속 원소들이 환원되는 동안, 상기 교반기(142) 및/또는 상기 초음파 분산기(144)에 의해 상기 베이스 용액(110)이 교반될 수 있다. 이로 인해, 석출된 상기 금속 파티클들이 상기 베이스 용액(110) 내에 분산될 수 있다. The
일 실시 예에 따르면, 석출되는 금속 파티클의 양이 증가될수록, 상기 교반기(142) 및/또는 상기 초음파 분산기(144)에 의해 상기 베이스 용액(110)이 교반되는 속도가 증가될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 파티클들의 응집이 최소화되고, 균일한 크기의 금속 파티클들을 갖는 콜로이드가 제공될 수 있다. According to one embodiment, as the amount of metal particles to be deposited increases, the speed at which the
세라믹 파티클이 준비된다(S140). 상기 세라믹 파티클을 준비하는 단계는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명된다. Ceramic particles are prepared (S140). The step of preparing the ceramic particles will be described with reference to Figs. 3 and 4. Fig.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법에 따라 세라믹 파티클을 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법에 따라 세라믹 파티클을 제조하는 장치를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing ceramic particles according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a metal-ceramic nanoparticle according to an exemplary embodiment of the present invention. Fig. 3 is a view for explaining an apparatus for producing ceramic particles according to the present invention.
도 3 및 도 4를 참조하면, 소스 용액(SS, source solution)이 준비된다.(S210) 상기 소스 용액(SS)은 세라믹의 원료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 용액(SS)은 초순수(DI water) 또는 알코올과 같은 용매에 수산화 알루미늄(Al(OH)3), 알루미늄 설파이트(Al2(SO4)3), 알루미늄 클로라이드(ALCl3), 또는 알루미늄 이소프로프산 산화물(AIP) 중에서 적어도 어느 하나가 첨가된 것일 수 있다. 이 경우, 생성되는 세라믹 파티클은 산화 알루미늄 분말일 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 소스 용액(SS)은 금속 염을 포함할 수 있다. 3 and 4, a source solution (SS) is prepared (S210). The source solution SS may include a raw material for ceramics. For example, the source solution SS can be prepared by adding aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), aluminum sulfite (Al 2 (SO 4 ) 3 ), aluminum chloride (ALCI 3 ) to a solvent such as DI water or alcohol ), Or aluminum isopropoxide oxide (AIP) may be added. In this case, the produced ceramic particles may be aluminum oxide powder. In another example, the source solution SS may comprise a metal salt.
상기 소스 용액(SS)은 수용성 폴리머를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 수용성 폴리머는 PEG(poly ethylene glycol), PAA(poly acrylic acid), PVP(polyvinylpyrrolidone), 또는 PVA(polyvinyl alcohol) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 소스 용액(SS)에 첨가되는 수용성 폴리머에 의해, 생산되는 세라믹 분말의 기공성이 증가될 수 있다. The source solution (SS) may further comprise a water-soluble polymer. For example, the water-soluble polymer may include at least one of poly ethylene glycol (PEG), poly acrylic acid (PAA), polyvinylpyrrolidone (PVA), and polyvinyl alcohol (PVA). By the water-soluble polymer added to the source solution (SS), the porosity of the produced ceramic powder can be increased.
상기 소스 용액(SS)은 소스 용액 공급부(210)에 저장될 수 있다. 상기 소스 용액 공급부(210)는 상기 소스 용액(SS)을 분무기로 공급할 수 있다. The source solution SS may be stored in the source
상기 소스 용액(SS)은 상기 분무기에 설치된 초음파 진동자(212)에 의해, 액적(液滴, droplet) 상태로 분무될 수 있다.(S220) 예를 들어, 상기 초음파 진동자(212)는 1.67MHz 로 진동되어, 상기 소스 용액(SS)을 액적 상태로 분무시킬 수 있다. The source solution SS may be sprayed in a droplet state by the
분무된 상기 액적 상태의 소스 용액(DSS)은, 캐리어 가스 공급부(220, carrier gas provider)에서 공급되는 캐리어 가스(222)에 의해 반응기로 이동될 수 있다. 상기 캐리어 가스(222)는 공기, 산소 가스, 질소 가스, 불활성 가스, 또는 혼합 가스 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The sprayed source solution (DSS) in the droplet state can be transferred to the reactor by the
상기 액적 상태의 소스 용액(DSS)가 상기 반응기로 이동하기 전, 필터부(230)에 의해 필터링될 수 있다. 상기 필터부(230)는 상기 액적 상태의 소스 용액(DSS) 중에서 기준 크기보다 큰 액적들을 필터링할 수 있다. 이에 따라, 기준 크기보다 큰 액적들은 상기 반응기 내로 진입하지 못할 수 있다. 상기 필터링부(130)에 의해 기준 크기 이하의 액적들이 상기 반응기 내로 진입될 수 있어, 제조되는 세라믹 파티클의 크기의 균일성이 향상될 수 있다. The source solution (DSS) in the droplet state can be filtered by the
또한, 상기 필터부(230)는 상기 반응기 내로 불순물 입자가 진입하는 것을 저지할 수 있다. 이에 따라, 고순도의 세라믹 파티클이 제조될 수 있다. Also, the
상술된 바와 실시 예와 달리, 세라믹 파티클의 제조 공정을 단순화하기 위해, 상기 필터부(230)는 생략될 수 있다. Unlike the above-described and embodiments, the
상기 캐리어 가스(222)에 의해 상기 반응기 내로 진입한 상기 액적 상태의 소스 용액(DSS)은 열처리되어 포집부(250)에서 세라믹 파티클이 수집될 수 있다.(S230) 상기 반응기에서 상기 액적 상태의 소스 용액(DSS)로 공급되는 열에 의해, 상기 액적 상태의 소스 용액(DSS)은 열 분해될 수 있다. The source solution (DSS) in the droplet state that has entered the reactor by the
상기 반응기는 제1 온도 센서(242), 제1 히터(244, heater), 제2 온도 센서(246), 제2 히터(248), 및 온도 제어부(240)를 포함할 수 있다. 상기 제1 온도 센서(242) 및 상기 제1 히터(244)는 상기 필터부(230)에 인접하게 상기 반응기의 하단에 배치되고, 상기 제2 온도 센서(246) 및 상기 제2 히터(248)는 상기 포집부(250)에 인접하게 상기 반응기의 상단에 배치될 수 있다. The reactor may include a
상기 온도 제어부(240)는, 상기 제1 온도 센서(242)로부터 측정된 온도를 수신하여 상기 반응기의 하단이 제1 온도를 갖도록 상기 제1 히터(244)를 제어할 수 있다. 상기 온도 제어부(240)는 상기 제2 온도 센서(246) 로부터 측정된 온도를 수신하여 상기 반응기의 상단이 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도를 갖도록 상기 제2 히터(248)를 제어할 수 있다. The
이에 따라, 상기 반응기 내로 진입한 상기 액적 상태의 소스 용액(DSS)은 상기 제1 온도로 열처리된 후, 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 열처리될 수 있다. 만약, 상기 액적 상태의 상기 소스 용액(DSS)에 일시에 고온의 열이 인가되는 경우 세라믹 파티클의 특성이 저하될 수 있다. 하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 액적 상태이 소스 용액(DSS)이 상대적으로 저온의 열처리가 수행된 후, 상대적으로 고온이 열처리가 수행되어, 세라믹 파티클의 특성 저하가 최소화될 수 있다.Thus, the droplet source solution (DSS) that has entered the reactor may be heat treated to the first temperature and then to a second temperature higher than the first temperature. If high-temperature heat is applied to the source solution (DSS) in the droplet state at once, the characteristics of the ceramic particles may be deteriorated. However, as described above, according to the embodiment of the present invention, after the source solution (DSS) is subjected to the heat treatment at a relatively low temperature in the droplet state, the heat treatment is performed at a relatively high temperature to minimize the deterioration of the characteristics of the ceramic particles .
상술된 바와 실시 예와 달리, 세라믹 파티클의 제조 공정을 단순화하기 위해, 상기 반응기 내에 하나의 온도 센서가 구비되고, 상기 반응기 내의 온도는 일정한 상태로 유지될 수 있다. In order to simplify the production process of the ceramic particles, unlike the above-described embodiment and the embodiment described above, one temperature sensor is provided in the reactor, and the temperature in the reactor can be kept constant.
상기 반응기에서, 상기 액적 상태의 소스 용액(DSS)이 열 분해되어 생성된 반응 가스(262)는 펌프(260)에 의해 수집되어, 외부로 방출될 수 있다. In the reactor, the
계속해서, 도 1을 참조하면, 상술된 방법에 의해 제조된 상기 금속 파티클을 포함하는 콜로이드에 상기 세라믹 파티클이 혼합될 수 있다.(S150) 상기 세라믹 파티클은 상기 금속 파티클을 포함하는 콜로이드에 혼합된 후, 일정 시간 교반될 수 있다. 1, the ceramic particles may be mixed with the colloid containing the metal particles produced by the above-described method (S150). The ceramic particles may be mixed with the colloid containing the metal particles And then stirred for a certain period of time.
상기 세라믹 파티클 및 상기 금속 파티클을 포함하는 상기 콜로이드는 건조 및 열처리될 수 있다.(S160) 예를 들어, 상기 세라믹 파티클 및 상기 금속 파티클을 포함하는 상기 콜로이드는 오븐 등을 이용하여 상온보다 높은 상태에서 건조 및 열처리될 수 있다. The colloid containing the ceramic particles and the metal particles may be dried and heat treated (S160). For example, the colloid containing the ceramic particles and the metal particles may be dried in an oven or the like at a temperature higher than room temperature Dried and heat treated.
본 발명의 실시 예에 따르면, 액적 상태의 소스 용액을 열처리하여 제조된 세라믹 파티클을, 베이스 용액에 금속 전극을 전기 분해하여 제조된 금속 파티클 포함 콜로이드에 혼합하여, 금속-세라믹 나노 파티클이 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속-세라믹 나노 파티클의 촉매 특성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 금속-세라믹 나노 파티클의 제조 공정이 단순화되고, 생산 수율이 향상되어, 대량 생산이 용이한 고신뢰성의 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법이 제공될 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the ceramic particles produced by heat-treating the source solution in the droplet state are mixed with the colloid containing metal particles prepared by electrolyzing the metal electrode in the base solution to produce the metal-ceramic nanoparticles have. Thus, the catalyst characteristics of the metal-ceramic nanoparticles can be improved. In addition, it is possible to provide a metal / ceramic nanoparticle manufacturing method with high reliability, which simplifies the manufacturing process of the metal-ceramic nanoparticles, improves the production yield, and facilitates mass production.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 금속-세라믹 나노 파티클의 제조 방법에 따라 제조된 Pt/Al2O3 복합 파티클의 특성이 비교 설명된다. Hereinafter, the characteristics of the Pt / Al 2 O 3 composite particles produced according to the method for producing metal-ceramic nanoparticles according to the embodiment of the present invention will be described.
<실시 예 1>≪ Example 1 >
수산화 알루미늄(Al(OH)3)을 증류수에 첨가하고 1시간 동안 교반한 후, 수용성 폴리머로 PEG를 첨가하고 다시 교반을 실시하여, 소스 용액을 준비하였다. 상기 소스 용액을 초음파 분무 장치를 이용하여 액적 상태로 분무시키고, 액적 상태의 상기 소스 용액을 캐리어 가스를 이용하여 1000℃로 예열된 반응기 안으로 투입하였다. 상기 반응기 내에서 액적 상태의 상기 소스 용액이 열 분해되면서 H2O, CO2 등의 가스와 함께 Al2O3 파티클을 포집하였다. Aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) was added to distilled water and stirred for 1 hour, PEG was added as a water-soluble polymer, and stirring was performed again to prepare a source solution. The source solution was sprayed in a droplet state using an ultrasonic atomizer, and the source solution in a droplet state was introduced into a preheated reactor at 1000 캜 by using a carrier gas. The source solution in the droplet state was thermally decomposed in the reactor to collect Al 2 O 3 particles together with gases such as H 2 O and CO 2 .
초순수에 분산제 및 환원제를 첨가 및 교반하여 베이스 용액을 제조하였다. 상기 베이스 용액에 백금(Pt) 전극 2개를 마주보게 위치 시킨 후, 60℃로 열을 가하고 2A의 교류 전류를 60분간 공급하여 전기분해를 실시하였다. 전기 분해를 실시하는 동안, 상기 베이스 용액을 교반시켰으며, 전기 분해 반응에 의해 발생되는 열을 제어하기 위해 냉각수를 순환시켰다. 이로써, 백금 파티클을 포함하는 콜로이드가 제조되었다. A base solution was prepared by adding a dispersant and a reducing agent to ultrapure water and stirring. Two platinum (Pt) electrodes were placed facing the base solution, and then heat was applied at 60 DEG C and an alternating current of 2A was supplied for 60 minutes to perform electrolysis. During the electrolysis, the base solution was stirred and the cooling water was circulated to control the heat generated by the electrolysis reaction. Thus, a colloid containing platinum particles was prepared.
상기 백금 파티클을 포함하는 콜로이드에 Al2O3 파티클을 담지하고, 100℃에서 6시간 동안 건조시켰다. 건조 후 600℃에서 5시간 동안 열처리를 실시하여, 본 발명의 실시 예에 따른 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법에 따라 Pt/Al2O3 복합 파티클을 제조하였다.
The colloid containing the platinum particles was loaded with Al 2 O 3 particles and dried at 100 ° C for 6 hours. Dried and then heat-treated at 600 ° C for 5 hours to prepare Pt / Al 2 O 3 composite particles according to the metal-ceramic nanoparticle manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
<비교 예 1>≪ Comparative Example 1 &
상술된 본 발명의 실시 예에 따라 Al2O3 파티클을 생성하였다. Al 2 O 3 particles were produced according to the embodiment of the present invention described above.
이후, 10 wt%의 질산을 첨가하여 pH5로 유지된 증류수를 60℃로 열을 가했다. 이후, 염화백금산(H2PtCl6)를 첨가하여 한 시간 동안 산화환원 반응시켰다. 반응기 상부에 냉각기를 설치하여, 기화되는 수분은 다시 반응기 내부로 공급하여 수용액의 볼륨을 일정하게 하였다. 반응이 종료된 후, 침전 및 세정 과정을 반족하여 백금 파티클을 제조하였다. Thereafter, distilled water maintained at
백금 파티클이 분산된어 있는 콜로이드에 Al2O3 파티클을 담지하고, 100℃에서 6시간 동안 건조시켰다. 건조 후 600℃에서 5시간 동안 열처리를 실시하여 Pt/Al2O3 복합 파티클을 제조하였다.
Al 2 O 3 particles were supported on the colloid in which the platinum particles were dispersed and dried at 100 ° C for 6 hours. Dried and then heat-treated at 600 ° C for 5 hours to prepare Pt / Al 2 O 3 composite particles.
<실시 예 1 및 비교 예 1에 따른 Pt/Al2O3 복합 파티클의 특성 비교><Comparison of Characteristics of Pt / Al 2 O 3 Composite Particles According to Example 1 and Comparative Example 1>
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법에 따라 제조된 실시 예 1의 Pt/Al2O3 복합 파티클과 비교 예1의 Pt/Al2O3 복합 파티클의 발열 특성을 비교하기 위한 그래프이다. FIG. 5 is a graph showing the exothermic characteristics of Pt / Al 2 O 3 composite particles of Example 1 and Pt / Al 2 O 3 composite particles of Comparative Example 1 produced according to the method of the present invention. FIG.
도 5를 참조하면, 실시 예 1 및 비교 예 1에 따른 Pt/Al2O3 복합 파티클의 수소 산화 반응에 의한 발열 특성을 평가하였다. 실시 예 1에 따라 전기 분해법으로 제조된 백금 파티클을 포함하는 콜로이드에 Al2O3 파티클이 분산되어 Pt/Al2O3 복합 파티클이 제조된 경우, 비교 예 1에 따라 산화환원 반응으로 제조된 백금 파티클을 포함하는 콜로이드에 Al2O3 파티클이 분산되어 Pt/Al2O3 복합 파티클이 제조된 것과 비교하여, 현저하게 우수한 발열 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 실시 예 1에 따라 제조된 Pt/Al2O3 복합 파티클이 유해 가스(예를 들어, CO, NO, NOx 등)에 대해 향상된 촉매 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 5, the exothermic characteristics of Pt / Al 2 O 3 composite particles according to Example 1 and Comparative Example 1 were evaluated by hydrogen oxidation. In the case where Al 2 O 3 particles were dispersed in a colloid containing platinum particles produced by an electrolytic method according to Example 1 to prepare Pt / Al 2 O 3 composite particles, platinum prepared by a redox reaction according to Comparative Example 1 Al 2 O 3 particles were dispersed in the colloid containing the particles to produce Pt / Al 2 O 3 composite particles. Thus, it can be seen that the Pt / Al 2 O 3 composite particles produced according to Example 1 have improved catalytic properties for noxious gases (for example, CO, NO, NO x, etc.).
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
100: 용기
110: 베이스 용액
121, 122: 제1 및 제2 전극
130: 전원
142: 교반기
144: 초음파 분산기
SS: 소스 용액
DSS: 액적 상태의 소스 용액
210: 소스 용액 공급부
212: 초음파 진동자
220: 캐리어 가스 공급부
222: 캐리어 가스
230: 필터부
240: 온도 제어부
242, 246: 제1 및 제2 온도 센서
244, 248: 제1 및 제2 히터
250: 포집부
260: 펌프
262: 반응 가스100: container
110: base solution
121 and 122: first and second electrodes
130: Power supply
142: stirrer
144: ultrasonic dispersing machine
SS: source solution
DSS: source solution in droplet state
210: source solution supply part
212: Ultrasonic vibrator
220: Carrier gas supply part
222: Carrier gas
230:
240: Temperature controller
242, 246: first and second temperature sensors
244, 248: first and second heaters
250: collection part
260: Pump
262: reaction gas
Claims (6)
상기 베이스 용액 내에 복수의 전극을 배치시키는 단계;
상기 복수의 전극에 전압을 인가하여 상기 복수의 전극에 포함된 금속 원소를 이온화시키고, 이온화된 금속 원소를 환원시켜 상기 금속 파티클을 포함하는 콜로이드를 형성하는 단계;
세라믹 파티클을 준비하는 단계;
상기 세라믹 파티클을 상기 금속 파티클을 포함하는 콜로이드에 혼합하는 단계; 및
상기 세라믹 파티클 및 상기 금속 파티클을 포함하는 상기 콜로이드를 건조 및 열처리하는 단계를 포함하되,
상기 세라믹 파티클을 준비하는 단계는,
수용성 폴리머가 첨가된 소스 용액(source solution)을 준비하는 단계;
상기 소스 용액을 액적(液滴, droplet) 상태로 분무시키는 단계; 및
액적 상태의 상기 소스 용액을 열처리하여, 세라믹 파티클을 수집하는 단계를 포함하는 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법.
Preparing a base solution;
Disposing a plurality of electrodes in the base solution;
Applying a voltage to the plurality of electrodes to ionize the metal element contained in the plurality of electrodes, and reducing the ionized metal element to form a colloid containing the metal particles;
Preparing ceramic particles;
Mixing the ceramic particles with a colloid containing the metal particles; And
Drying and heat treating the colloid comprising the ceramic particles and the metal particles,
Wherein preparing the ceramic particles comprises:
Preparing a source solution to which a water-soluble polymer is added;
Spraying the source solution in a droplet state; And
And heat treating the source solution in a droplet state to collect ceramic particles.
상기 금속 파티클을 포함하는 콜로이드를 준비하는 단계는,
상기 금속 원소를 이온화시키고, 상기 금속 이온을 환원시키는 동안, 제조된 상기 금속 파티클을 상기 베이스 용액 내에 분산시키는 단계를 더 포함하는 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step of preparing the colloid containing the metal particles may include:
Further comprising the step of ionizing the metal element and dispersing the produced metal particle in the base solution while reducing the metal ion.
상기 수용성 폴리머는 PEG(poly ethylene glycol), PAA(poly acrylic acid), PVP(polyvinylpyrrolidone), 또는 PVA(polyvinyl alcohol) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the water-soluble polymer comprises at least one of poly ethylene glycol (PEG), poly acrylic acid (PAA), polyvinylpyrrolidone (PVP), and polyvinyl alcohol (PVA).
상기 소스 용액은 수산화 알루미늄(Al(OH)3), 알루미늄 설파이트(Al2(SO4)3), 알루미늄 클로라이드(AlCl3), 또는 알루미늄 이소프로프산 산화물(AIP) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 금속-세라믹 나노 파티클 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the source solution comprises at least one of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), aluminum sulfite (Al 2 (SO 4 ) 3 ), aluminum chloride (AlCl 3 ), or aluminum isopropoxide Method for manufacturing metal-ceramic nanoparticles.
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KR20200026657A (en) * | 2018-09-03 | 2020-03-11 | 주식회사 에스엠나노바이오 | Environmental ceramic catalyst comprising hydroxyapatite, environmental functional sheet, and method of fabricating of the same |
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2013
- 2013-12-11 KR KR20130153550A patent/KR101481346B1/en active IP Right Grant
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