KR101586332B1 - MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자 - Google Patents
MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자에 관한 것으로, 구체적으로는 Fe 이온 전구체 용액과 금속(M) 이온 전구체 용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1의 혼합용액에 400 kGy 내지 600 kGy의 총조사선량으로 방사선을 조사하는 단계(단계 2);를 포함하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법은 종래의 이종 금속의 페라이트 나노입자를 제조하기 위한 볼밀 등의 기계적인 방법, 화학적 합성에 의한 방법, 열분해 방법, 졸겔 방법 등을 대체할 수 있으며, 독성이 있는 계면활성제 등의 분산제의 사용이 필요 없으며, 공정이 단순하고, 공정시간이 매우 짧다. 또한, 제조되는 MO·Fe2O3의 투자율 특성 향상으로 고주파에서 보다 효율적인 소재로 사용될 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명에 따른 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법은 종래의 이종 금속의 페라이트 나노입자를 제조하기 위한 볼밀 등의 기계적인 방법, 화학적 합성에 의한 방법, 열분해 방법, 졸겔 방법 등을 대체할 수 있으며, 독성이 있는 계면활성제 등의 분산제의 사용이 필요 없으며, 공정이 단순하고, 공정시간이 매우 짧다. 또한, 제조되는 MO·Fe2O3의 투자율 특성 향상으로 고주파에서 보다 효율적인 소재로 사용될 수 있는 효과를 갖는다.
Description
본 발명은 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자에 관한 것으로, 이종 금속 전구체 용액에 방사선을 조사함으로써, 이종 금속 페라이트 나노입자를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조되는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자에 관한 것이다.
페리자성체는 상온에서 자발자화를 나타내며 강자성체와 유사하게 자체포화 자구로 구성되어 자기적 포화와 자기 이력 현상을 나타낸다. 페라이트는 통상 분말형태에서 혼합하여 압축성형으로 원하는 형태로 제조하고 고온에서 소결을 통하여 제조된다. 이러한 페라이트는 높은 비저항과 낮은 와전류 손실로 컴퓨터 메모리 및 자기(磁氣) 기록 매체 등에 있어서 매우 중요한 소재로 사용되고 있다.
결정구조의 측면에서 페라이트는 2 개의 그룹으로 분류된다. 그 중 첫 번째는 입방정형으로서 MO·Fe2O3의 일반식을 갖는다. 여기에서 M은 2가 금속이며 Mn, Ni, Fe, Co, Mg 등이 사용될 수 있다. 보다 자세하게는 하기와 같은 화학식 1로 나타낼 수 있다. 두 번째는 육방정형으로서 바륨 페라이트, BaO·6Fe2O3와 같은 것이 있다.
입방정형 페라이트는 스피넬(spinel)구조를 가진다. 스피넬 구조에 있어서 면심입방배열의 산소이온들 사이에 금속이온의 점유위치에는 두 종류가 있다. 첫 번째는 4면체(Tetrahedral site, A site)의 중심이며 두 번째는 8면체(Octahedral site, B site)의 중심자리에 위치하게 된다. 2가의 금속이 A에, 3가의 금속이 B에 위치하는 것을 정스피넬(normal spinel) 구조라 하며, 이러한 소재는 모두 비자성체(상자성체)에 속한다.
2가 이온이 B 위치에 3가 이온이 A 위치에 배열하는 것을 역스피넬(inverse spinel)이라하며, 철, 코발트 및 니켈 페라이트가 이에 속한다.
정스피넬 구조와 역스피넬 구조 사이에는 그 중간구조가 존재할 수 있으며, 2가 이온의 A 및 B 위치에의 분포는 열처리 및 냉각조건에 따라 변화하기도 한다. 또한 서로 다른 2가 이온들을 동시에 함유하도록 제조하여 혼합페라이트(mixed ferrite)를 제조할 수도 있다.
페라이트 나노 입자 제조에는 여러 가지 방식이 사용되고 있다. 이에 해당하는 대표적인 기술로는 볼밀(Ball milling), 열분해(Thermal Decomposition), 졸겔(Sol-gel) 등이 있다.
방사선을 이용하여 나노 입자를 제조하는 기술은 특허 문헌 1에 개시되어 있는 구리, 특허문헌 2에 개시되어 있는 은, 특허문헌 3에 개시되어 있는 니켈, 특허문헌 4에 개시되어 있는 티타늄 등의 단일 성분 나노 입자 또는 이의 산화물 제조에 국한되어 이용되고 있다. 또한, 역스피넬 구조를 갖는 산화철은 특허문헌 5에 보고된 바가 있으며, 이는 Fe3O4 소재의 제조에 관한 것이다.
이에, 본 발명자들은 MO·Fe2O3의 조성을 갖는 역스피넬 구조의 페라이트 제조방법에 대해 연구를 수행하던 중, 철 이온 전구체 용액과 금속 이온 전구체 용액을 혼합한 후, 특정한 총조사선량으로 방사선을 조사하면 낮은 보자력을 갖는 MO·Fe2O3의 조성을 갖는 페라이트 나노입자를 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은,
MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은,
MO·Fe2O3 페라이트 나노입자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은,
MO·Fe2O3 페라이트 나노입자를 포함하는 자기기록매체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은,
MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 자기적 특성 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
Fe 이온 전구체 용액과 금속(M) 이온 전구체 용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 혼합용액에 400 kGy 내지 600 kGy의 총조사선량으로 방사선을 조사하는 단계(단계 2);를 포함하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
상기 제조방법에 따라 제조되며,
γ-Fe2O3의 역스피넬 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자를 제공한다.
나아가, 본 발명은,
상기 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자를 포함하는 자기기록매체를 제공한다.
더욱 나아가, 본 발명은,
Fe 이온 전구체 용액과 금속 이온 전구체 용액을 9:1 내지 7:3의 중량비로 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 혼합용액에 400 kGy 내지 600 kGy의 총조사선량으로 방사선을 조사하는 단계(단계 2);를 포함하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 자기적 특성 제어방법을 제공한다.
본 발명에 따른 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법은 종래의 이종 금속의 페라이트 나노입자를 제조하기 위한 볼밀 등의 기계적인 방법, 화학적 합성에 의한 방법, 열분해 방법, 졸겔 방법 등을 대체할 수 있으며, 독성이 있는 계면활성제 등의 분산제의 사용이 필요 없으며, 공정이 단순하고, 공정시간이 매우 짧다. 또한, 제조되는 MO·Fe2O3의 투자율 특성 향상으로 고주파에서 보다 효율적인 소재로 사용될 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2의 단계 1의 혼합용액 및 단계 2에서 방사선을 조사한 후를 각각 육안으로 관찰한 사진이고,
도 2는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2의 나노입자를 X-선 회절 분석기로 관찰한 그래프이고,
도 3은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2의 나노입자를 진동형 자화 측정기로 측정한 결과를 나타낸 그래프 및 표이고,
도 4는 비교예 1의 나노입자를 X선 광전자 분광법으로 측정한 후, Fe 2p 부분을 피크-피팅한 그래프이고,
도 5는 비교예 1 및 실시예 1 내지 3의 나노입자를 X선 광전자 분광법으로 측정한 후, Fe 2p 부분에 관한 결과를 비교한 그래프이고,
도 6은 비교예 1 및 실시예 1 내지 3의 나노입자를 X선 광전자 분광법으로 측정한 후, Ni 2p 부분에 관한 결과를 비교한 그래프이다.
도 7은 γ-Fe2O3 페라이트 제조에 있어서 방사선 조사량에 따라 방사선을 조사한 후를 각각 육안으로 관찰한 사진이고,
도 8은 γ-Fe2O3 페라이트 제조에 있어서 방사선 조사량에 따라 자기적 특성을 관찰하기 위해 진동형 자화 측정기로 측정한 결과를 나타낸 그래프이고,
도 9은 Ni 나노입자에 있어서 방사선 조사량에 따라 방사선을 조사한 후를 각각 육안으로 관찰한 사진이고,
도 10은 Ni 나노입자에 있어서 방사선 조사량에 따라 자기적 특성을 관찰하기 위해 진동형 자화 측정기로 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2의 나노입자를 X-선 회절 분석기로 관찰한 그래프이고,
도 3은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2의 나노입자를 진동형 자화 측정기로 측정한 결과를 나타낸 그래프 및 표이고,
도 4는 비교예 1의 나노입자를 X선 광전자 분광법으로 측정한 후, Fe 2p 부분을 피크-피팅한 그래프이고,
도 5는 비교예 1 및 실시예 1 내지 3의 나노입자를 X선 광전자 분광법으로 측정한 후, Fe 2p 부분에 관한 결과를 비교한 그래프이고,
도 6은 비교예 1 및 실시예 1 내지 3의 나노입자를 X선 광전자 분광법으로 측정한 후, Ni 2p 부분에 관한 결과를 비교한 그래프이다.
도 7은 γ-Fe2O3 페라이트 제조에 있어서 방사선 조사량에 따라 방사선을 조사한 후를 각각 육안으로 관찰한 사진이고,
도 8은 γ-Fe2O3 페라이트 제조에 있어서 방사선 조사량에 따라 자기적 특성을 관찰하기 위해 진동형 자화 측정기로 측정한 결과를 나타낸 그래프이고,
도 9은 Ni 나노입자에 있어서 방사선 조사량에 따라 방사선을 조사한 후를 각각 육안으로 관찰한 사진이고,
도 10은 Ni 나노입자에 있어서 방사선 조사량에 따라 자기적 특성을 관찰하기 위해 진동형 자화 측정기로 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은,
Fe 이온 전구체 용액과 금속(M) 이온 전구체 용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 혼합용액에 400 kGy 내지 600 kGy의 총조사선량으로 방사선을 조사하는 단계(단계 2);를 포함하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법에 있어서 단계 1은 Fe 이온 전구체 용액과 금속(M) 이온 전구체 용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계이다.
종래에는 본 발명과 같은 이종 금속 페라이트 나노입자를 제조하기 위하여 볼밀, 화학적 합성, 열분해 방법, 졸겔 방법 등을 사용하였는데, 공정이 복잡하고 장시간이 소요되는 문제점이 있었다. 한편, 종래에 방사선을 조사하여 제조되는 나노입자들은 단일한 종류의 금속 나노입자이거나, 단일한 종류의 금속산화물 나노입자였다.
그러나, 본 발명에서는 철 이온 전구체 용액과 금속 이온 전구체 용액을 혼합하고, 후속 공정에서 방사선을 조사함으로써 이종 금속 페라이트 나노입자를 제조할 수 있다. 따라서, 공정이 단순하고 보다 적은 시간이 걸리는 장점이 있다.
상기 단계 1의 Fe 이온 전구체는 염화제이철(FeCl3), 황산제이철(Fe2(SO4)3) 및 질산제이철(Fe(NO3)3·6H2O)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 상기 철 이온 전구체가 이에 제한되는 것은 아니며, MO·Fe2O3 페라이트 나노입자를 제조할 수 있는 전구체를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상기 단계 1의 금속은 Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mg, Nb, Mo, Ag, V 및 Cr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 상기 금속이 이에 제한되는 것은 아니며, 2가의 금속이온을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
이때, 상기 단계 1의 전구체 용액은 증류수, 침전제 용액 및 라디칼 제거제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 침전제 용액은 암모니아수, 수산화나트륨, 탄산나트륨 및 테트라메틸암모늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 염기성으로 혼합용액을 조절할 수 있는 침전제 용액을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상기 라디칼 제거제는 이소프로필 알콜, 에틸 포메이트 및 소듐 포메이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 라디칼 제거제의 함량은 너무 적은 양이 들어갈 경우 OH 라디칼을 모두 제거하지 못하여 산화반응이 일어날 수 있는 문제가 있어 OH 라디칼을 모두 제거할 수 있는 양이면 이에 제한되는 것은 아니다. 전자빔이 조사되는 경우에 수용액 내에 OH 라디칼이 생성될 수 있으며, 상기 OH 라디칼은 반응성이 매우 커, 주변물질은 산화시키고 OH 라디칼은 전자를 받아 환원된다. 따라서, MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조를 방해하는 반응을 방지하기 위해 OH 라디칼 제거제를 첨가하는 것이 바람직하다.
한편, 혼합용액 내의 Fe 이온 전구체 및 금속 이온 전구체의 음이온과, 침전제 용액의 양이온의 비율은 0.8 내지 1.2:1일 수 있다.
만약, 상기 비율이 0.8:1 미만인 경우에는 금속 이온과 침전제 용액의 양이온의 반응에 의한 잔유물이 발생할 수 있고, 1.2 :1 초과인 경우에는 금속 이온 전구체의 Cl, SO4, NO3 등이 제거되지 못하고 잔류할 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 라디칼 제거제는 증류수에 대하여 1 내지 10 중량%로 첨가될 수 있다. 만약, 상기 라디칼 제거제가 증류수에 대하여 1 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 방사선의 조사선량을 증가시켜야하는 문제점이 발생할 수 있고, 10 중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 용매의 손실이 커지는 문제점이 발생할 수 있다.
Fe 이온 전구체 용액과 금속 이온 전구체 용액은 9:1 내지 7:3의 중량비로 혼합된다. 만약, 상기 Fe 이온 전구체 용액이 9:1 초과의 중량비로 혼합되는 경우에는 높은 보자력으로 인해 투자율이 감소되는 문제점이 발생할 수 있고, 7:3 미만의 중량비로 혼합되는 경우에는 포화자속밀도가 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
Fe 이온 전구체 용액과 금속 이온 전구체 용액은 9:1 내지 2:1의 원자 백분율비로 혼합될 수 있다. 만약, 상기 Fe 이온 전구체 용액이 9:1 초과의 원자 백분율비로 혼합되는 경우에는 높은 보자력으로 인해 투자율이 감소되는 문제점이 발생할 수 있고, 2:1 미만의 원자 백분율비로 혼합되는 경우에는 MO·Fe2O3 뿐만아니라 M 또는 MO 나노 입자의 생성으로 포화자속밀도의 감소가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법에 있어서 단계 2는 상기 단계 1의 혼합용액에 400 kGy 내지 600 kGy의 총조사선량으로 방사선을 조사하는 단계이다.
본 발명은, 제조공정시 독성이 있는 계면활성제나 기타 분산제를 사용하지 않고 방사선을 조사함으로써, 공정이 단순화되고 공정시간이 단축되는 장점이 있다.
이때, 방사선의 총 조사선량은 400 kGy 내지 600 kGy로 한다. 상기와 같은 총조사선량으로 하는 경우, 철 이온 전구체 용액 및 금속 이온 전구체 용액을 사용하여 이종 금속의 페라이트 나노입자를 제조할 수 있다.
만약, 상기 방사선의 총 조사선량이 400 kGy 미만인 경우에는 이종 금속 페라이트 나노입자가 제조되지 않는 문제점이 발생할 수 있고, 600 kGy 초과인 경우에는 더 이상의 입자크기가 커지지 않아 에너지가 낭비되는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 단계 2의 방사선은 감마선, 전자선, 이온빔 및 중성자선으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 전구체 용액에 에너지를 부여하여 페라이트 나노입자를 제조할 수 있는 방사선을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상기 단계 2의 방사선은 1 MeV 내지 10 MeV의 에너지로 조사될 수 있다. 만약, 상기 방사선이 1 MeV 미만의 에너지로 조사되는 경우에는 조사시간이 길어지고 나노입자가 합성되지 못하는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 방사선이 10 MeV 초과의 에너지로 조사되는 경우에는 과도한 에너지의 투입으로 시료에 순간적으로 강한 열적 스트레스가 인가될 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.
전자빔의 에너지에 따라 혼합용액에 대한 투과 깊이가 다르므로, 이에 준하여 전자빔 조사 시의 혼합용액 두께를 결정할 수 있다. 10 MeV의 전자빔에 대하여 투과 깊이는 약 10 cm 내외이다. 10 cm를 초과하는 경우 전자선 조사시 혼합용액에 적절한 방법으로 회전 또는 진동을 인가하는 방법을 적용할 수 있다. 이러한 경우 전체 시료에 대한 전자빔 조사 선량 고찰이 이루어질 수 있다.
한편, 상기 단계 2의 방사선 조사 후, 제조된 나노입자를 세척 및 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 세척은 증류수 및 에탄올을 사용하는 것이 바람직하나, 세척 후 용이하게 제거될 수 있는 용액이면 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 건조는 시료의 수분을 전부 제거되도록 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명은,
상기 제조방법에 따라 제조되며,
γ-Fe2O3의 역스피넬 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자를 제공한다.
또한, 상기 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자는 15 내지 30 Oe의 낮은 보자력을 가질 수 있기 때문에, 재료의 투자율을 향상시키는 것에 크게 기여할 수 있으며, 투자율 특성의 향상으로 고주파에서 보다 효율적인 소재로 사용될 수 있는 가능성을 갖는다.
본 발명은,
상기 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자를 포함하는 자기기록매체를 제공한다.
또한, 상기 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자는 γ-Fe2O3의 역스피넬 구조로, 높은 비저항과 낮은 와전류 손실로를 가질 뿐만 아니라 낮은 보자력을 보유하여 자기기록매체로 사용되었을 때 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
이때, 상기 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 적용 범위가 이에 제한되는 것은 아니며, 컴퓨터 메모리, 자기센서, 자기광학소자, 자성잉크, 중금속 폐수처리, MRI 조영제, 약물 전달시스템 및 온열치료 등의 페라이트 나노입자가 일반적으로 응용될 수 있는 곳에 사용될 수 있다.
본 발명은,
Fe 이온 전구체 용액과 금속 이온 전구체 용액을 9:1 내지 7:3의 중량비로 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 혼합용액에 400 kGy 내지 600 kGy의 총조사선량으로 방사선을 조사하는 단계(단계 2);를 포함하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 자기적 특성 제어방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 자기적 특성 제어방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법에 있어서 단계 1은 Fe 이온 전구체 용액과 금속 이온 전구체 용액을 9:1 내지 7:3의 중량비로 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계이다.
본 발명에서는 철 이온 전구체 용액과 금속 이온 전구체 용액을 특정 비율로 혼합하고, 후속 공정에서 방사선을 조사함으로써 이종 금속 페라이트 나노입자의 자기적 특성을 제어할 수 있다.
Fe 이온 전구체 용액과 금속 이온 전구체 용액은 9:1 내지 7:3의 중량비로 혼합된다. 만약, 상기 Fe 이온 전구체 용액이 9:1 초과의 중량비로 혼합되는 경우에는 높은 보자력으로 인해 투자율이 감소되는 문제점이 발생할 수 있고, 7:3 미만의 중량비로 혼합되는 경우에는 포화자속밀도가 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 단계 1의 Fe 이온 전구체는 염화제이철(FeCl3), 황산제이철(Fe2(SO4)3) 및 질산제이철(Fe(NO3)3·6H2O)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 상기 철 이온 전구체가 이에 제한되는 것은 아니며, MO·Fe2O3 페라이트 나노입자를 제조할 수 있는 전구체를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상기 단계 1의 금속은 Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mg, Nb, Mo, Ag, V 및 Cr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 상기 금속이 이에 제한되는 것은 아니며, 2가의 금속이온을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
이때, 상기 단계 1의 전구체 용액은 증류수, 침전제 용액 및 라디칼 제거제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 침전제 용액은 암모니아수, 수산화나트륨, 탄산나트륨 및 테트라메틸암모늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 염기성으로 혼합용액을 조절할 수 있는 침전제 용액을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상기 라디칼 제거제는 이소프로필 알콜, 에틸 포메이트 및 소듐 포메이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 라디칼 제거제의 함량은 너무 적은 양이 들어갈 경우 OH 라디칼을 모두 제거하지 못하여 산화반응이 일어날 수 있는 문제가 있어 OH 라디칼을 모두 제거할 수 있는 양이면 이에 제한되는 것은 아니다. 전자빔이 조사되는 경우에 수용액 내에 OH 라디칼이 생성될 수 있으며, 상기 OH 라디칼은 반응성이 매우 커, 주변물질은 산화시키고 OH 라디칼은 전자를 받아 환원된다. 따라서, MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조를 방해하는 반응을 방지하기 위해 OH 라디칼 제거제를 첨가하는 것이 바람직하다.
한편, 혼합용액 내의 Fe 이온 전구체 및 금속 이온 전구체의 음이온과, 침전제 용액의 양이온의 비율은 0.8 내지 1.2:1일 수 있다.
만약, 상기 비율이 0.8:1 미만인 경우에는 금속 이온과 침전제 용액의 양이온의 반응에 의한 잔유물이 발생할 수 있고, 1.2 :1 초과인 경우에는 금속 이온 전구체의 Cl, SO4, NO3 등이 제거되지 못하고 잔류할 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 라디칼 제거제는 증류수에 대하여 1 내지 10 중량%로 첨가될 수 있다. 만약, 상기 라디칼 제거제가 증류수에 대하여 1 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 방사선의 조사선량을 증가시켜야하는 문제점이 발생할 수 있고, 10 중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 용매의 손실이 커지는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법에 있어서 단계 2는 상기 단계 1의 혼합용액에 400 kGy 내지 600 kGy의 총조사선량으로 방사선을 조사하는 단계이다.
이때, 방사선의 총 조사선량은 400 kGy 내지 600 kGy로 한다. 상기와 같은 총조사선량으로 하는 경우, 철 이온 전구체 용액 및 금속 이온 전구체 용액을 사용하여 이종 금속의 페라이트 나노입자를 제조할 수 있다.
만약, 상기 방사선의 총 조사선량이 400 kGy 미만인 경우에는 이종 금속 페라이트 나노입자가 제조되지 않는 문제점이 발생할 수 있고, 600 kGy 초과인 경우에는 더 이상의 입자크기가 커지지 않아 에너지가 낭비되는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 단계 2의 방사선은 감마선, 전자선, 이온빔 및 중성자선으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 전구체 용액에 에너지를 부여하여 페라이트 나노입자를 제조할 수 있는 방사선을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상기 단계 2의 방사선은 1 MeV 내지 10 MeV의 에너지로 조사될 수 있다. 만약, 상기 방사선이 1 MeV 미만의 에너지로 조사되는 경우에는 조사시간이 길어지고 나노입자가 합성되지 못하는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 방사선이 10 MeV 초과의 에너지로 조사되는 경우에는 과도한 에너지의 투입으로 시료에 순간적으로 강한 열적 스트레스가 인가될 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 단계 2의 전자빔의 에너지에 따라 혼합용액에 대한 투과 깊이가 다르므로, 이에 준하여 전자빔 조사 시의 혼합용액 두께룰 결정해야한다. 10 MeV의 전자빔에 대하여 투과 깊이는 약 10 cm 내외이다. 10 cm를 초과하는 경우 전자선 조사시 혼합용액에 적절한 방법으로 회전 또는 진동을 인가하는 방법도 제안할 수 있다. 이러한 경우 전체 시료에 대한 전자빔 조사 선량 고찰이 필요하다.
한편, 상기 단계 2의 방사선 조사 후, 제조된 나노입자를 세척 및 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 세척은 증류수 및 에탄올을 사용하는 것이 바람직하나, 세척 후 용이하게 제거될 수 있는 용액이면 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 건조는 시료의 수분을 전부 제거되도록 수행하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> Ni 페라이트 나노입자의 제조(9:1)
단계 1: FeCl3(0.1g)을 증류수(10ml)에 녹인 후 NaOH(1N, 1.2ml)와 IPA(0.3ml)을 첨가하여, 철 이온 전구체 용액을 제조하였다. 또한, NiCl3·(6H2O)(0.1g)을 증류수(10ml)에 녹인 후 NaOH(1N, 0.42ml)와 IPA(0.3ml)을 첨가하여, 니켈 이온 전구체 용액을 제조하였다.
제조된 철 이온 전구체 용액 및 니켈 이온 전구체 용액의 중량비율을 9:1로 혼합하여 혼합용액을 제조하였다.
단게 2: 상기 단계 1에서 제조된 혼합용액에 전자선 가속기를 이용하여 10 MeV, 0.5 mA의 전자빔을 총조사선량 500 kGy로 하여 조사함으로써 Ni 페라이트 나노입자를 제조하였다.
단계 3: 상기 나노입자를 증류수를 이용하여 수차례 세척하고 건조하였다.
<실시예 2> Ni 페라이트 나노입자의 제조(8:2)
상기 실시예 1의 단계 1에서, 철 이온 전구체 용액과 니켈 이온 전구체 용액의 중량비율을 8:2으로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 Ni 페라이트 나노입자를 제조하였다.
<실시예 3> Ni 페라이트 나노입자의 제조(7:3)
상기 실시예 1의 단계 1에서, 철 이온 전구체 용액과 니켈 이온 전구체 용액의 중량비율을 7:3으로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 Ni 페라이트 나노입자를 제조하였다.
<비교예 1> γ-Fe2O3 페라이트 제조
상기 실시예 1의 단계 1에서, 니켈 이온 전구체 용액을 포함하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 γ-Fe2O3 페라이트를 제조하였다.
<비교예 2> Ni 나노입자의 제조
상기 실시예 1의 단계 1에서, 철 이온 전구체 용액을 포함하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 Ni 나노입자를 제조하였다.
<분석> 방사선 조사량에 따른 나노입자의 자기적 특성 관찰
1. γ-Fe2O3 페라이트 제조
방사선 조사량에 따른 나노입자의 자기적 특성을 관찰하기 위해, 상기 실시예 1의 단계 1에서, 니켈 이온 전구체 용액을 포함하지 않은 것과 방사선 조사량을 0 kGy 내지 300 kGy로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 γ-Fe2O3 페라이트를 제조하였다.
이때, 방사선 조사 후 육안으로 관찰한 결과를 도 7에 도시하였고, 진동형 자화 측정기(VSM, Vibrating Sample Magnetometer)를 이용하여 측정한 후, 그 결과를 도 8에 도시하였다.
도 7에 도시한 바와 같이, 방사선 조사선량이 증가함에 따라 검정색 침전물이 발생함을 알 수 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 이에 대한 자기적 특성 분석 결과 전자선 조사 선량이 증가함에 따라 포화자속밀도 값이 증가함을 알 수 있으며, 300 kGy 이상에서 더 이상 증가하지 않는 것이 확인되었다. 따라서, 본 실험조건에서 나노 입자의 안정된 제조를 위해서는 방사선 조사 선량이 최소 300 kGy 이상 되어야 함을 알 수 있으며, 안정적인 제조 조건을 유지하기 위해서는 400 kGy 이상을 사용하는 것이 유리하다.
2. Ni 나노입자의 제조
방사선 조사량에 따른 나노입자의 자기적 특성을 관찰하기 위해, 상기 실시예 1의 단계 1에서, 철 이온 전구체 용액을 포함하지 않은 것과 방사선 조사량을 0 kGy 내지 300 kGy로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 Ni 나노입자를 제조하였다.
이때, 방사선 조사 후 육안으로 관찰한 결과를 도 9에 도시하였고, 진동형 자화 측정기(VSM, Vibrating Sample Magnetometer)를 이용하여 측정한 후, 그 결과를 도 10에 도시하였다.
도 9에 도시한 바와 같이, 방사선 조사선량이 증가함에 따라 검정색 침전물이 발생함을 알 수 있다. 도 10에 도시한 바와 같이, 이에 대한 자기적 특성 분석 결과 전자선 조사 선량이 증가함에 따라 포화자속밀도 값이 증가함을 알 수 있으며, 300 kGy 이상에서 더 이상 증가하지 않는 것이 확인되었다. 따라서, 본 실험조건에서 나노 입자의 안정된 제조를 위해서는 방사선 조사 선량이 최소 300 kGy 이상 되어야 함을 알 수 있으며, 안정적인 제조 조건을 유지하기 위해서는 400 kGy 이상을 사용하는 것이 유리하다.
<실험예 1> Ni 페라이트 나노입자의 조성 관찰
실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 제조된 나노입자를 관찰하기 위해, 단계 2의 방사선 조사 후, 육안으로 관찰한 결과를 도 1에 도시하였다.
또한, 단계 3에서 얻어진 나노입자의 결정구조를 분석하기 위하여, X-선 회절 분석기로 관찰한 후, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
나아가, X선 광전자 분광법으로 측정하고, 비교예 1의 Fe 2p 부분을 피크-피팅(peak fitting)한 후 그 결과를 도 4에 도시하였고, 비교예 1 및 실시예 1 내지 3의 Fe 2p 부분에 관한 결과를 비교한 후 그 결과를 도 5에 도시하였고, 비교예 1 및 실시예 1 내지 3의 Ni 2p 부분에 관한 결과를 비교한 후 그 결과를 도 6에 도시하였다
도 1에 도시한 바와 같이, 실시예 및 비교예 모두 전자선을 조사하면서 검은색의 침전물이 발생하는 것을 관찰할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 비교예 1의 경우 γ-Fe2O3 의 피크가 나타남을 알 수 있었다. 비교예 2의 경우에는, 피크의 위치로부터 순수 니켈 나노 입자와 Ni(OH)2가 형성되어 있는 것이 확인되었다.
실시예 1 내지 3의 경우에는 XRD 특성 피크의 위치의 변화가 보이지 않는 것을 알 수 있다. 이는 Ni 이온의 첨가에 따라 γ-Fe2O3의 B 사이트 중의 일부가 Ni2 +로 치환되는 (NiO)x·(Fe2O3)1-x가 형성되기 때문으로서, 전체적인 γ-Fe2O3 내에 Ni 함량에 따른 국부적인 NiO·Fe2O3 상이 형성되는 것으로 판단된다. 특히, 실시예 3의 XRD 결과는 (NiO)x·(Fe2O3)1-x 상 외에 Fe 수산화물에 관련된 결정상들이 관찰되었다. 이는 두 전구체의 혼합에 의한 전구체 내의 Fe 이온 주변의 NaOH의 농도 변화로 인한 Fe2 +의 형성에 의한 결과임을 알 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 비교예 1의 (a)의 경우 Fe2 +가 존재하지 않는 것으로부터 제조된 나노 입자는 Fe3O4가 아닌 γ-Fe2O3인 것을 확인할 수 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 XPS 분석 결과에서 Ni 이온의 증가에 따라 XPS 결과 중 Ni의 특성 피크가 점차 증가함이 확인된다.
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, Fe 2p의 피크 위치가 비교예 1에서 실시예 3으로 갈수록 711 eV에서 712 eV로 증가하였음을 확인할 수 있다. 이를 통해, 팔면체 자리(Octahedral site)의 Fe이온의 감소로 인하여 사면체 자리(Tetrahedral site)의 Fe 이온이 Ni 이온으로 대체되었음을 알 수 있다.
이를 통해, 비교예 1에서는 γ-Fe2O3가 제조되었고, 비교예 2에서는 니켈 나노입자가 제조되었으며, 실시예 1 내지 3에서는 (NiO)x·(Fe2O3)1-x의 니켈 페라이트 나노입자가 제조됨을 알 수 있다.
<실험예 2> 제조된 나노입자의 자기적 특성 관찰
실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 제조된 나노입자의 자기적 특성을 관찰하기 위해, 진동형 자화 측정기(VSM, Vibrating Sample Magnetometer)를 이용하여 측정한 후, 그 결과를 도 3에 도시하였다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 비교예 1에서 제조된 γ-Fe2O3의 Ms값은 55.5 emu/g를 나타내며, 이는 γ-Fe2O3 나노 소재에 대한 참고 문헌의 값과 일치함을 알 수 있다(J. Phys. Chem. C 2009, 113, 4012-4017).
또한, Ni 이온이 점점 첨가되는 실시예 1 내지 3으로 갈수록, 포화자속밀도 값은 약간 감소하여 53.3 emu/g (실시예 1) 내지 52.2 emu/g (실시예 2)로 감소하고 실시예 3에서는 15.1 emu/g로 크게 감소하게 된다. 보자력의 경우 비교예 1에서의 28.4 Oe은 Ni의 첨가에 의한 실시예 1에서 20.2 Oe로 크게 감소할 수 있으며, 이후 실시예 2 또는 실시예 3에서 49.4 Oe와 86.3 Oe를 나타내어 증가하는 현상이 발생한다. 따라서 투자율이 향상된 페라이트의 제조를 위해서는 방사선 조사 선량 및 Ni 첨가량의 적절한 조절이 필요하며, 이를 통하여 고주파에서의 보다 효율적인 소재로 사용될 수 있음을 알 수 있다.
(a): 비교예 1
(b): 실시예 1
(c): 실시예 2
(d): 실시예 3
(e): 비교예 2
(b): 실시예 1
(c): 실시예 2
(d): 실시예 3
(e): 비교예 2
Claims (17)
- Fe 이온 전구체 용액과 금속(M) 이온 전구체 용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 혼합용액에 400 kGy 내지 600 kGy의 총조사선량으로 방사선을 조사하는 단계(단계 2);를 포함하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 1의 Fe 이온 전구체는 염화제이철(FeCl3), 황산제이철(Fe2(SO4)3) 및 질산제이철(Fe(NO3)3·6H2O)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 1의 금속은 Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mg, Nb, Mo, Ag, V 및 Cr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 1의 전구체 용액은 증류수, 침전제 용액 및 라디칼 제거제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법.
- 제4항에 있어서,
상기 침전제 용액은 암모니아수, 수산화나트륨, 탄산나트륨 및 테트라메틸암모늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법.
- 제4항에 있어서,
상기 라디칼 제거제는 이소프로필 알콜, 에틸 포메이트 및 소듐 포메이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
혼합용액 내의 Fe 이온 전구체 및 금속 이온 전구체의 음이온과, 침전제 용액의 양이온의 비율은 0.8 내지 1.2:1인 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법.
- 제4항에 있어서,
상기 라디칼 제거제는 증류수에 대하여 1 내지 10 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
Fe 이온 전구체 용액과 금속 이온 전구체 용액은 9:1 내지 7:3의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
Fe 이온 전구체 용액과 금속 이온 전구체 용액은 9:1 내지 2:1의 원자 백분율비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2의 방사선은 감마선, 전자선, 이온빔 및 중성자선으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2의 방사선은 1 MeV 내지 10 MeV의 에너지로 조사되는 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2의 방사선 조사 후, 제조된 나노입자를 세척 및 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자의 제조방법.
- 제1항의 제조방법에 따라 제조되며,
γ-Fe2O3의 역스피넬 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자.
- 제14항에 있어서,
상기 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자는 15 내지 30 Oe의 보자력을 갖는 것을 특징으로 하는 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자.
- 제15항의 MO·Fe2O3 페라이트 나노입자를 포함하는 자기기록매체.
- 삭제
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115976538A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-04-18 | 青岛农业大学 | 一种磷掺杂金属镍@铁氧化物异质多级结构复合物、其制备方法及应用 |
| CN115976538B (zh) * | 2022-12-12 | 2024-05-31 | 青岛农业大学 | 一种磷掺杂金属镍@铁氧化物异质多级结构复合物、其制备方法及应用 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004196574A (ja) * | 2002-12-18 | 2004-07-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 含スピネル型フェライト球状多孔質シリカ粒子及びその製造方法 |
| KR20060105936A (ko) | 2005-04-01 | 2006-10-12 | 최동철 | 화장용 손팩 |
| KR20090034726A (ko) | 2007-10-04 | 2009-04-08 | 소니 가부시끼가이샤 | 광학 소자 모듈 및 촬상 장치 |
| KR20090037592A (ko) | 2007-10-12 | 2009-04-16 | 엘지전자 주식회사 | 네비게이션 장치 및 그 제어방법 |
| KR20090100190A (ko) | 2008-03-18 | 2009-09-23 | 한국전자통신연구원 | 경로 전처리를 이용한 광선 추적 장치 및 방법 |
| KR20100070038A (ko) | 2008-12-17 | 2010-06-25 | 한국원자력연구원 | 방사선 조사를 이용한 이산화티타늄의 제조방법 |
| JP2010228936A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Kyocera Corp | 磁性焼結体、磁性体と誘電体との複合焼結体、およびそれらの製造方法、ならびにそれらを用いた電子部品 |
| KR20110043181A (ko) * | 2009-10-21 | 2011-04-27 | 한국원자력연구원 | 전자빔 조사를 이용한 단분산 산화철 나노입자 제조방법 및 이에 따라 제조되는 단분산 산화철 나노입자 |
| JP2014524873A (ja) * | 2011-08-09 | 2014-09-25 | 株式会社豊田中央研究所 | フェライト粒子およびその製造方法 |
-
2014
- 2014-11-19 KR KR1020140161619A patent/KR101586332B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004196574A (ja) * | 2002-12-18 | 2004-07-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 含スピネル型フェライト球状多孔質シリカ粒子及びその製造方法 |
| KR20060105936A (ko) | 2005-04-01 | 2006-10-12 | 최동철 | 화장용 손팩 |
| KR20090034726A (ko) | 2007-10-04 | 2009-04-08 | 소니 가부시끼가이샤 | 광학 소자 모듈 및 촬상 장치 |
| KR20090037592A (ko) | 2007-10-12 | 2009-04-16 | 엘지전자 주식회사 | 네비게이션 장치 및 그 제어방법 |
| KR20090100190A (ko) | 2008-03-18 | 2009-09-23 | 한국전자통신연구원 | 경로 전처리를 이용한 광선 추적 장치 및 방법 |
| KR20100070038A (ko) | 2008-12-17 | 2010-06-25 | 한국원자력연구원 | 방사선 조사를 이용한 이산화티타늄의 제조방법 |
| JP2010228936A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Kyocera Corp | 磁性焼結体、磁性体と誘電体との複合焼結体、およびそれらの製造方法、ならびにそれらを用いた電子部品 |
| KR20110043181A (ko) * | 2009-10-21 | 2011-04-27 | 한국원자력연구원 | 전자빔 조사를 이용한 단분산 산화철 나노입자 제조방법 및 이에 따라 제조되는 단분산 산화철 나노입자 |
| JP2014524873A (ja) * | 2011-08-09 | 2014-09-25 | 株式会社豊田中央研究所 | フェライト粒子およびその製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115976538A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-04-18 | 青岛农业大学 | 一种磷掺杂金属镍@铁氧化物异质多级结构复合物、其制备方法及应用 |
| CN115976538B (zh) * | 2022-12-12 | 2024-05-31 | 青岛农业大学 | 一种磷掺杂金属镍@铁氧化物异质多级结构复合物、其制备方法及应用 |
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