KR101700615B1 - 금속 나노입자의 제조방법, 이에 의해 제조된 금속 나노입자 및 이를 포함하는 금속 잉크 조성물 - Google Patents

금속 나노입자의 제조방법, 이에 의해 제조된 금속 나노입자 및 이를 포함하는 금속 잉크 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR101700615B1
KR101700615B1 KR1020100028731A KR20100028731A KR101700615B1 KR 101700615 B1 KR101700615 B1 KR 101700615B1 KR 1020100028731 A KR1020100028731 A KR 1020100028731A KR 20100028731 A KR20100028731 A KR 20100028731A KR 101700615 B1 KR101700615 B1 KR 101700615B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
acid
metal
fatty acid
metal nanoparticles
carbon atoms
Prior art date
Application number
KR1020100028731A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110109139A (ko
Inventor
김병욱
김성배
이성현
유현석
Original Assignee
주식회사 동진쎄미켐
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 동진쎄미켐 filed Critical 주식회사 동진쎄미켐
Priority to KR1020100028731A priority Critical patent/KR101700615B1/ko
Priority to TW100110117A priority patent/TWI543826B/zh
Priority to CN201110081848.8A priority patent/CN102205423B/zh
Publication of KR20110109139A publication Critical patent/KR20110109139A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101700615B1 publication Critical patent/KR101700615B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054Nanosized particles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00Inks
    • C09D11/52Electrically conductive inks
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명은 금속 나노입자의 제조방법, 이에 의해 제조된 금속 나노입자 및 이를 포함하는 금속 잉크 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 제조방법에 의해 프린팅 성능(전사 특성) 및 패턴 형성 안정성이 우수하며 저온 소성이 가능한 금속 나노입자를 고수율로 제조할 수 있다. 또한 상기 금속 나노입자는 각종 전자 기기에서의 연성인쇄회로기판 또는 액정표시장치의 게이트 전극 형성용 잉크에 유용하게 적용될 수 있다.

Description

금속 나노입자의 제조방법, 이에 의해 제조된 금속 나노입자 및 이를 포함하는 금속 잉크 조성물 {METHOD FOR PREPARING MATAL NANO-PARTICLES, MATAL NANO-PARTICLES PREPARED THEREFROM AND METAL INK COMPOSITION COMPRISING SAME}
본 발명은 금속 나노입자의 제조방법, 이에 의해 제조된 금속 나노입자 및 이를 포함하는 금속 잉크 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 제조방법에 의해 프린팅 성능(전사 특성) 및 패턴 형성 안정성이 우수하며 저온 소성이 가능한 금속 나노입자를 고수율로 제조할 수 있다.
금속 나노입자를 포함하는 금속 잉크의 개발은, 미세한 패턴의 금속 배선을 포토리소그라피의 복잡한 공정이 아닌, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 오프셋 프린팅, 리버스 오프셋 프린팅 등의 단일 프린팅 공정을 통해 다양한 기재에 인쇄함으로써 공정을 단순화 하고, 이에 따른 공정 제조 원가를 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 배선폭의 미세화로 고집적, 고효율의 인쇄회로의 제조를 가능하게 하였다. 또한 금속 나노입자를 포함하는 금속 잉크의 경우 저온에서의 소성이 가능하기 때문에 내열성이 약한 다양한 기재에 배선을 형성하는 것이 가능하다.
종래 플라즈마 디스플레이 패널 등에 사용되는 금속 페이스트(paste)와 같이 마이크로(㎛) 크기의 금속입자는 단일 프린팅 공정으로 인쇄가 가능하지만, 500 ℃ 이상의 고온에서 소성하는 공정을 거쳐야 하고, 그 결과 고온의 소성공정으로 인해 많은 불량이 발생하였다. 또한, 개인 휴대용 정보 단말기(personal digital assistants; PDA), 핸드폰, 무선인식장치(radio-frequency identification; RFID) 등 각종 전자기기에 들어가는 연성인쇄회로기판(flexible printed circuit board; FPCB), 인쇄회로기판(printed circuit board; PCB), 동박적측판(copper clad laminate; CCL) 등을 포토리소그라피 공정을 통하여 포토레지스트 도포 및 식각을 통하여 원하는 배선만 남기는 일련의 복잡한 공정을 거쳐 제작되었다.
그러나, 상기 최근 전자 부품의 소형화 및 다양한 기판의 적용 추세에 따라 다양한 인쇄 방식을 통한 박막의 미세 배선 형성에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이러한 다양한 인쇄방식에 적용하기 위해 용매에 균일하게 분산된 미세한 금속 입자가 필요하다.
특히 수지 필름에 회로를 인쇄하는 연성인쇄회로기판의 경우, 리소그라피(lithography) 복잡한 일련의 공정 즉, 도포, 건조, 노광, 에칭, 제거 등을 거치면서 연성 기판 자체가 손상되기 때문에 수지 필름 위에 직접 회로를 그릴 수 있는 단분산된 나노입자의 금속 잉크가 절실히 요구되고 있다.
특히, 80 nm 이하의 나노입자의 경우, 입자의 표면 특성이 커지면서 소결 온도 및 열 전도도가 상승하여, 일반적인 소결 온도인 500 ℃ 이상 보다 훨씬 낮은 온도에서 소성이 가능하기 때문에, 적용할 수 있는 기판의 종류들이 다양해지게 된다.
종래 균일한 분산상을 유지하는 나노입자의 제조를 위해, 기계적으로 그라인딩하는 방법, 공침법, 분무법, 졸-겔법, 전기 분해법, 마이크로에멀전법 등 다양한 종류의 방법이 이용되었다. 그러나 공침법의 경우 입자의 크기 및 분포의 제어가 불가능하고, 전기분해법이나 졸-겔 법은 제조경비가 높고 대량 생산이 어려운 문제점이 있다. 또한, 마이크로에멀전은 입자의 크기, 모양 및 분포의 제어가 용이하지만 제조공정이 복잡하여 실용화가 어려운 상태이다.
따라서, 최근 습식 환원법을 통해 구리를 비롯한 다양한 금속의 제조가 시도되고 있으며, 특히 널리 알려진 히드라진을 사용한 환원법은 0.5 ㎛ 이상의 입자를 제조하기에 적절한 방법으로 보고되고 있다.
그러나, 기존 습식 환원법에 의해 제조된 금속 나노입자를 포함하는 페이스트상의 잉크 조성물을 사용하여 각종 프린팅 방법으로 패턴을 형성할 경우, 잉크 조성물의 점도 및 탄성 부족에 의한 패턴 불량, 형성된 패턴에서의 입자 응집현상에 의한 전도도 저하, 잉크 조성물 제조시 사용된 다량의 모노머 및 폴리머 함유로 인한 전도도 저하 등의 문제가 발생할 수 있다. 특히 대량 생산에 적합한 오프셋 프린팅에서는 잉크 조성물의 전사 특성이 패턴의 성능을 좌우하게 되는데, 기존 습식 환원법에 의해 제조된 금속 나노입자를 포함하는 잉크 조성물을 가지고는 오프셋 프린팅이 원활하지 못해 목적하는 패턴의 양산이 불가능한 실정이다.
따라서 본 발명의 목적은 기존의 습식 환원법의 문제점을 해결함으로써 프린팅 성능(전사 특성)이 우수하고, 패턴 형성 후 응집현상을 일으키지 않으면서 하부 기판과의 우수한 부착력을 갖는 등 패턴 형성 안정성이 우수하며, 저온 소성이 가능한 금속 나노입자를 고수율로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 금속 나노입자를 제공하는 것이다.
본 발명은 또한 상기 금속 나노입자를 포함하는 금속 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
(1) 금속 전구체를 물에 용해시킨 후 금속 전구체 수용액의 pH를 9 내지 11로 조절하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 제조된 금속 전구체 수용액에, 주쇄의 탄소수가 2 내지 11개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소 1종 이상과 주쇄의 탄소수가 12 내지 26개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소 1종 이상을 첨가하여 금속-지방산 리간드 화합물을 형성하는 단계; 및
(3) 상기 단계 (2)에서 제조된 금속-지방산 리간드 화합물을 극성 또는 비극성 유기용매와 아민 중에 분산시킨 후, 여기에 환원제를 첨가하여 금속을 환원, 석출시켜 금속 나노입자를 수득하는 단계
를 포함하는 금속 나노입자의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 제조방법에 의해 제조된 금속 나노입자를 제공한다.
본 발명은 또한 상기 금속 나노입자를 포함하는 금속 잉크 조성물을 제공한다.
본 발명의 제조방법에 따르면, 프린팅 성능(전사 특성)이 우수하고, 패턴 형성 후 응집현상을 일으키지 않으면서 하부 기판과의 우수한 부착력을 갖는 등 패턴 형성 안정성이 우수하며, 저온 소성이 가능한 금속 나노입자를 고수율로 제조할 수 있다.
즉, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 금속 나노입자를 포함하는 잉크 조성물은 다양한 프린팅 방식에 의해서 적용될 수 있고, 패턴 형성 후 응집되지 않고 안정적이며 다량의 폴리머나 올리고머 없이도 하부 기판과의 부착력이 뛰어나다는 장점을 가지므로, TSP, PDP, EMI 등에 유용하게 적용가능하며, 터치 패널(touch panel) 시장이 활성화에 따라 그 수요가 점점 더 커질 것으로 예상된다.
도 1은 본 발명의 방법에서 디메틸옥타노익산 사용 후 환원에 의해 얻어진 금속 나노입자에 대한 TGA 관찰 결과이다.
도 2는 본 발명의 방법에서 디메틸옥타노익산 및 리신올레산을 9:1의 중량비로 사용 후 환원에 의해 얻어진 금속 나노입자에 대한 TGA 관찰 결과이다.
도 3은 실시예 6에서 제조된 금속 나노입자를 사용하여 프린팅 성능시험을 수행한 결과 사진이다.
본 발명의 금속 나노입자 제조방법은 탄소수와 가지 형태가 서로 상이한 2종 이상의 카르복실기-함유 지방산 탄화수소를 사용하여 금속-지방산 리간드 화합물을 형성하고 이를 극성 또는 비극성 유기용매와 아민 중에서 분산시켜 극성과 pH를 조절한 다음에 환원시킴으로써 목적하는 금속 나노입자를 얻는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 금속 나노입자의 제조방법은,
(1) 금속 전구체를 물에 용해시킨 후 금속 전구체 수용액의 pH를 9 내지 11로 조절하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 제조된 금속 전구체 수용액에, 주쇄의 탄소수가 2 내지 11개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소 1종 이상과 주쇄의 탄소수가 12 내지 26개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소 1종 이상을 첨가하여 금속-지방산 리간드 화합물을 형성하는 단계; 및
(3) 상기 단계 (2)에서 제조된 금속-지방산 리간드 화합물을 극성 또는 비극성 유기용매와 아민 중에 분산시킨 후, 여기에 환원제를 첨가하여 금속을 환원, 석출시켜 금속 나노입자를 수득하는 단계를 포함한다.
이하 각 단계별로 상세히 설명한다.
단계 (1)
단계 (1)은 금속 전구체를 물에 용해시킨 후 금속 전구체 수용액의 pH를 9 내지 11로 조절하는 단계이다.
단계 (1)에서 사용가능한 금속 전구체로는 특별히 한정되지 않으나, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 주석, 팔라듐, 백금, 아연, 철, 인듐, 마그네슘 등의 I족, IIA족, IIIA족, IVA족 및 VIIIB족에서 선택되는 금속의 무기염을 1종 이상, 바람직하게는 2종 이상 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 상기 금속 전구체는 무기염으로서 질산염, 황산염, 아세트산염, 인산염, 규산염, 염산염 등을 사용할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 금속 전구체로서 은의 무기염을 주성분으로, 기타 상술한 다른 금속 1종 이상의 무기염을 보조성분으로 사용할 수 있다. 이때 보조성분의 금속을 주성분인 은 전구체 1 mol에 대해 0.001 내지 0.3 mol의 양으로 사용할 수 있다. 보조성분의 금속은 주 금속이외의 위의 열거된 금속을 모두 사용할 수 있으며, 보조성분은 각 금속의 성질에 따라서 주성분이 갖지 않는 성질을 보조한다. 보조성분의 금속이 주성분 금속의 0.001 mol 배 미만일 경우 페이스트 제조 후 특성 변화를 줄 수 없으며, 보조성분의 금속이 주성분 금속의 0.3 mol 배를 초과할 경우 환원시 환원이 제대로 이루어지지 않아 금속 나노입자를 제대로 취득할 수 없다.
보조성분으로서의 금속의 특성은 다음과 같다.
구리와 팔라듐은 전도성 잉크의 탄성을 증가시키고, 소수성 기판에 적합하며, 패턴 생성 후 일렉트로마이그레이션 현상을 억제한다.
알루미늄과 아연은 전도성 잉크의 점도 및 탄성을 증가시키고, 하부 기판과의 부착력을 증가시키며, 특히 아연은 전도성이 있는 산화아연을 생성시켜 산화막에 의한 저항 상승을 막는 효과가 있다.
주석은 기판과의 접착력, 특히 유리 기판과의 접착력 향상에 도움을 준다.
니켈은 산소원자와의 친화력이 커서 산화막을 쉽게 생성하므로, 전도성 산화막을 생성해야 할 경우 첨가하면 전도성 산화막을 더욱 쉽게 생성할 수 있다.
또한 상기 단계 (1)에서 금속 전구체 수용액의 pH를 9 내지 11로 조절하기 위해 pH 조절제로서 암모니아 또는 아민류를 사용할 수 있다.
pH를 조절할 수 있는 아민류로는 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 프로필아민, 디프로필아민, 트리프로필아민, 부틸아민, 디부틸아민, 트리부틸아민, 에탄올아민, 메틸에탄올아민, 디메틸에탄올아민, 에틸에탄올아민, 디에틸에탄올아민, 메탄올아민, 메틸메탄올아민, 디메틸메탄올아민, 디에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 에틸디에탄올아민, 트리에탄올아민, 트리메탄올아민, 피페라진, 메틸피페라진, 모르폴린, 메틸모르폴린, 하이드록시피페라진, 하이드록실아민, 트리이소부틸아민, 1,1,3,3-테트라메틸구아니딘, 디이소프로필펜닐아민, 및 이들의 1종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
단계 (2)
단계 (2)는 상기 단계 (1)에서 제조된 금속 전구체 수용액에, 주쇄의 탄소수가 2 내지 11개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소 1종 이상과 주쇄의 탄소수가 12 내지 26개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소 1종 이상을 첨가하여 금속-지방산 리간드 화합물을 형성하는 단계이다.
상기 단계 (2)에서 사용가능한 카르복실기를 갖는 지방산 탄화수소로는 포화 또는 불포화 지방산 탄화수소를 사용할 수 있는데, 주쇄의 탄소수가 2 내지 11개인, 바람직하기로는 주쇄의 탄소소가 6 내지 11개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소는 직쇄형 지방산에 가지가 많이 붙은 형태의 지방산으로서 소성 온도를 낮추는 역할을 하며, 주쇄의 탄소수가 12 내지 26개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소는 직쇄형 지방산에 가지가 거의 붙지 않은 지방산으로서 점도 및 탄성을 조절하는 역할을 한다. 탄소수 및 탄소의 가지 형태가 서로 상이한 이들 포화 또는 불포화 지방산 탄화수소는 예를 들어 하기 화학식 1 내지 3의 구조를 가질 수 있다:
Figure 112010020334524-pat00001
Figure 112010020334524-pat00002
Figure 112010020334524-pat00003
상기 식에서,
R1, R1', R2, R2', R3, R3' 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 알킬, 이소알킬, 알콕시, 알칸올, 하이드록시 또는 아미노이고;
n은 1 내지 20의 정수이다.
지방산 탄화수소의 탄소수, 탄소의 가지 형태 및 2종 이상 첨가되는 지방산의 종류에 따라서 차후 금속 잉크 조성물의 소성 온도가 달라질 수 있으며, 예컨대 지방산의 탄소수가 작을수록, 가지의 형태가 복잡하고, 가지가 카르복실산 기능기에 인접할수록 소성 온도가 낮아진다.
기존에 용매, 폴리머 및 모노머 등으로 잉크의 물성을 조절하던 것을, 본 발명에서는 이와 같이 상이한 형태의 지방산을 2종 이상 첨가하여 조절함과 동시에 폴리머, 모노머 등의 첨가에 의해 유발되는 전도도의 저하, 저온소성 불가 등의 단점을 극복할 수 있다.
소성 온도를 낮추는 역할의 주쇄의 탄소수가 2 내지 11개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소의 구체적인 예로는 아세토닉산, 부티르산, 하이드록시 부티르산, 헥사노익산, 이소부티르산, 발레산, 피발산, 메틸옥타노익산, 디메틸옥타노익산, 메틸헥사노익산, 에틸헥사노익산, 부틸헥사노익산, 디에틸헥사노익산, 디메틸에틸헥사노익산, 트리메틸노난산, 이소스테아릭산 및 이소헥실데카노익산 등을 들 수 있으며, 150-200 ℃ 사이의 소성을 가능하게 하지만, 상대적으로 입자 크기를 크게 하는 단점이 있을 수 있다.
점도 및 탄성을 조절하는 역할의 주쇄의 탄소수가 12 내지 26개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소의 구체적인 예로는 올레산, 리신올레산, 스테아릭산, 하이드록시스테아릭산, 리놀레산, 아미노데카노익산, 하이드록시 데카노익산, 라우르산, 데케노익산, 운데케노익산, 팔리트올레산, 헥실데카노익산, 하이드록시팔미틱산, 하이드록시미리스트산, 하이드록시데카노익산, 팔미트올레산 및 미스리스올레산 등을 들 수 있다. 이러한 점도 및 탄성을 조절할 수 있는 지방산은 상대적으로 입자 크기를 작게 하여 소성 후 표면의 조도를 증가시키는 장점이 있는 반면, 소성 온도를 높여 저온 소성 특성을 저해하는 단점이 있을 수 있다.
또한 150-200 ℃ 사이의 저온 소성이 가능하기 위해서는, 주쇄의 탄소수가 2 내지 11개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소를 금속 전구체 1 mol에 대해 0.5 내지 1 mol의 양으로 사용하고, 주쇄의 탄소수가 12 내지 26개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소를 금속 전구체 1 mol에 대해 0.0001 내지 0.5 mol의 양으로 사용하는 것이 바람직하다. 주쇄의 탄소수가 2 내지 11개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소가 금속 전구체 대비 0.5 mol 미만으로 사용될 경우 저온 소성이 불가능하고, 1 mol 초과하여 사용될 경우 환원반응이 잘 진행되지 않는다. 또한, 주쇄의 탄소수가 12 내지 26개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소가 0.0001 mol 미만으로 사용될 경우 금속 입자가 상대적으로 커지면서 잉크 제작 후 입자가 가라앉으면서 상 분리되는 현상이 있으며, 0.5 mol 초과하여 사용될 경우 저온 소성이 불가능하다는 단점이 있다.
단계 (3)
단계 (3)은 상기 단계 (2)에서 제조된 금속-지방산 리간드 화합물을 극성 또는 비극성 유기용매와 아민 중에 분산시킨 후, 여기에 환원제를 첨가하여 금속을 환원, 석출시켜 금속 나노입자를 수득하는 단계이다.
단계 (3)에서는 환원 후의 나노 금속 표면의 극성 및 pH를 조절하기 위해, 금속-지방산 리간드 화합물 용액에 극성 또는 비극성 유기용매와 아민을 투입하여 상기 리간드 화합물을 분산시킨다. 극성 용매와 아민을 투입할 경우에는 지방산이 흡착된 나노 금속 입자의 비극성 용매 또는 극성 용매에의 분산 또는 용해가 쉬워지고, 비극성 용매와 아민을 투입할 경우에는 지방산이 흡착된 나노 금속 입자의 비극성 용매에의 분산 또는 용해가 쉬워진다. 극성 및 pH가 조절되지 않은 나노 금속 입자는 쉽게 분산되지 않는다는 문제점을 갖는다.
적합한 극성 용매로는 알코올류 중 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 디메틸설폭사이드, 메틸피론리돈, 아세톤 및 이들의 혼합물을; 적합한 비극성 용매로는 자일렌, 톨루엔, 벤젠, 트리메틸벤젠, 디에틸벤젠, 디메틸카보네이트 및 이들의 혼합물을; 그리고 적합한 아민으로는 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 프로필아민, 디프로필아민, 트리프로필아민, 부틸아민, 디부틸아민, 트리프로필아민 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
이어, 여기에 환원제를 투입하여 환원하는 단계를 거치게 되는데, 이때 지방족 금속 전구체를 형성하던 용액에서 소량의 지방족만이 환원된 금속의 표면에 흡착되면서 금속 입자의 분산 및 용해도를 향상시키는 역할을 수행한다. 사용하는 지방산 탄화수소의 종류에 따라서 흡착되는 양은 차이가 있지만, 대략 5 내지 10 중량% 정도의 지방산이 환원된 금속의 표면에 흡착되며, 흡착된 지방산의 열분해 온도에 따라서 소성 온도가 결정된다.
예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 디메틸옥타노익산과 같은 주쇄의 탄소수가 2 내지 11개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소를 사용한 경우 분해되는 온도도 200 ℃ 미만으로 낮을 뿐만 아니라 흡착되는 지방산의 양도 5 중량% 정도로 적은 것을 알 수 있다. 하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 디메틸옥타노익산과 같은 주쇄의 탄소수가 2 내지 11개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소 및 리신올레산과 같은 주쇄의 탄소수가 12 내지 26개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소를 9:1로 사용하였을 경우 최종 열분해되는 온도도 높을 뿐만 아니라 흡착되는 지방산의 양도 10 중량% 정도로 높은 것을 알 수 있다. 이러한 결과로부터, 가지가 많은 형태의 지방산은 물리 화학적인 흡착이 상대적으로 약하여 쉽게 떨어져 나가면서 흡착되는 양이 적은 반면, 가지가 적은 형태의 지방산은 물리 화학적인 흡착이 상대적으로 강하여 쉽게 떨어지지 않을 뿐만 아니라 흡착되는 양이 상대적으로 많은 것을 알 수 있다. 저온 소성을 위해서는 가지가 적은 지방산을 가지가 많은 지방산의 1/10 이하로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 단계 (4)에 사용되는 환원제의 구체적인 예로는 하이드라진, 페닐하이드라진, 암모늄 보로하이드라이드 및 이들의 혼합물을 들 수 있으며, 환원이 급격히 진행되지 않도록 천천히 적가하는 것이 바람직하다. 상기 환원제는 금속 전구체 1 mol에 대해 1 내지 1.3 mol의 양으로 사용할 수 있다.
핵생성 초기 단계에서 분산안정제로서의 지방산은 임계값 이상의 크기를 갖는 입자 생성 후 입자의 성장 및 입자의 엉김 현상을 억제하면서 안정된 입자 성장에 중요한 역할을 한다. 즉, 반응이 진행됨에 따라 농도가 작아지는 금속 전구체에 의해 입자의 분포가 넓어지고 입자의 생성보다는 입자의 성장으로 반응이 진행되는 것을 억제하면서 입자의 분포가 작아지게 하는 역할을 한다.
또한 환원제의 투입 후 일정 온도를 유지하면서 교반을 하는 것이 바람직하며, 상기 교반은 더 이상 용액에서의 색상의 변화가 없을 때 까지 유지하도록 하는 것이 바람직하다. 이때 온도가 50 ℃를 초과할 경우 입자가 성장하면서 원하는 나노 크기의 입자를 얻기 힘들며, 15 ℃ 미만일 경우 반응 시간이 오래 걸리면서 입도 분포가 넓어질 우려가 있기 때문에 반응온도를 15 내지 50 ℃를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 반응 공정에 의해 금속을 환원한 후 즉시 아세톤, 알코올(예: 메탄올, 에탄올) 또는 이들의 혼합물을 사용하여 급냉시킴으로써 금속 나노입자를 석출(침천)시켜 수득할 수 있다. 석출된 금속 나노입자를 상기 동일한 용액으로 3~4회 정도 충분히 세정한 후 진공 오븐에서 30-40 ℃ 정도에서 8시간 이상 건조하여 균일하게 건조된 금속 나노입자를 얻을 수 있다.
또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 금속 나노입자를 제공한다.
본 발명에 따른 금속 나노입자는 좁은 입도분포와 함께 우수한 분산성을 가지며, 또한 저온 소성이 가능하다. 바람직하기로는 상기 금속 나노입자가 10-110 nm의 평균 입도 분포를 갖는 것이 좋다. 이에 따라 개인 휴대용 정보 단말기(personal digital assistants; PDA), 핸드폰, 무선인식장치의 태크(tag) 또는 안테나 등 각종 전자기기에서의 연성인쇄회로기판(FPCB) 형성, 및 액정표시장치(liquid crystal display; LCD)의 게이트 전극 형성용 금속 잉크에 유용하게 응용될 수 있다.
또한 본 발명은 또한 상기 금속 나노입자를 포함하는 금속 잉크 조성물을 제공한다.
상기 금속 잉크 조성물은 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 금속 나노입자를 용매에 재분산시킴으로써 제조될 수 있다. 이때 금속 잉크 조성물은 금속 나노입자 및 각종 용매와 하부막과의 부착력을 높이기 위해 올리고머 또는 폴리머를 추가로 포함할 수 있다.
상기 잉크 조성물의 제조에 사용되는 용매로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 2-부탄올, 옥탄올, 2-에틸헥사놀, 펜탄올, 벤질알콜, 헥산올, 2-헥산올, 사이클로헥산올, 테르피네올 및 노나놀과 같은 알코올류; 메틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 부틸렌글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 에틸렌글리콜 메틸에테르, 에틸렌글리콜 에틸에테르, 에틸렌글리콜 부틸에테르, 디에틸렌글리콜 메틸에테르, 디에틸렌글리콜 에틸에테르, 디에틸렌 글리콜 부틸에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 디에틸렌글리콜 디부틸에테르, 디에틸렌글리콜 메틸에틸 에테르, 프로필렌글리콜 메틸에테르, 디프로필렌글리콜 메틸에테르, 프로필렌글리콜 메틸에테르 아세테이트, 디프로필렌글리콜 메틸에테르 아세테이트, 에틸렌글리콜 부틸에테르 아세테이트 및 에틸렌 글리콜 에틸에테르 아세테이트와 같은 글리콜류; 및 톨루엔, 자일렌, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트 및 에틸락테이트와 같은 유기용매를 사용할 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 금속 나노입자의 재분산시 초음파 분산, 균질기를 통한 분산 등의 물리적인 방법 등을 통해서 일정한 분산 효과를 나타내도록 하는 것이 바람직하다. 상기 금속 잉크 조성물 내에 포함되는 금속 나노입자의 함량은 그 용도에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 바람직하게는 잉크 조성물 총 중량에 대하여 30 내지 90 중량%의 양으로 포함될 수 있다.
본 발명을 통해 지방산을 통해 쉽게 금속염을 제조할 수 있으며, 계면활성제는 에멀젼을 만들기 위한 수단이 아닌 분산제로 사용되어 첨가되는 물의 양을 제어할 필요가 없이 쉽게 균일한 핵 생성을 유도할 수 있는 합성이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따라 합성된 금속 나노입자 및 이를 포함하는 잉크 조성물은 첨가되는 지방산의 탄소수에 따라서 소성 온도 및 표면 거칠기, 고온에서의 응집(agglomeration)상태 및 표면 경도(hardness)를 제어할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
[실시예 1]
질산은 1 mol과 Ni, Cu, Zn, Pd 등의 금속 전구체 1개 이상 0.1 mol을 물 200 ml에 용해시키고 암모니아 1 mol을 첨가하여 물 속에서 금속 전구체를 완전히 해리시켜 질산은/금속 전구체의 수용액을 얻었다. 여기에 주쇄의 탄소수가 2 내지 11개인 1개 이상의 지방산 0.5 mol 이상과 주쇄의 탄소수가 12 내지 26개인 1개 이상의 지방산 0.5 mol 이하를 첨가하여 점도가 있는 불투명한 액체 또는 금속염이 석출된 백탁된 액체가 될 때 까지 1시간 이상 강제 교반을 실시하였다. 이후 알코올 300 ml를 첨가하여 환원되는 입자가 재분산 용매에 잘 분산되도록 유도하는 공정으로서 1시간 강제 교반하였는데, 이때 은/금속 지방산염이 알코올에 의해 일부 재석출되면서 백탁현상이 일어났다. 또한, 재분산 용매에서의 pH를 높여 안정성을 높이기 위해 아민으로서 트리에틸아민 1 mol을 첨가하고, 그 후 바로 환원제로서 페닐 하이드라진 1 mol을 천천히 10분간 적가하여 2시간 이상 강제 교반하면서 환원을 유도하였다.
환원된 용액을 메탄올 및 아세톤으로 침전하고 3회 이상 세정하여 깨끗한 나노입자를 수득하고, 30 ℃ 진공로에서 6시간 건조하여 목적하는 금속 나노입자를 얻었다.
[실시예 2]
질산은 1 mol과 Ni, Cu, Zn, Pd 등의 전구체 1개 이상 0.1 mol을 물 200 ml에 용해시켜 질산은/금속 전구체 수용액을 얻었다. 여기에 주쇄의 탄소수가 2 내지 11개인 1개 이상의 지방산 0.5 mol 이상과 주쇄의 탄소수가 12 내지 26개인 1개 이상의 지방산 0.5 mol 이하를 암모니아 1 mol과 섞은 상태에서 질산은/금속 전구체 수용액에 천천히 적가하면서 백색의 침전물을 얻었다. 이러한 백색 침전물을 여과하여 수득한 후 초순수화 메탄올 등으로 1회 이상 세정하고 40 ℃ 진공 오븐에서 건조하였다.
건조된 백색의 분말을 자일렌, 톨루엔 등의 비극성 용매에 분산, 용해시킨 후 재분산 용매에서의 안정성을 위해 트리에틸아민 1 mol을 첨가하였다. 이어, 환원제로서 페닐 하이드라진 또는 하이드라진 1 mol을 천천히 10분간 적가하고 2시간 이상 강제교반하면서 환원을 유도하였다.
환원된 용액은 메탄올 및 아세톤으로 침전하고 3회 이상 세정하여 깨끗한 나노입자를 수득하고, 30 ℃ 진공 오븐에서 6시간 건조하여 목적하는 나노입자를 얻었다.
[시험예 1]
상기의 합성 조건 중 지방산 및 금속 전구체의 조건을 하기 표 1에 제시된 바와 같이 조절하여 금속 나노입자를 제조한 후, 금속 나노입자를 테르핀올에 분산시켜 프린팅 성능 및 저온 소성 성능실험을 실시하였다. 질산은은 각 실시예에서 각각 1 mol씩 첨가하였다.
No 지방산 종류 (질산은 대비 몰비)  금속 종류(은 대비 몰비)
제1 지방산 제2 지방산 제3 지방산 제1 금속 제2 금속 제3 금속
종류 함량 종류 함량 종류 함량 종류 함량 종류 함량 종류 함량
실시예 1 DMOA 0.95 OA 0.05     Zn 0.1        
실시예 2 " " " "     Cu 0.1        
실시예 3 " " " "     Ni 0.1        
실시예 4 " " " "     Zn 0.7 Cu 0.3    
실시예 5 " " " "     Zn 0.5 Cu 0.3 Ni 0.2
실시예 6 NDA 0.95 ROA 0.05     Zn 0.1        
실시예 7 " " " "     Cu 0.1        
실시예 8 " " " "     Ni 0.1        
실시예 9 " " " "     Zn 0.7 Cu 0.3    
실시예 10 " " " "     Zn 0.5 Cu 0.3 Ni 0.2
실시예 11 DMOA 0.95 HSA 0.05     Zn 0.1        
실시예 12 " " " "     Cu 0.1        
실시예 13 " " " "     Ni 0.1        
실시예 14 " " " "     Zn 0.7 Cu 0.3    
실시예 15 " " " "     Zn 0.5 Cu 0.3 Ni 0.2
실시예 16 EHA 0.95 OA 0.05     Zn 0.1        
실시예 17 " " " "     Cu 0.1        
실시예 18 " " " "     Zn 0.7 Cu 0.3    
실시예 19 " " " "     Zn 0.5 Cu 0.3 Ni 0.2
실시예 20 EHA 0.95 ROA 0.05     Zn 0.1        
실시예 21 " " " "     Cu 0.1        
실시예 22 " " " "     Zn 0.7 Cu 0.3    
실시예 23 " " " "     Zn 0.5 Cu 0.3 Ni 0.2
실시예 24 EHA 0.95 HSA 0.05     Zn 0.7 Cu 0.3    
실시예 25 ISA 0.95 OA 0.05     Zn 0.1        
실시예 26 " " " "     Cu 0.1        
실시예 27 " " " "     Zn 0.7 Cu 0.3    
실시예 28 " " " "     Zn 0.5 Cu 0.3 Ni 0.2
실시예 29 ISA 0.95 ROA 0.05     Zn 0.1        
실시예 30 " " " "     Cu 0.1        
실시예 31 " " " "     Zn 0.7 Cu 0.3    
실시예 32 " " " "     Zn 0.5 Cu 0.3 Ni 0.2
실시예 33 ISA 0.95 HSA 0.05     Zn 0.7 Cu 0.3    
실시예 34 HA 0.3 BA 0.45 ROA 0.15 Zn 0.1        
실시예 35 " " " " " " Cu 0.1        
실시예 36 " " " " " " Zn 0.7 Cu 0.3    
실시예 37 HA 0.3 BA 0.45 OA 0.15 Zn 0.7 Cu 0.3    
실시예 38 HA 0.3 IBA 0.45 ROA 0.15 Zn 0.7 Cu 0.3    
실시예 39 HA 0.3 BA 0.45 HSA 0.15 Zn 0.7 Cu 0.3    
실시예 40 HA 0.3 VA 0.45 ROA 0.15 Zn 0.7 Cu 0.3    
비교예 1 DMOA 1                    
비교예 2 ROA 1                    
DMOA : 디메틸옥타노익산, EHA : 에틸 헥사노익산, ISA : 이소스테아릭산, ROA : 리신올레익산, OA : 올레산, HAS : 하이드록시 스테아릭산, HA : 헥사오익산, BA : 부티르산, IBA : 이소부티르산, VA : 발레산, Zn, Cu, Ni, Pd : 각각 질산염으로 첨가
상기 실시예 1 내지 40, 및 비교예 1 및 2에서 합성된 나노입자를 사용하여 테르핀올에 각각 30-80 중량%로 용해 및 분산하여 준비된 그라비아 옵셋(Gravure Off-set) 장비로 프린팅 성능실험, 저온소성 실험 및 격자부착성 실험을 통한 접착력 실험을 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
No 프린팅 저온 소성 (30min) μΩ·㎝ 접착력
옵셋 프린팅 150℃ 200℃ 250℃ 격자 부착성 테스트
실시예 1 95 220 9 4 95%
실시예 2 90 70 6 3.5 94%
실시예 3 85 230 9 4 50%
실시예 4 99 100 6 3.5 99%
실시예 5 99 170 6 3.5 99%
실시예 6 95 120 7 3.5 95%
실시예 7 95 10 6 3 94%
실시예 8 90 130 9 3.5 50%
실시예 9 100 20 6 3 99%
실시예 10 100 80 6 3 99%
실시예 11 90 320 13 5 95%
실시예 12 90 70 10 4 94%
실시예 13 85 330 15 4.5 50%
실시예 14 95 120 10 4 99%
실시예 15 95 150 10 4 99%
실시예 16 90 180 6 4 93%
실시예 17 85 30 5 4 90%
실시예 18 95 50 5 4 98%
실시예 19 95 95 5 4 98%
실시예 20 95 120 6 4 95%
실시예 21 90 9 4.5 4 94%
실시예 22 95 11 5 4 98%
실시예 23 95 21 5 4 98%
실시예 24 95 15 5 4 95%
실시예 25 95 250 7 4.5 90%
실시예 26 90 70 5 4 89%
실시예 27 99 110 5 4 95%
실시예 28 99 180 5 4 94%
실시예 29 99 180 5 4 90%
실시예 30 95 22 5 4 85%
실시예 31 100 50 5 4 92%
실시예 32 100 95 5 4 91%
실시예 33 90 150 7 4.5 90%
실시예 34 100 750 25 6 95%
실시예 35 100 550 15 6 93%
실시예 36 100 530 17 6 99%
실시예 37 100 530 20 6 99%
실시예 38 100 520 18 5.5 99%
실시예 39 100 520 19 6 99%
실시예 40 100 530 17 6 99%
비교예 1 10 8 4 3.5 20%
비교예 2 10 1200 150 50 30%
그라비아 옵셋 프린팅은 롤 또는 판 형태의 원하는 패턴이 새겨진 인쇄판에 잉크 또는 페이스트를 도포 후 블레이드(blade)를 사용하여 원하지 않는 부분의 잉크 또는 페이스트를 제거한 뒤 일반적으로 PDMS로 이루어진 블랑켓(blanke) 판에 전사 과정인 옵(off) 공정과 그 후 블랑켓에서의 원하는 필름이나 유리기판으로의 전사하는 과정인 셋(set) 공정으로 이루어지며, 셋 공정시 블랑켓에 잉크나 페이스트가 남아 있을 경우 다음 인쇄 시 불량의 요인이 되므로 거의 모든 잉크나 페이스트가 원하는 기재로 전사되어야 한다.
상기 표 2의 옵셋 프린팅 값은 각각의 금속 나노입자가 셋 공정시 블랑켓에서 기재로의 전사율을 의미하며, 탄소수가 12개 이상인 지방산이 많이 들어갈수록 전사율이 높아지며, 올레익산보다 하이드록시가 들어가 있는 하이드록시 스테아릭산과 리신올레산이 전사율이 높은 것을 알 수 있으며, 탄소수가 11개 이하인 지방산에서도 11개에 근접할수록 좀 더 전사율이 높아지는 것을 알 수 있다. 실시예 6에서 합성된 나노입자를 사용하여 프린팅 성능시험을 수행한 결과를 도 3에 사진으로서 나타내었는데, 촘촘한 패턴 구조에서도 전사가 거의 완벽하게 이루어진 것을 볼 수 있다.
일반적으로 마이크로 은 입자 및 폴리머, 모노머의 조합으로 이루어진 페이스트의 경우 450 ℃ 이상에서 30분 이상 소성을 통해 90-100 μΩㅇ㎝ 정도의 전기 전도도를 나타낸다. 본 발명에서의 저온 소성은 250 ℃ 이하의 온도에서 100 μΩㅇ㎝ 이하의 전기 전도도를 나타내는 것으로 정의하며, 상기 합성에 의해 얻은 나노입자는 모두 250 ℃ 이하의 온도에서 100 μΩㅇ㎝ 이하의 전기 전도도를 나타냄을 알 수 있다.
즉, 프린팅 특성 및 저온에서의 양호한 전기 전도도 특성을 얻기 위해서는 서로 특성이 상이한 2종 이상의 지방산 및 1종 이상의 금속 전구체가 질산은 이외에 더 포함되어야 함을 알 수 있다.
이러한 사실은 비교예 1 및 2의 결과로부터도 알 수 있는데, 1종의 지방산이 포함된 경우 프린팅 특성 및 전기 전도도 특성 중 적어도 한 가지 특성은 만족할만한 결과를 얻지 못하였다.
또한 부착력 실험은 표준 실험 규격인 ASTM D3359 의 격자부착성 실험을 통해서 종, 횡으로 각각 1 mm 씩 총 10개를 규격 칼을 통해 실험 기재에 전면 코팅된 은 전극을 절단하여 총 100개의 격자를 만들고 규격 접착테이프를 50 mm/min(0.28 kgf의 장력)으로 떼어내면서 남아 있는 격자의 수를 표현한 것이다.
단독의 이종 금속 보다는 2개 이상을 적절한 조합으로 첨가할 경우 격자부착성 실험에 의한 부착력이 양호하며, 단독 이종 금속에서는 Ni 전구체를 첨가하였을 경우 가장 좋지 않은 결과를 보였지만 비교예의 경우처럼 첨가하지 않은 경우 보다는 양호한 부착력을 보였다. 또한, 탄소수 11개 이하의 지방산에서 11개에 근접할수록 좀더 양호한 부착력을 보이고 있으며, 탄소수가 12개 이상의 지방산을 많이 첨가할수록 부착력에서는 양호한 결과를 보였다.
위의 실험을 통해서 비교예 1 및 2의 경우처럼 단독의 지방산만으로 합성할 경우 프린팅 특성, 기재에 대한 부착력, 저온소성 능력을 모두 갖추기 어렵지만, 지방산 및 이종금속 전구체를 조건에 맞게 합성함으로써 나노입자 자체에서부터 양호한 성능을 발휘할 수 있음을 확인할 수 있다.
[시험예 2]
상기 표 1에서 실시예 1 및 34의 조건으로 합성된 나노입자에서 분산용매 및 첨가제를 하기 표 3에 제시된 바와 같이 변경하면서 기재에 대한 부착력 및 프린팅 특성 실험을 실시하였다. 또한, 상기 표 1에서 비교예 1 및 2의 조건으로 합성된 나노입자에 분산용매를 첨가하여 상기 실시예와 비교 평가를 실시하였다.
하기 실시예 41 내지 50은 실시예 1에서 제조된 나노입자를 각각 30-80 중량% 범위에서 첨가하였으며, 나노입자를 제외한 분산용매에서의 각각의 무게비로 중량비율을 정하였다.
No 분산 용매 프린팅 접착력
분산 용매 1 분산 용매 2 분산 용매 2 옵셋 프린팅 격자부착성 테스트
종류 함량
(wt%)
종류 함량
(wt%)
종류 함량
(wt%)
실시예 41 TPN 50 MEDG 50 100 100
실시예 42 TPN 50 BCA 50 100 100
실시예 43 TPN 50 MEDG 25 BCA 25 100 100
실시예 44 TPN 50 옥탄올 50 96 96
실시예 45 TPN 10 IPA 90 100 100
실시예 46 옥탄올 100 95 95
실시예 47 MEDG 100 93 90
실시예 48 옥탄올 30 MEDG 70 98 99
실시예 49 옥탄올 50 BCA 50 100 100
실시예 50 옥탄올 50 MEDG 25 BCA 25 100 100
비교예 3 TPN MEDG 30 50
비교예 4 TPN MEDG 30 50
TPN : 테르핀올, MEDG : 디에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, BCA : 에틸렌글리콜 부틸에테르 아세테이트, IPA : 이소프로판올
상기 표 3의 결과로부터 알 수 있듯이, TPN 이외의 분산용매는 프린팅 공정 중 건조시간을 조절할 수 있어 그라비아 옵셋 프린팅에서 좀더 양호한 결과를 도출할 수 있으며, 하부 기재와의 접착력도 향상시키는 것을 알 수 있다. 또한 TPN과 용해도가 비슷한 옥탄올도 TPN과 비슷한 결과를 보임을 알 수 있다.
위의 결과를 통하여 본 발명의 방법에 의해 합성된 나노입자는 비극성 용매 및 알코올류, 글리콜류, 글리콜에테르류, 글리콜에테르 아세테이트 류 등에 분산이 잘 되고 프린팅 특성이 우수함을 알 수 있다.

Claims (14)

  1. (1) 금속 전구체를 물에 용해시킨 후 금속 전구체 수용액의 pH를 9 내지 11로 조절하는 단계;
    (2) 상기 단계 (1)에서 제조된 금속 전구체 수용액에, 주쇄의 탄소수가 2 내지 11개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소 1종 이상과 주쇄의 탄소수가 12 내지 26개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소 1종 이상을 첨가하여 금속-지방산 리간드 화합물을 형성하는 단계; 및
    (3) 상기 단계 (2)에서 제조된 금속-지방산 리간드 화합물을 극성 또는 비극성 유기용매와 아민 중에 분산시킨 후, 여기에 환원제를 첨가하여 금속을 환원, 석출시켜 금속 나노입자를 수득하는 단계
    를 포함하는 금속 나노입자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 전구체가 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 주석, 팔라듐, 백금, 아연, 철, 인듐 및 마그네슘 중에서 선택되는 금속의 질산염, 황산염, 아세트산염, 인산염, 규산염 및 염산염으로 이루어진 무기염에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 나노입자의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속 전구체가 은의 무기염을 주성분으로 하고 은 이외의 다른 금속 1종 이상의 무기염을 보조성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노입자의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보조성분의 금속을 은의 무기염 1 mol에 대해 0.001 내지 0.3 mol의 양으로 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 나노입자의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 전구체 수용액의 pH를 암모니아 또는 아민류를 첨가하여 조절하는 것을 특징으로 하는 금속 나노입자의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 카르복실기-함유 지방산 탄화수소가 하기 화학식 1 내지 3의 구조를 갖는 포화 또는 불포화 지방산 탄화수소인 것을 특징으로 하는 금속 나노입자의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure 112010020334524-pat00004

    [화학식 2]
    Figure 112010020334524-pat00005

    [화학식 3]
    Figure 112010020334524-pat00006

    상기 식에서,
    R1, R1', R2, R2', R3, R3' 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 알킬, 이소알킬, 알콕시, 알칸올, 하이드록시 또는 아미노이고;
    n은 1 내지 20의 정수이다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주쇄의 탄소수가 2 내지 11개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소가 아세토닉산, 부티르산, 하이드록시 부티르산, 헥사노익산, 이소부티르산, 발레산, 피발산, 메틸옥타노익산, 디메틸옥타노익산, 메틸헥사노익산, 에틸헥사노익산, 부틸헥사노익산, 디에틸헥사노익산, 디메틸에틸헥사노익산, 트리메틸노난산, 이소스테아릭산 및 이소헥실데카노익산로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 나노입자의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주쇄의 탄소수가 12 내지 26개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소가 올레산, 리신올레산, 스테아릭산, 하이드록시스테아릭산, 리놀레산, 아미노데카노익산, 하이드록시 데카노익산, 라우르산, 데케노익산, 운데케노익산, 팔리트올레산, 헥실데카노익산, 하이드록시팔미틱산, 하이드록시미리스트산, 하이드록시데카노익산, 팔미트올레산 및 미스리스올레산로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 나노입자의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 주쇄의 탄소수가 2 내지 11개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소를 금속 전구체 1 mol에 대해 0.5 내지 1mol의 양으로 사용하고, 상기 주쇄의 탄소수가 12 내지 26개인 카르복실기-함유 지방산 탄화수소를 금속 전구체 1 mol에 대해 0.0001 내지 0.5 mol의 양으로 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 나노입자의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 환원제가 하이드라진, 페닐하이드라진 및 암모늄 보로하이드라이드로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 나노입자의 제조방법.
  11. 제1항에 따른 제조방법에 의해 제조된 금속 나노입자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 금속 나노입자가 10-110 nm의 평균 입도 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 나노입자.
  13. 제11항에 따른 금속 나노입자를 포함하는 금속 잉크 조성물.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 금속 잉크 조성물이 전자기기의 연성인쇄회로기판용 또는 액정표시장치의 게이트 전극 형성용 잉크로 사용되는 것을 특징으로 하는 금속 잉크 조성물.
KR1020100028731A 2010-03-30 2010-03-30 금속 나노입자의 제조방법, 이에 의해 제조된 금속 나노입자 및 이를 포함하는 금속 잉크 조성물 KR101700615B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100028731A KR101700615B1 (ko) 2010-03-30 2010-03-30 금속 나노입자의 제조방법, 이에 의해 제조된 금속 나노입자 및 이를 포함하는 금속 잉크 조성물
TW100110117A TWI543826B (zh) 2010-03-30 2011-03-24 金屬奈米粒子之製造方法、其所製造之金屬奈米粒子及含有該金屬奈米粒子之金屬墨組成物
CN201110081848.8A CN102205423B (zh) 2010-03-30 2011-03-29 金属纳米粒子及其制造方法以及含有其的金属油墨组合物

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100028731A KR101700615B1 (ko) 2010-03-30 2010-03-30 금속 나노입자의 제조방법, 이에 의해 제조된 금속 나노입자 및 이를 포함하는 금속 잉크 조성물

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110109139A KR20110109139A (ko) 2011-10-06
KR101700615B1 true KR101700615B1 (ko) 2017-01-31

Family

ID=44694648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100028731A KR101700615B1 (ko) 2010-03-30 2010-03-30 금속 나노입자의 제조방법, 이에 의해 제조된 금속 나노입자 및 이를 포함하는 금속 잉크 조성물

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR101700615B1 (ko)
CN (1) CN102205423B (ko)
TW (1) TWI543826B (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022085809A1 (ko) * 2020-10-19 2022-04-28 파워팩 주식회사 금속나노분말을 포함하는 항균 필름 및 이의 제조방법
KR20220059651A (ko) * 2020-11-03 2022-05-10 엘에스니꼬동제련 주식회사 탄성도가 우수한 전도성 페이스트용 은 분말 및 이의 제조방법

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013077605A1 (ko) * 2011-11-21 2013-05-30 한화케미칼 주식회사 태양전지의 전면 전극용 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지
JP5850784B2 (ja) * 2012-03-29 2016-02-03 Dowaエレクトロニクス株式会社 ブースターアンテナおよびその製造方法
KR102023374B1 (ko) * 2012-03-29 2019-09-20 주식회사 동진쎄미켐 인쇄용 구리 페이스트 조성물 및 이를 이용한 금속패턴의 형성방법
KR20140027624A (ko) * 2012-08-23 2014-03-07 삼성정밀화학 주식회사 상전이 환원법을 이용한 금속 나노입자의 제조방법 및 이로부터 제조된 금속 나노입자를 포함한 금속잉크
KR20140087324A (ko) * 2012-12-28 2014-07-09 삼성정밀화학 주식회사 금속잉크의 제조방법 및 이로부터 제조된 금속 잉크
JP6029719B2 (ja) * 2014-07-31 2016-11-24 Dowaエレクトロニクス株式会社 銀粉及びその製造方法、並びに導電性ペースト
CN104148668A (zh) * 2014-08-22 2014-11-19 宁波蓝威环保科技有限公司 一种液相纳米银胶体的制备方法
KR20180018485A (ko) * 2015-06-15 2018-02-21 가부시키가이샤 오사카소다 금속 나노 미립자 제조용 조성물
CN107629544A (zh) * 2016-07-18 2018-01-26 苏州斯贝孚光电科技有限公司 一种多元化合物纳米电子油墨复合式的制备方法
CN106634215A (zh) * 2016-12-01 2017-05-10 南京大学 用于柔性电子器件的纳米铟墨水及其制备方法和应用
CN106590173A (zh) * 2016-12-01 2017-04-26 南京大学 可低温固化的纳米金属墨水及其制备方法和应用
EP3476802A1 (en) * 2017-10-30 2019-05-01 Alessandro La Torre Processing of optically active terrestrial carbon forms
CN108436103A (zh) * 2018-05-30 2018-08-24 湖北工程学院 一种钯纳米花及其制备方法
JP2020073712A (ja) * 2019-09-12 2020-05-14 株式会社新光化学工業所 ニッケル超微粒子の製造方法及び製造装置ならびに微粒子
CN115259978A (zh) * 2022-08-12 2022-11-01 南京理工大学 一种核壳结构的聚多巴胺包覆三氢化铝复合物及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006219693A (ja) 2005-02-08 2006-08-24 Harima Chem Inc 金属銀微粒子の製造方法
JP2008019504A (ja) 2006-07-10 2008-01-31 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 金属ナノ粒子の製造方法
JP2009256779A (ja) 2008-03-27 2009-11-05 Furukawa Electric Co Ltd:The 銅微粒子分散水溶液の製造方法及び銅微粒子分散水溶液の保管方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005081501A (ja) * 2003-09-09 2005-03-31 Ulvac Japan Ltd 金属ナノ粒子及びその製造方法、金属ナノ粒子分散液及びその製造方法、並びに金属細線及び金属膜及びその形成方法
EP1769867B1 (en) * 2004-07-08 2014-05-21 Mitsubishi Materials Corporation Method for producing metal fine particle, metal fine particle produced thereby, composition containing same, light absorbing material, and application thereof
US20060044382A1 (en) * 2004-08-24 2006-03-02 Yimin Guan Metal colloid dispersions and their aqueous metal inks
JP4839767B2 (ja) * 2005-10-14 2011-12-21 東洋インキScホールディングス株式会社 金属微粒子分散体の製造方法、該方法で製造された金属微粒子分散体を用いた導電性インキ、および導電性パターン。
US8282860B2 (en) * 2006-08-07 2012-10-09 Inktec Co., Ltd. Process for preparation of silver nanoparticles, and the compositions of silver ink containing the same
JP5252843B2 (ja) * 2007-01-09 2013-07-31 Dowaエレクトロニクス株式会社 銀インクおよびその製法
CN101503396B (zh) * 2009-03-04 2011-07-20 沈阳天峰生物工程技术有限公司 一种紫杉醇的半合成方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006219693A (ja) 2005-02-08 2006-08-24 Harima Chem Inc 金属銀微粒子の製造方法
JP2008019504A (ja) 2006-07-10 2008-01-31 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 金属ナノ粒子の製造方法
JP2009256779A (ja) 2008-03-27 2009-11-05 Furukawa Electric Co Ltd:The 銅微粒子分散水溶液の製造方法及び銅微粒子分散水溶液の保管方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022085809A1 (ko) * 2020-10-19 2022-04-28 파워팩 주식회사 금속나노분말을 포함하는 항균 필름 및 이의 제조방법
KR20220059651A (ko) * 2020-11-03 2022-05-10 엘에스니꼬동제련 주식회사 탄성도가 우수한 전도성 페이스트용 은 분말 및 이의 제조방법
WO2022097840A1 (ko) * 2020-11-03 2022-05-12 엘에스니꼬동제련 주식회사 탄성도가 우수한 전도성 페이스트용 은 분말 및 이의 제조방법
KR102401091B1 (ko) * 2020-11-03 2022-05-23 엘에스니꼬동제련 주식회사 탄성도가 우수한 전도성 페이스트용 은 분말 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN102205423B (zh) 2015-01-21
TW201141636A (en) 2011-12-01
CN102205423A (zh) 2011-10-05
TWI543826B (zh) 2016-08-01
KR20110109139A (ko) 2011-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101700615B1 (ko) 금속 나노입자의 제조방법, 이에 의해 제조된 금속 나노입자 및 이를 포함하는 금속 잉크 조성물
Lee et al. A low-cure-temperature copper nano ink for highly conductive printed electrodes
TWI386955B (zh) 透明導電層及其製造方法
KR100895192B1 (ko) 도전배선 형성용 페이스트에 사용되는 유기 은 착화합물
TWI509032B (zh) 不形成粒子的傳導性墨水組成物及其製造方法
JP6051165B2 (ja) 銅パターン形成用組成物及び銅パターンの製造方法
US9340684B2 (en) Conductive metal ink composition, and method for forming a conductive pattern
JP2009527076A (ja) 導電線パターン形成のための銀オルガノゾルインク
KR20100004376A (ko) 금속 나노 입자의 제조방법
TWI690943B (zh) 銀奈米粒子分散體之製造方法、銀奈米粒子墨水之製造方法、電極之製造方法、薄膜電晶體之製造方法及銀奈米粒子墨水
JP4935175B2 (ja) 金属微粒子分散体およびその製造方法
TW201602272A (zh) 導電性組成物
JPWO2016204105A1 (ja) 金属ナノ微粒子製造用組成物
WO2014061556A1 (ja) 導電性基板用金属粒子分散体及びその製造方法、並びに導電性基板の製造方法
CN108610743A (zh) 一种导电墨水组合物及其制备方法
JP5944668B2 (ja) 金属銅焼結膜の製造方法
TW201408739A (zh) 製備金屬奈米顆粒之方法及使用其之墨水
JP5776180B2 (ja) 導電性インク組成物、及びそれを用いて製造された電気的導通部位
KR101012986B1 (ko) 전도성 잉크의 제조 방법
TW201315685A (zh) 銀微粒子及含有該銀微粒子之導電膏,導電膜及電子裝置
WO2014061750A1 (ja) 分散剤、導電性基板用金属粒子分散体、及び導電性基板の製造方法
JP4176627B2 (ja) 金属コロイド粒子及びその製造方法並びにそれを配合した流動性組成物、その流動性組成物を用いて形成した電極
KR100587402B1 (ko) 도전선 패턴 형성을 위한 은 오르가노 졸 잉크
KR20110020966A (ko) 금속 나노입자의 제조방법, 이에 의해 제조된 금속 나노입자 및 이를 포함하는 금속 잉크 조성물
TW201516179A (zh) 銅薄膜形成組成物

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191210

Year of fee payment: 4