KR101824908B1 - 입자의 표면처리 방법 및 그에 따라 표면처리된 입자를 포함하는 현탁액 조성물 - Google Patents

입자의 표면처리 방법 및 그에 따라 표면처리된 입자를 포함하는 현탁액 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 (a) 금속 입자 또는 세라믹 입자를 고리형 화합물을 포함하는 비양성자성 용매(aprotic solvent) 중에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 분산액, 및 산 또는 염기을 혼합한 용액을 가열하여 상기 고리형 화합물을 개환(ring opening)시키는 단계;를 포함하는, 입자의 표면처리 방법 및 그에 따라 표면처리된 입자를 포함하는 현탁액 조성물을 제공한다.

Description

입자의 표면처리 방법 및 그에 따라 표면처리된 입자를 포함하는 현탁액 조성물{A METHOD FOR TREATING SURFACE OF PARTICLES AND A SUSPENSION COMPOSITION COMPRISING THE PARTICLES TREATED THEREBY}
본 발명은 금속 입자 또는 세라믹 입자의 표면처리 방법 및 그에 따라 표면처리된 입자를 포함하는 현탁액 조성물에 관한 것이다.
현대 양자 역학에서 물질의 입자 크기가 마이크로미터 또는 나노미터 수준으로 작아지면 동일한 물질에서도 정성적으로 특이한 물성이 구현될 수 있음이 밝혀졌고, 이에 따라 물질의 입자 크기가 정성적인 물성에 영향을 미치는 제어 변수가 될 수 있음이 규명되었다.
특히, 최근들어 나노미터 단위의 세라믹 입자 물질이 다양한 분야에서 널리 활용되고 있으며, 그 응용 가능성 또한 높아지고 있다. 특히, 생명공학, 의학 등 BT 분야에 대한 관심이 고조되면서 세라믹 입자의 합성, 기능화 및 응용과 관련된 연구들이 활발히 진행되고 있다.
예를 들어, 세라믹 입자의 물리화학적 특성 또는 콜로이드의 안정성, 생물학적 응용 가능성과 같은 요소를 고려하여 제약이나 생의학 분야에 세라믹 입자를 적용하려는 시도가 지속적으로 이루어지고 있다. 또한, 표면 개질을 통해 만들어진 고자장 민감성의 세라믹 입자는 자기장의 존재 여부에 따라 자기력의 강화 및 소멸 정도가 조절되고 표적 부위에 특이적 결합을 유도할 수 있기 때문에 생체 친화적 소재로 활용될 수 있다.
아울러, 자기공명영상(MRI)을 위한 조영제 뿐만 아니라 약물 전달, 발열 요법에 의한 치료, 손상된 조직의 복구, 생물학적 분석 및 센싱, 환경복원과 수질검사와 같은 다양한 분야에서 세라믹 입자의 이용이 가능해졌다.
한편, 이러한 생물학, 의학, 제약 분야 외에도 디스플레이 분야와 에너지 분야, 우주항공 재료 분야, 전지 재료 분야에 이르기까지 세라믹 입자의 활용 범위가 점차 확대되면서, 세라믹 입자의 표면을 처리하여 매질(medium)에 대한 분산성과 입자 자체의 구조적 안정성을 향상시키는 기술에 대한 수요가 증대하고 있다.
이에 대해, TEOS(Tetraethylorthosilicate), TMOS(Tetramethoxysilane)와 같은 소수성 실리케이트를 이용한 세라믹 입자의 표면처리와 관련된 연구가 다수 진행된 바 있다. 다만, 이러한 실리카 코팅의 경우, 입자 간 응집 현상을 억제하여 전기적 특성을 유지할 수 있는 장점이 있지만, 양산성이 떨어지고 자화 능력이 저하될 수 밖에 없기 때문에, 바이오 센서와 같은 센서 분야에 적용시 센서 감도를 크게 저하시킬 수 있다는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 분산성, 구조적 안정성 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 입자의 표면처리 방법 및 그에 따라 표면처리된 입자를 포함하는 현탁액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 (a) 금속 입자 또는 세라믹 입자를 고리형 화합물을 포함하는 비양성자성 용매(aprotic solvent) 중에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 분산액 및 산을 혼합한 용액을 가열하여 상기 고리형 화합물을 개환(ring opening)시키는 단계;를 포함하는, 입자의 표면처리 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은 (a) 금속 입자 또는 세라믹 입자를 고리형 화합물을 포함하는 비양성자성 용매(aprotic solvent) 중에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 분산액 및 염기를 혼합한 용액을 가열하여 상기 고리형 화합물을 개환(ring opening)시키는 단계;를 포함하는, 입자의 표면처리 방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 세라믹 입자가 하기 화학식 1로 표시되는 동종 또는 이종의 금속 또는 비금속 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
AxBy
상기 식에서,
A가 철, 망간, 크롬, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 사마륨, 가돌리늄, 네오디뮴, 유로퓸, 바륨, 백금, 붕소, 알루미늄, 지르코늄, 실리콘, 티타늄, 텅스텐, 이리듐, 하프늄, 리튬, 갈륨, 인듐, 금, 은, 주석, 마그네슘, 비스무스, 게르마늄 또는 이트륨이고, B가 붕소, 탄소, 질소, 산소, 인 또는 황이며, x, y가 각각 상기 화학식 1을 만족하도록 하는 1 내지 5의 정수 중 하나이다.
일 실시예에 있어서, 상기 세라믹 입자가 하기 화학식 2로 표시되는 동종 또는 이종의 금속 또는 비금속 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
AxCzBy
상기 식에서,
A와 C가 각각 철, 망간, 크롬, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 사마륨, 가돌리늄, 네오디뮴, 유로퓸, 바륨, 백금, 붕소, 알루미늄, 지르코늄, 실리콘, 티타늄, 텅스텐, 이리듐, 하프늄, 리튬, 갈륨, 인듐, 금, 은, 주석, 마그네슘 및 이트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, B가 붕소, 탄소, 질소, 산소, 인 또는 황이며, x, y, z가 각각 상기 화학식 2를 만족하도록 하는 1 내지 5의 정수 중 하나이다.
일 실시예에 있어서, 상기 고리형 화합물이 N-메틸피롤리돈, N-에틸-2-피롤리돈, N-프로필피롤리돈, N-n-부틸피롤리돈, N-이소부틸피롤리돈, N-t-부틸피롤리돈, N-n-펜틸피롤리돈, N-(메틸부틸)피롤리돈 및 N-메톡시프로필피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 용액의 pH가 5.0 이하일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 산이 염산, 황산, 아황산, 질산, 인산, 규산, 붕산, 아세트산, 포름산, 시트르산, 락트산, 아미노산, 타르타르산, 히알루론산, 아스코르브산, 글루코오스(glucose), 모노소듐 시트레이트(monosodium citrate), 다이소듐 시트레이트(disodium citrate), 트리소듐 시트레이트(trisodium citrate), 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid, NTA), EDTA(ethylene diamine tetraacetic acid), DPTA(diethylene triamine pentaacetic acid), EGTA(ethylene glycol tetraacetic acid), BAPTA(1,2-bis(o-aminophenoxy)ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid), NOTA(1,4,7-triazacyclononane-1,4,7-triacetic acid), DOTA(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid), 니코티안아민(nicotianamine), 폴리아크릴산(polyacrylic acid, PAA), 및 소듐 폴리아크릴레이트(sodium polyacrylate), 산성 백토(acid clay), 토산금속(earth-acid metal) 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 용액의 pH가 8.0 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 염기가 암모니아, 수산화암모늄, 수산화마그네슘, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화바륨, 수산화알루미늄, 수산화철, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 탄산칼륨, 메틸아민, 암모늄퍼설페이트 및 아닐린으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 비양성자성 용매가 물 및 양성자성 용매 중 하나 이상을 더 포함하고, 상기 물의 부피(VW)에 대한 상기 비양성자성 용매의 부피(VA)의 비(VA/VW)가 1 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계 이후에 (a') 상기 분산액에 실리콘계 화합물, 탄소계 화합물 및 금속 성분 중 하나 이상을 투입하고 혼합하여 상기 금속 입자 또는 세라믹 입자의 표면에 하나 이상의 층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리콘계 화합물이 실란, 디메틸실란, 트리메틸실란, 테트라메틸실란, 디에틸실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 테트라메틸오르쏘실리케이트(TMOS), 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS), 옥타메틸트리실록산(OMTS), 옥타메틸시클로테트라실록산(OMCTS), 테트라메틸디메틸디메톡시디실란, 테트라메틸시클로테트라실록산(TOMCATS), 디메틸디메톡시실란(DMDMOS), 디에톡시메틸실란(DEMS), 메틸트리에톡시실란(MTES), 페닐디메틸실란, 페닐실란, 트리메틸(트리플루오로메틸)실란, 트리에틸(트리플루오로메틸)실란 및 폴리실록산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄소계 화합물이 그라파이트, 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 풀러렌, 카바이드(탄화물)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a') 단계에서 수용성 분산제 및 지용성 분산제 중 하나 이상을 더 투입할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 금속 성분이 은, 알루미늄, 니켈, 구리, 금, 백금, 코발트 및 아연으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은 금속 입자 또는 세라믹 입자, 산, 및 비양성자성 용매를 포함하는 현탁액 조성물에 있어서, 상기 비양성자성 용매가 고리형 화합물을 포함하고, 상기 현탁액 조성물의 pH가 5.0 이하이고, 상기 고리형 화합물이 개환된 사슬형 화합물이 상기 금속 입자 또는 세라믹 입자의 표면에 정전기적으로 결합된, 현탁액 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은 금속 입자 또는 세라믹 입자, 염기, 및 비양성자성 용매를 포함하는 현탁액 조성물에 있어서, 상기 비양성자성 용매가 고리형 화합물을 포함하고, 상기 현탁액 조성물의 pH가 8.0 이상이고, 상기 고리형 화합물이 개환된 사슬형 화합물이 상기 금속 입자 또는 세라믹 입자의 표면에 정전기적으로 결합된, 현탁액 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 측면 따르면, 비양성자성 용매에 포함된 고리형 화합물을 개환시켜 생성된 사슬형 화합물을 금속 입자 또는 세라믹 입자에 대한 표면 개질제로 작용하도록 함으로써, 본질적으로 별도의 분산제를 사용하지 않더라도 입자의 분산성을 안정적으로 유지할 수 있고, 그에 따라 입자에 균일한 전기적 특성을 부여할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산액 및 염기를 혼합한 용액의 FT-IR(푸리에 변환 적외선분광) 스펙트럼이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네타이트 입자의 pH에 따른 제타포텐셜 분포를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 입자의 표면처리 방법을 도식화한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면처리된 세라믹 입자를 도식화한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면처리된 세라믹 입자의 FT-IR 스펙트럼이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 표면처리된 세라믹 입자의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 표면처리된 세라믹 입자의 FT-IR 스펙트럼이다.
도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 표면처리된 세라믹 입자의 쉘 부분의 두께 및 제타포텐셜의 관계를 도식화한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면처리된 세라믹 입자의 SEM(Scanning Electron Microscopy) 및 EDS(energy dispersive x-ray spectroscopy) 이미지이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 분산액의 제타포텐셜 측정 결과이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 일 측면은 (a) 금속 입자 또는 세라믹 입자를 고리형 화합물을 포함하는 비양성자성 용매(aprotic solvent) 중에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 분산액, 및 산 또는 염기를 혼합한 용액을 가열하여 상기 고리형 화합물을 개환(ring opening)시키는 단계;를 포함하는, 입자의 표면처리 방법을 제공한다.
상기 (a) 단계에서, 금속 입자 또는 세라믹 입자를 용매 중에 분산시켜 분산액, 현탁액 또는 페이스트를 제조할 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어, "분산액(dispersion)"은 액체 내에 고체 입자가 분산되어 부유하고 있는 상태의 물질을 의미한다.
상기 금속 입자를 구성하는 금속 성분은 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니며, 요구되는 물성, 예를 들어, 전기적 특성, 자기적 특성, 전자기적 특성 등에 따라 동종 금속으로 이루어질 수 있고, 2 이상의 이종 금속으로 이루어질 수도 있다.
상기 세라믹 입자가 하기 화학식 1로 표시되는 동종 또는 이종의 금속 또는 비금속 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
AxBy
상기 식에서,
A가 철, 망간, 크롬, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 사마륨, 가돌리늄, 네오디뮴, 유로퓸, 바륨, 백금, 붕소, 알루미늄, 지르코늄, 실리콘, 티타늄, 텅스텐, 이리듐, 하프늄, 리튬, 갈륨, 인듐, 금, 은, 주석, 마그네슘, 비스무스, 게르마늄 또는 이트륨이고, B가 붕소, 탄소, 질소, 산소, 인 또는 황이며, x, y가 각각 상기 화학식 1을 만족하도록 하는 1 내지 5의 정수 중 하나이다.
상기 화학식 1의 화합물의 비제한적 예로서, 지르코늄디보라이드(ZrB2), 실리콘카바이드(SiC), 마그네타이트(Fe3O4), 산화철(III)(Fe2O3), 보론카바이드(B4C), 티타늄디보라이드(TiB2), 티타늄나이트라이드(TiN), 티타늄카바이드(TiC), 지르코늄옥사이드(ZrO2) 이리듐옥사이드(IV)(IrO2), 실리콘옥사이드(SiO2) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 중 2 이상의 이종 세라믹 화합물이 혼합 또는 결합된 것일 수도 있다.
상기 화합물이 니켈, 구리, 철과 같은 자성 성분을 포함하는 경우에 전자기 구동이 가능한 반면에, 이러한 자성 성분을 포함하지 않는 경우에는 전기 구동만 가능하므로, 바람직하게는, 상기 화합물이 자성 성분을 포함하는 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 마그네타이트(Fe3O4)일 수 있다.
또한, 상기 세라믹 입자가 하기 화학식 2로 표시되는 동종 또는 이종의 금속 또는 비금속 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
AxCzBy
상기 식에서,
A와 C가 각각 철, 망간, 크롬, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 사마륨, 가돌리늄, 네오디뮴, 유로퓸, 바륨, 백금, 붕소, 알루미늄, 지르코늄, 실리콘, 티타늄, 텅스텐, 이리듐, 하프늄, 리튬, 갈륨, 인듐, 금, 은, 주석, 마그네슘 및 이트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, B가 붕소, 탄소, 질소, 산소, 인 또는 황이며, x, y, z가 각각 상기 화학식 2를 만족하도록 하는 1 내지 5의 정수 중 하나이다.
상기 화합물에 대해 전자기 구동 성능을 부여하기 위해, 상기 화학식 2로 표시되는 상기 화합물이 SiSiC, SiOC, SiO2C, MnFeO3, MnFeO4, MnFe2O3, 또는 MnFe2O4일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 중 2 이상의 이종 세라믹 화합물이 혼합 또는 결합된 것일 수도 있다.
상기 고리형 화합물을 포함하는 비양성자성 용매(aprotic solvent)는 비양성자성인 고리형 화합물 자체일 수 있다.
상기 비양성자성 용매는 상기 (a) 단계에서 상기 금속 또는 세라믹 입자의 표면에 -10mV 이상의 (-) 전하를 부여할 수 있고, 이에 따라 유도된 입자 간 정전기적 힘(electrostatic force)에 의한 반발력(repulsion force)은 별도의 분산제 없이도 상기 금속 또는 세라믹 입자의 초기 분산을 용이하게 하여 후속되는 표면개질 또는 작용화(functionalizing)에 매우 유리하게 작용할 수 있다.
상기 고리형 화합물이 N-메틸피롤리돈, N-에틸-2-피롤리돈, N-프로필피롤리돈, N-n-부틸피롤리돈, N-이소부틸피롤리돈, N-t-부틸피롤리돈, N-n-펜틸피롤리돈, N-(메틸부틸)피롤리돈 및 N-메톡시프로필피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 N-메틸피롤리돈(NMP)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
하기 반응식 1을 참고하면, 상기 고리형 화합물, 예를 들어, NMP가 후속된 (b) 단계에서 사용된 산 또는 염기에 의해 조성된 강산 또는 강염기 조건 하에서 가열되는 경우, NMP가 개환(ring opening)되어 아미노부틸산이 생성될 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112017076856565-pat00012
이 때, 상기 아미노부틸산의 양 말단에 위치한 아미노기 및 카르복실기에는 각각 (+) 전하 및 (-) 전하가 부여될 수 있고, 이러한 (+) 또는 (-) 전하 및 상기 금속 또는 세라믹 입자의 표면에 부여된 전하 간에 인력이 유도되어 양자가 상호 정전기적으로 결합될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산액 및 염기를 혼합한 용액의 FT-IR(푸리에 변환 적외선분광) 스펙트럼이다. 도 1을 참고하면, pH가 10 이상인 조건에서 NMP의 새로운 N-H 피크가 생성되어 NMP가 아미노부틸산으로 전환되었음을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네타이트 입자의 pH에 따른 제타포텐셜 분포를 나타낸다. 도 2를 참고하면, 마그네타이트 입자의 표면은 산성 조건 하에서 (+) 전하를 띄고, 염기성 조건 하에서 (-) 전하를 띄는 것으로 나타나, 상기 (b) 단계에서 사용된 산 또는 염기가 마그네타이트 입자의 표면에 각각 (+) 전하와 (-) 전하를 부여할 수 있음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 입자의 표면처리 방법을 도식화한 것이다. 도 3을 참고하면, 상기 (b) 단계에서 염기가 사용되는 경우, 상기 비양성자성 용매에 의해 상기 세라믹 입자의 표면에 부여된 (-) 전하가 강화되므로, 상기 세라믹 입자와 상기 아미노부틸산 중 (+) 전하를 띤 아미노기가 상호 정전기적으로 결합될 수 있다. 반대로, 도 4를 참고하면, 상기 (b) 단계에서 산이 사용되는 경우, 상기 금속 또는 세라믹 입자의 표면에 부여된 (-) 전하가 (+) 전하로 전환되므로, 상기 금속 또는 세라믹 입자와 상기 아미노부틸산 중 (-) 전하를 띤 카르복실기가 상호 정전기적으로 결합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면처리된 세라믹 입자의 FT-IR 스펙트럼이다(blue line). 도 5를 참고하면, 표면처리된 세라믹 입자의 FT-IR 스펙트럼에서 N-H, C=O 및 Fe-O 피크가 모두 관찰되어, 상기 세라믹 입자와 상기 아미노부틸산 중 (+) 전하를 띤 아미노기가 상호 정전기적으로 결합되었음을 확인하였다.
상기 (b) 단계에서 산이 사용되는 경우, 상기 용액의 pH가 5.0 이하일 수 있다. 상기 용액의 pH가 5.0 초과이면 상기 비양성자성 용매에 의해 상기 세라믹 입자의 표면에 부여된 (-) 전하를 상쇄하여 (+) 전하를 부여할 수 없다. 구체적으로, 상기 용액의 pH가 5.0 초과이면 상기 비양성자성 용매에 의해 상기 세라믹 입자의 표면에 부여된 (-) 전하를 오히려 약화시켜 상기 세라믹 입자와 개환된 생성물의 정전기적 결합을 저해할 수 있다.
상기 산은 염산, 황산, 아황산, 질산, 인산, 규산, 붕산, 아세트산, 포름산, 시트르산, 락트산, 아미노산, 타르타르산, 히알루론산, 아스코르브산, 글루코오스(glucose), 모노소듐 시트레이트(monosodium citrate), 다이소듐 시트레이트(disodium citrate), 트리소듐 시트레이트(trisodium citrate), 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid, NTA), EDTA(ethylene diamine tetraacetic acid), DPTA(diethylene triamine pentaacetic acid), EGTA(ethylene glycol tetraacetic acid), BAPTA(1,2-bis(o-aminophenoxy)ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid), NOTA(1,4,7-triazacyclononane-1,4,7-triacetic acid), DOTA(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid), 니코티안아민(nicotianamine), 폴리아크릴산(polyacrylic acid, PAA), 및 소듐 폴리아크릴레이트(sodium polyacrylate), 산성 백토(acid clay), 토산금속(earth-acid metal) 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 강산일 수 있고, 바람직하게는 염산일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 (b) 단계에서 염기가 사용되는 경우, 상기 용액의 pH가 8.0 이상, 바람직하게는 9.0 이상일 수 있다. 상기 용액의 pH가 8.0 미만이면 상기 비양성자성 용매에 의해 상기 금속 또는 세라믹 입자의 표면에 부여된 (-) 전하를 충분히 강화시킬 수 없으므로, 상기 금속 또는 세라믹 입자와 개환된 생성물의 정전기적 결합을 저해할 수 있다.
상기 염기는 암모니아, 수산화암모늄, 수산화마그네슘, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화바륨, 수산화알루미늄, 수산화철, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 탄산칼륨, 메틸아민, 암모늄퍼설페이트 및 아닐린으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 강염기일 수 있고, 바람직하게는 수산화암모늄일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 비양성자성 용매는 비양성자성인 고리형 화합물 자체일 수 있고, 필요에 따라 미리 정해진 양의 물 및 양성자성 용매 중 하나 이상, 바람직하게는 물을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 물 및/또는 양성자성 용매의 부피(VW)에 대한 상기 비양성자성 용매의 부피(VA)의 비(VA/VW)가 1 이상일 수 있다.
VA/VW의 값이 1 미만이면 상기 금속 또는 세라믹 입자가 용매 중에 분산되는데 필요한 수준으로 대전될 수 없어 입자 간 응집이 발생할 수 있다. 또한, 후술할 (a') 단계에서 실리콘계 화합물, 탄소계 화합물 및 금속 성분 중 하나 이상으로 이루어진 하나 이상의 층이 과도하게 두껍게 성막되어 전기적 특성이 저하될 수 있다.
또한, 실리콘계 화합물 및 탄소계 화합물을 순차적으로 처리하여 금속 또는 세라믹 입자의 표면에 이들 각각으로 이루어진 복층 구조를 형성하는 경우, 실리콘 화합물 간의 반응으로 인해 탄소계 화합물로 이루어진 층과의 결합력이 저하될 수 있고, 이에 따라 상기 금속 또는 세라믹 입자의 전자 이동성(mobility)이 불균일해져 전자기 구동 성능이 현저히 저하될 수 있다.
상기 (a) 단계 이후에 (a') 상기 분산액에 실리콘계 화합물, 탄소계 화합물 및 금속 성분 중 하나 이상을 투입하고 혼합하여 상기 금속 또는 세라믹 입자의 표면에 하나 이상의 층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 분산액에 상기 실리콘계 화합물을 투입하고 혼합하여 상기 금속 또는 세라믹 입자의 표면에 상기 실리콘계 화합물로 이루어진 제1 층을 형성한 후, 상기 탄소계 화합물을 투입하고 혼합하여 상기 제1 층의 표면에 상기 탄소계 화합물로 이루어진 제2 층을 형성할 수 있다. 이와 달리, 상기 분산액에 상기 탄소계 화합물을 투입하고 혼합하여 상기 금속 또는 세라믹 입자의 표면에 상기 탄소계 화합물로 이루어진 제1 층을 형성한 후, 상기 실리콘계 화합물을 투입하고 혼합하여 상기 제1 층의 표면에 상기 실리콘계 화합물로 이루어진 제2 층을 형성할 수도 있다.
상기 실리콘계 화합물이 실란, 디메틸실란, 트리메틸실란, 테트라메틸실란, 디에틸실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 테트라메틸오르쏘실리케이트(TMOS), 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS), 옥타메틸트리실록산(OMTS), 옥타메틸시클로테트라실록산(OMCTS), 테트라메틸디메틸디메톡시디실란, 테트라메틸시클로테트라실록산(TOMCATS), 디메틸디메톡시실란(DMDMOS), 디에톡시메틸실란(DEMS), 메틸트리에톡시실란(MTES), 페닐디메틸실란, 페닐실란, 트리메틸(트리플루오로메틸)실란, 트리에틸(트리플루오로메틸)실란 및 폴리실록산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 탄소계 화합물이 그라파이트, 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 풀러렌, 카바이드(탄화물)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 실리콘카바이드(SiC) 또는 카본블랙일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 카본블랙일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 금속 성분이 은, 알루미늄, 니켈, 구리, 금, 백금, 코발트 및 아연으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 백금 또는 은일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 (a') 단계에서 필요에 따라 수용성 분산제 및 지용성 분산제 중 하나 이상을 더 투입할 수 있다. 상기 분산제의 투입량은 상기 분산액의 전체 중량을 기준으로 5중량% 이하일 수 있고, 바람직하게는 0.1 내지 5중량%, 더 바람직하게는 0.1 내지 3중량%일 수 있다.
상기 분산제의 투입량이 5중량%를 초과하더라도 입자의 전기적 특성은 그 이하인 경우와 유사하게 나타난다. 즉, 상기 분산제의 투입량이 약 5중량% 초과이면 입자의 전기적 특성, 구체적으로 제타포텐셜 값이 일정 값으로 수렴하기 때문에 공정 효율과 경제성의 측면을 고려하여 상기 분산제의 투입량을 상기 범위로 조절할 수 있다. 또한, 분산제가 과량으로 첨가되면 전체 반응 메커니즘이 제한될 수 있고, 잔류 분산제 간에 응집이 발생할 수도 있다.
상기 수용성 분산제는 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 폴리비닐알코올-폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리(N-비닐피롤리돈) 등의 친수성 비닐계 고분자; 폴리에틸렌글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜; 폴리에틸렌옥시드 및 폴리옥시에틸렌 등의 폴리알킬렌옥시드; 폴리하이드록시아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리하이드록시에틸아크릴레이트, 폴리아크릴산 등의 친수성 아크릴계 고분자; 폴리아스파트산, 알긴산, 키토산, 히알루론산, 덱스트란 등의 다당류; 폴리에테르이미드; 카르복시메틸셀룰로오스; 카보머; 젤라틴; 카르복실기 함유 단량체 유니트; 술폰산기 함유 단량체 유니트; 인산기 함유 단량체 유니트; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
상기 지용성 분산제는 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐브로마이드, 폴리스티렌 등의 지용성 비닐계 고분자; 올레일아민, 옥틸아민, 헥실아민, 부틸아민, 프로필아민, 헥사데실아민, 옥타데실아민, 디옥틸아민, 디벤질아민, 디부틸아민, 디헥실아민, 트리옥틸아민, 트리헥실아민, 트리부틸아민 등의 아민; 소듐알킬포스페이트, 트리옥틸포스페이트 등의 알킬포스페이트; 트리옥틸포스핀, 트리부틸포스핀, 트리페닐포스핀 등의 알킬포스핀; 트리옥틸포스핀옥사이드 등의 알킬포스핀옥사이드; 올레핀; 리놀레익산; 리시놀레익산; 팔미트산; 올레인산; 스테아르산; 미리스트올레인산; 팔미톨레산; 사피에닉산; 아라키돈산; 에이코사펜타엔산; 에루신산; 도코사헥사엔산; 라우르산; 도데실산; 알킬디올; 소듐알킬설페이트; 모노스테아린; 폴리메틸메타크릴레이트; 솔비탄모노올레이트; 솔비탄트리올레이트; 지방산; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 표면처리된 금속 또는 세라믹 입자는, 비양성자성 용매에 포함된 고리형 화합물이 개환되면서 생성된 사슬형 화합물이 금속 또는 세라믹 입자에 대한 표면 개질제로 작용할 수 있으므로, 본질적으로 별도의 분산제를 사용하지 않더라도 입자의 분산성을 안정적으로 유지할 수 있고, 그에 따라 입자에 균일한 전기적 특성을 부여할 수 있다. 또한, 이러한 분산성은 필요에 따라 수용성 또는 지용성 분산제를 추가로 사용함으로써 더 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1
자석 교반기(magnetic bar)를 이용하여 마그네타이트(Fe3O4) 입자 10g을 DIW 200mL에 3회 세척한 후, DIW : N-메틸피롤리돈(NMP)이 각각 1 : 3의 부피 비로 혼합된 혼합 용매를 투입하고 10분 간 초음파를 인가하여 마그네타이트 입자를 분산시켜 분산액을 제조하였다.
별도의 용기를 이용하여 NMP : NH4OH가 각각 3 : 1의 부피 비로 혼합된 혼합 용매를 준비하고 80℃에서 30분 간 초음파를 인가하여 분산시켜 용액을 제조하였다.
3L 용량의 3 neck RBF(round bottom flask)에 에탄올 1000mL, 상기 분산액 및 상기 용액을 투입하고 80℃에서 12시간 동안 교반한 후, 에탄올 및 DIW로 각각 3회 씩 세척하여 표면처리된 마그네타이트 입자를 수득하였다.
실험예 1: 모폴로지 (morphology) 분석
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면처리된 마그네타이트 입자의 FT-IR 스펙트럼이다(blue line). 도 5를 참고하면, 표면처리된 마그네타이트 입자의 FT-IR 스펙트럼에서 N-H, C=O 및 Fe-O 피크가 모두 관찰되어, 상기 마그네타이트 입자와 상기 아미노부틸산 중 (+) 전하를 띤 아미노기가 상호 정전기적으로 결합되었음을 확인하였다.
실시예 2
자석 교반기(magnetic bar)를 이용하여 마그네타이트(Fe3O4) 입자 10g을 DIW 200mL에 3회 세척한 후, DIW : N-메틸피롤리돈(NMP)이 각각 1 : 3의 부피 비로 혼합된 혼합 용매를 투입하고 10분 간 초음파를 인가하여 마그네타이트 입자를 분산시켜 분산액을 제조하였다.
별도의 용기를 이용하여 NMP : NH4OH가 각각 3 : 1의 부피 비로 혼합된 혼합 용매를 준비하고 80℃에서 30분 간 초음파를 인가하여 분산시켜 용액을 제조하였다.
3L 용량의 3 neck RBF(round bottom flask)에 에탄올 1000mL, 상기 분산액 및 상기 용액을 투입하고 80℃에서 30분 간 교반한 후, 온도를 상온으로 유지한 상태에서 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS) 20mL를 적가하면서 12시간 동안 더 교반하였고, 생성물을 에탄올 및 DIW로 각각 3회 씩 세척하여 표면처리된 마그네타이트 입자를 수득하였다.
실시예 3
상기 분산액 제조 시 DIW를 사용하지 않고 NMP 단일 용매를 사용한 것을 제외하면, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 표면처리된 마그네타이트 입자를 수득하였다.
실시예 4
상기 분산액 제조 시 DIW : NMP의 부피 비를 각각 1 : 1로 조절한 것을 제외하면, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 표면처리된 마그네타이트 입자를 수득하였다.
비교예 1
상기 분산액 제조 시 NMP를 사용하지 않고 DIW 단일 용매를 사용한 것을 제외하면, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 표면처리된 마그네타이트 입자를 수득하였다.
비교예 2
상기 분산액 제조 시 DIW : NMP의 부피 비를 각각 3 : 1로 조절한 것을 제외하면, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 표면처리된 마그네타이트 입자를 수득하였다.
실험예 2: 혼합 용매의 조성에 따른 제타포텐셜 측정 실험
표면처리된 마그네타이트 입자의 전기적 특성은 제타포텐셜(Zeta potential)을 측정하여 확인할 수 있다. 용액에 분산되어 있는 입자는 그 표면 극성기의 해리와 이온의 흡착에 의해 전기적으로 음(-) 또는 양(+)으로 대전하고 있다. 따라서, 입자 주위에는 계면 전하를 중화하기 위해 과잉으로 존재하는 반대 부호를 가진 이온과 소량의 동일한 전하를 지닌 이온이 확산적으로 분포하고 있다. 외부에서 용액에 전기장을 가하면 입자는 그 표면 전위의 부호와 반대 방향으로 영동(이동)하게 되는데, 이때의 입자 이동 속도를 가해준 전기장의 세기와 유체역학적인 효과(용매의 점도, 유전율 등)를 고려하여 계산된 것이 제타포텐셜이다.
제타포텐셜은 고정층과 확산층의 경계면에 가까운 미끄러운 면(slip plane)에서의 전위를 나타낸다. 다만, 콜로이드 입자의 표면 전위를 직접적으로 측정하기 어려우므로 표면 전위에 관한 정보는 주로 전기 영동 실험에 의해 얻어진 제타포텐셜 값으로부터 얻을 수 있다. 미립자나 콜로이드의 경우 실험적으로 구해진 제타포텐셜의 절대값이 크면 입자 간의 반발력이 강해져 입자의 안정성은 높아지는 반면에, 작으면 입자는 응집하기 쉬워진다.
일반적으로, 제타포텐셜의 절대값이 10mV 미만이면 거의 전하를 띠지 않기 때문에 전기적 특성이 미약하다고 볼 수 있다. 따라서, 제타포텐셜은 입자의 분산 안정성의 척도로서 사용될 수 있다.
실시예 2~4, 및 비교예 1~2의 분산액에 대한 pH 및 그에 따른 제타포텐셜 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 pH 제타포텐셜 (mV)
실시예 2 9.65 -23.6
실시예 3 10.13 -66.8
실시예 4 8.17 -15.4
비교예 1 5.74 4.28
비교예 2 6.36 -10.2
상기 표 1을 참고하면, 비교예 1, 2가 각각 4.28mV, -10.2mV로 상기 분산액 중 마그네타이트 입자의 대전 수준이 미약한 것으로 나타났으나, 실시예 2~4는 -15mV 이하로 마그네타이트 입자가 대전되어 혼합 용매 중 일정 량으로 포함된 NMP에 의해 마그네타이트 입자의 초기 분산이 균일하게 이루어짐을 확인하였다.
그 외 다양한 입자가 NMP 단일 용매 내에 분산된 분산액에 대한 제타포텐셜 측정 결과를 하기 표 2 및 도 10에 나타내었다.
구분 제타포텐셜 (mV)
ZrB2 -43.4
SiC -45.7
ZrB2 + SiC -41.0
실험예 3: 혼합 용매의 조성에 따른 모폴로지 (morphology) 분석
실시예 2~4, 및 비교예 1~2에 있어서, 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS) 20mL의 적가 및 교반을 완료한 후, 각각의 시료를 채취하여 TEM, FT-IR 분석, 제타포텐셜 측정 결과를 각각 도 6 내지 도 8에 나타내었다.
도 6을 참고하면, 분산액 중 NMP의 농도가 증가할수록 마그네타이트 표면에 형성된 실리콘계 화합물로 이루어진 층의 두께가 감소하였다. 도 7을 참고하면, 모든 시료에서 Fe-O, Si-OH, Si-O-Si 피크가 관찰되어 마그네타이트 입자의 표면에 TEOS로 이루어진 층이 양호하게 형성되었음을 알 수 있다.
또한, 도 8를 참고하면, 실시예 2~4의 TEOS 층의 두께가 비교예 1~2에 비해 얇은 반면에, 제타포텐셜의 절대값은 감소한 것으로 나타났으나, 이 경우에도 입자의 분산 안정성을 충분히 유지한 것으로 나타났다. 제타포텐셜의 절대값이 상대적으로 큰 비교예 1, 2의 경우, 상기와 같이 분산액 단계에서의 제타포텐셜이 낮아 초기 분산이 불균일하게 이루어지고 TEOS 층이 과도하게 두껍게 성막되거나 입자가 각각 개별적으로 코팅되지 않고 응집된 상태에서 코팅되어 입자의 분산 특성 및 전기적 특성을 현저히 저하시킬 수 있다. 즉, 마그네타이트 입자의 표면에 성막된 TEOS 층의 두께와 입자의 제타포텐셜 간에는 형식적인 트레이드-오프(trade-off)가 존재하나, 그 모폴로지를 살펴보면 TEOS 층이 과도하게 두껍게 성막되는 경우 각각의 입자의 전자 이동성(mobility)이 불균일해져 전자기 구동 성능이 현저히 저하될 수 있으므로, 입자의 분산성과 전기적 특성을 균형적으로 구현할 필요가 있다.
실시예 5
자석 교반기(magnetic bar)를 이용하여 마그네타이트(Fe3O4) 입자 10g을 DIW 200mL에 3회 세척한 후, DIW : N-메틸피롤리돈(NMP)이 각각 1 : 3의 부피 비로 혼합된 혼합 용매를 투입하고 10분 간 초음파를 인가하여 마그네타이트 입자를 분산시켜 분산액을 제조하였다.
별도의 용기를 이용하여 NMP : NH4OH가 각각 3 : 1의 부피 비로 혼합된 혼합 용매를 준비하고 80℃에서 30분 간 초음파를 인가하여 분산시켜 용액을 제조하였다.
별도의 용기를 이용하여 NMP 20mL에 카본블랙 입자 3g과 올레인산을 투입하고 30분 간 초음파를 인가하여 분산시켜 카본블랙 용액을 제조하였다. 이 때, 상기 올레인산의 투입량을 후속되는 건조 단계 이전까지의 생성물의 총 중량을 기준으로 3중량%가 되도록 조절하였다.
3L 용량의 3 neck RBF(round bottom flask)에 에탄올 1000mL, 상기 분산액 및 상기 용액을 투입하고 80℃에서 30분 간 교반하였다. 상기 RBF의 온도를 상온으로 유지한 상태에서 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS) 20mL를 적가하면서 12시간 동안 더 교반하였고, 상기 카본블랙 용액을 적가하면서 30분 간 더 교반한 후, NH4OH 15mL를 투입하여 교반하면서 상기 RBF를 180℃까지 승온시켰다. 12시간 동안 온도를 유지하면서 교반한 후, 생성물을 에탄올로 3회 세척하고 80℃에서 건조시켜 입자상 생성물을 얻었다.
상기 입자상 생성물을 직경 6mm, 높이 10mm의 몰드에 투입하고, 600MPa의 하중을 인가하여 저온 압축하였다. 이후, 온도와 압력이 각각 600℃, 2.3*10- 5torr로 설정된 진공로(vacuum furnace)에서 상기 몰드를 2시간 동안 열처리하여 표면처리된 마그네타이드 입자를 수득하였다.
실시예 6
자석 교반기(magnetic bar)를 이용하여 마그네타이트(Fe3O4) 입자 10g을 DIW 200mL에 3회 세척한 후, DIW : N-메틸피롤리돈(NMP)이 각각 1 : 3의 부피 비로 혼합된 혼합 용매를 투입하고 10분 간 초음파를 인가하여 마그네타이트 입자를 분산시켜 분산액을 제조하였다.
별도의 용기를 이용하여 NMP : NH4OH가 각각 3 : 1의 부피 비로 혼합된 혼합 용매를 준비하고 80℃에서 30분 간 초음파를 인가하여 분산시켜 용액을 제조하였다.
별도의 용기를 이용하여 NMP 20mL에 백금(또는 은) 입자를 투입하고 10분 간 초음파를 인가하여 분산시켜 금속 성분 용액을 제조하였다. 이 때, 상기 백금 및 은 입자의 투입량을 후속되는 건조 단계 이전까지의 생성물의 총 중량을 기준으로 10중량% 이하가 되도록 조절하였다.
3L 용량의 3 neck RBF(round bottom flask)에 에탄올 1000mL, 상기 분산액 및 상기 용액을 투입하고 80℃에서 30분 간 교반하였다. 상기 RBF의 온도를 상온으로 유지한 상태에서 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS) 20mL를 적가하면서 12시간 동안 더 교반하였고, 상기 금속 성분 용액을 적가하면서 30분 간 더 교반한 후, NH4OH 15mL를 투입하여 교반하면서 상기 RBF를 180℃까지 승온시켰다. 12시간 동안 온도를 유지하면서 교반한 후, 생성물을 에탄올로 3회 세척하고 80℃에서 건조시켜 입자상 생성물을 얻었다.
도 9는 실시예 6에 따라 표면처리된 세라믹 입자의 SEM(Scanning Electron Microscopy) 및 EDS(energy dispersive x-ray spectroscopy) 이미지이다. 구체적으로, 도 9(b) 및 도 9(c)의 EDS 이미지에서 적색 및 녹색으로 표시된 부분을 통해 각각 철(Fe) 및 백금(Pt)이 마그네타이트 입자의 표면에 존재함을 확인하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (17)

  1. (a) 금속 입자 또는 세라믹 입자를 고리형 화합물을 포함하는 비양성자성 용매(aprotic solvent) 중에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계; 및
    (b) 상기 분산액 및 산을 혼합한 용액을 가열하여 상기 고리형 화합물을 개환(ring opening)시켜 사슬형 화합물을 생성하고, 상기 사슬형 화합물의 일 말단을 상기 금속 입자 또는 세라믹 입자의 표면에 정전기적으로 결합시키는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계에서 상기 용액의 pH가 5.0 이하인, 입자의 표면처리 방법.
  2. (a) 금속 입자 또는 세라믹 입자를 고리형 화합물을 포함하는 비양성자성 용매(aprotic solvent) 중에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계; 및
    (b) 상기 분산액 및 염기를 혼합한 용액을 가열하여 상기 고리형 화합물을 개환(ring opening)시켜 사슬형 화합물을 생성하고, 상기 사슬형 화합물의 일 말단을 상기 금속 입자 또는 세라믹 입자의 표면에 정전기적으로 결합시키는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계에서 상기 용액의 pH가 8.0 이상인, 입자의 표면처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세라믹 입자가 하기 화학식 1로 표시되는 동종 또는 이종의 금속 또는 비금속 화합물인, 입자의 표면처리 방법:
    [화학식 1]
    AxBy
    상기 식에서,
    A가 철, 망간, 크롬, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 사마륨, 가돌리늄, 네오디뮴, 유로퓸, 바륨, 백금, 붕소, 알루미늄, 지르코늄, 실리콘, 티타늄, 텅스텐, 이리듐, 하프늄, 리튬, 갈륨, 인듐, 금, 은, 주석, 마그네슘, 비스무스, 게르마늄 또는 이트륨이고,
    B가 붕소, 탄소, 질소, 산소, 인 또는 황이며,
    x, y가 각각 상기 화학식 1을 만족하도록 하는 1 내지 5의 정수 중 하나이다.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세라믹 입자가 하기 화학식 2로 표시되는 동종 또는 이종의 금속 또는 비금속 화합물인, 입자의 표면처리 방법:
    [화학식 2]
    AxCzBy
    상기 식에서,
    A와 C가 각각 철, 망간, 크롬, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 사마륨, 가돌리늄, 네오디뮴, 유로퓸, 바륨, 백금, 붕소, 알루미늄, 지르코늄, 실리콘, 티타늄, 텅스텐, 이리듐, 하프늄, 리튬, 갈륨, 인듐, 금, 은, 주석, 마그네슘 및 이트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고,
    B가 붕소, 탄소, 질소, 산소, 인 또는 황이며,
    x, y, z가 각각 상기 화학식 2를 만족하도록 하는 1 내지 5의 정수 중 하나이다.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고리형 화합물이 N-메틸피롤리돈, N-에틸-2-피롤리돈, N-프로필피롤리돈, N-n-부틸피롤리돈, N-이소부틸피롤리돈, N-t-부틸피롤리돈, N-n-펜틸피롤리돈, N-(메틸부틸)피롤리돈 및 N-메톡시프로필피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 입자의 표면처리 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 산이 염산, 황산, 아황산, 질산, 인산, 규산, 붕산, 아세트산, 포름산, 시트르산, 락트산, 아미노산, 타르타르산, 히알루론산, 아스코르브산, 글루코오스(glucose), 모노소듐 시트레이트(monosodium citrate), 다이소듐 시트레이트(disodium citrate), 트리소듐 시트레이트(trisodium citrate), 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid, NTA), EDTA(ethylene diamine tetraacetic acid), DPTA(diethylene triamine pentaacetic acid), EGTA(ethylene glycol tetraacetic acid), BAPTA(1,2-bis(o-aminophenoxy)ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid), NOTA(1,4,7-triazacyclononane-1,4,7-triacetic acid), DOTA(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid), 니코티안아민(nicotianamine), 폴리아크릴산(polyacrylic acid, PAA), 및 소듐 폴리아크릴레이트(sodium polyacrylate), 산성 백토(acid clay), 토산금속(earth-acid metal) 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 입자의 표면처리 방법.
  8. 삭제
  9. 제2항에 있어서,
    상기 염기가 암모니아, 수산화암모늄, 수산화마그네슘, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화바륨, 수산화알루미늄, 수산화철, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 탄산칼륨, 메틸아민, 암모늄퍼설페이트 및 아닐린으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 입자의 표면처리 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 비양성자성 용매가 양성자성 용매를 더 포함하고,
    상기 양성자성 용매의 부피(VW)에 대한 상기 비양성자성 용매의 부피(VA)의 비(VA/VW)가 1 이상인, 입자의 표면처리 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이후에 (a') 상기 분산액에 실리콘계 화합물, 탄소계 화합물 및 금속 성분 중 하나 이상을 투입하고 혼합하여 상기 금속 입자 또는 세라믹 입자의 표면에 하나 이상의 층을 형성하는 단계;를 더 포함하는, 입자의 표면처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 실리콘계 화합물이 실란, 디메틸실란, 트리메틸실란, 테트라메틸실란, 디에틸실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 테트라메틸오르쏘실리케이트(TMOS), 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS), 옥타메틸트리실록산(OMTS), 옥타메틸시클로테트라실록산(OMCTS), 테트라메틸디메틸디메톡시디실란, 테트라메틸시클로테트라실록산(TOMCATS), 디메틸디메톡시실란(DMDMOS), 디에톡시메틸실란(DEMS), 메틸트리에톡시실란(MTES), 페닐디메틸실란, 페닐실란, 트리메틸(트리플루오로메틸)실란, 트리에틸(트리플루오로메틸)실란 및 폴리실록산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 입자의 표면처리 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 탄소계 화합물이 그라파이트, 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 풀러렌 및 카바이드(탄화물)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 입자의 표면처리 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 (a') 단계에서 수용성 분산제 및 지용성 분산제 중 하나 이상을 더 투입하는, 입자의 표면처리 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 금속 성분이 은, 알루미늄, 니켈, 구리, 금, 백금, 코발트 및 아연으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 입자의 표면처리 방법.
  16. 금속 입자 또는 세라믹 입자, 산, 및 비양성자성 용매를 포함하는 현탁액 조성물에 있어서,
    상기 비양성자성 용매가 고리형 화합물을 포함하고,
    상기 현탁액 조성물의 pH가 5.0 이하이고,
    상기 고리형 화합물이 개환된 사슬형 화합물의 일 말단이 상기 금속 입자 또는 세라믹 입자의 표면에 정전기적으로 결합된, 현탁액 조성물.
  17. 금속 입자 또는 세라믹 입자, 염기, 및 비양성자성 용매를 포함하는 현탁액 조성물에 있어서,
    상기 비양성자성 용매가 고리형 화합물을 포함하고,
    상기 현탁액 조성물의 pH가 8.0 이상이고,
    상기 고리형 화합물이 개환된 사슬형 화합물의 일 말단이 상기 금속 입자 또는 세라믹 입자의 표면에 정전기적으로 결합된, 현탁액 조성물.
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