KR102241509B1 - Manufacturing process of nono-particles using flowable substrates and manufacturing device therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 물리적인 증발 증착 방법에서 제한적인 공간 내에 연속적으로 새로운 증착표면을 제공하여 불균일 핵생성 (heterogeneous nucleation) 원리를 이용한 새로운 증착표면을 만드는 구성원료의 표면에 나노입자를 제조하기 위한 방법으로서, 구성원료로 이루어진 유동성 기판의 표면에 핵을 형성시키고 생성된 핵이 박막으로 성장하지 않도록 증착표면을 연속하여 새롭게 만들어 줌으로서 연속적으로 구성원료의 표면 위에 다양한 종류의 나노입자를 형성하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.The present invention is a method for producing nanoparticles on the surface of a material to create a new deposition surface using the principle of heterogeneous nucleation by providing a new deposition surface continuously in a limited space in a physical evaporation deposition method. , A method of continuously forming various kinds of nanoparticles on the surface of a material by forming a nucleus on the surface of a fluid substrate made of a material and continuously creating a deposition surface so that the generated nucleus does not grow into a thin film, and It relates to a device for.
Description
본 발명은 불균일 핵생성 (heterogeneous nucleation) 원리를 이용하여 물리적인 방식으로 기존 제품의 원료로 사용되는 구성원료의 표면에 직접 나노입자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 물리적인 증착 방법을 이용하여 금속 또는 금속화합물의 증기를 만들어 구성원료의 표면에 나노입자를 형성시키는 방법이다. 여기에서 “구성원료”라 함은, 기존의 제품에 사용되는 고체상태의 분말 또는 칩 형상을 갖고 진공 내에서 휘발하지 않는 재료로서, 본 발명에서는 제한적 공간내에서 나노입자를 형성시키기 위해 연속적으로 유동하는 유동성 기판을 만드는 재료를 의미한다.The present invention relates to a method of manufacturing nanoparticles directly on the surface of a material used as a raw material for an existing product in a physical manner using the principle of heterogeneous nucleation. More specifically, it is a method of forming nanoparticles on the surface of a material by making vapor of a metal or a metal compound using a physical vapor deposition method. Here, "constituent material" is a material that has the shape of a solid powder or chip used in existing products and does not volatilize in a vacuum. In the present invention, it continuously flows to form nanoparticles within a limited space. It means a material that makes a fluid substrate.
본 발명에서 물리적인 방법으로 만들어진 금속 또는 금속화합물의 증기들은 상대적으로 낮은 온도인 구성원료의 표면에서 다시 고체화되면서 구성원료의 표면에서 박막성장의 초기단계인 핵을 형성한다. 이후 표면에 핵이 형성된 구성원료들을 금속이나 금속화합물 증기가 공급되는 영역으로부터 사라지게 하여 더 이상의 금속증기들이 상기 핵에 접근을 하지 못하게 한다. 그 결과 만들어진 핵은 더 이상 성장하지 못하게 되고 상온에서 나노입자 크기의 고체로 안정화 된다.In the present invention, vapors of a metal or a metal compound made by a physical method are solidified again on the surface of the material at a relatively low temperature to form a nucleus, which is the initial stage of thin film growth on the surface of the material. Subsequently, the core material formed on the surface of the material disappears from the region where the metal or metal compound vapor is supplied, so that no more metal vapors can access the nucleus. The resulting nuclei can no longer grow and are stabilized at room temperature into a nanoparticle-sized solid.
본 발명에서 유동성 기판은 고체상태의 분말 또는 칩형상의 구성원료를 제한적 공간(이하 “구성원료통” 이라 함) 내에서 지속적으로 유동시킴으로써 얻을 수 있다. 즉, 구성원료통 내에 분말 또는 칩형상의 구성원료를 유동시킬 수 있는 장치 (이하 “유동장치”라 함)를 구비하여 구성원료를 지속적으로 이동시키면, 구성원료통 내의 구성원료들은 지속적으로 유동성을 가지면서 순환하게 된다. 이 때 구성원료통의 최상부에 위치하는 구성원료의 표면 (이하 “증착표면”이라 함)에 금속 또는 금속화합물 증기를 제공하는 장치로부터 공급되는 증기가 도달하는 순간, 고체의 최소단위인 핵을 형성하게 된다. 이와 같이 핵이 형성된 구성원료들은 유동장치에 의한 구성원료들의 연속적인 흐름에 의해 증착표면으로부터 벗어나 구성원료들 속으로 이동하여 핵이 안정화되면서 나노입자가 된다. 이런 연속 공정은 구성원료통 하부에 있는 구성원료들이 최상부로 이동하여 새로운 증착표면을 형성하고 그 표면에 금속 또는 금속화합물의 증기에 의한 새로운 핵을 형성한 후 증착영역을 벗어나 구성원료들 내부로 이동하면서 핵이 안정화되어 연속적으로 나노입자가 되는 것이다. 연속적인 구성원료들의 유동에 의해 이러한 과정이 반복되므로 새로운 유동성 기판들의 표면이 연속적으로 증착표면에 제공될 수 있고 새로운 유동성 기판의 표면에 또 다른 나노입자들을 연속적으로 형성시킬 수 있다. 결과적으로 본 발명은 단순한 구성원료통과 구성원료의 유동만으로 새로운 증착표면을 만들면서 고품질의 나노입자를 효율적으로 대량으로 생산할 수 있다. 또한 분말 또는 칩형상의 구성원료로 이루어진 유동성 기판은 평면구조에 비해 핵형성 사이트(site)가 많아서 기존의 고정되고 매끄러운 고체의 필름과 같은 증착기판에 비하여 더욱 작으면서도 안정한 핵을 형성할 수 있다.In the present invention, the flowable substrate can be obtained by continuously flowing solid powder or chip-shaped material in a limited space (hereinafter referred to as “constituent material container”). In other words, if a device that can flow powder or chip-shaped material in the material container (hereinafter referred to as “flow device”) is provided and the material is continuously moved, the material material in the material container is continuously fluid. It will cycle while having. At this time, the moment the vapor supplied from the device that provides metal or metal compound vapor reaches the surface of the member material (hereinafter referred to as “deposition surface”) located at the top of the material container, a nucleus, which is the smallest unit of solid, is formed. It is done. In this way, the nucleated member materials are moved away from the deposition surface by the continuous flow of the member materials by the flow device, and the nuclei are stabilized and become nanoparticles. In this continuous process, the material under the material container moves to the top to form a new deposition surface, and after forming a new nucleus by the vapor of a metal or metal compound on the surface, it leaves the deposition area and moves into the material. While the nucleus is stabilized, it becomes nanoparticles continuously. Since this process is repeated by the continuous flow of raw materials, the surfaces of new flowable substrates can be continuously provided on the deposition surface, and other nanoparticles can be continuously formed on the surface of the new flowable substrate. As a result, the present invention can efficiently mass-produce high-quality nanoparticles while creating a new deposition surface with only a simple flow of material passing through the material. In addition, the flowable substrate made of powder or chip-shaped material has many nucleation sites compared to the planar structure, so that it is possible to form a smaller and more stable nucleus compared to a deposition substrate such as a conventional fixed and smooth solid film.
나노크기의 소재는 큰 비표면적으로 인하여 벌크소재와는 다른 새로운 전기적, 화학적, 광학적, 자기적 특성을 나타낸다. 나노화 된 소재는 기존제품에 소량을 첨가하여 새로운 기능을 부여할 수 있기 때문에 다양한 산업분야에 있어서 다양한 나노분말의 응용이 시도되고 있다.Nano-sized materials exhibit new electrical, chemical, optical, and magnetic properties different from bulk materials due to their large specific surface area. Since nano-ized materials can give new functions by adding a small amount to existing products, various applications of nano-powder are being attempted in various industrial fields.
나노분말을 제조하는 방법은 통상적으로 화학적인 방법과 물리적인 방법이 있다. Methods of manufacturing nanopowder are generally classified into a chemical method and a physical method.
화학적인 방법으로 나노입자를 제조하는 방법은 금속염, 환원제, 분산제, 계면활성제, 유기용매 등의 화학재료를 이용하여 산화/환원 방법을 통하여 제조하는 것이며, 최종제품의 형태는 대부분 액상에 나노입자들이 분산되어 있는 형태이다. 화학적인 제조방법으로 제조한 나노분말은 이온상태의 입자들에 의한 나노입자의 응집 또는 건조과정에서 나노입자들의 재응집 등의 문제가 발생하여 제품에 응용 시 나노입자들이 조대화되어 나노입자에 의한 효과가 감소할 수 있다. 또한 나노입자에 화학약품의 잔류 등에 의한 오염문제 및 환경오염 문제 등을 포함하고 있다.The method of manufacturing nanoparticles by a chemical method is to manufacture through oxidation/reduction methods using chemical materials such as metal salts, reducing agents, dispersants, surfactants, and organic solvents. It is a distributed form. Nanopowder manufactured by a chemical manufacturing method has problems such as agglomeration of nanoparticles by ionic particles or reaggregation of nanoparticles during drying. The effect may be reduced. In addition, it includes pollution problems and environmental pollution problems due to residual chemicals in nanoparticles.
기존의 물리적인 방식으로 나노입자를 제조하는 방법은 기계적 분쇄법, 전기폭발법, 가스응축법 (Inert Gas Condensation) 등이 있다. 이러한 물리적인 방식의 나노입자 제조방법들은 불순물이 혼입되기 쉽거나 균일한 크기의 나노입자를 얻기 어렵고, 작은 크기의 나노입자를 얻기가 어렵다는 단점이 있다.Methods of manufacturing nanoparticles by conventional physical methods include mechanical grinding, electric explosion, and inert gas condensation. These physical methods of manufacturing nanoparticles have disadvantages in that impurities are easily mixed, or it is difficult to obtain nanoparticles having a uniform size, and it is difficult to obtain nanoparticles having a small size.
기존의 물리적인 방법으로 나노입자를 제조하는 방법의 예로서, 제한적 공간 내에서 실리콘 오일을 이용하여 나노입자를 제조한 예가 있다. 이 방법은 진공챔버 내에서 용기에 실리콘 오일을 채우고 드럼의 일부를 실리콘 오일에 담궈 회전시키면서 드럼의 실리콘 오일이 도포된 표면 쪽으로 물리적 방법으로 금속 증기를 만들어 공급하면 실리콘오일 표면상에서 핵이 생성되고 나노입자로 성장하게 된다. 지속적으로 공급되는 금속 증기들에 의해 실리콘 오일 위에 형성되는 나노입자는 연속적인 드럼의 회전에 의해 실리콘 오일 속으로 이동하여 혼합되고 안정화 된다. 이와 같은 방법은 액체 유동성 기판을 사용하는 예로서, 불균일 핵생성 원리를 이용한 방법이지만 제품에 응용 시 실리콘 오일을 제거해야 하는 문제가 있기 때문에 산업에 적용하기에는 많은 문제점이 있다.As an example of a method of manufacturing nanoparticles by a conventional physical method, there is an example of manufacturing nanoparticles using silicone oil within a limited space. In this method, a container is filled with silicone oil in a vacuum chamber, and a part of the drum is immersed in silicone oil and rotated. When a metal vapor is produced and supplied physically to the surface where the silicone oil of the drum is applied, nuclei are generated on the surface of the silicone oil. It will grow into particles. Nanoparticles formed on the silicone oil by continuously supplied metal vapors are mixed and stabilized by moving into the silicone oil by the continuous rotation of the drum. Such a method is an example of using a liquid-flowable substrate and uses the principle of non-uniform nucleation, but there are many problems in application to the industry because there is a problem that silicone oil must be removed when applied to a product.
본 발명은 불균일 핵생성 원리를 이용한 물리적인 방식의 나노입자 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것이다. 본 발명은 물리적 방식으로 금속 또는 금속화합물을 증기로 만들고 이를 불균일 핵생성 원리를 이용하여 구성원료의 표면에 나노입자로 형성시키는 것을 제공하고자 한다. 그 결과 기존의 나노입자 제조방법들이 가지고 있는 불균일한 입자크기, 나노입자 간 응집현상, 화학약품의 잔류, 낮은 분산성, 불순물 혼입, 낮은 생산성 등의 문제점들을 해결하고자 하는 것이다.The present invention is to provide a method and apparatus for manufacturing nanoparticles in a physical manner using the principle of heterogeneous nucleation. An object of the present invention is to provide a physical method of making a metal or a metal compound into a vapor and forming it into nanoparticles on the surface of a raw material using the principle of heterogeneous nucleation. As a result, it is intended to solve the problems of non-uniform particle size, agglomeration between nanoparticles, residual chemicals, low dispersibility, impurity mixing, and low productivity of existing nanoparticle manufacturing methods.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은In order to achieve the above object, the present invention
진공조 내에서 나노입자를 제조하는 방법으로, As a method of producing nanoparticles in a vacuum bath,
1) 제한된 공간내에 유동성 기판을 이루는 구성원료를 구비하는 단계;1) providing a material constituting a flowable substrate in a limited space;
2) 금속, 금속화합물 및 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 증발원을 구비하는 단계2) providing at least one evaporation source selected from the group consisting of metals, metal compounds and alloys
3) 구성원료를 유동시켜 지속적으로 새로운 증착표면을 만드는 단계;3) continuously creating a new deposition surface by flowing raw materials;
*4) 상기 새로운 증착표면에 상기 증발원으로부터 생성된 증기를 증착시켜 금속, 금속화합물 또는 합금의 핵를 만드는 단계;*4) depositing the vapor generated from the evaporation source on the new deposition surface to form a nucleus of a metal, a metal compound or an alloy;
5) 상기 핵이 형성된 구성원료를 유동시켜 증착표면으로부터 멀어지게 하고 냉각시켜 핵을 나노입자화 하는 단계; 및5) moving the core material formed thereon to move away from the deposition surface, and cooling the core material into nanoparticles; And
6) 상기 단계 3) 내지 5)를 반복하는 단계를 포함하고6) including the step of repeating steps 3) to 5), and
상기 구성원료는 고체상태의 분말 또는 칩형상이고The material is in the form of powder or chips in a solid state, and
상기 유동성 기판을 이루는 구성원료가 증착표면에의 머무름 시간이 평균 1초미만인 것을 특징으로 하는 유동성 기판을 이루는 구성원료의 표면에 나노입자를 형성시키는 방법을 제공한다.It provides a method of forming nanoparticles on the surface of the material constituting the flowable substrate, characterized in that the retention time of the material constituting the flowable substrate on the deposition surface is less than 1 second on average.
또한 본 발명은 구성원료의 표면에 나노입자를 형성시키기 위한 장치로In addition, the present invention is a device for forming nanoparticles on the surface of a raw material.
진공조; Vacuum bath;
상기 진공조 내의 하부에 구비된 구성원료통; A member feed container provided in the lower part of the vacuum tank;
상기 구성원료통 내에 구비되고 유동성 기판을 이루는 구성원료를 교반하기 위한 날개를 구비한 유동장치; A flow device provided in the raw material container and provided with blades for stirring the raw material constituting the flowable substrate;
상기 유동성 기판을 이루는 구성원료를 냉각시키는 냉각장치; 및A cooling device for cooling the raw materials constituting the fluid substrate; And
상기 진공조 내의 구성원료통 상부에 구비되고 증기를 생성시킬 수 있는 증발원을 포함하는 It is provided on the top of the material container in the vacuum tank and includes an evaporation source capable of generating steam
유동성 기판을 이루는 구성원료의 표면에 나노입자를 형성하는 장치를 제공한다.It provides an apparatus for forming nanoparticles on the surface of a material constituting a flowable substrate.
본 발명에 의한 나노입자 제조방법은 불균일 핵생성 원리에 기초한 유동적인 고체기판의 표면에 나노입자를 형성시키는 방법으로서, 최상부층에 위치하는 유동성 기판을 이루는 구성원료가 증착표면을 형성하는 한편, 구성원료가 증착표면을 형성하는 시간 즉, 증착영역에 노출되는 시간을 제어하여 구성원료의 표면에 작고 균일한 크기의 고순도의 나노입자를 제조할 수 있다. 또한 증착속도, 구성원료의 유동속도, 구성원료의 크기와 같은 공정조건을 제어하여 나노입자의 크기를 조절할 수 있다.The nanoparticle manufacturing method according to the present invention is a method of forming nanoparticles on the surface of a fluid solid substrate based on the principle of non-uniform nucleation. By controlling the time when the raw material forms the deposition surface, that is, the time that the material is exposed to the deposition area, it is possible to manufacture nanoparticles of small uniform size and high purity on the surface of the material. In addition, the size of the nanoparticles can be controlled by controlling the process conditions such as the deposition rate, the flow rate of the material, and the size of the material.
본 발명에 의한 나노입자 제조방법은 기존의 화학적인 제조공정과는 달리 공정상에서 화학약품을 전혀 사용하지 않기 때문에 공정에서 형성된 나노입자와 유동성 기판을 이루는 구성원료 이외에 별도의 부산물이 포함되지 않는 고순도의 나노입자를 생산할 수 있는 효과가 있다. 또한 생산되는 제품 그 자체를 바로 사용할 수 있는 장점이 있다. 즉, 본 발명은 기존 제품의 원료로 사용되는 구성원료를 기판으로 사용하여 그 표면에 나노입자를 형성시킨 것이므로 이것을 기존 제품 제조공정에 그대로 사용하여 최종 제품을 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한 제조된 나노입자의 우수한 분산성으로 인하여 제품에 기능성을 부여하기가 매우 용이하다.Unlike the conventional chemical manufacturing process, the nanoparticle manufacturing method according to the present invention does not use any chemicals during the process. Therefore, the nanoparticles formed in the process and the material forming the flowable substrate do not contain additional by-products. There is an effect that can produce nanoparticles. In addition, it has the advantage of being able to use the product itself to be produced. That is, in the present invention, nanoparticles are formed on the surface by using a raw material used as a raw material of an existing product as a substrate, and thus, there is an advantage that the final product can be manufactured by using it as it is in the existing product manufacturing process. In addition, it is very easy to impart functionality to a product due to the excellent dispersibility of the prepared nanoparticles.
화학적인 제조방법에서는, 제조되는 나노입자의 종류에 따라 사용되는 산화제, 환원제, 분산제 등의 화학약품들이 정해져 있기 때문에 동일한 용매 내에 이종의 나노입자를 동시에 제조하여 분산시키기 어렵다. 또한 제품에 나노입자를 첨가시키기 위해서는 나노입자에 사용하는 용매와 제품에 사용되는 용매가 같거나 서로 혼합이 잘 되어야 하지만, 대부분의 경우 서로 다른 용매를 사용해야 해서 적절한 용매를 찾는 일이 어렵다. 이에 반해 본 발명을 이용하면 동일한 장치에서 나노입자의 원재료가 되는 증발원의 물질만을 교체하여 다양한 종류의 나노입자를 제조할 수 있기 때문에 동일한 구성원료인 유동성기판의 표면에 여러 가지 나노입자를 동시에 형성시키거나 합금형태의 나노입자를 형성시키기가 용이하므로 다기능성 또는 특수기능성 응용소재의 개발이 매우 용이하다.In a chemical manufacturing method, since chemicals such as an oxidizing agent, a reducing agent, and a dispersing agent to be used are determined according to the type of nanoparticles to be produced, it is difficult to simultaneously prepare and disperse heterogeneous nanoparticles in the same solvent. In addition, in order to add nanoparticles to a product, the solvent used for the nanoparticle and the solvent used for the product must be the same or well mixed, but in most cases, it is difficult to find an appropriate solvent because different solvents are used. On the other hand, when the present invention is used, various kinds of nanoparticles can be produced by replacing only the material of the evaporation source that is the raw material of the nanoparticles in the same device, so that various nanoparticles are simultaneously formed on the surface of the flowable substrate, which is the same material. Because it is easy to form nanoparticles in the form of an alloy or an alloy, it is very easy to develop a multifunctional or special functional application material.
본 발명에 의한 나노입자 제조장치는 배치형이나 연속형 장비로 제조할 수 있으며, 생산성이 높은 증발원을 이용하고 대용량의 구성원료 유동시스템을 적용함으로써 대량생산용 설비의 제조가 용이하다.The apparatus for manufacturing nanoparticles according to the present invention can be manufactured by batch-type or continuous-type equipment, and it is easy to manufacture equipment for mass production by using a high-productivity evaporation source and applying a large-capacity raw material flow system.
도 1은 균일 (homo) / 불균일 (hetro) 핵 생성에서의 핵 반경에 따른 자유에너지 변화 그래프이다.
도 2는 온도에 따른 임계 핵 반경과 임계 자유에너지의 차이를 보여주는 그래프이다.
도 3은 구성원료통 내에 수평회전축과 페달형 유동날개를 구비하여 구성원료를 유동시키는 나노입자 제조장치의 예이다.
도 4는 구성원료통 내에 수직회전축과 페달형 유동날개를 구비하여 구성원료를 유동시키는 나노입자 제조장치의 예이다.
도 5는 구성원료통 내에 수평회전축과 리본형 유동날개를 구비한 나노입자 제조장치의 예이다.
도 6은 구성원료통, 회전축, 유동날개에 냉각장치를 구비한 예이다.
도 7은 은/포도당 사진이다.
도 8은 팔라듐/포도당 사진이다.
도 9는 백금/포도당 사진이다.
도 10은 금/포도당 사진이다.
도 11은 백금 및 금의 나노 콜로이드 사진이다.
도 12는 은/PET 칩 사진이다.
도 13은 은/PET 로 방사하여 얻은 실의 사진이다.
도 14는 은/ABS로 만든 항균 식재료 용기 사진이다.
도 15는 은/LDPE로 만든 포장재용 항균필름 사진이다.
도 16은 은/PP로 만든 항균 부직포 사진이다.
도 17은 동일한 유동성 기판의 구성원료인 포도당의 표면에 서로 다른 2 종의 나노입자를 형성시킨 Ni/Fe/포도당 및 Ni/SUS/포도당 사진이다.
도 18은 Fe, SUS, Ni 나노입자 및 혼합금속인 Fe/Ni 및 SUS/Ni 나노입자를 분산제 없이 동일한 용매인 물에 분산시킨 콜로이드 제조 결과이다.
도 19는 합금 나노입자 Cu/Zn 를 탄산칼슘의 표면에 형성시킨 Cu/Zn/탄산칼슘 분말의 사진이다.1 is a graph of free energy change according to a nuclear radius in homogeneous / heterogeneous nucleation.
2 is a graph showing a difference between a critical nuclear radius and a critical free energy according to temperature.
3 is an example of a nanoparticle manufacturing apparatus that has a horizontal rotating shaft and a pedal-type flow blade in the material container to flow the material material.
4 is an example of a nanoparticle manufacturing apparatus for flowing a material by providing a vertical rotating shaft and a pedal-type flow blade in the material container.
5 is an example of a nanoparticle manufacturing apparatus having a horizontal rotating shaft and a ribbon-shaped flow blade in a material container.
6 is an example in which a cooling device is provided in a raw material container, a rotating shaft, and a flow blade.
7 is a photograph of silver/glucose.
8 is a photograph of palladium/glucose.
9 is a picture of platinum/glucose.
10 is a photograph of gold/glucose.
11 is a photo of a nano-colloid of platinum and gold.
12 is a photograph of a silver/PET chip.
13 is a photograph of a yarn obtained by spinning with silver/PET.
14 is a photograph of an antibacterial food material container made of silver/ABS.
15 is a photograph of an antibacterial film for packaging material made of silver/LDPE.
16 is a photograph of an antibacterial nonwoven fabric made of silver/PP.
17 is a photograph of Ni/Fe/glucose and Ni/SUS/glucose in which two different types of nanoparticles are formed on the surface of glucose, which is a constituent material of the same flowable substrate.
18 is a result of preparing a colloid in which Fe, SUS, Ni nanoparticles and mixed metal Fe/Ni and SUS/Ni nanoparticles are dispersed in water, which is the same solvent, without a dispersant.
19 is a photograph of Cu/Zn/calcium carbonate powder formed by forming alloy nanoparticles Cu/Zn on the surface of calcium carbonate.
본 발명의 구성원료의 표면에 나노입자를 형성시키는 방법은 최종 제품에 사용되는 구성원료를 이용하여 그 표면에 나노입자를 형성시키는 것이다. 상기 표면에 나노입자가 형성된 구성원료를 사용하여 최종 제품을 만들 수 있다.The method of forming nanoparticles on the surface of the material of the present invention is to form nanoparticles on the surface of the material using the material used in the final product. The final product can be made by using the raw material in which the nanoparticles are formed on the surface.
여기에서 “구성원료”라 함은, 기존의 제품에 사용되는 고체상태의 분말 또는 칩 형상을 갖고 진공 내에서 휘발하지 않는 재료로서, 본 발명에서는 제한적 공간내에서 나노입자를 형성시키기 위해 연속적으로 유동성 기판을 만드는 재료를 의미한다.Here, the term "constituent material" is a material that has the shape of a solid powder or chip used in existing products and does not volatilize in a vacuum. In the present invention, it is continuously fluid to form nanoparticles in a limited space. It refers to the material that makes the substrate.
본 발명의 구성원료의 표면에 나노입자를 형성시키기 위해서는 구성원료를 유동장치가 구비되어 있고 일정 부피를 갖는 구성원료통에 넣어, 구성원료가 유동장치에 의해 구성원료통 안에서 지속적으로 유동하며, 특정 시점에 증착영역에 노출되어 증착표면을 형성하게 하는 것이다. 상기 증착표면은 구성원료들의 유동에 의해 새로운 구성원료를 포함하는 새로운 증착표면이 나타나는 과정이 지속적으로 반복된다. In order to form nanoparticles on the surface of the material of the present invention, the material is placed in a material container having a certain volume and equipped with a flow device, and the material is continuously flowed in the material container by a flow device. At this point, it is exposed to the deposition area to form a deposition surface. The deposition surface continuously repeats a process in which a new deposition surface containing a new material appears due to the flow of the material.
상기 증착표면에 위치한 구성원료의 표면에 증발원으로부터 공급된 증기입자들이 도달하여 순간적으로 응축되면서 핵을 생성하고 이후 핵이 성장하기 전에 이 구성원료는 유동에 의해 증착영역으로부터 벗어나게 되어 생성된 핵들은 안정한 나노입자가 된다. 핵을 생성한 구성원료가 증착영역으로부터 사라지면서 증착영역에는 유동에 의해 새로운 구성원료를 포함하는 새로운 증착표면을 형성하여 새로운 핵이 생성되는 과정을 연속적으로 반복하게 된다.The vapor particles supplied from the evaporation source reach the surface of the material located on the deposition surface and instantaneously condense to generate nuclei.Before the nucleus grows, the material is released from the deposition area by flow, and the resulting nuclei are stable. It becomes a nanoparticle. As the material that generated the nucleus disappears from the deposition area, a new deposition surface containing the new material is formed in the deposition area by flow, and the process of generating new nuclei is continuously repeated.
본 발명에서 유동성 기판을 이루는 구성원료가 증착표면에의 머무름 시간은 평균 1초미만이다. 1초보다 길어질 경우 나노입자가 조대해져서 원하는 크기의 나노입자를 얻을 수 없다.In the present invention, the retention time of the material constituting the flowable substrate on the deposition surface is less than 1 second on average. If it is longer than 1 second, the nanoparticles become coarse, and thus nanoparticles of the desired size cannot be obtained.
본 발명에 의한 나노입자 제조방법은 불균일 핵생성 원리를 이용하여 기판의 표면에 핵을 형성시키고 나노입자 크기로 성장한 후 더 이상 나노입자가 성장하지 않고 안정화되도록 기판의 환경을 제어하여 기판의 표면에 나노입자를 형성시키는 것이다. 균일 핵생성은 액체나 증기상에서 주변의 온도나 압력조건에서 자체적으로 핵을 형성하는 경우이며, 불균일 핵생성은 기판이나 이종의 표면에 증기입자가 도달하여 핵을 형성하는 경우를 의미한다. The nanoparticle manufacturing method according to the present invention uses the principle of non-uniform nucleation to form nuclei on the surface of the substrate, and after growing to the size of nanoparticles, the environment of the substrate is controlled so that the nanoparticles are no longer grown and stabilized. It is to form nanoparticles. Homogeneous nucleation refers to a case in which a nucleus is formed by itself in a liquid or vapor phase under ambient temperature or pressure conditions, and non-uniform nucleation refers to a case where vapor particles reach the surface of a substrate or heterogeneous to form a nucleus.
도 1에 의하여 본 발명의 불균일 행생성 원리를 자세히 설명한다.Referring to Fig. 1, the principle of generating non-uniform rows according to the present invention will be described in detail.
도 1은 핵생성 이론에 의한 핵반경의 크기 (r)에 따른 자유에너지의 변화(△G)에 대한 그래프이다. △Ghom 및 △Ghet는 각각 균일 핵생성 (homogeneous nucleation) 및 불균일 핵생성 (homogeneous nucleation)에 대한 자유에너지를 의미한다. 균일 핵생성 및 불균일 핵생성 모두 임계크기 (critical radius: r*) 이하에서는 불안정한 핵의 상태에 존재하며, 임계크기 이상에서는 안정한 핵으로 성장하게 된다. 1 is a graph of a change in free energy (ΔG) according to the size (r) of a nuclear radius according to the nucleation theory. ΔG hom and ΔG het mean free energy for homogeneous nucleation and homogeneous nucleation, respectively. Both uniform nucleation and non-uniform nucleation exist in an unstable nucleus below the critical radius (r * ), and grow into a stable nucleus above the critical size.
도 1에서 보듯이, 불균일 핵생성은 균일 핵생성에 비해 에너지 장벽이 낮기 때문에 핵생성이 유리하다. 고정된 기판의 표면에 증기입자를 공급하는 경우, 초기에는 기판의 표면에 도달한 증기에 의해 핵이 생성되고 지속적인 증기의 공급에 의하여 핵은 계속 성장하여 인접한 핵들과 결합하여 박막의 형태로 변화된다. 그러나 본 발명의 불균일 핵생성 방법에서는 나노입자를 형성시키기 위해서, 증기에 의해 기판의 표면에 생성된 핵이 더 이상 성장하지 않도록 기판을 증기에 노출되지 않는 지역으로 재빨리 이동시켜 형성된 핵의 성장을 멈추고 나노입자가 되게 하는 것이다.As shown in FIG. 1, the non-uniform nucleation is advantageous in nucleation because the energy barrier is lower than that of the uniform nucleation. In the case of supplying vapor particles to the surface of a fixed substrate, the nuclei are initially generated by the vapor reaching the surface of the substrate, and the nuclei continue to grow and combine with the adjacent nuclei to change into a thin film by the continuous supply of vapor. . However, in the heterogeneous nucleation method of the present invention, in order to form nanoparticles, the growth of the formed nuclei is stopped by rapidly moving the substrate to an area not exposed to the vapor so that the nuclei generated on the surface of the substrate by the vapor no longer grow. It is what makes it nanoparticles.
도 2는 온도에 따른 임계 핵 반경과 임계 자유에너지 차이를 나타내는 그래프이다. 온도가 낮아질수록(T1 -> T2) 임계 자유에너지의 차이와 임계 핵 반경이 작아짐을 나타낸다. 즉, 기판의 온도가 더 낮은 경우 기판의 표면에는 더 작은 크기의 핵의 생성이 더욱 유리함을 의미한다.2 is a graph showing a difference between a critical nuclear radius and a critical free energy according to temperature. As the temperature decreases (T1 -> T2), the difference between the critical free energy and the critical nuclear radius decreases. That is, when the temperature of the substrate is lower, it is more advantageous to generate nuclei having a smaller size on the surface of the substrate.
본 발명의 방법을 이용하여 최종제품에 신기능을 부여할 수 있는 물질을 증발원으로 선택할 경우 신기능을 갖는 나노입자가 형성된 구성원료를 간편하게 만들 수 있다. 이렇게 만들어진 구성원료는 그대로 기존 제품의 제조공정에 투입되어 제품화 될 수 있다.When a material capable of imparting a new function to the final product is selected as the evaporation source by using the method of the present invention, a material having nanoparticles having a new function can be made easily. The raw materials made in this way can be put into the manufacturing process of existing products as they are to be commercialized.
본 발명의 구성원료는 비휘발성의 금속, 유기고분자. 유기화합물 또는 무기화합물일 수 있다.The raw material of the present invention is a non-volatile metal, an organic polymer. It may be an organic compound or an inorganic compound.
본 발명의 구성원료는 구리, 알루미늄, 텅스텐카바이드, 흑연 등의 금속, 포도당, 설탕 다당류, 슈크로즈 등의 유기화합물, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), ABS 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene resine), 폴리술폰(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리아크릴레이트, 폴리테트라프루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF) 등의 유기고분자, 알루미나, 탄산칼슘, NaHCO3, TiO2, NaCl, 제올라이트, 탄소나노튜브CNT 등의 무기화합물일 수 있다.The ingredients of the present invention are metals such as copper, aluminum, tungsten carbide, graphite, and organic compounds such as glucose, sugar polysaccharides, and sucrose, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), and ABS resin. Organic polymers such as (acrylonitrile-butadiene-styrene resine), polysulfone (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), polyacrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF) , Alumina, calcium carbonate, NaHCO3, TiO2, NaCl, zeolite, may be an inorganic compound such as carbon nanotube CNT.
구성원료 분말 또는 칩의 직경은 작을수록 나노입자 형성을 위한 핵 형성이 잘 이루어질 수 있는데 바람직하게는 1μm~5mm일 수 있다. 본 발명에 사용되는 구성원료 분말 또는 칩의 직경은 비중에 따라 달리 선택될 수 있다.The smaller the diameter of the raw material powder or chip, the better the nucleation can be formed for nanoparticle formation, but it may be preferably 1 μm to 5 mm. The diameter of the raw material powder or chips used in the present invention may be selected differently depending on the specific gravity.
구성원료가 금속, 알루미나 등과 같이 비중이 2이상으로 큰 경우 입자 크기는 작아도 되며 바람직하게는 1μm~1mm일 수 있다. 구성원료가 유기고분자 같이 비중이 2미만인 경우 입자 크기는 큰 것이 바람직하며 1mm~5mm일 수 있다. 입자의 비중과 크기가 상기와 같은 경우 구성원료가 유동할 때 구성원료통 밖으로 비산하지 않고 핵형성을 잘 할 수 있다.When the material has a specific gravity of 2 or more, such as metal or alumina, the particle size may be small, and preferably 1 μm to 1 mm. When the raw material has a specific gravity of less than 2, such as an organic polymer, the particle size is preferably large and may be 1mm to 5mm. When the specific gravity and size of the particles are as described above, nucleation can be performed well without scattering out of the material container when the material material flows.
한편, 유동성 기판으로 사용하는 구성원료의 표면특성에 따라 나노입자의 크기 및 핵생성 정도는 달라질 수 있다. 예를 들어, 결정성을 갖는 기판의 표면에 도달한 증기입자는 결정성 기판의 표면에서 이동성이 좋기 때문에 주변의 입자와 결합하기 쉬우므로 상대적으로 조대화된 나노입자로 성장할 수도 있다.On the other hand, the size and degree of nucleation of the nanoparticles may vary depending on the surface characteristics of the material used as the flowable substrate. For example, vapor particles that have reached the surface of a crystalline substrate can grow into relatively coarse nanoparticles because they have good mobility on the surface of the crystalline substrate and are easy to bind with surrounding particles.
본 발명에서 상기 구성원료가 이루는 유동성 기판은 일반적인 평탄한 면에서 구성원료의 입체모양으로 되는 것으로, 이 경우 구성원료의 입자 크기가 (1/2)n 배율로 작아질 경우, 증착표면적은 n2배에 비례하여 증대하여 평탄한 기판 대비 기하급수적으로 핵형성을 쉽게 만들어 준다. 그 결과 평탄한 기판 대비 나노입자 제조를 위한 핵 형성이 잘 이루어진다.In the present invention, the flowable substrate formed by the material is a three-dimensional shape of the material in a general flat surface. In this case, when the particle size of the material is reduced by (1/2) n magnification, the deposition surface area is n 2 times. It increases in proportion to and makes the nucleation easier to form exponentially compared to a flat substrate. As a result, nuclei formation for nanoparticles is well formed compared to a flat substrate.
상기 구성원료가 증착표면에 머무르는 머무름 시간은 짧으면 짧을수록 좋은 것으로 1초 미만인 경우 구성원료가 외부로 이탈되지 않으면서, 형성된 핵이 성장하지 않아서 나노입자가 되는데 유리하다.The shorter the retention time for the material to stay on the deposition surface, the better. If the material is less than 1 second, the material does not escape to the outside and the formed nuclei do not grow, which is advantageous to become nanoparticles.
본 발명의 방법으로 만들어진 나노입자들은 크기가 2~30nm, 더욱 바람직하게는 2-10 nm이다.The nanoparticles made by the method of the present invention have a size of 2 to 30 nm, more preferably 2 to 10 nm.
본 발명은 증발원으로 금속, 금속화합물 또는 합금을 포함할 수 있다. 상기 금속은 은(Ag), 구리(Cu), 철(Fe), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 희토류(Rare Earth Materials) 및 실리콘(Si)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 상기 합금은 스테인레스스틸(SUS), 황동(Brass), 및 청동(Bronze)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 상기 금속화합물은 금속산화물, 금속질화물 및 금속산화질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.The present invention may include a metal, a metal compound, or an alloy as an evaporation source. The metals are silver (Ag), copper (Cu), iron (Fe), titanium (Ti), zinc (Zn), zirconium (Zr), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), and rare earths ( Rare Earth Materials) and silicon (Si) may be one or more selected from the group consisting of. The alloy may be at least one selected from the group consisting of stainless steel (SUS), brass, and bronze. The metal compound may be at least one selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides, and metal oxynitrides.
본 발명의 상기 증발원으로부터 증기를 생성시키는 단계는 DC 스퍼터링(DC Sputtering), DC 마그네트론 증착법(DC magnetron sputtering), RF 스퍼터링(RF Sputtering), 이온빔 스퍼터링(Ion Beam Sputtering), 아크방전법(Arc Discharge Process), 레이저 어블레이션(Laser Ablation), 열증발 증착(Thermal Evaporation), 전자빔 증착(E-beam Evaporation), 분자빔 에피텍시(Molecular Beam Epitaxy) 또는 이들의 조합에서 선택될 수 있다.The step of generating vapor from the evaporation source of the present invention includes DC sputtering, DC magnetron sputtering, RF sputtering, Ion Beam Sputtering, and Arc Discharge Process. ), Laser Ablation, Thermal Evaporation, E-beam Evaporation, Molecular Beam Epitaxy, or a combination thereof.
본 발명은 상기 방법으로 제조된 표면에 나노입자를 갖는 구성원료를 제공한다.The present invention provides a material having nanoparticles on the surface prepared by the above method.
본 발명은 상기 방법으로 제조된 표면에 나노입자를 갖는 구성원료를 이용하여 제조된 제품을 제공한다.The present invention provides a product manufactured using a raw material having nanoparticles on the surface manufactured by the above method.
본 발명은 상기 구성원료의 표면에 나노입자를 형성시키기 위한 장치로The present invention is a device for forming nanoparticles on the surface of the material
진공조; Vacuum bath;
상기 진공조 내의 하부에 구비된 구성원료통; A member feed container provided in the lower part of the vacuum tank;
상기 구성원료통 내에 구비되고 유동성 기판을 이루는 구성원료를 교반하기 위한 날개를 구비한 유동장치; A flow device provided in the raw material container and provided with blades for stirring the raw material constituting the flowable substrate;
상기 유동성 기판을 이루는 구성원료를 냉각시키는 냉각장치; 및A cooling device for cooling the raw materials constituting the fluid substrate; And
상기 진공조 내의 구성원료통 상부에 구비되고 증기를 생성시킬 수 있는 증발원을 포함하는 It is provided on the top of the material container in the vacuum tank and includes an evaporation source capable of generating steam
유동성 기판을 이루는 구성원료의 표면에 나노입자를 형성하는 장치를 제공한다.It provides an apparatus for forming nanoparticles on the surface of a material constituting a flowable substrate.
본 발명의 장치는 진공조로 이루어져 있다.The apparatus of the present invention consists of a vacuum bath.
본 발명의 장치는 구성원료통 내부의 유동장치에 의하여, 구성원료의 효율적인 유동에 의해 만들어진 최상부층의 유동성 기판이 증착영역, 즉 증착표면에 노출되는 시간을 최소화하면서 빠른 시간내에 구성원료의 내부로 사라지고 이후 새로운 최상부층의 유동성 기판을 제공하며 이 과정은 지속적으로 반복된다. 이미 나노입자가 형성된 구성원료들은 구성원료통 내에서 상대적으로 긴 시간 동안 증착영역에 노출되지 않도록 유동하는 동안 증착표면에는 새로운 구성원료가 제공되어 새로운 구성원료의 표면에 새로운 핵들이 형성된다. 본 발명은 제한된 공간인 구성원료통 내에 구성원료를 투입하고 구성원료를 지속적으로 유동시키는 유동장치를 이용하여 지속적으로 새로운 구성원료를 증착표면에 노출시킴으로써 고품질의 나노입자가 형성된 구성원료를 대량 생산할 수 있다.The device of the present invention minimizes the exposure time of the uppermost layer of the fluid substrate made by the efficient flow of the material to the deposition area, that is, the time to be exposed to the deposition surface by the flow device inside the material container. It disappears and then provides a new top layer of flowable substrate, and the process is repeated over and over again. While the raw materials in which the nanoparticles are formed are flowing so that they are not exposed to the deposition area for a relatively long period of time in the raw material container, a new material is provided to the deposition surface, and new nuclei are formed on the surface of the new material. The present invention is capable of mass-producing a material with high quality nanoparticles by continuously exposing a new material to the deposition surface by using a flow device that continuously flows the material and inserts the material into the material container, which is a limited space. have.
본 발명의 진공조 내부에 설치되는 구성원료통은 담지된 구성원료가 유동 중 제한적 공간을 벋어나지 못하게 한다. 한편 구성원료통 내에서 구성원료는 유동장치에 의해 상하로 유동됨에 따라 구성원료통의 최상부층은 지속적으로 새로운 증착표면인 유동성 기판을 형성하게 된다. 즉, 구성원료통의 최상단부 표면에 위치하는 구성원료들은 증착영역에 노출되어 증착표면을 형성하고, 증착표면 아래에 위치하는 구성원료들은 증착영역에서 벗어나 있다. 연속적인 나노입자의 형성을 위해서 기판소재들은 유동시스템에 의해 지속적으로 혼합되며 유동성을 갖도록 하여야 한다. 또한 고체 기판을 냉각할 수 있는 장치를 구비함으로써 더 쉽게 나노입자를 형성시키고 더 작은 크기의 나노입자를 효율적으로 생성시킬 수 있다.The material container installed inside the vacuum tank of the present invention prevents the loaded material material from leaving the limited space during flow. Meanwhile, as the material flows up and down in the material container, the top layer of the material container continuously forms a new deposition surface, a fluid substrate. That is, the member materials located on the top surface of the material container are exposed to the deposition area to form the deposition surface, and the material materials located under the deposition surface are out of the deposition area. In order to form continuous nanoparticles, substrate materials must be continuously mixed and fluidized by a flow system. In addition, by having a device capable of cooling a solid substrate, nanoparticles can be formed more easily and nanoparticles having a smaller size can be efficiently produced.
상기 유동성 기판을 이루는 구성원료를 교반하는 유동장치는 수직 또는 수평 회전축을 적용한 스크류(screw) 형, 페달(paddle) 형, 터빈(turbine) 형, 프로펠러(propeller) 형, 앙카(anchor) 형 또는 리본(ribbon) 형일 수 있다.The flow device for stirring the material constituting the fluid substrate is a screw type, a pedal type, a turbine type, a propeller type, an anchor type, or a ribbon to which a vertical or horizontal axis of rotation is applied. (ribbon) can be.
상기 유동장치의 교반속도는 바람직하게는 20~100rpm이다. 상기 교반속도는 구성원료에 따라 상이할 수 있는데 구성원료의 비중이 2미만으로 작은 경우는 속도를 낮게 할 수 있고, 구성원료의 비중이 2이상으로 큰 것은 속도를 높게 할 수 있다. 상기 속도로 교반 시킬 경우 구성원료로 이루어진 최상위층의 증착표면은 교반속도에 비례하여 바뀌게 된다. The stirring speed of the flow device is preferably 20 to 100 rpm. The stirring speed may be different depending on the material, but if the specific gravity of the material is less than 2, the speed may be lowered, and the greater the specific gravity of 2 or more may increase the speed. When agitating at the above speed, the deposition surface of the uppermost layer made of a material changes in proportion to the stirring speed.
한편, 본 발명의 유동장치의 날개는 구성원료에 묻혀 있을 수 있다. 이 경우 구성원료가 구성원료통 밖으로 비산하는 것을 막을 수 있고 또한 날개에 증기가 증착되는 것을 막을 수 있다.On the other hand, the blades of the flow device of the present invention may be buried in raw materials. In this case, it is possible to prevent the material from scattering out of the material container and also to prevent vapor deposition on the wing.
본 발명의 유동성 기판을 이루는 구성원료를 냉각시키는 냉각장치는 유동장치의 외벽, 구성원료통의 외벽 또는 구성원료통 내부에 설치되는 것으로, 낮은 온도의 액체를 순환시킬 수 있는 냉각라인을 구성한다.The cooling device for cooling the raw material constituting the flowable substrate of the present invention is installed on the outer wall of the flow device, the outer wall of the raw material container, or inside the raw material container, and constitutes a cooling line capable of circulating a low-temperature liquid.
본 발명의 장치는 진공조 내의 구성원료통 상부에 구비되고 증기를 생성시킬 수 있는 증발원을 포함한다. 상기 증발원은 금속, 금속화합물 또는 합금으로 물리적인 방법에 의하여 금속, 금속화합물 또는 합금 증기를 형성한다. The apparatus of the present invention includes an evaporation source capable of generating steam and is provided on the top of the raw material container in the vacuum tank. The evaporation source is a metal, a metal compound, or an alloy to form a metal, a metal compound, or an alloy vapor by a physical method.
본 발명의 진공조의 진공도는 불활성 가스를 포함시켜 조절하며, 상기 불활성 가스는 아르곤(Ar), 네온(Ne), N2, O2, CH4 등일 수 있다. 상기 진공조의 진공도는 바람직하게는 불활성 가스 또는 화합물을 위한 반응성 가스를 주입시에는 1x10-1 Torr. 정도에서도 가능하지만 순수 금속만을 위할 경우는 바람직하게는 1x10-5 Torr. 이하로 고진공일 수 있다.The vacuum degree of the vacuum tank of the present invention is controlled by including an inert gas, and the inert gas may be argon (Ar), neon (Ne), N2, O2, CH4, or the like. The vacuum degree of the vacuum tank is preferably 1x10 -1 Torr when inert gas or reactive gas for a compound is injected. It is also possible in about degree, but in case of pure metal only, preferably 1x10 -5 Torr. It may be a high vacuum below.
상기 증발원으로부터 증기를 생성시키는 단계는 DC 스퍼터링(DC Sputtering), DC 마그네트론 증착법(DC magnetron sputtering), RF 스퍼터링(RF Sputtering), 이온빔 스퍼터링(Ion Beam Sputtering), 아크방전법(Arc Discharge Process), 레이저 어블레이션(Laser Ablation), 열증발 증착(Thermal Evaporation), 전자빔 증착(E-beam Evaporation), 분자빔 에피텍시(Molecular Beam Epitaxy) 또는 이들의 조합에서 선택될 수 있다.The step of generating vapor from the evaporation source includes DC sputtering, DC magnetron sputtering, RF sputtering, Ion Beam Sputtering, Arc Discharge Process, and laser. It may be selected from laser ablation, thermal evaporation, e-beam evaporation, molecular beam epitaxy, or a combination thereof.
본 발명에서 증착 시간은 10 분에서 증발원의 원료가 모두 소진될 때까지이다. 또한 증발원의 원료를 재충전하며 원료를 지속적으로 투입할 경우 상기 시간을 조절함에 따라 구성원료에 대한 나노입자의 농도를 제어할 수 있고 무한의 농도로 제조할 수 있다.In the present invention, the deposition time is from 10 minutes until all the raw materials of the evaporation source are exhausted. In addition, when the raw material of the evaporation source is recharged and the raw material is continuously added, the concentration of the nanoparticles in the raw material can be controlled by controlling the time and can be produced at an infinite concentration.
상기 진공 증착은 증착조의 진공도, 유동장치의 유동 속도, 증착 시간, 증착 파워 등을 조절함으로써 나노입자의 성장을 제어하여 구성원료에 증착되는 나노입자의 크기 및 양을 조절할 수 있다.The vacuum deposition can control the growth of nanoparticles by controlling the vacuum degree of the deposition tank, the flow rate of the flow device, the deposition time, and the deposition power, and thus the size and amount of nanoparticles deposited on the material.
이하 일예를 들어 구성원료의 표면에 나노입자를 형성하는 장치의 특징을 설명한다. 다양한 장치들의 예에서 고품질의 나노분말을 제조하기 위한 다양한 증착표면을 형성하는 방법들을 설명하고 효율적으로 증착표면을 형성시키는 방법과 유동성 기판을 효율적으로 냉각할 수 있는 방법을 설명한다.Hereinafter, for example, a characteristic of a device for forming nanoparticles on the surface of a raw material will be described. In the example of various devices, methods for forming various deposition surfaces for manufacturing high-quality nanopowder are described, and a method for efficiently forming a deposition surface and a method for efficiently cooling a flowable substrate are described.
도 3은 구성원료통 내에 유동날개와 수평회전축을 구비하여 구성원료를 유동시키는 방법을 적용한 나노입자 제조장치의 예시이다. 장치의 구성은 진공조(1) 내에 물리적 증발원(2)과 구성원료(5)를 유동시키는 유동장치(4)를 포함한 구성원료통(3)을 구비한다. 제한적 공간내에서 구성원료를 유동시키는 구성원료통에 구성원료(5)를 투입하고 구성원료통 내에 구비된 수평 회전축(6)을 이용하여 구성원료를 유동시킨다. 이때 구성원료를 유동시키는 유동날개(7)는 회전축(6)에 부착되어 있고, 날개의 구조는 페달형의 구조로 제조할 수 있다. 기판의 냉각을 위한 장치는 구성원료통의 외벽에 설치가 가능하고, 회전축(6)에 냉각기능을 부여할 수도 있다.3 is an example of a nanoparticle manufacturing apparatus to which a method of flowing a material by providing a flow blade and a horizontal rotating shaft in a material container is applied. The configuration of the apparatus includes a
이때 날개는 구성원료에 묻혀 있어서 구성원료의 유동 시 구성원료(5)가 구성원료통(3) 밖으로 비산하는 것을 방지하고 또한 날개(7)에 증기가 증착하는 것을 방지한다.At this time, the blades are buried in the material to prevent the
도 4는 수직 회전축(6)을 이용한 구성원료를 유동시키는 유동장치를 구비하여 구성원료의 표면에 나노입자를 제조하는 장치의 예이다. 상기 장치는 진공조 내에 증발원(2)과 구성원료(5)를 유동시키는 유동장치(4)를 구비한다. 진공조 내에서 물리적 증발원(2)은 상부에 위치하고 유동장치(4)는 하부에 위치한다. 유동장치에 포함된 유동날개(7)는 페달형 또는 나선형 등으로 구성할 수 있다.4 is an example of an apparatus for manufacturing nanoparticles on the surface of the material by providing a flow device for flowing the material using the vertical rotation axis (6). The device has a
도 5는 수평회전축을 이용한 리본형 유동날개 구조를 구비한 나노입자 제조장비의 예이다. 상기 장치는 진공조 내의 상부에 증발원(2) 구비하고 하부에 유동장치(4)를 구비한 구성원료통(3)을 포함한다.5 is an example of a nanoparticle manufacturing equipment having a ribbon-type flow blade structure using a horizontal rotation axis. The device comprises a
유동장치(4)는 수평 회전축(6)과 구성원료(5)를 유동시키는 유동날개(7)로 구성되어 있다. 유동날개(7)는 2중 유동날개로 회전축에 가까운 내부유동날개(8)와 회전축에서 먼 외부유동날개(9)로 구성되어 있고 각각의 유동날개는 중앙을 기준으로 반대방향의 나선구조로 구성되어 있다. 리본형 유동날개의 회전에 의해 구성원료들은 전체적으로 흐름성이 좋아지고 균일한 구성원료의 유동을 만들 수 있다. 회전축의 정방향 회전과 역방향 회전의 경우 각각 구성원료들은 서로 반대방향으로 이동하게 된다. 정방향 회전 시 회전축의 중심에서 가까운 위치에 있는 유동성 기판들은 내부유동날개로부터 힘을 받아 중앙 쪽으로 이동하게 되고, 회전축에서 먼 유동성 기판들은 외부유동날개의 힘을 받아 중앙부로부터 먼 쪽으로 이동하게 된다. 정방향 회전이더라도 유동날개의 방향에 따라 유동성 기판을 반대방향으로 이동하도록 할 수 있다. 리본형 유동날개의 폭이나 간격은 유동성 기판소재로 선택한 구성원료의 크기 및 물리적인 특성에 따라 변화될 수 있다.The
수평회전축 방식의 리본형 유동날개를 적용한 장치는 구성원료의 수위가 외부유동날개의 최대높이 이상으로 채우는 것이 바람직하다. 이 경우 최상부 표면에서의 구성원료들이 정체되는 영역이 거의 없기 때문에 우수한 흐름성을 갖게 된다. 회전축 근방에서 구성원료들의 움직임은 내부유동 날개에 의해 수평방향으로 이동하기 때문에 수평회전축과는 달리 회전축 근방에서 구성원료들의 움직임이 우수하다. 이 장치는 유동날개가 증착영역에 노출되지 않기 때문에 증착효율이 상대적으로 높고 증착영역에서의 열에 의한 축적을 최소화 할 수 있다. 2중 리본형 유동날개에 의해 구성원료들의 전체적인 유동성이 좋고 구성원료들의 유동이 균일하게 이루어지기 때문에 공급되는 금속증기에 의해 기판의 표면에 형성되는 나노입자들은 상대적으로 균일한 분포를 갖게 된다. 또한 열에 의한 기판의 손상이 최소화되기 때문에 품질이 우수한 나노입자를 효율성 높게 제조할 수 있다. It is preferable to fill the level of the raw material above the maximum height of the outer flow blade in the device to which the horizontal rotating shaft type ribbon-type flow blade is applied. In this case, since there is almost no area in which the constituent materials are stagnant on the top surface, excellent flowability is obtained. The movement of the material in the vicinity of the rotation axis moves in the horizontal direction by the internal flow blades, so unlike the horizontal rotation axis, the movement of the material material in the vicinity of the rotation axis is excellent. This device has relatively high deposition efficiency because the flow blades are not exposed to the deposition area and can minimize the accumulation of heat in the deposition area. Due to the double ribbon-type flow blade, the overall flow of the material is good and the flow of the material is uniform, so that the nanoparticles formed on the surface of the substrate by the supplied metal vapor have a relatively uniform distribution. In addition, since damage to the substrate by heat is minimized, nanoparticles of excellent quality can be manufactured with high efficiency.
본 발명의 장치에서 구성원료를 냉각할 수 있는 장치를 구비할 수 있으며, 냉각방식으로는 수냉식 냉각장치 또는 기타 냉각장치를 추가할 수 있다. 냉각장치를 부착시키는 위치는 구성원료통 벽면, 회전축, 유동날개 등이 될 수 있다. 냉각장치의 역할은 마찰이나 증착영역의 열에 의해 구성원료에 축적될 수 있는 열을 외부로 배출시키는 것이며, 나노분말 제조 시 보다 작고 많은 양의 핵을 형성시킬 수 있어 고품질의 나노입자 제조에 유리하다. In the apparatus of the present invention, a device capable of cooling the raw material may be provided, and a water-cooled cooling device or other cooling device may be added as a cooling method. The location where the cooling device is attached may be a wall surface of a raw material container, a rotating shaft, a flow blade, or the like. The role of the cooling device is to discharge heat that may accumulate in the material by friction or heat in the deposition area to the outside, and it is advantageous in manufacturing high-quality nanoparticles as it can form a smaller and larger amount of nuclei when manufacturing nanopowder. .
도 6에 회전축냉각장치(10), 회전날개냉각장치(11) 및 구성연료통냉각장치(12)가 구비된 예를 도시하였다. 도 6에서는 리본형 유동날개의 일부만 도시하였지만 도 6에 도시된 장치와 같이 리본형 유동날개를 사용하는 경우 및 기타 다양한 유동날개의 경우도 동일한 개념을 적용할 수 있음을 의미한다. 6 shows an example in which a rotating
냉각장치는 구성원료들이 증착영역에 노출되거나 유동에 의한 마찰 등에 의해 발생할 수 있는 열을 효과적으로 방출시키기 위하여 구성원료 및 나노입자가 형성된 구성원료들이 직접 접촉하는 금속 구조물들을 냉각함으로써 유동성 기판인 구성원료들의 온도를 제어할 수 있다. 냉각장치는 냉각수 순환방식일 수 있고 냉각장치에 공급되는 냉각수의 온도는 5 ~ 15 도 범위 내에서 설정하는 것이 바람직하다.The cooling device cools the metal structures in which the material and the material in which the nanoparticles are formed in direct contact in order to effectively dissipate heat that may be generated by the material being exposed to the deposition area or friction caused by flow. You can control the temperature. The cooling device may be a cooling water circulation method, and the temperature of the cooling water supplied to the cooling device is preferably set within the range of 5 to 15 degrees.
이하 일 실시예를 들어 본 발명을 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to one embodiment. However, the present invention is not limited to the following examples.
실시예 1. Example 1.
(1) 각각 은, 팔라듐, 백금, 금 나노입자가 증착된 포도당 분말 제조(1) Preparation of glucose powder in which silver, palladium, platinum, and gold nanoparticles are deposited, respectively
포도당 분말을 유동성 기판을 이루는 구성원료로 하고 나노입자의 원료인 증발원으로 각각 은, 팔라듐, 백금 및 금의 금속괴를 사용하여 도 6의 구성원료통과 구성원료 유동장치를 이용하여 포도당의 표면에 나노입자를 증착시켰다. Using glucose powder as a material constituting a fluid substrate, and using metal ingots of silver, palladium, platinum, and gold, respectively, as a raw material for nanoparticles, nanoparticles on the surface of glucose by using the material flow device of FIG. The particles were deposited.
구체적으로 설명하면, 포도당 분말을 진공조 내에 구비된 구성원료통에 투입한 후 진공펌프를 이용하여 진공배기를 수행하여 최종적으로 1x10-5 Torr 이하의 고진공으로 만들었다. 그 상태에서 Ar 가스를 진공조 내로 50 ~ 150 sccm 유량으로 주입하고, 유동장치를 이용하여 구성원료인 포도당 분말을 60 rpm 속도로 유동시켜 포도당 분말로 이루어진 연속적이고 반복적인 증착표면을 제공하도록 하였다. 증발원으로 사용되는 금속괴는 10 cm 지름과 1cm 두께를 가지는 디스크 타입으로 DC 스퍼터링 캐소드에 부착시켰다. 상기 증발원의 금속원자들을 증기화하여 포도당의 표면에 나노입자를 형성시켰다. Specifically, after putting the glucose powder into the raw material container provided in the vacuum tank, vacuum evacuation was performed using a vacuum pump to finally achieve a high vacuum of 1x10 -5 Torr or less. In that state, Ar gas was injected into the vacuum bath at a flow rate of 50 ~ 150 sccm, and the glucose powder as a component material was flowed at a speed of 60 rpm using a flow device to provide a continuous and repetitive deposition surface made of glucose powder. The metal ingot used as the evaporation source was a disk type having a diameter of 10 cm and a thickness of 1 cm, and was attached to the DC sputtering cathode. The metal atoms of the evaporation source were vaporized to form nanoparticles on the surface of glucose.
상기 방법에 의하여 황색의 은 나노입자가 증착된 포도당 분말(Ag/포도당), 검정색의 팔라듐 나노입자가 증착된 포도당 분말(Pd/포도당), 갈색의 백금 나노입자가 증착된 포도당 분말(Pt/포도당) 및 회색의 금 나노입자가 증착된 포도당 분말(Au/포도당)을 얻었다. Glucose powder on which yellow silver nanoparticles are deposited (Ag/glucose), glucose powder on which black palladium nanoparticles are deposited (Pd/glucose), and glucose powder on which brown platinum nanoparticles are deposited (Pt/glucose) by the above method ) And gray gold nanoparticles were deposited to obtain a glucose powder (Au/glucose).
상기 방법에 의하여 제조된 나노입자가 증착된 포도당 분말의 사진을 도 7, 8, 9, 10에 도시하였다.Pictures of the glucose powder on which the nanoparticles prepared by the above method are deposited are shown in FIGS. 7, 8, 9, and 10.
(2) 백금 및 금 콜로이드 제조 (2) Manufacture of platinum and gold colloids
상기 백금 나노입자가 증착된 포도당 분말(a) 및 금 나노입자가 증착된 포도당 분말(b)을 물에 혼합하면 포도당이 물에 녹으면서 나노입자들은 별도의 분산제 없이도 물에 골고루 분산이 되어 도 11에 도시된 바와 같이 균일한 콜로이드 상태로 된다.((a)는 백금 나노입자 콜로이드, (b)는 금 나노입자 콜로이드이다.)When the glucose powder (a) on which the platinum nanoparticles are deposited and the glucose powder (b) on which the gold nanoparticles are deposited are mixed with water, the glucose is dissolved in water and the nanoparticles are evenly dispersed in water without a separate dispersant. It becomes a uniform colloidal state as shown in ((a) is a platinum nanoparticle colloid, (b) is a gold nanoparticle colloid.)
실시예 2.Example 2.
(1) 은 나노입자가 증착된 PET 칩 제조(1) Manufacture of PET chips with silver nanoparticles deposited
구성원료로 고분자 소재 중 하나인 PET(polyethyleneterephthalate) 칩을 사용하고 은의 괴를 증발원으로 사용하여 은나노 입자가 증착된 PET 칩을 제조하였다. 제조 순서는 PET 칩을 진공조 내에 구비된 구성원료 통에 투입한 후 진공펌프를 이용하여 진공배기를 수행하고, 구성원료통 상부에 구비된 증발원으로부터 은을 증기화하여 PET 칩 표면에 은 나노입자를 증착시켰다. 은 나노입자가 증착된 PET칩의 사진을 도 12에 도시하였다.PET (polyethyleneterephthalate) chips, which are one of the polymer materials, were used as a raw material, and silver nanoparticles were deposited using a silver ingot as an evaporation source. The manufacturing sequence is to put the PET chip into the raw material container provided in the vacuum tank, and then perform vacuum evacuation using a vacuum pump, and vaporize the silver from the evaporation source provided in the upper part of the material container to form silver nanoparticles on the surface of the PET chip. Was deposited. A photograph of a PET chip on which silver nanoparticles are deposited is shown in FIG. 12.
(2) 실의 제조 (2) production of yarn
이와 같이 제조된 은/PET 칩을 기존의 방사 공정에 투입하여 실을 제조하였다. 상기 실에 대한 사진을 도 13에 도시하였다. The silver/PET chip manufactured in this way was put into the existing spinning process to produce a yarn. A picture of the thread is shown in FIG. 13.
실시예 3. Example 3.
(1) 은 나노입자가 증착된 ABS 수지 칩 제조(1) Manufacture of ABS resin chips with silver nanoparticles deposited
유동성 기판의 구성원료로 ABS 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene resine) 칩을 사용하여 본 발명에 의한 방법으로 ABS 칩 표면에 은나노입자를 증착시켰다. Silver nanoparticles were deposited on the surface of the ABS chip by the method according to the present invention using an ABS resin (acrylonitrile-butadiene-styrene resine) chip as a material of the flowable substrate.
(2) 플라스틱 사출(2) plastic injection
상기 방법으로 제조한 은 나노입자가 증착된 ABS 수지 칩을 별도의 첨가제나 분산제 없이 기존의 사출성형 공정을 그대로 이용하여 나노입자들이 골고루 분산된 제품으로 사출성형하고 이를 도 14에 도시하였다. The ABS resin chip on which the silver nanoparticles were deposited was injection-molded into a product in which the nanoparticles were evenly dispersed by using the existing injection molding process without additional additives or dispersants, and this was shown in FIG. 14.
실시예 4. Example 4.
(1) 은 나노입자가 증착된 LDPE 칩 제조(1) Manufacture of LDPE chips with silver nanoparticles deposited
유동성 기판의 구성원료로 LDPE(Low Density Polyethylene) 칩을 사용하여 본 발명에 의한 방법으로 LDPE 칩 표면에 은나노입자를 형성시켰다. Silver nanoparticles were formed on the surface of the LDPE chip by the method according to the present invention using LDPE (Low Density Polyethylene) chips as a material for the flowable substrate.
(2) 항균필름의 제조(2) Preparation of antibacterial film
상기 방법으로 제조한 은 나노입자가 증착된 LDPE 칩으로 별도의 첨가제나 분산제 없이 기존의 필름 제조공정을 그대로 이용하여 나노입자들이 골고루 분산된 항균필름을 제조하고 도 15에 도시하였다.An antimicrobial film in which the nanoparticles were evenly dispersed was prepared by using the existing film manufacturing process without any additional additives or dispersants using the LDPE chip on which the silver nanoparticles prepared by the above method were deposited, and is shown in FIG. 15.
실시예 5.Example 5.
(1) 은 나노입자가 증착된 PP 칩 제조(1) Manufacture of PP chips with silver nanoparticles deposited
유동성 기판의 구성원료로 PP(polypropylene) 칩을 사용하여 본 발명에 의한 방법으로 은 나노입자가 증착된 PP 칩을 제조하였다. A PP chip on which silver nanoparticles were deposited was manufactured by the method according to the present invention using a PP (polypropylene) chip as a material for a flowable substrate.
(2) 부직포의 제조(2) Manufacture of nonwoven fabric
상기 방법으로 제조한 은 나노입자가 증착된 PP 칩으로 별도의 첨가제나 분산제 없이 기존의 부직포 제조공정을 그대로 이용하여 나노입자들이 골고루 분산된 항균부직포를 제조하고 이를 도 16에 도시하였다.A PP chip on which the silver nanoparticles prepared by the above method were deposited, using the existing nonwoven fabric manufacturing process without any additional additives or dispersants, to prepare an antibacterial nonwoven fabric in which nanoparticles were evenly dispersed, and this was shown in FIG. 16.
실시예 6.Example 6.
(1) Fe/포도당, SUS/포도당 및 Ni/포도당 분말의 제조(1) Preparation of Fe/glucose, SUS/glucose and Ni/glucose powder
유동성 기판의 구성원료로 포도당 분말을 사용하여 본 발명에 의한 방법으로 Fe 나노입자, SUS(stainless steel) 나노입자 및 Ni 나노입자가 증착된 포도당 분말을 제조하였다.Glucose powder on which Fe nanoparticles, SUS (stainless steel) nanoparticles, and Ni nanoparticles were deposited by the method according to the present invention was prepared by using glucose powder as a material of the flowable substrate.
(2) Ni/Fe/포도당 및 Ni/SUS/포도당 분말의 제조(2) Preparation of Ni/Fe/glucose and Ni/SUS/glucose powder
유동성 기판의 구성원료로 포도당 분말을 사용하여 본 발명에 의한 방법으로 서로 다른 2 종의 금속 나노입자를 순차적으로 구성원료인 포도당의 표면에 형성시킨 Ni/Fe/포도당 및 Ni/SUS/포도당 분말을 제조하였다. 제조 순서는 포도당 분말을 진공조 내에 구비된 구성원료 통에 투입한 후 진공펌프를 이용하여 진공배기를 수행하고, 유동장치를 이용하여 구성원료인 포도당 분말을 유동시켜 포도당 분말로 이루어진 연속적이고 반복적인 증착표면을 제공하도록 하였다. 먼저 Ni 금속 괴를 증발원으로 하여 포도당 분말의 표면에 Ni 나노입자를 형성시켰다. 그리고, Ni 금속 괴를 Fe 금속 괴로 교체하여 Ni 나노입자가 부착된 포도당 분말의 표면에 Fe 나노입자를 형성시켜 철 및 니켈 나노입자가 증착된 포도당 분말(Ni/Fe/포도당)을 제조하였다. Ni/Fe/glucose and Ni/SUS/glucose powder formed by sequentially forming two different kinds of metal nanoparticles on the surface of glucose as a component material by the method according to the present invention using glucose powder as a material for a fluid substrate Was prepared. The manufacturing sequence is a continuous and repetitive process consisting of glucose powder by injecting glucose powder into a material container provided in a vacuum tank and evacuating using a vacuum pump, and flowing the glucose powder as a material material using a flow device. It was made to provide a deposition surface. First, Ni nanoparticles were formed on the surface of the glucose powder using the Ni metal ingot as an evaporation source. In addition, by replacing the Ni metal ingot with the Fe metal ingot to form Fe nanoparticles on the surface of the glucose powder to which the Ni nanoparticles were attached, glucose powder (Ni/Fe/glucose) on which iron and nickel nanoparticles were deposited was prepared.
스테인리스스틸(SUS) 괴와 Ni 금속 괴를 사용하여 상기 방법과 동일한 과정으로 스테인레스스틸 및 니켈 나노입자가 증착된 포도당 분말(Ni/SUS/포도당)을 제조하였다. 도 17에 Ni/Fe/포도당(a) 및 Ni/SUS/포도당(b) 분말 사진을 도시하였다.Glucose powder (Ni/SUS/glucose) on which stainless steel and nickel nanoparticles were deposited was prepared in the same process as the above method using a stainless steel (SUS) ingot and a Ni metal ingot. Fig. 17 shows photographs of Ni/Fe/glucose (a) and Ni/SUS/glucose (b) powder.
(3) 나노입자 콜로이드 제조 (3) nanoparticle colloid preparation
상기 제조된 Fe/포도당, Ni/포도당 및 SUS/포도당 분말을 이용하여 분산제 없이 동일한 용매 (물)에 분산시킨 Fe, Ni 및 SUS 나노입자 콜로이드를 제조하였다. 또한 Fe/Ni/포도당 및 SUS/Ni/포도당 분말을 이용하여 동일하게 Fe/Ni 및 SUS/Ni 혼합금속 나노입자 콜로이드를 제조하였다. 이를 도 18에 도시하였다. 도 18에서 단일소재인 Fe, SUS, Ni 나노입자들이 각각 용매에 잘 분산되어 있는 것을 확인할 수 있고, 또한 2 종의 나노입자들이 형성된 샘플에서도 Ni/Fe 및 Ni/SUS 혼합금속 나노입자들이 각각의 동일한 용매 내에서 분산제 없이 잘 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다.((a)는 Fe 나노입자 콜로이드, (b)는 SUS 나노입자 콜로이드, (c)는 Ni 나노입자 콜로이드, (d)는 Ni/Fe 나노입자 콜로이드, (e)는 Ni/SUS 나노입자 콜로이드이다.)The Fe/glucose, Ni/glucose and SUS/glucose powders prepared above were used to prepare a colloid of Fe, Ni, and SUS nanoparticles dispersed in the same solvent (water) without a dispersant. In addition, Fe/Ni/SUS/Ni mixed metal nanoparticle colloid was prepared in the same manner using Fe/Ni/glucose and SUS/Ni/glucose powder. This is shown in Figure 18. In FIG. 18, it can be seen that Fe, SUS, and Ni nanoparticles, which are single materials, are well dispersed in the solvent, and in the sample in which two types of nanoparticles are formed, Ni/Fe and Ni/SUS mixed metal nanoparticles are respectively It can be seen that it is well dispersed without a dispersant in the same solvent ((a) is a Fe nanoparticle colloid, (b) is a SUS nanoparticle colloid, (c) is a Ni nanoparticle colloid, and (d) is a Ni/Fe Nanoparticle colloid, (e) is a Ni/SUS nanoparticle colloid.)
실시예 7. Cu/Zn/탄산칼슘 분말의 제조Example 7. Preparation of Cu/Zn/Calcium Carbonate Powder
유동성 기판의 구성원료로 탄산칼슘 (CaCO3) 분말을 사용하여 본 발명에 의한 방법으로 Cu 및 Zn 나노입자를 동시에 구성원료인 탄산칼슘의 표면에 형성시킨 Cu/Zn/탄산칼슘 분말을 제조하였다. 이 때 증발원에 사용한 금속 괴는 Cu:Zn = 6:4인 합금을 사용하였다. 그 결과 사진을 도 19에 도시하였다.A Cu/Zn/calcium carbonate powder was prepared in which Cu and Zn nanoparticles were simultaneously formed on the surface of calcium carbonate as a member material by the method according to the present invention using calcium carbonate (CaCO 3 ) powder as a material for a fluid substrate. In this case, an alloy of Cu:Zn = 6:4 was used as the metal ingot used for the evaporation source. As a result, a photograph is shown in FIG. 19.
상기 실시 예들에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 방법으로 제조한 나노입자가 증착된 다양한 구성원료들은 최종 제품의 제조에 그대로 사용될 수 있는 장점이 있다. 구성원료의 표면에 형성된 나노입자들은 분산제 없이도 높은 분산성을 나타내기 때문에 기존의 응용제품 제조공정에 그대로 사용되어 섬유, 필름, 부직포, 3차원 형상 등의 다양한 형태의 제품에 포함될 수 있다. 또한 기존의 화학적인 공정에서 제조하기 어려웠던 단일, 혼합, 합금 형태의 다양한 나노입자들을 구성원료의 표면에 형성할 수 있으므로 기존 응용제품에 다양한 기능성을 부여하기가 매우 용이하다.As described in the above embodiments, various member materials on which nanoparticles manufactured by the method according to the present invention are deposited have an advantage that they can be used as they are in manufacturing a final product. Since the nanoparticles formed on the surface of the raw material exhibit high dispersibility without a dispersant, they can be used as it is in the existing application product manufacturing process and included in various types of products such as fibers, films, nonwoven fabrics, and three-dimensional shapes. In addition, since various nanoparticles in the form of single, mixed, and alloy, which were difficult to manufacture in conventional chemical processes, can be formed on the surface of the material, it is very easy to impart various functions to existing applications.
1. 진공조 2. 증발원 3. 구성원료통 4. 유동장치 5. 유동성 기판(구성원료) 6. 회전축 7. 유동날개 8. 리본형내부유동날개 9. 리본형외부유동날개 10. 회전축냉각장치, 11. 회전날개냉각장치 12. 구성연료통냉각장치 101. 증착표면1.
Claims (12)
1) 제한된 공간내에 유동성 기판을 이루는 구성원료를 구비하는 단계;
2) 금속, 금속화합물 및 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 증발원을 구비하는 단계
3) 구성원료를 유동시켜 지속적으로 새로운 증착표면을 만드는 단계;
4) 상기 새로운 증착표면에 상기 증발원으로부터 생성된 증기를 증착시켜 금속, 금속화합물 또는 합금의 핵를 만드는 단계;
5) 상기 핵이 형성된 구성원료를 유동시켜 증착표면으로부터 멀어지게 하고 냉각시켜 핵을 나노입자화 하는 단계; 및
6) 상기 단계 3) 내지 5)를 반복하는 단계를 포함하고
상기 유동성 기판을 이루는 구성원료가 증착표면에의 머무름 시간이 평균 1초미만이고
상기 구성원료 분말 또는 칩형상의 직경이 1μm~5mm이고, 진공 내에서 휘발하지 않는 재료이고,
상기 구성원료 분말 또는 칩형상의 직경은 비중에 따라 달라지는 것이고
상기 구성원료 비중이 2이상 경우 직경은 1μm~1mm이고, 비중이 2미만인 경우 직경은 1mm~5mm이고
상기 구성원료가 이루는 유동성 기판은 구성원료의 입자 크기가 (1/2)n 배율로 작아질 경우, 증착표면적은 n2배에 비례하여 증대하는 것이고
상기 핵이 형성된 구성원료를 유동시키기 위하여 유동장치에 교반날개가 구비되고, 상기 교반날개는 구성원료에 묻혀 있고, 상기 교반날개의 교반속도는 20-100rpm이고 구성원료의 비중에 따라 교반속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 유동성 기판을 이루는 구성원료의 표면에 나노입자를 형성시키는 방법As a method of producing nanoparticles in a vacuum bath,
1) providing a material constituting a flowable substrate in a limited space;
2) providing at least one evaporation source selected from the group consisting of metals, metal compounds and alloys
3) continuously creating a new deposition surface by flowing raw materials;
4) depositing the vapor generated from the evaporation source on the new deposition surface to form a nucleus of a metal, a metal compound, or an alloy;
5) moving the core material formed thereon to move away from the deposition surface, and cooling the core material into nanoparticles; And
6) including the step of repeating steps 3) to 5), and
The member materials constituting the flowable substrate have an average retention time of less than 1 second on the deposition surface,
The raw material powder or chip has a diameter of 1 μm to 5 mm, and is a material that does not volatilize in a vacuum,
The diameter of the raw material powder or chip shape varies depending on the specific gravity.
When the specific gravity of the material is 2 or more, the diameter is 1 μm to 1 mm, and when the specific gravity is less than 2, the diameter is 1 mm to 5 mm.
When the particle size of the material is reduced by (1/2) n magnification of the fluid substrate formed by the material, the deposition surface area increases in proportion to n 2 times.
A stirring blade is provided in the flow device to flow the cored material, the stirring blade is buried in the material, and the stirring speed of the stirring blade is 20-100rpm, and the stirring speed is adjusted according to the specific gravity of the material. Method of forming nanoparticles on the surface of a material constituting a fluid substrate, characterized in that
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