KR20040047406A

KR20040047406A - 질화 금속 나노입자의 제조 방법 및 그로부터 제조된 질화금속 나노입자

Info

Publication number: KR20040047406A
Application number: KR1020020075621A
Authority: KR
Inventors: 김진권; 문정미; 이기선
Original assignee: 김진권
Priority date: 2002-11-30
Filing date: 2002-11-30
Publication date: 2004-06-05
Also published as: KR100524529B1

Abstract

본 발명은 질화 금속 나노입자 및 그로부터 제조된 질화 금속 나노입자의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 (A) 금속 전구체와 유기물질 리간드를 소정의 용매하에서 반응시켜 금속-유기물질 착화합물을 제조하는 단계; (B) 상기 금속-유기물질 착화합물을 세척한 후 분리하는 단계; (C) 상기 분리된 금속-유기물질 착화합물에 NH₃/H₂가 몰비 90/10 내지 10/90의 비율로 혼합된 혼합기체를 유입시켜 질화(Nitridation)와 동시에 유기리간드 열분해를 통한 금속 나노입자를 형성하는 단계; 및 (D) 상기 형성된 금속 나노입자를 회수하는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 질화 금속 나노입자의 제조 방법에 따르면, 균일하고 결정성이 높을 뿐만 아니라, 포화자화도가 우수한 질화 금속 나노입자를 제조함으로써 테라비트급의 자기저장 매체를 얻는 것이 가능하다.

Description

질화 금속 나노입자의 제조 방법 및 그로부터 제조된 질화 금속 나노입자 {Preparation Method of Nano-sized Metal Nitride Particle and Metallic Nano-sized Metal Nitride Particle thereof}

본 발명은 질화 금속 나노입자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속-계면활성제 착화합물을 형성하고, 질화(Nitridation)와 동시에 유기리간드를 열분해함으로써 균일하고 결정성이 높을 뿐만 아니라 포화자화도가 우수한 질화 금속 나노입자의 제조방법 및 그로부터 제조된 질화 금속 나노입자에 관한 것이다.

고주파용 연자성 부품은 전통적인 소재인 소프트 페라이트가 주류를 이루어 왔으나, 소프트 페라이트는 재료가 갖고 있는 포화자화도가 낮아서 부피를 줄일 수 없다는 한계에 직면해 있다. 특히 자성을 가지는 산화물의 하나인 산화철, 마그헤마이트(Maghemite, gamma-Fe₂O₃)는 1937년 이래로 상업적인 테이프와 디스크 기억장비로 이용되어 왔으며, 오늘날도 여전히 주요한 자성 기록 재료로 사용되고 있는 전형적인 마그헤마이트의 입자 크기는 마이크로미터 단위로 최소 저장기억단위가 이 범위에 있었다.

이러한 문제를 극복하기 위해 균일한 나노입자가 출현되어, 기술적인 분야에서 큰 영향력을 발휘하고 있다. 이러한 나노 크기의 재료는 분자와 벌크 재료의 중간 크기를 갖는 나노입자의 특성에 의해 나타나는 양자 크기 효과 때문에 학문적 기술적 관심이 증대하고 있다. 특히, 정보화와 멀티미디어 시대에 들어와서, 기존의 상업화된 장치에 비해 더 높은 밀도와 더 빠른 속도, 더 낮은 전력 소비, 더 작은 크기의 자기 저장장치의 증가되는 수요가 나타나고 있다. 현재, 자기 나노입자를 이용한 자기 저장장치의 개발에 대한 연구가 활발하게 나타나고 있으며, 이에 따라 균일하고 다양한 크기의 나노입자의 필요성이 증가하고 있다.

균일하고 안정된 나노입자의 합성방법으로 제시된 것으로는 유기금속 전구체의 열적 분해, 음파화학적 분해와 금속 이온들의 고온 환원, 그리고 역 마이셀 안에서의 환원 등을 포함한 여러가지의 합성방법들이 있다. 이 중에서 계면활성제를 포함하는 용액을 고온으로 올린 후 여기에 전구체를 짧은 시간에 투여함으로써 유도된 갑작스러운 균일한 결정핵 형성 후에 낮은 온도로 낮춤으로써 새로운 핵형성을 막고 입자의 성장이 균일하게 일어나도록 유도하는 방법이 가장 널리 응용되어지고 있다[J. Am. Chem. Soc. 115(1993)8706]. 미합중국 특허 제9-127,005호에 개시된 바와 같이, 인터내쇼날 비즈니스 머신즈 사에서는 전이금속을 계면활성제와 결합시켜 전구체를 만들고, 응집시킨 후 이를 재해교시켜 비교적 균일하고 안정된 나노입자의 제조방법을 개발하였다.

이러한 나노입자가 그 자체로 자성을 띄는 경우에는 종래의 자기저장매체에 비해 훨씬 집적도가 높은 자기저장매체로 활용될 수 있을 것이나, 아직까지 이러한 나노입자로 된 자기저장매체의 성능을 평가할 수 있는 하드웨어 등이 개발되지 않아, 나노입자의 자성이 유효한 것인지에 대한 판단은 미지수인 실정이다.

한편, 질화 금속 나노물질은 화학적으로 안정되고 포화자화도가 커서 고밀도의 자기저장매체로 적합한 물질로 추정되고 있으나, 질화(Nitridation) 공정에 의해 금속 나노입자가 뭉쳐져 클로스터(cluster)가 형성되고, 크기가 불균일해지는 등의 문제점 때문에 제조에 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하고자 함에 있으며, 본 발명은 금속-계면활성제 착화합물을 형성하고, 질화(Nitridation)와 동시에 유기리간드를 열분해함으로써 균일하고 결정성이 높을 뿐만 아니라, 포화자화도가 우수한 질화 금속 나노입자의 제조 방법 및 그로부터 제조된 질화 금속 나노입자를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 질화 금속 나노입자의 제조방법을 도식적으로 나타낸 것이고,

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 질화 철 나노입자의 투과전자현미경사진이고,

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 질화 철 나노입자의 FTIR 분석 결과이고,

도 4는 본 발명의 실시예 1 따라 제조된 질화 철 나노입자의 X선 회절 분석 결과이고,

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 질화 철 나노입자의 투과전자현미경 사진이고,

도 6는 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 질화 철-니켈 합금 나노입자의 투과전자현미경 사진이고,

도 7는 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 질화 철-니켈 합금 나노입자의 투과전자현미경 사진이고,

도 8는 본 발명의 실시예 5에 따라 제조된 질화 철-니켈 합금 나노입자의 투과전자현미경 사진이고,

도 9는 비교예 1에 따라 제조된 철 입자의 전자현미경 사진이다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 (A) 금속 전구체와 유기물질 리간드를 소정의 용매하에서 반응시켜 금속-유기물질 착화합물을 제조하는 단계; (B) 상기 금속-유기물질 착화합물을 세척한 후 분리하는 단계; (C) 상기 분리된 금속-유기물질 착화합물에 NH₃/H₂가 몰비 90/10 내지 10/90의 비율로 혼합된 혼합기체를 유입시켜 질화(Nitridation)와 동시에 유기리간드 열분해하여 금속 나노입자를 형성하는 단계; 및 (D) 상기 형성된 금속 나노입자를 회수하는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 한다.

상기 (A) 금속-유기물질 착화합물의 제조단계에 있어서, 상기 금속 전구체는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 망간(Mn), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 금속과 -CO, -NO, -C₅H₅, 아세틸아세토아세테이트 및 알콕사이드(alkoxide)로 구성되는 그룹으로부터 선택되어 상기 금속에 결합되는 리간드로 구성되는 어느 하나 이상의 금속화합물이거나, 철 펜타카보닐 (iron pentacarbonyl), 페로센 (ferrocene), 코발트트리카보닐나이트로실(Co(CO)₃(NO)), 시클로트펜타디엔닐코발트트리카보닐(Co(CO)₃(C₅H₅)), 티탄 테트라이소프록폭사이드(Ti(O-i-C₃H₇)₄), 지르코늄 테트라부톡사이드 (Zr(O-C₄H₉)₄)_,삼클로로화철 (FeCl₃), 이클로로화철 (FeCl₂), 철 나이트레이트 (Fe(NO₃)₃), 황화철 (FeSO₄), 삼클로로화코발트 (CoCl₃), 이클로로화코발트 (CoCl₂), 코발트 나이트레이트 (Co(NO₃)₃), 황화니켈 (NiSO₄), 클로로화니켈 (NiCl₂), 니켈 나이트레이트 (Ni(NO₃)₂), 티탄 테트라클로라이드(TiCl₄), 지르코늄 테트라클로라이드(ZrCl₄), 백금 클로로산(H₂PtCl₆), 팔라듐 클로로산(H₂PdCl₆), 바륨 클로라이드(BaCl₂), 황화바륨(BaSO₄), 스트론튬 클로라이드(SrCl₂) 및 황화스트론튬(SrSO₄)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 금속화합물이며, 상기 소정의 용매는 에테르계 화합물로서, 옥틸 에테르(octyl ether), 부틸 에테르(butyl ether), 헥실 에테르(hexyl ether) 및 데실 에테르(decyl ether), 헤테로고리화합물로서, 피리딘 및 테트라하이드로퓨란(THF), 방향족화합물로서, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌 및 벤젠, 디메틸술폭사이드(DMSO), 디메틸포름아마이드 (DMF), 알코올류로서, 옥틸알코올 및 데칸올, 탄화수소로서, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 데칸, 도데칸, 테트라데칸 및 헥사데칸 그리고 물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.

상기 유기물질 리간드는 양이온 계면활성제로서 탄소수가 10 내지 22인 알킬 트라이메틸암모늄 할라이드(alkyl trimethylammonium halide), 중성 계면활성제로서 탄소수가 10 내지 22인 유기산 및 탄소수가 10 내지 22인 알킬아민(alkyl amine), 그리고 음이온 계면활성제로서, 탄소수가 12 내지 18인 소듐 알킬 설페이트 (sodium alkyl sulfate)으로 이루어진 그룹으로부터 하나 이상 선택되는 것이 바람직하다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 질화 금속 나노입자의 제조방법을 더욱 더 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 질화 금속 나노입자의 제조방법을 도식적으로 나타낸 것이다.

상기 (A) 금속-유기물질 착화합물의 제조하는 단계에 있어서, 금속전구체와 유기물질 리간드의 몰비는 10:90 내지 70:30의 범위이고, 상기 금속-유기물질 착화합물의 제조 시 온도조건은 170 내지 350℃인 것이 바람직하다. 금속-유기물질 착화합물의 제조에 있어서 유기물질 리간드는 나노입자의 안정화제로서의 역할을 하게 되는데, 그 사용량이 30 몰%미만일 경우에는 안정화제의 부족으로 작은 입자간의 뭉침현상이 두드러지게 나타나며 입자의 모양이 불균일하여 질 수 있다. 또한 상기 금속-유기물질 착화합물의 제조 시의 온도가 170℃이하일 경우에는 금속성분과 유기물질이 고르게 분산되지 않은 상태에서 부분적으로 착화합물이 형성됨에 따라, 나노입자의 크기가 불균일하여 질 수 있다. 또한, 상기 온도조건이 350℃이상일 경우에는 형성된 착화합물이 다시 분해되면서, 냉각 시 나노입자들의 크러스터(cluster)가 형성될 수도 있다.

상기 (B) 금속-유기물질 착화합물을 세척 분리하는 단계는 특별히 제한되지는 않으나, 에탄올 및 이소프로판올 등의 저급알콜이나 노말헥산 등의 용매를 이용하여 분산 세척하고, 원심분리 방법에 의해 용이하게 분리할 수 있다.

상기 (C) 질화(Nitridation) 단계는 통상적으로 N₂또는 N₂/H₂혼합기체를 유입시킴으로써 이루어지지만, 이러한 N₂또는 N₂/H₂혼합기체를 이용하여 질화 (Nitridation)하여 형성된 질화 금속 나노입자는 그 크기가 수십 내지 수백 나노미터로 비교적 크고, 균일도가 떨어지는 단점이 있었다. 따라서, 본 발명자들은 NH₃/H₂가 몰비 90/10 내지 10/90의 비율로 혼합된 혼합기체를 유입시켜 질화(Nitridation)함으로써, 수십 나노미터 이하의 질화 금속 나노입자를 얻을 수 있다는 것을 발견하여 본 발명에 이르게 된 것이다.

이 때, 상기 (C) 질화(Nitridation) 단계 이전에, 3 Torr 이하의 진공상태를 만들고, 99.99% 이상의 고순도 아르곤(Ar) 가스를 유입시켜 전처리하는 단계를 더 포함하여 진행하면, 금속-유기물질 착화합물에 잔존하는 용매나 불순물을 완전히 제거할 수 있으므로 더욱 더 균일한 질화 금속 나노입자를 얻을 수 있다.

또한, 상기 (C) 단계에서 유기리간드 열분해는 금속나노입자 형성의 효율성과 생산성을 감안하여 300 내지 550℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 400 내지 500℃인 것이 좋다.

마지막으로, 상기 (D) 형성된 질화 금속 나노입자의 회수 단계는 특별히 한정되지 않으며 열분해 후 냉각시켜 곧 바로 회수할 수도 있고, 상기 (B) 금속-유기물질 착화합물을 세척 분리하는 단계에서와 같이 에탄올 및 이소프로판올 등의 저급알콜이나 노말헥산 등의 용매를 이용하여 분산 세척하고, 원심분리 방법에 의해서도 용이하게 회수할 수도 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하지만, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.

실시예 1: 질화 철 나노입자의 제조 -1

250mL의 3구 환저 프라스크(3-neck round bottom flask)에 9g의 디옥틸에테르(Dioctyl Ether)에 올레익산(Oleic Acid) 0.424g(1.5mmol)을 넣고 30분간 질소를 불어준 다음 열을 가열하여 250℃가 되었을 때 철 펜타카보닐 (Fe(CO)₅) 0.2㎖(1.5mmol)를 주입한 후 한시간동안 숙성시켰다. 검은색의 반응물을 냉각하여 에탄올 약 20㎖을 넣어 침전물을 얻었다. 침전물을 원심분리를 통해 가라앉히고 상등액을 제거하였다. 얻어진 침전물을 약 15㎖의 헥산에 넣어 분산시킨 다음, 약 20㎖의 에탄올을 넣고 원심분리를 통해 분리하였다. 이와 같은 세척과정을 두 번 더 반복한 후 감압건조하여 블랙 착화합물을 얻었다.

상기 블랙 착화합물을 RTA(rapid thermal annealing) 기기에 넣고, 3×10^-5Torr의 진공상태를 만들어 준 다음, 99.999%의 Ar을 5분간 흘려주었다. 그리고나서, 1:1 비율로 혼합된 NH₃/H₂혼합가스를 0.5atm의 압력으로 5분간 흘려줌으로써, 질화(Nitridation)와 동시에 유기리간드 열분해를 500℃에서 1분간 처리한 다음, NH₃/H₂분위기하에서 냉각시키고, 아르곤 가스를 5분간 흘려주어 질화 철 나노입자를 회수하였다.

회수된 질화 철 나노입자를 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy: TEM)으로 관찰하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 입자의 크기는 5 내지 17nm였다. 또한 FTIR 스펙트럼과 X선 회절 분석을 실시하고 그 결과를 각각 도 3과 4에 나타내었다.

실시예 2: 질화 철 나노입자의 제조 -2

유리물질 리간드로 올레익산 대신 1.5mmol의 운데세노익산(undecenoic acid)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 하여 균일한 질화 철 나노입자를 제조하였다.

도 5는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 5 내지 17nm 크기의 질화 철 나노입자에 대한 투과 전자현미경 사진이다.

실시예 3: 질화 철-니켈 합금 나노 입자의 제조 -1

250ml 3구 환저 프라스크에 0.128g(0.5mmol)의 니켈 아세틸아세토네이트,0.388g(1.5mmol)의 1,2헥사데칸디올, 0.282g(1.0mmol)의 올레익산 및 디옥틸에테르 20㎖를 넣고 30분간 질소를 불어준 다음, 열을 가하여 250℃까지 증가하였을 때 0.13ml(1.0mmol)의 철 펜타카보닐(Fe(CO)₅)을 주입하고, 1시간동안 숙성시켰다. 검은 색의 반응물을 상온까지 식힌 후, 약 40㎖의 에탄올을 넣고 원심분리를 통해 침전물을 가라앉히고 상등액을 제거하였다. 얻어진 침전물을 약 30㎖의 헥산에 부어 분산시킨 다음 약 40㎖의 에탄올을 넣고, 원심분리를 통해 분리하였다. 이와 같은 세척과정을 두 번 더 반복한 후 감압건조하여 블랙 착화합물을 얻었다.

상기 블랙 착화합물을 RTA(rapid thermal annealing) 기기에 넣고, 3×10^-5Torr의 진공상태를 만들어 준 다음, 99.999%의 Ar을 5분간 흘려주었다. 그리고나서, 1:1 비율로 혼합된 NH₃/H₂혼합가스를 0.5atm의 압력으로 5분간 흘려줌으로써 질화(Nitridation)와 동시에 유기리간드 열분해를 500℃에서 1분간 처리한 다음, NH₃/H₂분위기하에서 냉각시켰다.

도 6은 본 발명의 실시예 3에서 제조된 5 내지 12nm 크기의 질화 철-니켈 합금 나노입자에 대한 투과 전자현미경 사진이다.

실시예 4 : 질화 철-니켈 합금 나노 입자의 제조 -2

상기 실시예 3에서 사용된 니켈 아세틸아세토네이트의 사용량을0.193g (0.75mmol)으로 변화시킨 것을 제외하고, 실시예 3과 동일한 조건으로 하여 균일한 질화 철-니켈 합금 나노입자를 제조하였다.

회수된 질화 철-니켈 합금 나노입자 생성물을 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy: TEM)으로 관찰한 결과를 도 7 에 나타내었다. 입자의 크기는 5 내지 18 nm였다.

실시예 5 : 질화 철-니켈 합금 나노 입자의 제조 -3

니켈 아세틸아세토네이트의 사용량을 0.257g(1.0mmol)으로 변화시킨 것을 제외하고, 실시예 3과 동일한 조건으로 하여 균일한 질화 철-니켈 합금 나노입자를 제조하였다.

회수된 생성물을 질화 철-니켈 합금 나노입자 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy: TEM)으로 관찰한 결과를 도 8에 나타내었다. 입자의 크기는 6 내지 18nm였다.

비교예 1 : N ₂ /H ₂ 혼합기체와 NH ₃ /H ₂ 혼합기체의 의한 열처리를 통한 나노입자 제조

상기 실시예 1에서 사용된 1:1의 비율로 혼합된 NH₃/H₂혼합기체 대신 2:1의 비율로 혼합된 N₂/H₂혼합기체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 금속나노입자를 제조하였다.

도 9는 비교예 1에서 제조된 N₂/H₂혼합기체에 의한 열처리 방법을 이용한 철 입자의 전자현미경(SEM) 사진이다.

상기 실시예 1 내지 실시예 5와 비교예 1의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 금속-유기 착화합물의 열처리를 통해 제조된 나노입자의 특징을 살펴본다.

먼저, 도 2, 도 5 내지 도 8의 투과 전자현미경 사진을 살펴보면, NH₃/H₂혼합기체로 질화한 나노입자는 그 크기가 20nm 미만이고, 매우 균일하다는 것을 알 수 있다. 반면, 비교예 1과 같이 N₂/H₂혼합기체에 의해 열처리한 나노입자의 경우에는 입자간의 뭉침이 심하게 진행되어 입자가 매우 커지고 매우 불균일함을 알 수 있다.

도 3의 FTIR 분석 결과를 살펴보면, 올레익산의 C=O 스트레칭 모드는 1,710 cm^-1에서 관찰되며, 화학결합이 형성된 후에는 1,427 내지 1,530 cm^-1에서 관찰된다. 그리고 올레익산이 금속입자를 둘러싸고 있는 경우, C-H 스트레칭 영역에서 2,954 cm^-1(CH₃비대칭), 2,921 cm^-1(CH₂비대칭), 2,852 cm^-1(CH₂대칭)에 해당하는 흡수 피크를 보였다. 이는 금속입자 표면에 안정제의 알킬 사슬이 결합되었음을 나타낸다. 반면, 질화 열처리후에는 C=O 스트레칭이나 C-H 스트레칭 영역에서 흡수피크가 나타나지 않아, 열처리에 의해 안정제가 거의 완전히 제거되었음을 의미한다.

한편, 도 4의 X선 회전 분석 결과를 살펴보면, 순철 나노입자의 경우, 열처리하지 않은 시료에서는 입자의 크기가 너무 작아 X-선 회절분석에서 아무런 피크가 나타나지 않는다(도4의 a). 하지만 500 ℃에서 질소/수소 분위기에서 열처리하면 유기 리간드가 분해되면서 입자의 성장이 급속히 일어나 X-선 회절 분석 스펙트럼에서 알파철의 피크가 선명하게 관찰된다(도4의 c). 하지만 암모니아 분위기에서 질화처리를 할 경우 유기리간드가 열분해되어 없어져도 입자의 성장이 크게 일어나지 않아 여전히 X-선 회절 스펙트럼에서 아무런 피크를 관찰 할 수 없었다 (도4 b). 즉, 본 발명에서 제안한 방법으로 질화 열처리를 할 경우 유기리간드를 효과적으로 분해하면서 입자의 성장을 최소화할 수 있다.

본 발명에 따르면 금속 합금 나노입자 원하는 크기로 균일하게 얻는 것이 가능하게 하여 질화 금속 나노입자를 제조할 수 있는 것이 가능하다. 이렇게 제조된 질화 금속 나노입자는 포화자화도가 우수하기 때문에 자기기록 단위가 매우 작게 됨으로써 제곱 인치당 테라비트급의 고밀도 자기저장 매체의 구현을 가능하게 할 수 있다.

Claims

(A) 금속 전구체와 유기물질 리간드를 소정의 용매하에서 반응시켜 금속-유기물질 착화합물을 제조하는 단계;

(B) 상기 금속-유기물질 착화합물을 세척한 후 분리하는 단계;

(C) 상기 분리된 금속-유기물질 착화합물에 NH₃/H₂가 몰비 90/10 내지 10/90의 비율로 혼합된 혼합기체를 유입시켜 질화(Nitridation)와 동시에 유기리간드 열분해를 통한 금속 나노입자를 형성하는 단계; 및

(D) 상기 형성된 금속 나노입자를 회수하는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 질화 금속 나노입자의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 (A)단계의 금속전구체는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 망간(Mn), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 금속과 -CO, -NO, -C₅H₅, 아세틸아세토아세테이트 및 알콕사이드(alkoxide)로 구성되는 그룹으로부터 선택되어 상기 금속에 결합되는 리간드로 구성되는 어느 하나 이상의 금속화합물이거나, 철 펜타카보닐 (iron pentacarbonyl), 페로센 (ferrocene), 코발트트리카보닐나이트로실(Co(CO)₃(NO)), 시클로트펜타디엔닐코발트트리카보닐 (Co(CO)₃(C₅H₅)), 티탄 테트라이소프록폭사이드(Ti(O-i-C₃H₇)₄), 지르코늄 테트라부톡사이드 (Zr(O-C₄H₉)₄)_,삼클로로화철 (FeCl₃), 이클로로화철 (FeCl₂), 철 나이트레이트 (Fe(NO₃)₃), 황화철 (FeSO₄), 삼클로로화코발트 (CoCl₃), 이클로로화코발트 (CoCl₂), 코발트 나이트레이트 (Co(NO₃)₃), 황화니켈 (NiSO₄), 클로로화니켈 (NiCl₂), 니켈 나이트레이트 (Ni(NO₃)₂), 티타늄 테트라클로라이드(TiCl₄), 지르코늄 테트라클로라이드(ZrCl₄), 백금 클로로산(H₂PtCl₆), 팔라듐 클로로산(H₂PdCl₆), 바륨 클로라이드(BaCl₂), 황화바륨(BaSO₄), 스트론튬 클로라이드(SrCl₂), 및 황화스트론튬 (SrSO₄)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 금속화합물이며, 상기 소정의 용매는 에테르계 화합물로서, 옥틸 에테르(octyl ether), 부틸 에테르(butyl ether), 헥실 에테르(hexyl ether) 및 데실 에테르(decyl ether), 헤테로고리화합물로서, 피리딘 및 테트라하이드로퓨란(THF), 방향족화합물로서, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌 및 벤젠, 디메틸술폭사이드(DMSO), 디메틸포름아마이드(DMF), 알코올류로서, 옥틸알코올 및 데칸올, 탄화수소로서, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 데칸, 도데칸, 테트라데칸 및 헥사데칸 그리고 물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 질화 금속 나노입자의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 (A)단계의 유기물질 리간드는 양이온 계면활성제로서 탄소수가 10 내지 22인 알킬 트라이메틸암모늄 할라이드(alkyl trimethylammonium halide), 중성 계면활성제로서 탄소수가 10 내지 22인 유기산 및 탄소수가 10 내지22인 알킬아민(alkyl amine), 그리고 음이온 계면활성제로서, 탄소수가 12 내지 18인 소듐 알킬 설페이트 (sodium alkyl sulfate)으로 이루어진 그룹으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 질화 금속 나노입자의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 (A)단계의 금속전구체와 유기물질 리간드의 몰비는 10:90 내지 70:30의 범위이고, 금속-유기물질 착화합물의 제조 시 온도조건은 170 내지 350℃인 것을 특징으로 하는 질화 금속 나노입자의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 (C) 단계 이전에, 3 Torr 이하의 진공상태를 만들고, 고순도의 아르곤(Ar) 가스를 유입시켜 전처리하는 단계를 더 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 질화 금속 나노입자의 제조방법.
제1항 내지 제5항 중 선택된 어느 한항의 제조방법에 의해 제조된 질화 금속 나노입자.