KR20080032625A - 구리 나노입자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 구리나노입자 - Google Patents

구리 나노입자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 구리나노입자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구리 나노입자 제조방법 및 이에 의해 제조된 구리 나노입자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a) CuCl2, Cu(NO3)2, CuSO4, (CH3COO)2Cu 및 아세틸로아세트산 구리(copper acetyloacetate, Cu(acac)2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 구리염을 지방산에 넣고 해리시켜 혼합물을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 혼합물을 가열하면서 반응시키는 단계;를 포함하는 구리 나노입자의 제조방법 및 그 구리 나노입자에 관한 것이다. 별도의 전구체 물질을 설계함이 없이 일반적인 구리염을 구리 전구체 물질로 사용하여 비수계 시스템에서 구리 나노입자를 고농도로 균일하게 합성할 수 있으며, 친환경적이고, 대량생산에 적합하다.
구리 나노입자, 구리염, 지방산, 환원제

Description

구리 나노입자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 구리 나노입자{Method for manufacturing cupper nanoparticles and cupper nanoparticles manufactured using the same}
본 발명은 구리 나노입자의 제조방법 및 그에 의해 제조된 구리 나노입자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 전구체 물질을 설계함이 없이 일반적인 구리염을 구리 전구체 물질로 사용하여 비수계 시스템에서 구리 나노입자를 고농도로 균일하게 합성할 수 있으며, 친환경적이고, 대량생산에 적합한 구리 나노입자의 제조방법 및 그 구리 나노입자에 관한 것이다.
잉크젯을 통한 비접촉식 직접 인쇄 (noncontact direct writing technology)는 정확한 위치에 정량의 잉크를 토출할 수 있기 때문에 재료비 절감 뿐만 아니라 제조 시간을 단축할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 이러한 잉크젯의 산업적 응용을 위해서는 그에 맞는 잉크가 개발되어야 하며, 현재 금속 배선을 위한 금속 잉크는 은 나노잉크 외에는 전무한 형편이다.
은 나노잉크의 주성분인 은 나노입자의 경우, 화학적 안정성이 우수할 뿐만 아니라 전기전도도 (electrical conductance)가 우수한 것으로 알려져 있어 금속 배선재료용 잉크재료로 주목을 받고 있다. 또한, 은 나노입자를 포함하는 귀금속 (noble metal)류 나노입자들은 다른 금속 나노입자에 비해 합성이 용이할 뿐만 아니라, 많은 합성법들이 알려져 있어 산업적 응용가능성이 높아지고 있다. 그러나, 이와 같은 장점에도 불구하고 은은 원자 마이그레이션(atomic migration) 또는 이온 마이그레이션(ion migration or electrochemical migration)이 쉽게 발생하는 것으로 알려져 있다. 이러한 이온 마이그레이션 현상은 사용 온도(T), 습도(H), 전기장의 세기(E) 등의 영향을 받으며, 일반적으로 고온고습 분위기에서 발생하여 배선간의 단락을 유도하여 고장률을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 또한 미세배선화에 의해 배선간의 전기장의 세기가 증가하게 됨으로써, 이온 마이그레이션 문제의 발생가능성이 높아지고 있다.
실험적으로 이온 마이그레이션 경향도는 Ag+ > Pb2+ > Cu2+ > Sn2+ > Au+순이다. 이온 마이그레이션 측면에서, 금이 가장 좋은 대안이 될 수 있지만 가격이 매우 높고, 전기전도도 및 가격 측면에서 고려하면 구리가 좋은 대안이 될 수 있을 것이다. 현재 전자부품의 배선은 벌크 구리로 형성되어 있다. 따라서, 구리 나노잉크가 개발된다면 종래의 은 나노잉크가 갖고 있었던 이온 마이그레이션 문제를 해결할 수 있는 좋은 재료가 될 것이다.
종래의 구리 나노입자의 합성법은 주로 수십 nm 이상의 입자합성과 관련된다. 이러한 합성법들은 주로 열기상(thermal evaporation) 이나 열플라즈 마(thermal plasma)와 같은 고온 기상법을 이용하는데, 이러한 합성법들은 구리나 기타 다른 금속들을 쉽게 합성할 수 있다는 장점이 있지만, 합성된 구리 입자 표면을 유기분산제로 처리할 수 없어 재분산 및 분산안정성이 매우 낮아 나노잉크로 사용될 수 없다는 문제가 있다. 또한 고온 기상법은 수십 nm 이상의 입자 합성만 가능할 뿐만 아니라, 입자 크기분포가 매우 넓다는 단점도 갖고 있다.
최근에는 용액합성법을 통한 구리 나노입자 합성법이 제시되고 있다. 수계용의 경우, 미셀(micelle)을 이용하는 방법 또는 PVP를 이용하는 것들이 여기에 포함된다. 그러나, 미셀의 경우 배치(batch)당 사용할 수 있는 구리 전구체의 농도가 낮아 대량합성으로 갈 수 없다는 단점이 있다.
수십 nm 이하의 크기를 갖는 구리 나노입자를 만드는 방법으로는 O'Brien 그룹이 제시한 금속 아세테이트의 열분해(thermal decomposition of metal acetate, TDMA) 방식이 유명하다. 이 방식은 Mn(CH3CO2)2, Cu(CH3CO2)와 같은 금속 아세테이트를 올레산 상에서 열분해하는 방식으로, 올레산은 용매 및 캐핑분자의 역할을 동시에 수행한다. 구리 나노입자의 경우, 트리옥틸아민을 동시에 사용하여 합성한 예를 J. Am. Chem. Soc. 2005에 발표한 예가 있다. 또한, Hyeon 그룹은 Chem. Comm. 2004에 아세틸로아세트산 구리(copper acetyloacetate, Cu(acac)2)를 올레일아민 상에서 열분해하여 구리 입자를 합성한 예를 발표하였다. 이 방법들 모두 용액상에 고온열분해를 이용한 예에 해당한다.
최근에는, 화학기상증착(CVD) 전구체 설계 기술을 이용하여 구리 전구체를 설계한 후, 열분해하여 구리 나노입자를 합성하는 기술이 개시된 바 있다(한국공개특허 제2005-35606호). 이는 200℃ 이하의 저온 열분해를 통해 구리 나노입자를 만들 수 있다는 장점이 있는 반면, 새로운 전구체 설계가 필요할 뿐만 아니라 고가라는 문제점을 갖고 있다.
이와 같이, 종래의 고온 기상법의 경우는 수십 nm 크기를 갖는 입자합성에 유리하지만, 분산성 있는 입자를 만들 수 없고, 고가의 진공설비를 요구한다는 단점이 있다. 또한, 종래의 액상합성법 역시 고온 프로세스를 거치면서 에너지 소비가 높으며 대량합성에 적합하지 않다. 또한 CVD계 전구체를 사용하는 경우, 상용품인 금속염을 사용하지 못할 뿐만 아니라 고가의 전구체를 사용하게 됨으로써 양산성에 큰 문제가 있다.
본 발명은 별도의 전구체 물질을 설계함이 없이 비수계 시스템에서 구리 나노입자를 고농도로 균일하게 합성할 수 있는 구리 나노입자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에서는,
(a) CuCl2, Cu(NO3)2, CuSO4, (CH3COO)2Cu 및 아세틸로아세트산 구리(copper acetyloacetate, Cu(acac)2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 구리염을 지방산에 넣고 혼합물을 형성하는 단계; 및
(b) 상기 혼합물을 50 내지 110℃ 범위에서 가열하는 단계;
(c) 상기 혼합물에 NaBH4, LiBH4, KBH4, 테트라부틸암모늄 보로하이드라이드(tetrabutylammonium borohydride), N2H4, PhHNNH2, 암모니아 보레인 배위체(NH3-BH3), 트리메틸암모니아 보레인 배위체((CH3)3N-BH3), 포름산 및 소듐 하이드로포스페이트(NaHPO2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 환원제를 가하는 단계; 및
(d) 상기 혼합물을 50 내지 150℃로 가열하여 반응시키는 단계;
를 포함하는 구리 나노입자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지방산은 포화지방산 계열(CnH2nO2), 올레산 계열(CnH2n-2O2), 리놀레산 계열(CnH2n-4O2), 리놀렌산 계열(CnH2n-6O2) 및 고도 불포화산 계열(CnH2n-8O2, CnH2n-10O2, CnH2n-12O2)로 이루어진 군(단, 상기 식들에서 n은 10 내지 18의 정수이다)으로부터 선택될 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 상기 지방산은 도데카노익 에시드(C11H23COOH), 올레익 에시드(C17H33COOH), 헥사데카노익 에시드(C15H33COOH) 및 테트라데카노익 에시드(C13H27COOH)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
여기서, 상기 지방산은 구리염에 대하여 2 내지 10몰비로 혼합되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a)단계는 혼합물 형성시 탄소수 3 내지 18의 1차 알리파틱 아민을 더 가하여 혼합물을 형성할 수 있다. 바람직하게는 올레일 아민 또는 부틸아민을 사용할 수 있다. 상기 1차 알리파틱 아민은 구리염에 대하여 1 내지 10몰비로 가해지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a)단계는 혼합물 형성시 톨루엔, 크실렌, 클로로포름, 디클로로메탄, 헥산, 테트라데칸 및 옥타데센으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 비극성 용매를 더 가할 수 있다. 상기 비극성 용매는 구리염 100중량부에 대하여 200 내지 1000 중량부로 가하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 환원제는 구리염에 대하여 1 내 지 6몰비로 가해지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제조방법에 의하면, 입자크기가 5 내지 40nm인 구리 나노입자를 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 구리 나노입자의 제조방법은 별도의 전구체 물질을 설계함이 없이 일반적인 구리염을 구리 전구체 물질로 사용하여 비수계 시스템에서 구리 나노입자를 고농도로 균일하게 합성할 수 있으며, 친환경적이고, 대량생산에 적합하다.
이하, 본 발명에 따른 구리 나노입자의 제조방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 별도의 전구체 물질을 설계함이 없이 구리 나노입자를 제조하기 위한 것으로, 일반적인 구리염을 구리 전구체 물질로 사용하여 비수계 시스템에서 구리 나노입자를 고농도로 균일하게 합성하고자 한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 구리 나노입자 제조방법은,
(a) CuCl2, Cu(NO3)2, CuSO4, (CH3COO)2Cu 및 아세틸로아세트산 구리(copper acetyloacetate, Cu(acac)2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 구리 염을 지방산에 넣고 해리시켜 혼합물을 형성하는 단계; 및
(b) 상기 혼합물을 가열하면서 반응시키는 단계;를 포함한다.
본 발명에서 사용하는 구리 전구체 물질로는 CuCl2, Cu(NO3)2, CuSO4, (CH3COO)2Cu, Cu(acac)2 등과 같이 일반적인 상용품으로 판매되는 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 지방산은 분산안정화제 또는 캐핑분자(capping molecule)로 작용하는 성분으로서, 상기 지방산에 의하여 최종적으로 생성되는 구리 나노입자의 크기를 결정하고 분산안정성을 확보할 수 있다. 상기 지방산으로는 포화지방산 계열(CnH2nO2), 올레산 계열(CnH2n-2O2), 리놀레산 계열(CnH2n-4O2), 리놀렌산 계열(CnH2n-6O2) 또는 고도 불포화산 계열(CnH2n-8O2, CnH2n-10O2, CnH2n-12O2) 등의 화합물을 사용할 수 있다. 단, 상기 식들에서 n은 10 내지 18의 정수이다. 구체적으로 예를 들면, 상기 지방산은 도데카노익 에시드(C11H23COOH), 올레익 에시드(C17H33COOH), 헥사데카노익 에시드(C15H33COOH) 및 테트라데카노익 에시드(C13H27COOH)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
구리염을 지방산에 넣고 해리시키는데 있어서, 상기 지방산은 구리염에 대하여 2 내지 10몰비로 혼합되는 것이 바람직하다. 지방산의 함량이 2몰비 미만이면 구리염을 완벽하게 해리시키지 못하여 바람직하지 못하고, 함량이 10몰비를 초과하 면 생산성이 감소하여 바람직하지 못하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a)단계에서 구리염의 해리를 위하여 부가적으로 아민류 화합물을 더 첨가할 수 있다.
혼합물 형성시 더 첨가할 수 있는 부가적인 아민류 화합물로는 탄소수 3 내지 18의 1차 알리파틱 아민을 사용할 수 있다. 바람직한 실시예에서는 올레일아민을 사용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 1차 알리파틱 아민은 구리염에 대하여 1 내지 10몰비로 가하는 것이 바람직하다. 1차 알리파틱 아민의 함량이 1몰비 미만이면 효과적으로 구리염을 해리시키지 못하므로 바람직하지 않고, 함량이 10몰비를 초과하면 나중에 분리되지 아니하고 캐핑분자와 함께 이물질로 남게 될 우려가 있다. 이와 같은 아민류 화합물은 구리염을 유기상에서 해리시키는 역할 뿐만 아니라, 반응속도를 제어하는 역할도 수행한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a)단계에서 구리염을 다른 유기용매의 사용없이 직접 지방산에 해리시켜 혼합하였으나, 안정적인 반응을 위하여 필요에 따라 비극성 용매를 더 사용하여 혼합할 수도 있다. 상기 비극성 용매로는 톨루엔, 크실렌, 클로로포름, 디클로로메탄, 헥산, 테트라데칸 및 옥타데센 등의 용매를 단독 또는 2이상을 혼합하여 더 가할 수 있다. 상기 비극성 용매는 구리염 100중량부에 대하여 200 내지 1000중량부로 가하는 것이 바람직하다. 비극성 용매의 함량이 200 중량부 미만이면 안정적 반응의 효과를 얻을 수 없고, 함량이 1000 중량부를 초과하면 생산성 측면에서 바람직하지 못하다.
이와 같이 구리염을 지방산에 넣고 해리시킨 혼합물은 전형적인 녹색 계열의 색깔을 나타낸다.
구리염이 해리된 혼합물을 준비하고 나면, 다음 단계로 상기 혼합물을 가열하고 반응시킨다.
본 발명에 있어서, 상기 반응온도 및 반응시간은 얻고자 하는 반응조건, 나노입자의 산화상태 및 원하는 입자크기 등에 따라서 적절하게 조절할 수 있다. 바람직하게는 상기 혼합물의 가열반응시 온도는 50 내지 300 ℃인 것이 좋다. 가열반응시 온도가 50 ℃ 미만이면, 구리 이온의 환원이 제대로 진행되지 않을 수 있고, 온도가 300 ℃를 초과하면 사용할 있는 지방산 종류에 제한이 있어 바람직하지 못하다. 다만 반응온도가 낮을 경우에는 반응시간이 지나치게 길어질 수 있으므로, 후술하는 바와 같이 환원제를 사용하지 않는다면, 고온에서 열환원시키는 것이 바람직하다. 즉, 상기 온도범위 내에서 반응온도를 보다 높은 범위, 바람직하게는 150 내지 300 ℃ 범위에서 고열반응시키는 것이 바람직하다. 한편, 가열반응시 온도가 150 ℃ 미만에서는 효과적으로 반응시간을 줄일 수 없다.
본 발명에 따른 구리 나노입자의 제조방법은 구리 이온의 환원을 용이하게 하기 위하여 환원제를 더 가하여 반응시킬 수 있다. 환원제를 사용하여 반응을 진행시킬 경우 보다 낮은 온도 범위에서도 짧은 시간에 구리이온이 환원될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b)단계 다음에,
(c) 상기 혼합물에 NaBH4, LiBH4, KBH4, 테트라부틸암모늄 보로하이드라이드(tetrabutylammonium borohydride), N2H4, PhHNNH2, 암모니아 보레인 배위체(NH3- BH3), 트리메틸암모니아 보레인 배위체((CH3)3N-BH3), 포름산 및 소듐 하이드로포스페이트(NaHPO2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 환원제를 가하는 단계; 및
(d) 상기 혼합물을 가열하여 반응시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 환원제를 더 투입할 경우에는, 환원제를 가하기 전 (b)단계에서의 가열반응은 보다 낮은 온도 범위, 구체적으로는 50 내지 110 ℃에서 마일드하게 교반하여 구리염을 해리시키는 정도로 반응을 진행시키는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용가능한 환원제로는 보로하이드라진계, 보레인계, 히드라진계, 포름산, 소듐 하이드로포스페이트 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, NaBH4, LiBH4, KBH4, 테트라부틸암모늄 보로하이드라이드(tetrabutylammonium borohydride), N2H4, PhHNNH2, 암모니아 보레인 배위체(NH3-BH3), 트리메틸암모니아 보레인 배위체((CH3)3N-BH3), 포름산 및 소듐 하이드로포스페이트(NaHPO2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
구리염이 해리된 혼합물이 준비되면, 상기 환원제를 혼합물에 투입하고 가열반응시킨다. 상기 환원제의 함량은 구리염에 대하여 1 내지 6몰비인 것이 바람직하다. 환원제의 함량이 1몰비 미만이면 환원력이 약하여 원하는 효과를 기대하기 어렵고, 함량이 6몰비를 초과하면 반응이 폭발적으로 일어나 반응제어가 곤란하여 바람직하지 못하다. 환원제의 함량은 얻고자 하는 구리 나노입자의 산화상태 및 반응온도, 반응시간을 고려하여 결정한다.
상기 (d)단계에서의 가열반응시 온도는 50 내지 150℃인 것이 바람직하다. 환원제 사용시 반응온도가 50℃ 미만이면 반응시간을 단축시키기 어렵고, 150℃를 초과하면 반응을 제어하기 곤란해진다.
상기 혼합 용액 내의 구리 이온이 환원되면서 착색이 되기 시작하고, 최종 상태인 갈색 혹은 검붉은색의 용액이 되면 반응을 종료시킨다.
제조된 구리 나노입자는 일반적인 여과, 세척 및 건조 과정을 통하여 분말상태로 수득할 수 있는데, 예를 들면 메탄올, 아세톤 또는 메탄올/아세톤의 혼합물을 투입한 후 원심분리를 통하여 수집할 수 있다. 본 발명에 따르면, 입자크기가 5 내지 40nm인 구리 나노입자를 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 구리 나노입자는 상기 제조방법에 의하여 제조되어, 입자 표면에 캐핑분자로서 지방산을 포함할 수 있으며, 상기 지방산은 전체중량중 5 내지 40중량%를 차지한다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 예시하기로 하되, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
Cu(NO3)2 0.5 mol을 올레산 2 mol에 넣은 후, 해리시키기 위해 부틸아민 1 mol을 추가 투입하여 용액의 색깔이 투명한 녹색계열로 변한 것을 확인하였다. 상 기 용액을 200℃로 가열하면서, 계속적으로 교반하면서 반응을 진행하였다. 이 때 환원 반응이 진행되면서 용액의 색깔은 갈색으로 변하면서, 유리반응기 벽면에 구리 금속빛깔이 나타났다. 2시간 동안 반응시킨 뒤, 극성용매인 아세톤 및 메탄올의 혼합물을 사용하여 재침전시켰다. 원심분리기를 이용하여 구리 나노입자를 회수하였다.
<실시예 2>
Cu(CH3CO2)2 0.5 mol을 올레산 1 mol 및 자일렌 300 g에 투입한 후, 교반하면서 온도를 90℃로 가열하였다. 용액의 색깔이 투명한 녹색계열로 변하였다. 올레일아민 1 mol을 투입하여 추가 교반한 뒤, 포름산 acid 1 mol을 투입하였다. 온도를 130℃로 가열하면, 환원 반응이 진행되면서 용액의 색깔은 갈색으로 변하고 유리반응기 벽면에 구리 금속빛깔이 나타났다.
상기 실시예 1에서 제조한 구리 나노입자의 PXRD(Powder X-ray Diffraction) 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1을 참조하면, Scherrer-Debye 공식으로부터 입자의 크기가 30 nm 정도인 구리 나노입자를 형성됨을 확인할 수 있었다.
상기 실시예 2에서 제조한 구리 나노입자의 PXRD(Powder X-ray Diffraction) 결과는 도 2에 나타내었고, TEM 사진은 도 3에 나타내었다. 도 2를 참조하면, Scherrer-Debye 공식으로부터 입자의 크기가 10 nm 정도인 구리 나노입자를 형성됨 을 확인할 수 있었다. 이는 도 3의 TEM 사진 분석결과로도 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 구리 나노입자의 PXRD(Powder X-ray Diffraction) 결과이고,
도 2는 본 발명의 실시예 2에서 제조한 구리 나노입자의 PXRD 결과이고,
도 3은 본 발명의 실시예 2에서 제조한 구리 나노입자의 TEM 사진이다.

Claims (11)

  1. (a) CuCl2, Cu(NO3)2, CuSO4, (CH3COO)2Cu 및 아세틸로아세트산 구리(copper acetyloacetate, Cu(acac)2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 구리염을 지방산에 넣고 혼합물을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 혼합물을 50 내지 110℃ 범위에서 가열하는 단계;
    (c) 상기 혼합물에 NaBH4, LiBH4, KBH4, 테트라부틸암모늄 보로하이드라이드(tetrabutylammonium borohydride), N2H4, PhHNNH2, 암모니아 보레인 배위체(NH3-BH3), 트리메틸암모니아 보레인 배위체((CH3)3N-BH3), 포름산 및 소듐 하이드로포스페이트(NaHPO2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 환원제를 가하는 단계; 및
    (d) 상기 혼합물을 50 내지 150℃로 가열하여 반응시키는 단계;
    를 포함하는 구리 나노입자의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지방산은 포화지방산 계열(CnH2nO2), 올레산 계열(CnH2n-2O2), 리놀레산 계열(CnH2n-4O2), 리놀렌산 계열(CnH2n-6O2) 및 고도 불포화산 계열(CnH2n-8O2, CnH2n-10O2, CnH2n-12O2)로 이루어진 군(단, 상기 식들에서 n은 10 내지 18의 정수이다)으로부터 선택되는 구리 나노입자의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 지방산은 도데카노익 에시드(C11H23COOH), 올레익 에시드(C17H33COOH), 헥사데카노익 에시드(C15H33COOH) 및 테트라데카노익 에시드(C13H27COOH)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 구리 나노입자의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 지방산은 구리염에 대하여 2 내지 10몰비로 혼합되는 구리 나노입자의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)단계는 혼합물 형성시 탄소수 3 내지 18의 1차 알리파틱 아민을 더 가하는 것을 특징으로 하는 구리 나노입자의 제조방법.
  6. 제 6항에 있어서,
    상기 1차 알리파틱 아민은 올레일 아민 또는 부틸아민인 구리 나노입자의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 1차 알리파틱 아민은 구리염에 대하여 1 내지 10몰비로 가해지는 구리 나노입자의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)단계는 혼합물 형성시 톨루엔, 크실렌, 클로로포름, 디클로로메탄, 헥산, 테트라데칸 및 옥타데센으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 비극성 용매를 더 가하는 것을 특징으로 하는 구리 나노입자의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 비극성 용매는 구리염 100중량부에 대하여 200 내지 1000 중량부로 가해지는 구리 나노입자의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 환원제는 구리염에 대하여 1 내지 6몰비로 가해지는 구리 나노입자의 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제조된 구리 나노입자는 입자크기가 5 내지 40nm인 구리 나노입자의 제조방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012165801A2 (ko) * 2011-05-27 2012-12-06 (주)창성 전자 인쇄용 구리 미립자 콤플렉스 및 구리 페이스트
KR20140098128A (ko) * 2011-11-15 2014-08-07 니치유 가부시키가이샤 구리 패턴 형성용 조성물 및 구리 패턴의 제조 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005101427A1 (en) * 2004-04-14 2005-10-27 Sukgyung A.T Co., Ltd Conducting metal nano particle and nano-metal ink containing it
KR100604975B1 (ko) * 2004-11-10 2006-07-28 학교법인연세대학교 자성 또는 금속 산화물 나노입자의 제조방법
WO2006057467A1 (en) 2004-11-26 2006-06-01 Seoul National University Industry Foundation Method for large-scale production of monodisperse nanoparticles

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012165801A2 (ko) * 2011-05-27 2012-12-06 (주)창성 전자 인쇄용 구리 미립자 콤플렉스 및 구리 페이스트
WO2012165801A3 (ko) * 2011-05-27 2013-01-24 (주)창성 전자 인쇄용 구리 미립자 콤플렉스 및 구리 페이스트
KR20140098128A (ko) * 2011-11-15 2014-08-07 니치유 가부시키가이샤 구리 패턴 형성용 조성물 및 구리 패턴의 제조 방법

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