KR20100116018A - 구리 나노입자의 제조 방법 - Google Patents

구리 나노입자의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100116018A
KR20100116018A KR1020090034726A KR20090034726A KR20100116018A KR 20100116018 A KR20100116018 A KR 20100116018A KR 1020090034726 A KR1020090034726 A KR 1020090034726A KR 20090034726 A KR20090034726 A KR 20090034726A KR 20100116018 A KR20100116018 A KR 20100116018A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
copper
dispersant
nanoparticles
solution
copper nanoparticles
Prior art date
Application number
KR1020090034726A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101080925B1 (ko
Inventor
이병철
박옥경
양기호
박지현
강현숙
조준희
Original Assignee
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구원 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020090034726A priority Critical patent/KR101080925B1/ko
Publication of KR20100116018A publication Critical patent/KR20100116018A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101080925B1 publication Critical patent/KR101080925B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054Nanosized particles
    • B22F1/0545Dispersions or suspensions of nanosized particles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G3/00Compounds of copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/10Copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2304/00Physical aspects of the powder
    • B22F2304/05Submicron size particles
    • B22F2304/054Particle size between 1 and 100 nm

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 구리 나노입자 제조방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 금속전구체를 출발물질로 수용액상태 또는 폴리올 용액 상태에서 화학적 환원제를 사용하지 않고 간단한 방사선(전자빔)에 의해 발생하는 강력한 환원 작용 물질을 이용하여 상온, 상압에서 친환경적이며 대량생산이 가능한 균일한 나노크기를 가지는 인쇄전자용 구리(Cu) 나노입자 제조 및 이것의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 구리 나노입자 제조방법은 분산제 수용액 또는 폴리올 용액을 제조하여 승온시키는 제 1단계(S100); 상기 제 1단계(S100)에 알코올과 구리 전구체 용액을 한번에 투입하여 제조하는 제 2단계(S200); 상온 및 상압에서 상기 혼합물에 0.05 ~ 10MeV 에너지의 전자빔을 조사하는 제 3단계(S300)를 포함하는 구리 나노입자 제조방법을 개시한다.
방사선조사, 전자빔 조사, 나노입자, 금속전구체, 인쇄전자소자, 구리(Cu, copper) 나노입자

Description

구리 나노입자의 제조 방법{METHOD OF FABRICATING COPPER NANO PARTICLE}
본 발명은 방사선(전자빔)에 의해 발생하는 강력한 환원 작용 물질을 이용하여 인쇄전자용 나노입자(Cu)를 제조에 관한 것으로 금속전구체(CuSO4)를 출발물질로 하여 수용액상태 및 폴리올 상태에 PVA(polyvinyl alcohol) 또는 PVP(polyvinyl pyrrolidone) 및 IPA(isopropyl alcohol) 등을 첨가물질로 하여 전자빔 조사 후 나노크기의 구리입자를 제조하는 방법이다.
인쇄전자 기술은 기존의 리소그래피 공정에 비해 공정단계가 간단하고 원료를 훨씬 적게 사용하며 환경유해 부산물이 발생하지 않아 RFID(전자태그), 태양전지, 디스플레이, 차세대조명, 이차전지, 센서 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다. 인쇄전자 기술의 대표적인 것이 잉크젯 프린팅인데, 잉크젯 프린팅에서는 미세한 노즐을 통해 잉크가 토출되므로 원활한 공정이 이루어지기 위해선 초미세급의 나노입자 잉크가 필요하다. 나노 입자 잉크란 도전성 나노 입자가 잉크 용매에 분산되어 있는 소재이다. 나노입자 잉크는 나노 입자와 잉크 용매, 그리고 첨가제 로 구성되어 있다. 나노 입자 잉크는 RFID 태그, 정보 라벨, 디스플레이, 센서 네트워크용 소자 등 다양한 분야의 IT 부품에 적용이 시도되고 있다. 이러한 부품들에 적용하는 대표적인 나노 입자로서 Ag, Ni, Cu, ITO 등의 도전성 나노입자와 SnO2 등의 반도체 나노 입자를 들 수 있다. 현재 나노입자잉크용으로 가장 많이 개발되고 있는 것이 은(Ag) 나노입자인데, 은(Ag) 나노입자는 원재료의 가격이 비싸기 때문에 RFID와 같이 저렴한 가격이 실용화에서 매우 중요한 요인인 되는 분야에서는 활용되지 못할 것으로 예상되고 있다. 구리(Cu)는 은(Ag)과 전기전도성 측면에서 매우 비슷한 전기전도도(구리 전기전도도 : 0.596 × 106 ohm-1cm-1, 은 전기전도도: 0.63 × 106 ohm-1cm-1)를 가지며 은(Ag)에 비해 원재료가 훨씬 저렴하지만 크기가 나노 규모로 작아지면 산화가 잘되기 때문에 전도성이 높은 나노입자 페이스트를 만들기가 어렵다.
특히, 기존의 열화학적 합성방법에서는 구리 나노입자의 산화를 방지하면서 입자의 크기를 균일하게 조절하가나 균일한 분산성을 얻기가 어려운 것으로 알려져 있다.
또한 종래 나노입자를 제조하는 공정에는 스퍼터링, 화염가열법, 플라즈마분해법 등 물리적 합성 공정과 졸-겔법, CVD 법, 초음파분무법 등 화학적 합성 공정이 있다. 물리적공정은 나노입자의 크기를 정밀하게 제어하기 어렵고 양산성이 낮은 단점이 있고, 화학적 공정은 양산성과 재현성, 그리고 환경 측면에서 단점이 있다. 기존의 열화학적 나노입자 합성공정에서는 반응시간이 길고 고온 환경에서 많 은 양의 화학물질을 사용하고 있어 환경오염에도 영향을 미치는 것으로 나타났으며 복잡하고, 더 비용이 많이 들며, 생산환경이 매우 구현하기 힘들다는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 화학적 환원제를 사용하는 기존 방법과 달리 액상 전구체 용액에 전자빔을 조사하여 발생하는 용매전자(solvented electron) e- aq와 라디칼(radical, H·)의 환원력을 이용하여 산화가 잘 되지 않는 구리 나노입자 제조공정을 개발하고자 한다. 이 공정은 금속을 포함한 유기/무기 전구체와 담지체를 분산시킨 수용액(또는 용매)에 전자빔을 조사함으로써 균일한 크기의 나노입자를 만드는 간단한 상온 공정이 될 수 있다. 인쇄전자용 나노입자 제조공정에서는 입자의 크기를 정밀하게 제어하면서 양산할 수 있는 기술이 중요하다. 본 연구에서 개발하고자 하는 전자빔 공정에서는 전자빔의 에너지, 전류, 조사시간 등, 외부에서 전기/기계적으로 정밀하게 제어할 수 있는 물리적 공정파라메타를 조절하여 나노입자의 크기를 정밀하고 균일하게 제어할 수 있다.
본 발명은 이러한 종래의 기술적 문제점을 감안하여 금속전구체를 출발물질로 수용액상태 또는 폴리올 상태에서 화학적 환원제를 사용하지 않고 간단한 방사선(전자빔)에 의해 발생하는 강력한 환원 작용 물질을 이용하여 상온, 상압에서 친환경적이며 대량생산이 가능한 균일한 나노크기를 가지는 인쇄전자용 구리(Cu) 나 노입자 제조 및 이것의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 구리 나노입자 제조 방법은 분산제 수용액 또는 폴리올 용액을 제조하여 승온시키는 제 1단계(S100); 상기 제 1단계(S100)에 알코올과 구리 전구체 용액을 한번에 투입하여 제조하는 제 2단계(S200); 상온, 상압에서 상기 혼합물에 전자빔을 조사하는 단계를 포함하는 구리 나노입자의 제조방법을 제공한다.
전자빔을 이용하여 구리 나노입자를 제조하는 공정이 개발되면 이 기술은 구리(Cu) 나노입자뿐만 아니라 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등 다양한 금속 및 합금을 제조하는 공정으로 확대될 수 있다. 기존의 열화학적 공정을 대신하여 화학적 첨가물을 사용하지 않고 물리적으로 조절이 쉬운 전자빔을 이용함으로써 나노입자의 대량생산이 가능하게 할 수 있는 제조 방법이다. 또한 본 발명에서 개발되는 나노소재는 입자 크기가 균일하고 재현성이 있으며, 상온 및 상압에서 공정이 진행되는 전자빔 조사로 생산되기 때문에 간단한 공정으로 인하여 공정비용이 크게 절감 될 것이다. 또한 분산제의 양과 종류, 조사되는 전자빔의 에너지, 조사선량 및 전류 등을 다양하게 조절함으로써 입자크기를 선택적으로 조절하여 제조할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자는 첫 번째, 구리 전구체 용액과 분산제 및 클러스터 안정제 용액의 혼합액에 전자빔을 조사하여 구리 나노 입자를 제조 하였으며, 두 번째, 전자빔의 에너지, 전류, 조사시간 등의 기계적 제어를 통해 구리 나노 입자의 크기를 정밀하고 균일하게 제어하였다.
도 9에서 도시한 바와 같이 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면,
분산제 수용액 또는 폴리올 용액을 제조하여 승온시키는 제 1단계(S100);
상기 제 1단계(S100)에 알코올과 구리 전구체 용액을 한번에 투입하여 제조하는 제 2단계(S200); 및 상온, 상압에서 상기 혼합물에 전자빔을 조사하는 제 3단계를 포함하는 구리 나노입자의 제조방법을 제시한다.
여기서, 상기 제1단계에서의 용액의 용매는 물 및 폴리올(polyol)이다. 물과 폴리올(polyol) 용매를 혼합하여 사용가능하며, 바람직하게는 물을 단독으로 사용하거나 에틸렌 글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등의 폴리올을 단독으로 사용할 수 있다.
상기 분산제는 PVA(polyvinyl alcohol), PVP(polyvinyl pyrrolidone), CTAB(cetyltrimethyl ammonium bromide), SDS(sodium dodecyl sulfate), SPP(sodium polyphosphate) 및 셀룰로스 유도체(cellulose derivatives)로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 분자량 10,000 ~ 220,000의 PVP 또는 분자량 1,750~ 2,000의 PVA를 단독으로 사용할 수 있다. 용액내의 나노콜로이드와 같은 클러스터에서 합체는 클러스터 안정화제로 작용하는 고분자 분산제에 의하여 제한될 수 있으며, 금속 친화성이 좋은 작용기(functional group)에 의하여 금속 표면에 고분자 물질이 고정되고, 이들 고분자 사슬의 정전기적 반발력 또는 입체장애(steric hindrance)의 의하여 합체가 일어나는 것을 방지함으로써 클러스터를 안정화시킨다. 또한 고분자 분산제인 PVP 및 PVA는 제조되는 입자의 크기 및 균일성을 제어할 수 있게 하고, 수계 용매에서의 응집을 방지하며 분산성을 부여하는 효과를 나타내었다. 고분자 분산제의 비율이 증가 할수록 나노입자의 크기는 감소한다. 그리고 라디칼 스캐빈저가 첨가되지 않더라도 PVA의 알코올기는 OHㆍ와 Hㆍ의 스캐빈저역할을 할 수 있다.
첨가되는 분산제의 양은 0.22 ~ 6g/100mL을 사용하는 것이 바람직한데, 0.22g/100mL 미만으로 첨가되는 경우에는 구리 입자의 크기 제어 및 분산 안정성이 떨어져 바람직하지 못하고, 6g/100mL 초과하여 첨가되는 경우에는 점도 상승은 물론 과량의 분산제가 완전히 용해되지 못하게 되며, 전자빔 조사 후 gel이 생성되어 바람직 하지 못하다.
상기 분산제를 수용액에 완전히 용해할 수 있도록 가열한다. 바람직하게는 상기 분산제 가열 반응시 온도는 40℃이하 인 것이 좋다. 승온 단계는 단지 고분자 분산제의 용해를 용이하게 하기 위한 수단이며, 환원반응에 참여하지 않는다. 첨가되어진 고분자 분산제의 특성에 따라 40℃의 승온단계는 생략될 수 있다.
상기 반응 제 1단계(S100) 다음에 알코올과 구리 전구체 용액을 한번에 투입한다. 알코올은 바람직하게 IPA(isopropyl alcohol)를 사용할 수 있다. IPA는 물의 방사선 분해에서 발생하는 OHㆍ와 같은 라디칼을 제거시키는 라디칼 스캐빈저 역할을 하여 산화를 방지한다. 첨가되는 IPA의 양은 1내지 4몰의 범위로 사용하는 것이 바람직한데, IPA을 첨가하지 않거나 적으면 물의 방사선분해로 생선된 OHㆍ와 같은 라디칼이 제거되지 않아 이온이나 원자를 더 높은 산화 상태로 산화시켜 구리 나노입자가 생성되지 않는다. 반면 4몰을 초과하게 되면 고분자 분산제와 구리 전구체가 완전히 용해되지 않는다.
상기 구리 전구체는 CuCl2, Cu(NO3)2, CuSO4 및 (CH3COO)2Cu로 구성되는 군으로부터 선택되는 수용성 구리염을 단독 혹은 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 CuSO4를 단독으로 사용할 수 있다. 이때, 사용되는 구리 전구체는 0.025내지 0.4M 범위로 포함되는것이 바람직한데, 그 이유는 상기 고분자 분산제와 구리 전구체가 완전히 용해될 수 있는 농도이기 때문이다.
상기 혼합 용액의 pH는 2~5정도의 산성을 띄게 되며, 이 혼합 용액을 1 ~ 2 시간동안 상온에서 기계적으로 교반하면서 용해시킨다. 전자빔을 조사 하기전의 반응 종결 용액은 투명한 푸른 용액이다.
상기 반응 제 3단계(S300)에서 상기 혼합용액에 방사선(전자빔)을 조사하여 구리 나노입자를 제조한다. 방사선 조사에 의하여 금속이온 전구체로부터 금속이 환원되어 원자가 된다. 물의 방사선분해에 의하여 생성되는 용매전자(solvented electron) e- aq와 라디칼(Hㆍ)은 강력한 환원제로서 금속이온을 쉽게 환원시키거나 또는 M0 상태의 착화합물을 만들 수 있다. 반면 OHㆍ와 같은 라디칼은 이온이나 원자를 더 높은 산화 상태로 산화시킨다. 이러한 산화를 방지하기 위하여 2차 알코올 같은 OHㆍ의 스캐빈저를 첨가해준다. 상기 혼합용액에 조사 되어지는 방사선(전자빔)의 에너지는 0.05내지 10 MeV범위이며, 0.1내지 1 MeV범위인 것이 바람직하며, 흡수선량은 50내지 400kGy 범위에서 실시하는 것이 바람직하다. 0.05MeV이하의 에너지에서는 충분한 용매전자(e- aq)와 라디칼(Hㆍ)을 생성 할 수 없으며, 흡수선량의 증가 할 수로 생성된 구리 나노입자의 크기는 증가되어진다. 또한 흡수선량이 50kGy이하에서는 입자가 쉽게 산화된다. 따라서 방사선(전자빔)의 에너지 및 흡수선량은 얻고자 하는 구리 나노입자의 입자 크기를 고려하여 결정한다. 방사선(전자빔)조사 과정은 상온, 대기압에서 조사되어진다.
제조된 구리 나노입자는 원심분리를 이용한 후에 여과, 세척 및 건조 과정을 통해 분말 상태로 수득할 수 있다. 분리된 구리 나노입자는 메탄올, 에탄올 등의 알코올 및 증류수로 2 ~ 3회 세척하면서 필터 후, 60℃의 열 건조 오븐에서 2시간 이상 건조한다. 이러한 방법으로 검붉은색의 구리 나노입자를 얻을 수 있다. 본 발명에 따르면 첨가되어진 고분자의 양과 전자빔 조사 조건에 따라 입자 크기가 5 내지 500nm인 구리 나노입자를 제조할 수 있다.
본 발명자는 상기 방법의 실시예에 따라 구리 나노입자를 제조하였으며, 제조된 구리 나노입자를 도 1a와 도 1b에 나타내었다. 제조된 구리 나노입자를 투과 전자 현미경(TEM) 및 주사현미경(SEM)으로 분석한 결과, 도 1a, 도 1b, 도 2 및 도 4에 나타난 바와 같이 입자 크기가 5 내지 500nm 인 구형의 구리 나노입자가 형성되었음을 확인하였다.
또한, 본 발명은 다양한 금속 전구체에 방사선(전자빔)에 의해 발생하는 강력한 환원 작용 물질을 이용하여 음(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 금속 나노입자제조에 이용될 수 있다. 본 발명자는 상기 서술한 방법에 따라 은(Ag) 나노입자를 제조하였다. 상기 방법으로 제조되어진 은 나노입자의 용액색은 노란빛이 도는 검은용액이며 도 6에 나타내었다. 제조된 은 나노입자는 투과현미경(TEM) 및 주사현미경(SEM)으로 분석한 결과 도 7와 도8에 나타난 바와 같이 20 내지 30nm 인 구형 의 균일한 은 나노입자가 형성되었음을 확인하였다.
따라서 본 발명은 얻고자 하는 금속 나노입자의 입자크기를 고려하여 방사선(전자빔)의 에너지, 선량, 금속 전구체의 종류와 양, 고분자 분산제의 농도 등을 결정하여 간단하게 금속 나노입자를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 예시하기로 하되, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
하나의 실시예로써 비이커에서 PVA(polyvinyl alcohol) 또는 PVP(polyvinyl pyrrolidone)를 물에 용해 한 후, 40℃이하의 온도로 가열하면서 기계적으로 교반시킨다. 카파설페이트(CuSO4, copper sulfate) 를 금속전구체로 사용하여 약간의 수용액에 용해시켜 마련한다. 분산제의 농도는 0.22 ~ 3 g/100ml로 마련한다. 구리염 용액의 농도는 0.05M로 마련한다. 상기 온도로 가열된 분산제 수용액에 라디칼 제거제로 작용하는 알코올(IPA, isopropyl alcohol)을 가하고, 이 용액에 미리 준비한 구리염 용액을 주입하여 1 ~ 2 시간동안 상온에서 기계적으로 교반하면서 용해시킨다. 알코올는 2 M로 마련한다. 혼합액의 pH는 2 ~ 5정도의 산성을 띄도록 한다. 반응 시간이 완결된 후, 용액을 실온 및 대기압의 조건에서 1MeV 에너지에서 선량을 100, 300 kGy 로 하여 전자빔을 조사 한다. 전자빔 조사 후 생성된 입자는 원심분리기를 이용하여 1500rpm에서 1시간동안 원심분리 시킨 후, 메탄올과 증류수로 2 ~ 3회 세척하면서 필터 후, 60℃의 열건조 오븐에서 2시간 이상 건조한다. 이러한 방법으로 도 1a 내지 3에서 보는 바와 같이 검붉은색의 구리 나노입자를 얻을 수 있다.
한편, 용매 변화에 따른 실시예로써 비이커에서 PVA(polyvinyl alcohol) 또는 PVP(polyvinyl pyrrolidone)를 에틸렌글리콜에 용해 한 후, 40℃이하의 온도로 가열하면서 기계적 교반시킨다. 황산구리(CuSO4, copper sulfate)를 금속전구체로 마련한다. 분산제의 농도는 0.22 ~ 3 g/100ml로 하며, 구리염 용액의 농도는 0.05M로 한다. 상기 온도로 가열된 분산제 용액에 라디칼 제거제로 작용하는 알코올(IPA, isopropyl alcohol)을 가하고, 이 용액에 미리 준비한 구리 전구체를 주입하여 1 ~ 2 시간동안 상온에서 기계적으로 교반하면서 용해시킨다. 알코올는 2 M로 하며, 혼합액의 pH는 2 ~ 5정도의 산성을 띄도록 한다. 반응 시간이 완결된 후, 용액을 실온 및 대기압의 조건에서 1MeV 에너지에서 선량 300 kGy 로 하여 전자빔을 조사 한다. 전자빔 조사 후 생성된 입자는 원심분리기를 이용하여 1500rpm에서 1시간동안 원심분리 시킨 후, 메탄올과 증류수로 2 ~ 3회 세척하면서 필터 후, 60℃의 열건조 오븐에서 2시간 이상 건조한다. 이러한 방법으로 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 분산성이 뛰어난 구리 나노입자를 얻을 수 있다.
또한, 금속 전구체의 변화에 따른 실시예로써 은염 용액은 질산은(AgNO3, silver nitrate)를 금속전구체로 사용하여 약간의 수용액 용해시켜 마련한다. 은염 용액의 농도는 0.025M로 마련한다. 나노 입자의 분산성을 향상시키고 입자의 응집을 제어하는 분산제 PVP(polyvinyl pyrrolidone)를 용매에 분산시킨 후 40℃이하의 온도로 가열하면서 기계적 교반시킨다. 분산제의 농도는 3g/100ml로 마련한다. 상기 온도로 가열된 분산제 수용액에 라디칼 제거제로 작용하는 알코올(IPA, isopropyl alcohol)을 가하고, 이 용액에 미리 준비한 은염용액을 주입하여 1 ~ 2 시간동안 상온에서 기계적으로 교반하면서 용해시킨다. 알코올은 2M로 마련한다. 반응 시간이 완결된 후, 용액을 실온 및 대기압의 조건에서 1MeV 에너지의 300 kGy 흡수선량에서 실시한다. 이러한 방법으로 도 6 내지 8에서 보는 바와 같이 노란빛이 있는 검은색 은 나노입자 용액을 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 구리 나노입자 제조방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 실시예1에 따라 제조된 구리 나노입자의 흡수선량 변화((a)100kGy, (b)300kGy)에 따른 투과 전자 현미경(TEM)상을 보여주는 도,
도 2는 본 발명의 첫번째 실시예에 따라 제조된 구리 나노입자의 주사현미경(SEM)상을 보여주는 도,
도 3는 본 발명의 첫번째 실시예에 따라 제조된 구리 나노입자의 구성성분과 그 성분들의 상대적인 양(EDS)을 보여주는 도,
도 4은 본 발명의 용매 변화에 따른 실시예에 따라 제조된 구리 나노입자의 투과 전자 현미경(TEM)상을 보여주는 도,
도 5은 본 발명의 용매 변화에 따른 실시예에 따라 제조된 구리 나노입자의 XRD 분석 결과를 보여주는 도,
도 6은 본 발명의 금속 전구체의 변화에 따른 실시예에 따라 제조된 은 나노입자의 투과 전자 현미경(TEM)상을 보여주는 도,
도 7은 본 발명의 금속 전구체의 변화에 따른 실시예에 따라 제조된 은 나노입자의 구성성분과 그 성분들의 상대적인 양(EDS)을 보여주는 도,
도 8은 본 발명의 금속 전구체의 변화에 따른 실시예에 따라 제조된 은 나노입자의 주사현미경(SEM)상을 보여주는 도,
도 9는 본 발명에 따른 구리 나노입자의 제조 방법의 블럭도이다.

Claims (11)

  1. 분산제 수용액을 제조하여 승온시키는 제 1단계(S100);
    상기 제 1단계(S100)에 알코올과 구리 전구체 용액을 한번에 투입하여 제조하는 제 2단계(S200);
    상온 및 상압에서 상기 혼합물에 전자빔을 조사하는 제3단계(S300)를 포함하는 구리 나노입자 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단계(S100) 및 상기 제 2단계(S200)의 구리 전구체과 분산제의 용해를 위한 용매는 상온의 물, 폴리올, 물과 폴리올(polyol) 용매를 혼합한 것 중 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단계(S100)의 상기 분산제는 PVA(polyvinyl alcohol), PVP(polyvinyl pyrrolidone), CTAB(cetyltrimethyl ammonium bromide), SDS(sodium dodecyl sulfate), SPP(sodium polyphosphate) 및 셀룰로스 유도체(cellulose derivatives)로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 구리 나노 입 자 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2단계(S200)의 상기 구리 전구체 용액은 CuCl2, Cu(NO3)2, CuSO4 및 (CH3COO)2Cu로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 나노 입자의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2단계(S200)에서 상기 구리 전구체 용액을 상기 분산제에 혼합하기 전에 IPA(isopropyl alcohol)을 부용매로 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 나노 입자의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단계(S100)에서 상기 분산제는 0.22 내지 6 g/100ml 범위로 증류수에 용해시킨 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 나노 입자의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단계(S100)에서 상기 분산제 용액에 2분 내지 10분 동안 40℃ 이하로 승온하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 나노 입자의 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2단계(S200)에서 상기 구리 전구체는 0.025 내지 0.4몰 범위로 상기 분산제가 용해되어진 용액에 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 나노 입자 제조 방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2단계(S200)에서 상기 IPA는 1 내지 4몰 범위로 분산제 용액에 포함시키는 단계를 특징으로 하는 구리 나노 입자 제조 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2단계(S200)는 1~2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 구리 나노 입자 제조 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3단계(S300)는 상온, 상압에서 0.1내지 1 MeV의 에너지와 50내지 400 kGy 흡수선량에서 전자빔 조사를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 나노 입자 제조 방법.
KR1020090034726A 2009-04-21 2009-04-21 구리 나노입자의 제조 방법 KR101080925B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090034726A KR101080925B1 (ko) 2009-04-21 2009-04-21 구리 나노입자의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090034726A KR101080925B1 (ko) 2009-04-21 2009-04-21 구리 나노입자의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100116018A true KR20100116018A (ko) 2010-10-29
KR101080925B1 KR101080925B1 (ko) 2011-11-08

Family

ID=43134718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090034726A KR101080925B1 (ko) 2009-04-21 2009-04-21 구리 나노입자의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101080925B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101401079B1 (ko) * 2012-06-19 2014-05-30 한국기계연구원 전자선을 이용한 나노입자의 내부 구조 제어 방법
KR102410707B1 (ko) * 2021-03-25 2022-06-22 서울방사선서비스주식회사 방사선을 이용한 항바이러스성 구리나노입자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 항바이러스성 구리나노입자

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101671953B1 (ko) * 2015-03-24 2016-11-08 주식회사 알티엑스 은 나노입자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 은 나노입자
KR102493629B1 (ko) * 2020-11-30 2023-01-31 경상국립대학교산학협력단 펄스 레이저 조사를 이용하는 시안화구리의 제조 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101401079B1 (ko) * 2012-06-19 2014-05-30 한국기계연구원 전자선을 이용한 나노입자의 내부 구조 제어 방법
KR102410707B1 (ko) * 2021-03-25 2022-06-22 서울방사선서비스주식회사 방사선을 이용한 항바이러스성 구리나노입자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 항바이러스성 구리나노입자

Also Published As

Publication number Publication date
KR101080925B1 (ko) 2011-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Karthik et al. Conductive silver inks and their applications in printed and flexible electronics
JP5449154B2 (ja) レーザー照射による電気伝導性銅パターン層の形成方法
Wang et al. Controlled synthesis of dendritic Au@ Pt core–shell nanomaterials for use as an effective fuel cell electrocatalyst
CN102120265B (zh) 单分散的银纳米粒子的胶体、纳米银粉的制备方法及其导电油墨
Tsai et al. A study of the preparation and properties of antioxidative copper inks with high electrical conductivity
US20150166810A1 (en) Metal Nanoparticle Synthesis and Conductive Ink Formulation
Kim et al. Microwave-polyol synthesis of nanocrystalline ruthenium oxide nanoparticles on carbon nanotubes for electrochemical capacitors
CN106981324A (zh) 一种铜导电浆料及其制备方法和用途
KR101080925B1 (ko) 구리 나노입자의 제조 방법
Khanna et al. Synthesis of hydrophilic copper nanoparticles: effect of reaction temperature
KR20160052451A (ko) 담체-나노입자 복합체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 촉매
KR101401571B1 (ko) 전도성 이온 잉크 조성물, 그 제조방법 및 이를 이용한 고전도성 패턴 또는 막의 형성방법
JP2012251222A (ja) 銀ナノ粒子の製造方法およびインク
KR20090025894A (ko) 우수한 전도성과 유리 및 세라믹 기판과의 접착력 향상을위한 금속 나노입자와 나노 글래스 프릿을 포함하는 전도성잉크 조성물
CN112828300A (zh) 一种纳米银及制备方法和应用
KR100820038B1 (ko) 잉크젯 금속 잉크용 구리 나노입자의 제조방법
El-Berry et al. Facile, controllable, chemical reduction synthesis of copper nanostructures utilizing different capping agents
Sharma et al. Single step in situ synthesis and optical properties of polyaniline/ZnO nanocomposites
JP2014224276A (ja) 分散安定性の高い銅ナノ粒子の製造方法
KR101679144B1 (ko) 탄소나노구조체를 포함하는 광소결에 의한 전도성 구리 패턴 형성용 조성물, 광소결에 의한 전도성 구리 패턴의 제조방법 및 이로부터 제조된 전도성 구리 패턴을 포함하는 전자소자
TW201408739A (zh) 製備金屬奈米顆粒之方法及使用其之墨水
CN103194117B (zh) 一种免烧结超细银纳米油墨的制备方法及其应用
CN105788756A (zh) 一种透明金属导电膜及其制备方法
Nejad et al. Multifunctional screen-printed films using polymer nanocomposite based on PPy/TiO2: conductive, photocatalytic, self-cleaning and antibacterial functionalities
CN103702786B (zh) 银微颗粒以及含有该银微颗粒的导电性膏、导电性膜和电子器件

Legal Events

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

Payment date: 20141008

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141230

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160928

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181002

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191105

Year of fee payment: 9