KR20140027627A - 금속 나노입자의 제조방법 및 이를 이용한 금속 나노입자 잉크의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 잉크용 금속 나노입자의 제조방법 및 이를 이용한 금속 나노입자 잉크의 제조방법에 관한 것으로, 상기 방법은 알파 위치에 치환체를 갖는 금속 전구체를 유기 용매에 용해시키는 단계; 및 에너지원 또는 기계적 힘을 적용시키는 단계를 포함하여, 합성 조건에 따라 나노입자의 평균 입도의 조절이 가능한 금속 나노입자를 제조하는 단계; 제조된 금속 나노입자를 분산시켜 금속 나노입자 잉크를 제조하고 제조된 금속 나노입자 잉크의 분산안정성과 전기적인 물성을 개선하는 내용을 포함한다.
Description
본 발명은 알파 위치에 치환체를 갖는 지방산으로부터 제조된 금속 전구체를 이용한 금속 나노입자의 제조방법 및 이를 이용한 금속 나노입자 잉크의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 다양한 용매 중에 용이하게 분산되며, 입자크기 및 입자분포 조절이 가능하고, 우수한 분산안정성 가지며, 도막 형성시 도막 물성을 개선시킬 수 있는 금속 나노입자 및 금속 나노입자로부터 금속 나노입자 잉크를 제조하는 방법에 관한 것이다.
금속 잉크는 도전성 잉크, 전자파 차폐제, 반사막 형성 재료, 항균제등 다양한 제품에 사용되고 있으며, 특히, 도전성 잉크는 최근에 전기전자부품 회로에서 납 사용의 규제 및 저 저항 금속배선, 인쇄회로기판(PCB), 연성회로기판(FPC), 무선인식(RFID) 태그(tag)용 안테나, 전자파 차폐 그리고 플라즈마 디스플레이(PDP), 액정디스플레이(TFT-LCD), 유기발광다이오드(OLED), 플렉시블 디스플레이 및 유기박막 트랜지스터(OTFT) 등과 같은 새로운 분야에서 금속패턴을 필요로 하거나 간편하게 전극을 형성하고자 할 때 유용하기 때문에 이에 대한 관심이 증가하고 있고 또한 전자제품의 고기능화 및 초박화 추세에 더불어 이에 이용되는 금속입자의 크기도 점점 미세화되어 가고 있다.
일반적으로 금속 잉크는 금속 전구체를 잉크화거나, 또는 금속 나노입자를 잉크화를 통해 각각의 금속 잉크를 제조하여 왔다.
여기서 금속 나노입자의 경우, 열적 분해법이나, 환원제를 사용한 환원법을 사용하여 금속 나노입자를 제조하여 왔다. 이 경우, 금속 나노입자는 고분자 형태의 극성인 캡핑제를 사용하기 때문에 다양한 용매에 잘 혼합되지 않는다는 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 금속 나노입자의 문제점을 해소할 수 있는 방안을 연구하면서, 알파 위치에 치환체를 갖는 지방산을 사용하여 제조된 금속 전구체를 금속나노입자를 합성하는데 이용하는 경우, 다양한 용매에 혼합될 수 있고, 합성 조건에 따라 입자 크기/분포의 조절이 가능하고, 도막 형성시 분산안정성과 물성을 개선시킬 수 있는 금속 잉크용 금속 나노입자를 제조할 수 있음을 밝히고 본 발명을 완성하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다양한 나노입자의 입자크기 및 입자분포의 조절이 가능한 금속 나노입자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 이렇게 제조된 금속 나노입자를 사용하여 다양한 용매에 분산될 수 있고, 분산안정성과 도막 물성의 개선이 가능한 금속 나노입자 잉크의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
알파 위치에 치환체를 갖는 금속 전구체를 유기 용매에 용해시키는 단계; 및
상기 금속 전구체 용액에 에너지원 또는 기계적 힘을 적용시키는 단계를 포함하는 것인 금속 잉크용 금속 나노입자의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 금속 나노입자의 제조방법에서, 상기 알파 위치에 치환체를 갖는 금속 전구체는 하기 구조를 갖는 것이 바람직하다.
화학식 1
여기서, X는 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 할로겐이며, M은 Ag, Pd, Rh, Cu, Pt, Ni, Fe, Ru, Os, Mn, Cr, Mo, Au, W, Co, Ir, Zn 및 Cd로 이루어진 군에서 선택되고, n은 0 내지 23의 정수이다.
또한, 상기 유기 용매로는 THF, 크실렌, 톨루엔, 염화 메틸렌, CH3OH, CH3CH2OH, CH3CH2CH2OH, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 및 DMSO로 이루어진 군에서 일종 이상 선택되는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 금속 전구체를 유기 용매에 용해시키는 단계에서 용해도를 높이기 위해 KOH, NaOH, NH3, NH2CH3, NH4OH, NH(CH3)2, N(CH3)3, NH2Et, NH(Et)2, NEt3 및 Ca(OH)2로 이루어진 군에서 일종 이상 선택되는 염기가 더 포함되는 것이 바람직하다.
상기 적용되는 에너지원으로는 가열, 마이크로웨이브 또는 UV이며, 기계적 힘은 교반 또는 초음파인 것이 바람직하다.
나노입자의 크기를 20 내지 200nm로 제어하기 위한 금속 전구체의 질량과 용매의 질량의 비는 1:2 내지 1:5이고, 1nm 내지 20nm로 제어하기 위한 금속 전구체의 질량과 용매의 질량의 비가 1:5 내지 1:20이다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
알파 위치에 치환체를 갖는 금속 전구체를 유기 용매에 용해시키고, 여기에 에너지원과 기계적 힘을 적용시켜 금속 나노입자를 합성하는 단계;
합성된 금속 나노입자의 분산 및 물성을 조절하기 위해 첨가제를 혼합하여 분산시키는 단계; 및
상기 혼합 용액을 균질화시키는 단계를 포함하는 금속 잉크의 제조방법을 제공한다.
상기 금속 나노입자의 분산에 사용되는 용매는 에테르 계열 (THF, ethyl ether, propyl ether, MEK), 벤젠계열 (크실렌, 톨루엔, 에틸벤젠, 벤젠), 알코올 계열 (메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜), 염화물 계열 (염화메틸렌, 클로로포름), 황화물 계열 (DMSO), 질화물 계열 (DMF, DEF, 에틸아민, 암모니아, 에탄올 아민, 디에탄올 아민, 트리에탄올 아민, 트리에틸아민), 알킬 계열 (헥산, 펜탄, 부탄)로 이루어진 군에서 일종 이상 선택될 수 있으며, 분산안정제, 바인더, 기타 첨가제는 금속 나노입자를 포함하는 금속잉크 제조시 사용되는 공지의 물질을 사용 할 수 있다.
또한, 상기 균질화시키는 단계에서는 초음파, 와류식 교반, 기계적 교반 또는 볼밀, 롤밀이 적용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 효과는 다음과 같다.
첫 번째, 본 발명은 알파 위치에 치환체를 갖는 지방산을 사용한 금속 전구체로부터 금속 나노입자를 합성하기 때문에, 캡핑제가 알파 위치에 치환체를 갖는 지방산이어서 다양한 극성 용매에 잘 혼합될 수 있는 나노입자가 형성된다.
두 번째, 금속 나노입자를 합성하기 위한 다양한 에너지원 또는 기계적 힘을 적용하면서 합성조건(농도 및 온도)을 제어하여 나노입자의 크기 및 나노입자의 크기 분포를 조절할 수 있다.
세 번째, 본 발명에 따라 제조된 금속 나노입자에 용매와 첨가제의 비율을 조절하여 분산안정성과 잉크 물성을 향상시킨 금속 나노입자 잉크를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 알파 위치에 치환체를 갖는 금속 전구체를 합성하는 과정을 나타낸 반응식이다.
도 2은 본 발명에 따라 제조된 금속 나노입자의 합성조건의 제어에 따른 입자 크기의 변화를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3 내지 5는 본 발명에 따라 제조된 금속 나노입자의 크기 조절에 대한 결과를 나타낸 사진이다.
도 2은 본 발명에 따라 제조된 금속 나노입자의 합성조건의 제어에 따른 입자 크기의 변화를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3 내지 5는 본 발명에 따라 제조된 금속 나노입자의 크기 조절에 대한 결과를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명은 더욱 상세히 설명된다.
본 발명에 따른 금속 나노입자는 알파 위치에 치환체를 갖는 금속 전구체를 유기 용매에 용해시키는 단계; 및 에너지원 또는 기계적 힘을 적용시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조된다.
상기 알파 위치에 치환체를 갖는 금속 전구체의 합성은 도 1에 나타난 반응식과 같이 유기 용매 중에 용해시킨 알파 위치에 치환체를 갖는 지방산 및 금속염을 반응시켜 알파 위치에 치환체를 갖는 금속 전구체를 합성한 것이다.
구체적으로, 알파 위치에 치환체를 갖는 지방산을 유기 용매 중에 용해시켜 지방산 용액을 제조하는 단계; 상기 지방산 용액에 금속염 용액을 적하하여 반응시키는 단계; 상기 혼합액으로부터 금속 전구체 침전물을 형성시키는 단계; 및 상기 침전물을 분리하는 단계를 포함한다.
상기 알파 위치에 치환체를 갖는 지방산을 유기 용매 중에 용해시켜 지방산 용액을 제조하는 단계에서, 상기 알파 위치에 치환체를 갖는 지방산은 다음 구조를 갖는 것이 바람직하다:
화학식 2
여기서, X는 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 할로겐이며, n은 0 내지 23의 정수이다.
바람직한 지방산으로는 2-메틸헵타논산, 2-메틸헥사논산, 2,2-디메틸부티르산, 2-에틸헥사논산, 헥사논산, 아크릴산 또는 이소부티르산이다.
또한, 상기 용매로는 H2O, CH2CN, CH3OH, CH3CH2OH, THF, DMSO, DMF, 1-메톡시-2-프로파놀, 2,2-디메톡시프로판올, 4-메틸-2-펜타논, 펜탄올, 헥산올, 노난, 옥탄, 헵탄, 헥산, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 및 디부틸 에테르로 이루어진 군에서 일종 이상 선택되는 것이 바람직하다.
상기 지방산 용액에는 KOH, NaOH, NH3, NH2CH3, NH4OH, NH(CH3)2, N(CH3)3, NH2Et, NH(Et)2, NEt3 및 Ca(OH)2로 이루어진 군에서 일종 이상 선택되는 염기가 더 포함되는 것이 바람직하다.
상기 지방산 용액에 금속염 용액을 적하하여 반응시키는 단계에서, 먼저 금속염을 유기용매 또는 수용액 중에 용해시켜 금속염 용액으로 제조한다. 이때 상기 유기 용매로는 상기 지방산 용액에 사용된 유기 용매가 사용될 수 있으며, 상기 지방산 용액과 금속염 용액의 유기 용매는 동일할 수도 다를 수도 있다.
이어서, 상기 금속염 용액을 지방산 용액에 적하하여 반응시킨다. 이 경우, 적하하면서 동시에 격렬한 교반이 수반된다. 이때 사용되는 상기 금속염의 금속이온으로는 Ag, Pd, Rh, Cu, Pt, Ni, Fe, Ru, Os, Mn, Cr, Mo, Au, W, Co, Ir, Zn 및 Cd로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 Ag이다. 상기 금속염의 음이온성 물질로 질화물, 산화물, 황화물, 할로겐화물이 모두 가능하며, 이 중 질화물 형태로 사용되는 것이 바람직하다.
상기 금속염 용액은 상기 지방산 용액과 금속염 용액은 부피비로 1:1 내지 1:10 또는 10:1의 범위 내에서 혼합되는 것이 바람직하며, 이때 부피비로 1:1일 때가 가장 바람직하다. 또한, 상기 반응은 상온에서 진행되는 것이 바람직하다.
상기 혼합 용액으로부터 금속 전구체 침전물을 형성시키는 단계에서는 금속염 용액의 적하가 끝난 혼합액을 1분 내지 30분간 추가로 교반시켜 침전물을 형성시킨다.
상기 침전물을 분리하는 단계에서, 침전물의 분리 방법은 이 분야의 일반적인 방법을 통해 제거될 수 있으며, 구체적으로 여과법 또는 재결정법과 같은 방법이 사용될 수 있다.
이어서, 분리된 침전물의 합성시 사용한 유기용매, 예를 들면 CH2CN, CH3OH, CH3CH2OH, THF, DMSO, DMF, 1-메톡시-2-프로파놀, 2,2-디메톡시프로판올, 4-메틸-2-펜타논, 펜탄올, 헥산올, 노난, 옥탄, 헵탄, 헥산, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 및 디부틸 에테르와 물로 이루어진 군에서 일종을 사용하여 수회 세척한 후 건조시켜 최종적인 금속 전구체를 얻을 수 있다.
상기와 같은 방법으로 제조된 알파 위치에 치환체를 갖는 금속 전구체를 유기 용매에 용해시키는 단계에서, 유기 용매로는 THF, 크실렌, 톨루엔, 염화 메틸렌, CH3OH, CH3CH2OH, CH3CH2CH2OH, 헥산, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 및 DMSO로 이루어진 군에서 일종 이상 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 용해도를 높이기 위해 염기가 첨가될 수 있으며, 적용가능한 염기로는 KOH, NaOH, NH3, NH2CH3, NH4OH, NH(CH3)2, N(CH3)3, NH2Et, NH(Et)2, NEt3 및 Ca(OH)2로 이루어진 군에서 일종 이상 선택될 수 있다.
또한, 반응조건(농도, 온도 등)의 조절을 통해 입자 크기의 조절이 가능하다. 예를 들면, 금속 전구체의 질량과 용매의 질량의 비가 1:5 또는 금속 전구체의 질량이 그 이상인 고농도의 조건에서, 예를 들면, 1:2 내지 1:5의 고농도 조건에서는 나노입자의 평균 입자 크기가 20 내지 200nm의 범위로 제어될 수 있으며, 금속 전구체의 질량과 용매의 질량의 비가 1:5에서 1:20인 저농도 조건에서, 예를 들면 1:5 내지 1:20의 저농도 조건에서 20nm 이하의 평균 입도로 제어될 수 있다. 염기가 포함되는 경우, 용매의 질량 대신 용매와 염기가 합쳐진 질량이 적용될 수 있다.
온도의 경우, 저농도 조건과 고농도 조건 모두에서 60℃ 이하로 진행하며, 이는 이 이상의 온도 조건에서는 용매의 휘발이 일어나 용액의 조성이 바뀔 수 있기 때문이다.
입자 크기는 온도의 변수 말고 시간의 변수로 조절 할 수 있다. 예를 들어 고농도 조건에서 반응시간이 1시간 일 때, 50nm의 평균 입자크기를 얻을 수 있으나, 반응 시간이 2시간으로 늘어나면 평균 입자크기가 100nm 부근으로 커진다. 하지만 60℃에서 초음파를 적용해주면, 시간을 2시간으로 늘려도 20 내지 50nm 정도로 분포한다.
이때 극성과 끓는점이 낮은 용매를 사용하는 경우 나노입자의 분리/정제 공정이 용이하게 되어 공정을 단순화 시킬 수 있고, 수득율을 향상시킬 수 있다.
이어서, 금속 전구체 용액은 다양한 에너지원을 사용하고, 기계적 힘을 적용하여 금속 나노입자로 형성된다. 여기서, 다양한 에너지원으로는 상온 내지 60℃ 이하로 가열, 3 내지 10kw급 마이크로웨이브 또는 UV와 같은 것이 사용될 수 있으며, 기계적 힘으로는 500 내지 1000rpm 범위로 안정적인 쉐이킹을 구현할 수 있는 장비로의 와류식 교반 또는 20kHz 내지 30kHz의 구동력을 구현할 수 있는 초음파 장비로의 교반 등이 적용될 수 있다.
또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 금속 전구체가 고농도인 경우, 60℃에서의 가열과 교반을 적용하여 평균 50 내지 200nm 크기를 갖는 입자를 합성할 수 있으며, 60℃에서의 가열과 초음파를 적용하여 평균 20 내지 50nm 크기를 갖는 입자를 합성할 수 있으며, 금속 전구체가 저농도인 경우, 60℃의 가열, UV 조사 또는 마이크로웨이브와 교반 또는 초음파를 적용하여 평균 3 내지 10nm의 입도를 갖는 입자를 합성할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기와 같은 방법으로 제조된 금속 나노입자를 유기 용매 중에 분산시켜 금속 나노입자 분산액을 제조하는 단계; 물성을 조절하기 위한 첨가제를 혼합하는 단계; 및 상기 혼합 용액을 균질화시키는 단계를 포함하는 금속 나노입자 잉크의 제조방법을 제공한다.
상기 금속 나노입자가 분산되는 용매는 에테르 계열 (THF, ethyl ether, propyl ether, MEK), 벤젠계열 (크실렌, 톨루엔, 에틸벤젠, 벤젠), 알코올 계열 (메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜), 염화물 계열 (염화메틸렌, 클로로포름), 황화물 계열 (DMSO), 질화물 계열 (DMF, DEF, 에틸아민, 암모니아, 에탄올 아민, 디에탄올 아민, 트리에탄올 아민, 트리에틸아민), 알킬 계열 (헥산, 펜탄, 부탄)로 이루어진 군에서 일종 이상 선택될 수 있으며, 분산안정제, 바인더, 기타 첨가제는 금속 나노입자를 포함하는 금속잉크 제조시 사용되는 공지의 물질을 사용 할 수 있다.
또한, 상기 물성을 조절하기 위한 첨가제를 혼합하는 단계에서, 코팅 또는 프린팅 공정별 요구되는 첨가제를 추가하여 얻어지는 최종 잉크의 물성을 조절할 수 있다. 상기 첨가제는 이 분야에서 일반적으로 사용되는 것들이 일반적인 범위 내에서 사용될 수 있으며, 예를 들면, 촉매로서 아민류, 구체적으로 NH3, NH(CH3)2, N(CH3)3, NH2Et, NH(Et)2 또는 NEt3를 전체 중량대비 10 내지 50%, 분산안정제로서 폴리-비닐 피롤리돈(PVP), 폴리아크릴산(PAA), 소듐도데실설포네이트(SDS), Tween 20™, DowFax™ 등의 계면활성제를 전체 중량대비 0.05 내지 5%, 증점제를 전체 중량대비 0.1 내지 5% 내외에서 사용할 수 있다.
상기 균질화시키는 단계에서는 초음파, 와류식 교반, 기계적 교반 또는 볼밀이 적용되는 것이 바람직하다. 초음파 교반의 경우, 5 내지 50Hz에서 30분 내지 2시간 정도가 바람직하고, 와류식 교반의 경우 200 내지 550rpm에서 2시간 내지 4시간이 정도가 바람직하고, 볼밀의 경우 볼과 용액의 중량비는 1:1의 비율로 투입하여 8시간 내지 12시간 정도 교반하는 것이 바람직하다. 또한 롤밀의 경우 용매와 첨가제를 비율별로 섞은 뒤, 1~9pass 정도가 적당하다.
이하, 하기 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
1
(평균입자 크기가 3~10
nm
나노입자의 제조)
Ag
전구체의 합성
250㎖ 플라스크에 2-메틸헵타논산 1.7g을 극성 유기용매인 THF 84㎖ 중에 녹이고, 염기로서 NEt3 2.7g을 첨가하였다. 이어서, 또 다른 250㎖ 플라스크에 AgNO3 1.4g을 THF 84㎖ 중에 용해시켰다. 상기 AgNO3 용액을 상기 2-메틸헵타논산 용액에 격렬히 교반하면서 시간당 800㎖가 첨가되도록 천천히 적하하였다. AgNO3 용액의 첨가가 끝난 혼합 용액을 20분간 저어준 뒤 침전물을 분리하고 유기용매(THF)를 사용하여 2회 세척한 뒤 건조하여 Ag 전구체(Ag-2-메틸헵타노에이트) 2.0g을 얻었다.
Ag
나노입자의 제조
Ag-2-메틸헵타노에이트 0.6g을 THF 5.2g 중에 용해시켰다. 이어서, 용해도를 높이기 위해, 염기로써 NEt3를 0.6g을 첨가하여 교반한 후 60℃에서 가열하면서 1시간 동안 초음파 처리하여 평균 입자크기가 5nm의 Ag 나노입자를 제조하였다. 반응액을 원심분리를 통해 분리하고 잔류 용매를 제거하여 Ag나노입자 0.2g을 제조하였다.
실시예
2 (평균 입자크기가 20~50
nm
입자의 제조)
Ag
전구체의 합성
실시예 1에서 합성한 Ag 전구체 합성 방법과 동일하게 제조하였다.
Ag
나노입자의 제조
Ag-2-메틸헵타노에이트 0.6g을 THF 2.2g와 NEt3 0.6g 용해시켰다 60℃에서 가열하면서 1시간 동안 초음파 처리하여 평균 입자크기가 30nm의 Ag 나노입자를 제조하였다. 반응액을 원심분리를 통해 분리하고 잔류 용매를 제거하여 Ag나노입자 0.2g을 제조하였다.
실시예
3 (평균 입자크기가 50~200
nm
입자의 제조)
Ag
전구체의 합성
실시예 1에서 합성한 Ag 전구체 합성 방법과 동일하게 제조하였다.
Ag
나노입자의 제조
Ag-2-메틸헥사노에이트 0.6g을 THF 2.2g와 NEt3 0.6g에 용해시켰다. 반응액을 60℃에서 1시간 내지 2시간 동안 교반하여 입도분포가 100nm의 Ag 나노입자를 제조하였다. 반응액을 원심분리를 통해 분리하고 잔류 용매를 제거하여 Ag나노입자 0.2g을 제조하였다.
상기 실시예 1-3에서 얻은 Ag 나노입자들을 SEM으로 촬영하여 입도 확인이 가능한 500개의 나노입자의 입도로부터 평균 입자 크기을 계산하였다.
실시예
4
Ag
나노입자 잉크의 제조
상기 실시예 1 내지 3에서 제조된 Ag 나노입자 0.6g을 유기용매(THF) 4.0㎖ 중에 분산시켰다. 이어서, 첨가제로 아민류(NH3)를 전체 중량대비 2%, 분산안정제로서 폴리-비닐 필롤리돈(PVP)를 전체 중량대비 0.5% 첨가하고 기계적인 교반을 통해 균일하게 혼합시켜 Ag 잉크를 제조하였다.
시험예
1
상기 실시예 1 내지 3에서 얻은 Ag 나노입자를 TEM으로 촬영하여 그 결과를 도 3 내지 도 5에 나타내었다.
시험예
2
상기 실시예 4로부터 얻은 Ag 잉크를 코팅 또는 프린팅하고, 250℃에서 20분간 소성한 후, 코팅된 도막의 면저항을 4-포인트 프로브(point probe)로 측정하여 7mWcm의 비저항을 얻었다.
Claims (10)
- 알파 위치에 치환체를 갖는 금속 전구체를 유기 용매에 용해시키는 단계; 및
상기 금속 전구체 용액에 에너지원 또는 기계적 힘을 적용시키는 단계를 포함하는 것인 금속 잉크용 금속 나노입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 알파 위치에 치환체를 갖는 금속 전구체는 하기 구조를 갖는 것인 금속 잉크용 금속 나노입자의 제조방법.
화학식 1
여기서, X는 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 할로겐이며, M은 Ag, Pd, Rh, Cu, Pt, Ni, Fe, Ru, Os, Mn, Cr, Mo, Au, W, Co, Ir, Zn 및 Cd로 이루어진 군에서 선택되고, n은 0 내지 23의 정수이다.
- 제1항에 있어서,
상기 유기 용매로 THF, 크실렌, 톨루엔, 염화 메틸렌, CH3OH, CH3CH2OH, CH3CH2CH2OH, 헥산, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 및 DMSO로 이루어진 군에서 일종 이상 선택되는 것인 금속 잉크용 금속 나노입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 전구체를 유기 용매에 용해시키는 단계에서 용해도를 높이기 위해 KOH, NaOH, NH3, NH2CH3, NH4OH, NH(CH3)2, N(CH3)3, NH2Et, NH(Et)2, NEt3 및 Ca(OH)2로 이루어진 군에서 일종 이상 선택되는 염기가 더 포함되는 것인 금속 잉크용 금속 나노입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 에너지원으로는 가열, 마이크로웨이브 또는 UV이며, 기계적 힘은 교반 또는 초음파인 금속 잉크용 금속 나노입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
금속 전구체의 질량과 용매의 질량의 비가 1:2 내지 1:5인 금속 잉크용 금속 나노입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
금속 전구체의 질량과 용매의 질량의 비가 1:5 내지 1:20인 금속 잉크용 금속 나노입자의 제조방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따른 방법으로 제조된 금속 나노입자를 유기 용매 중에 분산시켜 금속 나노입자 잉크를 제조하는 단계;
물성을 조절하기 위한 첨가제를 혼합하는 단계; 및
상기 혼합 용액을 균질화시키는 단계를 포함하는 금속 나노입자 잉크의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 용매는 에테르 계열 (THF, ethyl ether, propyl ether, MEK), 벤젠계열 (크실렌, 톨루엔, 에틸벤젠, 벤젠), 알코올 계열 (메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜), 염화물 계열 (염화메틸렌, 클로로포름), 황화물 계열 (DMSO), 질화물 계열 (DMF, DEF, 에틸아민, 암모니아, 에탄올 아민, 디에탄올 아민, 트리에탄올 아민, 트리에틸아민), 알킬 계열 (헥산, 펜탄, 부탄)로 이루어진 군에서 일종 이상 선택되는 것인 금속 나노입자 잉크의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 균질화시키는 단계에서는 초음파 교반, 와류식 교반, 기계적 교반, 볼밀, 또는 롤밀이 적용되는 것인 금속 나노입자 잉크의 제조방법.
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