KR20180137402A - Manufacturing method of carbon based-metal composite with amorphous layer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는, 종래 탄소-금속 복합체의 합성을 위한 가열장치에 있어서 에너지 효율이 낮은 열전도식 가열장치를 생략하고, 고에너지 빔을 투사시켜 빠르게 발열을 유도하여 다량의 탄소-금속 복합체의 합성을 빠른 시간 내에 유도할 수 있어 생산효율을 월등히 향상시킬 수 있음과 함께, 탄소계 기재 위에 금속이 산재된 비정질층을 갖는 금속 복합체가 형성되어 전기 전도도가 현저히 향상되며, 향상된 전기전도도를 통해 고감도 센서류, 전도성 잉크 및 카본 페이스트를 용이하게 제작할 수 있고, 탄소계 재료기반 금속 복합체의 결합력이 월등히 향상되어 자동차 및 자전거 바디 제조뿐만 아니라, 항공기 바디 제조 등 가벼우면서도 고강도 및 내구성이 요구되는 부품을 생산하는데 재료로 활용할 수 있는 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a carbon-based material-based metal composite having an amorphous layer, and more particularly, to a heating apparatus for synthesizing a carbon-metal composite according to the prior art, And the synthesis of a large amount of carbon-metal complexes can be induced in a short period of time by projecting a high energy beam to induce rapid heat generation, so that the production efficiency can be remarkably improved, and an amorphous layer The conductive ink and the carbon paste can be easily manufactured through the improved electrical conductivity and the bonding force of the carbon-based material-based metal composite is remarkably improved, In addition to manufacturing, aircraft body manufacturing and lightweight yet high strength and durability That is to produce the old part to be provided with the amorphous layer can be utilized as a carbon-based material relates to a process for preparing a metal complex.
일반적으로 고 에너지빔이란, 전자빔, 이온빔, 마이크로파 등 에너지 전달이 가능한 MHz 이상의 전자기파를 통칭한다. 고 에너지 빔은 이를 흡수할 수 있는 물질에 인가되면 분자 자체의 진동 및 회전을 유발하여 분자간의 마찰열을 발생시키고, 상기 분자간의 마찰열을 통해 해당 물질은 급속한 승온이 이뤄진다. 이와 같이 고 에너지 빔을 열원으로 사용하면, 기존의 열전도 가열 방식보다 신속하게 승온이 가능할 뿐만 아니라, 물질을 균일하게 가열할 있다는 장점이 있어, 나노 입자 합성과 같이 반응열을 균일하게 제어해서 일정한 크기의 분자체를 제조해야 하는 경우에 유용한 가열원이 될 수 있다.Generally, a high energy beam is collectively referred to as an electromagnetic wave having a frequency of MHz or higher, which is capable of transmitting energy such as an electron beam, an ion beam, or a microwave. When a high energy beam is applied to a material capable of absorbing the high energy beam, vibration and rotation of the molecule itself are caused to generate frictional heat between the molecules, and the material is rapidly heated through frictional heat between the molecules. The use of such a high energy beam as a heat source not only raises the temperature faster than conventional heat conduction heating but also has the advantage of uniformly heating the material and uniformly controlling the heat of reaction as in nanoparticle synthesis, It can be a useful heating source when molecular sieves must be manufactured.
한편, 그래핀, 그래파이트, 탄소나노튜브, 플러렌 등을 이용한 탄소 나노 기술은 현재 포화상태로, 기술 성숙도가 매우 높은 것으로 평가되고 있다. 그러나 이를 활용한 제품을 양산하기 위한 공정에 있어서, 탄소-금속 복합체를 합성 제조하는데 종래 열전도식 가열 방식는 경제적인 효율 및 생산성이 떨어진다는 문제점이 있으며, 이를 해결하기 위해 종래 마이크로파를 가열원으로 탄소계 금속복합체 분말을 제조하는 방법 등이 제안되고 있으나,On the other hand, carbon nanotechnology using graphene, graphite, carbon nanotubes, fullerene and the like is currently in a saturated state and is highly evaluated for its technology maturity. However, in the process for mass production of a product using the same, there is a problem in that the conventional thermal conductive heating method has a disadvantage that economic efficiency and productivity are inferior. In order to solve this problem, conventionally, A method of producing a metal composite powder, and the like have been proposed,
이 경우, 여러 산업분야에서 적용되는 정밀 작동 센서류 등을 제조하거나, 전도성 잉크 및 카본 페이스트의 재료로 활용하기에는, 상기 합성된 탄소계 금속 복합체의 전기 전도도가 충분하지 못해 측정의 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있으며, 또한, 탄소계 금속복합체의 결합력이 약해 자동차 및 자전거 바디 제조 등, 고강도 재료가 요구되는 분야에서 충분한 내구성을 만족시키지 못하는 문제점 있으며,In this case, there is a problem in that the electrical conductivity of the synthesized carbon-based metal composite is not sufficient to make the reliability of measurement difficult to manufacture precision operating sensors or the like used in various industrial fields or to use the conductive ink and carbon paste as a material , And the bonding strength of the carbon-based metal composite is so weak that it can not satisfy sufficient durability in fields requiring high strength materials such as automobile and bicycle body manufacturing.
탄소계 금속복합체에 비정질층을 형성하기 위해 종래 볼밀을 사용하는 경우, 강구 등의 물리적 충돌 분쇄를 통해 비정질층을 형성하는 것으로, 비정질층 형성을 위한 가공에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있으며, 볼밀 과정에서 재료가 뭉개져 이를 다시 고르게 하기 위한 재가공이 필요하며, 재료에 비정질층을 균질하게 형성하기 어려운 문제점이 있다.When a conventional ball mill is used to form an amorphous layer in the carbon-based metal composite, there is a problem that it takes much time to process the amorphous layer for forming an amorphous layer by physical impact grinding such as steel balls, There is a problem in that it is difficult to homogenize the amorphous layer in the material.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 고 에너지 빔을 가열원으로 사용하여 탄소계 재료기반 금속 복합체를 짧은 시간 다량 생산할 수 있도록 하여 생산성을 증대시킴과 함께, 탄소계 재료기반 금속 복합체에 균질한 비정질층을 용이하게 제어 형성시킬 수 있도록 하여 합성 제조된 탄소계 재료기반 금속 복합체의 전기 전도도를 월등히 향상시키고, 이를 통해 고 감도 센서류, 전도성 잉크 및 카본 페이스트를 용이하게 제조할 수 있도록 하며,SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a carbon-based material-based metal composite using a high energy beam as a heating source, So that the amorphous layer can be easily controlled and formed in the composite material, thereby significantly improving the electrical conductivity of the carbon-based material-based metal composite thus produced, thereby facilitating the production of high sensitivity sensors, conductive ink and carbon paste In addition,
또한, 탄소계 재료기반 금속 복합체의 결합력을 향상시켜 자동차 및 자전거 바디 제조뿐만 아니라, 항공기 바다 제조 등 가벼우면서도 고강도 및 우수한 내구성이 요구되는 부품을 생산하는데 재료로 활용할 수 있도록 한다.In addition, it enhances the bonding strength of the carbon-based material-based metal composite material, thereby making it possible to utilize it as a material for producing parts that require lightweight but high strength and excellent durability such as automobile and bicycle body manufacturing as well as aircraft sea production.
상기 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 형태에서는, 탄소계 분말 및 금속전구체 분말을 준비하는 재료준비단계; 준비된 상기 탄소계 분말 100 중량부에 금속전구체 분말 100 ~ 200 중량부를 혼합하여 혼합분말을 제조하는 혼합단계; 상기 혼합단계를 통해 제조된 상기 혼합분말을 고속 분쇄기에 투입한 후 소정크기로 분쇄하는 분쇄단계; 상기 분쇄단계를 통해 소정크기로 분쇄된 상기 혼합분말을 믹싱기에 투입한 후 소정시간 동안 믹싱하여 상기 혼합분말 중 탄소계 분말 및 금속전구체 분말 간의 접촉면적을 증가시키는 믹싱단계; 상기 믹싱단계를 거친 상기 혼합분말을 환원 및 재합성 장치에 투입한 후, 상기 혼합분말에 고 에너지빔을 조사하여 상기 혼합분말을 소정온도로 소정시간 가열하고, 상기 혼합분말을 환원 및 재합성시키는 복합체 합성단계; 및, 상기 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 상기 분쇄단계, 믹싱단계 및, 복합체 합성단계를 소정횟수 반복하여 복합체의 비정질층 생성을 제어하는 비정질층 생성 제어단계를; 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a carbon-based powder, comprising: preparing a material for preparing a carbon-based powder and a metal precursor powder; Mixing 100 to 200 parts by weight of the metal precursor powder with 100 parts by weight of the prepared carbon-based powder to prepare a mixed powder; A pulverizing step of putting the mixed powder produced through the mixing step into a high-speed pulverizer and pulverizing the mixed powder into a predetermined size; Mixing the mixed powder pulverized to a predetermined size through the pulverizing step into a mixing machine and mixing the mixed powder for a predetermined time to increase the contact area between the carbon powder and the metal precursor powder in the mixed powder; After the mixed powder having been subjected to the mixing step is put in a reducing and recomposing apparatus, a high energy beam is irradiated to the mixed powder to heat the mixed powder to a predetermined temperature for a predetermined time, and the mixed powder is reduced and recombined Complex synthesis step; And an amorphous layer generation control step of controlling generation of an amorphous layer of the composite by repeating the pulverization step, mixing step, and composite synthesis step a predetermined number of times after the composite synthesis step; The present invention also provides a method of manufacturing a carbon-based material-based metal composite including the amorphous layer.
본 발명의 일 형태에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법은, 상기 재료준비단계의 탄소계 분말은, 그래핀, 그래파이트, 그래핀 옥사이드 및, 탄소나노튜브로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질로 형성되고, 상기 복합체 합성단계에서, 공기, 산소, 질소 및, 아르곤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 단일 가스 또는 1종 이상을 포함하는 혼합가스로 가스분위기를 조성할 수 있고,A method of manufacturing a carbon-based material-based metal composite having an amorphous layer according to an embodiment of the present invention is characterized in that the carbon-based powder in the material preparation step is formed from a group consisting of graphene, graphite, graphene oxide and carbon nanotubes And a gas atmosphere is formed by a single gas selected from the group consisting of air, oxygen, nitrogen, and argon, or a mixed gas including at least one kind of gas in the composite synthesis step Can,
바람직하게는, 상기 복합체 합성단계에서, 상기 환원 및 재합성 장치 내로 공기의 유출입 가능하게 유지한 상태에서 상기 혼합분말을 온도 1000 ~ 1200 ℃로 2 ~ 5분간 가열하며, 상기 비정질층 생성 제어단계에서, 상기 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 상기 분쇄단계, 믹싱단계 및, 복합체 합성단계를 3 ~ 5회 반복할 수 있다.Preferably, in the step of synthesizing the composite, the mixed powder is heated at a temperature of 1000 to 1200 ° C for 2 to 5 minutes while air is allowed to flow into the reduction and recrystallization apparatus, and in the amorphous layer formation control step After the complex synthesis step, the pulverization step, the mixing step, and the complex synthesis step may be repeated three to five times.
본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법은, 종래 에너지 효율이 낮은 열전도식 가열 장치를 생략하고 고 에너지 빔을 가열원으로 사용하여 탄소계 재료기반 금속 복합체를 짧은 시간 다량으로 생산할 수 있어 생산성을 증대시킬 수 있음과 함께, 합성 제조된 탄소계 재료기반 금속 복합체의 전기 전도도가 월등히 향상되어 고감도 센서류, 전도성 잉크 및 카본 페이스트를 용이하게 제조할 수 있으며,The method for manufacturing a carbon-based material-based metal composite including the amorphous layer according to the present invention is a method for manufacturing a carbon-based material-based metal complex by using a high energy beam as a heating source, omitting a heat- It is possible to increase the productivity and increase the electrical conductivity of the synthesized carbon-based material-based metal complex, thereby making it possible to easily produce a high-sensitivity sensor, a conductive ink and a carbon paste,
또한, 탄소계 재료기반 금속 복합체의 결합력이 현저히 향상되어 자동차 및 자전거 바디 제조뿐만 아니라, 항공기 바다 제조 등 가벼우면서도 고강도 및 우수한 내구성이 요구되는 부품을 생산하는데 재료로 활용할 수 있게 된다.In addition, the bonding strength of the carbon-based material-based metal composite is remarkably improved, so that it can be used as a material for producing parts that require light weight, high strength, and excellent durability such as automobile and bicycle body manufacturing as well as aircraft sea production.
도 1은 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법을 단계적으로 나타내는 공정 블럭도;
도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 있어서, 각각 그래핀 재료 기반 이산화주석 복합체의 저배율 및 고배율 TEM 사진;
도 3은 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 있어서, 이산화주석의 주변으로 형성되는 비정질층을 간략히 나타내는 단면도;
도 4는 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 있어서, 비정질층이 구비되는 그래핀 재료 기반 이산화주석 복합체 TEM 사진 및 성분 분포를 나타내는 그래프;
도 5는 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 있어서, 비정질층 생성 제어단계에서 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 분쇄단계, 믹싱단계 및, 복합체 합성단계를 1회 실시한 후, 비정질층이 구비되는 그래핀 재료기반 이산화주석 복합체 TEM 사진 및 성분 분포를 나타내는 그래프; 및,
도 6은 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 있어서, 비정질층 생성 제어단계에서 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 분쇄단계, 믹싱단계 및, 복합체 합성단계를 3회 반복실시한 후, 비정질층이 구비되는 그래핀 재료기반 이산화주석 복합체 TEM 사진 및 성분 분포를 나타내는 그래프;이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a process block diagram showing a step of a method for producing a carbon-based material-based metal complex having an amorphous layer according to the present invention;
FIGS. 2A and 2B are TEM and low-magnification TEM images of a graphene-based tin dioxide complex, respectively, in a method for producing a carbon-based material-based metal composite according to the present invention;
3 is a cross-sectional view schematically illustrating an amorphous layer formed around a tin dioxide layer in a method for manufacturing a carbon-based material-based metal composite according to the present invention;
FIG. 4 is a graph showing TEM photographs and component distributions of a graphene-based tin oxide complex having an amorphous layer in a method of manufacturing a carbon-based material-based metal composite having an amorphous layer according to the present invention;
FIG. 5 is a graph showing the results of a method for manufacturing a carbon-based material-based metal composite according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amorphous layer formation control step and the composite synthesis step. A graph showing graphene material-based tin dioxide composite TEM photographs and component distributions after being subjected to an amorphous layer; And
FIG. 6 is a graph showing the results of a method for fabricating a carbon-based material-based metal composite including an amorphous layer according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing a graphene material-based tin dioxide composite TEM photograph and component distribution after repeated cycling; FIG.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.Hereinafter, embodiments of the present invention in which the above object can be specifically realized will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the embodiments, the same names are denoted by the same reference numerals, and further description thereof will be omitted below.
도 1은 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법을 단계적으로 나타내는 공정 블럭도이고, 도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 있어서, 각각 그래핀 재료기반 이산화주석 복합체의 저배율 및 고배율 TEM 사진이며, 도 3은 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 있어서, 이산화주석의 주변으로 형성되는 비정질층을 간략히 나타내는 단면도이다.FIG. 1 is a process block diagram showing a step of a method of manufacturing a carbon-based material-based metal composite according to the present invention. FIGS. 2a and 2b show a carbon- FIG. 3 is a photograph of a low magnification and high-power TEM image of a graphene material-based tin dioxide composite, respectively, in the method of manufacturing a carbon-based material-based metal composite according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an amorphous layer formed of a silicon oxide film.
또한, 도 4는 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 있어서, 비정질층이 구비되는 그래핀 재료기반 이산화주석 복합체 TEM 사진 및 성분 분포를 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 있어서, 비정질층 생성 제어단계에서 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 분쇄단계, 믹싱단계 및, 복합체 합성단계를 1회 실시한 후, 비정질층이 구비되는 그래핀 재료기반 이산화주석 복합체 TEM 사진 및 성분 분포를 나타내는 그래프이며, 도 6은 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 있어서, 비정질층 생성 제어단계에서 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 분쇄단계, 믹싱단계 및, 복합체 합성단계를 3회 반복실시한 후, 비정질층이 구비되는 그래핀 재료기반 이산화주석 복합체 TEM 사진 및 성분 분포를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing TEM photographs and component distribution of a graphene-based tin oxide complex having an amorphous layer in a method of manufacturing a carbon-based material-based metal composite having the amorphous layer according to the present invention. In the method of manufacturing a carbon-based material-based metal composite according to the present invention, the amorphous layer is formed by controlling the formation of the amorphous layer by controlling the formation of the amorphous layer, FIG. 6 is a graph showing a TEM photograph and composition distribution of a graphene material-based tin oxide complex having an amorphous layer formed thereon. FIG. After the composite synthesis step in the production control step, the pulverization step, the mixing step, and the composite synthesis step were repeated three times Lt; RTI ID = 0.0 > TEM < / RTI > photograph and ingredient distribution.
본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 크게, 재료준비단계와, 준비된 재료를 소정비율로 혼합하는 혼합단계와, 혼합분말을 분쇄하는 분쇄단계와, 분쇄한 혼합분말을 균일하게 믹싱하는 믹싱단계와, 믹싱한 혼합분말을 고 에너지 빔을 투사하여 환원 및 재합성을 유도 발생시키는 복합체 합성단계 및, 탄소계 재료기반 금속복합체에 비정질층을 유도 및 제어하는 비정질층 생성 제어단계를 포함하여 형성된다.As shown in FIG. 1, the method for preparing a carbon-based material-based metal composite according to the present invention comprises a material preparation step, a mixing step of mixing prepared materials at a predetermined ratio, A mixing step of uniformly mixing the pulverized mixed powder; a composite synthesis step of inducing reduction and re-synthesis by projecting a mixed energy of the mixed powder to a high energy beam; And an amorphous layer generation control step of inducing and controlling the amorphous layer.
상기 재료준비단계는, 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 복합체를 합성하기 위한 재료로 사용되는 탄소계 분말 및 금속 전구체 분말을 준비하는 단계로, 상기 탄소계 분말로는 그래핀, 그래파이트, 그래핀 옥사이드 및, 탄소나노튜브로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질로 형성될 수 있고, 상기 금속 전구체 분말은 주석, 티타늄, 구리, 금, 니켈 및, 마그네슘으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 금속 전구체 분말일 수 있으며, 또한, 주석 또는 티타늄의 산화물이 될 수도 있고, 상기 금속 전구체 분말은 1종 이상을 혼합하여 탄소계 재료기반 금속 복합체를 제조할 수도 있다.The material preparation step may include preparing a carbon-based powder and a metal precursor powder to be used as a material for synthesizing a carbon-based material-based composite having an amorphous layer, wherein the carbon-based powder includes graphene, graphite, Oxide, and carbon nanotube, and the metal precursor powder may be formed of at least one metal selected from the group consisting of tin, titanium, copper, gold, nickel, and magnesium And may be an oxide of tin or titanium. The metal precursor powder may be mixed with at least one of the metal precursor powders to prepare a carbon-based material-based metal complex.
상기 혼합단계는, 준비된 탄소계 분말 및 금속전구체 분말을 혼합하는 단계로, 제조되는 복합체의 기재로 이용됨과 동시에, 상기 금속 전구체 분말의 환원제로 작용하는 탄소계 분말을 상기 금속 전구체 분말과 균일하게 섞일 수 있도록 혼합하게 된다. 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체에 있어서, 탄소계 분말과 금속 복합체 분말의 혼합 비율은, 기재로 이용되는 탄소계 분말위에 전기 전도도를 향상시키는 비정질층을 갖는 금속 복합체를 용이하게 형성시킬 수 있도록 탄소계 분말의 양을 종래 탄소-금속복합체를 형성하기 위한 양보다 좀 더 혼합시켜 탄소계 분말 100 중량부에 금속 전구체 분말 100 ~ 200 중량부를 혼합하게 된다.The mixing step is a step of mixing the prepared carbon-based powder and the metal precursor powder and is used as a base material of the composite to be produced, and a carbon-based powder serving as a reducing agent of the metal precursor powder is uniformly mixed with the metal precursor powder . In the carbon-based material-based metal composite having the amorphous layer according to the present invention, the mixing ratio of the carbon-based powder and the metal composite powder is such that a metal composite having an amorphous layer for improving electrical conductivity is formed on the carbon- The amount of the carbon-based powder is mixed more than the amount required to form the conventional carbon-metal composite so that 100 to 200 parts by weight of the metal precursor powder is mixed with 100 parts by weight of the carbon-based powder.
혼합되는 상기 금속 전구체 분말이 탄소계 분말 100 중량부에 대해 100 중량부 보다 적게 혼합되는 경우, 비정질층 형성 반응이 저하되고, 비정질층 내에 일시에 탄소 함유량이 증가되어 전기 전도도가 감소되는 문제점이 있으며, 혼합되는 상기 금속 전구체 분말이 탄소계 분말 100 중량부에 대해 200 중량부 보다 많게 혼합되는 경우, 탄소계 분말에 비해 비중이 높은 금속 전구체 분말이 환원 및 재합성 장치 바닥면에 가라앉아 탄소계 분말과의 접촉률이 저하되고, 금속전구체 분말 보다 상대적으로 적은 양의 탄소계 분말로 인해 환원 및 재합성 반응의 효율성이 저하되는 문제점이 있으므로, 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에서는, 탄소계 분말 100 중량부에 금속 전구체 분말 100 ~ 200 중량부를 혼합하게 된다.When the metal precursor powder to be mixed is mixed with less than 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon-based powder, there is a problem that the amorphous layer forming reaction is lowered and the carbon content is increased in the amorphous layer at once, When the metal precursor powder to be mixed is mixed in an amount of more than 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon-based powder, a metal precursor powder having a specific gravity higher than that of the carbon-based powder is deposited on the bottom surface of the reduction- And the efficiency of the reduction and recombination reaction is lowered due to the relatively small amount of the carbon-based powder compared to the metal precursor powder. Therefore, the carbon-based material-based metal complex having the amorphous layer according to the present invention , 100 to 200 parts by weight of the metal precursor powder is mixed with 100 parts by weight of the carbon-based powder .
또한, 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법은, 탄소계 분말 및 금속 전구체 분말의 혼합비율에 있어서, 탄소계 분말과 금속 전구체 분말을 거의 1:1 비율로 혼합시킴으로써, 금속 전구체 분말에 비해 탄소계 분말의 혼합량을 늘려 탄소계 재료기반 금속 복합체의 전체 비중(比重)을 줄이고, 차후 전도성 잉크나 카본 페이스트의 제작시 용매제로의 분산성을 향상시키며, 콜로이드 제조를 용이하게 하게 할 수 있도록 한다.The method for manufacturing a carbon-based material-based metal composite according to the present invention includes mixing the carbon-based powder and the metal precursor powder at a ratio of about 1: 1 in the mixing ratio of the carbon-based powder and the metal precursor powder , The total specific gravity of the carbon-based material-based metal composite is reduced by increasing the mixing amount of the carbon-based powder compared to the metal precursor powder, the dispersibility of the conductive ink or carbon paste in the solvent is improved in the subsequent production of the conductive ink or carbon paste, So that it can be made easy.
상기 분쇄단계는, 상기 혼합된 탄소계 분말 및 금속 전구체 분말을 서로 균일하게 혼합함과 함께, 탄소계 분말 및 금속 전구체 분말의 접촉면적을 증가시켜 환원 및 재합성 반응이 용이하게 유도 발생 되게 소정크기로 분쇄하는 것으로, 분쇄된 입자 크기가 60 mesh보다 작을 경우, 입자가 너무 작아 취급이 어려운 문제점이 있으며, 80 mesh보다 큰 경우에는, 입자가 큰 편으로 탄소계 분말 및 금속 전구체 분말의 접촉면적이 충분치 못해 반응속도가 느려지는 문제점이 있어, 바람직하게는, 60~ 80 mesh가 되게 고속분쇄기로 분쇄하도록 한다.Wherein the pulverizing step is a step of uniformly mixing the mixed powder of the carbon-based powder and the metal precursor powder and increasing the contact area of the powder of the carbon-based powder and the powder of the metal precursor, When the size of the pulverized particles is smaller than 60 mesh, there is a problem that the particles are too small to be handled. When the size is larger than 80 mesh, the contact area of the carbon-based powder and the metal precursor powder There is a problem in that the reaction rate is slow because of insufficient amount. Preferably, it is pulverized with a high speed pulverizer so as to be 60 to 80 mesh.
상기 믹싱단계는, 소정크기로 분쇄된 상기 혼합분말을 믹싱기에 투입한 후 소정시간 동안 믹싱하여 상기 혼합분말 중 탄소계 분말 및 금속 전구체 분말을 서로 균일하게 물리적으로 충돌 및 접촉시켜 상기 혼합분말 전체에 균일하게 환원 및 재합성 반응이 일어날 수 있도록 한다. 바람직하게는, 믹싱기를 1000 rpm으로 회전시켜 반응효율이 향상되게 상기 혼합분말을 고루 믹싱 시킬 수 있도록 한다.In the mixing step, the mixed powder pulverized to a predetermined size is put into a mixing machine and mixed for a predetermined time to uniformly physically collide and contact the carbon-based powder and the metal precursor powder in the mixed powder, Allowing homogeneous reduction and re-synthesis reactions to take place. Preferably, the mixer is rotated at 1000 rpm so that the mixed powder can be evenly mixed to improve the reaction efficiency.
상기 복합체 합성단계는, 상기 믹싱단계를 거친 상기 혼합분말을 환원 및 재합성 장치에 투입한 후, 상기 혼합분말에 고 에너지 빔을 조사하여 상기 혼합분말을 소정온도로 소정시간 가열하여 상기 탄소계 분말의 기화를 유도하며, 기화된 탄소계 분말은 상기 금속 전구체 분말과 접하여 금속 전구체 분말로부터 산소를 환원시키고 산소가 환원된 상기 금속 전구체 표면에는 비정질층이 재합성된다.In the composite synthesis step, the mixed powder obtained through the mixing step is introduced into a reducing and recomposing apparatus, and then the mixed powder is irradiated with a high energy beam to heat the mixed powder to a predetermined temperature for a predetermined time, The vaporized carbon-based powder contacts with the metal precursor powder to reduce oxygen from the metal precursor powder, and the amorphous layer is recombined on the oxygen-reduced surface of the metal precursor.
탄소계 분말과 금속전구체 분말의 혼합분말에 고 에너지 빔이 조사되면 혼합분말 중에 존재하는 분자들이 고 에너지 빔에 의해 진동 및 회전하여 혼합분말은 균일하게 가열되며, 탄소계 내에 존재하는 다수의 자유전자는 고 에너지 빔의 흡수를 가속화 시키게 된다. 탄소계 내의 자유전자가 고 에너지 빔의 흡수를 가속화 시켜 탄소 격자 또한 빠르게 진동하며, 탄소계 물질은 상대적으로 고온으로 가열되고, 탄소계 물질로부터 발생한 열에 의해 탄소계 물질이 열팽창함과 동시에 상기 열은 주변으로 전도되어 반응물 전체를 빠르고 균일하게 가열시키게 된다. 이 과정에서 가스 분위기 조성을 위해 투입된 기체 분자들도 가열 및 가속되며, 이는 고온에 의해 열팽창된 탄소계 물질과 충돌하여 탄소계 물질의 반데르발스 상호작용을 약화시켜 금속과의 복합화 반응을 용이하게 한다. 특히, 탄소계 물질 중 그래파이트나 그래파이트 옥사이드는 고 에너지 빔 조사에 의해 빠르게 박리되어 그래핀을 형성할 수 있으며, 혼합분말 내에 존재하는 금속전구체 분말은 표면에너지가 약화된 탄소계의 표면에서 나노입자로 성장하여 탄소계 재료기반 금속복합체로 형성될 수 있고, 기화된 탄소계 분말은 상기 탄소계 재료기반 금속복합체를 형성하는 금속 전구체 분말과 접하여 금속 전구체 분말로부터 산소를 환원시키며, 산소가 환원된 상기 금속 전구체 표면에는 비정질층이 재합성된다.When a high energy beam is irradiated to a mixed powder of the carbon-based powder and the metal precursor powder, the molecules present in the mixed powder are vibrated and rotated by the high-energy beam to uniformly heat the mixed powder, Accelerates the absorption of the high energy beam. Free electrons in the carbon system accelerate the absorption of the high energy beam to rapidly oscillate the carbon lattice, the carbonaceous material is heated to a relatively high temperature, the carbonaceous material thermally expands due to the heat generated from the carbonaceous material, And the entire reaction product is quickly and uniformly heated. In this process, the gas molecules injected to form the gas atmosphere are also heated and accelerated, which collides with the carbon-based material thermally expanded by the high temperature to weaken the van der Waals interaction of the carbon-based material, thereby facilitating the complex reaction with the metal . Particularly, graphite or graphite oxide among the carbon-based materials can be rapidly peeled off by high energy beam irradiation to form graphene. The metal precursor powder present in the mixed powder is a nanoparticle on the surface of a carbon- Based material, and the vaporized carbon-based powder is in contact with the metal precursor powder forming the carbon-based material-based metal complex to reduce oxygen from the metal precursor powder, and the oxygen-reduced metal- The amorphous layer is recombined on the surface of the precursor.
고 에너지 빔은 에너지를 전달할 수 있는 빔을 뜻하며, 바람직하게는, 전자빔, 이온빔 및, 마이크로파 중 조사 장치가 소형으로 제조가능하고 조작이 편리하며 경제적인 마이크로파를 사용할 수 있고, 고 에너지 빔으로 마이크로파를 사용하는 경우, 마이크로 파의 진동수는 2000~2500 MHz, 출력은 800~1200W 이고, 이를 환원 및 재합성 장치 내에 투입된 혼합분말에 조사하여 600~1200℃로 가열할 수 있으며, 조사 시간은 2~4분인 것이 바람직하다. 상기 마이크로 파의 진동수, 출력, 가열온도 및 조사시간의 하한점 이하에서는 탄소계 분말 및 금속 전구체 분말의 환원 및 재합성이 어려워 수득률이 현저히 저하될 수 있으며, 상기 마이크로 파의 진동수, 출력, 가열온도 및 조사시간의 상한점 이상에서는, 과도한 가열로 폭발의 위험성이 있고, 환원 및 재합성 장치가 손상될 우려가 있다.The high energy beam means a beam capable of transmitting energy. Preferably, an electron beam, an ion beam, and a microwave irradiation device can be manufactured in a small size, a convenient and economical microwave can be used, When used, the frequency of the microwave is 2000 to 2500 MHz and the output is 800 to 1200 W. It can be heated to 600 to 1200 ° C. by irradiating the mixed powder charged into the reduction and recomposing apparatus, and the irradiation time is 2 to 4 Min. If the microwave frequency, the output, the heating temperature, and the lower limit of the irradiation time are less than or equal to the lower limit, reduction and re-synthesis of the carbon-based powder and the metal precursor powder may be difficult and the yield may be significantly lowered. And above the upper limit of the irradiation time, there is a risk of explosion due to excessive heating, and there is a possibility that the reduction and re-synthesis apparatus may be damaged.
바람직하게는, 상기 복합체 형성단계에서, 공기, 산소, 질소 및, 아르곤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질로 형성될 수 있으며, 공기 분위기로 조성할 경우, 전기 전도도를 향상시킨 탄소계 재료기반 금속 복합체 제조에 용이하며, 특히, 제조비용을 현저히 절감할 수 있는 장점이 있고, 산소 분위기로 조성할 경우, 탄소계 재료기반 금속산화물 복합체 제조에 용이하며, 질소 분위기로 조성할 경우, 빠른 시간 내에 전기 전도도를 향상시킨 탄소계 재료기반 금속 복합체 제조에 용이하나, 제조비용이 증가 될 수 있고, 아르곤 분위기로 조성할 경우, 탄소계 재료기반 금속 복합체 제조에 있어서, 환원 반응 유도에 용이한 장점이 있다.Preferably, in the complex forming step, the carbon-based material may be formed of at least one material selected from the group consisting of air, oxygen, nitrogen, and argon. Metal complexes. In particular, it is advantageous in that the production cost can be remarkably reduced. When the composition is prepared in an oxygen atmosphere, it is easy to produce a carbon-based material-based metal oxide composite, and when it is prepared in a nitrogen atmosphere, It is easy to manufacture a carbon-based material-based metal complex having improved electrical conductivity, but its manufacturing cost can be increased. When the carbon-based material-based metal complex is prepared in an argon atmosphere, it is easy to induce a reduction reaction .
상기 복합체 합성단계에서는, 상기 혼합분말의 일부가 환원 및 재합성 반응을 통해 탄소계 재료기반 금속 복합체로 형성되나, 환원 및 재합성 장치의 고장 발생을 방지하고 폭발의 위험성을 줄이기 위해, 상기 전술한 바와 같이, 소정 상한점 이하의 조건 상기 환원 및 재합성 장치를 작동시키고, 이로 인해, 상기 환원 및 재합성 장치에 투입된 재료 대비 수득률이 낮고, 탄소-금속 복합체의 표면에 비정질층이 일부 생성될 수 있으나 고감도 센서류, 전도성 잉크 및 카본 페이스트 등에 이용될 정도로 충분한 전기 전도도를 가질 만큼의 비정질층 형성에는 부족하여, 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에서는, 복합체의 비정질층 생성을 유도 및 제어하기 위해, 상기 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 상기 분쇄단계, 믹싱 단계 및 복합체 합성단계를 소정횟수 반복하게 된다. 상기 비정질 생성 제어단계에서, 상기 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 상기 분쇄단계, 믹싱단계 및, 복합체 합성단계의 반복횟수를 소정횟수로 조정함으로써, 비정질층의 생성률, 전기 전도도 및, 탄소계 재료기반 금속 복합체의 결합력을 제어할 수 있게 된다.In the composite synthesis step, a part of the mixed powder is formed of a carbon-based material-based metal composite through a reduction and re-synthesis reaction. However, in order to prevent the occurrence of a failure of the reduction and recombination apparatus and to reduce the risk of explosion, As a result, the yield and the yield of the material added to the reducing and recomposing apparatus are low, and the amorphous layer is partially formed on the surface of the carbon-metal composite However, it is insufficient to form an amorphous layer enough to have sufficient electrical conductivity to be used for a high sensitivity sensor, a conductive ink and a carbon paste. In the method for producing a carbon-based material-based metal composite having the amorphous layer according to the present invention, In order to induce and control layer formation, after the composite synthesis step, System, is a mixing step and a complex synthesis step repeated the predetermined number of times. The generation rate of the amorphous layer, the electric conductivity, and the carbon-based material-based material are controlled by controlling the number of repetitions of the pulverization step, the mixing step and the composite synthesis step after the composite synthesis step in the amorphous generation control step, So that the bonding force of the metal complex can be controlled.
상기 복합체 형성단계에서, 상기 환원 및 재합성 장치 내로 공기의 유출입이 없게 상기 환원 및 재합성 장치를 밀폐시키면 기화된 탄소량의 과다로 탄소계 기재 위에 기화된 탄소끼리 서로 뭉치면서 카본구슬이 생성될 수 있으며, 이는 탄소계 기재 위에 금속복합체가 결합 형성되는 것을 방해하여 탄소계 재료기반 금속복합체의 생성률이 저하되므로, 바람직하게는, 상기 환원 및 재합성 장치 내로 공기의 유출입 가능한 상태로 유지시켜 탄소계 재료기반 금속복합체의 생성률의 저하를 방지하도록 하고, 상기 혼합분말을 1000 ~ 1200℃로 2 ~ 5분간 가열하여 탄소계 분말의 기화를 활성화시키고, 기화된 탄소계 분말에 의해 금속 전구체 분말의 환원 및 재합성 반응률을 향상시키는 반면, 편석화 현상을 최소화할 수 있어, 별도의 편석화 감소를 위한 공정을 생략할 수 있게 된다. 하한점 이하에서는 탄소계 분말의 기화율 및 반응률이 떨어지고, 상한점 이상에서는 장치에 무리가 올 수 있다.If the reducing and recomposing device is closed to prevent air from flowing into the reducing and recomposing device during the complex forming step, carbon atoms vaporized on the carbon based substrate in excess of the amount of vaporized carbon are gathered together to form carbon beads The metal complex is prevented from being bonded to the carbon-based substrate, and the generation rate of the carbon-based material-based metal complex is lowered. Preferably, the carbon-based material is maintained in a state capable of allowing air to flow into the reduction- Based metal complex is prevented from lowering and the mixed powder is heated at 1000 to 1200 DEG C for 2 to 5 minutes to activate the vaporization of the carbon-based powder, and the vaporization of the powder of the metal precursor by the vaporized carbon- The recrystallization reaction rate can be improved while the segregation phenomenon can be minimized, and a process for reducing the segregation can be performed It can be omitted. Below the lower limit, the rate and rate of reaction of the carbon-based powder are lowered.
이때, 주변 공기와 함께 일부 탄소계 분말이 유출되더라도 금속 전구체 분말에 비해 다량의 기화된 탄소가 상기 환원 및 재합성 장치 내에 존재하여 복합체 생성 반응의 저하현상은 발생하지 않게 된다.At this time, even if some carbon-based powder flows out together with the ambient air, a large amount of vaporized carbon is present in the reduction and recomposition apparatus as compared with the metal precursor powder, so that the complex formation reaction does not deteriorate.
상기 비정질층 생성 제어단계에서는, 상기 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 상기 분쇄단계, 믹싱단계 및, 복합체 합성단계를 3~5회 반복하여 환원 및 재합성된 탄소-금속 복합체의 표면 비정질 생성을 더 발달시키고, 아직 반응하지 않은 혼합분말은 더 균질화시키며, 탄소계 분말과 금속 전구체 분말의 접촉률을 향상시켜 기화된 탄소계 분말에 의한 환원 및 재합성 반응을 유도하고, 비정질층 생성을 증가시킨다. 반복횟수에서 하한점 이하에서는, 비정질층 생성률이 낮고, 상한점 이상에서는, 생산 경제성이 떨어지게 된다.In the amorphous layer generation control step, the surface amorphous generation of the reduced and re-synthesized carbon-metal composite is repeated three to five times after the milling step, the mixing step, and the composite synthesis step, The developed and unreacted mixed powders are more homogenized and improve the contact ratio of the carbon-based powder and the metal precursor powder to induce the reduction and re-synthesis reaction by the vaporized carbon-based powder and increase the production of the amorphous layer. At the lower limit of the number of repetition times, the amorphous layer generation rate is low, and above the upper limit, the production economical efficiency is lowered.
바람직하게는, 상기 비정질층 생성 제어단계 후, 소정온도로 냉각하여 수득한 탄소계 재료기반 금속 복합체를 제트 밀이나 볼 밀 등을 통해 미립화시키고, 초순수 정수물 또는 에탄올 등의 용매제에 투입하여 초음파 분산이나 호모 믹서 등으로 분산시켜 콜로이드 용액으로 제조함으로써, 전기전도도 높은 전도성 잉크나 카본 페이스트의 재료로 활용할 수 있도록 한다.Preferably, after the amorphous layer formation control step, the carbon-based material-based metal complex obtained by cooling to a predetermined temperature is atomized through a jet mill, a ball mill, or the like, charged into a solvent such as ultra pure water or ethanol, Dispersed or homomixer to be made into a colloidal solution so that it can be utilized as a material for conductive ink or carbon paste having high electric conductivity.
이와 같이 형성되는 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법을 실시예로 좀 더 구체적으로 설명하면, 먼저, 탄소계 분말로 그래파이트 분말을 준비하고, 금속 전구체 분말로는 SnO2 분말을 준비하였다. 그래파이트 분말 100 중량부에 SnO2 분말 110 중량부를 혼합하고, 고속 분쇄기를 이용하여 그 크기가 70 mesh가 되게 분쇄한다. 분쇄한 그래파이트 분말과 SnO2 분말을 믹싱기에 투입한 후 1000rpm으로 회전시켜 믹싱한다. 믹싱한 혼합분말을 환원 및 재합성 장치에 투입한 후, 외부 공기와 밀폐시킨 상태에서 질소 가스를 투입하며, 질소 가스가 투입된 상태에서 진동수 2500MHz, 출력 1200W의 마이크로파를 3분간 조사하여 온도 1200℃로 혼합분말을 발열시키고, 발열된 그래파이트 분말은 기화하면서 이산화주석 일부를 Sn이나 SnO로 환원시키게 되며, 환원 생성된 Sn나 SnO 및 환원되지 못한 일부 SnO2가 이산화주석을 중심으로 둘레에 쌓이면서, 도 3에 도시된 바와 같이, 비정질층을 형성하게 된다. 또한, 도시되지는 않았으나 상기 비정질층 내에는 일부 C가 산재해 있다. 질소 가스 분위기는 비정질층이 형성된 SnO2을 N 도핑시켜 전기전도도를 향상시키게 된다.The method of preparing the carbon-based material-based metal composite according to the present invention includes the steps of: preparing graphite powder as a carbon-based powder; SnO 2 Powder was prepared. To 100 parts by weight of the graphite powder was added SnO 2 And 110 parts by weight of the powder were mixed and pulverized to a size of 70 mesh using a high-speed pulverizer. The pulverized graphite powder and SnO 2 The powder is put into a mixing machine and then rotated at 1000 rpm for mixing. The mixed powder was put into a reducing and recomposing apparatus and then nitrogen gas was introduced in a sealed state with outside air. The microwave having a frequency of 2500 MHz and an output of 1200 W was irradiated for 3 minutes under a nitrogen gas flow, The mixed powder is heated and the exothermic graphite powder is vaporized, and a part of the tin dioxide is reduced to Sn or SnO, and the reduced Sn or SnO and some unreduced SnO 2 are piled around the tin dioxide, The amorphous layer is formed. Also, though not shown, a part C is dispersed in the amorphous layer. The nitrogen gas atmosphere improves the electric conductivity by N-doping SnO 2 formed with the amorphous layer.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 있어서, 각각 그래핀 재료 기재 위에 형성된 이산화주석 복합체의 저배율 및 고배열 TEM 사진이다. 엷은 회색 바탕은 그래핀 재료 기재를 나타내며 엷은 회색 바탕 위에 산재된 검은 입자들은 주변으로 비정질층이 구비된 이산화주석이 그래핀 재료 기재 위에 결합된 것을 나타낸다.FIGS. 2A and 2B are TEM and low-order TEM images of a tin dioxide complex formed on a substrate of a graphen material, respectively, in a method of manufacturing a carbon-based material-based metal composite according to the present invention. The light gray background represents the graphene substrate and black particles scattered on a light gray background indicate that tin dioxide with an amorphous layer around it is bonded onto the graphene substrate.
또한, 도 4는 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 있어서, 비정질층이 구비되는 그래핀 재료 기반 이산화주석 복합체 TEM 사진 및 성분 분포를 나타내는 그래프로, 일부 N 및 C와 함께, 이산화주석을 중심으로 Sn, SnO 및 SnO2가 산재 분포된 형태로 비정질층이 형성된 것을 알 수 있다.FIG. 4 is a graph showing TEM photographs and component distributions of a graphene-based tin oxide complex having an amorphous layer in a method of manufacturing a carbon-based material-based metal composite having an amorphous layer according to the present invention. And C as well as an amorphous layer formed by scattering Sn, SnO and SnO 2 around tin dioxide.
도 5는 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 있어서, 비정질층 생성 제어단계에서 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 분쇄단계, 믹싱단계 및, 복합체 합성단계를 1회 실시한 후, 비정질층이 구비되는 그래핀 재료기반 이산화주석 복합체 TEM 사진 및 성분 분포를 나타내는 그래프로, CU는 분석 장치에 그래핀 재료기반 이산화주석 복합체를 올려놓은 시료판에서 묻어나온 주변원소로 무시 가능하며, 성분표 상에서 일부 N 및 C와 함께, O 성분이 Sn 성분에 비해 많이 존재하고 있으며, 이는 기화된 탄소계 분말을 통해 이산화주석을 환원시킬 수 있는 여지가 많음을 보여주고 있다.FIG. 5 is a graph showing the results of a method for manufacturing a carbon-based material-based metal composite according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amorphous layer formation control step and the composite synthesis step. A graphical representation of the TEM image and composition distribution of a graphene-based tin dioxide complex with an amorphous layer provided thereafter, wherein CU is neglected as a surrounding element buried in a sample plate on which a graphene-based tin oxide complex is placed in the analyzer And there is a large amount of O component relative to the Sn component together with some N and C on the composition table. This shows that there is a lot of room for reducing the tin dioxide through the vaporized carbon-based powder.
도 6은 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법에 있어서, 비정질층 생성 제어단계에서 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 분쇄단계, 믹싱단계 및, 복합체 합성단계를 3회 반복실시한 후, 비정질층이 구비되는 그래핀 재료기반 이산화주석 복합체 TEM 사진 및 성분 분포를 나타내는 그래프로 복합체 합성단계를 1회 실시한 도 5와 비교해 볼 때, 그래핀 재료기반 이산화주석 복합체의 측정 위치의 차이로, 도 5에 비해, O 및 Sn 의 모든 성분함량이 감소한 것처럼 보이나, O : Sn의 성분함량 비를 비교하면 복합체 합성단계를 1회 실시한 도 5는, O : Sn의 성분함량비가 대략 1 : 3.77 이나, 비정질층 생성 제어단계에서 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 분쇄단계, 믹싱단계 및, 복합체 합성단계를 3회 반복실시한 도 6의 경우, O : Sn의 성분함량비가 대략 1 : 6.43으로 O에 비해 Sn의 성분함량이 현저히 증가되었음을 알 수 있으며, 이는 O 성분이 현저히 감소함과 동시에, Sn 성분이 월등히 늘어난 것으로 분석되며, 또한, 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 분쇄단계, 믹싱단계 및, 복합체 합성단계를 반복실시함으로써, 탄소계 분말의 기화가 활성화되고, 탄소계 분말과 이산화주석 분말의 접촉면적이 증가 되며, 기화된 탄소계 분말에 의해 이산화주석의 환원 및 재합성 반응률이 올라가 이산화주석을 중심으로 비정질층이 발달 형성되고, 형성된 비정질층 내에 Sn의 비율이 증가되어 전기 전도도가 현저히 향상됨을 알 수 있다.FIG. 6 is a graph showing the results of a method for fabricating a carbon-based material-based metal composite including an amorphous layer according to an embodiment of the present invention. After repeating the procedure, a graphene material-based tin dioxide composite TEM image and a graph showing the distribution of the constituents, which are provided with an amorphous layer, show that the measurement position of the graphene-based tin dioxide composite 5, it is apparent that all of the contents of O and Sn seem to be decreased as compared with FIG. 5, but FIG. 5, in which the composition ratio of O: Sn is compared once, 1: 3.77. In the case of FIG. 6 in which the composite synthesis step is repeated in the amorphous layer formation control step, and the grinding step, the mixing step and the composite synthesis step are repeated three times, O: Sn The component content ratio of Sn was found to be 1: 6.43 and the content of Sn was remarkably increased compared to that of O. It was analyzed that the O component was significantly decreased and the Sn component was remarkably increased. Further, , The grinding step, the mixing step, and the composite synthesis step are repeatedly carried out, the vaporization of the carbon-based powder is activated, the contact area between the carbon-based powder and the tin dioxide powder is increased, and the vaporized carbon- The reduction and re-synthesis reaction rate is increased, and the amorphous layer is developed around the tin dioxide, and the proportion of Sn in the formed amorphous layer is increased, so that the electrical conductivity is remarkably improved.
이와 같이, 본 발명에 따른 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법은, 종래 에너지 효율이 낮은 열전도식 가열 장치를 생략하고 고 에너지 빔을 가열원으로 사용하여 탄소계 재료기반 금속 복합체를 짧은 시간 다량으로 생산할 수 있어 생산성을 증대시킬 수 있음과 함께, 합성 제조된 탄소계 재료기반 금속 복합체의 전기 전도도가 월등히 향상되어 고감도 센서류, 전도성 잉크 및 카본 페이스트를 용이하게 제조할 수 있으며, 360° 전방향 전류 전도가 가능해 센서류의 측정 신뢰도를 높여 안전한 센서기반 측정 장치를 구성할 수 있고,As described above, the method of manufacturing a carbon-based material-based metal composite including the amorphous layer according to the present invention is a method of manufacturing a carbon-based material-based metal composite using a high energy beam as a heating source, omitting a heat- Can be produced in a short time in a large amount and productivity can be increased. Further, the electrical conductivity of the carbon-based material-based metal composite produced through synthesis is remarkably improved, so that a high sensitivity sensor, a conductive ink and a carbon paste can be easily produced. It is possible to construct a reliable sensor-based measuring device by increasing the measurement reliability of sensors by enabling forward current conduction,
또한, 금속 전구체 분말에 비해 탄소계 분말의 혼합량이 많아 탄소계 재료기반 금속 복합체의 전체 비중(比重)이 줄어들고, 줄어든 비중만큼 차후 전도성 잉크나 카본 페이스트의 제작시 용매제로의 분산성이 향상되어 콜로이드 제조를 용이하게 하게 할 수 있으며, 전기 전도도가 높은 비정질층이 서로 중첩되면서 인접한 탄소-금속 복합체간 화학적 결합력이 증가 되어 탄소-금속 복합체의 전체 결합력이 현저히 증대되며, 이를 통해 자동차 및 자전거 바디 제조뿐만 아니라, 항공기 바다 제조 등 가벼우면서도 고강도 및 내구성이 요구되는 부품을 생산하는데 재료로 활용할 수 있게 된다.In addition, since the amount of the carbon-based powder is larger than that of the metal precursor powder, the total specific gravity of the carbon-based material-based metal composite is reduced, and the dispersibility of the conductive ink or the carbon- The amorphous layers having high electrical conductivity are superimposed on each other and the chemical bonding force between the adjacent carbon-metal complexes is increased, so that the total bonding force of the carbon-metal complexes is remarkably increased. As a result, However, it can be utilized as a material for producing parts that require lightweight but high strength and durability, such as aircraft sea production.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 여러 다른 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.It is to be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in many other forms without departing from the spirit and scope of the invention,
따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.Accordingly, the above-described embodiments are to be considered illustrative and not restrictive, and all embodiments within the scope of the appended claims and their equivalents are intended to be included within the scope of the present invention.
Claims (3)
준비된 상기 탄소계 분말 100 중량부에 금속전구체 분말 100 ~ 200 중량부를 혼합하여 혼합분말을 제조하는 혼합단계;
상기 혼합단계를 통해 제조된 상기 혼합분말을 고속 분쇄기에 투입한 후 소정크기로 분쇄하는 분쇄단계;
상기 분쇄단계를 통해 소정크기로 분쇄된 상기 혼합분말을 믹싱기에 투입한 후 소정시간 동안 믹싱하여 상기 혼합분말 중 탄소계 분말 및 금속전구체 분말 간의 접촉면적을 증가시키는 믹싱단계;
상기 믹싱단계를 거친 상기 혼합분말을 환원 및 재합성 장치에 투입한 후, 상기 혼합분말에 고 에너지빔을 조사하여 상기 혼합분말을 소정온도로 소정시간 가열하고, 상기 혼합분말을 환원 및 재합성시키는 복합체 합성단계; 및,
상기 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 상기 분쇄단계, 믹싱단계 및, 복합체 합성단계를 소정횟수 반복하여 복합체의 비정질층 생성을 제어하는 비정질층 생성 제어단계를; 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법.
Preparing a material for preparing the carbon-based powder and the metal precursor powder;
Mixing 100 to 200 parts by weight of the metal precursor powder with 100 parts by weight of the prepared carbon-based powder to prepare a mixed powder;
A pulverizing step of putting the mixed powder produced through the mixing step into a high-speed pulverizer and pulverizing the mixed powder into a predetermined size;
Mixing the mixed powder pulverized to a predetermined size through the pulverizing step into a mixing machine and mixing the mixed powder for a predetermined time to increase the contact area between the carbon powder and the metal precursor powder in the mixed powder;
After the mixed powder having been subjected to the mixing step is put in a reducing and recomposing apparatus, a high energy beam is irradiated to the mixed powder to heat the mixed powder to a predetermined temperature for a predetermined time, and the mixed powder is reduced and recombined Complex synthesis step; And
An amorphous layer generation control step of controlling generation of an amorphous layer of the composite by repeating the pulverization step, mixing step, and composite synthesis step a predetermined number of times after the composite synthesis step; Wherein the amorphous layer is formed on the surface of the amorphous layer.
상기 재료준비단계의 탄소계 분말은, 그래핀, 그래파이트, 그래핀 옥사이드 및, 탄소나노튜브로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질로 형성되고,
상기 복합체 합성단계에서,
공기, 산소, 질소 및, 아르곤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 단일 가스 또는 1종 이상을 포함하는 혼합가스로 가스분위기를 조성하는 것을 특징으로 하는 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The carbon-based powder in the material preparation step is formed of at least one material selected from the group consisting of graphene, graphite, graphene oxide, and carbon nanotubes,
In the composite synthesis step,
Wherein the gas atmosphere is formed by a single gas selected from the group consisting of air, oxygen, nitrogen, and argon, or a mixed gas containing at least one kind of gas. Gt;
상기 복합체 합성단계에서,
상기 환원 및 재합성 장치 내로 공기의 유출입 가능하게 유지한 상태에서 상기 혼합분말을 온도 1000 ~ 1200 ℃로 2 ~ 5분간 가열하며,
상기 비정질층 생성 제어단계에서,
상기 복합체 합성단계를 거친 후, 다시 상기 분쇄단계, 믹싱단계 및, 복합체 합성단계를 3 ~ 5회 반복하는 것을 특징으로 하는 비정질층이 구비되는 탄소계 재료기반 금속 복합체의 제조방법.3. The method according to claim 1 or 2,
In the composite synthesis step,
Heating the mixed powder at a temperature of 1000 to 1200 ° C. for 2 to 5 minutes while keeping the air flowing into the reducing and recomposing device,
In the amorphous layer generation control step,
Wherein the milling step, the mixing step, and the composite synthesis step are repeated 3 to 5 times after the composite synthesis step is performed, and the amorphous layer is provided.
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- 2018-05-17 KR KR1020180056533A patent/KR102085230B1/en active Application Filing
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