KR20220060191A - Preparation method of silicon carbides particles - Google Patents

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KR20220060191A KR1020200145890A KR20200145890A KR20220060191A KR 20220060191 A KR20220060191 A KR 20220060191A KR 1020200145890 A KR1020200145890 A KR 1020200145890A KR 20200145890 A KR20200145890 A KR 20200145890A KR 20220060191 A KR20220060191 A KR 20220060191A
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Abstract

The present invention relates to a method for preparing silicon carbide particles. According to the present invention, a thermal reduction process is carried out through a metal catalyst by using silica particles having an organic functional group. In this manner, silicon carbide can be prepared at a lower temperature as compared to the conventional Acheson process. Particularly, various conditions, such as the type of the organic functional group of the silica particles used in the method, reaction time of the reduction process and heat treatment before acid etching, may be controlled to obtain particles having a desired structure selected from spherical, hollow and rattle-like particles. Therefore, there is no need for a mold or surfactant, and thus the process can be simplified and can be used suitably for mass production.

Description

실리콘 카바이드 입자의 제조방법{Preparation method of silicon carbides particles}Manufacturing method of silicon carbide particles {Preparation method of silicon carbides particles}

본 발명은 실리콘 카바이드 입자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to silicon carbide particles, and more particularly, to a method for producing silicon carbide particles.

실리콘 카바이드(Silicon carbide, SiC)는 경량 소재로서, 열전도성이 우수하며, 낮은 열팽창 특성 및 높은 강도와 경도 등 다양한 장점을 보유하고 있어, 세라믹 재료로 널리 이용되고 있다. Silicon carbide (SiC) is a lightweight material, has excellent thermal conductivity, low thermal expansion characteristics, and has various advantages such as high strength and hardness, and is widely used as a ceramic material.

이러한 실리콘 카바이드의 다양한 성능으로 인해 새로운 기능성 세라믹스로 이용하고자 하는 노력들이 진행되고 있다. 구체적으로, 고순도의 실리콘 카바이드 세라믹은 전자제품, LED 소자등 다양한 분야에서 활용하기 위한 연구가 진행되고 있으며, 에너지 밴드 갭이 실리콘(1.1eV)에 비해 거의 3배(3.2eV)나 높아 기존의 단결정 실리콘 기판을 대체할 차세대 반도체 소재로 사용이 가능할 것으로 전망되고 있다. Due to the various performances of such silicon carbide, efforts to use it as a new functional ceramics are in progress. Specifically, high-purity silicon carbide ceramics are being studied for use in various fields such as electronic products and LED devices, and the energy band gap is almost three times (3.2eV) higher than that of silicon (1.1eV), so the conventional single crystal It is expected to be used as a next-generation semiconductor material that will replace silicon substrates.

또한, 2차전지의 음극재 등 전지 소재로 실리콘 카바이드를 응용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 기존의 전지 연구, 그 중에서도 음극재로서 실리콘 카바이드는 실리콘 및 탄소 복합 전극에서 서로간의 강한 결합력으로 인해 형성되는 비활성 물질로 인식되었으나, 실리콘 카바이드는 이론 용량이 1200 mA h g-1을 나타내므로 기존의 탄소 음극재(372 mA h g-1)에 비해 더 높은 이론 용량을 지니며 가역 특성이 뛰어나 전극 재료로 활용이 가능하다는 연구 결과들이 새롭게 알려지고 있다.In addition, research for the application of silicon carbide as a battery material such as an anode material of a secondary battery is in progress. Silicon carbide as an anode material was recognized as an inactive material formed due to strong bonding force between silicon and carbon composite electrodes in conventional battery research, among other things, but silicon carbide has a theoretical capacity of 1200 mA hg -1 . Compared to the anode material (372 mA hg -1 ), it has a higher theoretical capacity and has excellent reversible properties, so research results are newly known that it can be used as an electrode material.

종래 실리콘 카바이드 제조에 사용된 일반적인 산업 공정으로는 애치슨법으로 불리는 탄소 열환원법으로서, 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 실리카 또는 규사에 탄소를 넣고, 약 2000~2400 ℃에서 환원시켜 α-실리콘 카바이드를 생성한다. As a general industrial process used for conventional silicon carbide production, it is a carbon thermal reduction method called the Acheson method. As shown in Scheme 1 below, carbon is put into silica or silica sand, and reduced at about 2000 to 2400 ° C to produce α-silicon carbide. create

[반응식 1][Scheme 1]

SiO2 + 3 C -> SiC + 2 COSiO 2 + 3 C -> SiC + 2 CO

그러나, 상기 애치슨법은 2000 ℃ 이상의 고온을 필요로 하므로, 고온 반응로를 설치하여야 되는 등 복잡한 설비가 필요하고, 반응 생성물인 잉곳(Ingot)는 각 부위의 층별로 SiC 함량이 다르며(30∼50%, 70% 심지어는 10% 정도인 것도 있음), 이를 선별하기 위하여 파쇄, 순도별 분급 등의 공정이 수반되어야 하므로, 공정이 복잡해지는 문제가 있다.However, since the Acheson method requires a high temperature of 2000° C. or higher, complex equipment such as a high-temperature reactor must be installed, and the ingot, the reaction product, has a different SiC content for each layer in each region (30-50). %, 70%, or even 10%), in order to sort them, there is a problem in that the process becomes complicated because processes such as crushing and classification by purity must be accompanied.

이와 같은 설비의 복잡화, 전기에너지의 과다한 소모, 장시간 반응을 비롯한 공정의 복잡화는 제조원가의 상승요인이 되므로, 이를 해결할 수 있는 대안이 요구되고 있다.The complexity of the facility, excessive consumption of electrical energy, and the complexity of the process, including long-term reaction, increase the manufacturing cost, so an alternative solution is required.

한편, 중공형(hollow) 구조를 갖는 입자들은 촉매, 센서, 약물전달시스템(drug delivery system), 나노반응기 그리고 반사방지 표면 코팅과 같은 다양한 분야에서 많은 관심을 받아왔다. 최근에는 새로운 중공형(hollow) 구조로서 core@void@shell 배열을 갖는 래틀형(rattle) 구조가 주목을 받고 있다. Meanwhile, particles having a hollow structure have received much attention in various fields such as catalysts, sensors, drug delivery systems, nanoreactors, and anti-reflective surface coatings. Recently, as a new hollow structure, a rattle structure having a core@void@shell array is attracting attention.

도 1은 일반적인 입자의 래틀형(rattle) 및 중공형(hollow) 구조를 나타내는 모식도이다.1 is a schematic view showing the rattle and hollow structures of general particles.

이러한 독특한 래틀형(rattle) 구조를 갖는 입자는 코어가 입자 내부의 빈 공간 안에서 자유자재로 움직일 수 있는 특징을 가지고 있으며, 약물전달시스템, 나노반응기, 촉매, 생물의학, 리튬-이온 전지와 같은 응용분야에 폭넓게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.Particles with such a unique rattle structure have a characteristic that the core can move freely in the empty space inside the particle, and are used in drug delivery systems, nanoreactors, catalysts, biomedicine, and lithium-ion batteries. It is expected to be widely applied in various fields.

지금까지 중공형(hollow) 또는 래틀형(rattle)의 입자를 제조하기 위한 방법들 중, 가장 효과적이고 일반적인 방법은 주형을 이용한 선택적 에칭 방법이다. 이 방법은 경질/연질주형 위에 구조를 형성할 물질을 코팅한 후에 에칭 에이전트나 하소(calcination)을 이용해 주형을 제거하여 중공형(hollow) 또는 래틀형(rattle)의 입자를 제조하는 방법이다. 그러나, 이러한 종래의 주형을 이용한 중공형(hollow) 또는 래틀형(rattle)의 입자를 제조하는 방법은 단계가 많고 복잡하여 제조공정의 확대가 어렵고, 하소를 통하여 주형 제거시 구조의 붕괴를 일으킬 수 있는 단점이 있다.Among the methods for manufacturing hollow or rattle-shaped particles so far, the most effective and common method is a selective etching method using a mold. This method is a method of manufacturing hollow or rattle particles by coating a material to form a structure on a hard/soft mold and then removing the mold using an etching agent or calcination. However, this conventional method for producing hollow or rattle particles using a mold has many and complicated steps, which makes it difficult to expand the manufacturing process, and may cause structural collapse when the mold is removed through calcination. There is a downside.

1. 대한민국 특허등록 제970001524호1. Republic of Korea Patent Registration No. 970001524

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 실리콘 카바이드 입자의 신규한 제조방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a novel manufacturing method of silicon carbide particles.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 측면은 실리콘 카바이드 입자의 제조방법을 제공한다. 상기 실리콘 카바이드 입자의 제조방법은 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 제조하는 제1 단계; 상기 제1 단계에서 제조된 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 금속 물질과 혼합하고 열환원시켜 실리콘 카바이드 입자를 제조하는 제2 단계; 및 상기 제2 단계에서 제조된 실리콘 카바이드 입자를 산(acid)을 포함하는 에칭 용액으로 에칭하여 상기 실리콘 카바이드 입자의 구조, 크기 및 형태를 제어하는 제3 단계를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, an aspect of the present invention provides a method for manufacturing silicon carbide particles. The method for preparing the silicon carbide particles includes a first step of preparing silica particles having an organic functional group; a second step of preparing silicon carbide particles by mixing the silica particles having an organic functional group prepared in the first step with a metal material and thermal reduction; and a third step of controlling the structure, size and shape of the silicon carbide particles by etching the silicon carbide particles prepared in the second step with an etching solution containing an acid.

상기 실리콘 카바이드 입자는 실리콘 카바이드 단일구조, 실리콘 카바이드와 실리콘의 복합체 구조, 또는 실리콘 카바이드와 탄소의 복합체 구조를 가질 수 있다.The silicon carbide particles may have a single silicon carbide structure, a composite structure of silicon carbide and silicon, or a composite structure of silicon carbide and carbon.

상기 유기 작용기는 비치환되거나, 말단의 수소가 할로겐 원자, 아민기, 니트로기, 머캡토기, 글리시딜옥시기, 술폰기, 수산기, 알데히드기 또는 카르복실기로 치환된, C1-C4 알킬기, 비닐기 또는 C5-C6 아릴기일 수 있다.The organic functional group is unsubstituted, or hydrogen at the terminal is substituted with a halogen atom, an amine group, a nitro group, a mercapto group, a glycidyloxy group, a sulfone group, a hydroxyl group, an aldehyde group or a carboxyl group, C 1 -C 4 alkyl group, vinyl group Or it may be a C 5 -C 6 aryl group.

상기 제1 단계는 물, 염기성 촉매, 및 유기 작용기를 갖는 알콕시실란 화합물을 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 단계; 상기 반응혼합물을 교반하여 가수분해 반응 및 축중합 반응을 수행하여 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 생성시키는 단계; 및 생성된 입자를 여과, 세정 및 건조하여 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 수득하는 단계를 포함할 수 있다.The first step includes preparing a reaction mixture by mixing water, a basic catalyst, and an alkoxysilane compound having an organic functional group; generating silica particles having organic functional groups by performing a hydrolysis reaction and a polycondensation reaction by stirring the reaction mixture; and filtering, washing, and drying the resulting particles to obtain silica particles having organic functional groups.

상기 알콕시실란 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.The alkoxysilane compound may be a compound represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

L3-Si-ML 3 -Si-M

(상기 화학식 1에서,(In Formula 1,

L은 C1~C5의 알콕시기이고, L is a C 1 ~ C 5 alkoxy group,

M은 비치환되거나, 말단의 수소가 할로겐 원자, 아민기, 니트로기, 머캡토기, 글리시딜옥시기, 술폰기, 수산기, 알데히드기 또는 카르복실기로 치환된 C1-C4 알킬기, 비닐기 또는 C5-C6 아릴기이다.)M is unsubstituted or a C 1 -C 4 alkyl group, vinyl group or C 5 in which the terminal hydrogen is substituted with a halogen atom, an amine group, a nitro group, a mercapto group, a glycidyloxy group, a sulfone group, a hydroxyl group, an aldehyde group or a carboxyl group -C 6 It is an aryl group.)

상기 알콕시실란 화합물은 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 머캡토프로필트리메톡시실란, 머캡토프로필트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 및 비닐트리에톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.The alkoxysilane compound is phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, mercaptopropyltrimethoxysilane, mercaptopropyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane And it may be at least one selected from the group consisting of vinyltriethoxysilane.

상기 반응혼합물은 실리콘 알콕사이드를 더 포함할 수 있다.The reaction mixture may further include a silicon alkoxide.

상기 염기성 촉매는 트리에틸아민, 암모니아수 및 테트라메틸암모니움하이드록사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.The basic catalyst may be any one selected from the group consisting of triethylamine, aqueous ammonia and tetramethylammonium hydroxide.

상기 금속 물질은 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 나트륨 및 리튬으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.The metal material may be any one selected from the group consisting of magnesium, calcium, aluminum, sodium and lithium.

상기 금속 물질의 형태는 파우더(powder), 조각(turnings), 액체 및 기체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.The form of the metal material may be any one selected from the group consisting of powder, turnings, liquid, and gas.

유기 작용기를 갖는 실리카 입자와 금속 물질의 혼합비율은 몰비로 0.5:1 내지 5:1일 수 있다.The mixing ratio of the silica particles having organic functional groups and the metal material may be 0.5:1 to 5:1 in molar ratio.

상기 열환원은 400~1200 ℃에서 수행될 수 있다.The thermal reduction may be performed at 400 to 1200 °C.

상기 산(acid)은 염산, 질산, 황산, 인산, 불산 및 염소산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The acid may be any one selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid and chloric acid, or a mixture thereof.

실리카 입자의 유기 작용기가 알킬기인 경우, 상기 실리콘 카바이드 입자는 실리콘 카바이드와 실리콘의 복합체 구조를 가질 수 있다.When the organic functional group of the silica particles is an alkyl group, the silicon carbide particles may have a composite structure of silicon carbide and silicon.

실리카 입자의 유기 작용기가 알킬기인 경우, 열환원 반응시간을 조절하여 실리콘 카바이드 입자의 형태를 래틀형(rattle)으로 제어할 수 있다.When the organic functional group of the silica particles is an alkyl group, the shape of the silicon carbide particles may be controlled to be a rattle type by controlling the thermal reduction reaction time.

실리카 입자의 유기 작용기가 머캡토기인 경우, 열환원 반응시간을 조절하여 실리콘 카바이드 입자의 형태를 중공형(hollow)으로 제어할 수 있다.When the organic functional group of the silica particles is a mercapto group, the shape of the silicon carbide particles can be controlled to be hollow by controlling the thermal reduction reaction time.

상기 제1 단계에서 제조된 유기 작용기를 갖는 실리카 입자는 금속과 혼합되기 전에 열처리하는 단계를 추가적으로 수행하여, 실리카 입자의 유기 작용기가 부분적으로 제거되어 열환원시 형성된 실리콘 카바이드 내의 실리콘 함량을 제어할 수 있다.The silica particles having an organic functional group prepared in the first step are additionally subjected to a heat treatment step before being mixed with the metal, so that the organic functional group of the silica particles is partially removed to control the silicon content in the silicon carbide formed during thermal reduction. there is.

상기 제2 단계에서 제조된 실리콘 카바이드 입자는 산 에칭 전에 열처리하는 단계를 추가적으로 수행하여, 입자의 형태 및 구조를 제어할 수 있다.The silicon carbide particles prepared in the second step may be additionally subjected to a heat treatment step prior to acid etching, thereby controlling the shape and structure of the particles.

본 발명에 따르면, 유기 작용기를 포함하는 실리카 입자의 저온 금속 열환원 공정 및 산 에칭을 통해 다양한 구조, 형태와 크기를 갖는 실리콘 카바이드 단일구조, 실리콘 카바이드/실리콘 복합체 또는 실리콘 카바이드/탄소 복합체 등의 실리콘 카바이드 입자를 제조할 수 있다.According to the present invention, silicon such as silicon carbide single structure, silicon carbide/silicon composite or silicon carbide/carbon composite having various structures, shapes and sizes through low-temperature metal thermal reduction process and acid etching of silica particles containing organic functional groups Carbide particles can be prepared.

특히, 사용되는 실리카 입자의 유기 작용기의 종류, 금속 열환원시 반응 시간, 산 에칭 전 열처리 등의 다양한 조건을 제어하여 구형(sphere), 중공형(hollow) 및 래틀형(rattle) 중에서 원하는 구조를 갖도록 실리콘 카바이드 입자를 제조할 수 있다.In particular, by controlling various conditions such as the type of organic functional group of the silica particles used, the reaction time during thermal reduction of metal, and heat treatment before acid etching, a desired structure among sphere, hollow and rattle types can be obtained. Silicon carbide particles can be prepared to have.

또한, 본 발명에 따른 제조방법은 주형이나 계면활성제를 따로 이용하지 않으며, 단순한 공정으로 인해 대량생산에 용이하므로, 다양한 산업분야에 적용이 가능하다.In addition, the manufacturing method according to the present invention does not use a separate template or surfactant, and is easy to mass-produce due to a simple process, so it can be applied to various industrial fields.

특히, 본 발명에 따른 제조방법을 통해 중공형 및 래틀형의 실리콘 카바이드 입자를 제조할 수 있으며, 실리콘 및 다른 물질과의 복합 입자의 형태로 제조가 가능므로 기존의 실리콘 카바이드 전극의 단점을 개선할 수 있다.In particular, hollow and rattle-type silicon carbide particles can be manufactured through the manufacturing method according to the present invention, and since they can be manufactured in the form of composite particles with silicon and other materials, the disadvantages of the existing silicon carbide electrode can be improved. can

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 일반적인 입자의 래틀형(rattle) 및 중공형(hollow) 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 카바이드 입자의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 제조예에 따른 유기 작용기를 갖는 실리카 입자의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 제조예에 따라 제조된 유기 작용기를 갖는 실리카 입자의 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 열환원 단계를 거친 실리콘 카바이드 입자의 (a) 산 에칭 전 및 (b) 산 에칭 후의 적외선 스펙트럼을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 열환원 단계를 거친 실리콘 카바이드 입자의 온도에 따른 열중량 분석 그래프를 나타낸다.
도 7 내지 도 11은 각각 실시예 1 내지 5에서 제조된 입자의 (a) 주사전자현미경 사진, (b) 투과전자현미경 사진, 및 (c) X선 회절 분석 스펙트럼을 나타낸다.
도 12 내지 도 15는 각각 실시예 6 내지 9에서 제조된 입자의 (a) 주사전자현미경 사진 및 (b) 투과전자현미경 사진을 나타낸다.
도 16 내지 도 19는 각각 실시예 10 내지 13에서 제조된 입자의 (a) 투과전자현미경 및 (b) X선 회절 분석 스펙트럼을 나타낸다.
도 20 내지 도 27은 실시예 14 내지 21에서 제조된 입자의 (a) 주사전자현미경 사진 및 (b) 투과전자현미경 사진을 나타낸다.1 is a schematic view showing the rattle and hollow structures of general particles.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing silicon carbide particles according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method for preparing silica particles having an organic functional group according to a preparation example of the present invention.
4 is a scanning electron microscope photograph of silica particles having organic functional groups prepared according to Preparation Example of the present invention.
5 shows infrared spectra of silicon carbide particles that have undergone a metal thermal reduction step according to an embodiment of the present invention (a) before acid etching and (b) after acid etching.
6 shows a thermogravimetric analysis graph according to the temperature of silicon carbide particles that have undergone a metal thermal reduction step according to an embodiment of the present invention.
7 to 11 show (a) scanning electron micrographs, (b) transmission electron micrographs, and (c) X-ray diffraction spectra of the particles prepared in Examples 1 to 5, respectively.
12 to 15 show (a) scanning electron micrographs and (b) transmission electron micrographs of the particles prepared in Examples 6 to 9, respectively.
16 to 19 show (a) transmission electron microscope and (b) X-ray diffraction analysis spectra of the particles prepared in Examples 10 to 13, respectively.
20 to 27 show (a) scanning electron micrographs and (b) transmission electron micrographs of the particles prepared in Examples 14 to 21.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms used in this specification are terms used to properly express the preferred embodiment of the present invention, which may vary depending on the intention of the user or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Like reference numerals in each figure indicate like elements.

명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a member is said to be located "on" another member, this includes not only a case in which a member is in contact with another member but also a case in which another member exists between the two members.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

본 명세서에서, "실리콘 카바이드"는 특별히 명시하지 않는 한, 실리콘 카바이드 단일구조, 실리콘 카바이드와 실리콘의 복합체, 또는 실리콘 카바이드와 탄소의 복합체를 모두 포함한다.In the present specification, unless otherwise specified, the term "silicon carbide" includes both a single silicon carbide structure, a composite of silicon carbide and silicon, or a composite of silicon carbide and carbon.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 카바이드 입자의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing silicon carbide particles according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 입자의 제조방법은 2, the method of manufacturing silicon carbide particles according to the present invention is

유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 제조하는 제1 단계(S100); A first step of preparing silica particles having an organic functional group (S100);

상기 제1 단계에서 제조된 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 금속 물질과 혼합하고 열환원시켜 실리콘 카바이드 입자를 제조하는 제2 단계(S200); 및 a second step of preparing silicon carbide particles by mixing the silica particles having an organic functional group prepared in the first step with a metal material and thermally reducing them (S200); and

상기 제2 단계에서 제조된 실리콘 카바이드 입자를 산(acid)을 포함하는 에칭 용액으로 에칭하여 상기 실리콘 카바이드 입자의 구조, 크기 및 형태를 제어하는 제3 단계(S300)를 포함한다.and a third step (S300) of etching the silicon carbide particles prepared in the second step with an etching solution containing an acid to control the structure, size and shape of the silicon carbide particles.

본 발명의 특징은 특정한 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 제조하여 금속 열환원 및 산 에칭 단계를 통하여 추가적인 탄소 공급 없이 실리콘 카바이드 입자를 제조함에 있다. 특히, 유기 작용기의 종류, 금속 열환원의 반응 조건 등을 조절함으로써 생성되는 실리콘 카바이드 입자의 구조, 형태, 크기 등을 제어할 수 있다.A feature of the present invention is to prepare silicon carbide particles without additional carbon supply through metal thermal reduction and acid etching by preparing silica particles having a specific organic functional group. In particular, it is possible to control the structure, shape, size, etc. of the silicon carbide particles produced by controlling the type of organic functional group and the reaction conditions for thermal reduction of metal.

이때, 상기 유기 작용기는 비치환되거나, 말단의 수소가 할로겐 원자, 아민기, 니트로기, 머캡토기, 글리시딜옥시기, 술폰기, 수산기, 알데히드기 또는 카르복실기로 치환된, C1-C4 알킬기, 비닐기 또는 C5-C6 아릴기일 수 있다. 일례로서 상기 유기 작용기는 메틸기, 비닐기, 머캡토기, 페닐기 등일 수 있다.In this case, the organic functional group is unsubstituted, or hydrogen at the terminal is substituted with a halogen atom, an amine group, a nitro group, a mercapto group, a glycidyloxy group, a sulfone group, a hydroxyl group, an aldehyde group or a carboxyl group, a C 1 -C 4 alkyl group, It may be a vinyl group or a C 5 -C 6 aryl group. As an example, the organic functional group may be a methyl group, a vinyl group, a mercapto group, a phenyl group, and the like.

이하, 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 입자의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for producing silicon carbide particles according to the present invention will be described in detail step by step.

먼저, 제1 단계(S100)는 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 제조하는 단계이다.First, the first step (S100) is a step of preparing silica particles having an organic functional group.

상기 유기 작용기를 갖는 실리카 입자는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 방법 또는 하기 단계들을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.The silica particles having the organic functional group may be prepared by a method commonly used in the art or a method including the following steps.

도 3은 본 발명의 일 제조예에 따른 유기 작용기를 갖는 실리카 입자의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method for preparing silica particles having an organic functional group according to a preparation example of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유기 작용기를 갖는 실리카 입자의 제조방법은Referring to FIG. 3 , the method for preparing silica particles having the organic functional group according to an embodiment of the present invention is

물, 염기성 촉매, 및 유기 작용기를 갖는 알콕시실란 화합물을 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 단계(S10); preparing a reaction mixture by mixing water, a basic catalyst, and an alkoxysilane compound having an organic functional group (S10);

상기 반응혼합물을 교반하여 가수분해 반응 및 축중합 반응을 수행하여 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 생성시키는 단계(S20); 및 generating silica particles having organic functional groups by performing a hydrolysis reaction and a polycondensation reaction by stirring the reaction mixture (S20); and

생성된 입자를 여과, 세정 및 건조하여 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 수득하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.Filtering, washing and drying the resulting particles may include a step (S30) of obtaining silica particles having an organic functional group.

먼저, S10 단계는 수용액에 유기 작용기를 갖는 알콕시실란 화합물 및 염기성 촉매를 첨가하여 반응혼합물을 제조하는 단계이다.First, step S10 is a step of preparing a reaction mixture by adding an alkoxysilane compound having an organic functional group and a basic catalyst to an aqueous solution.

상기 염기성 촉매는 트리에틸아민, 암모니아수, 테트라메틸암모니움하이드록사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 것일 수 있고, 제조되는 실리카 입자의 분산 형태는 촉매의 종류에 따라 달라질 수 있다. 즉, 트리에틸아민을 촉매로 사용할 경우, 단분산 형태를 갖는 실리카 입자가 제조되고, 암모니아수를 촉매로 사용할 경우, 이중적인 분산 형태를 갖는 실리카 입자가 제조되며, 테트라메틸암모니움하이드록사이드를 촉매로 사용할 경우, 다분산 형태를 갖는 실리카 입자가 생성될 수 있다.The basic catalyst may be any one selected from the group consisting of triethylamine, aqueous ammonia, and tetramethylammonium hydroxide, and the dispersion form of the prepared silica particles may vary depending on the type of catalyst. That is, when triethylamine is used as a catalyst, silica particles having a monodisperse form are prepared, and when ammonia water is used as a catalyst, silica particles having a double dispersion form are prepared, and tetramethylammonium hydroxide is used as a catalyst. When used, silica particles having a polydisperse form may be produced.

이때, 상기 염기성 촉매의 몰농도는 13.0 내지 56.0 mM으로 사용할 수 있다. 상기 염기성 촉매의 첨가를 통해 반응혼합물의 pH는 10 내지 13 범위로 조절할 수 있다.In this case, the molar concentration of the basic catalyst may be 13.0 to 56.0 mM. Through the addition of the basic catalyst, the pH of the reaction mixture can be adjusted in the range of 10 to 13.

상기 알콕시실란 화합물은 실리카 전구체로서 사용되며, 제조되는 실리카 입자에 유기 작용기를 부여하기 위하여, 하기 화학식 1로 표시되는, 유기 작용기를 갖는 화합물일 수 있다.The alkoxysilane compound is used as a silica precursor, and may be a compound having an organic functional group, represented by the following Chemical Formula 1, in order to provide an organic functional group to the prepared silica particles.

[화학식 1][Formula 1]

L3-Si-ML 3 -Si-M

(상기 화학식 1에서,(In Formula 1,

L은 C1~C5의 알콕시기이고, L is a C 1 ~ C 5 alkoxy group,

M은 비치환되거나, 말단의 수소가 할로겐 원자, 아민기, 니트로기, 머캡토기, 글리시딜옥시기, 술폰기, 수산기, 알데히드기 또는 카르복실기로 치환된 C1-C4 알킬기, 비닐기 또는 C5-C6 아릴기이다.)M is unsubstituted or a C 1 -C 4 alkyl group, vinyl group or C 5 in which the terminal hydrogen is substituted with a halogen atom, an amine group, a nitro group, a mercapto group, a glycidyloxy group, a sulfone group, a hydroxyl group, an aldehyde group or a carboxyl group -C 6 It is an aryl group.)

구체적으로 상기 알콕시실란 화합물은 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 머캡토프로필트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 글리시딜옥시프로필트리메톡시실란, 클로로프로필트리메톡시실란, 페닐에틸트리메톡시실란, 클로로프로필메톡시실란, 페닐에틸트리메톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.Specifically, the alkoxysilane compound is phenyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, mercaptopropyltrimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, aminopropyltrimethoxysilane, glycidyloxypropyltrimethoxysilane, It may be at least one selected from the group consisting of chloropropyltrimethoxysilane, phenylethyltrimethoxysilane, chloropropylmethoxysilane, and phenylethyltrimethoxysilane.

일례로서 본 발명의 제조예에서는 상기 알콕시실란 화합물로서 페닐트리메톡시실란, 머캡토프로필트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란 또는 비닐트리에톡시실란을 사용하였다.As an example, in the preparation example of the present invention, phenyltrimethoxysilane, mercaptopropyltrimethoxysilane, methyltrimethoxysilane or vinyltriethoxysilane was used as the alkoxysilane compound.

또한, 상기 반응혼합물은 실리카 전구체로서 상기 알콕시실란 화합물에 실리콘 알콕사이드를 더 포함할 수 있다. 상기 실리콘 알콕사이드는 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS), 테트라메틸오르쏘실리케이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 것 이상일 수 있다. 제조하고자 실리카 입자의 구조에 따라서, 사용하는 실리카 전구체 2종 이상의 혼합비를 적절히 선택할 수 있다.In addition, the reaction mixture may further include a silicon alkoxide in the alkoxysilane compound as a silica precursor. The silicon alkoxide may be at least one selected from the group consisting of tetraethyl orthosilicate (TEOS) and tetramethylorthosilicate. According to the structure of the silica particles to be produced, a mixing ratio of two or more kinds of silica precursors to be used may be appropriately selected.

다음으로, S20 단계는 상기 반응혼합물을 교반하여 가수분해 반응 및 축중합 반응을 수행하여 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 생성시키는 단계이다.Next, step S20 is a step of generating silica particles having an organic functional group by performing a hydrolysis reaction and a polycondensation reaction by stirring the reaction mixture.

이때, 상기 가수분해 반응 및 축중합 반응 단계에서 반응 온도, 교반 속도, 반응 시간 및 실리카 전구체의 농도 등의 반응 조건들을 제어함으로써 생성되는 유기 작용기를 갖는 실리카 입자의 크기를 제어할 수 있다.In this case, by controlling reaction conditions such as reaction temperature, stirring speed, reaction time, and concentration of the silica precursor in the hydrolysis reaction and polycondensation reaction step, it is possible to control the size of the silica particles having organic functional groups.

예를 들면, 상기 반응 온도를 20 내지 60 ℃로 제어하여 생성되는 유기 작용기를 갖는 실리카 입자의 크기를 0.5 내지 5.0 ㎛ 범위 내에서 조절할 수 있다.For example, by controlling the reaction temperature to 20 to 60 °C, the size of the silica particles having organic functional groups produced can be adjusted within the range of 0.5 to 5.0 μm.

또한, 교반 속도를 30 내지 100 rpm으로 제어하여 생성되는 유기 작용기를 갖는 실리카 입자의 크기를 0.5 내지 5.0 ㎛ 범위 내에서 조절할 수 있다In addition, the size of the silica particles having organic functional groups produced by controlling the stirring speed to 30 to 100 rpm can be adjusted within the range of 0.5 to 5.0 μm.

또한, 실리카 전구체 농도를 0.20 내지 0.83 M로 제어하여 생성되는 유기 작용기를 갖는 실리카 입자의 크기를 0.5 내지 5.0 ㎛ 범위 내에서 조절할 수 있다In addition, by controlling the concentration of the silica precursor to 0.20 to 0.83 M, the size of the silica particles having organic functional groups produced can be adjusted within the range of 0.5 to 5.0 μm.

또한, 반응 시간을 3 내지 24 시간 동안으로 제어하여 생성되는 1종 이상의 기능기를 갖는 실리카 입자의 크기를 0.5 내지 5.0 ㎛ 범위 내에서 조절할 수 있다.In addition, by controlling the reaction time to 3 to 24 hours, the size of the silica particles having one or more functional groups produced can be adjusted within the range of 0.5 to 5.0 μm.

다음으로, S30 단계는 생성된 입자를 여과, 세정 및 건조하여 순수한 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 수득하는 단계이다.Next, step S30 is a step to obtain silica particles having pure organic functional groups by filtering, washing and drying the resulting particles.

상기 여과, 세정 및 건조 방법은 당 업계에서 통상적으로 사용되는 방법으로 수행할 수 있다.The filtration, washing and drying methods may be performed by methods commonly used in the art.

이때, 건조 조건은 30 내지 250 ℃의 온도로 1 내지 16 시간 동안 수행할 수 있다.In this case, the drying conditions may be performed at a temperature of 30 to 250 °C for 1 to 16 hours.

상기 제1 단계에서 제조된 유기 작용기를 갖는 실리카 입자는 금속과 혼합되기 전에 열처리하는 단계를 추가적으로 수행하여, 실리카 입자의 유기 작용기가 부분적으로 제거되어 열환원시 형성된 실리콘 카바이드 내의 실리콘 함량을 제어할 수 있다. 상기 열처리는 300~400℃에서 수행될 수 있다. 만일, 상기 열처리 온도가 상기 범위를 벗어나는 경우, 너무 낮은 온도에서는 유기 작용기의 제거가 일어나지 않으며, 너무 높은 온도에서는 유기 작용기가 모두 제거되어 추후 실리콘 카바이드로 환원이 일어나지 않는 문제가 발생할 수 있다.The silica particles having organic functional groups prepared in the first step are additionally subjected to a heat treatment step before being mixed with the metal, so that the organic functional groups of the silica particles are partially removed, so that the silicon content in the silicon carbide formed during thermal reduction can be controlled. there is. The heat treatment may be performed at 300 ~ 400 ℃. If the heat treatment temperature is out of the above range, removal of the organic functional groups does not occur at too low a temperature, and all organic functional groups are removed at too high a temperature, so that subsequent reduction to silicon carbide may not occur.

다음으로, 제2 단계(S200)는 상기 제1 단계에서 제조된 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 금속 물질과 혼합하고 열환원시켜 실리콘 카바이드 입자를 제조하는 단계이다.Next, the second step ( S200 ) is a step of preparing silicon carbide particles by mixing the silica particles having an organic functional group prepared in the first step with a metal material and thermally reducing them.

이때, 상기 금속 물질은 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 나트륨 및 리튬으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 상기 금속 물질의 형태는 파우더(powder), 조각(turnings), 액체 및 기체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.In this case, the metal material may be any one selected from the group consisting of magnesium, calcium, aluminum, sodium and lithium, and the form of the metal material is from the group consisting of powder, turnings, liquid and gas. It may be any one selected, but is not limited thereto.

유기 작용기를 갖는 실리카 입자와 금속 물질의 혼합비율은 몰비로 0.5:1 내지 5:1일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The mixing ratio of the silica particles having an organic functional group and the metal material may be in a molar ratio of 0.5:1 to 5:1, but is not limited thereto.

상기 열환원은 400~1200 ℃에서 수행될 수 있으며, 구체적으로는 500~1100 ℃, 더 구체적으로는 600~1000 ℃일 수 있다. 상기 범위의 열환원 온도에서 유기 작용기를 갖는 실리카 입자는 실리콘 카바이드로 환원되며, 상기 범위를 벗어나는 경우, 너무 낮은 온도에서는 실리콘 카바이드의 환원이 일어나지 않거나, 너무 높은 온도에서는 부반응이 진행되는 문제가 발생할 수 있다.The thermal reduction may be performed at 400 to 1200 °C, specifically 500 to 1100 °C, more specifically 600 to 1000 °C. At the thermal reduction temperature of the above range, the silica particles having an organic functional group are reduced to silicon carbide, and when out of the above range, the reduction of silicon carbide does not occur at too low a temperature, or a side reaction proceeds at a too high temperature. there is.

이때, 상기 실리카 입자의 유기 작용기의 종류에 따라 열환원 후 생성되는 실리콘 카바이드 입자의 구조를 제어할 수 있다.In this case, it is possible to control the structure of the silicon carbide particles generated after thermal reduction according to the type of the organic functional group of the silica particles.

예를 들면, 실리카 입자의 유기 작용기가 비닐기 또는 머캡토기인 경우, 생성되는 실리콘 카바이드 입자는 실리콘 카바이드 단일구조를 가질 수 있고, 실리카 입자의 유기 작용기가 알킬기인 경우, 상기 실리콘 카바이드 입자는 실리콘 카바이드와 실리콘의 복합체 구조를 가질 수 있으며, 실리카 입자의 유기 작용기가 아릴기인 경우, 상기 실리콘 카바이드 입자는 실리콘 카바이드와 탄소의 복합체 구조를 가질 수 있다.For example, when the organic functional group of the silica particles is a vinyl group or a mercapto group, the resulting silicon carbide particles may have a single silicon carbide structure, and when the organic functional group of the silica particles is an alkyl group, the silicon carbide particles are silicon carbide particles. and silicon, and when the organic functional group of the silica particle is an aryl group, the silicon carbide particle may have a composite structure of silicon carbide and carbon.

또한, 상기 열환원 단계에서 실리카 입자의 유기 작용기의 종류에 따라 열환원 반응시간을 조절하여 열환원 후 생성되는 실리콘 카바이드 입자의 형태를 제어할 수 있다. 구체적으로, 실리카 입자의 유기 작용기의 종류에 따라 열환원 반응시간을 제어함에 따라, 실리콘 카바이드로의 전환이 제어되어 추가 에칭 과정에서 다양한 형태의 실리콘 카바이드 입자를 얻을 수 있다.In addition, in the thermal reduction step, the form of silicon carbide particles generated after thermal reduction can be controlled by adjusting the thermal reduction reaction time according to the type of the organic functional group of the silica particles. Specifically, by controlling the thermal reduction reaction time according to the type of organic functional group of the silica particles, the conversion to silicon carbide is controlled, so that silicon carbide particles of various types can be obtained in the additional etching process.

예를 들면, 실리카 입자의 유기 작용기가 아릴기, 예컨대 페닐기인 경우, 5~12시간 동안 열환원 반응 후, 원래의 형태가 남지 않고 분해되어 불규칙한 형태의 나노입자가 형성되는 반면, 실리카 입자의 유기 작용기가 비닐기인 경우에는 5시간 환원 후 입자의 내부까지 완전히 환원되어, 이후 산 에칭 단계에서 내부가 에칭되지 않은 구형 입자를 형성한다.For example, when the organic functional group of the silica particles is an aryl group, such as a phenyl group, after a thermal reduction reaction for 5 to 12 hours, the original shape is decomposed to form nanoparticles of irregular shape, whereas the organic functional group of the silica particles When the functional group is a vinyl group, it is completely reduced to the inside of the particle after 5 hours of reduction to form spherical particles whose inside is not etched in the subsequent acid etching step.

한편, 실리카 입자의 유기 작용기가 알킬기 및 머캡토기인 경우, 열환원 반응시간이 5시간일 때에는 입자의 내부는 완전히 환원되지 않아, 이후 산 에칭 단계에서 환원되지 않은 입자의 내부는 에칭되어 각각 래틀형(rattle) 및 중공형(hollow)의 입자를 형성하나, 열환원 반응시간을 12시간으로 증가시키면 입자의 내부까지 환원이 일어나 이후 산 에칭 단계에서 내부가 에칭되지 않은 구형 입자를 형성한다.On the other hand, when the organic functional group of the silica particles is an alkyl group and a mercapto group, the inside of the particle is not completely reduced when the thermal reduction reaction time is 5 hours. (rattle) and hollow (hollow) particles are formed, but when the thermal reduction reaction time is increased to 12 hours, reduction occurs to the inside of the particle, thereby forming spherical particles whose inside is not etched in the subsequent acid etching step.

따라서, 실리카 입자의 유기 작용기의 종류에 따라 열환원 반응시간을 제어함에 따라, 실리콘 카바이드로의 전환을 제어함으로써, 최종 생성되는 실리콘 카바이드 입자의 형태를 구형, 래틀형(rattle) 또는 중공형(hollow)의 다양한 형태로 제어할 수 있다.Therefore, by controlling the thermal reduction reaction time according to the type of the organic functional group of the silica particles, by controlling the conversion to silicon carbide, the shape of the finally produced silicon carbide particles is spherical, rattle, or hollow. ) can be controlled in various forms.

또한, 상기 제2 단계에서 제조된 실리콘 카바이드 입자는 산 에칭 전에 열처리하는 단계를 추가적으로 수행하여, 입자의 형태 및 구조를 제어할 수 있다. 상기 열처리는 열환원시 온도와 동등한 수준에서 수행할 수 있으며, 예컨대 400~1200 ℃, 구체적으로는 500~1100 ℃, 더 구체적으로는 600~1000 ℃에서 수행할 수 있다.In addition, the silicon carbide particles prepared in the second step may be additionally subjected to a heat treatment step before acid etching, thereby controlling the shape and structure of the particles. The heat treatment may be performed at the same level as the temperature during thermal reduction, for example, 400 ~ 1200 ℃, specifically 500 ~ 1100 ℃, more specifically, it may be performed at 600 ~ 1000 ℃.

다음으로, 제3 단계(S300)는 상기 제2 단계에서 제조된 실리콘 카바이드 입자를 산(acid)을 포함하는 에칭 용액으로 에칭하여 상기 실리콘 카바이드 입자의 구조, 크기 및 형태를 제어하는 단계이다.Next, the third step ( S300 ) is a step of controlling the structure, size and shape of the silicon carbide particles by etching the silicon carbide particles prepared in the second step with an etching solution containing an acid.

상기 제2 단계에서 제조된 실리콘 카바이드 입자에는 금속 화합물, 미환원된 실리카 및 기타 불순물을 포함하고 있으므로, 상기 에칭 용액 내에서, 금속 산화물을 포함한 불순물과 미환원된 실리카를 제거함으로써 실리콘 카바이드 입자의 구조, 크기 및 형태를 제어할 수 있다.Since the silicon carbide particles prepared in the second step contain metal compounds, unreduced silica and other impurities, the structure of silicon carbide particles by removing impurities including metal oxides and unreduced silica from the etching solution , size and shape can be controlled.

이때, 에칭 용액에 사용되는 산(acid)은 염산, 질산, 황산, 인산, 불산 및 염소산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나, 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.In this case, the acid used in the etching solution may be any one selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid and chloric acid, or a mixture thereof, but is not limited thereto.

이러한 에칭 단계는 불순물을 완전히 제거하기 위해 수 회 반복할 수 있다.This etching step can be repeated several times to completely remove impurities.

본 발명에 따르면, 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 이용하여 금속 촉매를 통한 열환원 공정을 수행하여 실리콘 카바이드를 제조함으로써, 종래의 애치슨법에 비하여 낮은 온도에서 실리콘 카바이드를 제조할 수 있고, 특히, 사용되는 실리카 입자의 유기 작용기의 종류, 환원 공정시 반응 시간, 산 에칭 전 열처리 등의 다양한 조건을 제어하여 구형(sphere), 중공형(hollow) 및 래틀형(rattle) 중에서 원하는 구조를 갖도록 입자를 제조할 수 있으므로, 주형이나 계면활성제가 필요하지 않아 공정이 단순해지며, 이에, 대량생산에 용이하게 사용될 수 있다.According to the present invention, silicon carbide can be prepared at a lower temperature than the conventional Acheson method by performing a thermal reduction process through a metal catalyst using silica particles having an organic functional group, and in particular, use By controlling various conditions such as the type of organic functional group of the silica particles, the reaction time during the reduction process, and heat treatment before acid etching, the particles are manufactured to have a desired structure among sphere, hollow, and rattle types. Since there is no need for a template or surfactant, the process is simplified, and thus, it can be easily used for mass production.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 제조예(example) 및 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 제조예 및 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 제조예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred preparation examples and experimental examples are presented to help the understanding of the present invention. However, the following Preparation Examples and Experimental Examples are only for helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following Preparation Examples and Experimental Examples.

유기 작용기를 갖는 실리카 입자의 제조 : 제조예 1 내지 6Preparation of silica particles having organic functional groups: Preparation Examples 1 to 6

[제조예 1 : 비닐기를 갖는 실리카 입자의 제조][Preparation Example 1: Preparation of silica particles having a vinyl group]

250ml 3구 둥근바닥 플라스크에 이온교환수 150ml를 넣고, 암모니아수(30%, 10ml, 77mmol)를 첨가하여 pH를 10 이상으로 조절하였다.150ml of ion-exchanged water was put into a 250ml 3-necked round-bottom flask, and the pH was adjusted to 10 or more by adding aqueous ammonia (30%, 10ml, 77mmol).

이후, 암모니아수 용액을 60℃에서 10분간 교반한 후, 비닐트리메톡시실란(vinyltrimethoxysilane, 97%, 5ml, 31.7mmol)을 첨가한 후, 3시간 동안 300rpm의 속도로 교반하였다.Thereafter, the aqueous ammonia solution was stirred at 60° C. for 10 minutes, and after adding vinyltrimethoxysilane (97%, 5 ml, 31.7 mmol), the mixture was stirred at a speed of 300 rpm for 3 hours.

알콕시실란 화합물의 첨가로, 실란의 가수분해와 축합반응이 일어나 용액의 탁도가 변하기 시작하였으며, 반응 후, 비닐기를 갖는 실리카 입자들이 급속도로 형성되었다.With the addition of the alkoxysilane compound, hydrolysis and condensation reaction of the silane started to change the turbidity of the solution, and after the reaction, silica particles having a vinyl group were rapidly formed.

형성된 입자를 여과하고 이온교환수로 세정한 후, 진공오븐에서 60℃로 12시간동안 건조하여 균일한 크기의 비닐기를 갖는 비결정형 실리카 입자를 수득하였다.The formed particles were filtered and washed with ion-exchanged water, and then dried in a vacuum oven at 60° C. for 12 hours to obtain amorphous silica particles having vinyl groups of uniform size.

[제조예 2 : 머캡토기를 갖는 실리카 입자의 제조][Preparation Example 2: Preparation of silica particles having a mercapto group]

비닐트리메톡시실란 대신 3-머캡토프로필트리메톡시실란(3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 97%, 5ml, 26.1mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 수행하여, 머캡토기를 갖는 실리카 입자를 수득하였다.Silica particles having a mercapto group in the same manner as in Preparation Example 1 except for using 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (97%, 5ml, 26.1mmol) instead of vinyltrimethoxysilane was obtained.

[제조예 3 : 메틸기를 갖는 실리카 입자의 제조][Preparation Example 3: Preparation of silica particles having a methyl group]

비닐트리메톡시실란 대신 트리메톡시메틸실란(trimethoxymethylsilane, 95%, 5ml, 33.3 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 수행하여, 메틸기를 갖는 실리카 입자를 수득하였다.Silica particles having a methyl group were obtained in the same manner as in Preparation Example 1, except that trimethoxymethylsilane (95%, 5ml, 33.3 mmol) was used instead of vinyltrimethoxysilane.

[제조예 4 : 페닐기를 갖는 실리카 입자의 제조][Preparation Example 4: Preparation of silica particles having a phenyl group]

비닐트리메톡시실란 대신 페닐트리메톡시실란(phenyltrimethoxysilane, 97%, 5ml, 26.0mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 수행하여, 페닐기를 갖는 실리카 입자를 수득하였다.In the same manner as in Preparation Example 1 except for using phenyltrimethoxysilane (97%, 5ml, 26.0mmol) instead of vinyltrimethoxysilane, silica particles having a phenyl group were obtained.

상기 제조예 1 내지 4에서 제조된 실리카 입자를 주사전자현미경으로 관찰하여 도 4에 나타내었다.The silica particles prepared in Preparation Examples 1 to 4 were observed with a scanning electron microscope and shown in FIG. 4 .

도 4는 본 발명의 일 제조예에 따라 제조된 탄소 작용기를 갖는 실리카 입자의 주사전자현미경 사진이다.4 is a scanning electron microscope photograph of silica particles having a carbon functional group prepared according to Preparation Example of the present invention.

도 4에 나타낸 바와 같이, 제조된 실리카 입자는 구형의 비결정형 실리카 입자인 것을 확인하였다.As shown in FIG. 4 , it was confirmed that the prepared silica particles were spherical amorphous silica particles.

[제조예 5 : 2종의 작용기들을 갖는 실리카 입자의 제조][Preparation Example 5: Preparation of silica particles having two types of functional groups]

실리카 전구체로서 비닐트리메톡시실란 대신, 테트라에틸오쏘실리케이트(Tetra Ethyl Ortho Silicate, TEOS)와 비닐트리메톡시실란의 혼합물(1:1 질량비)을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 수행하여, 탄소를 포함하는 작용기(비닐기) 및 탄소를 포함하지 않은 작용기의 2종 작용기들을 갖는 실리카 입자를 수득하였다.Instead of vinyltrimethoxysilane as a silica precursor, it was carried out in the same manner as in Preparation Example 1, except that a mixture of tetraethyl orthosilicate (TEOS) and vinyltrimethoxysilane (1:1 mass ratio) was used. Thus, silica particles having two types of functional groups, a functional group containing carbon (vinyl group) and a functional group not containing carbon, were obtained.

[제조예 6 : 여러 작용기들을 갖는 실리카 입자의 제조][Preparation Example 6: Preparation of silica particles having various functional groups]

실리카 전구체로서 비닐트리메톡시실란 대신, 메틸트리메톡시실란(MTMS), 비닐트리메톡시실란(VTMS), 3-머캡토프로필트리메톡시실란(MPTMS), 페닐트리메톡시실란(PTMS) 및 테트라에틸오쏘실리케이트(TEOS) 중 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 수행하여, 여러 탄소 작용기를 갖는 실리카 입자를 수득하였다.Instead of vinyltrimethoxysilane as a silica precursor, methyltrimethoxysilane (MTMS), vinyltrimethoxysilane (VTMS), 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS), phenyltrimethoxysilane (PTMS) and Silica particles having several carbon functional groups were obtained in the same manner as in Preparation Example 1, except that two or more of tetraethyl orthosilicate (TEOS) were mixed and used.

실리콘 카바이드 입자의 제조 : 실시예 1 내지 21Preparation of Silicon Carbide Particles: Examples 1-21

[실시예 1 : 구형의 실리콘 카바이드 입자의 제조][Example 1: Preparation of Spherical Silicon Carbide Particles]

상기 제조예 1에서 제조된, 비닐기를 갖는 실리카 입자를 마그네슘 입자와 혼합하였다. 실리카 입자와 마그네슘 입자의 혼합물을 반응기 내에서 아르곤 또는 질소 대기 조건에서 700℃에서 5시간 동안 가열하여 열환원함으로써, 실리콘 카바이드 입자를 포함하는 혼합 입자를 생성하였다.The silica particles having a vinyl group prepared in Preparation Example 1 were mixed with magnesium particles. By heating a mixture of silica particles and magnesium particles at 700° C. for 5 hours in an argon or nitrogen atmosphere in a reactor for thermal reduction, mixed particles including silicon carbide particles were produced.

상기 실리콘 카바이드 입자를 포함하는 혼합 입자는 금속 화합물 및 기타 불순물을 포함하고 있으므로, 10% 농도의 염산 용액에 1시간동안 60℃의 온도 조건에서 처리하여 혼합 입자 내에서 금속 산화물을 포함한 불순물을 제거하였다.Since the mixed particles including the silicon carbide particles contain metal compounds and other impurities, impurities including metal oxides were removed from the mixed particles by treatment in a 10% hydrochloric acid solution at a temperature of 60° C. for 1 hour. .

이후, 상기 실리콘 카바이드 입자를 포함하는 혼합 입자를 5% 농도의 불산 용액에서 추가적으로 1시간 동안 처리하고 이온교환수로 세정함으로써, 염산 처리 후에도 완전히 전환되지 않고 남아있는 비결정형 실리카 및 비결정형 탄소 입자들을 제거하여 높은 순도를 갖는 구형의 실리콘 카바이드 입자를 수득하였다.Thereafter, the mixed particles containing the silicon carbide particles were treated in a hydrofluoric acid solution of 5% concentration for an additional hour and washed with ion-exchanged water, so that the amorphous silica and amorphous carbon particles that remained not completely converted even after the hydrochloric acid treatment were removed. It was removed to obtain spherical silicon carbide particles with high purity.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 열환원 단계를 거친 실리콘 카바이드 입자의 (a) 산 에칭 전 및 (b) 산 에칭 후의 적외선 스펙트럼을 나타낸다.5 shows infrared spectra of silicon carbide particles that have undergone a metal thermal reduction step according to an embodiment of the present invention (a) before acid etching and (b) after acid etching.

도 5(a)를 참조하면, 탄소 치환기를 갖는 실리카 입자는 금속 환원시 미반응물 및 전환되지 않은 실리카를 포함하므로, 적외선 스펙트럼에서 갈라진 피크가 나타났으나, 산처리 후에는 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 불순물이 제거되어 순수한 실리콘 카바이드의 단일 피크가 나타나는 것을 확인하였다.Referring to Figure 5 (a), since the silica particles having a carbon substituent include unreacted and unconverted silica during metal reduction, a split peak appeared in the infrared spectrum, but after acid treatment, in Figure 5 (b) As shown, it was confirmed that the impurities were removed and a single peak of pure silicon carbide appeared.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 열환원 단계를 거친 실리콘 카바이드 입자의 온도에 따른 열중량 분석 그래프를 나타낸다.6 shows a thermogravimetric analysis graph according to the temperature of silicon carbide particles that have undergone a metal thermal reduction step according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 실리콘 카바이드 입자는 550℃까지는 입자에 포함된 수분의 증발로 인해 약간의 무게 감소가 일어나고, 700℃까지 약 2퍼센트의 무게가 감소되는데 이는 입자의 환원 과정에서 생성된 탄소 입자가 산화되는 과정으로 이산화탄소로 전환되어 제거되며, 이후 입자의 무게가 증가하는데, 이는 실리콘 카바이드가 산화되면서(SiC → SiO2) 입자의 무게가 증가하는 것을 알 수 있다. 이때, 일반적인 실리콘 카바이드에 비해 산화 온도가 낮게 나타나는데, 이로부터 본 발명에 따른 입자는 입자의 형태를 구성하는 1차 입자가 나노 실리콘 카바이드 입자로 구성되어 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 6 , the silicon carbide particles have a slight weight decrease due to evaporation of moisture contained in the particles up to 550° C. It is converted into carbon dioxide and removed as a result of the oxidation process, and then the weight of the particles increases. At this time, the oxidation temperature appears lower than that of general silicon carbide. From this, it can be seen that the primary particles constituting the shape of the particles according to the present invention are composed of nano silicon carbide particles.

[실시예 2 : 중공 형태의 실리콘 카바이드 입자의 제조] [Example 2: Preparation of hollow silicon carbide particles]

상기 제조예 1에서 제조된, 비닐기를 갖는 실리카 입자 대신 제조예 2에서 제조된 머캡토기를 갖는 실리카 입자를용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 이때, 머캡토기를 갖는 실리카 입자는 환원 및 산처리시, 완전히 환원되지 않은 실리카 입자의 내부가 산처리 과정에서 에칭되어 중공(hollow) 형태의 실리콘 카바이드 입자를 수득하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the silica particles having a mercapto group prepared in Preparation Example 2 were used instead of the silica particles having a vinyl group prepared in Preparation Example 1. At this time, when the silica particles having a mercapto group were reduced and acid treated, the inside of the silica particles that were not completely reduced was etched in the acid treatment process to obtain hollow silicon carbide particles.

[실시예 3 : 래틀 형태의 실리콘 카바이드/실리콘 복합체 입자의 제조][Example 3: Preparation of rattle-shaped silicon carbide/silicon composite particles]

상기 제조예 1에서 제조된, 비닐기를 갖는 실리카 입자 대신 제조예 3에서 제조된 메틸기를 갖는 실리카 입자를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 이때, 메틸기를 갖는 실리카 입자는 환원 및 산처리시, 완전히 환원되지 않은 실리카 입자의 내부가 산처리 과정에서 에칭되어 래틀(rattle) 형태의 실리콘 카바이드/실리콘 복합체 입자를 수득하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the silica particles having a methyl group prepared in Preparation Example 3 were used instead of the silica particles having a vinyl group prepared in Preparation Example 1. In this case, when the silica particles having a methyl group were reduced and acid treated, the inside of the silica particles that were not completely reduced was etched in the acid treatment process to obtain rattle-shaped silicon carbide/silicon composite particles.

[실시예 4 : 불규칙한 형태의 실리콘 카바이드/탄소 복합체 입자의 제조][Example 4: Preparation of Irregular Shaped Silicon Carbide/Carbon Composite Particles]

상기 제조예 1에서 제조된, 비닐기를 갖는 실리카 입자 대신 제조예 4에서 제조된 페닐기를 갖는 실리카 입자를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 이때, 페닐기를 갖는 실리카 입자는 환원 및 산처리시, 원래의 형태가 남지 않는 불규칙한 형태의 나노입자 입자가 제조되으며, 그라파이트 형태의 탄소가 존재하여 실리콘 카바이드/탄소 복합체 입자가 형성되었다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the silica particles having a phenyl group prepared in Preparation Example 4 were used instead of the silica particles having a vinyl group prepared in Preparation Example 1. At this time, when the silica particles having a phenyl group are reduced and treated with acid, irregularly shaped nanoparticles that do not retain their original shape are prepared, and silicon carbide/carbon composite particles are formed due to the presence of graphite in the form of carbon.

[실시예 5 : 실리콘/실리콘 카바이드의 복합체 입자의 제조][Example 5: Preparation of composite particles of silicon/silicon carbide]

상기 제조예 1에서 제조된, 비닐기를 갖는 실리카 입자 대신 제조예 5에서 제조된, 2종 작용기들을 갖는 실리카 입자를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 이때, 탄소를 포함하는 작용기 및 탄소를 포함하지 않은 작용기의 2종 작용기들을 갖는 실리카 입자를 금속 환원시키는 경우, 환원 후 실리콘과 실리콘 카바이드의 복합체 입자가 수득되었다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the silica particles prepared in Preparation Example 5 and having two types of functional groups were used instead of the silica particles having a vinyl group prepared in Preparation Example 1. At this time, in the case of metal reduction of silica particles having two types of functional groups, a functional group containing carbon and a functional group not containing carbon, composite particles of silicon and silicon carbide were obtained after reduction.

[실시예 6 내지 9][Examples 6 to 9]

실시예 1 내지 4에 있어서, 환원 시간을 5시간 대신 12시간으로 증가하여 수행한 것을 제외하고는 실시예 1 내지 4과 동일한 방법으로 수행하였다.In Examples 1 to 4, it was carried out in the same manner as in Examples 1 to 4, except that the reduction time was increased to 12 hours instead of 5 hours.

[실시예 10 내지 13][Examples 10 to 13]

실시예 1 내지 4에 있어서, 전처리로서 350℃에서 2시간 동안 열처리를 수행한 다음, 금속 열환원을 수행하는 것을 제외하고는 실시예 1 내지 4와 동일한 방법으로 수행하여 실리콘 카바이드 입자를 수득하였다.In Examples 1 to 4, silicon carbide particles were obtained in the same manner as in Examples 1 to 4, except that heat treatment was performed at 350° C. for 2 hours as a pretreatment, and then metal thermal reduction was performed.

[실시예 14 내지 21][Examples 14 to 21]

실시예 1 내지 4, 및 6 내지 9에 있어서, 금속 열환원 후, 산 에칭을 수행하기 전에 공기 중에서 700℃ 온도로 5시간 동안 열처리하는 것을 추가로 수행하는 것을 제외하고는 실시예 1 내지 4, 및 6 내지 9와 동일한 방법으로 수행하여 실리콘 카바이드 입자를 수득하였다.Examples 1 to 4, and Examples 6 to 9, except that after thermal reduction of the metal, heat treatment in air at a temperature of 700° C. for 5 hours before performing acid etching is additionally performed. And 6 to 9 were carried out in the same manner to obtain silicon carbide particles.

[실험예 1 : 실리카 입자의 탄소 작용기가 실리콘 카바이드 입자의 제조에 미치는 영향][Experimental Example 1: Effect of the carbon functional group of silica particles on the production of silicon carbide particles]

본 발명에 따른 실리콘 카바이드 입자의 제조방법에 있어서, 반응물로 사용되는 실리카 입자의 탄소 작용기가, 제조된 실리콘 카바이드 입자의 구조 및 형상에 미치는 영향을 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.In the method for producing silicon carbide particles according to the present invention, the following experiment was performed to confirm the effect of the carbon functional group of the silica particles used as a reactant on the structure and shape of the prepared silicon carbide particles.

구체적으로, 실리카 입자의 탄소 작용기가 상이한, 실시예 1 내지 5에서 제조된 입자에 대하여 주사전자현미경, 투과전자현미경 및 X선 회절 분석을 수행하여 그 결과를 도 7 내지 도 11에 나타내었다. 또한, 제조 조건으로서 실리카 입자의 작용기의 종류 및 제조된 입자의 구조와 형태를 하기 표 1에 정리하였다.Specifically, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and X-ray diffraction analysis were performed on the particles prepared in Examples 1 to 5 having different carbon functional groups of the silica particles, and the results are shown in FIGS. 7 to 11 . In addition, as the manufacturing conditions, the types of functional groups of the silica particles and the structures and shapes of the prepared particles are summarized in Table 1 below.

도 7 내지 도 11은 각각 실시예 1 내지 5에서 제조된 입자의 (a) 주사전자현미경, (b) 투과전자현미경, 및 (c) X선 회절 분석 스펙트럼을 나타낸다.7 to 11 show (a) a scanning electron microscope, (b) a transmission electron microscope, and (c) X-ray diffraction analysis spectra of the particles prepared in Examples 1 to 5, respectively.

실리카 입자의
작용기of silica particles
functional group 제조된 입자manufactured particles 구조rescue 형태shape 실시예 1Example 1 비닐기vinyl 실리콘 카바이드 단일구조Silicon Carbide Single Structure 구형(sphere)sphere 실시예 2Example 2 머캡토기mercaptogi 실리콘 카바이드 단일구조Silicon Carbide Single Structure 중공형(hollow)hollow 실시예 3Example 3 메틸기methyl group 실리콘 카바이드/실리콘 복합체Silicon Carbide/Silicon Composite 래틀형(rattle)rattle 실시예 4Example 4 페닐기phenyl group 실리콘 카바이드/탄소 복합체Silicon Carbide/Carbon Composite 불규칙함irregular 실시예 5Example 5 2종(비닐기, 비탄소기)2 types (vinyl group, non-carbon group) 실리콘/실리콘 카바이드 복합체Silicon/Silicon Carbide Composite 구형rectangle

도 7 내지 도 11, 및 표 1에 나타낸 바와 같이, 금속 환원 과정에 사용되는 실리카 입자의 유기 작용기에 따라 제조된 실리콘 카바이드 입자의 구조 및 형태가 달라짐을 확인하였다. As shown in FIGS. 7 to 11 and Table 1, it was confirmed that the structure and shape of the prepared silicon carbide particles were changed according to the organic functional groups of the silica particles used in the metal reduction process.

구체적으로, 실리카 입자의 작용기가 비닐 및 머캡토기인 경우, 실리콘 카바이드의 단일 구조를 갖는 입자가 형성되는데, 이중 머캡토기의 경우에는 환원 과정에서 내부에 완전히 환원되지 않은 부분이 산처리 과정에서 에칭되어 중공형 구조의 입자가 형성되었다.Specifically, when the functional groups of the silica particles are vinyl and mercapto groups, particles having a single structure of silicon carbide are formed. Particles of a hollow structure were formed.

한편, 메틸기를 갖는 실리카 입자의 경우, 실리카 입자의 환원 과정 및 산처리 과정에서 래틀 형태의 실리콘 카바이드/실리콘 복합 입자가 형성되었으며, 페닐기를 갖는 실리카 입자는 환원 과정, 산처리 및 비결정형 탄소의 제거 후에도 그라파이트 형태의 탄소가 존재하여 실리콘 카바이드/그라파이트 입자가 형성되되, 원래의 형태를 유지하지 못하고 분해되어 불규칙한 형태의 나노입자가 형성되었다.On the other hand, in the case of silica particles having a methyl group, rattle-shaped silicon carbide/silicon composite particles were formed during the reduction process and acid treatment of the silica particles, and the silica particles having a phenyl group were reduced during the reduction process, acid treatment and removal of amorphous carbon Even after carbon in graphite form was present, silicon carbide/graphite particles were formed, but the original shape was not maintained and decomposed to form irregularly shaped nanoparticles.

이와 같이, 실리카 입자의 작용기에 따라 형성되는 실리콘 카바이드 입자의 구조 및 형태가 달라지므로, 탄소를 포함하는 유기작용기를 갖는 실리카 입자의 제조시 유기작용기의 종류를 제어함으로써 원하는 구조 및 형태를 갖는 실리콘 카바이드, 실리콘 카바이드/실리콘 복합체 또는 실리콘 카바이드/탄소 복합체 입자를 제조할 수 있다.As described above, since the structure and shape of the silicon carbide particles formed depend on the functional groups of the silica particles, silicon carbide having a desired structure and shape by controlling the type of organic functional groups during the production of silica particles having an organic functional group including carbon , silicon carbide/silicon composite or silicon carbide/carbon composite particles can be prepared.

[실험예 2 : 실리카 입자의 환원 시간이 실리콘 카바이드 입자의 제조에 미치는 영향][Experimental Example 2: Effect of the reduction time of silica particles on the production of silicon carbide particles]

본 발명에 따른 실리콘 카바이드 입자의 제조방법에 있어서, 반응물로 사용되는 실리카 입자의 환원 반응 시간이, 제조된 실리콘 카바이드 입자의 구조 및 형상에 미치는 영향을 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.In the method for producing silicon carbide particles according to the present invention, the following experiment was performed to confirm the effect of the reduction reaction time of the silica particles used as a reactant on the structure and shape of the prepared silicon carbide particles.

구체적으로, 실시예 1 내지 4와 비교시 환원 반응 시간이 증가된 실시예 6 내지 9에서 제조된 입자와 에 대하여 주사전자현미경, 투과전자현미경 및 X선 회절 분석을 수행하여 그 결과를 도 12 내지 도 15에 나타내었다. 또한, 제조 조건으로서 환원 반응 시간에 따른 제조된 입자의 구조와 형태를 하기 표 2에 정리하였다.Specifically, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and X-ray diffraction analysis were performed on the particles prepared in Examples 6 to 9, which had increased reduction reaction time compared to Examples 1 to 4, and the results are shown in FIGS. 12 to 15 shows. In addition, the structure and shape of the prepared particles according to the reduction reaction time as the production conditions are summarized in Table 2 below.

도 12 내지 도 15는 각각 실시예 6 내지 9에서 제조된 입자의 (a) 주사전자현미경, (b) 투과전자현미경, 및 (c) X선 회절 분석 스펙트럼을 나타낸다.12 to 15 show (a) a scanning electron microscope, (b) a transmission electron microscope, and (c) X-ray diffraction analysis spectra of the particles prepared in Examples 6 to 9, respectively.

실리카 입자의
작용기of silica particles
functional group 실리카 입자의
환원 반응 시간of silica particles
reduction reaction time 제조된 입자manufactured particles 구조rescue 형태shape 실시예 1Example 1 비닐기vinyl 5시간5 hours 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 구형(sphere)sphere 실시예 6Example 6 비닐기vinyl 12시간12 hours 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 구형(sphere)sphere 실시예 2Example 2 머캡토기mercaptogi 5시간5 hours 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 중공형(hollow)hollow 실시예 7Example 7 머캡토기mercaptogi 12시간12 hours 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 구형(sphere)sphere 실시예 3Example 3 메틸기methyl group 5시간5 hours 실리콘 카바이드/실리콘 복합체Silicon Carbide/Silicon Composite 래틀형(rattle)rattle 실시예 8Example 8 메틸기methyl group 12시간12 hours 실리콘 카바이드/실리콘 복합체Silicon Carbide/Silicon Composite 구형(sphere)sphere 실시예 4Example 4 페닐기phenyl group 5시간5 hours 실리콘 카바이드/탄소 복합체Silicon Carbide/Carbon Composite 불규칙함irregular 실시예 9Example 9 페닐기phenyl group 12시간12 hours 실리콘 카바이드/탄소 복합체Silicon Carbide/Carbon Composite 불규칙함irregular

도 12 내지 도 15, 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 금속 환원 과정에 사용되는 실리카 입자의 유기 작용기 및 환원 반응 시간에 따라 제조된 실리콘 카바이드 입자의 구조 및 형태가 달라짐을 확인하였다.As shown in FIGS. 12 to 15 and Table 2, it was confirmed that the structure and shape of the prepared silicon carbide particles were changed according to the organic functional groups and reduction reaction time of the silica particles used in the metal reduction process.

구체적으로, 실리카 입자의 작용기가 메틸기인 경우, 환원 반응 시간이 5시간인 경우에는 완전히 환원되지 않은 입자 내부는 산처리 과정에서 에칭되어 입자 내부에 공극이 형성된 래틀형(rattle)의 입자가 형성되었으나, 환원 반응 시간을 12시간으로 증가시킨 경우에는 실리카 입자의 내부까지 환원이 일어나 산처리 후에도 내부가 에칭되지 않는 구형(sphere)의 입자가 형성됨을 확인하였다.Specifically, when the functional group of the silica particle is a methyl group, when the reduction reaction time is 5 hours, the inside of the particle that is not completely reduced is etched in the acid treatment process to form rattle-type particles having pores inside the particle, but , it was confirmed that, when the reduction reaction time was increased to 12 hours, reduction occurred to the inside of the silica particles, and spherical particles that were not etched inside even after acid treatment were formed.

이를 통해, 실리카 입자의 환원 반응 시간은 형성되는 실리콘 카바이드 입자의 형태에 영향을 미치므로, 실리카 입자의 환원 반응 시간을 제어함으로써 실리콘 카바이드, 실리콘 카바이드/실리콘 복합체 또는 실리콘 카바이드/탄소 복합체 입자의 형태를 제어할 수 있다.Through this, since the reduction reaction time of the silica particles affects the shape of the silicon carbide particles formed, by controlling the reduction reaction time of the silica particles, the shape of the silicon carbide, silicon carbide/silicon composite or silicon carbide/carbon composite particles is determined. can be controlled

[실험예 3 : 실리카 입자의 전처리가 실리콘 카바이드 입자의 제조에 미치는 영향][Experimental Example 3: Effect of pretreatment of silica particles on the production of silicon carbide particles]

본 발명에 따른 실리콘 카바이드 입자의 제조방법에 있어서, 반응물로 사용되는 실리카 입자의 환원 반응 전, 전처리가 제조된 실리콘 카바이드 입자의 구조 및 형상에 미치는 영향을 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.In the method for producing silicon carbide particles according to the present invention, before the reduction reaction of silica particles used as reactants, the following experiment was performed to confirm the effect of pretreatment on the structure and shape of the prepared silicon carbide particles.

구체적으로, 실시예 1 내지 4와 비교시, 환원 반응 전 추가적으로 350℃에서 2시간 동안 열처리를 수행한, 실시예 10 내지 13에서 제조된 입자에 대하여 투과전자현미경 및 X선 회절 분석을 수행하여 그 결과를 도 16 내지 도 19에 나타내었다. 또한, 제조 조건으로서 추가적으로 전처리하여 제조된 입자의 구조와 형태를 하기 표 3에 정리하였다.Specifically, in comparison with Examples 1 to 4, transmission electron microscopy and X-ray diffraction analysis were performed on the particles prepared in Examples 10 to 13, which were additionally heat-treated at 350° C. for 2 hours before the reduction reaction. The results are shown in FIGS. 16 to 19 . In addition, the structure and shape of the particles prepared by additional pretreatment as manufacturing conditions are summarized in Table 3 below.

도 16 내지 도 19는 각각 실시예 10 내지 13에서 제조된 입자의 (a) 투과전자현미경 및 (b) X선 회절 분석 스펙트럼을 나타낸다.16 to 19 show (a) transmission electron microscope and (b) X-ray diffraction analysis spectra of the particles prepared in Examples 10 to 13, respectively.

실리카 입자의
작용기of silica particles
functional group 실리카 입자의
전처리of silica particles
Pretreatment 제조된 입자manufactured particles 구조rescue 형태shape 실시예 1Example 1 비닐기vinyl -- 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 구형(sphere)sphere 실시예 10Example 10 비닐기vinyl 350℃에서 2시간 동안 열처리Heat treatment at 350°C for 2 hours 실리콘 카바이드/실리콘 복합체Silicon Carbide/Silicon Composite 구형(sphere)sphere 실시예 2Example 2 머캡토기mercaptogi -- 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 중공형(hollow)hollow 실시예 11Example 11 머캡토기mercaptogi 350℃에서 2시간 동안 열처리Heat treatment at 350°C for 2 hours 실리콘 카바이드/실리콘 복합체Silicon Carbide/Silicon Composite 래틀형(rattle)rattle 실시예 3Example 3 메틸기methyl group -- 실리콘 카바이드/실리콘 복합체Silicon Carbide/Silicon Composite 래틀형(rattle)rattle 실시예 12Example 12 메틸기methyl group 350℃에서 2시간 동안 열처리Heat treatment at 350°C for 2 hours 실리콘 카바이드/실리콘 복합체Silicon Carbide/Silicon Composite 래틀형(rattle)rattle 실시예 4Example 4 페닐기phenyl group -- 실리콘 카바이드/탄소 복합체Silicon Carbide/Carbon Composite 불규칙함irregular 실시예 13Example 13 페닐기phenyl group 350℃에서 2시간 동안 열처리Heat treatment at 350°C for 2 hours 실리콘 카바이드/실리콘 복합체Silicon Carbide/Silicon Composite 비구형
(non-sphere)non-spherical
(non-sphere)

도 16 내지 도 19, 및 표 3에 나타낸 바와 같이, 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 전처리로서 공기 중에서 350℃의 온도로 2시간 동안 열처리한 후 금속 환원 공정을 수행하는 경우, 전처리 과정에서 온도와 열처리 시간에 따라 입자의 유기 작용기가 부분적으로 분해되므로, 이후 열환원시 실리콘 결정이 형성되어 실리콘/실리콘 카바이드 복합체를 형성함을 X선 회절 분석을 통해 확인하였다.As shown in FIGS. 16 to 19 and Table 3, in the case of performing a metal reduction process after heat-treating silica particles having organic functional groups in air at a temperature of 350° C. for 2 hours as a pre-treatment, the temperature and heat treatment in the pre-treatment process Since the organic functional groups of the particles are partially decomposed over time, it was confirmed through X-ray diffraction analysis that silicon crystals are formed during thermal reduction to form a silicon/silicon carbide complex.

이를 통해, 실리카 입자의 환원 반응 전, 전처리로서의 열처리는 형성되는 실리콘의 함량에 영향을 미치므로, 실리카 입자의 환원 반응 전, 열처리시 온도 및 시간을 제어함으로써 형성되는 실리콘 카바이드/실리콘 복합체에서 실리콘 함량을 제어할 수 있다.Through this, since the heat treatment as a pretreatment before the reduction reaction of the silica particles affects the content of the formed silicon, the silicon content in the silicon carbide / silicon composite formed by controlling the temperature and time during the heat treatment before the reduction reaction of the silica particles can be controlled.

[실험예 4 : 실리카 입자의 후열처리가 실리콘 카바이드 제조에 미치는 영향][Experimental Example 4: Effect of post-heat treatment of silica particles on silicon carbide production]

본 발명에 따른 실리콘 카바이드 입자의 제조방법에 있어서, 반응물로 사용되는 실리카 입자의 열환원 공정 이후, 산 에칭 공정 이전에 수행되는 후열처리가, 제조된 실리콘 카바이드 입자의 구조 및 형상에 미치는 영향을 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.In the method for producing silicon carbide particles according to the present invention, after the thermal reduction process of silica particles used as a reactant, and before the acid etching process, the effect of post-heat treatment on the structure and shape of the produced silicon carbide particles is confirmed In order to do this, the following experiment was performed.

구체적으로, 실시예 1 내지 4 및 실시예 6 내지 9와 비교시, 열환원 공정 후 공기 중에서 700℃의 온도로 5시간 동안 추가 열처리한 실시예 14 내지 21에서 제조된 입자에 대하여 주사전자현미경 및 투과전자현미경으로 관찰하여 그 결과를 도 20 내지 도 27에 나타내었다. 또한, 제조 조건으로서 추가적으로 후열처리하여 제조된 입자의 구조와 형태를 하기 표 4에 정리하였다.Specifically, in comparison with Examples 1 to 4 and Examples 6 to 9, scanning electron microscopy and It was observed with a transmission electron microscope, and the results are shown in FIGS. 20 to 27 . In addition, the structure and shape of the particles prepared by additional post-heat treatment as manufacturing conditions are summarized in Table 4 below.

도 20 내지 도 27은 실시예 14 내지 21에서 제조된 입자의 (a) 주사전자현미경 사진 및 (b) 투과전자현미경 사진을 나타낸다.20 to 27 show (a) scanning electron micrographs and (b) transmission electron micrographs of the particles prepared in Examples 14 to 21.

실리카 입자의
작용기of silica particles
functional group 실리카 입자의
환원 반응 시간of silica particles
reduction reaction time 환원 반응 후 추가 열처리Additional heat treatment after reduction reaction 제조된 입자manufactured particles 구조rescue 형태shape 실시예 1Example 1 비닐기vinyl 5시간5 hours -- 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 구형(sphere)sphere 실시예 14Example 14 비닐기vinyl 5시간5 hours 700℃에서
5시간 동안
열처리at 700℃
for 5 hours
heat treatment 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 불규칙함irregular 실시예 6Example 6 비닐기vinyl 12시간12 hours -- 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 구형(sphere)sphere 실시예 18Example 18 비닐기vinyl 12시간12 hours 700℃에서
5시간 동안
열처리at 700℃
for 5 hours
heat treatment 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 구형(sphere)sphere 실시예 2Example 2 머캡토기mercaptogi 5시간5 hours -- 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 중공형
(hollow)hollow
(hollow) 실시예 15Example 15 머캡토기mercaptogi 5시간5 hours 700℃에서
5시간 동안
열처리at 700℃
for 5 hours
heat treatment 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 불규칙함irregular 실시예 7Example 7 머캡토기mercaptogi 12시간12 hours -- 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 불규칙함irregular 실시예 19Example 19 머캡토기mercaptogi 12시간12 hours 700℃에서
5시간 동안
열처리at 700℃
for 5 hours
heat treatment 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 불규칙함irregular 실시예 3Example 3 메틸기methyl group 5시간5 hours -- 실리콘 카바이드/실리콘 복합체Silicon Carbide/Silicon Composite 래틀형
(rattle)rattle type
(rattle) 실시예 16Example 16 메틸기methyl group 5시간5 hours 700℃에서
5시간 동안
열처리at 700℃
for 5 hours
heat treatment 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 불규칙함irregular 실시예 8Example 8 메틸기methyl group 12시간12 hours -- 실리콘 카바이드/실리콘 복합체Silicon Carbide/Silicon Composite 구형(sphere)sphere 실시예 20Example 20 메틸기methyl group 12시간12 hours 700℃에서
5시간 동안
열처리at 700℃
for 5 hours
heat treatment 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 중공형
(hollow)hollow
(hollow) 실시예 4Example 4 페닐기phenyl group 5시간5 hours -- 실리콘 카바이드/탄소 복합체Silicon Carbide/Carbon Composite 불규칙함irregular 실시예 17Example 17 페닐기phenyl group 5시간5 hours 700℃에서
5시간 동안
열처리at 700℃
for 5 hours
heat treatment 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 불규칙함irregular 실시예 9Example 9 페닐기phenyl group 12시간12 hours -- 실리콘 카바이드/탄소 복합체Silicon Carbide/Carbon Composite 불규칙함irregular 실시예 21Example 21 페닐기phenyl group 12시간12 hours 700℃에서
5시간 동안
열처리at 700℃
for 5 hours
heat treatment 실리콘 카바이드
단일구조silicon carbide
single structure 불규칙함irregular

도 20 내지 도 27, 및 표 4에 나타낸 바와 같이, 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 금속 환원 공정을 수행하여 열환원시킨 후, 공기 중에서 700℃의 온도로 추가 열처리를 수행하는 경우, 유기 작용기의 종류 및 환원 반응시간에 따라 형성된 실리콘 카바이드 입자의 형태가 다르게 나타났다.As shown in FIGS. 20 to 27 and Table 4, when silica particles having organic functional groups are thermally reduced by performing a metal reduction process, and then additional heat treatment is performed at a temperature of 700° C. in air, types of organic functional groups And the shape of the silicon carbide particles formed according to the reduction reaction time was different.

구체적으로, 5시간 동안 열환원시킨 후, 추가 열처리한 입자의 경우에는 유기 작용기의 종류에 상관없이 산 에칭 과정에서 분해되어 불규칙한 형태의 나노입자가 생성되었다.Specifically, after thermal reduction for 5 hours, in the case of the particles subjected to additional heat treatment, they were decomposed in the acid etching process irrespective of the type of organic functional group to generate irregularly shaped nanoparticles.

그러나, 환원 반응 시간을 12시간으로 증가시킨 후, 추가 열처리한 입자의 경우에는 유기 작용기의 종류에 따라 입자의 형태가 달라지는 것으로 나타났다. 예를 들면, 메틸 작용기를 갖는 실리카 입자가 12시간 환원된 경우, 추가 열처리 과정에서 입자에 포함된 실리콘이 산화되어, 이후 산 에칭 과정을 통해 내부가 녹아있는 중공 입자가 형성되었다. 반면, 비닐 작용기를 갖는 실리카 입자가 12시간 환원된 경우, 추가 열처리 및 산 에칭 후에도 입자의 형태가 구형으로 유지되었으며, 입자의 표면만이 부분적으로 깨지는 것을 확인하였다. 한편, 머캡토 작용기 및 페닐 작용기를 갖는 실리카 입자가 12시간 동안 환원된 경우에는, 추가 열처리 및 산 에칭 과정에서 분해되어 불규칙한 형태의 나노입자가 생성되었다.However, in the case of the particles subjected to additional heat treatment after increasing the reduction reaction time to 12 hours, the shape of the particles was found to vary depending on the type of organic functional group. For example, when silica particles having a methyl functional group were reduced for 12 hours, silicon contained in the particles was oxidized during an additional heat treatment process, and then hollow particles with a melted inside were formed through an acid etching process. On the other hand, when silica particles having a vinyl functional group were reduced for 12 hours, the shape of the particles was maintained in a spherical shape even after additional heat treatment and acid etching, and it was confirmed that only the surface of the particles was partially broken. On the other hand, when silica particles having a mercapto functional group and a phenyl functional group were reduced for 12 hours, they were decomposed during additional heat treatment and acid etching to generate irregularly shaped nanoparticles.

이와 같이, 본 발명은 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 이용하여 금속 촉매를 통한 열환원 공정을 수행하여 실리콘 카바이드를 제조함으로써, 종래의 2000 ℃ 이상의 고온을 필요로 하는 애치슨법에 비하여 낮은 온도에서 실리콘 카바이드를 제조할 수 있고, 특히, 사용되는 실리카 입자의 유기 작용기의 종류, 환원 공정시 반응 시간, 산 에칭 전 열처리 등의 다양한 조건을 제어하여 구형(sphere), 중공형(hollow) 및 래틀형(rattle) 중에서 원하는 구조를 갖도록 실리콘 카바이드 입자를 제조할 수 있으므로, 주형이나 계면활성제가 필요하지 않아 공정이 단순해지므로, 대량생산에 용이하게 사용될 수 있다.As such, the present invention produces silicon carbide by performing a thermal reduction process through a metal catalyst using silica particles having an organic functional group, so that silicon carbide at a lower temperature than the conventional Acheson method requiring a high temperature of 2000 ° C. or higher. In particular, by controlling various conditions such as the type of organic functional group of the silica particles used, the reaction time during the reduction process, and heat treatment before acid etching, sphere, hollow, and rattle type ), since silicon carbide particles can be manufactured to have a desired structure, a template or surfactant is not required, thereby simplifying the process, and thus can be easily used for mass production.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The present invention is not limited to the above embodiments, but can be manufactured in various different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can take other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It will be understood that it can be implemented as Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

10: 코어(core)
20: 쉘(shell)
30: 기공(void)10: core
20: shell
30: void

Claims (17)

유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 제조하는 제1 단계;
상기 제1 단계에서 제조된 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 금속 물질과 혼합하고 열환원시켜 실리콘 카바이드 입자를 제조하는 제2 단계; 및
상기 제2 단계에서 제조된 실리콘 카바이드 입자를 산(acid)을 포함하는 에칭 용액으로 에칭하여 상기 실리콘 카바이드 입자의 구조, 크기 및 형태를 제어하는 제3 단계를 포함하고,
상기 실리콘 카바이드 입자는 실리콘 카바이드 단일구조, 실리콘 카바이드와 실리콘의 복합체 구조, 또는 실리콘 카바이드와 탄소의 복합체 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.A first step of preparing silica particles having an organic functional group;
a second step of preparing silicon carbide particles by mixing the silica particles having an organic functional group prepared in the first step with a metal material and thermal reduction; and
A third step of controlling the structure, size and shape of the silicon carbide particles by etching the silicon carbide particles prepared in the second step with an etching solution containing an acid,
The silicon carbide particles are silicon carbide single structure, silicon carbide and silicon composite structure, or silicon carbide and carbon composite structure, characterized in that having a silicon carbide particle manufacturing method. 제1항에 있어서,
상기 유기 작용기는 비치환되거나, 말단의 수소가 할로겐 원자, 아민기, 니트로기, 머캡토기, 글리시딜옥시기, 술폰기, 수산기, 알데히드기 또는 카르복실기로 치환된, C1-C4 알킬기, 비닐기 또는 C5-C6 아릴기인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.According to claim 1,
The organic functional group is unsubstituted, or hydrogen at the terminal is substituted with a halogen atom, an amine group, a nitro group, a mercapto group, a glycidyloxy group, a sulfone group, a hydroxyl group, an aldehyde group or a carboxyl group, C 1 -C 4 alkyl group, vinyl group Or C 5 -C 6 Method for producing silicon carbide particles, characterized in that the aryl group. 제1항에 있어서,
상기 제1 단계는
물, 염기성 촉매, 및 유기 작용기를 갖는 알콕시실란 화합물을 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 단계;
상기 반응혼합물을 교반하여 가수분해 반응 및 축중합 반응을 수행하여 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 생성시키는 단계; 및
생성된 입자를 여과, 세정 및 건조하여 유기 작용기를 갖는 실리카 입자를 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.According to claim 1,
The first step is
preparing a reaction mixture by mixing water, a basic catalyst, and an alkoxysilane compound having an organic functional group;
generating silica particles having organic functional groups by performing a hydrolysis reaction and a polycondensation reaction by stirring the reaction mixture; and
A method for producing silicon carbide particles, comprising the step of filtering, washing and drying the resulting particles to obtain silica particles having organic functional groups. 제3항에 있어서,
상기 알콕시실란 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.
[화학식 1]
L3-Si-M
(상기 화학식 1에서,
L은 C1~C5의 알콕시기이고,
M은 비치환되거나, 말단의 수소가 할로겐 원자, 아민기, 니트로기, 머캡토기, 글리시딜옥시기, 술폰기, 수산기, 알데히드기 또는 카르복실기로 치환된 C1-C4 알킬기, 비닐기 또는 C5-C6 아릴기이다.)4. The method of claim 3,
The method for producing silicon carbide particles, characterized in that the alkoxysilane compound is a compound represented by the following formula (1).
[Formula 1]
L 3 -Si-M
(In Formula 1,
L is a C 1 ~ C 5 alkoxy group,
M is unsubstituted or a C 1 -C 4 alkyl group, vinyl group or C 5 in which the terminal hydrogen is substituted with a halogen atom, an amine group, a nitro group, a mercapto group, a glycidyloxy group, a sulfone group, a hydroxyl group, an aldehyde group or a carboxyl group -C 6 It is an aryl group.) 제4항에 있어서,
상기 알콕시실란 화합물은 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 머캡토프로필트리메톡시실란, 머캡토프로필트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 및 비닐트리에톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.5. The method of claim 4,
The alkoxysilane compound is phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, mercaptopropyltrimethoxysilane, mercaptopropyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane and at least one selected from the group consisting of vinyltriethoxysilane. 제3항에 있어서,
상기 반응혼합물은 실리콘 알콕사이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.4. The method of claim 3,
The method for producing silicon carbide particles, characterized in that the reaction mixture further comprises a silicon alkoxide. 제3항에 있어서,
상기 염기성 촉매는 트리에틸아민, 암모니아수 및 테트라메틸암모니움하이드록사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.4. The method of claim 3,
The basic catalyst is a method for producing silicon carbide particles, characterized in that any one selected from the group consisting of triethylamine, aqueous ammonia and tetramethylammonium hydroxide. 제1항에 있어서,
상기 금속 물질은 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 나트륨 및 리튬으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.According to claim 1,
The metal material is a method for producing silicon carbide particles, characterized in that any one selected from the group consisting of magnesium, calcium, aluminum, sodium and lithium. 제8항에 있어서,
상기 금속 물질의 형태는 파우더(powder), 조각(turnings), 액체 및 기체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.9. The method of claim 8,
The form of the metal material is a method of manufacturing silicon carbide particles, characterized in that any one selected from the group consisting of powder (powder), pieces (turnings), liquid and gas. 제1항에 있어서,
유기 작용기를 갖는 실리카 입자와 금속 물질의 혼합비율은 몰비로 0.5:1 내지 5:1인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.According to claim 1,
A method for producing silicon carbide particles, characterized in that the mixing ratio of the silica particles having an organic functional group and the metal material is 0.5:1 to 5:1 in molar ratio. 제1항에 있어서,
상기 열환원은 400~1200 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.According to claim 1,
The thermal reduction is a method for producing silicon carbide particles, characterized in that carried out at 400 ~ 1200 ℃. 제1항에 있어서,
상기 산(acid)은 염산, 질산, 황산, 인산, 불산 및 염소산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.According to claim 1,
The acid (acid) is a method for producing silicon carbide particles, characterized in that any one selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid and chloric acid, or a mixture thereof. 제1항에 있어서,
실리카 입자의 유기 작용기가 알킬기인 경우, 상기 실리콘 카바이드 입자는 실리콘 카바이드와 실리콘의 복합체 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.According to claim 1,
When the organic functional group of the silica particle is an alkyl group, the silicon carbide particle is a method for producing a silicon carbide particle, characterized in that it has a composite structure of silicon carbide and silicon. 제1항에 있어서,
실리카 입자의 유기 작용기가 알킬기인 경우, 열환원 반응시간을 조절하여 실리콘 카바이드 입자의 형태를 래틀형(rattle)으로 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.According to claim 1,
When the organic functional group of the silica particles is an alkyl group, a method for producing silicon carbide particles, characterized in that by controlling the thermal reduction reaction time to control the shape of the silicon carbide particles in a rattle shape. 제1항에 있어서,
실리카 입자의 유기 작용기가 머캡토기인 경우, 열환원 반응시간을 조절하여 실리콘 카바이드 입자의 형태를 중공형(hollow)으로 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.According to claim 1,
When the organic functional group of the silica particles is a mercapto group, the method for producing silicon carbide particles, characterized in that by controlling the thermal reduction reaction time to control the shape of the silicon carbide particles to be hollow (hollow). 제1항에 있어서,
상기 제1 단계에서 제조된 유기 작용기를 갖는 실리카 입자는 금속과 혼합되기 전에 열처리하는 단계를 추가적으로 수행하여, 실리카 입자의 유기 작용기가 부분적으로 제거되어 열환원시 형성된 실리콘 카바이드 내의 실리콘 함량을 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.According to claim 1,
The silica particles having organic functional groups prepared in the first step are additionally subjected to a heat treatment step before being mixed with the metal, so that the organic functional groups of the silica particles are partially removed to control the silicon content in the silicon carbide formed during thermal reduction. Method for producing silicon carbide particles, characterized in that. 제1항에 있어서,
상기 제2 단계에서 제조된 실리콘 카바이드 입자는 산 에칭 전에 열처리하는 단계를 추가적으로 수행하여, 입자의 형태 및 구조를 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 입자의 제조방법.According to claim 1,
The silicon carbide particles prepared in the second step are additionally subjected to a heat treatment step before acid etching, thereby controlling the shape and structure of the silicon carbide particles.
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