KR20230039207A - 황화구리 입자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 구리(Cu) 금속 분말, 황(S) 분말 및 수용성 염을 혼합하는 단계와, 상기 구리 금속 분말, 상기 황 분말 및 상기 수용성 염의 혼합물을 반응기에 장입하는 단계와, 상기 반응기에 장입된 상기 구리 금속 분말, 황 분말 및 수용성 염의 혼합물을 가열하여 반응시키는 단계와, 상기 반응기를 서냉시켜 상기 반응에 의해 생성된 황화구리 입자의 핵이 성장되게 하는 단계 및 상기 반응기에서 반응 결과물을 언로딩하는 단계를 포함하는 황화구리 입자의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 비교적 낮은 온도에서 짧은 제조공정 시간으로 제조가 가능하므로 생산 단가의 절감이 가능하고, 수용성 염의 종류, 수용성 염의 혼합 비율, 반응온도, 반응시간, 서냉속도 등을 조절하여 황화구리 입자의 크기를 조절할 수 있다.
Description
본 발명은 황화구리 입자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비교적 낮은 온도에서 짧은 제조공정 시간으로 제조가 가능하므로 생산 단가의 절감이 가능하고, 수용성 염의 종류, 수용성 염의 혼합 비율, 반응온도, 반응시간, 서냉속도 등을 조절하여 황화구리 입자의 크기를 조절할 수 있는 황화구리 입자의 제조방법에 관한 것이다.
황화구리는 전해액, 안료, 살충제, 방부제, 매염제, 전지용 재료, 의약, 반도체 장치 등에 사용될 수 있고, 그 용도가 점차 확대되고 있다.
최근에 황화구리의 적용 분야가 점차 확대되고 있으며, 이에 따라 비교적 낮은 온도에서 짧은 제조공정 시간으로 황화구리를 제조할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 비교적 낮은 온도에서 짧은 제조공정 시간으로 제조가 가능하므로 생산 단가의 절감이 가능하고, 수용성 염의 종류, 수용성 염의 혼합 비율, 반응온도, 반응시간, 서냉속도 등을 조절하여 황화구리 입자의 크기를 조절할 수 있는 황화구리 입자의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, (a) 구리(Cu) 금속 분말, 황(S) 분말 및 수용성 염을 혼합하는 단계와, (b) 상기 구리 금속 분말, 상기 황 분말 및 상기 수용성 염의 혼합물을 반응기에 장입하는 단계와, (c) 상기 반응기에 장입된 상기 구리 금속 분말, 황 분말 및 수용성 염의 혼합물을 가열하여 반응시키는 단계와, (d) 상기 반응기를 서냉시켜 상기 반응에 의해 생성된 황화구리 입자의 핵이 성장되게 하는 단계 및 (e) 상기 반응기에서 반응 결과물을 언로딩하는 단계를 포함하는 황화구리 입자의 제조방법을 제공한다.
상기 수용성 염은 클로라이드(chloride)계 염을 포함할 수 있다.
상기 수용성 염은 LiCl, NaCl, KCl, RbCl 및 CsCl로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 상기 구리 금속 분말과 상기 황 분말은 1:1 내지 1:1.5의 몰비를 이루고, 상기 수용성 염의 함량과 상기 구리 금속 분말과 황 분말의 전체 함량이 5:1 내지 20:1의 중량비를 이루도록 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 (b) 단계 후 상기 (c) 단계 전에, 상기 반응기를 밀봉(sealing) 하고 진공 상태가 되게 하는 것이 바람직하다.
상기 (c) 단계에서, 상기 반응기 내의 온도는 상기 수용성 염의 융점 또는 공융점 보다 높은 710∼1200 ℃가 되게 하는 것이 바람직하다.
상기 서냉은 상기 반응기 내의 온도가 상기 수용성 염의 융점 또는 공융점이 될 때까지 수행하는 것이 바람직하다.
상기 황화구리 입자의 제조방법은, 상기 (e) 단계 후에, 상기 반응 결과물을 증류수로 세정하여 상기 반응 결과물에 잔류하는 수용성 염을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 황화구리 입자의 제조방법은, 상기 (e) 단계 후에, 수득된 황화구리 입자를 분쇄하여 미분화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (e) 단계 후에 수득된 상기 황화구리 입자는, 구리(Cu)과 황(S)을 성분으로 포함하는 단결정 또는 다결정으로서, 헥사고날(hexagonal), 모노클리닉(monoclinic), 큐빅(cubic) 및 오르소롬빅(orthorhombic)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 결정구조를 이루고 있을 수 있다.
상기 (e) 단계 후에 수득된 황화구리 입자는, 구리(Cu) 원소 40∼72 atomic %, 황(S) 원소 27∼58 atomic %, 나트륨(Na) 원소 0∼1.5 atomic %, 칼륨(K) 원소 0∼1.5 atomic %를 성분으로 포함할 수 있다.
상기 (e) 단계 후에 수득된 황화구리 입자는 10㎚∼100㎝의 입자 크기를 가질 수 있다.
본 발명에 의하면, 비교적 낮은 온도에서 짧은 제조공정 시간으로 황화구리 입자의 제조가 가능하므로 생산 단가의 절감이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면, 수용성 염의 종류, 수용성 염의 혼합 비율, 반응온도, 반응시간, 서냉속도 등을 조절하여 황화구리 입자의 크기를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 공정이 간단하여 재현성이 높으며, 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명에 의해 제조된 황화구리 입자는 단결정 또는 다결정으로서, 헥사고날(hexagonal), 모노클리닉(monoclinic), 큐빅(cubic) 및 오르소롬빅(orthorhombic)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 결정구조를 이루고 있을 수 있으며, 결정구조에 따라 특징적인 밴드갭을 가진다.
본 발명에 의해 제조된 황화구리 입자는 항균성을 가지는 무기 소재로서, 섬유나 필터에 분말 형태로 혼입되어 균을 사멸시키는 역할을 기대할 수 있다. 일 예로, 항균 마스크, 공기청정기용 필터, 차량용 공기 필터 등에 적용이 가능하고, 의복류에도 항균기능성 제품으로 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 의해 제조된 황화구리 입자는 전해액, 안료, 살충제, 방부제, 매염제, 전지용 재료, 의약, 반도체 장치, 배터리 등에도 사용될 수가 있다.
도 1은 실험예 1에 따라 제조된 황화구리 입자의 모습을 보여주는 도면이다.
도 2 내지 도 7은 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자를 보여주는 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이다.
도 8 내지 도 12는 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) 1차 분석 결과를 보여주기 위해 도시한 도면이다.
도 13 내지 도 17은 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 EDS 2차 분석 결과를 보여주기 위해 도시한 도면이다.
도 18은 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 X-선회절(XRD; X-ray diffraction) 패턴을 보여주는 도면이다.
도 19는 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 UV-Vis(Ultraviolet-Visible)를 보여주는 그래프이다.
도 20은 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 Tauc Plot을 보여주는 그래프이다.
도 2 내지 도 7은 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자를 보여주는 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이다.
도 8 내지 도 12는 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) 1차 분석 결과를 보여주기 위해 도시한 도면이다.
도 13 내지 도 17은 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 EDS 2차 분석 결과를 보여주기 위해 도시한 도면이다.
도 18은 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 X-선회절(XRD; X-ray diffraction) 패턴을 보여주는 도면이다.
도 19는 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 UV-Vis(Ultraviolet-Visible)를 보여주는 그래프이다.
도 20은 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 Tauc Plot을 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
발명의 상세한 설명 또는 청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 황화구리 입자의 제조방법은, (a) 구리(Cu) 금속 분말, 황(S) 분말 및 수용성 염을 혼합하는 단계와, (b) 상기 구리 금속 분말, 상기 황 분말 및 상기 수용성 염의 혼합물을 반응기에 장입하는 단계와, (c) 상기 반응기에 장입된 상기 구리 금속 분말, 황 분말 및 수용성 염의 혼합물을 가열하여 반응시키는 단계와, (d) 상기 반응기를 서냉시켜 상기 반응에 의해 생성된 황화구리 입자의 핵이 성장되게 하는 단계 및 (e) 상기 반응기에서 반응 결과물을 언로딩하는 단계를 포함한다.
상기 수용성 염은 클로라이드(chloride)계 염을 포함할 수 있다.
상기 수용성 염은 LiCl, NaCl, KCl, RbCl 및 CsCl로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 상기 구리 금속 분말과 상기 황 분말은 1:1 내지 1:1.5의 몰비를 이루고, 상기 수용성 염의 함량과 상기 구리 금속 분말과 황 분말의 전체 함량이 5:1 내지 20:1의 중량비를 이루도록 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 (b) 단계 후 상기 (c) 단계 전에, 상기 반응기를 밀봉(sealing) 하고 진공 상태가 되게 하는 것이 바람직하다.
상기 (c) 단계에서, 상기 반응기 내의 온도는 상기 수용성 염의 융점 또는 공융점 보다 높은 710∼1200 ℃가 되게 하는 것이 바람직하다.
상기 서냉은 상기 반응기 내의 온도가 상기 수용성 염의 융점 또는 공융점이 될 때까지 수행하는 것이 바람직하다.
상기 황화구리 입자의 제조방법은, 상기 (e) 단계 후에, 상기 반응 결과물을 증류수로 세정하여 상기 반응 결과물에 잔류하는 수용성 염을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 황화구리 입자의 제조방법은, 상기 (e) 단계 후에, 수득된 황화구리 입자를 분쇄하여 미분화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (e) 단계 후에 수득된 상기 황화구리 입자는, 구리(Cu)과 황(S)을 성분으로 포함하는 단결정 또는 다결정으로서, 헥사고날(hexagonal), 모노클리닉(monoclinic), 큐빅(cubic) 및 오르소롬빅(orthorhombic)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 결정구조를 이루고 있을 수 있다.
상기 (e) 단계 후에 수득된 황화구리 입자는, 구리(Cu) 원소 40∼72 atomic %, 황(S) 원소 27∼58 atomic %, 나트륨(Na) 원소 0∼1.5 atomic %, 칼륨(K) 원소 0∼1.5 atomic %를 성분으로 포함할 수 있다.
상기 (e) 단계 후에 수득된 황화구리 입자는 10㎚∼100㎝의 입자 크기를 가질 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 황화구리(Copper sulfide) 입자의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
구리 금속 분말(copper metal powder), 황 분말(sulfur powder) 및 수용성 염을 혼합한다. 이에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
구리 금속 분말과 황 분말을 혼합한다. 상기 구리 금속 분말과 상기 황 분말은 1:1 내지 1:1.5의 몰비로 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 구리 금속 분말과 상기 황 분말의 몰비를 제어하여 합성되는 황화구리 입자의 성분, 크기 등을 조절할 수가 있다. 상기 구리 금속 분말은 10㎚∼1㎝의 평균 입경을 갖는 분말인 것이 바람직하다. 상기 황 분말은 10㎚∼10㎝의 평균 입경을 갖는 분말인 것이 바람직하다.
구리 금속 분말과 황 분말의 혼합물과 수용성 염(Salt)을 혼합한다. 상기 수용성 염(Salt)과 상기 구리 금속 분말과 황 분말의 혼합물은 5:1 내지 20:1의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 수용성 염은 클로라이드(chloride)계 염인 것이 바람직하다. 상기 수용성 염은 LiCl, NaCl, KCl, RbCl 및 CsCl로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 수용성 염의 종류, 수용성 염의 혼합비율 등을 제어하여 합성되는 황화구리 입자의 크기, 성분 등을 조절할 수가 있다.
구리 금속 분말, 황 분말 및 수용성 염(Salt)의 혼합물을 반응기에 장입(로딩) 한다. 상기 구리 금속 분말, 황 분말 및 수용성 염의 혼합물을 상기 반응기에 넣은 후, 밀봉(sealing)하고 진공 상태가 되게 하는 것이 바람직하다. 배기펌프 등을 이용하여 배기하여 상기 반응기 내의 압력이 100 torr 이하(예컨대, 1×10-3∼1×102 torr)가 되게 하여 진공 상태가 되게 하는 것이 바람직하다.
상기 반응기 내의 구리 금속 분말, 황 분말 및 수용성 염(Salt)의 혼합물을 가열하여 반응시킨다. 상기 반응기 내의 온도는 상기 수용성 염의 융점(melting point)(예컨대, 605∼801℃ 정도) 또는 공융점(eutectic point) 보다 높은 온도, 예컨대 710∼1200 ℃ 정도가 되게 하는 것이 바람직하다. LiCl은 605∼614℃의 융점을 갖고, NaCl은 801℃의 융점을 가지며, KCl은 770℃의 융점을 갖고, RbCl은 718℃의 융점을 가지며, CsCl은 626℃의 융점을 가진다. 수용성 염으로 LiCl, NaCl, KCl, RbCl 및 CsCl로 이루진 군으로부터 선택된 2종 이상의 염을 혼합하여 사용하는 경우에는 공융점이 있다. 반응온도(수용성 염의 융점 또는 공융점 보다 높은 온도)까지는 1∼50 ℃/min 정도의 승온속도로 상승시키는 것이 바람직하다. 반응온도(수용성 염의 융점 또는 공융점 보다 높은 온도)에서 1∼96 시간, 더욱 바람직하게는 6∼72 시간, 더욱 바람직하게는 12∼48 동안 유지하여 반응이 일어나게 하는 것이 바람직하다. 상기 수용성 염의 융점 또는 공융점 보다 높은 온도(반응온도)에서 구리 금속 분말, 황 분말 및 수용성 염이 반응되어 황화구리 입자의 핵(nucleus)이 생성되게 된다. 반응온도를 제어하여 합성되는 황화구리 입자의 크기를 조절할 수가 있다. 또한, 반응시간을 제어하여 합성되는 황화구리 입자의 크기를 조절할 수가 있다.
상기 반응기를 서냉 시킨다. 상기 반응기는 상기 수용성 염의 융점 또는 공융점 정도까지 서서히 냉각하는 것이 바람직하다. 상기 서냉에 의해 황화구리 입자의 핵이 성장되게 된다. 서냉속도는 0.1∼20 ℃/hr 정도인 것이 바람직하다. 서냉속도를 제어하여 합성되는 황화구리 입자의 크기를 조절할 수가 있다.
상기 반응기를 상기 수용성 염의 융점 또는 공융점보다 낮은 온도(예컨대, 실온)로 냉각하고, 생성물을 반응기에서 언로딩(unloading) 한다.
상기 생성물에 함유된 수용성 염을 제거한다. 예컨대, 생성물을 증류수에 담그거나 증류수로 세정하는 등의 방법으로 남아있는 수용성 염을 제거할 수 있다. 수용성 염은 증류수에 용해되며, 반응 생성된 황화구리 입자는 불용성으로 증류수에 용해되지 않는다.
생성물을 증류수에 담그거나 하는 방법으로 수용성 염을 제거한 경우에, 불용성 입자(황화구리 입자)를 여과(filtering)하여 선택적으로 분리해내고 건조한다. 상기 건조는 60∼150℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
상술한 방법으로 제조된 황화구리 입자를 분쇄하여 미분화할 수도 있다. 상기 분쇄는 유발, 볼밀(ball milling), 제트밀(jet milling) 등의 방법을 이용할 수 있으며, 분쇄 방법에 제한이 있는 것은 아니다.
이렇게 제조된 황화구리 입자는 구리(Cu)과 황(S)을 성분으로 포함하는 단결정 또는 다결정으로서, 헥사고날(hexagonal), 모노클리닉(monoclinic), 큐빅(cubic) 및 오르소롬빅(orthorhombic)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 결정구조를 이루고 있을 수 있으며, 결정구조에 따라 특징적인 밴드갭을 가진다.
상기 황화구리 입자는, 구리(Cu) 원소 40∼72 atomic %, 황(S) 원소 27∼58 atomic %, 나트륨(Na) 원소 0∼1.5 atomic %, 칼륨(K) 원소 0∼1.5 atomic %를 성분으로 포함할 수 있다. 상기 황화구리 입자는 다양한 조성 편차를 가지는 단결정 또는 다결정의 형태로 생성될 수 있다. 예로, CuXS(여기서, X는 1.0∼1.4), CuXS(여기서, X는 1.4∼1.9), Cu2S 등의 조성 편차에 의해 결정구조도 다른 형태의 결정으로 생성된다.
황화구리 입자의 크기는 10㎚∼100㎝ 정도일 수 있다. 구리 금속 분말과 황 분말의 몰비, 수용성 염의 종류, 수용성 염의 혼합 비율, 반응온도, 반응시간, 서냉속도 등을 조절하여 황화구리 입자의 크기를 조절할 수 있다.
본 발명에 의하면, 비교적 낮은 온도에서 짧은 제조공정 시간으로 제조가 가능하므로 생산 단가의 절감이 가능하다.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실험예 1>
구리(Cu) 금속 분말, 황(S) 분말, 그리고 수용성 염인 NaCl과 KCl의 혼합염을 준비하였다. 상기 NaCl과 KCl의 혼합염은 NaCl과 KCl이 1.5:1의 몰비로 혼합된 염이다.
구리 금속 분말과 황(S) 분말을 1:1의 몰비로 혼합하고, 여기에 NaCl과 KCl의 혼합염을 혼합하였다. 구리 금속 분말과 황(S)의 혼합물과 NaCl과 KCl의 혼합염은 1:5의 중량비로 혼합하였다.
구리 금속 분말, 황(S) 분말 및 수용성 염의 혼합물을 반응기에 장입(로딩) 하였다. 상기 구리 금속 분말, 황(S) 분말 및 수용성 염의 혼합물을 상기 반응기에 넣은 후, 밀봉(sealing)하고 진공 상태가 되게 하였다. 배기펌프를 이용하여 배기하여 상기 반응기 내의 압력이 1×10-2 torr 정도가 되게 하여 진공 상태가 되게 하였다.
상기 반응기 내의 구리 금속 분말, 황(S) 분말 및 수용성 염의 혼합물을 가열하여 반응시켰다. 상기 반응기 내의 온도는 1000 ℃ 정도가 되게 하는 것이 바람직하다. 반응온도까지는 10 ℃/min 정도의 승온속도로 상승시켰다. 반응온도에서 24 시간 동안 유지하여 반응이 일어나게 하였다.
상기 반응기를 700℃ 정도가 될 때까지 서냉 시켰다. 서냉속도는 5 ℃/hr 정도 였다.
상기 반응기를 실온으로 냉각하고, 생성물을 반응기에서 언로딩 하였다.
상기 생성물에 함유된 수용성 염을 제거하였다. 상기 생성물을 증류수에 담그는 방법으로 남아있는 수용성 염을 제거하였다.
불용성 입자(황화구리 입자)를 여과(filtering)하여 선택적으로 분리해내고 건조하여 황화구리 입자를 수득하였다. 상기 건조는 80℃ 정도의 온도에서 수행하였다.
<실험예 2>
황화구리 입자를 유발로 1시간 동안 분쇄하여 황화구리 입자를 미분화하였다.
도 1은 실험예 1에 따라 제조된 황화구리 입자의 모습을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 실험예 1에 따라 제조된 황화구리 입자는 구형의 입자로서 직경이 약 1㎝ 정도였다.
도 2 내지 도 7은 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자를 보여주는 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이다.
도 8 내지 도 12는 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) 1차 분석 결과를 보여주기 위해 도시한 도면이다.
표 1 및 표 2는 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 EDS 1차 분석 결과를 나타낸다.
| Spectrum Label | Spectrum 8 (Atomic %) |
Spectrum 5 (Atomic %) |
Spectrum 6 (Atomic %) |
Spectrum 7 (Atomic %) |
| Na | 0.08 | 0.00 | 0.00 | 0.60 |
| S | 36.09 | 30.99 | 32.50 | 43.19 |
| Cl | 4.25 | 0.00 | 0.00 | 11.87 |
| K | 0.24 | 0.02 | 0.00 | 0.81 |
| Cu | 59.34 | 68.99 | 67.50 | 43.53 |
| Total | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Statistics | Na(Atomic %) | S(Atomic %) | Cl(Atomic %) | K(Atomic %) | Cu(Atomic %) |
| Max | 0.60 | 43.19 | 11.87 | 0.81 | 68.99 |
| Min | 0.00 | 30.99 | 4.25 | 0.00 | 43.53 |
| Average | 0.17 | 35.69 | 0.27 | 59.84 | |
| Standard Deviation | 0.29 | 5.44 | 0.38 | 11.67 |
표 1, 표 2, 도 8 내지 도 12를 참조하면, 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 조성을 확인한 결과, 구리(Cu) 원소는 평균 59.84 atomic %, 황(S) 원소는 평균 35.69 atomic %, 나트륨(Na) 원소는 평균 0.17 atomic %, 칼륨(K) 원소는 평균 0.27 atomic %를 이루고 있는 것으로 확인되었다.
도 13 내지 도 17은 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) 2차 분석 결과를 보여주기 위해 도시한 도면이다.
표 3 및 표 4는 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 EDS 2차 분석 결과를 나타낸다.
| Spectrum Label | Spectrum 1 (Atomic %) |
Spectrum 2 (Atomic %) |
Spectrum 3 (Atomic %) |
Spectrum 4 (Atomic %) |
| Na | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.63 |
| S | 34.06 | 40.53 | 37.05 | 37.26 |
| K | 0.01 | 0.20 | 0.17 | 0.69 |
| Cu | 65.93 | 59.27 | 62.78 | 61.42 |
| Total | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Statistics | Na(Atomic %) | S(Atomic %) | K(Atomic %) | Cu(Atomic %) |
| Max | 0.63 | 40.53 | 0.69 | 65.93 |
| Min | 0.00 | 34.06 | 0.01 | 59.27 |
| Average | 0.16 | 37.22 | 0.27 | 62.35 |
| Standard Deviation | 0.31 | 2.64 | 0.29 | 2.79 |
표 3, 표 4, 도 13 내지 도 17을 참조하면, 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 조성을 확인한 결과, 구리(Cu) 원소는 평균 62.35 atomic %, 황(S) 원소는 평균 37.22 atomic %, 나트륨(Na) 원소는 평균 0.16 atomic %, 칼륨(K) 원소는 평균 0.29 atomic %를 이루고 있는 것으로 확인되었다.
도 18은 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 X-선회절(XRD; X-ray diffraction) 패턴을 보여주는 도면이다.
도 18을 참조하면, 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자는 헥사고날(Hexagonal), P63/mmc(194)(JCPDS #15-0658) 구조를 가지는 것으로 확인되었다.
도 19는 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 UV-Vis(Ultraviolet-Visible)를 보여주는 그래프이다.
도 19를 참조하면, UV-Vis 측정 결과, 500~650nm 사이의 강한 흡수 피크(peak)가 보이며, 측정된 전 영역에서 고루 파장이 흡수됨을 확인하였다.
도 20은 실험예 2에 따라 미분화된 황화구리 입자의 Tauc Plot을 보여주는 그래프이다.
도 20을 참조하면, Tauc plot 결과, 합성된 황화구리(Copper sulfide)는 약 0.4eV의 밴드갭(band gap)을 가지는 것으로 판단된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
Claims (12)
- (a) 구리(Cu) 금속 분말, 황(S) 분말 및 수용성 염을 혼합하는 단계;
(b) 상기 구리 금속 분말, 상기 황 분말 및 상기 수용성 염의 혼합물을 반응기에 장입하는 단계;
(c) 상기 반응기에 장입된 상기 구리 금속 분말, 황 분말 및 수용성 염의 혼합물을 가열하여 반응시키는 단계;
(d) 상기 반응기를 서냉시켜 상기 반응에 의해 생성된 황화구리 입자의 핵이 성장되게 하는 단계; 및
(e) 상기 반응기에서 반응 결과물을 언로딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 황화구리 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 수용성 염은 클로라이드(chloride)계 염을 포함하는 것을 특징으로 하는 황화구리 입자의 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 수용성 염은 LiCl, NaCl, KCl, RbCl 및 CsCl로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 황화구리 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계에서,
상기 구리 금속 분말과 상기 황 분말은 1:1 내지 1:1.5의 몰비를 이루고,
상기 수용성 염의 함량과 상기 구리 금속 분말과 황 분말의 전체 함량이 5:1 내지 20:1의 중량비를 이루도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 황화구리 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계 후 상기 (c) 단계 전에,
상기 반응기를 밀봉(sealing) 하고 진공 상태가 되게 하는 것을 특징으로 하는 황화구리 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계에서,
상기 반응기 내의 온도는 상기 수용성 염의 융점 또는 공융점 보다 높은 710∼1200 ℃가 되게 하는 것을 특징으로 하는 황화구리 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 서냉은 상기 반응기 내의 온도가 상기 수용성 염의 융점 또는 공융점이 될 때까지 수행하는 것을 특징으로 하는 황화구리 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (e) 단계 후에,
상기 반응 결과물을 증류수로 세정하여 상기 반응 결과물에 잔류하는 수용성 염을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 황화구리 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (e) 단계 후에,
수득된 황화구리 입자를 분쇄하여 미분화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 황화구리 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 황화구리 입자는,
구리(Cu)과 황(S)을 성분으로 포함하는 단결정 또는 다결정으로서,
헥사고날(hexagonal), 모노클리닉(monoclinic), 큐빅(cubic) 및 오르소롬빅(orthorhombic)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 결정구조를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 황화구리 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (e) 단계 후에 수득된 황화구리 입자는,
구리(Cu) 원소 40∼72 atomic %, 황(S) 원소 27∼58 atomic %, 나트륨(Na) 원소 0∼1.5 atomic %, 칼륨(K) 원소 0∼1.5 atomic %를 성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 황화구리 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (e) 단계 후에 수득된 황화구리 입자는 10㎚∼100㎝의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 황화구리 입자의 제조방법.
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