WO2015199459A1 - 수중방전을 이용한 구리 나노입자와 나노잉크의 제조방법 - Google Patents

수중방전을 이용한 구리 나노입자와 나노잉크의 제조방법 Download PDF

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WO2015199459A1
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copper
electrode
discharge
aqueous solution
synthesizing
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PCT/KR2015/006485
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English (en)
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Inventor
홍용철
김강일
허진영
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한국기초과학지원연구원
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/14—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes using electric discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/52—Electrically conductive inks

Definitions

  • the present invention relates to a method for synthesizing nano copper particles through an plasma discharge in an aqueous solution containing a copper precursor, and to a method for preparing nano ink using the synthesized particles.
  • printed electronic technology using metal nano inks is expected to lead the electronics industry by being able to manufacture wirings without using a conventional semiconductor process and by manufacturing electronic circuits on flexible substrates.
  • Nanoparticle synthesis which has been developed in the related art, focuses on silver and gold, but there are problems in that raw materials are expensive and ion migration and aggregation occur in printed electronics.
  • the method of synthesizing copper nanoparticles has been reported to replace silver or gold nanoparticles, but there is a problem that mass production is difficult due to the use of chemicals or high energy consumption and low environmental pollution and economic efficiency.
  • underwater plasma discharge refers to a technique for generating underwater plasma by underwater electric discharge.
  • such underwater plasma discharge is widely used to improve the water quality.
  • it is used directly or indirectly in ballast water, ultrapure water production, seawater desalination, and the like.
  • the generation path of the underwater plasma varies.
  • the voltage applied to the electrode inserted into the water is so large that the near electric field dissociates the water molecules and ionizes until the plasma is generated due to the high-voltage discharge being discharged, creating a bubble between the two electrodes and forming a high electric field.
  • discharging there is a method of forming a boundary layer (bubble) filled with water vapor on the surface of the electrode by raising the temperature of the surface of the electrode to the boiling point while flowing through the electrode into which the electrolytic ions are inserted in the electrolyte, and discharging in the bubble.
  • the inventors have come to devise and discover new applications of underwater plasma discharges in accordance with the needs of these industries.
  • the present invention aims at synthesizing copper nanoparticles using underwater discharge and manufacturing nanoinks for printed electronics to solve the above problems.
  • the present invention provides a method of making copper nanoparticles using energy generated by underwater discharge without using a chemical reducing agent in aqueous solution as a starting material of a metal precursor.
  • An object of the present invention is to mass-produce copper nanoparticles for printed electronics having an eco-friendly and economical nano size at room temperature and atmospheric pressure without using chemicals or high energy such as radiation or electron beam.
  • the present invention comprises the steps of preparing an aqueous solution comprising a copper precursor; And it provides a method for synthesizing copper, comprising the step of plasma discharge in the aqueous solution.
  • a method of generating an underwater plasma by applying a high voltage to an electrode inserted in water to dissociate or ionize water molecules around the electrode;
  • An underwater plasma generation method in which a bubble is formed between two electrodes inserted in water, and an electric field is formed to discharge the bubble;
  • the plasma discharge method may be various methods using conventional AC, DC, pulse, RF, microwave, and the like.
  • the pulse underwater discharge or the capillary plasma discharge may be a method in which pulse power is supplied and discharged, and the pulse supply may be, for example, by an apparatus including a pulse generator and a pulse discharge unit.
  • the pulse generator may include a first electrode; A second electrode surrounding the first electrode with the first electrode as a virtual central axis; Capacitors whose ends are electrically connected to the first electrode and the second electrode, respectively, arranged in parallel to be spaced apart from each other in a circumferential direction radially from the first electrode; An electrical supply source connected to an input terminal of the first electrode and configured to supply electrical energy for charging the capacitors; And a switch unit connected to an output terminal of the first electrode to discharge pulse energy accumulated in the capacitors through the output terminal.
  • the capacitor is characterized in that arranged in a plurality of rows along the longitudinal direction of the first electrode.
  • the plurality of second electrodes may be formed in a bar shape in which a plurality of second electrodes are radially spaced about the first electrode and connected to each of the capacitors.
  • the pulse discharge unit may include a metal tip electrically connected to an output terminal of the pulse generator; And a dielectric electrode surrounding the metal tip.
  • the pulse discharge unit may include a metal tip electrically connected to an output end of the pulse generator; And a dielectric tube surrounding the metal tip, the dielectric tube protruding by a predetermined length from the end of the metal tip.
  • the material of the quick tip of the electrode is tungsten, platinum or molybdenum, and the material of the dielectric tube is alumina or teflon.
  • the aqueous solution may include an organic solvent.
  • the aqueous solution may be water alone or a mixture of water and organic solvent.
  • the organic solvent may include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol.
  • the copper precursor is copper cyanide (Cu (CN) 2 ), copper oxalic acid (Cu (COO) 2 ), copper acetic acid (CuCOOCu), copper carbonate (CuCO 3 ), cupric chloride (CuCl 2 ), chloride 1 It may be at least one selected from the group consisting of copper (CuCl), copper sulfate (CuSO 4 ), and copper nitrate (Cu (NO 3 ) 2 ).
  • Copper is reduced from the copper precursor by the plasma discharge in water, and the copper particles reduced under the influence of the discharge have a weak positive charge.
  • the aqueous solution includes an OH scavenger, and the antioxidant may be one or more selected from the group consisting of D-mannitol, N-acetyl-cysteine and N-methyl-2-pyrrolidone.
  • the OH scavenger inhibits oxidation of copper atoms by OH radicals in the aqueous solution generated during plasma discharge.
  • the size of the copper nanoparticles can be controlled by controlling the pulse width.
  • the width of the resulting copper particles can be increased by increasing the pulse width, and the width of the resulting copper particles can be reduced by narrowing the width.
  • the present invention provides an ink manufacturing method comprising nano-copper particles comprising immersing copper nano-particles adsorbed on the metal or ion exchange filter in the ink composition.
  • the metal or ion exchange filter to which the copper nanoparticles are adsorbed is immersed in the ink composition, the nanoparticles are naturally separated and dispersed in the ink composition due to the dispersing force of the nanoparticles.
  • the ink composition includes an organic solvent, a surfactant, and a dispersant for inhibiting copper oxidation so as to easily disperse the nanoparticles and inhibit contact with oxygen.
  • the organic solvent may be at least one selected from the group consisting of alcohol compounds, ether compounds, and ketone compounds.
  • the alcohol compound is methanol, ethanol, isopropanol, trivalent butanol, trivalent amyl alcohol, mary glycol, butoxy ethanol, methoxypropanol, methoxypropoxypropanol, ethylonglytol, water-soluble oligomer of ethylene glycol, propylene glycol And propylene glycol.
  • the ether compound may be one or more compounds selected from ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, and glycerol ether.
  • the ketone compound may be one or more compounds selected from acetone and methylethylketone dioxane.
  • the surfactant may be at least one selected from polyoxyethylene oleamine amine ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, and polyoxyethylene oleyl polyethylene glycol distearate.
  • the dispersant may be at least one selected from polydimethylsilane, alkylester ammonium salt of forsteric acid, and alkylolammonium salt of polyacrylic acid.
  • the present invention is a first aqueous solution receiving portion; A discharge part in fluid communication with the first aqueous solution accommodating part, the discharge part having a width smaller than a horizontal inner width of the first accommodating part; A second aqueous solution accommodating part connected in fluid communication with the discharge part and positioned opposite to the first accommodating part and having a width greater than a transverse inner width of the discharge part; An aqueous solution sequentially containing the copper precursor flowing through the first aqueous solution receiving part, the discharge part and the second aqueous solution receiving part; And a pair of electrodes applied to two opposite surfaces of the discharge unit.
  • the invention includes a Venturi nozzle type copper synthesis system, wherein at least two 17 venturi nozzle type copper synthesis apparatus are connected in series parallel to the flow direction of the aqueous solution.
  • the method for synthesizing the copper nanoparticles of the present invention has the effect of not requiring a chemical reducing agent.
  • the present invention provides a novel use of the underwater plasma method.
  • the present invention is capable of mass-producing copper nanoparticles for printed electronics having an eco-friendly and economical nano size at room temperature and atmospheric pressure without using chemicals or high energy such as radiation or electron beam.
  • 1 is a flow chart illustrating the method of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a detailed configuration of a pulse circuit unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of a half-wave rectifying circuit unit 108 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 illustrates a pulse discharge electrode 400 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates a capillary discharge electrode 500 according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a photograph showing the appearance of the aqueous copper nanoparticles synthesized through the present invention.
  • Figure 9 is a photograph showing the appearance of the aqueous copper nanoparticles synthesized through the present invention.
  • FIG. 10 is a photograph for confirming the concentration of copper nanoparticles synthesized for each discharge time.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a Venturi nozzle type copper synthesizing apparatus.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a copper synthesis system in which a Venturi nozzle type copper synthesis apparatus is connected in series.
  • FIG. 14 is a configuration diagram showing the configuration of the pulse power supply unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a plan view illustrating the arrangement of the capacitor of FIG. 1.
  • FIG. 16 is a plan view illustrating another example of the second electrode in FIG. 2.
  • 17 is a configuration diagram showing the configuration of a pulse power supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a configuration diagram illustrating a configuration of a pulse power supply apparatus according to another embodiment of the second electrode of FIG. 4.
  • 19 is a graph showing the particle size according to the pulse width.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating the method of the present invention.
  • Ink production method comprising the nanoparticles and nanoparticles of the present invention, preparing a copper precursor aqueous solution (S1); Synthesizing the nanoparticles using an underwater discharge in the prepared aqueous solution (S2); Recovering the copper nanoparticles generated by the underwater discharge (S3); And dispersing the recovered nanoparticles in a digital printing ink composition including a hydrophilic organic solvent and an aqueous dispersant (S4).
  • Pulse power supply system as an embodiment for underwater plasma discharge of the present invention includes a power supply, a voltage amplifier, a pulse circuit and a pulse discharge.
  • a power supply for a detailed description thereof, refer to Republic of Korea Application No. 10-2011-0056077, this patent application is incorporated herein as it is.
  • the underwater discharge electrode of the present invention may be by half-wave rectification.
  • the system includes a power supply, a voltage amplifier, a half-wave rectifier circuit and a capillary discharge.
  • a power supply for a detailed description thereof, refer to Republic of Korea Application No. 10-2011-0056077, this patent application is incorporated herein as it is.
  • FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of a half-wave rectifying circuit unit 108 according to an embodiment of the present invention. As shown, the half wave rectifier circuit 108 according to one embodiment of the present invention includes one or more half wave rectifier circuits 300.
  • the half-wave rectifier circuit 300 includes two diodes D1 and D2 and two capacitors C1 and C2, and rectifies the AC power amplified by the voltage amplifier 104. Generate a half-wave rectified signal.
  • the half-wave rectified signal is preferably a negative half-wave rectified signal having a negative voltage.
  • the negative half-wave rectified signal when configuring the negative half-wave rectified signal in this way, when supplying a positive half-wave rectified signal or an unrectified AC signal to a capillary discharge electrode to be described later. In comparison, wear of the capillary discharge electrode can be minimized.
  • the structure of the half-wave rectifier circuit 300 described above is also illustrative, and the present invention is not necessarily limited thereto, and any circuit may be any half-wave rectifier circuit of the present invention as long as it is a circuit capable of generating the rectified signal required by the present invention. Note that it can be used as 300.
  • the pulse circuit unit includes one or more high voltage pulse generation circuits 200.
  • the number of such high voltage pulse generation circuits 200 is determined according to the number of pulse discharge electrodes provided in the pulse discharge unit.
  • Each of the high voltage pulse generation circuits 200 includes a capacitor C having one end connected to a first output terminal of the voltage amplifier, a diode D having one end connected to a second output terminal of the voltage amplifier 104, and one end of the diode.
  • the resistor (R) connected to the other end of (D) and the switch (S) connected to the other end of the capacitor (C) and the other end of the capacitor (C), wherein the ground (Ground) is the capacitor (C) It is connected to one end of.
  • the AC power introduced into the high voltage pulse generation circuit 200 through the first output terminal and the second output terminal is accumulated in the capacitor C, and the charge accumulated in the capacitor C is switched by the switch S.
  • the switch S is formed in an air gap structure, and the air gap is usually maintained in an insulated state, but when the amount of charge accumulated in the capacitor C is greater than or equal to a predetermined amount, the insulated state is broken to output a high voltage pulse.
  • charges accumulated in the capacitor C are concentrated and discharged within a short time (about 90 nS or less), thereby obtaining a large energy in a short time.
  • the switch S has an air gap structure, even if a plurality of high voltage pulse generation circuits 200 are provided, the phenomenon of load concentration in one place can be prevented, thereby generating an effective discharge.
  • the above-described high voltage pulse generation circuit 200 is an exemplary embodiment, and the present invention is not necessarily limited thereto, and any circuit may be used as long as it can generate the high voltage pulse required by the present invention. Note that it can be used as 200.
  • the pulse power supply system 1400 includes a first electrode 1410, a second electrode 1420, a capacitor 1430, a switch unit 1440, and an electricity supply source 1450. Each is connected via a transmission line.
  • the first electrode 1410 has a bar shape as an anode, an upper input terminal is connected to the electricity supply source 1450, and a lower output terminal is connected to the switch unit 1440.
  • the first electrode 1410 is positioned on the central axis of the second electrode 1420 and the capacitor 1430 to easily focus the pulse energy accumulated in the capacitors 1430. ) Structure.
  • the second electrode 1420 surrounds the first electrode 1410 using the first electrode 1410 as a virtual center axis as a cathode.
  • the second electrode 1420 has a cylindrical tube shape in which both ends thereof are opened and the first electrode 1410 is wrapped around the first electrode 1410.
  • the second electrode 1420 has a conical tube or a biconical tube in which the conical tube is symmetrically connected to the second tube 1420 such that the capacitor 1430 is centered on the first electrode 1410.
  • the structure can be connected radially disposed in the circumferential direction can be applied in various ways.
  • an embodiment of the case of a biconical tube shape among other embodiments of the second electrode 1420 will be described later.
  • the ground portion of the second electrode 1420 is connected to the power ground portion 1451 of the electricity supply source 1450 to expedite the discharge.
  • the capacitor 1430 is positioned inside the second electrode 1420, and both ends thereof are electrically connected to the first electrode 1410 and the second electrode 1420, respectively, and the first electrode 1410. ) Are arranged parallel to the radial axis and spaced apart from each other along the circumferential direction.
  • the pulse power supply unit 1400 since the pulse power supply unit 1400 has a parallel connection structure in which the sum of the capacities of the capacitors 1430 is the total capacitance, a large amount of pulse energy can be obtained by the combination of the capacitors 1430. .
  • the capacitors 1430a and 1430b are stacked in a plurality of columns along the length direction of the first electrode 1410, thereby obtaining more capacitance.
  • the capacitors 1430 may be arranged in different columns so as to form a more compact structure by reducing the overall length of the capacitors 1430a and 1430b. It is preferable that they are arranged in mutual zigzag.
  • the switch unit 1440 is connected to the output terminal of the first electrode 1410 so that the pulse energy accumulated in the capacitor 1430 is discharged through the output terminal.
  • the switch unit 1440 may be a gas discharge switch having a long lifespan by briefly enduring a high current and a high voltage, but is not limited thereto.
  • the trigger trigger switch TVS (Triggered Vacuum Sw.), Various switches such as a vacuum rotary arc gap (VRAG), an ignitron switch, a thyratron switch, and the like may be applied.
  • the electricity supply source 1450 is connected to an input terminal of the first electrode 1410 and the second electrode 1420, respectively, and serves to supply electrical energy to charge the capacitors 1430 from the outside.
  • the electrical supply source 1450 may be a known capacitor charging device that can achieve the charging of the capacitor 1430, a detailed description thereof will be omitted.
  • the pulse power supply unit 1400 may further include a resistor for limiting the magnitude of the current input to the capacitor 1430, and also to convert the pulse into a form suitable for the load of the pulse It may further include a configuration such that it can be subjected to compression or molding.
  • the second electrode 1420 may be provided with a cover that is detachably coupled to both open sides to protect the first electrode 1410 and the capacitor 1430 therein, the cover and the second
  • the detachable structure of the electrode 1420 may be applied to various detachable coupling structures such as snap and thread methods.
  • FIG. 16 is a view showing another embodiment of the second electrode 1420a.
  • a plurality of the second electrodes 1420a have a bar shape and are arranged radially spaced about the first electrode. And are connected to each of the capacitors 1430a and 1430b.
  • the ground portion of the second electrode 1420a is provided for each of the second electrodes 1420a, and likewise, the power ground portion 1451 of the electricity supply 1450 for rapid discharge. Is preferred.
  • the pulse power supply units 1400 and 1400b include the capacitors 1430 connected radially in parallel in the circumferential direction and at the centers of the second electrodes 1420 and 1420a and the capacitors 1430.
  • the first electrode 1410 By arranging the first electrode 1410, a low inductance and a high capacitor 1430 capacitance may be obtained.
  • a pulse power supply apparatus 1500 may include a first capacitor bank 1510a, a switch unit 1440, an electricity supply 1550, and a second Capacitor bank 1510b.
  • the switch unit 1440 and the electricity supply 1450 are substantially the same as the configuration of FIG. 14, a detailed description thereof will be omitted.
  • the same reference numerals as used in FIG. 14 represent the same configuration. .
  • the configuration will be described with emphasis on the configuration of FIG. 14.
  • the first capacitor bank 1510a includes a first electrode 1410, a second electrode 1420 surrounding the first electrode 1410 with the first electrode 1410 as a virtual center axis, Both ends of the capacitor are electrically connected to the first electrode 1410 and the second electrode 1420, respectively, and are arranged in parallel to be spaced apart from each other in the circumferential direction with the first electrode 1410 as a central axis. 1430).
  • the second capacitor bank 1510b includes a third electrode 1411 having an input terminal connected to the switch 1440 and an output terminal connected to a load, and a virtual central axis of the third electrode 1411.
  • the fourth electrode 1421 surrounding the third electrode 1411, and both ends thereof are electrically connected to the first electrode 1410 and the second electrode 1420, respectively, and the first electrode 1410.
  • the capacitors 1430 are arranged in parallel to be spaced apart from each other in the circumferential direction radially with respect to the central axis.
  • the third electrode 1411, the fourth electrode 1421, and the capacitors 1430 of the second capacitor bank 1510b may have a first electrode 1410, a second electrode 1420, and the like. Since the capacitor 1430 is substantially the same as the configuration of the capacitor, a detailed description thereof will be omitted.
  • first capacitor bank 1510a and the second capacitor bank 1510b have the same structure, respectively, but this is a preferred embodiment in various configurations such as combining the configuration of Figure 1 and Figure 3 Of course, it can be applied.
  • the first electrode 1410 and the third electrode 101 are preferably arranged coaxially with each other. This is because the focusing of the pulse power (plasma) at the load is easy when the first electrode 1410 and the third electrode 1411 are arranged coaxially with each other.
  • the first capacitor bank 1510a serves as a main capacitor
  • the second capacitor bank 1510b serves as a peak capacity. If the structures of the first capacitor bank 1510a and the second capacitor bank 1510b are the same, the capacities of the first capacitor bank 1510a and the second capacitor bank 1510b are theoretically the same, but are in the middle of transmission. In consideration of loss and speed, the capacity of the first capacitor bank 1510a may be equal to or larger than the capacity of the second capacitor bank 1510a.
  • the pulse power supply apparatus 1500 is designed using a pulse power supply unit 1400 including the first capacitor bank 1510a and the switch unit 1440 as one module, and the required capacity and the like. It can be configured in various ways by selectively connecting according to.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a pulse power supply apparatus 1500b illustrating another embodiment of the second electrode 1420 and the fourth electrode 1421 of FIG. 4.
  • the pulse power supply apparatus 1500b is formed such that the second electrode 1420a and the fourth electrode 1421a have a bar shape instead of a cylindrical tube shape, and thus the first electrode 1410 and the third electrode 1411. Are arranged radially about).
  • Reference numeral 1400b denotes a pulse power supply unit
  • 1511a and 1511b denote a first capacitor bank and a second capacitor bank, respectively.
  • the pulse power supply apparatus 1500b is a case in which both the second electrode 1420a and the fourth electrode 1421a are formed in a bar shape, but this is an embodiment.
  • the second electrode 1420a and the fourth electrode 1421a may have a cylindrical tube shape and a bar shape simultaneously.
  • the pulse power supply apparatuses 1500 and 1500b supply power to the main capacitor bank from the electricity supply source 1450 to charge energy to the main capacity and to switch the switch unit 1440.
  • the peak capacity of the pulse power supply apparatuses 1500 and 1500b does not require a separate switch.
  • the pulse power supply units 1500 and 1500b include two capacitor banks, and various types of pre ionization (eg, uv generation) when a high voltage and a fast pulse of a peak capacitor are charged.
  • pre ionization eg, uv generation
  • Corona discharge, dvd discharge arc discharge for the purpose of making the load on the rod can be induced to uniform uniform (Uniform) discharge on the rod.
  • the pulsed discharge portion includes one or more pulsed discharge electrodes 400, wherein the pulsed discharge electrode 400 includes a metal tip 402 and a dielectric tube 404.
  • the metal tip 402 is electrically connected to an output terminal of the pulse generator, for example, the pulse output terminal of the high voltage pulse generator circuit 200 of FIG. 2 or the output terminal of the first electrode of FIG. 14. It may be made of tungsten material.
  • Dielectric tube 404 is configured to enclose a metal tip 402.
  • the dielectric tube 404 is preferably made of a material resistant to wear, and may be formed of, for example, Teflon. have.
  • the capillary discharge portion includes one or more capillary discharge electrodes 500, wherein the capillary discharge electrode 500 includes a metal tip 502 and a dielectric tube 504.
  • the metal tip 502 is electrically connected to a power supply, such as the output terminal of the pulsed power supply or rectification system illustrated above, and may be made of a metal material, for example tungsten material.
  • the dielectric tube 504 is configured to surround the metal tip 502 and protrudes by a predetermined length d from the end of the metal tip 502. That is, the end portion of the metal tip 502 in the capillary discharge electrode 500 is formed to enter the inside of the dielectric tube 504 by d.
  • d is 2 mm is illustrated, but the present invention is not limited thereto, and the d may be appropriately determined in consideration of the micro bubbles formed in the dielectric tube 504 and the discharge effect generated in the micro bubbles.
  • Such dielectric tube 504 may be made of, for example, alumina.
  • the plasma discharge process in the capillary discharge electrode 500 having the above configuration is as follows. As the voltage (
  • the microbubble becomes stronger as the intensity of Joule heat generated by the surface discharge inside the dielectric tube 504 is caused by a restricted current inside the dielectric tube 504. Is pushed toward the inlet of the dielectric tube 504, and the microbubble changes its shape from circular to elliptical. In addition, when the shape of the micro bubbles becomes elliptical, the contact area between the micro bubbles and the dielectric tube 504 is widened as shown in the drawing, and thus, the intensity of Joule heating received by the micro bubbles is also increased.
  • the pulse discharge system and pulse electrode described above were prepared.
  • the tip 502 of the electrode was tungsten and the dielectric 504 surrounding the electrode tip was a quartz tube.
  • the solution was placed in a bath equipped with the pulse electrode and the ground electrode located therein, and a pulse voltage was applied in the solution.
  • the discharge time was 10 minutes and the applied voltage was 160 kV pp .
  • the concentration of copper nanoparticles synthesized for each discharge time can be confirmed as shown in FIG. 10.
  • the synthesized aqueous solution OH scavenger was added and the adsorption of copper nanoparticles was induced using a metal plate (iron plate). As shown in FIG. 11, copper nanoparticles synthesized through TEM analysis can be identified.
  • the present invention provides a copper synthesis apparatus and a copper synthesis system capable of performing efficient nano copper synthesis through underwater discharge.
  • the copper synthesizing apparatus of the present invention has a venturi tube shape. Reference is made to FIG. 12.
  • the device comprises a first aqueous solution receiving portion 101; A discharge part 102 connected in fluid communication with the first aqueous solution accommodating part and having a width smaller than a horizontal inner width of the first accommodating part; A second aqueous solution accommodating part 103 connected in fluid communication with the discharging part and positioned opposite to the first accommodating part and having a width greater than a transverse inner width of the discharging part; And a pair of electrodes applied to two facing surfaces of the discharge unit and a voltage applying device 200 for applying a voltage to the two electrodes.
  • the copper precursor aqueous solution is sequentially configured to flow through the first aqueous solution accommodating part, the discharge part, and the second aqueous solution accommodating part.
  • the first aqueous solution receiver may be a cylindrical tube.
  • the aqueous solution containing a copper precursor is accommodated inside.
  • the aqueous solution is configured to flow into the discharge portion fluidly connected to one side of the first aqueous solution receiving portion in the longitudinal direction.
  • the discharge portion may be a cylindrical tube.
  • the discharge part is connected to the first aqueous solution receiving part and the second aqueous solution receiving part respectively in fluid communication with both sides in the longitudinal direction.
  • the discharge part is configured to receive an aqueous solution from the first aqueous solution accommodating part and to drain the aqueous solution to the second aqueous solution accommodating part.
  • the discharge part includes a pair of electrodes facing each other, and a voltage is applied to the two electrodes so that an underwater discharge is generated in the discharge part. 12 and 13, the longitudinal direction means the longitudinal direction of the cylinder and the flow direction of the aqueous solution, the transverse direction means the vertical direction of the longitudinal direction.
  • the second aqueous solution receiver may be a cylindrical tube. It is one side in the longitudinal direction of the discharge portion and is connected in fluid communication with the discharge portion opposite to the first aqueous solution receiving portion. An aqueous discharged aqueous solution is introduced into the second aqueous solution accommodating part to accommodate the synthesized nano copper particles.
  • the present invention provides a Venturi nozzle type copper synthesis system, in which two or more Venturi nozzle type copper synthesis devices are connected in series parallel to the flow direction of the aqueous solution, as illustrated in FIG. 13.

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Abstract

본 발명은 나노 입자 및 나노 입자를 포함하는 잉크 제조 방법을 제공하며, 구리 전구체 수용액을 제조하는 단계(S1); 상기 제작된 수용액에 수중방전을 이용하여 나노 입자를 합성하는 단계(S2); 수중방전으로 생성된 구리 나노 입자를 회수하는 단계(S3); 회수된 나노 입자를 친수성 유기용매 및 수계분산제가 포함된 디지털프린팅용 잉크 조성물에 분산하여 나노잉크를 합성하는 단계(S4)를 포함한다.

Description

수중방전을 이용한 구리 나노입자와 나노잉크의 제조방법
본 발명은 구리 전구체를 포함하는 수용액에 플라즈마 방전을 통해 나노 구리 입자를 합성하는 방법, 이렇게 합성된 입자를 활용하여 나노잉크를 제조하는 방법에 관한 것이다.
나노 세라믹 분말 제조 기술에 관한 연구는 많이 진행되어 왔지만 나노 금속 분말의 경우 강한 반응성에 의한 취급의 어려움 때문에 연구가 아직 활발하지 못한 실정이다. 금속 소재는 분말의 크기를 계속 줄여가면 표면에너지의 증가로 분말이 불안정하게 되고 대기 중에서 보관할 경우 표면이 계속 산화되므로 불안정한 상태이다.
또한 금속 나노 잉크를 이용한 인쇄전자 기술은 기존의 반도체 공정을 사용하지 않고 배선의 제작이 가능하며 유연한 기판 위에 전자회로를 제작 가능하여 앞으로 전자산업을 주도할 것으로 예측된다.
종래에 개발되고 있는 나노입자 합성법은 은이나 금에 초점이 맞추어져 있는데 인쇄전자에 적용하기에는 원자재의 값이 비싸고 이온 이동 및 응집 등이 발생하는 문제점이 있다. 은이나 금 나노 입자를 대체하기 위하여 구리 나노입자를 합성하는 방법들이 보고되었으나 화학물질을 사용하거나 에너지소모가 높아 환경오염의 문제와 경제성이 낮아 대량생산이 어려운 문제점이 있다.
한편, 수중 플라즈마 방전은 수중 전기 방전에 의해 수중 플라즈마가 발생하도록 하는 기술을 의미한다. 일반적으로 이러한 수중 플라즈마 방전은 수질 개선을 위해 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 선박평형수, 초순수 제조, 해수 담수화 등에 직접적 혹은 간접적으로 사용된다.
수중 플라즈마의 생성 경로는 다양하다. 수중에 삽입되어 있는 전극에 인가되는 전압이 매우 커서 근방전기장이 물분자를 해리시키고 이온화까지되어 방전이 되는 고전압 방전에 따른 수중 플라즈마 발생, 두개의 전극 사이에 기포를 만들어 넣고 높은 전기장을 형성시켜 기포 내를 방전시키는 경우, 전해질 속에서 전해 이온이 삽입된 전극에 흐르면서 전극의 표면의 온도를 비등점까지 올려 전극표면에 수증기로 찬 경계층 (버블)을 형성시키고 버블 내에 방전을 시키는 방법 등이 있다.
이러한 수중 플라즈마 방전은, 플라즈마의 잠재성에 기초하여, 산업의 다양화와 더불어 수많은 분야에서 효과적인 대처를 위한 응용이 기대되고 있다.
본 발명자는 이러한 산업의 요구에 따라 수중 플라즈마 방전의 새로운 응용을 착안하고 발견하기에 이르렀다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 수중 방전을 이용하여 구리 나노입자를 합성하고 인쇄전자용 나노잉크를 제작하는데 목적을 두고 있다.
본 발명은 금속전구체를 출발 물질로 수용액상태에서 화학적 환원제를 사용하지 않고 수중방전에 의해서 발생되는 에너지를 이용하여 구리 나노 입자를 만드는 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 화학물질이나 방사선 또는 전자빔과 같은 고에너지를 사용하지 않고 상온, 상압에서 친환경적이고 경제적으로 나노 크기를 가지는 인쇄전자용 구리 나노 입자를 대량 생산하는데 그 목적이 있다.
일 측면에 있어서, 본 발명은, 구리 전구체를 포함하는 수용액을 준비하는 단계; 및 상기 수용액에 플라즈마 방전을 하는 단계를 포함하는, 구리를 합성하는 방법을 제공한다.
상기 플라즈마 방전은,
- 수중에 삽입되어 있는 전극에 고압 전압을 인가하여 상기 전극 주위 물분자를 해리거나 이온화시키는, 수중 플라즈마 발생 방법;
- 수중에 삽입되어 있는 두 개의 전극 사이에 기포를 형성시키고, 전기장을 형성시켜 기포 내를 방전시키는 수중 플라즈마 발생 방법;
- 수중에 삽입되어 있는 전극의 표면의 온도를 비등점까지 올려 전극표면에 버블을 형성시키고 버블 내에 방전을 시키는 방법;
- 펄스 수중 플라즈마 방전; 또는
- 모세관 플라즈마 방전을 포함한다.
플라즈마 방전 방식은, 통상의 교류, 직류, 펄스, RF, 마이크로웨이브 등을 이용한 다양한 방식일 수 있다.
상기 펄스 수중 방전 또는 모세관 플라즈마 방전에는 펄스 전력이 공급되어 방전되는 방식일 수 있고, 펄스 공급은, 일 예로서, 펄스 생성부 및 펄스 방전부를 포함하는 장치에 의할 수 있다.
일 예로서, 상기 펄스 생성부는, 제1전극; 상기 제1전극을 가상의 중심축으로 하여 상기 제1전극을 둘러싸는 제2전극; 양단이 상기 제1전극과 상기 제2전극에 각각 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극을 중심축으로 하여 방사상으로 원주 방향을 따라 서로 이격되게 병렬 배치되는 커패시터들; 상기 제1전극의 입력단에 연결되어 상기 커패시터들을 충전시키는 전기에너지를 공급하도록 구성된 전기공급원; 및 상기 제1 전극의 출력단과 연결되어 상기 커패시터들에서 축적된 펄스에너지가 상기 출력단을 통해 방전되도록 하는 스위치부를 포함하는, 펄스파워공급 유닛일 수 있다. 이 유닛에서, 상기 커패시터는, 상기 제1전극의 길이방향을 따라 복수개의 열로 적층 배열됨을 특징으로 한다. 또한, 상기 제2 전극은, 복수개로 상기 제1전극을 중심으로 방사상으로 이격되게 배치되고 상기 커패시터 각각과 연결되는 바(bar) 형상으로 형성됨을 특징으로 할 수 있다.
상기 펄스 방전부는 상기 펄스 생성부의 출력단과 전기적으로 연결된 금속 팁; 및 상기 금속 팁을 둘러싸는 유전체 튜브를 포함하는 방전 전극일 수 있다. 또는 다른 예로서, 펄스 방전부는 상기 펄스 생성부의 출력단과 전기적으로 연결되는 금속 팁; 및 상기 금속 팁을 둘러싸며, 상기 금속 팁의 끝 단 보다 일정 길이만큼 돌출되는 유전체 튜브를 포함하는 모세관 방전 전극일 수 있다.
상기 전극의 급속 팁의 재질은 텅스텐, 백금 또는 몰리브덴이고, 상기 유전체 튜브의 재질은 알루미나 또는 테플론(teflon)이다.
상기 수용액은 유기용매를 포함할 수 있다. 수용액은 물 단독 또는 물 및 유기용매의 혼합물일 수 있다. 유기용매는, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌클리콜을 포함할 수 있다.
상기 구리 전구체는, 시안화동(Cu(CN)2), 구리옥살산(Cu(COO)2), 구리아세트산(CuCOOCu), 구리탄산염(CuCO3), 염화제2구리(CuCl2), 염화제1구리(CuCl), 황산구리(CuSO4), 및 질산구리(Cu(NO3)2)로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 수중 플라즈마 방전에 의해 구리 전구체로부터 구리가 환원되며 방전의 영향으로 환원된 구리 입자는 약한 양전하를 띤다.
상기 수용액은 OH 스캐빈져를 포함하며, 상기 산화방지제는, D-만니톨, N-아세틸-시스테인 및 N-메틸-2-피롤리돈로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 상기 OH 스캐빈져는 플라즈마 방전 시 발생되는 수용액 내의 OH 라디칼에 의한 구리 원자의 산화를 억제한다.
상기 플라즈마 방전 단계 이후, 상기 수용액에 금속 또는 이온 교환 필터를 담궈 구리 나노 입자를 수집하는 단계를 포함한다. 양전하를 띠는 구리 나노 입자를 금속 또는 이온 교환 필터에 흡착되며 전기적으로 중성이 된다.
상기 플라즈마 방전은 펄스 수중 플라즈마 방전인 경우, 펄스 폭을 제어하여 구리 나노 입자의 크기를 제어할 수 있음을 특징으로 한다. 펄스 폭을 크게하여 생성 구리 입자의 크기를 크게 할 수 있으며, 그 폭을 좁게하여 생성 구리 입자의 폭을 작게 할 수 있다.
다른 측면으로서, 본 발명은 상기 금속 또는 이온 교환 필터에 흡착된 구리 나노 입자를 잉크 조성물에 담구는 단계를 포함하는 나노 구리 입자를 포함하는 잉크 제조 방법을 제공한다. 구리 나노 입자가 흡착되어 있는 금속 또는 이온 교환필터를 잉크 조성물에 담그면 나노입자의 분산력으로 인해 자연스럽게 나노 입자가 분리되어 잉크 조성물에 분산된다.
상기 잉크 조성물은 나노 입자의 분산이 용이하며 산소와의 접촉을 억제하도록 구리 산화 억제용 유기물 용매, 계면활성제 및 분산제를 포함한다.
상기 유기물 용매는, 알코올 화합물, 에테르 화합물 및 케톤 화합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 알코올 화합물은, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 3가 부탄올, 3가 아밀 알코올, 메리 클리콜, 부톡시 에탄올, 메톡시프로판올, 메톡시프로폭시프로판올, 에틸론글리톨, 에틸렌글리콜의 수용성 올리고머, 프로필렌글리콜 및 프로필렌글리콜로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 에테르 화합물은, 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 디메틸에테르, 프로필렌글리콜 디메틸에테르, 및 글리세롤 에테르로부터 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있다.
상기 케톤 화합물은, 아세톤 및 메틸에틸케톤 디옥산으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있다.
상기 계면 활성제는, 폴리옥시에틸렌 올레인아민 에테르, 포리옥시에틸렌 라우릴에테르, 포리옥시에틸렌 스테아릴에테르, 및 폴리옥시에틸렌올레일포리에틸렌글리콜 디스테아레이트로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 분산제는, 폴리디메틸실란, 포리에스터산 알킬올암모늄염 및 포리아크릴산 알킬올암모늄염으로부터 선택되는 하나 이상임일 수 있다.
다른 측면으로서, 본 발명은 제1 수용액수용부; 상기 제1 수용액수용부와 유체 소통가능하게 연결되어 있고 상기 제1수용부의 가로방향 내부 너비보다 작은 너비를 가지는 방전부; 상기 방전부와 유체 소통가능하게 연결되어 있고 상기 제1수용부의 반대편에 위치하며 상기 방전부의 가로방향 내부 너비보다 큰 너비를 가지는 제2 수용액수용부; 순차적으로 상기 제1수용액수용부, 상기 방전부 및 상기 제2 수용액수용부를 흐르고 구리전구체를 포함하는 수용액; 및 상기 방전부의 마주보는 두 면에 인가되는 한쌍의 전극을 포함하는 벤츄리 노즐형 구리 합성 장치를 제공한다.
또 다른 측면으로서, 본 발명은 둘 이상의 제17항의 벤츄리 노즐형 구리 합성 장치가 상기 수용액의 유동 방향에 평행하게 직렬로 연결된, 벤츄리 노즐형 구리 합성 시스템을 포함한다.
본 발명의 구리 나노 입자의 합성 방법은, 화학적 환원제를 필요로 하지 않는 효과가 있다.
본 발명은 수중 플라즈마 방법의 새로운 용도를 제공함에 있다.
본 발명은 화학물질이나 방사선 또는 전자빔과 같은 고에너지를 사용하지 않고 상온, 상압에서 친환경적이고 경제적으로 나노 크기를 가지는 인쇄전자용 구리 나노 입자를 대량 생산가능하다.
도 1은 본 발명의 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 회로부의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반파 정류 회로부(108)의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 방전 전극(400)을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모세관 방전 전극(500)을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명을 통해 합성된 구리 나노 입자 수용액 모습을 보여주는 사진이다.
도 7은 수중방전을 이용하여 합성된 구리 나노 입자의 사진이다.
도 8은 도 7에서 합성된 구리나노입자의 EDX 분석결과이다.
도 9는 본 발명을 통해 합성된 구리 나노 입자 수용액 모습을 보여주는 사진이다.
도 10은 방전 시간 별로 합성된 구리나노입자의 농도를 확인할 수 있는 사진이다.
도 11은 합성된 구리나노입자 TEM 사진이다.
도 12는 벤츄리 노즐형 구리 합성 장치를 예시하는 도면이다.
도 13은 벤츄리 노즐형 구리 합성 장치가 직렬로 연결된 구리 합성 시스템을 예시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 펄스파워 공급유닛의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 15는 도 1의 커패시터의 배열을 나타내는 평면도이다.
도 16은 도 2에서 제2전극의 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 17는 본 발명의 실시예에 따른 펄스파워 공급장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 18는 도 4의 제2전극의 다른 실시예에 따른 펄스파워 공급장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 19는 펄스 폭에 따른 입자 크기를 볼 수 있는 그래프 결과이다.
도 1은 본 발명의 방법을 설명하는 순서도이다. 본 발명의 나노 입자 및 나노 입자를 포함하는 잉크 제조 방법은, 구리 전구체 수용액을 제조하는 단계(S1); 상기 제작된 수용액에 수중방전을 이용하여 나노 입자를 합성하는 단계(S2); 수중방전으로 생성된 구리 나노 입자를 회수하는 단계(S3); 회수된 나노 입자를 친수성 유기용매 및 수계분산제가 포함된 디지털프린팅용 잉크 조성물에 분산하여 나노잉크를 합성하는 단계(S4)를 포함한다.
[수중 플라즈마 방전을 위한 방전 시스템]
본 발명의 수중 플라즈마 방전을 위한 일 실시예로서의 펄스 파워 공급 시스템은, 전원공급부, 전압증폭부, 펄스회로부 및 펄스방전부를 포함한다. 이에 대한 자세한 설명은 대한민국 출원번호 제 10-2011-0056077호가 참조되면 이 특허 출원은 본원에 그대로 통합되어 있다.
1. 반파 정류 공급부
일 예로서 본 발명의 수중 방전 전극, 예를 들어, 모세관 전극시스템은, 반파 정류에 의할 수 있다. 이 시스템은 전원공급부, 전압증폭부, 반파 정류 회로부 및 모세관방전부를 포함한다. 이에 대한 자세한 설명은 대한민국 출원번호 제 10-2011-0056077호가 참조되면 이 특허 출원은 본원에 그대로 통합되어 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반파 정류 회로부(108)의 상세 구성을 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반파 정류 회로부(108)는 하나 이상의 반파 정류 회로(300)를 포함한다.
반파 정류 회로(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 다이오드(D1, D2) 및 2개의 캐패시터(C1, C2)로 이루어지며, 전압 증폭부(104)에서 증폭된 교류 전원을 정류하여 반파 정류 신호를 생성한다. 이때 상기 반파 정류 신호는 음의 전압을 가지는 네거티브 반파 정류 신호인 것이 바람직하며, 이와 같이 네거티브 반파 정류 신호를 구성할 경우, 포지티브 반파 정류 신호 또는 정류되지 않은 교류 신호를 후술할 모세관 방전 전극에 공급할 때에 비해 상기 모세관 방전 전극의 마모를 최소화할 수 있다.
한편, 상술한 반파 정류 회로(300)의 구조 또한 예시적인 것으로서 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에서 필요로 하는 정류 신호를 생성할 수 있는 회로이면 어떠한 회로라도 본 발명의 반파 정류 회로(300)로 사용될 수 있음에 유의한다.
2. 펄스 파워 생성부1
본 발명의 펄스 파워 생성의 일 예로서, 상기 펄스회로부의 상세 구성은 도 2가 참조 될 수 있다. 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 회로부는 하나 이상의 고전압 펄스 생성 회로(200)를 포함하였다. 이와 같은 고전압 펄스 생성 회로(200)의 개수는 펄스 방전부에 구비되는 펄스 방전 전극의 개수에 따라 정해진다.
각각의 고전압 펄스 생성 회로(200)는, 일단이 전압 증폭부의 제1출력단과 연결되는 캐패시터(C), 일단이 전압 증폭부(104)의 제2출력단과 연결되는 다이오드(D), 일단이 다이오드(D)의 타단과 연결되는 저항(R) 및 일단이 캐패시터(C)의 타단 및 저항(R)의 타단과 연결되는 스위치(S)를 포함하고 있으며, 이때 접지(Ground)는 캐패시터(C)의 일단과 연결되어 있다.
이와 같은 구조를 가짐에 따라, 상기 제1출력단 및 제2출력단을 통하여 고전압 펄스 생성 회로(200)로 유입된 교류 전원은 캐패시터(C)에 축적되며, 캐패시터(C)에 축적된 전하는 스위치(S)에 의하여 주기적으로 방전되어 펄스 신호가 생성된다. 스위치(S)는 에어갭 구조로 생성되며, 상기 에어갭은 평소에는 절연 상태를 유지하다가, 캐패시터(C)에 축적된 전하량이 일정량 이상이 되면 상기 절연 상태가 깨어져서 고전압 펄스를 출력하게 된다. 이와 같은 구조를 가질 경우 캐패시터(C)에 축적된 전하는 짧은 시간(약 90nS 이내)내에 집중되어 방전되므로 짧은 시간 안에 큰 에너지를 얻을 수 있다. 또한 스위치(S)가 에어갭 구조를 가질 경우 고전압 펄스 생성 회로(200)가 복수 개 구비되더라도 한 곳에 부하가 집중되는 현상을 방지할 수 있어 효과적인 방전을 발생시킬 수 있다.
한편, 상술한 고전압 펄스 생성 회로(200)는 예시적인 것으로서 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에서 필요로 하는 고전압 펄스를 생성할 수 있는 회로이면 어떠한 회로라도 본 발명의 고전압 펄스 생성 회로(200)로 사용될 수 있음에 유의한다.
3. 펄스 파워 공급부2
펄스 파워 공급 시스템의 또 다른 예로서, 도 14 및 도 15가 참조 된다. 본 발명의 실시예에 따른 펄스파워 공급시스템(1400)은, 제1전극(1410), 제2전극(1420), 커패시터(1430), 스위치부(1440), 및 전기공급원(1450)을 포함하며, 각각은 전송선(Transmission line)을 통하여 접속 연결되어 있다.
상기 제1전극(1410)는, 애노드(anode)로서 바형상이며, 상측의 입력단으로는 상기 전기공급원(1450)과 연결되고, 하측의 출력단으로는 상기 스위치부(1440)가 연결되어 있다.
상기 제1전극(1410)은, 후술되는 바와 같이 상기 제2전극(1420)과 상기 커패시터(1430)들의 중심축 상에 위치하여 상기 커패시터(1430)들에서 축적된 펄스 에너지가 용이하게 포커싱(focusing) 되는 구조로 되어 있다.
상기 제2전극(1420)은, 캐소드(Cathode)로서 상기 제1전극(1410)을 가상의 중심축으로 하여 상기 제1전극(1410)을 둘러싸고 있다. 상세하게, 상기 제2전극(1420)은 도시된 바와 같이 양단부가 개방되고 상기 제1전극(1410)을 중심축으로 하여 상기 제1전극(1410)을 감싸는 원통관 형상으로 되어 있다. 하지만, 이는 바람직한 실시예로 상기 제2전극(1420)은 상기한 원통관 외에 원뿔관 또는 상기한 원뿔관이 대칭되게 연결된 쌍원뿔관 등 상기 커패시터(1430)가 상기 제1전극(1410)을 중심으로 방사상으로 원주방향을 따라 배치되어 연결될 수 있는 구조라면 다양하게 적용가능하다. 여기서, 상기 제2전극(1420)의 다른 실시예 중 쌍원뿔관 형상일 경우에 대한 실시예는 후술하기로 한다.
한편, 상기 제2전극(1420)의 접지부는 방전을 신속하게 하기 위하여 상기 전기공급원(1450)의 파워접지부(1451)에 연결하는 것이 바람직하다.
상기 커패시터(1430)는, 상기 제2전극(1420)의 내부에 위치하여 양단이 상기 제1전극(1410)과 상기 제2전극(1420)에 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 제1전극(1410)을 중심축으로 하여 방사상으로 원주방향을 따라 서로 이격되게 병렬(Parallel) 배치되어 있다.
이에 따라, 상기 펄스파워 공급유닛(1400)은 상기 커패시터(1430)들 각각의 용량 합이 전체 용량이 되는 병렬 연결구조로 되어 있기 때문에 상기 커패시터(1430)들의 조합으로 대용량의 펄스 에너지를 얻을 수 있다.
나아가, 상기 커패시터(1430a,1430b)는 상기 제1전극(1410)의 길이방향을 따라 복수 개의 열로 적층 배열되어, 보다 많은 용량을 얻을 수 있다. 여기서, 상기한 바와 같이 커패시터(1430a,1430b)가 복수 개의 열로 적층 배열되는 경우 상기 커패시터(1430)는, 전체 길이를 줄여 보다 컴팩트 구조를 이룰 수 있도록 서로 다른 열에 배치되는 상기 커패시터(1430a,1430b) 끼리 상호 지그재그로 배열되는 것이 바람직하다.
상기 스위치부(1440)는, 상기 제1전극(1410)의 출력단과 연결되어 상기 커패시터(1430)에서 축적된 펄스에너지가 상기 출력단을 통해 방전되도록 한다. 여기서, 상기 스위치부(1440)는, 순간적으로 높은 전류와 고전압을 견디어 수명이 긴 가스방전형의 스위치를 적용될 수 있지만, 이에 한정하지는 않으며 이 외트리거 스파크갭 스위치, TVS(Triggered Vacuum Sw.), VRAG(Vacuum Rotary Arc Gap), 이그나이트론(Ignitron) 스위치, 사이래트론(Thyratron) 스위치 등 다양한 스위치가 적용될 수 있음은 물론이다.
상기 전기공급원(1450)은, 상기 제1전극(1410)의 입력단과 상기 제2전극(1420)에 각각 연결되어 외부에서 상기 커패시터(1430)들을 충전시키는 전기에너지를 공급하는 역할을 한다. 상기한 전기공급원(1450)은 상기 커패시터(1430)의 충전을 이룰 수 있는 공지의 커패시터 충전장치를 적용할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 펄스파워 공급유닛(1400)은, 도시하지 않았지만 상기 커패시터(1430)에 입력되는 전류의 크기를 제한하는 저항을 더 구비할 수 있으며, 또한 펄스를 부하에 적합한 형태로 변환하기 위하여 펄스의 압축이나 성형을 거칠 수 있도록 하는 구성 등을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 제2전극(1420)은 개방된 양측에 착탈 가능하게 결합하여 내부의 상기 제1전극(1410)과 상기 커패시터(1430)들을 보호하는 커버를 구비할 수 있으며, 상기 커버와 상기 제2전극(1420)의 착탈구조는 스냅식 및 나사산 방식 등 착탈 가능한 다양한 결합구조를 적용할 수 있다.
도 16은 제2전극(1420a)의 다른 실시예를 나타낸 도면으로 도면을 참조하면, 상기 제2전극(1420a)은 바(bar) 형상으로 복수 개가 상기 제1전극을 중심으로 방사상으로 이격되게 배치되고 상기 커패시터(1430a,1430b) 각각과 연결되어 있다. 한편, 이러한 경우 도시 하지 않았지만 상기 제2전극(1420a)의 접지부는 상기 각 제2전극(1420a) 각각에 대하여 구비되며, 마찬가지로 방전을 신속하게 하기 위하여 상기 전기공급원(1450)의 파워접지부(1451)에 연결하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 상기 펄스파워 공급유닛(1400,1400b)은, 상기 커패시터(1430)들이 방사상으로 원주방향을 따라 병렬 연결되고 상기 제2전극(1420,1420a)과 상기 커패시터(1430)들의 중심에 제1전극(1410)을 배치하여, 낮은 인덕턴스와 높은 커패시터(1430) 용량을 얻을 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 펄스파워 공급장치에 대하여 살펴보기로 한다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 펄스파워 공급장치(1500)는, 제1커패시터 뱅크(Capacitor bank;1510a)와, 스위치부(1440)와, 전기공급원(1550)과, 제2커패시터 뱅크(1510b)를 포함한다.
여기서, 상기 스위치부(1440) 상기 전기공급원(1450)은 도 14의 구성과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 하며, 도 17의 구성에서 도 14과 동일한 참조부호의 구성은 동일한 구성을 나타낸다. 이하에서는 도 14과 대별되는 구성을 중점적으로 하여 살펴보기로 한다.
상기 제1커패시터 뱅크(1510a)는, 제1전극(1410)과, 상기 제1전극(1410)을 가상의 중심축으로 하여 상기 제1전극(1410)을 둘러싸는 제2전극(1420)과, 양단이 상기 제1전극(1410)와 상기 제2전극(1420)에 각각 전기적으로 연결되고, 상기 제1전극(1410)을 중심축으로 하여 방사상으로 원주 방향을 따라 서로 이격되게 병렬 배치되는 커패시터(1430)들을 포함한다.
상기 제2커패시터 뱅크(1510b)는, 입력단이 상기 스위치부(1440)와 연결되고 출력단이 부하(Load)와 연결되는 제3전극(1411)과, 상기 제3전극(1411)을 가상의 중심축으로 하여 상기 제3전극(1411)을 둘러싸는 제4전극(1421)과, 양단이 상기 제1전극(1410)와 상기 제2전극(1420)에 각각 전기적으로 연결되고, 상기 제1전극(1410)을 중심축으로 하여 방사상으로 원주 방향을 따라 서로 이격되게 병렬 배치되는 커패시터(1430)들을 포함한다.
여기서, 상기 제2커패시터 뱅크(1510b)의 제3전극(1411)과, 제4전극(1421)과, 커패시터(1430)들은 도 1의 제1전극(1410)과, 제2전극(1420)과, 커패시터(1430)의 구성과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
나아가, 도면에서, 상기 제1커패시터 뱅크(1510a)와, 상기 제2커패시터 뱅크(1510b)는, 각각 동일한 구조를 이루고 있으나, 이는 바람직한 실시예로 도1과 도 3 구성을 조합하는 등 다양한 구성이 적용될 수 있음은 물론이다.
상기 펄스파워 공급장치(1500)는, 상기 제1전극(1410)과 상기 제3전극(101)이 서로 동축(Coaxial type) 상으로 배열되는 것이 바람직하다. 이는 상기 제1전극(1410)과 상기 제3전극(1411)이 서로 동축(Coaxial type) 상으로 배열되어야 부하에서 펄스 파워(플라즈마)의 포커싱이 용이하기 때문이다.
한편, 여기서 상기 제1커패시터 뱅크(1510a)는 메인 커패시터(Main capacity)의 역할을 하고, 상기 제2커패시터 뱅크(1510b)는 피크 커패시티(Peak capacity) 역할을 한다. 그리고 상기 제1커패시터 뱅크(1510a)와 상기 제2커패시터 뱅크(1510b)의 구조가 동일하다면 상기 제1커패시터 뱅크(1510a)와 상기 제2커패시터 뱅크(1510b)의 용량은 이론적으로는 동일하나 전송 중간 로스(Loss)와 속도를 고려하여 상기 제1커패시터 뱅크(1510a)의 용량은 상기 제2커패시터 뱅크(1510a)용량보다 같거나 클 수 있다.
나아가, 상기 펄스파워 공급장치(1500)는, 상기 제1커패시터 뱅크(1510a)와 상기 스위치부(1440)를 포함하는 펄스파워 공급유닛(1400)을 하나의 모듈로 하여, 요구되는 용량 등 그 설계에 따라 선택적으로 연결하여 다양하게 구성할 수 있다.
도 5는 도 4의 제2전극(1420)과 제4전극(1421)의 다른 실시예를 나타낸 펄스파워 공급장치(1500b)를 나타낸 도면이다. 도면을 참조하면, 상기 펄스파워 공급장치(1500b)는 제2전극(1420a)과 제4전극(1421a)을 원통관 형상이 아닌 바 형상으로 형성되어 제1전극(1410)과 제3전극(1411)을 중심으로 방사상으로 배열되어 있다. 여기서, 상기 제2전극(1420a)과 제4전극(1421a)을 제외한 다른 구성은 도 4의 구성과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 미설명부호 1400b는 펄스파워 공급유닛을 나타내며, 1511a, 1511b는 각각 제1커패시터 뱅크와, 제2커패시터 뱅크를 나타낸다.
한편, 도면에서 상기 펄스파워 공급장치(1500b)는 상기 제2전극(1420a)과 제4전극(1421a) 모두 바 형상으로 형성된 경우를 실시예로 나타내었으나, 이는 일 실시예로, 설계에 따라 상기 제2전극(1420a)과 제4전극(1421a)을 원통관 형상 및 바 형상을 동시에 각각 적용할 수도 있다.
상기한 바와 같이, 상기 펄스파워 공급장치(1500,1500b)는, 전기공급원(1450)으로부터 메인 커패서터 뱅크에 전원을 공급하여 에너지를 메인 커패시티에 충전(Charging)하고 스위치부(1440)를 통하여 피크 커패시티에 에너지를 공급하여 피크 커패시티에 전기 에너지를 충전할 수 있도록 되어 있다. 그리고 충전되어 있는 전기에너지는 로드와 RLC 회로를 형성하여 피크 커패시터에 축전된 전기 에너지가 로드로 방전(Discharging) 되는 구조로 되어 있다. 이 때문에 상기 펄스파워 공급장치(1500,1500b)에서 상기 피크 커패시티는 별도의 스위치가 필요 없다.
상기한 바에 따라, 상기 펄스파워 공급장치(1500,1500b)는, 두 개의 커패시터 뱅크를 포함하여 피크 커패시터의 고압과 빠른 펄스가 차징 될 때 다양한 형태의 프리이오니제이션(Pre ionization; 예를 들어 uv 발생을 위한 코로나 방전, dvd 방전 아크 방전을 유도)을 로드에 만들어 주므로 로드에서 원활한 유니폼(Uniform)방전을 유도할 수 있다.
4. 방전 전극
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 방전 전극(400)을 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시예에서, 펄스 방전부는 하나 이상의 펄스 방전 전극(400)을 포함하며, 펄스 방전 전극(400)은 금속 팁(402) 및 유전체 튜브(404)를 포함한다.
금속 팁(402)은 펄스 생성부의 출력단, 예를 들어, 도 2의 고전압 펄스 생성 회로(200)의 펄스 출력 단자 또는 도 14의 제1 전극의 출력단과 전기적으로 연결되며, 금속 재질, 예를 들어 텅스텐 재질로 구성될 수 있다.
유전체 튜브(404)는 금속 팁(402)을 둘러싸는 형태로 구성된다. 펄스 방전 전극(400)의 경우 방출되는 펄스의 전압이 높아 전극의 마모가 심하므로, 유전체 튜브(404)는 마모에 강한 재질을 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 테플론(Teflon)으로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모세관 방전 전극(500)을 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시예에서, 모세관 방전부는 하나 이상의 모세관 방전 전극(500)을 포함하며, 모세관 방전 전극(500)은 금속 팁(502) 및 유전체 튜브(504)를 포함한다.
금속 팁(502)은 전력 공급수단, 예컨대 앞서 예시된 펄스 파워 공급부 또는 정류 시스템의 출력 단자와 전기적으로 연결되며, 금속 재질, 예를 들어 텅스텐 재질로 구성될 수 있다.
유전체 튜브(504)는 금속 팁(502)을 둘러싸는 형태로 구성되며, 금속 팁(502)의 끝 단 보다 일정 길이(d)만큼 돌출된다. 즉, 모세관 방전 전극(500)에서 금속 팁(502)의 끝 부분은 유전체 튜브(504)의 내부에 d만큼 들어간 상태로 형성된다. 도면에서는 상기 d가 2mm인 실시예가 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 d는 유전체 튜브(504) 내부에 형성되는 미세 거품 및 상기 미세 거품에서 발생하는 방전 효과를 고려하여 적절하게 정해질 수 있다. 이와 같은 유전체튜브(504)는 예를 들어 알루미나 등으로 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 모세관 방전 전극(500)에서의 플라즈마 방전이 일어나는 과정은 다음과 같다. 반파 정류 회로(300)로부터 금속 팁(502)으로 공급되는 전압(|Vp|)이 증가함에 따라, 유전체 튜브(504)의 내부 공간에는 미세거품(micro-sized vapor phase bubble)이 발생한다. 전기분해에 의한 음극(cathode)에서 수소가스가 발생하고 한층 전압을 증가시키면 주울 발열에 의해 액체(물)가 증발하면서 물 버블이 형성되고 더 한층 전압을 증가시키면 버블의 크기가 증가하다 버블의 절연파괴 전압에 이르면 방전으로 발전하여 수중 발전 플라즈마가 발생된다. |Vp|가 증가할수록 주울 발열(Joule heating)에 의하여 미세 거품의 크기가 증가하며 결국 유전체 튜브(504)의 내부 지름과 같아지게 된다.
|Vp|가 계속 증가함에 따라, 유전체 튜브(504) 내부에 속박된 전류(restricted current)에 의하여 유전체 튜브(504) 내부의 표면 방전(surface discharge)에 의한 주울 발열의 세기가 점차 강해지면서 미세 거품을 유전체 튜브(504)의 입구 쪽으로 밀어내게 되며, 미세 거품은 원형에서 타원형으로 그 형태가 변화하게 된다. 또한 미세 거품의 형태가 타원형이 되면 도시된 바와 같이 미세 거품과 유전체 튜브(504) 간의 접촉 면적이 넓어지게 되며, 이에 따라 미세 거품이 받는 주울 발열의 세기 또한 점점 강해진다.
이후 |Vp|가 계속 증가하면 마침내 미세 거품은 터져서 여러 개의 거품으로 부서지게 된다. 유전체 튜브(504)의 내부에서 미세 거품이 완전히 형성되면, 미세 거품의 양 쪽으로 형성된 두 개의 물기둥이 전극 역할을 하여 미세 거품의 내부에 방전(electrical discharge)가 발생하며, 만약 |Vp|가 충분히 증가하게 되면 유전체 튜브(504)의 외부로 플라즈마 방전이 일어나게 된다.
[실시예 1]
도 6에서와 같은 수조에 D.I water 350ml를 준비하고 CuCl2 및 CuCl를 투여하여 용해된 수용액을 준비하였다. 각 수조에 에탄올을 첨가하였다. 상기 용액은 초기에는 도 6의 before 사진에서 확인되는 바와 같이, 각각 검은색 및 옅은 청색의 침전물이 육안으로 확인되지 않는 용액이었다.
상기 설명한 펄스 방전 시스템 및 펄스 전극을 준비하였다. 상기 전극의 팁(502)은 텅스텐이었고, 상기 전극 팁을 둘러싸는 유전체(504)는 석영관이었다.
상기 용액을 상기 펄스 전극 및 접지 전극이 내부에 위치하도록 구비된 수조에 두었고, 상기 용액 내에 펄스 전압을 인가하였다. 방전 시간은 10분이었고, 인가 전압은 160 kVp-p였다.
도 6의 after 사진에서 보는 바와 같이 침전물이 확인되었다.
이 용액에 금속플레이트 담궈 침전된 입자를 흡착시켰으며, 이를 SEM 사진으로 확인하였고 이는 도 7에서 보는 바와 같은 나노 사이즈의 입자를 얻을 수 있음을 확인된다. 또한 도 8에서 보는 바와 같이 EDX 분석을 통해 합성된 입자는 구리 입자임이 확인된다.
[실시예 2]
유기물용매(에탄올)을 포함하는 CuCl이 용해된 수용액을 준비하였고, 상기 수용액에 실험예1과 같이 펄스 방전 시스템을 이용하여 수중 방전시켰다. 도 9의 사진을 통해 확인되는 바와 같이, 구리나노입자의 합성을 확인할 수 있었다.
방전 시간 별로 합성된 구리나노입자의 농도를 도 10에서 보는 바와 같이 확인할 수 있다.
합성된 수용액 OH 스캐빈져를 추가하고 금속플레이트(철 플레이트)를 사용하여 구리나노입자의 흡착을 유도하였다. 도 11에서 보는 바와 같이 TEM 분석을 통해 합성된 구리나노입자를 확인할 수 있다.
[실시예 3]
펄스 폭(pulse width)에 따른 입자 크기의 변화를 확인할 수 있는 실험을 수행하였다. 수조에 D.I water 350ml를 준비하고 CuCl2를 투여하여 용해된 수용액을 준비하였다. 본 발명의 펄스 장치를 이용하여 펄스 폭을 달리하면서 입자 크기의 변화를 측정하였다. 그 결과를 도 19와 같이 얻었다. 펄스 폭이 커짐에 따라 입자 크기가 커짐을 확인하였다.
본 발명은 수중 방전을 통한 효율적인 나노 구리 합성을 수행할 수 있는 구리 합성 장치 및 구리 합성 시스템을 제공한다. 본 발명의 구리합성 장치는 벤츄리관 형태를 가진다. 도 12가 참조된다. 본 장치는 제1 수용액수용부(101); 상기 제1 수용액수용부와 유체 소통가능하게 연결되어 있고 상기 제1수용부의 가로방향 내부 너비보다 작은 너비를 가지는 방전부(102); 상기 방전부와 유체 소통가능하게 연결되어 있고 상기 제1수용부의 반대편에 위치하며 상기 방전부의 가로방향 내부 너비보다 큰 너비를 가지는 제2 수용액수용부(103); 및 상기 방전부의 마주보는 두 면에 인가되는 한쌍의 전극 및 두 전극에 전압을 인가하는 전압인가장치(200)를 포함한다. 구리 전구체 수용액은 순차적으로 상기 제1수용액수용부, 상기 방전부 및 상기 제2 수용액수용부를 흐르도록 구성된다.
상기 전압인가장치(200)로부터 방전부의 두 면에 위치하는 전극에 전압이 인가되면 방전부 내에 방전 에너지가 발생되어 방전부 내에 위치하게 되는 유동하는 수용액에 에너지가 전달되고 수용액은 수중 방전된다.
제1 수용액 수용부는 원통형 관일 수 있다. 내부에 구리전구체를 포함하는 수용액을 수용하고 있다. 제1 수용액수용부의 세로방향의 일측에 유체소통가능하게 연결된 방전부로 상기 수용액은 흐르도록 구성된다.
방전부는 원통형 관일 수 있다. 상기 방전부는 세로방향의 양측에 유체소통가능하게 각각 제1수용액수용부 및 제2수용액수용부와 연결되어 있다. 상기 방전부는 상기 제1 수용액 수용부로부터 수용액을 유입받고 상기 제2수용액수용부로 수용액을 유출하도록 구성된다. 상기 방전부는 측면에 마주보도록 한쌍의 전극을 포함하며, 두 전극에는 방전부 내에 수중방전이 발생되도록 전압이 인가된다. 도 12 및 13에서 세로방향은 원통의 종방향 및 수용액의 흐름 방향을 의미하고, 가로방향은 상기 세로방향의 수직한 방향을 의미한다.
제2 수용액 수용부는 원통형 관일 수 있다. 상기 방전부의 세로방향의 일측이고 제1수용액 수용부의 반대편에 상기 방전부와 유체 소통가능하도록 연결되어 있다. 제2 수용액 수용부로 상기 방전부로부터 수중 방전 처리된 수용액이 유입되며, 합성된 나노 구리 입자를 수용하고 있다.
본 발명은 도 13에서 예시하는 바와 같이, 둘 이상의 벤츄리 노즐형 구리 합성 장치가 상기 수용액의 유동 방향에 평행하게 직렬로 연결된, 벤츄리 노즐형 구리 합성 시스템을 제공한다.
벤츄리관 형태의 직경이 좁은 공간에서 수중 방전이 발생되도록 구성하여 구리 합성의 효율을 증대시킬 수 있고, 순환 공정 및 연속 공정을 가능하도록 하여 합성의 효율을 증대시킬 수 있다.

Claims (21)

  1. 구리 전구체를 포함하는 수용액을 준비하는 단계; 및
    상기 수용액에 플라즈마 방전을 하는 단계를 포함하는, 구리를 합성하는 방법으로서,
    상기 플라즈마 방전은,
    - 수중에 삽입되어 있는 전극에 고압 전압을 인가하여 상기 전극 주위 물분자를 해리거나 이온화시키는, 수중 플라즈마 발생 방법;
    - 수중에 삽입되어 있는 두 개의 전극 사이에 기포를 형성시키고, 전기장을 형성시켜 기포 내를 방전시키는 수중 플라즈마 발생 방법;
    - 수중에 삽입되어 있는 전극의 표면의 온도를 비등점까지 올려 전극표면에 버블을 형성시키고 버블 내에 방전을 시키는 방법;
    - 펄스 수중 플라즈마 방전; 또는
    - 모세관 플라즈마 방전을 포함하는,
    용액 내 구리를 합성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 수중 플라즈마 방전 또는 상기 모세관 플라즈마 방전은 펄스파워 공급 유닛에 의해 방전되며,
    상기 펄스파워공급 유닛은 제1전극; 상기 제1전극을 가상의 중심축으로 하여 상기 제1전극을 둘러싸는 제2전극; 양단이 상기 제1전극과 상기 제2전극에 각각 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극을 중심축으로 하여 방사상으로 원주 방향을 따라 서로 이격되게 병렬 배치되는 커패시터들; 상기 제1전극의 입력단에 연결되어 상기 커패시터들을 충전시키는 전기에너지를 공급하도록 구성된 전기공급원; 및 상기 제1 전극의 출력단과 연결되어 상기 커패시터들에서 축적된 펄스에너지가 상기 출력단을 통해 방전되도록 하는 스위치부를 포함하는,
    용액 내 구리를 합성하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커패시터는, 상기 제1전극의 길이방향을 따라 복수개의 열로 적층 배열되는,
    용액 내 구리를 합성하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    복수개로 상기 제1전극을 중심으로 방사상으로 이격되게 배치되고 상기 커패시터 각각과 연결되는 바(bar) 형상으로 형성된
    용액 내 구리를 합성하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 수용액은 유기용매를 포함함을 특징으로 하는,
    용액 내 구리를 합성하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유기용매는, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌클리콜을 포함하는,
    용액 내 구리를 합성하는 방법.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 구리 전구체는, 시안화동(Cu(CN)2), 구리옥살산(Cu(COO)2), 구리아세트산(CuCOOCu), 구리탄산염(CuCO3), 염화제2구리(CuCl2), 염화제1구리(CuCl), 황산구리(CuSO4), 및 질산구리(Cu(NO3)2)로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상인,
    용액 내 구리를 합성하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 수용액은 OH 스캐빈져를 포함하는,
    용액 내 구리를 합성하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 OH 스캐빈져는, D-만니톨, N-아세틸-시스테인 및 N-메틸-2-피롤리돈로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상인,
    용액 내 구리를 합성하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 방전은 펄스 수중 플라즈마 방전이며,
    펄스 폭을 제어하여 구리 나노 입자의 크기를 제어함을 포함하는,
    용액 내 구리를 합성하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 방전 단계 이후, 상기 수용액에 금속 또는 이온 교환 필터를 담궈 구리 나노 입자를 수집하는 단계를 포함하는,
    용액 내 구리를 합성하는 방법.
  12. 제 11항의 방법에 의해 상기 금속 또는 이온 교환 필터에 흡착된 구리 나노 입자를 잉크 조성물에 담구는 단계를 포함하는,
    나노 구리 입자를 포함하는 잉크 제조 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 잉크 조성물은 구리 산화 억제용 유기물 용매, 계면활성제 및 분산제를 포함함을 특징으로 하는,
    나노 구리 입자를 포함하는 잉크 제조 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 유기물 용매는, 알코올 화합물, 에테르 화합물 및 케톤 화합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상인,
    나노 구리 입자를 포함하는 잉크 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 알코올 화합물은,
    메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 3가 부탄올, 3가 아밀 알코올, 메리 클리콜, 부톡시 에탄올, 메톡시프로판올, 메톡시프로폭시프로판올, 에틸론글리톨, 에틸렌글리콜의 수용성 올리고머, 프로필렌글리콜 및 프로필렌글리콜로부터 선택되는 하나 이상임을 특징으로 하는,
    나노 구리 입자를 포함하는 잉크 제조 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 에테르 화합물은,
    에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 디메틸에테르, 프로필렌글리콜 디메틸에테르, 및 글리세롤 에테르로부터 선택되는 하나 이상의 화합물임을 특징으로 하는,
    나노 구리 입자를 포함하는 잉크 제조 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 케톤 화합물은,
    아세톤 및 메틸에틸케톤 디옥산으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물임을 특징으로 하는,
    나노 구리 입자를 포함하는 잉크 제조 방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 계면 활성제는,
    폴리옥시에틸렌 올레인아민 에테르, 포리옥시에틸렌 라우릴에테르, 포리옥시에틸렌 스테아릴에테르, 및 폴리옥시에틸렌올레일포리에틸렌글리콜 디스테아레이트로부터 선택되는 하나 이상임을 특징으로 하는,
    나노 구리 입자를 포함하는 잉크 제조 방법.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 분산제는,
    폴리디메틸실란, 포리에스터산 알킬올암모늄염 및 포리아크릴산 알킬올암모늄염으로부터 선택되는 하나 이상임을 특징으로 하는,
    나노 구리 입자를 포함하는 잉크 제조 방법.
  20. 제1 수용액수용부;
    상기 제1 수용액수용부와 유체 소통가능하게 연결되어 있고 상기 제1수용부의 가로방향 내부 너비보다 작은 너비를 가지는 방전부;
    상기 방전부와 유체 소통가능하게 연결되어 있고 상기 제1수용부의 반대편에 위치하며 상기 방전부의 가로방향 내부 너비보다 큰 너비를 가지는 제2 수용액수용부;
    순차적으로 상기 제1수용액수용부, 상기 방전부 및 상기 제2 수용액수용부를 흐르고 구리전구체를 포함하는 수용액;
    상기 방전부의 마주보는 두 면에 인가되는 한쌍의 전극을 포함하는 벤츄리 노즐형 구리 합성 장치.
  21. 둘 이상의 제20항의 벤츄리 노즐형 구리 합성 장치가 상기 수용액의 유동 방향에 평행하게 직렬로 연결된, 벤츄리 노즐형 구리 합성 시스템.
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