KR101045186B1 - 구리 나노입자 제조방법 및 이에 따른 구리 나노입자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구리 나노입자 제조방법 및 이에 따른 구리 나노입자에 관한 것으로, 특히 수산화나트륨 또는 수산화암모늄과, 구리염 및 물을 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계; 상기 혼합용액에 분산제를 첨가하는 단계; 상기 분산제가 첨가된 혼합용액에 환원제를 투입하여 침전물을 생성하는 단계; 및 상기 침전물을 여과하는 단계를 포함하고, 상기 환원제를 투입하여 침전물을 생성하는 단계에서 초음파를 조사하는 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법에 대한 것이다. 본 발명에 따르면, 구리 나노입자를 제조하는 과정에서 초음파를 조사함으로써, 평균 입도 약 30~50nm의 응집이 적고 크기 및 형태 균일성이 매우 우수한 구리 나노입자를 제조할 수 있는 효과가 있다.

구리 나노입자, 액상환원법, 초음파

Description

구리 나노입자 제조방법 및 이에 따른 구리 나노입자{Method For Manufacturing Cupper Nanoparticles and Cupper Nanoparticles Using The Same}

본 발명은 구리 나노입자 제조방법에 관한 것으로, 특히 구리 나노입자를 제조하는 과정에서 초음파를 이용하는 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법 및 이에 따른 구리 나노입자에 대한 것이다.

구리 입자는 적층 콘덴서, 후막 IC 콘덴서, 저온소성 다층기판, AIN 기판, 페라이트 등의 전자 부품 전극소재 및 전자파 차폐제로 이용되고 있으며, 최근에는 전자 부품의 제조 원가를 낮추기 위한 귀금속 페이스트의 대체 재료로서 주목을 받고 있다. 상기 구리 입자를 이용한 구리 페이스트는 도전성이 우수하고, 이온 이동(migration)의 우려가 없으며, 정밀한 회로의 설계가 가능하고, 기판과의 젖음성 및 접착성이 우수하며, 열전도가 우수하여 방열효과가 크고, 경제적이라는 장점이 있다.

또한, 구리 입자는 적층형 수동부품(예를 들어 MLCC: Multi-Layer Chip Condenser)과 같은 전극재료로 응용되고 있다. 그러나, 200층 이상의 고적층용 수동부품의 전극재로 적용되는 경우, 현재 비교적 입도크기가 큰 0.4~0.5㎛의 서브미크론(Submicron) 크기의 구리 입자가 사용되고 있으나, 이러한 서브미크론 단위의 조대한 분말은 페이스트(Paste)의 분산성이 불량하기 때문에 제품 전체에 좋지 못한 영향을 미친다.

따라서, 나노급(Nano-Scale)의 분산성이 양호한 구리 입자를 개발할 경우, 이러한 기존의 고적층용 부품에서 발생하는 적층 문제점들을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 차후의 부품업체에서 개발 중인 적층수가 700~800층에 이르면서도 초소형화된 부품으로의 적용도 가능할 것으로 기대된다.

나노급 구리 입자의 합성에 관한 연구는 오래전부터 수행되고 있고, 그 합성방법 또한 증발/응축법, 열분해법, 에어로졸법과 같은 기상 반응법과 액상환원법, 마이크로 에멀젼법, 수열합성법, 졸-겔법과 같은 액상석출법 등 다양한 방법이 있다.

최근에는 상기 방법들 중에서 입도 분포가 좁은 구리 미립자를 낮은 단가로 대량 제조할 수 있는 액상환원법이 상용되고 있다. 그러나, 상기 액상환원법으로 합성된 구리 입자는 강한 응집성을 띠고, 불규칙적인 형태를 나타내며, 입도 제어가 어려워 수십 나노미터 이하의 작은 구리 입자는 제조하기는 어렵다는 문제점을 가지고 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 액상환원법으로 구리 나노입자를 제조하는 과정에서 초음파를 조사함으로써, 평균 입도 약 30~50nm 크기의 응집이 적고 크기 균일성이 우수한 구리 나노입자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수산화나트륨 또는 수산화암모늄과, 구리염 및 물을 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계; 상기 혼합용액에 분산제를 첨가하는 단계; 상기 분산제가 첨가된 혼합용액에 환원제를 투입하여 침전물을 생성하는 단계; 및 상기 침전물을 여과하는 단계를 포함하고, 상기 환원제를 투입하여 침전물을 생성하는 단계에서만 초음파를 조사하는 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 구리염은 질산구리(Cu(NO₃)₂), 황산구리(CuSO₄) 및 염화구리(CuCl₂)로 이루어진 군에서 적어도 하나 선택되는 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 구리염은 상기 혼합용액에 0.5M 내지 2.0M의 농도로 포함되는 것 을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 분산제는 물, 송진 및 트리에탄올아민(TEA)의 혼합물인 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 환원제는 히드라진(N₂H₂) 또는 수소화붕소나트륨(NaBH₄)인 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 초음파는 상기 혼합용액이 담긴 용기에 초음파봉을 넣어 조사하는 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 제조방법에 따라 제조되어 평균 입도가 30nm 내지 50nm인 것을 특징으로 하는 구리 나노입자를 제공한다.

이하, 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.

상기한 본 발명에 따른 구리 나노입자 제조방법은 액상환원법으로 구리 나노입자를 제조하는 과정에서 초음파를 조사함으로써, 평균 입도 약 30~50nm의 응집이 적고 크기 및 형태 균일성이 매우 우수한 구리 나노입자를 경제적으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 구리 나노입자의 제조시 환원제의 투입과 함께 초음파를 조사함으로써, 평균 입도 약 30~50nm의 응집이 적고 크기 및 형태 균일성이 매우 우수한 구리 나노입자를 제조하는 방법에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 수산화나트륨 또는 수산화암모늄과, 구리염 및 물을 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계; 상기 혼합용액에 분산제를 첨가하는 단계; 상기 분산제가 첨가된 혼합용액에 환원제를 투입하여 침전물을 생성하는 단계; 및 상기 침전물을 여과하는 단계를 포함하고, 상기 환원제를 투입하여 침전물을 생성하는 단계에서 초음파를 조사하는 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법에 대한 것이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 구리 나노입자 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 구리 나노입자의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.

먼저, 수산화나트륨 또는 수산화암모늄과, 구리염 및 물을 포함하는 혼합용액을 제조한다(S110).

상기 혼합용액은 구리염을 물에 녹인 구리염 수용액과 수산화나트륨 또는 수산화암모늄을 물에 녹인 알칼리 수용액을 혼합하여 제조할 수도 있다. 이때의 혼합순서는 구리염 수용액이 들어있는 용기에 알칼리 수용액을 첨가하여 혼합하는 방법, 알칼리 수용액이 들어있는 용기에 구리염 수용액을 첨가하여 혼합하는 방법, 물이 들어있는 용기에 알칼리 수용액과 구리염 수용액을 동시에 첨가하여 혼합하는 방법 등 어떠한 순서 또는 방법으로 혼합용액을 제조하든 상관없고, 수산화나트륨 또는 수산화암모늄과, 구리염 및 물이 포함되면 된다.

상기 구리염으로는 특별히 제한되지는 않으나, 질산구리(Cu(NO₃)₂), 황산구리(CuSO₄), 염화구리(CuCl₂) 등이 경제적이므로 바람직하다. 상기 구리염은 상기 혼합용액에 0.08M(물 1리터당 0.08mol의 구리원료: 예를 들면, 질산구리 무수물의 경우 약 15.0/L) 내지 2.0M(물 1리터당 2mol의 구리원료: 예를 들어, 질산구리 무수물의 경우 약 375g/L)의 농도로 포함되는 것이 생성되는 구리 입자의 크기가 작으므로 바람직하다. 상기 혼합용액 내의 구리염 농도가 0.5M인 경우에는 크기가 30nm 정도의 가장 작은 입자가 생성되므로 더욱 바람직하다.

상기 수산화나트륨 또는 수산화암모늄은 구리염 10g에 대하여 3.3g 내지 33g 의 중량비로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 수산화나트륨 또는 수산화암모늄의 함유량이 상기 범위보다 적은 경우에는 최종적으로 생성되는 구리 나노입자의 크기가 수백 나노미터 정도의 매우 큰 결정이 생성되며, 함유량이 많은 경우에는 생성되는 구리 입자의 크기는 작아지지만 이차적으로 응집에 의해 큰 덩어리가 생기는 경향이 있다. 몰비로는, 상기 혼합용액 내의 수산화나트륨 또는 수산화암모늄은 구리염 1몰에 대하여 2.0몰~20몰로 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 8몰~12몰로 포함되는 것이다.

그리고, 상기 혼합용액에서 물은 상기 구리염 10g에 대하여 37 g 내지 710g의 중량비로 포함되는 것이 바람직하다. 몰비로는 상기 혼합용액 내의 물은 구리염 1몰에 대하여 49몰~950몰로 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 110몰~130몰로 포함되는 것이다.

상기 구리염과 수산화나트륨 또는 수산화암모늄 및 물을 혼합하면, 구리 수산화물이 생성된다. 상기 혼합용액은 구리염과 수산화나트륨 또는 수산화암모늄 및 물이 잘 혼합되어 구리 수산화물이 잘 생성될 수 있게 약 30분간 교반하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 혼합용액에 분산제를 첨가한다(S120).

상기 분산제로는 통상적으로 사용되는 계면활성제라면 본 발명에서 사용될 수 있으나, 생성되는 구리 나노입자 크기의 제어, 형상의 균일성 및 경제성 등을 볼 때 물, 송진 및 트리에탄올아민(TEA)의 혼합물이 가장 바람직하다. 상기 물, 송진 및 트리에탄올아민(TEA)을 혼합하여 제조한 분산제는 특별히 제한되지는 않으나 중량비로 1:5.5:8.2(송진:TEA:물)의 비율로 혼합하여 사용하는 것이 분산 효과가 좋으므로 바람직하다. 상기 분산제는 전체 혼합용액의 중량 대비 0.1 중량% 내지 1.0의 중량%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하고, 0.4중량%로 첨가하는 것이 가장 바람직하다. 상기 분산제를 첨가한 후에는 상기 분산제가 잘 혼합되도록 약 30분 정도 교반하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분산제가 첨가된 혼합용액에 초음파를 조사하며 환원제를 투입하여 침전물을 생성한다(S130).

상기 초음파를 혼합용액을 제조하는 단계(S110) 또는 분산제를 첨가하는 단계(S120)에서 조사하는 경우 또는 환원제를 투입하는 단계(S130)를 포함하는 모든 단계에서 초음파를 조사하는 경우에는 생성되는 구리 나노입자의 크기가 초음파를 조사하지 않고 제조한 구리 나노입자의 크기와 비교할 때 별다른 차이가 없다. 그리고, 생성되는 구리 나노입자의 크기 및 형태가 균일하지 않고, 입자의 응집으로 인해 큰 덩어리들이 생성된다.

반면, 본 발명의 구리 나노입자 제조방법에 따라 환원제를 투입하는 단계(S130)에서만 초음파를 조사하는 경우에는 약 30~50nm 정도의 매우 작은 크기의 구리 입자가 생성되고, 입자의 응집으로 인한 큰 덩어리들이 없으며, 크기 및 형태 균일성이 매우 우수한 구리 나노입자가 생성된다. 상기 초음파는 환원제를 투입함과 동시에 조사하든, 환원제를 투입하고나서 조사하든, 초음파를 조사하는 상태에 서 환원제를 투입하든, 순서에는 상관없이 환원제를 투입하여 환원반응이 일어나는 단계에서 초음파를 조사하면 된다.

상기 초음파를 조사하는 방법으로는 특별히 제한되지는 않으나 일반적인 초음파 세척기에 상기 혼합용액이 들어 있는 용기를 담그고 외부에서 간접적으로 조사하는 방법 또는 상기 혼합용액이 들어 있는 용기에 직접 넣을 수 있는 초음파봉을 제작하여 직접적으로 조사하는 방법 등이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 초음파봉을 이용하여 직접 조사하는 방법이 생성되는 구리 입자의 응집이 적으면서 입자의 크기도 작으므로 보다 바람직하다. 그리고, 초음파는 40~80 kHz, 0.5~1.0W/㎖의 범위로 조사하는 것이 바람직하다. 초음파의 강도가 상기 범위 미만인 경우에는 초음파를 조사하는 효과가 미미하고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 열이 많이 발생하고, 입자의 응집이나 상변화가 일어나는 경우가 있다.

상기 환원제로는 히드라진(N₂H₂) 또는 수소화붕소나트륨(NaBH₄)인 것이 바람직하다. 상기 환원제는 구리염 수용액과 알칼리 수용액의 혼합으로 생성된 구리 수산화물을 구리 입자로 환원시키는 작용을 한다. 즉, 환원제는 구리를 환원시켜 구리 입자를 생성하기 위한 것으로, 상기 S110 단계에서 구리 수산화물이 생성된다면 이론적으로는 구리염과 같은 몰수의 환원제가 필요하다. 그러나, 생성되는 구리 입자의 충분한 환원 상태를 유지할 필요가 있으므로 필요한 양보다 많은 양의 환원제를 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 환원제의 첨가량이 많을수록 환원반응의 속도는 빨라지지만, 첨가량이 지나치게 많으면 거품이 많아지고 급격한 발열반응이 발생하여 반응이 일어날 때 발생하는 열을 제어하는 것이 어려워진다. 따라서, 상기 환원제는 생성되는 구리 입자의 형태와 분산성 등을 고려할 때, 상기 구리염 10g에 대하여 13g 내지 16g의 중량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 몰비로는, 상기 혼합용액 내의 환원제는 구리염 1몰에 대하여 2.0몰~20몰로 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10몰~12몰로 포함되는 것이다. 상기 환원제를 첨가한 후에는 환원반응이 잘 일어나도록 약 30분간 교반하는 것이 바람직하다. 이때, 혼합용액 내에는 환원 반응에 의해 구리 나노입자인 침전물이 생긴다.

그리고, 상기 침전물을 여과한다(S140).

상기 생성되는 침전물(구리 나노입자)을 여과한다. 그리고, 상기 여과액은 pH가 중성(7~8)이 될 때까지 여과와 세척을 반복한 후에 실온에서 건조하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 제조방법에 따르면 응집이 적고 형상이 균일하며 약 30nm~50nm 크기의 구리 나노입자를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 제조방법은 구리 나노 입자의 제조시 고가의 계면활성제를 다량으로 사용하는 종래의 방법에 비해 훨씬 경제적이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의해 보다 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시일 뿐, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

[비교예 1: 초음파를 조사하지 않고, 구리염의 종류를 달리하여 제조한 구리 나노입자의 비교]

비교예 1-1: 구리염으로 질산구리(Cu(NO ₃ ) ₂ )를 사용한 경우

질산구리3수화물 10g을 물 50g에 녹인 수용액과 수산화나트륨 16g을 물 35g에 녹인 수용액을 혼합하고, 30분간 교반하여 혼합용액을 제조하였다. 상기 혼합 용액에 분산제(송진:트리에탄올아민:물=1:5.5:8.2)를 4g 첨가하고, 30분간 교반하였다. 그리고, 환원제로 히드라진(N₂H₂)을 16g 첨가하고, 30분간 교반하여 침전물을 생성시켰다. 상기 침전물은 여과액의 pH가 중성(7~8)이 될 때까지 여과 및 세척을 반복한 후에 실온에서 건조하여 구리 나노입자를 제조하였다.

비교예 1-2: 구리염으로 황산구리( CuSO ₄ )를 사용한 경우

질산구리 대신 황산구리를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1-1과 동일한 방법으로 구리 나노입자를 제조하였다.

도 2a는 구리염으로 질산구리를 사용한 경우에 생성되는 구리 나노입자의 형태를 나타낸 SEM(주사전자현미경) 사진이고, 도 2b는 구리염으로 황산구리를 사용한 경우에 생성되는 구리 나노입자의 형태를 나타낸 SEM 사진이다. 상기 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 황산구리를 사용하여 제조한 구리 나노입자는 지름이 약 10nm, 길이가 약 100nm의 가늘고 긴 막대모양의 결정 구조를 나타내었으며, 질산구리를 사용하여 제조한 구리 나노입자는 약 30nm~100nm 크기의 입자가 심하게 응집되어 큰 덩어리를 이루는 것을 알 수 있다.

[비교예 2: 초음파를 조사하지 않고, 혼합순서를 달리하여 제조한 구리 나노입자의 비교]

비교예 2-1: 구리염 수용액이 들어있는 비커에 알칼리 수용액을 첨가한 경우

질산구리3수화물 10g을 물 50g에 녹인 구리염 수용액이 들어있는 비커에 수산화나트륨 16g을 물 35g에 녹인 알칼리 수용액을 첨가하여 혼합용액을 제조하였고, 이후에는 비교예 1-1과 같은 방법으로 구리 나노입자를 제조하였다.

비교예 2-2: 알칼리 수용액이 들어있는 비커에 구리염 수용액을 첨가한 경우

수산화나트륨 16g을 물 35g에 녹인 알칼리 수용액이 들어있는 비커에 질산구리3수화물 10g을 물 50g에 녹인 구리염 수용액을 첨가하여 혼합용액을 제조하였고, 이후에는 비교예 1-1과 같은 방법으로 구리 나노입자를 제조하였다.

비교예 2-3: 물이 들어있는 비커에 알칼리 수용액과 구리염 수용액을 동시에 첨가한 경우

물 20g이 들어있는 비커에 수산화나트륨 16g을 물 25g에 녹인 알칼리 수용액과 질산구리3수화물 10g을 물 40g에 녹인 구리염 수용액을 동시에 첨가하여 혼합용액을 제조하였고, 이후에는 비교예 1-1과 같은 방법으로 구리 나노입자를 제조하였다.

도 3a는 구리염 수용액이 들어있는 비커에 알칼리 수용액을 첨가하는 방법, 도 3b는 알칼리 수용액이 들어있는 비커에 구리염 수용액을 첨가하는 방법, 도 3c는 물이 들어있는 비커에 알칼리 수용액과 구리염 수용액을 동시에 첨가하는 방법으로 혼합순서를 각각 달리하여 제조한 구리 나노입자의 SEM 사진이다. 도 3a~도 3c에 나타낸 바와 같이, 구리염 수용액, 알칼리 수용액 및 물의 혼합순서를 달리하여 구리 나노입자를 제조한 경우, 혼합 순서가 구리 나노입자의 크기에 큰 영향을 주지 않는다는 것을 알 수 있었다. 다만, 입자의 응집에 다소 차이는 있었다.

[비교예 3 및 실시예 1: 구리 나노입자의 제조시 초음파를 간접적으로 조사한 경우 제조되는 구리 나노입자의 형태 및 크기 비교]

비교예 3: 모든 단계에서 초음파를 간접적으로 조사한 경우

상기 비교예 1-1의 제조방법에 따라 구리 나노입자를 제조하였다. 이때, 구리 나노입자의 제조방법을 혼합용액을 제조하는 1단계, 분산제를 첨가하는 2단계, 환원제를 첨가하는 3단계로 나누어, 1~3단계의 모든 단계에서 초음파를 조사하였다. 초음파는 화학실험 도구 등을 세척하는 데 일반적으로 사용되는 초음파 세척기에 반응용액이 담긴 비커를 담그고 외부에서 간접적으로 조사하였다.

실시예 1: 환원제를 첨가하는 단계에서만 초음파를 간접적으로 조사한 경우

초음파를 모든 단계에서 조사하지 않고, 환원제를 첨가하는 3단계에서만 조사한 것을 제외하고는, 비교예 3과 같은 방법으로 구리 나노입자를 제조하였다.

도 4a는 모든 단계에서 초음파를 간접적으로 조사하여 제조한 구리 입자의 SEM 사진이고, 도 4b는 3단계에서만 초음파를 간접적으로 조사하여 제조한 구리 입자의 SEM 사진이다. 상기 도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같이, 모든 단계에서 초음파를 조사한 경우(도 4a)에는 초음파를 조사하지 않은 경우와 입자 크기에 있어서 큰 차이가 없고, 오히려 입자의 응집이 심해지는 경향이 있었으며, 3단계의 공정 중에만 초음파를 조사한 경우(도 4b)에는 입자의 분산도가 현저히 향상되어, 일부 큰 덩어리를 제외하면 전체적인 입자의 크기가 약 30~50nm 정도의 매우 작은 입자가 생성되는 것을 알 수 있다.

[비교예 4, 5 및 실시예 2: 구리 나노입자의 제조시 초음파를 직접적으로 조사한 경우 제조되는 구리 나노입자의 형태 및 크기 비교]

비교예 4: 1 단계에서 초음파를 직접적으로 조사한 경우

상기 비교예 1-1의 제조방법에 따라 구리 나노입자를 제조하였다. 이때, 구리 나노입자의 제조방법을 혼합용액을 제조하는 1단계, 분산제를 첨가하는 2단계, 환원제를 첨가하는 3단계로 나누어, 혼합용액을 제조하는 1단계에서만 초음파를 조사하였다. 상기 초음파는 상기 혼합용액이 담긴 비커에 직접 넣을 수 있도록 초음파봉을 제작하여, 40~80kHz, 0.5~1.0W/㎖의 범위에서 직접 조사하였다.

비교예 5: 2 단계에서 초음파를 직접적으로 조사한 경우

초음파를 1단계에서 조사하지 않고, 분산제를 첨가하는 2단계에서 조사한 것을 제외하고는 비교예 4와 같은 방법으로 구리 나노입자를 제조하였다.

실시예 2 : 3 단계에서만 초음파를 직접적으로 조사한 경우

초음파를 1단계에서 조사하지 않고, 환원제를 첨가하는 3단계에서 조사한 것을 제외하고는 비교예 4와 같은 방법으로 구리 나노입자를 제조하였다.

도 5a는 1단계에서 초음파를 조사하여 제조한 구리 입자의 SEM 사진이고, 도 5b는 2단계에서 초음파를 조사하여 제조한 구리 입자의 SEM 사진이며, 도 5c는 3단계에서 초음파를 조사하여 제조한 구리 입자의 SEM 사진이다. 상기 도 5a 내지 도 5c에 나타낸 바와 같이, 1단계 또는 2단계에 초음파를 직접 조사한 경우에는 초음파를 조사하지 않은 경우와 입자 크기에 있어서 큰 차이가 없었으나, 3단계에 초음파를 직접 조사한 경우에는 응집이 적으면서 입자의 크기도 30nm~50nm로 작고, 실 시예 1에서 초음파 세척기를 사용한 경우와 같은 큰 덩어리도 거의 없음을 알 수 있다.

상기와 같이, 초음파를 조사하지 않은 비교예 1 및 비교예 2에 의해 형성된 구리 나노입자는 약 30nm~100nm 크기로, 크기 및 형태의 균일성이 현저히 떨어지고, 입자의 응집으로 인해 큰 덩어리들이 생성되었다. 그리고, 혼합용액을 제조하는 1단계 또는 분산제를 첨가하는 2단계의 공정 중에 초음파를 조사하거나 모든 단계에서 초음파를 조사한 경우에는 초음파를 조사하지 않은 경우와 입자 크기에 있어서 큰 차이가 없었다.

이에 반해, 본 발명의 제조방법에 따라 초음파를 조사하여 제조한 구리 나노입자는 전체적으로 입자의 크기가 약 30~50nm 정도인 매우 작은 구리 입자가 생성되었다. 특히, 초음파봉을 이용하여 초음파를 직접 조사한 경우에는 큰 덩어리 없이, 약 30~50nm 정도의 크기 및 형태 균일성이 매우 우수한 구리 나노 입자가 생성되었다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 구리 나노입자의 제조방법을 나타내는 흐름도이고,

도 2a는 구리염으로 질산구리를 사용한 경우, 도 2b는 구리염으로 황산구리를 사용한 경우 각각 초음파 조사 없이 제조한 구리 나노입자의 형태를 나타낸 SEM 사진이며,

도 3a는 구리염 수용액이 들어있는 비커에 알칼리 수용액을 첨가하는 방법, 도 3b는 알칼리 수용액이 들어있는 비커에 구리염 수용액을 첨가하는 방법, 도 3c는 물이 들어있는 비커에 알칼리 수용액과 구리염 수용액을 동시에 첨가하는 방법으로 각각 초음파 조사 없이 제조한 구리 나노입자의 SEM 사진이고,

도 4a는 모든 단계에서 초음파를 간접적으로 조사하여 제조한 구리 입자의 SEM 사진이고, 도 4b는 3단계에서만 초음파를 간접적으로 조사하여 제조한 구리 입자의 SEM 사진이며,

도 5a는 1단계에서 초음파를 조사하여 제조한 구리 입자의 SEM 사진이고, 도 5b는 2단계에서 초음파를 조사하여 제조한 구리 입자의 SEM 사진이며, 도 5c는 3단계에서 초음파를 조사하여 제조한 구리 입자의 SEM 사진이다.

Claims (7)

1. 수산화나트륨 또는 수산화암모늄과, 구리염 및 물을 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계;

   상기 혼합용액에 분산제를 첨가하는 단계;

   상기 분산제가 첨가된 혼합용액에 환원제를 투입하여 침전물을 생성하는 단계; 및

   상기 침전물을 여과하는 단계를 포함하고,

   상기 환원제를 투입하여 침전물을 생성하는 단계에서만 초음파를 조사하는 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 구리염은 질산구리(Cu(NO₃)₂), 황산구리(CuSO₄) 및 염화구리(CuCl₂)로 이루어진 군에서 적어도 하나 선택되는 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 구리염은 상기 혼합용액에 0.5M 내지 2.0M의 농도로 포함되는 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 분산제는 물, 송진 및 트리에탄올아민(TEA)의 혼합물인 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 환원제는 히드라진(N₂H₂) 또는 수소화붕소나트륨(NaBH₄)인 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 초음파는 상기 혼합용액이 담긴 용기에 초음파봉을 넣어 조사하는 것을 특징으로 하는 구리 나노입자 제조방법.
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