KR20160146240A - Manufacturing process of silver oxide nanoparticle and silver nanoparticle - Google Patents
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Abstract
Description
본 기술은 전자인쇄에 유용한 은나노 입자를 효율적으로 제조하는 방법이다.This technique is a method for efficiently producing silver nanoparticles useful for electronic printing.
인쇄전자는 인쇄기술을 통해 전자 소자 및 부품을 만들어내는 것을 말한다. 즉, 도전성 또는 기능성 잉크를 플라스틱이나 종이, 헝겊 등 기판에 찍어 원하는 기능의 제품을 만드는 것이다. 반도체, 트랜지스터, 저항, 절연 층 등을 미리 디자인된 형태로 그려낸다. 인쇄전자는 실리콘 등 무기물이 아닌 유기물에 기반한 전자 소자 제조의 유기 전자(Organic Electronics), 딱딱하고 정형화된 소자나 부품에서 벗어나 구부릴 수 있는 필름을 기반으로 제품을 만드는 유연전자(Flexible Electronics) 등과 맥을 같이 한다. 인쇄전자는 기존의 실리콘 기반의 배치(Batch) 타입 제조 공정을 연속공정 (Roll-to-roll)으로 바꿀 수 있게 한다. 인쇄에 기반한 롤투롤 공정은 기본적으로 필요한 재료만을 필름 또는 기판 위에 추가하는 방식으로, 기존의 광식각 (Photolithography) 등에 의한 복잡한 공정을 크게 줄일 수 있다. 기존 공정은 대개 대규모 설비 투자가 수반된다. 반면, 인쇄전자는 필름과 같은 유연한 재료를 활용하여 회전롤에 감아 인쇄하는 방식이 가능하다. 기존 소자 제조 공정과 비교할 때, 아직까지 정밀도는 낮지만 생 산 비용은 저렴하다는 장점을 가지고 있다. 롤투롤 연속공정이라 제조 스피드 또한 크게 높일 수 있다. 제품에 따라 다르겠지만, 인쇄방식을 통해 적게는 40%, 많게는 90% 이상 생산 원가를 줄일 수 있다는 분석이다. 아울러 기존 실리콘 기반 공정에서 쓰고 버리는 재료나 독성 물질의 사용량, 에너지 소비 등도 대폭 줄일 수 있어 환경 친화적인 특징도 있다. 보다 다양하고 유연한 기판 혹은 기질에 기능성 소자나 회로, 메모리 등을 심을 수 있어, 인쇄전자는 고객이나 소비자의 디자인에 대한 욕구를 충족시킴과 동시에 새로운 수요도 창출할 수 있을 것이다. 인쇄전자는 과거 인쇄회로기판의 회로, 반도체의 포토마스크, 디스플레이의 컬러필터 등 일부 영역에 제한적으로 적용되어 왔다. 전혀 새로운 영역은 아니다. 하지만 2000년대 중반 이후 각종 잉크 및 기판 재료와 미세 인쇄 기술이 발전·융합 하면서 새로운 성장 영역으로 주목을 받고 있다. 이는 나노 기술, 소재 기술 등 관련 기술이 지속적으로 발전하고 있기 때문이다. Printing electronics refers to the production of electronic devices and components through printing technology. That is, a conductive or functional ink is printed on a substrate such as a plastic, a paper, or a cloth to produce a desired function product. Semiconductors, transistors, resistors, insulating layers, etc. are drawn in a pre-designed form. Printed electronics are organic electronics (organic electronics) based on organic materials rather than inorganic materials such as silicones, flexible electronics that make products based on bendable films that can break away from rigid and regular devices and components, Together. The printing electronics make it possible to convert the existing silicon-based batch-type manufacturing process into a continuous process (roll-to-roll). In the roll-to-roll process based on printing, only necessary materials are added on a film or a substrate, and complicated processes by conventional photolithography can be greatly reduced. Existing processes usually involve large-scale facility investments. On the other hand, the printing electron can be rolled up on a rotating roll using a flexible material such as a film. Compared with existing device manufacturing processes, it has advantages of low precision but low production cost. Because of the roll-to-roll continuous process, the manufacturing speed can be greatly increased. Depending on the product, it is possible to reduce production costs by 40% or more by 90% or more through the printing method. In addition, the use of materials and toxic materials used in conventional silicon-based processes and energy consumption can be significantly reduced, which is also environmentally friendly. It is possible to plant functional devices, circuits, and memories on a wide variety of flexible substrates or substrates, so that printing electronics can meet new customer and consumer design needs while creating new demand. Printed electronics have been limitedly applied in some areas, such as circuits in past printed circuit boards, photomasks in semiconductors, and color filters in displays. It is not a whole new area. Since the mid-2000s, however, various ink and substrate materials and fine printing technologies have been developing and converging, attracting attention as a new growth area. This is because related technologies such as nanotechnology and materials technology are continuously developing.
인쇄전자에 가장 많이 사용되고 있는 은나노는 나노 사이즈가 됨에 따라 낮은 소결온도를 가지고, 얇은 전극 형성이 가능해서 유연성을 가지는 필름상 기판에 가장 적합한 전극 소재로 사용되고 있다. 이미 은나노 잉크와 전극은 상용화되어 연성회로기판, 수um의 미세 전극패턴 회로기판, RFID 안테나, 태양전지 미세 배선, 전도성 첨가제 등으로 사용되고 있다. 산화은나노 역시 100nm이하가 되면 150도 이하에서도 산화은으로 변환이 가능하여 인쇄전자에 일부 사용되고 있다. 150도는 PET와 Nylon등의 수축 변형이 발생하지 않는 최고 온도여서 인쇄전자에서는 열처리의 적정온도로 취급되고 있다.The silver nano, which is most commonly used for printing electronics, has a low sintering temperature due to its nano size and is used as an electrode material that is most suitable for a film substrate having flexibility because a thin electrode can be formed. Already, silver nano ink and electrodes have been commercialized and used as a flexible circuit board, a micro-electrode pattern circuit board having a few um, an RFID antenna, a solar cell fine wiring, and a conductive additive. When silver nano-oxide is also 100 nm or less, it can be converted into silver oxide even at 150 degrees or less, and it is partially used for printing electrons. 150 ° C is the highest temperature at which no shrinkage deformation such as PET and nylon occurs, and is treated as a suitable temperature for heat treatment in printing electronics.
은나노를 제조하는 기술은 많이 나와있는데 물리적인 방법과 화학적인 방법으로 구분된다. 물리적인 방법은 대표적으로 고밀도 플라즈마를 이용해 마이크로 사이즈 은을 나노사이즈로 분해하는 방법으로 고순도의 은나노를 필요로 하는 경우 많이 사용된다. 화학적인 방법이 본 발명의 범주로 은염을 원료로 용매와 환원제를 첨가하여 은나노를 용액 중에서 만드는 방법이다. There are many techniques for manufacturing silver nano, which are divided into physical and chemical methods. The physical method is typically used to decompose micro-sized silver into nano-sized using high-density plasma, and is often used when high-purity nano-nano is required. A chemical method is a method of producing silver nano in solution by adding a solvent and a reducing agent as a raw material of silver salt in the scope of the present invention.
우리는 인쇄전자에 적합한 산화은나노와 은나노의 낮은 생산성을 개선하고 품질을 향상시켜 인쇄전자가 더 넓고 많은 범위에 사용될 수 있게 하려고 한다.We are trying to improve the low productivity of silver nano-silver and silver nano suitable for printing electronics and to improve the quality so that the printing electronics can be used in a wider and wider range.
본 발명은 은염, 염기성물질, 계면활성제, 용매를 혼합하여 산화은나노 입자를 제조하는 1단계와The present invention relates to a process for producing silver oxide nanoparticles by mixing a silver salt, a basic substance, a surfactant and a solvent,
1단계 혼합액을 가열하여 산화은나노를 은나노로 변화시키는 2단계로 구성된다. The first stage consists of two stages of heating the mixture to change the silver oxide to silver nano.
여기서 은염이란 은(Ag)과 산의 결합에 의해 생긴 염(salt)형태를 말하는 것으로, 질산은, 염화은, 황산은, 아세트산은, 옥살산은, 카보닐은의 형태가 대표적이다. 또는 이를 포함하는 금속염 화합물로 합금의 제조도 가능할 것이다.Here, silver salt refers to a salt form formed by binding of silver (Ag) to an acid, and silver nitrate, silver chloride, sulfuric acid, silver acetate, silver oxalate, and carbonyl silver are typical examples. Or a metal salt compound containing the same.
염기성 물질이란 KOH, NaOH, NH4OH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, LiOH로 이루어진 군에서 선택된 물질 하나 이상을 포함한 것으로 은의 산 관능기(functional group)와 결합하고 OH를 내놔서 은염을 산화은으로 바꿔주는 기능을 한다.The basic substance includes at least one substance selected from the group consisting of KOH, NaOH, NH 4 OH, Ca (OH) 2 , Ba (OH) 2 and LiOH and binds to an acid functional group of silver, It converts to silver oxide.
계면활성제는 물 속에서 친수기와 소수기로 나뉘어지는 분자를 말하는 것으로 포괄적으로 가용화제, 유화제로 불리는 것들을 포함한다. 계면활성제가 나노 이하의 물질을 만드는데 유용하다는 사실은 이미 잘 알려진 사실이다. 본 발명의 목표인 고농도 고품질 산화은나노 및 은나노 분산액을 만들기 위해서는 꼭 필요한 것으로, 계면활성제의 성능에 따라 나노 분산액의 농도와 입자 크기가 결정된다.Surfactants are molecules that are divided into hydrophilic and hydrophobic groups in water, and include those referred to collectively as solubilizers and emulsifiers. It is well known that surfactants are useful for making sub-nanoscale materials. The concentration of the nanodispersion and the particle size of the nanodispersion are determined according to the performance of the surfactant.
본 발명의 특징은 염기성 물질을 사용하므로 산성이나 중성의 계면활성제를 사용하면 염기성 물질과 반응하거나 기능을 잃어버리게 된다. 따라서, 계면활성제는 여타의 계면활성제 대비 높은 염기성을 띄고, PH 11이상의 강염기성 용액과 만나서도 기능을 잃지 않아야 한다. 우리는 이와 같은 조건을 만족하는 계면활성제를 찾아 다양하고 많은 종류를 테스트하였고, 본 공정에 적합한 계면활성제로 Cocamide diethanolamine(DEA), Cocamide monoethanolamine(MEA), Decyl glucoside, Decyl polyglucoside, Lauryl glucoside, Octyl glucoside를 찾았다. 본 계면활성제들은 비이온성 계면활성제에 해당하며, 1wt% 수용액으로 만들면 물분자를 이온화시켜 PH 8.0~11.5사이가 나오는 것을 특징을 가져 염기성 환경에서도 산화은나노를 작고 균질하며 고농도로 만들 수 있게 해준다.A feature of the present invention is that a basic substance is used, so that when an acidic or neutral surfactant is used, it will react with a basic substance or lose its function. Therefore, the surfactant should have a high basicity compared to other surfactants, and should not lose its ability to meet a strong basic solution of pH 11 or higher. We have tested a variety of surfactants that meet these requirements and have tested various types of surfactants. Cocamide diethanolamine (DEA), Cocamide monoethanolamine (MEA), Decyl glucoside, Decyl polyglucoside, Lauryl glucoside, Octyl glucoside . These surfactants are non-ionic surfactants. When they are made into 1wt% aqueous solution, water molecules are ionized and pH 8.0 ~ 11.5 is produced. This makes it possible to make small, homogeneous and high concentration of silver oxide in basic environment.
용매는 환원성을 갖는 용매가 적합하다. 대표적 용매는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 글리세롤, 프로필린글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등이 있다. 이들 용매는 온도가 올라갈수록 환원성이 높아져 일정온도에서는 산화은나노 입자를 환원시켜 은나노 입자로 바꿔준다. 이것을 폴리올 공정이라 한다. 하지만 온도가 올라갈수록 은나노 입자가 서로 뭉쳐 입자가 커지는 문제도 가지고 있다. 본 발명은 이 과정에 적합한 상기의 계면활성제를 찾아 공정을 최적화시켰다. 상기의 환원서 용매는 끝단의 -OH기가 염기성 계면활성제의 끝단과 유사하여 최적의 조합을 이룬다. 따라서 상기 계면활성제는 고온의 환원성 용매에서도 높은 능력을 보여 나노입자의 뭉침을 효과적으로 막아준다. 용매는 상기 환원성 용매의 단독사용, 혼합사용, 물이나 다른 유기용매와의 혼합사용이 가능하다. 혼합은 점도를 떨어뜨려 입자의 분산성을 높일 수 있다. 용매를 환원성이 없는 물이나 기타 극성용매를 사용하여 산화은나노입자를 제조한 후 상기의 환성성 용매를 첨가하고 가열하여 산화은을 만드는 방법도 가능하다.As the solvent, a solvent having a reducing property is suitable. Representative solvents include ethylene glycol, diethylene glycol, glycerol, propylene glycol, and polyethylene glycol. As the temperature increases, these solvents become more highly reducible. At a certain temperature, silver oxide particles are reduced to silver nanoparticles. This is called a polyol process. However, as the temperature rises, the silver nanoparticles aggregate with each other and the particles become larger. The present invention finds such surfactants suitable for this process and optimizes the process. The above-mentioned reducing agent solvent has an optimal combination of -OH groups at the end similar to the ends of the basic surfactant. Therefore, the surfactant exhibits high ability even in a high-temperature reducing solvent, thereby effectively preventing nanoparticle aggregation. The solvent may be used alone, mixed, or mixed with water or other organic solvent. Mixing can lower the viscosity and increase the dispersibility of the particles. It is also possible to produce silver oxide by preparing silver nano-particles using water having no reducing ability or other polar solvent, adding the above-mentioned chelating solvent, and heating the silver nanoparticles.
은염, 염기성물질, 계면활성제, 용매의 혼합 방법은 다양하게 할 수 있다. 은염과 염기성 물질은 용매에 따로 녹이지만 계면활성제는 양쪽 어디든 들어갈 수 있다. 가장 용이한 방법으로 금속염을 소량의 용매에 녹이고, 염기성물질과 계면활성제를 나머지 용매에 녹인다. 염기성액을 저어주며 금속염액을 서서히 넣어준다. 이때 온도에 따라 입자 크기가 변할 수 있는데, 본 반응은 발열 반응이므로 적합하게는 상온 이하로 냉각하며 섞어주는 것이 좋다. 필요한 입자 크기의 정도에 따라 온도를 상온 이하로 내리거나 올리는 것도 가능하다. The mixing method of the silver salt, the basic substance, the surfactant, and the solvent may be various. Silver salts and basic substances dissolve separately in the solvent, but surfactants can enter anywhere on both sides. In the easiest way, the metal salt is dissolved in a small amount of solvent, and the basic substance and the surfactant are dissolved in the remaining solvent. Stir the basic solution and slowly add the metal salt solution. At this time, the particle size may change depending on the temperature. Since this reaction is an exothermic reaction, it is preferable to cool the mixture to below room temperature. It is also possible to lower or raise the temperature below room temperature depending on the degree of particle size required.
이와 같은 조절을 통해 통상 평균 300nm이하의 산화은나노와 은나노의 제조가 가능하다. 그 이상 크기의 입자의 제조도 가능하지만, 그 이상에서는 나노의 효과를 두드러지게 보기가 어렵다. Through such adjustment, it is possible to manufacture silver nano-silver oxide and silver nano-oxide generally having an average of 300 nm or less. It is also possible to produce particles of larger size, but it is difficult to see the effect of nano more prominently.
본 발명이 목표로 하는 산화은나노 또는 은나노 분산액의 농도는 리터당 0.5mol이상으로 참고한 논문과 특허 대비 꽤 높은 수준이다. 고농도로 만들 수 있다는 것은 높은 경제성을 확보하는 것이어서 산업적 이용가능성을 크게 높이는 기술이다. 본 발명의 기술을 적용하여 용매를 최소화시키고 각각의 농도를 최적화 시키면 리터당 1mol이상의 산화은나노 또는 은나노 분산액의 제조가 가능하다.The concentration of oxidized silver nano-silver or silver nano-dispersion of the present invention is at a level of 0.5 mol / liter or more, which is considerably higher than that of the reference and patent. Being able to make it at a high concentration is a technology that greatly enhances industrial availability because it secures high economic efficiency. Applying the technique of the present invention minimizes the solvent and optimizes the respective concentrations, it is possible to produce at least 1 mol of oxidized silver nano or silver nano dispersion per liter.
일반적으로 계면활성제가 없는 수십 마이크로 산화은 입자의 열에 의한 은으로의 변환은 120도 이상을 필요로 한다. 하지만 나노크기의 산화은 입자는 크기에 따라 100도에서 상온까지의 온도에서도 은으로 변환이 가능하다. 이 경우에도 상기 환원성 용매는 필요하다. 30nm 이하 산화은 입자는 글리세린 속에서 30도의 온도만으로도 은으로 변환되지만 시간이 많이 필요한 단점이 있다. 이에 본 발명에서는 계면활성제의 도움을 받아 은나노의 성장을 막고, 온도를 올려 빠른 시간에 산화은을 은으로 전환하는 방법도 찾았다. 승온의 범위는 산화은의 크기에 따라 결정되지만 대체적으로 산화은 제조온도에서 10도 이상이고, 보다 적합하게는 30도 이상의 승온이 효율적인 범위인 것으로 나타났다. 이를 통해 24시간 내에 산화은을 은으로 변환시킬 수 있다.Generally, a few tens of micro-oxidation silver particles without a surfactant require more than 120 degrees of conversion of the particles to silver by heat. However, nano-sized silver oxide particles can be converted to silver even at temperatures ranging from 100 ° C to room temperature, depending on their size. In this case also, the reducing solvent is necessary. Silver oxide particles of 30 nm or less are converted into silver only at a temperature of 30 ° C in glycerin, but they have a disadvantage of requiring a long time. Accordingly, the present invention has also found a method of preventing the growth of silver nano with the help of a surfactant and converting the silver oxide into silver oxide in a short time by raising the temperature. The range of the temperature rise is determined by the size of the silver oxide, but it is generally found that the temperature of the silver oxide is at least 10 degrees at the manufacturing temperature, more preferably at least 30 degrees is the effective range. This allows the conversion of silver oxide to silver within 24 hours.
본 발명의 기본 반응은 당 분야에서 많이 알려진 것들이지만 지금까지 은나노를 만드는데 많이 사용되지는 않았다. 기존의 알려진 계면활성제들이 염기성 용액에서 기능을 잘 하지 못했기 때문에 산업적으로 이용 가능한 균질한 입자를 얻지 못했기 때문이다. 하지만 본 발명은 샴푸나 화장품에서 사용되던 계면활성제 중에 특별히 본 공정에 맞는 계면활성제를 찾아 공정을 최적화시키고 결과물을 개선하여 본 발명을 완성하였다.The basic reaction of the present invention is well known in the art, but so far it has not been widely used for making nano. Because conventional known surfactants did not function well in basic solutions and thus did not obtain homogeneous particles that were industrially available. However, in the present invention, a surfactant suitable for the present process was specifically found among the surfactants used in shampoos and cosmetics, and the process was optimized to improve the result, thereby completing the present invention.
산화은나노와 은나노의 낮은 생산성이 개선되고 균일성이 향상되어 인쇄전자에 더 적합하고 경제적인 전극 원료의 제조가 가능하다. The low productivity of silver nano-silver and silver nano are improved and the uniformity is improved, making it possible to manufacture an electrode material which is more suitable for printing electrons and is economical.
도1. 실시예 1에 따른 산화은나노 입자의 SEM 사진
도2. 실시예 1에 따른 은나노입자의 SEM 사진
도3. 실시예 2에 따른 산화은나노 입자의 SEM 사진
도4. 실시예 2에 따른 은나노입자의 SEM 사진
도5. 비교예 1에 따른 산화은 입자의 SEM 사진
도6. 비교예 1에 따른 은 입자의 SEM 사진Fig. SEM photograph of the silver oxide nanoparticles according to Example 1
Fig. SEM photograph of silver nanoparticles according to Example 1
3. SEM photograph of the silver oxide nanoparticles according to Example 2
FIG. SEM photograph of silver nanoparticles according to Example 2
Figure 5. SEM photograph of silver oxide according to Comparative Example 1
6. SEM photograph of silver particles according to Comparative Example 1
실시예를 중심으로 발명의 상세 내용을 설명한다. 발명의 범위는 상기 과제의 해결수단에 의해 상세히 뒷받침 됐다.The details of the invention will be described with reference to the embodiments. The scope of the invention has been supported in detail by means of solving the above problems.
실시예1Example 1
순도 99.9%의 질산은 170g을 글리세린 300g에 녹여서 상온의 1번 용액을 준비한다. 수산화나트륨 40g을 물500g에 녹이고, Decyl polyglucosede 순도 50%액을 10g 넣어서 고르게 섞어 2번 용액을 만들었다. 2번 용액을 20도의 항온순환조에 넣고 교반하며 1번 용액을 10분에 걸쳐 조금씩 섞어주었다. 전체 용액은 검은색으로 변하였다. 샘플을 채취하여 증류수로 희석과 원심분리로 침강을 5회 반복하고 분말을 회수하였다. 전자현미경으로 입자크기를 확인하였다. 170 g of silver nitrate having a purity of 99.9% is dissolved in 300 g of glycerin, and a solution of 1 at room temperature is prepared. 40 g of sodium hydroxide was dissolved in 500 g of water, and 10 g of a 50% solution of decyl polyglucoside was added thereto to prepare a solution of 2 times. The solution No. 2 was placed in a constant temperature circulation tank at 20 ° C., and the solution of No. 1 was mixed little by little over 10 minutes. The entire solution turned black. Samples were taken, diluted with distilled water and sedimented by centrifugation five times, and the powder was recovered. The particle size was confirmed by electron microscope.
항온순환조의 온도를 60도로 올려서 24시간 유지시키고 다시 샘플을 채취하여 증류수로 희석과 원심분리로 침강을 5회 반복하고 분말을 회수하였다. 전자현미경으로 입자크기를 확인하고, PET필름 위에 2um두께의 인쇄전극을 만들어 150도 열처리 후 전기전도도를 확인하였다. 전기전도도는 3 × 10-5 Ω.Cm가 나왔다. The temperature of the circulating bath was raised to 60 ° C. and maintained for 24 hours. The sample was again sampled, diluted with distilled water and settled five times by centrifugation, and the powder was recovered. The particle size was confirmed with an electron microscope, and a 2 μm thick printed electrode was formed on the PET film. After the heat treatment at 150 ° C., the electric conductivity was confirmed. The electrical conductivity is 3 × 10 -5 Ω.Cm.
전자현미경 관찰결과 도1의 산화은나노는 20~30nm수준 인 것으로 나왔으며, 도2의 환원된 은나노는 50~100nm인 것으로 나왔다. 이는 그라비아, 옵셋, 프렉소 인쇄 등의 대용량 전자인쇄용 은나노 잉크를 만들기에 충분한 정도이다. 상기 실시예에서와 같이 글리세린을 필요한 만큼만 사용하고 나머지를 물을 사용하면 경제성을 올릴 수 있고 산업폐기물의 양을 줄일 수 있다는 장점과 함께 점도를 떨어뜨려 입자들의 분산성을 좋게 할 수 있어 입자들의 균일성을 올릴 수 있다는 장점도 있다. 물론 글리세린이나 에틸렌글리콜 같은 환원성 유기용매만의 사용도 가능하다.As a result of electron microscopic observation, the silver oxide of FIG. 1 was found to be in the range of 20 to 30 nm, and the reduced silver nano of FIG. 2 was found to be in the range of 50 to 100 nm. This is enough to make high-capacity electronic printing silver nano inks such as gravure, offset, flexographic printing. As in the above examples, the use of glycerin only as needed and the remainder of water can be economically improved and the amount of industrial wastes can be reduced, and the viscosity can be lowered to improve the dispersibility of the particles, There is also the advantage of being able to raise the castle. Of course, it is also possible to use only a reducing organic solvent such as glycerin or ethylene glycol.
도1과 2를 보면 산화은에서 은으로 변환되면서 일부가 성장하여 20~30nm의 입자가 50~100nm정도까지 성장된 것을 볼 수 있다.In FIGS. 1 and 2, it can be seen that a part of silver oxide is converted into silver from silver oxide, and 20 to 30 nm particles are grown to about 50 to 100 nm.
실시예2 Example 2
순도 99.9%의 질산은 170g을 에틸렌글리콜 300g에 녹여서 상온의 1번 용액을 준비한다. 수산화나트륨 40g을 물500g에 녹이고, Cocamide DEA 순도 95% 용액을 10g 넣어서 고르게 섞어 2번 용액을 만들었다. 2번 용액을 20도의 항온순환조에 넣고 교반하며 1번 용액을 10분에 걸쳐 조금씩 섞어주었다. 전체 용액은 검은색으로 변하였다. 샘플을 채취하여 증류수로 희석과 원심분리로 침강을 5회 반복하고 분말을 회수하였다. 전자현미경으로 입자크기를 확인하였다. 170 g of silver nitrate having a purity of 99.9% is dissolved in 300 g of ethylene glycol to prepare a first solution at room temperature. 40 g of sodium hydroxide was dissolved in 500 g of water, and 10 g of a 95% purity cocamide DEA solution was added thereto. The solution No. 2 was placed in a constant temperature circulation tank at 20 ° C., and the solution of No. 1 was mixed little by little over 10 minutes. The entire solution turned black. Samples were taken, diluted with distilled water and sedimented by centrifugation five times, and the powder was recovered. The particle size was confirmed by electron microscope.
항온순환조의 온도를 80도로 올려서 12시간 유지시키고 다시 샘플을 채취하여 증류수로 희석과 원심분리로 침강을 5회 반복하고 분말을 회수하였다. 전자현미경으로 입자크기를 확인하고, PET필름 위에 2um두께의 인쇄전극을 만들어 150도 열처리 후 전기전도도를 확인하였다. 전기전도도는 5 × 10-5 Ω.Cm가 나왔다. The temperature of the circulating bath was raised by 80 ° C. and maintained for 12 hours. The sample was again sampled, diluted with distilled water and settled five times by centrifugation, and the powder was recovered. The particle size was confirmed with an electron microscope, and a 2 μm thick printed electrode was formed on the PET film. After the heat treatment at 150 ° C., the electric conductivity was confirmed. Electrical conductivity was 5 × 10 -5 Ω.Cm.
전자현미경 관찰결과 도3의 산화은나노는 50nm정도 인 것으로 나왔으며, 도4의 환원된 은나노 역시 50nm수준 인 것으로 나왔다. 이는 그라비아, 옵셋, 프렉소 인쇄 등의 대용량 전자인쇄용 은나노 잉크를 만들기에 충분한 정도이다. 목적에 따라 더 낮은 전기전도도를 원하는 경우는 너무 작은 나노입자의 사용은 적합하지 않을 수 있다. 나노입자 사이에는 용매가 존재하기 때문에 코팅 후 건조 시 수축량이 늘어난다. 그 결과 너무 두꺼운 전극에서는 크랙이 발생하므로 수um를 넘어가는 두꺼운 전극은 만들기 힘들다. 또한 나노입자 사이에는 계면활성제와 분산제가 미량 남기 때문에 너무 작은 입자는 소결 후에도 전기전도도가 조금 나빠지게 된다.As a result of the electron microscopic observation, the silver nanooxide shown in FIG. 3 is about 50 nm, and the reduced silver nano of FIG. 4 is about 50 nm. This is enough to make high-capacity electronic printing silver nano inks such as gravure, offset, flexographic printing. The use of nanoparticles that are too small may not be suitable if lower electrical conductivity is desired for some purposes. Since the solvent is present between the nanoparticles, the amount of shrinkage upon drying after coating increases. As a result, cracks occur in too thick electrodes, making it difficult to make thick electrodes beyond a few um. In addition, since a small amount of surfactant and dispersing agent remains between the nanoparticles, too small particles cause a slight deterioration of the electric conductivity even after sintering.
비교예1Comparative Example 1
순도 99.9%의 질산은 170g을 디에틸렌글리콜 300g에 녹여서 상온의 1번 용액을 준비한다. 수산화나트륨 40g을 물500g에 녹여 계면활성제 없이 2번 용액을 만들었다. 2번 용액을 항온순환조에 넣고 20도로 교반하며 1번 용액을 10분에 걸쳐 조금씩 섞어주었다. 전체 용액은 검은색으로 변하였다. 샘플을 채취하여 증류수로 희석과 원심분리로 침강을 5회 반복하고 분말을 회수하였다. 전자현미경으로 입자크기를 확인하였다. 170 g of silver nitrate having a purity of 99.9% is dissolved in 300 g of diethylene glycol, and a solution at room temperature is prepared. 40 g of sodium hydroxide was dissolved in 500 g of water to prepare two solutions without surfactant. The solution No. 2 was placed in a constant-temperature circulation bath, stirred at 20 ° C, and the solution of No. 1 was mixed little by little over 10 minutes. The entire solution turned black. Samples were taken, diluted with distilled water and sedimented by centrifugation five times, and the powder was recovered. The particle size was confirmed by electron microscope.
항온순환조의 온도를 60도로 올려서 24시간 유지시키고 다시 샘플을 채취하여 증류수로 희석과 원심분리로 침강을 5회 반복하고 분말을 회수하였다. 전자현미경으로 입자크기를 확인하고, PET필름 위에 2um두께의 인쇄전극 제작을 시도하였다. 큰 입자들의 방해로 인해 균일한 전극을 얻을 수 없었다. 반면 5um두께의 인쇄전극을 얻을 수 있었으나 경제성을 상실하여 추가 테스트를 실시하지 않았다.The temperature of the circulating bath was raised to 60 ° C. and maintained for 24 hours. The sample was again sampled, diluted with distilled water and settled five times by centrifugation, and the powder was recovered. The particle size was confirmed with an electron microscope, and a 2 μm thick printed electrode was made on the PET film. Uniform electrodes could not be obtained due to interference of large particles. On the other hand, a 5-μm-thick printed electrode could be obtained, but the economical efficiency was lost and no further testing was performed.
도5는 비교예1에 의해 생성된 산화은 입자의 SEM사진이다. 50nm이하의 작은 입자와 1um정도의 큰 입자가 혼재하는 것을 볼 수 있다. 계면활성제가 없었기 때문에 용액의 위치별 교반상태에 따라 입자 크기가 많이 달라지기 때문일 것이다. 도6는 비교예1에 의해 생성된 은 입자의 SEM사진이다. 산화은에서 작았던 입자들이 조금 더 크게 성장한 것을 볼 수 있으며, 여전히 나노와 마이크로 입자가 섞여서 나온다.5 is an SEM photograph of the silver oxide particle produced by Comparative Example 1. Fig. It can be seen that small particles of 50 nm or less and large particles of about 1 μm are mixed. Because there is no surfactant, the reason is that the particle size varies greatly depending on the agitation state of the solution. 6 is an SEM photograph of silver particles produced by Comparative Example 1. Fig. It can be seen that the particles that are smaller in silver oxide grow slightly larger, and still come out mixed with nano and microparticles.
본 발명을 통해 만들어지는 산화은나노입자와 은나노입자는 박막 전극소재로 산업상에 유용하게 사용되고 있다. 하지만 그 제조 방법에 따라 많은 가격 차이를 보이는데, 본 발명의 방법은 다른 어떤 방법보다 가장 저렴하게 산화은나노와 은나노를 만들 수 있는 방법이어서 전자인쇄 산업에 유용하게 사용될 것이다.Oxidized silver nanoparticles and silver nanoparticles produced by the present invention are useful in industry as thin film electrode materials. However, there are many price differences according to the manufacturing method, and the method of the present invention is a method of making silver nano-silver oxide and nano-silver at least inexpensively than any other methods, and therefore, it will be usefully used in the electronic printing industry.
없음none
Claims (6)
Cocamide DEA , Cocamide MEA , Decyl glucoside , Decyl polyglucoside , Lauryl glucoside , Octyl glucoside , a silver salt, a basic substance and a solvent to prepare silver oxide nanoparticles and a dispersion thereof
The method according to claim 1, wherein the average size of the oxidized silver nanoparticles is 300 nm or less
The method of claim 1, wherein the silver oxide nanoparticle dispersion is a silver oxide nanoparticle dispersion preparation method comprising 0.5 mol or more silver oxide per liter
The method of claim 1, wherein the silver oxide nanoparticle dispersion is a silver oxide nanoparticle dispersion preparation method comprising 1 mol or more of silver oxide per liter
The method for producing silver oxide nanoparticles according to claim 1, wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of ethylene glycol, diethylene glycol, glycerol, propylene glycol, and polyethylene glycol
The silver nano-particles according to claim 1, wherein the resultant silver oxide nanoparticle dispersion is heated to convert silver oxide nanoparticles into silver nanoparticles,
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Nanoscale Research Letters, 8:318, 2013 에서는 폴리페놀의 일종인 epicatechin 과 epicatechin gallate을 환원제로 써서 은나노를 만드는 방법을 소개한다. International Journal of Chemical and Biomolecular Engineering, 2:3, 2009에서는 sodium dodecyl sulphate로 입자의 성장을 막고 hydrazine의 환원시키는 방법으로 은나노를 제조하고 있다. Journal of Chemical Education, Vol. 84, No. 2, 2007에서는 sodium borohydride으로 물 속에서 저농도로 환원시키는 방법으로 은나노를 제조하고 있다. 모두 비싸고 유해성이 큰 환원제를 써서 제조하고 있다. 이와 같은 방법들이 은나노를 제조하는 일반적인 방법들이었다. 그렇기에 은나노는 비쌌다. |
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