WO2010090479A2 - 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 나노입자 및 그 제조 방법 - Google Patents

탄소나노튜브를 이용하여 제조된 나노입자 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2010090479A2
WO2010090479A2 PCT/KR2010/000729 KR2010000729W WO2010090479A2 WO 2010090479 A2 WO2010090479 A2 WO 2010090479A2 KR 2010000729 W KR2010000729 W KR 2010000729W WO 2010090479 A2 WO2010090479 A2 WO 2010090479A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carbon nanotubes
nanoparticles
aluminum
particles
nanoparticle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2010/000729
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2010090479A3 (ko
Inventor
소강표
김은선
이영희
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sungkyunkwan University Foundation for Corporate Collaboration
Dayou Smart Aluminium Co Ltd
Original Assignee
Sungkyunkwan University Foundation for Corporate Collaboration
Dayou Smart Aluminium Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sungkyunkwan University Foundation for Corporate Collaboration, Dayou Smart Aluminium Co Ltd filed Critical Sungkyunkwan University Foundation for Corporate Collaboration
Priority to JP2011549068A priority Critical patent/JP2012516784A/ja
Priority to US13/147,890 priority patent/US20110309311A1/en
Priority to EP10738763.1A priority patent/EP2394952A4/en
Priority to CN2010800067321A priority patent/CN102395522A/zh
Publication of WO2010090479A2 publication Critical patent/WO2010090479A2/ko
Publication of WO2010090479A3 publication Critical patent/WO2010090479A3/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054—Nanosized particles
    • 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
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/159—Carbon nanotubes single-walled
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/168—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/5607—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides
    • C04B35/5611—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides based on titanium carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/573—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by reaction sintering or recrystallisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261—Milling
    • C04B35/62615—High energy or reactive ball milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B21/00—Apparatus or methods for working-up explosives, e.g. forming, cutting, drying
    • C06B21/0033—Shaping the mixture
    • C06B21/0066—Shaping the mixture by granulation, e.g. flaking
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B23/00—Compositions characterised by non-explosive or non-thermic constituents
    • C06B23/001—Fillers, gelling and thickening agents (e.g. fibres), absorbents for nitroglycerine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1084—Alloys containing non-metals by mechanical alloying (blending, milling)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • 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
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/041—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by mechanical alloying, e.g. blending, milling
    • 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
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3826—Silicon carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/402—Aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/404—Refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/405—Iron group metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/428—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5284—Hollow fibers, e.g. nanotubes
    • C04B2235/5288—Carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C22C2026/002—Carbon nanotubes

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing nanoparticles, which is prepared by pulverizing powder particles to nano size using carbon nanotubes.
  • Nanoparticles have a much smaller particle size compared to the wavelength of ultraviolet or visible light, form a larger grain boundary relative to the mass of the particle, and a larger number of atoms or molecules at the interface than the bulk material. Positioning allows not only to form micro / nano hybrid structures, but also to change physical, chemical and optical properties depending on the size and morphology of the particles.
  • Nanoparticles include organic materials (for example, polymers), inorganic materials (for example, metals), ceramics, and the like.
  • the preparation method of the nanoparticles includes a polymer polymerization method and a self-assembly method such as suspension polymerization, emulsion polymerization, and dispersion polymerization in the case of organic materials.
  • the inorganic substance includes a thermal decomposition method, a vacuum deposition method, a colloid method, an electrolytic and electroless reduction method of an organic metal precursor.
  • An example of using the solution method is a method of preparing silver nanoparticles (domestic application 10-2006-0101844), which is a method of using a reducing agent after dissolving a compound containing silver in a polar solvent.
  • Silver nanoparticles prepared using this method have a uniform amount, but have a limited amount of production because a complicated manufacturing process is required.
  • a method for preparing nanoparticles is a vapor condensation method (domestic application 10-2007-7004335), which is a method of rapidly condensing a metal by evaporating it at high temperature and high vacuum. Condensation occurs quickly when the evaporated gaseous metal atoms are rapidly cooled. As a result, a large amount of nuclei are generated and crystals and particles become smaller. Using this principle, nanoparticles are produced. This method also requires high heat, high vacuum, etc., and all have to be evaporated in order to produce nanoparticles.
  • a bottom-up method which is a method of manufacturing nanostructures in which clusters are accumulated from atoms or ions. Therefore, the disadvantage of this method is that it requires a process to generate initial atoms or ions and control the crystal to nano size. In the case of the solution method, the density must be controlled and in the case of the evaporation method gas atoms must be produced. Therefore, the productivity is limited.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing nanoparticles using carbon nanotubes.
  • Carbon nanotubes are structurally stable and have excellent mechanical properties. Therefore, when the carbon nanotubes collide with the material, the material can be crushed. In addition, the nano-size allows the material to be crushed to nano-sized.
  • the present invention provides a method of preparing bulk materials into nanoparticles using a novel method different from the conventional method.
  • Another object of the present invention is to provide a nanoparticle produced by the above method.
  • It provides a method for producing a nanoparticle comprising a.
  • step (i) it may further comprise the step of purging with argon (Ar).
  • a ball mill may grind a mixture of powder particles and carbon nanotubes at 100 rpm to 5000 rpm for 0.5 to 12 hours.
  • the present invention in one embodiment, the present invention, the present invention
  • It provides a method for producing a nanoparticle comprising a.
  • the present invention provides a nanoparticle composite comprising powder particles and carbon nanotubes pulverized into carbon nanotubes by a ball mill.
  • Carbon nanotubes used to prepare nanoparticles in the present invention include single-walled carbon nanotubes (SWNT), double-walled carbon nanotubes (DWNT), thin multi-walled carbon nanotubes ( One or a mixture of two or more selected from the group consisting of thin multi-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) may be used.
  • Carbon nanotubes consist of carbons with sp 2 hybrid bonds and are structurally stable. As a result, it has more than 100 times stronger mechanical properties than steel.
  • the carbon nanotubes In order to accomplish this task, the carbon nanotubes must be physically impacted to pulverize the powder particles. To do so, a ball mill process is required to physically impact the carbon nanotubes. In addition, in the general ball mill, the size of the powder particles is reduced in the process of pulverizing the powder particles, and at a certain critical size, the particles are welded to each other again. Carbon nanotubes are attached to the surface of the powder particles to prevent this phenomenon.
  • the manufacturing method of the present invention is divided into a powder particle grinding process by a ball mill and a nano particle generation process by carbon nanotubes.
  • a step of heat treatment which is a method for improving the crystallinity of the carbon nanotubes before the ball mill.
  • the nanoparticles include metal, polymer, or ceramic nanoparticles, but the object may be expanded in various ways according to the purpose.
  • the metal is not limited thereto, but gold, silver, copper, aluminum, manganese, iron, tin, zinc, titanium, and the like can be used.
  • the polymer is not limited to this, but is not limited to polyphosphazene, polylactide, polylactide-co-glycolide-polycaprolactone, polyanhydride, polymalysac, polyalkylcyanoacrylate, poly Hydrooxybutylate, polycarbonate, poriosoester, polyethylene glycol, poly-L-lysine, polyglycolide, polymethylmethacrylate, polyvinylpyrrolidone and the like can be used.
  • the ceramic is not limited to this, but Cubic boron as a nitride, such as tungsten carbide (WC), titanium carbide (TiC), silicon carbide (SiC), etc., as a carbide, such as alumina and zirconia Nitride (CBN), titanium nitride (TiN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), or the like may be used.
  • Cubic boron as a nitride such as tungsten carbide (WC), titanium carbide (TiC), silicon carbide (SiC), etc.
  • a carbide such as alumina and zirconia Nitride (CBN), titanium nitride (TiN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), or the like may be used.
  • binder particles means particles of 1 ⁇ m to several tens of centimeters in diameter, including metal materials, polymeric materials, ceramics.
  • nanoparticle refers to particles having a diameter of 20 nm to 900 nm.
  • the present invention was confirmed that the nanoparticles, such as metal, polymer, ceramics are prepared using carbon nanotubes. Therefore, it can be widely applied to various fields such as medicine, optics, materials using nanoparticles.
  • the nanoparticles thus prepared exhibit all of the properties of the material forming the nanoparticles, the properties of the material changing into nanoparticles, and the properties of the carbon nanotubes contained in the nanoparticles.
  • aluminum nanoparticles are manufactured by using carbon nanotubes
  • light and oxidative properties which are characteristics of aluminum, and specific surface area
  • small crystals which are produced by decreasing particles, which are characteristics of nanoparticles
  • mechanical properties of carbon nanotubes This may include all thermal, electrical and electrical properties.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a step-by-step mechanism for the method for producing nanoparticles using carbon nanotubes of the present invention.
  • Figure 3 is a photograph before and after the production of aluminum nanoparticles using carbon nanotubes according to a preferred embodiment of the present invention.
  • SEM electron micrograph
  • FIG. 5 is an electron microscope (SEM) analysis photograph of aluminum nanoparticles prepared using carbon nanotubes according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an EDS component analysis data of aluminum nanoparticles prepared using carbon nanotubes according to a preferred embodiment of the present invention.
  • TEM 7 is a transmission electron microscope (TEM) analysis data of aluminum nanoparticles prepared using carbon nanotubes according to a preferred embodiment of the present invention.
  • DLS 8 is a particle size measurement (DLS) data of aluminum nanoparticles manufactured using carbon nanotubes according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a measurement data of mechanical properties of a specimen prepared using aluminum nanoparticles prepared using carbon nanotubes according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a measurement data of electrical conductivity of aluminum for casting using aluminum nanoparticles manufactured using carbon nanotubes according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a photograph of oxidative properties of aluminum nanoparticles prepared using carbon nanotubes according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a photograph before and after the preparation of the polymer nanoparticles prepared using carbon nanotubes according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 16 is an electron micrograph (SEM) analysis photo before and after the manufacture of the ceramic nanoparticles prepared using carbon nanotubes according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 17 is a conceptual diagram of the applicability of nanoparticles prepared using carbon nanotubes according to a preferred embodiment of the present invention.
  • SEM electron microscopy
  • the present invention provides a method for producing nanoparticles using carbon nanotubes.
  • Carbon nanotubes consist of carbons with sp 2 hybrid bonds and are structurally stable. As a result, it has more than 100 times stronger mechanical properties than steel.
  • the present invention provides a method of pulverizing a material after the physical force is applied to the carbon nanotubes to collide with the material.
  • the manufacturing method of the present invention is largely composed of a grinding process by balls and a grinding process by carbon nanotubes.
  • 1 is a conceptual diagram for illustrating the mechanism of the present invention.
  • the ball milling process shown in FIG. When the micronization process of the powder particles by the ball proceeds, in general, the particles do not become smaller any longer, and welding of the particles occurs. Therefore, there is a limit to reducing the size of the particles due to the grinding method by the ball mill.
  • the use of carbon nanotubes not only suppresses the welding process between the particles, but also carbon nanotubes crush the particles.
  • carbon nanotubes show a mechanism for pulverizing micro-sized fine particles to nano-sized. Through such a mechanism that the carbon nanotubes pulverize the microparticles, particles of various kinds of materials such as metals, polymers and ceramics can be pulverized.
  • the carbon nanotubes multilayer carbon nanotubes (Hanhan Nanotech, CM95) having a thickness of 10 to 20 nm and a length of 10 to 20 ⁇ m were used.
  • Aluminum powder was used as a product purchased from Samjeon Chemical with a size of 70 ⁇ m.
  • Aluminum particles and carbon nanotubes were placed in a steel ball mill (Pyung Tae Science) made of SKD 11 material and purged with argon (Ar), an inert gas, to prevent oxidation of aluminum.
  • Carbon nanotubes were used at 50 wt%.
  • the ball mill was milled at 400 rpm for 1 hour, 3 hours, 6 hours, and 12 hours, respectively. At this time, the ball used was 5 mm zirconia ball (for DH.ML 1032).
  • Figure 3 is a photograph of the sample observed with a digital camera (Nikon, koolpix-3700) after the production of aluminum nanoparticles using carbon nanotubes.
  • Figure 3 (a) is a photograph of 50 wt% carbon nanotubes and aluminum particles before the grinding process.
  • 3B is a photograph of aluminum nanoparticles after pulverization. Aluminum nanoparticles were observed to increase beyond the initial volume after grinding. From this, it can be observed that the aluminum particles are micronized.
  • 4 is a raw sample before the nanoparticle manufacturing process.
  • 4 (a) is an electron microscope (SEM) (JEOL, JSM700F) photograph of carbon nanotubes observed at 30,000 ⁇ . Carbon nanotubes have a diameter of 10 ⁇ 20 nm and a length of 10 ⁇ 20 ⁇ m.
  • 4B is a photograph of observing raw aluminum at 2,000 ⁇ . The size of the observed aluminum particles is not uniform and most are 10 ⁇ m or more.
  • FIG. 5 is an electron micrograph of aluminum nanoparticles prepared using carbon nanotubes.
  • Figure 5 (a) is an electron microscope photograph observed at 10,000x after one hour ball mill. After 1 hour of crushing, the aluminum particles form a lump, but the nanoparticles are observed on the surface.
  • (B)-(d) are electron microscope photographs after 3 to 12 hours of grinding
  • Figure 6 is a data analysis of the components of aluminum nanoparticles prepared using carbon nanotubes using energy dispersive spectroscopy (EDS) (Oxford). Component analysis was determined after 1 hour grinding of the bulk aluminum particles.
  • 6 (a) is data showing the component spectra of EDS.
  • Figure 6 (b) is a quantitative component analysis table calculated based on the spectrum of (a). As a result of observing the analysis table, it can be predicted that carbon nanotubes are included in the aluminum nanoparticles from the fact that carbon components are included.
  • FIG. 7 is a transmission electron microscope (TEM) (JEOL, JEM2100F) observation photograph of aluminum nanoparticles.
  • the transmission electron microscope can penetrate the nanoparticles and thus can observe the carbon nanotubes in the particles.
  • FIG. 7A illustrates data obtained by measuring clusters of aluminum nanoparticles.
  • (B)-(d) of FIG. 7 are enlarged analysis data about the measurement data of (a).
  • carbon nanotubes are included between the inside and the nanoparticles. Through this analysis, it can be seen that carbon nanotubes play a role in crushing aluminum particles.
  • FIG. 8 is a data of measuring distribution according to size of aluminum through DLS (Photal otsuka electronics, ELS-8000).
  • DLS dipal otsuka electronics, ELS-8000.
  • the x axis of FIG. 8 is ball mill time and the y axis is percent.
  • Ds is the data of the particle group smaller than 1 ⁇ m and Dl was measured the distribution of the particle group larger than 1 ⁇ m.
  • the size distribution of the particles was about 50%, and the proportions of more than 1 ⁇ m and less than each other were similar.
  • the particles occupy less than 1 ⁇ m, which is 80% of the time, and a large amount of nanoparticles are produced. Therefore, it can be seen that the aluminum particles are changed to nano size according to the ball mill time.
  • the mechanical properties of the sample using the aluminum nanoparticles prepared in the present invention were measured.
  • Aluminum nanoparticles prepared by using carbon nanotubes for this embodiment were sintered by the spark plasma sintering method.
  • the sintering method makes the powder bulk, and it is known that the smaller the particles of the powder, the better the mechanical properties.
  • 9A is a value obtained by measuring the hardness of a sample sintered by the spark plasma sintering method. Hardness was measured according to the concentration of carbon nanotubes. The hardness of 50 Hv was observed in the sample without using carbon nanotubes, while the hardness of 500 Hv was observed in the sample prepared using 30 wt% of carbon nanotubes.
  • the specimen prepared in the same manner was processed to the tensile specimen shape to measure the properties of the tension.
  • Raw aluminum has a tensile strength of 93 MPa.
  • Samples prepared using carbon nanotubes showed 134 MPa at 1 wt% of carbon nanotubes and 167 MPa at 5 wt%. That is, about 80% of tensile strength rose.
  • Young's modulus was 372 MPa of raw aluminum, 650 MPa at 1 wt% of carbon nanotubes, and 839 MPa at 5 wt%. That is, the Young's modulus more than 2 times improved. Therefore, it can be observed that the improved mechanical properties appeared in the nanoparticles prepared using carbon nanotubes.
  • FIG. 10 is a data of measuring electrical conductivity of an alloy in which a sample prepared by using carbon nanotubes is dissolved.
  • the raw sample had a resistance of 84 ohm / sq, while the sample prepared with 0.5 wt% of carbon nanotubes showed 52 ohm / sq and 50 ohm / sq for 1 wt%.
  • FIG. 11 is a data measuring the oxidative property of aluminum nanoparticles prepared using carbon nanotubes.
  • FIG. 11A is a photograph of aluminum nanoparticles before ignition.
  • Figure 12 (a) is a measurement of commercially available 3 ⁇ m size aluminum particles (trielectric chemistry). The ignition of aluminum proceeds above 650 °C and the heat of ignition is -82.3 kJ / mg.
  • Figure 12 (b) is the data measured the aluminum nanoparticles prepared in the present invention. The heat of ignition measured on aluminum nanoparticles is -111.6 kJ / mg, which is higher than conventionally manufactured aluminum particles. Therefore, as a result of the present embodiment, when the aluminum nanoparticles are manufactured using carbon nanotubes, they exhibit high oxidative properties, so that they can be applied as explosives, spacecraft fuels, solid fuels, and the like that can ignite.
  • Iron nanoparticles were prepared by the same method as the preparation method of Example 1-1. However, carbon nanotubes were used at 10 wt%, and the ball mill was milled for 6 hours.
  • FIG. 18 Before and after the preparation of the iron nanoparticles prepared using carbon nanotubes were analyzed by an electron microscope (SEM) (Fig. 18).
  • A) of FIG. 18 is a photograph of observing raw iron (Fe) particles at 100x.
  • Figure 18 (b) is a photograph observing the iron nanoparticles after grinding using carbon nanotubes.
  • SEM electron microscope
  • Titanium nanoparticles were prepared by the same method as the preparation method of Example 1-1. However, carbon nanotubes were used at 16 wt%, and the ball mill was milled for 6 hours.
  • FIG. 19 Before and after the production of titanium nanoparticles prepared using carbon nanotubes were analyzed by an electron microscope (SEM) (Fig. 19).
  • 19A is a photograph of observing raw titanium (Ti) particles at 100x.
  • 19 (b) is a photograph of observing titanium nanoparticles after grinding using carbon nanotubes.
  • the present invention enables the production of titanium nanoparticles using carbon nanotubes.
  • polymer nanoparticles were prepared using carbon nanotubes.
  • Carbon nanotubes used in this example used C-150 P manufactured by Bayer.
  • Polycarbonate (Samsung CHEIL INDUSTRIES, ISO-14000) was used as the polymer.
  • This Example used a method similar to Example 1-1, the grinding time was 6 hours.
  • 13 is a photograph before and after grinding.
  • Figure 13 (a) is a photograph before the grinding and carbon nanotubes were added 20 wt%.
  • Figure 13 (b) is a photograph pulverized for 6 hours using carbon nanotubes. The apparent volume was observed after grinding. As a result, it can be predicted that polycarbonate nanoparticles were formed.
  • Example 2-2 Analysis of electron microscope (SEM) of the prepared polymer nanoparticles
  • FIG. 14 is an electron microscope analysis of polycarbonate nanoparticles prepared using carbon nanotubes.
  • Figure 14 (a) is an electron micrograph of the raw carbon nanotubes observed at 10,000x, the diameter is 5 ⁇ 20nm, the length is about 10 ⁇ m.
  • 14B is an electron micrograph of the polycarbonate observed at 100 ⁇ . The diameter of the polycarbonate particles was about 100um.
  • 14C is an electron microscope data (10,000 ⁇ ) of polycarbonate ground for 6 hours.
  • D) of FIG. 14 shows the data of (c) expanded to 1000x. As a result, it can be confirmed that the polycarbonate is pulverized into nanoparticles by carbon nanotubes. Therefore, the present invention enables the production of polymer nanoparticles using carbon nanotubes.
  • ceramic nanoparticles were prepared using carbon nanotubes.
  • silicon carbide Aldrich, 357391, 400 mesh
  • carbon nanotubes C 150-P manufactured by bayer was used as in Example 2-1.
  • the concentration of carbon nanotubes was carried out at 50 wt%.
  • This Example used a method similar to Example 1-1, the grinding time was 6 hours.
  • 15 is a photograph before and after grinding the ceramic into nanoparticles.
  • (A) is a photograph before grinding into nanoparticles
  • (b) is a photograph after grinding into nanoparticles. The apparent volume was observed after grinding. As a result, it can be predicted that silicon carbide nanoparticles were formed.
  • the silicon carbide nanoparticles prepared using carbon nanotubes were analyzed by electron microscopy.
  • 16 is an electron microscope photograph of before and after preparing silicon carbide nanoparticles.
  • FIG. 16A illustrates a photograph of raw silicon carbide at 100 ⁇ . The particle size is 10-30 ⁇ m.
  • FIG. 16B is an electron micrograph after pulverization using carbon nanotubes. As a result, it can be seen that the size of the silicon carbide particles is reduced to a nano size of less than 1 ⁇ m. Therefore, the present invention enables the production of ceramic nanoparticles using carbon nanotubes.
  • nanoparticles When aluminum is well oxidized, nanoparticles have a large specific surface area, and carbon nanotubes have high thermal conductivity, they can be used as ignition agents such as space aircraft propulsion fuels and gunpowder because they cause oxidation reactions in a short time. In addition, it can be used as a solid fuel by controlling the reaction time and can be used as a heating agent because it emits a high temperature of 1200 ° C. or more. In addition, by using the light properties of aluminum and mechanical properties of carbon nanotubes, it can be used as a light and strong high strength composite new material. 17 is a conceptual diagram showing an application to the characteristics of the nanoparticles produced by the present invention.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브를 이용하여 나노입자를 제조하는 방법 및 이 방법에 의하여 제조된 나노입자를 제공한다. 본 발명은 물리적으로 견고한 구조를 가지고 화학적으로 단단한 결합을 형성하고 있는 탄소나노튜브를 이용하여 금속, 고분자 및 세라믹 등의 분말 입자를 나노 크기로 분쇄하는 것을 특징으로 한다. 또한 이러한 방법을 통하여 제조된 나노입자는 크기가 작고 탄소나노튜브를 포함하고 있으므로 산화력이 좋은 금속에 이용할 경우 고체연료 및 화약 등 발화성이 필요한 응용분야에 적용할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브는 기계적 특성과 전기전도도가 우수함으로 그와 관련한 제품에 적용할 수 있다.

Description

탄소나노튜브를 이용하여 제조된 나노입자 및 그 제조 방법
본 발명은 나노입자를 제조하는 방법에 관한 것으로 탄소나노튜브를 이용하여 분말 입자를 나노 크기로 분쇄하여 제조하는 것이다.
나노입자는 입자의 크기가 자외선이나 가시광의 파장에 비해 훨씬 작고, 입자의 질량에 비해 상대적으로 커다란 결정입계(grain boundary)를 형성하고 벌크(bulk) 물질에 비해 많은 수의 원자나 분자가 계면에 위치하게 되므로 마이크로/나노 하이브리드 구조를 형성할 뿐 아니라 입자의 크기와 형태(morphology)에 따라 물리, 화학적, 광학적 특성을 변화시킬 수 있다.
나노입자의 응용 측면에서는 촉매, 광전자, 신소재, 비선형 광학, 의학을 포함한 생명공학 등의 광범위한 분야에서 활발한 연구가 진행되고 있다.
나노입자는 유기물(예를 들면, 고분자), 무기물(예를 들면, 금속), 세라믹 등이 있다. 나노입자의 제조방법은 유기물의 경우 현탁중합, 유화중합, 분산중합 등으로 고분자 중합법과 자기 조립법 등이 있다. 무기물은 유기 금속 전구체의 열분해법, 진공 증착법, 콜로이드법, 전해 및 무전해 환원법 등이 있다.
용액 방법을 이용한 예로 은나노 제조방법(국내출원 10-2006-0101844)을 들 수 있는데, 극성 용매에 은을 포함한 화합물을 용해한 후 환원제를 사용하는 방법이다. 이와 같은 방법을 이용하여 제조된 은 나노입자는 균일한 반면에 복잡한 제조 공정이 필요하기 때문에 제조량의 한계성을 지닌다.
나노입자를 제조하는 방법에 대한 또 다른 예로 기상응축 방법(국내출원 10-2007-7004335)을 들 수 있는데, 이 방법은 금속을 고온과 고진공으로 증발시켜 급속하게 응축시키는 방법이다. 증발된 기체 상태의 금속원자들이 급속하게 냉각될 경우 응축이 빠르게 이루어진다. 따라서 많은 양의 결정핵이 생성되고 결정과 입자는 작아지게 된다. 그러한 원리를 이용하여 나노입자가 생성되게 된다. 이 방법 또한 고열과 고진공 등이 소요되고 나노입자를 제조하기 위해서는 모두 증발시켜야 하기 때문 생산량의 제한이 있게 된다.
기존의 이러한 나노입자 제조방법은 원자나 이온에서 클러스터를 쌓아가는 나노구조 제조방법인 바텀-업(battom-up) 방식이라 불리는 방법을 사용하고 있다. 그 때문에 이 방법의 단점은 초기 원자나 이온들을 생성하여야 하는 공정이 요구 되고 나노 크기로 결정을 제어해야 한다. 용액 방법의 경우 밀도를 제어해야 하고 증발법의 경우 기체원자를 생성해야 한다. 따라서 생산성의 한계를 나타내게 된다.
본 발명의 목적은 탄소나노튜브를 이용하여 나노입자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 탄소나노튜브는 구조적으로 안정하여 기계적인 성질이 우수하다. 따라서 탄소나노튜브가 물질에 충돌하여 충격을 가할 시 물질을 분쇄할 수 있다. 또한 나노 크기를 가지고 있기 때문에 물질을 나노 크기로 분쇄가 가능하게 된다. 이러한 기존과는 다른 새로운 방법을 이용하여 벌크(bulk) 물질을 나노입자로 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 나노입자를 제공하는 것이다.
상기 목적에 따라, 본 발명은
(i) 분말 입자와 탄소나노튜브의 혼합물을 준비하는 단계; 및
(ii) 상기 혼합물을 볼밀(ball mill)하여 분쇄하는 단계
를 포함하는 나노입자를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 단계 (i)에서, 아르곤(Ar)으로 퍼징(purging)하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 단계 (ii)에서, 볼밀(ball mill)은 0.5 시간 내지 12시간 동안 100 rpm 내지 5000 rpm으로 분말 입자와 탄소나노튜브의 혼합물을 분쇄할 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서, 본 발명은
(i) 분말 입자와 탄소나노튜브를 혼합하는 단계;
(ii) 상기 혼합물에 충격을 가할 수 있는 매개체로의 볼을 투입하는 단계;
(iii) 상기 혼합물과 볼을 컨테이너 속에 밀봉하는 단계; 및
(iv) 상기 혼합물과 볼이 포함된 컨테이너를 물리적으로 회전시켜 볼밀(ball mill) 과정으로 분쇄하는 단계
를 포함하는 나노입자를 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 볼밀(ball mill)에 의해 탄소나노튜브로 분쇄된 분말 입자 및 탄소나노튜브를 포함하는 나노입자 복합체를 제공한다.
본 발명에서 나노입자를 제조하기 위하여 이용하는 탄소나노튜브로는 단일벽 탄소나노튜브(single walled carbon nanotube, SWNT), 이중벽 탄소나노튜브(duble-walled carbon nanotube, DWNT), 얇은 다중벽 탄소나노튜브(thin multi-walled carbon nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube, MWNT)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 탄소나노튜브는 sp2 혼성 결합을 가진 탄소로 이루어져 있고 구조적으로 안정한 형태를 이루고 있다. 그 때문에 강철보다 100 배 이상 강한 기계적 특성을 보이고 있다.
본 과제를 수행하기 위해서는 탄소나노튜브에 물리적인 충격을 주어 분말 입자를 분쇄하도록 해야 한다. 그렇게 하기 위해서는 탄소나노튜브에 물리적인 충격을 줄 수 있는 볼밀(ball mill) 공정이 필요하다. 또한 일반적인 볼밀에서는 분말 입자를 분쇄하는 과정에서 분말 입자의 크기가 작아지는데 어느 임계크기가 되면 다시 입자끼리의 접합(welding)이 이루어져 커지게 된다. 탄소나노튜브는 분말 입자의 표면에 붙어 이러한 현상을 막을 수 있게 된다.
본 발명의 제조방법은 볼밀에 의한 분말 입자 분쇄 과정과 탄소나노튜브에 의한 나노입자 생성과정으로 나눠진다. 나노입자가 효과적으로 생성되기 위해서 볼밀 전 탄소나노튜브의 결정성을 향상할 수 있는 방법인 열처리하는 단계가 포함될 수 있다.
본 발명에 있어서, 나노입자는 금속, 고분자, 또는 세라믹 나노입자를 포함하나, 그 대상은 목적에 따라 다양하게 확대될 수 있다.
본 발명에 있어서, 금속은, 이것에 한정되는 것은 아니지만, 금, 은, 구리, 알루미늄, 망간, 철, 주석, 아연, 티타늄 등이 사용될 수 있다.
또한, 고분자는, 이것에 한정되는 것은 아니지만, 폴리포스파젠, 폴리락타이드, 폴리락티드-코-글리콜라이드-폴리카프로락톤, 폴리안하이드라이드, 폴리말릭삭, 폴리알킬시아노아크릴레이트, 폴리하이드로옥시부틸레이트, 폴리카보네이트, 포리오르소에스테르, 폴리에틸렌글리콜, 폴리-L-라이신, 폴리글리콜라이드, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈 등이 사용될 수 있다.
또한, 세라믹은, 이것에 한정되는 것은 아니지만, 산화물로서 알루미나(Alumina), 지르코니아(Zirconia) 등, 탄화물로서 텅스텐카바이드(WC), 티타늄카바이드(TiC), 실리콘카바이드(SiC) 등, 질화물로서 큐빅보론질화물(CBN), 티타늄질화물(TiN), 실리콘질화물(Si3N4) 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 명세서에서 사용된 용어 "분말 입자"는 금속 물질, 고분자 물질, 세라믹을 포함하는, 직경이 1㎛ 내지 수십 1 cm 인 입자를 의미한다.
본 발명의 명세서에서 사용된 용어 "나노입자"는 직경이 20 ㎚ 내지 900 ㎚ 인 입자를 의미한다.
본 발명은 탄소나노튜브를 이용하여 금속, 고분자, 세라믹 등의 나노입자가 제조되는 것을 확인하였다. 따라서 나노입자를 사용하는 의학, 광학, 재료 등의 다양한 분야에 널리 적용될 수 있다. 또한 이렇게 제조된 나노입자는 나노입자를 이루고 있는 재료의 특성, 재료가 나노입자로 변하면서 나타나는 성질, 및 나노입자에 포함된 탄소나노튜브의 특성이 모두 나타난다. 한 예로 탄소나노튜브를 이용하여 알루미늄 나노입자를 제조한 경우, 알루미늄의 특성인 가볍고 산화가 잘되는 성질, 나노입자의 특성인 입자가 작아지면서 생기는 비표면적이 커지고 결정이 작은 성질, 탄소나노튜브의 기계적, 열적, 전기적 특성 등을 모두 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 탄소나노튜브를 이용한 나노입자의 제조방법에 관한 단계별 메커니즘을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 알루미늄 나노입자를 제조하기 위한 공정이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 알루미늄 나노입자의 제조 전과 후의 사진이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 알루미늄 나노입자를 제조하기 위해 사용된 탄소나노튜브와 알루미늄의 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 알루미늄 나노입자의 전자현미경(SEM) 분석 사진이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 알루미늄 나노입자의 EDS 성분 분석 자료이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 알루미늄 나노입자의 투과전자현미경(TEM) 분석 자료이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 알루미늄 나노입자의 입자크기측정(DLS) 자료이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 알루미늄 나노입자를 사용하여 제조된 시편의 기계적 특성 측정 자료이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 알루미늄 나노입자를 적용한 주조용 알루미늄의 전기전도도를 측정한 자료이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 알루미늄 나노입자의 산화성을 측정한 사진이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 알루미늄 나노입자의 산화성을 측정한 DTA자료이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 고분자 나노입자의 제조 전과 후의 사진이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 고분자 나노입자의 전자현미경(SEM) 분석 사진이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 세라믹 나노입자의 제조 전과 후의 사진이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 세라믹 나노입자의 제조 전과 후의 전자 현미경(SEM) 분석 사진이다.
도 17은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 나노입자의 응용가능성에 대한 개념도이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 철 나노입자의 제조 전과 후의 전자 현미경(SEM) 분석 사진이다.
도 19는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 티타늄 나노입자의 제조 전과 후의 전자 현미경(SEM) 분석 사진이다.
본 발명은 탄소나노튜브를 이용하여 나노입자를 제조하는 방법을 제공한다. 탄소나노튜브는 sp2 혼성 결합을 가진 탄소로 이루어져 있고 구조적으로 안정한 형태를 이루고 있다. 그 때문에 강철보다 100 배 이상 강한 기계적 특성을 보이고 있다. 본 발명에서는 이러한 탄소나노튜브에 물리적인 힘을 가하여 물질과 충돌하게 한 후 물질을 분쇄하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법은 크게 볼에 의한 분쇄과정과 탄소나노튜브에 의한 분쇄 과정으로 구성되어 있다. 도 1은 본 발명의 메카니즘을 나타내기 위한 개념도이다. 본 발명을 수행하기 위해서는 도 1 (a)에 나타난 볼밀 시 볼에 의한 미분화 과정이 선행되어야 한다. 볼에 의한 분말 입자의 미분화 과정이 진행이 되면 일반적인 경우 입자는 더 이상 작아지지 못하고 입자끼리의 접합(welding)이 일어난다. 그 때문에 볼밀에 의한 분쇄 방법으로 인하여 입자의 크기를 줄이는 것은 한계가 있다. 그러나 탄소나노튜브를 이용하면 입자끼리의 접합(welding)이 되는 과정을 억제할 수 있을 뿐 아니라 탄소나노튜브가 입자를 분쇄하는 역할을 한다. 도 1의 (b)에 나타난 개념도에서는 탄소나노튜브가 마이크로 크기의 미세 입자를 나노 크기로 분쇄하는 메카니즘을 나타낸 것이다. 이러한 탄소나노튜브가 마이크로 입자를 분쇄하는 메카니즘을 통하여 금속, 고분자, 세라믹 등의 다양한 종류의 물질 입자들이 분쇄 가능하다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 인용된 문헌은 본 발명의 명세서에 참조로서 통합된다.
실시예
실시예 1-1: 탄소나노튜브를 이용한 알루미늄 나노입자의 제조
본 발명의 구체적인 예는 도 2의 알루미늄 나노입자 제조 공정을 따른다. 탄소나노튜브로는 10 ~ 20 ㎚ 두께 및 10 ~ 20 ㎛ 길이의 다중층 탄소나노튜브(한화나노텍, CM95)를 사용하였다. 알루미늄 분말은 크기가 70 ㎛로 삼전화학에서 구매한 제품을 사용하였다. 알루미늄 입자와 탄소나노튜브를 SKD 11 소재로 제조된 강철 볼밀 자(태명과학)에 넣고 알루미늄의 산화를 막기 위해 비활성 기체인 아르곤(Ar)으로 퍼징(purging)하였다. 탄소나노튜브는 50 wt%로 사용하였다. 볼밀(ball mill)은 400 rpm으로 각각 1 시간, 3 시간, 6 시간, 12 시간 동안 밀링하였다. 이때, 사용된 볼은 지르코니아 볼(대한, DH.ML 1032) 5mm로 하였다.
실시예 1-2: 제조된 알루미늄 나노입자의 분석
가. 사진분석
도 3은 탄소나노튜브를 이용하여 알루미늄 나노입자 제조 후 시료를 디지털 카메라(니콘, koolpix-3700)로 관찰한 사진이다. 도 3의 (a)는 분쇄 과정 전의 50 wt%의 탄소나노튜브와 알루미늄 입자의 사진이다. 도 3의 (b)는 분쇄 후의 알루미늄 나노입자의 사진이다. 알루미늄 나노입자들은 분쇄 후 초기 부피보다 증가되어 관찰되었다. 이로 미루어 보아 알루미늄 입자들이 미세화되어 있음을 관찰할 수 있다.
나. 전자현미경(SEM) 분석
도 4는 나노입자 제조 공정 전의 원(Raw) 시료이다. 도 4의 (a)는 탄소나노튜브를 30,000x에서 관측한 전자현미경(SEM)(JEOL, JSM700F) 사진이다. 탄소나노튜브는 10~20 ㎚의 직경을 가지고 길이는 10~20 ㎛의 길이를 갖는다. 도 4의 (b)는 2,000x에서 원(Raw) 알루미늄을 관측한 사진이다. 관측한 알루미늄 입자의 크기는 균일하지 않으며 대부분은 10 ㎛이상이다.
도 5는 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 알루미늄 나노입자의 전자현미경 사진이다. 도 5의 (a)는 1시간 볼밀 후 10,000x에서 관측한 전자현미경 사진이다. 1시간 분쇄 후 알루미늄 입자는 덩어리를 이루고 있지만 표면에서 나노입자들이 관찰되는 것을 확인할 수 있다. 도 5의 (b)~(d)는 3~12시간 분쇄 후의 전자현미경 사진이다. 전자현미경 분석 결과 알루미늄 입자는 3 시간 분쇄 처리 후 모두 나노입자로 변하였다. 따라서 알루미늄 입자가 나노입자로 변하는 과정은 1~3시간 사이에 일어나는 것으로 확인되었다.
다. 성분 분석(EDS)
도 6은 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 알루미늄 나노입자를 EDS(energy dispersive spectroscopy)(Oxford)를 이용하여 성분을 분석한 자료이다. 성분 분석은 벌크 알루미늄 입자를 1 시간 분쇄 후에 측정하였다. 도 6의 (a)는 EDS의 성분 스펙트럼을 나타낸 자료이다. 도 6의 (b)는 (a)의 스펙트럼을 바탕으로 계산한 정량적 성분 분석표이다. 분석표를 관찰한 결과 탄소성분을 포함한 것으로 미루어 보아 알루미늄 나노입자 내에 탄소나노튜브가 포함되어 있음을 예측할 수 있다.
라. 투과전자현미경(TEM) 분석
도 7은 알루미늄 나노입자의 투과전자현미경(TEM)(JEOL, JEM2100F) 관측 사진이다. 투과전자현미경은 나노입자를 투과할 수 있어서 입자 내에 있는 탄소나노튜브의 관찰이 가능하다. 투과전자현미경 관측은 알루미늄 입자를 1시간 분쇄 후에 시료를 관측하였다. 도 7의 (a)는 알루미늄 나노 입자의 클러스터를 측정한 자료이다. 도 7의 (b)~(d)는 (a)의 측정 자료에 대한 확대 분석자료이다. 나노입자의 클러스터를 분석한 결과 나노입자 내부와 사이사이에 탄소나노튜브가 포함된 것을 관찰할 수 있다. 이 분석 자료를 통하여 탄소나노튜브는 알루미늄 입자를 분쇄하는 역할을 하는 것을 확인할 수 있다.
마. DLS(Dynamic light scattering)를 통한 알루미늄 나노입자의 크기와 분 포도 분석
도 8은 DLS(Photal otsuka electronics, ELS-8000) 통하여 알루미늄의 크기에 따른 분포도를 측정한 자료이다. 본 실시예는 5 wt%의 탄소나노튜브를 이용하여 볼밀 1시간 이내의 입자크기 분포를 측정하였다. 도 8의 x 축은 볼밀 시간이고 y 축은 퍼센트이다. Ds는 1 ㎛ 보다 작은 입자군을 측정한 자료이고 Dl은 1 ㎛ 큰 입자군의 분포를 측정하였다. 볼 밀 후 30분에서는 입자의 크기 분포는 1 ㎛ 이상과 이하가 차지하는 비율이 각각 50% 수준으로 비슷하다. 볼밀 45분 후부터는 1 ㎛ 이하의 입자가 차지하는 비율이 80 % 수준으로 나노입자가 다량으로 제조되는 시점이다. 따라서 알루미늄 입자는 볼밀 시간에 따라 나노 크기로 변화되는 것을 확인할 수 있다.
바. 기계적 특성 분석
본 실시예에서는 본 발명에서 제조된 알루미늄 나노입자를 사용한 시료의 기계적 특성을 측정하였다. 본 실시예를 위하여 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 알루미늄 나노입자를 스파크 플라즈마 소결법으로 소결하였다. 소결방법은 파우더를 벌크하게 만드는 것으로서 파우더의 입자가 작을수록 기계적 특성이 향상되는 것으로 알려져 있다. 도 9의 (a)는 스파크 플라즈마 소결법으로 소결한 시료의 경도를 측정한 값이다. 경도는 탄소나노튜브의 농도에 따라 측정하였다. 탄소나노튜브를 이용하지 않은 시료에서는 50 Hv의 경도가 나타난 반면에 탄소나노튜브 30 wt%를 이용하여 제조된 시료에서는 500 Hv이상의 경도가 나타났다. 또한 같은 방법으로 제조된 시편을 인장 시편 모양으로 가공하여 인장의 특성을 측정하였다. 원(Raw) 알루미늄의 경우 인장이 93 MPa이 나왔다. 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 시료의 경우 탄소나노튜브 1 wt%에서는 134 MPa, 5 wt%의 경우 167 MPa이 나타났다. 즉, 80 % 정도의 인장이 상승하였다. 영률은 원(Raw) 알루미늄 372 MPa, 탄소나노튜브 1 wt%에서 650 MPa, 5 wt%에서는 839 MPa이 나타났다. 즉, 2배 이상의 영률이 향상되었다. 따라서 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 나노입자에서 향상된 기계적 특성이 나타났음을 관찰할 수 있다.
사. 전기적 특성 분석
본 실시예에서는 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 나노입자를 이용한 시료의 전기전도도를 측정하였다. 시료는 탄소나노튜브를 포함한 알루미늄 나노입자에 알루미늄 벌크 입자를 추가하여 접합(welding)한 후 수 밀리 크기로 제조하였다. 그 다음으로 접합(welding)된 입자를 기존 합금인 ALDC 12.1 계열에(㈜우신금속, KSD2331) 추가하여 용해하였다. 도 10은 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 시료를 용해한 합금의 전기전도도를 측정한 자료이다. 원(Raw) 시료의 경우 84 ohm/sq의 저항이 나온 반면 탄소나노튜브 0.5 wt%를 포함하여 제조된 시료의 경우 52 ohm/sq, 1 wt%의 경우 50 ohm/sq이 나왔다. 본 실시예의 결과로 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 나노입자를 이용할 경우 향상된 전기전도도를 얻을 수 있음을 확인하였다.
아. 발화 특성분석
본 실시예에서는 알루미늄 나노입자의 산화성을 측정하였다. 일반적으로 알루미늄은 산화력이 높은 물질로 알려져 있다. 알루미늄이 나노입자로 변했을 경우 높은 비표면적 때문에 다량의 알루미늄 원자들의 산화가 동시에 가능하게 된다. 따라서 일반적인 알루미늄 분말과 다른 발화성을 갖는다. 또한 탄소나노튜브는 높은 열전도율을 갖는 물질로 알려져 있다. 그 때문 알루미늄 나노입자 내에 포함되어있는 탄소나노튜브는 나노입자 간의 열을 전달시킬 수 있어서 더욱 효과적으로 산화를 진행시킬 수 있다. 도 11은 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 알루미늄 나노입자의 산화성을 측정한 자료이다. 도 11의 (a)는 발화 전의 알루미늄 나노입자 사진이다. 알루미늄 나노입자의 발화는 가스토치를 이용하여 진행시켰다. (b)는 가스토치를 이용하여 발화시킨 후 산화반응이 진행될 때의 사진이다. 산화 반응이 진행되는 동안 적외선 온도계(OPL-7)를 이용하여 온도를 측정한 결과 1200 ℃에 다다른 것을 확인하였다. 도 11의 (c)는 산화반응이 완료된 후의 사진이다. 산화 반응이 완료된 알루미늄은 산화 알루미늄으로 되어서 흰색으로 변하였다. 도 12는 DTA(SEICO INST.(일본), Seiko Exstar6000)를 이용하여 알루미늄 나노입자가 산화될 때 발생하는 산화열을 측정하였다. DTA는 물질을 일정한 속도로 온도를 증가시켜 상(phase)이 변화시 발생되는 발열이나 흡열등을 측정하는 장비이다. 본 실시예에서는 10 ℃/min의 속도로 1300 ℃까지 승온시키며 열의 변화를 관찰하였다. 도 12의 (a)는 상업적으로 구매할 수 있는 3 ㎛ 크기의 알루미늄 입자(삼전화학)를 측정한 자료이다. 알루미늄의 발화는 650 ℃ 이상에서 진행되며 발화열은 -82.3 kJ/mg이다. 도 12의 (b)는 본 발명에서 제조한 알루미늄 나노입자를 측정한 자료이다. 알루미늄 나노입자에서 측정된 발화열은 -111.6 kJ/mg으로 기존에 상업적으로 제조된 알루미늄 입자보다 높은 발화성을 지닌다. 따라서 본 실시예의 결과로 탄소나노튜브를 이용하여 알루미늄 나노입자를 제조할 경우 높은 산화성을 나타내므로 발화를 시킬 수 있는 폭약이나 우주선 연료, 고체연료 등으로 응용이 가능하다.
실시예 1-3: 탄소나노튜브를 이용한 철 나노입자의 제조 및 전자현미경(SEM) 분석
상기 실시예 1-1의 제조방법과 동일한 방법으로 철 나노입자를 제조하였다. 다만, 탄소나노튜브는 10 wt%로 사용하였고, 볼밀(ball mill)은 6시간 동안 밀링하였다.
탄소나노튜브를 이용하여 제조된 철 나노입자의 제조 전과 후를 전자현미경(SEM)으로 분석하였다(도 18). 도 18의 (a)는 100x에서 원(raw) 철(Fe) 입자를 관측한 사진이다. 도 18의 (b)는 탄소나노튜브를 이용하여 분쇄한 후의 철 나노입자를 관측한 사진이다. 분석결과, 철 입자의 크기가 1 ㎛ 이하의 나노 크기로 감소하였음을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명으로 탄소나노튜브를 이용하여 철 나노입자의 제조가 가능하다.
실시예 1-4: 탄소나노튜브를 이용한 티타늄 나노입자의 제조 및 전자현미경(SEM) 분석
상기 실시예 1-1의 제조방법과 동일한 방법으로 티타늄 나노입자를 제조하였다. 다만, 탄소나노튜브는 16 wt%로 사용하였고, 볼밀(ball mill)은 6시간 동안 밀링하였다.
탄소나노튜브를 이용하여 제조된 티타늄 나노입자의 제조 전과 후를 전자현미경(SEM)으로 분석하였다(도 19). 도 19의 (a)는 100x에서 원(raw) 티타늄(Ti) 입자를 관측한 사진이다. 도 19의 (b)는 탄소나노튜브를 이용하여 분쇄한 후의 티타늄 나노입자를 관측한 사진이다. 분석결과, 티타늄 입자의 크기가 1 ㎛ 이하의 나노 크기로 감소하였음을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명으로 탄소나노튜브를 이용하여 티타늄 나노입자의 제조가 가능하다.
실시예 2-1: 탄소나노튜브를 이용한 고분자 나노입자의 제조
본 실시예에서는 탄소나노튜브를 이용하여 고분자 나노입자를 제조하였다. 본 실시예에 사용된 탄소나노튜브는 Bayer에서 제조한 C-150 P를 이용하였다. 고분자는 폴리카보네이트(Polycarbonate)를(Samsung CHEIL INDUSTRIES, ISO-14000) 이용하였다. 본 실시예는 실시예 1-1과 유사한 방법을 사용하였으며, 분쇄시간은 6 시간을 하였다. 도 13은 분쇄 전과 후의 사진이다. 도 13의 (a)는 분쇄 전의 사진이며 탄소나노튜브는 20 wt%를 첨가하였다. 도 13의 (b)는 탄소나노튜브를 이용하여 6 시간 동안 분쇄한 사진이다. 분쇄 후 겉보기 부피가 커진 것으로 관찰되었다. 이 결과로 미루어 보아 폴리카보네이트 나노입자가 형성되었음을 예측할 수 있다.
실시예 2-2: 제조된 고분자 나노입자의 전자현미경(SEM) 분석
도 14는 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 폴리카보네이트 나노입자를 전자현미경으로 분석한 자료이다. 도 14의 (a)는 10,000x에서 관측한 원(raw) 탄소나노튜브의 전자현미경 사진이며, 직경은 5~20 ㎚, 길이는 약 10 ㎛이다. 도 14의 (b)는 100x에서 관측한 폴리카보네이트의 전자 현미경 사진이다. 폴리카보네이트 입자의 직경은 100 um 내외를 사용하였다. 도 14의 (c)는 6시간 동안 분쇄한 폴리카보네이트의 전자현미경 자료(10,000x)이다. 도 14의 (d)는 (c)자료를 1000x로 확대한 것이다. 분석 결과 폴리카보네이트가 탄소나노튜브에 의하여 나노입자로 분쇄되었음을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명으로 탄소나노튜브를 이용하여 고분자 나노입자의 제조가 가능하다.
실시예 3-1: 탄소나노튜브를 이용한 세라믹 나노입자의 제조
본 실시예에서는 탄소나노튜브를 이용하여 세라믹 나노입자를 제조하였다. 세라믹은 실리콘 카바이드(Silicon carbide)(Aldrich, 357391, 400 mesh)를 사용하였다. 탄소나노튜브는 실시예 2-1과 같이 bayer에서 제조한 C 150-P를 사용하였다. 탄소나노튜브의 농도는 50 wt%로 실시하였다. 본 실시예는 실시예 1-1과 유사한 방법을 사용하였으며, 분쇄시간은 6시간을 하였다. 도 15는 세라믹을 나노입자로 분쇄하기 전과 후의 사진이다. 도 15의 (a)는 나노입자로 분쇄하기 전의 사진이고 (b)는 나노입자로 분쇄한 후의 사진이다. 분쇄 후 겉보기 부피가 커진 것으로 관찰되었다. 이 결과로 미루어 보아 실리콘 카바이드 나노입자가 형성되었음을 예측할 수 있다.
실시예 3-2: 제조된 세라믹 나노입자의 전자현미경(SEM) 분석
본 실시예에서는 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 실리콘 카바이드 나노입자를 전자현미경으로 분석하였다. 도 16은 실리콘 카바이드 나노입자를 제조하기 전과 후의 전자현미경 관측 사진이다. 도 16의 (a)는 100x에서 원(raw) 실리콘 카바이드를 관측한 사진이다. 입자의 크기는 10~30 ㎛ 이다. 도 16의 (b)는 탄소나노튜브를 이용하여 분쇄한 후의 전자현미경 사진이다. 분석결과 실리콘 카바이드 입자의 크기가 1 ㎛ 이하의 나노 크기로 감소하였음을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명으로 탄소나노튜브를 이용하여 세라믹 나노입자의 제조가 가능하다.
지금까지 예시적인 실시 태양을 참조하여 본 발명을 기술하여 왔지만, 본 발명의 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 범주를 벗어나지 않고서도 다양한 변화를 실시할 수 있으며 그의 요소들을 등가물로 대체할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 본질적인 범주를 벗어나지 않고서도 많은 변형을 실시하여 특정 상황 및 재료를 본 발명의 교시내용에 채용할 수 있다. 따라서, 본 발명이 본 발명을 실시하는데 계획된 최상의 양식으로서 개시된 특정 실시 태양으로 국한되는 것이 아니며, 본 발명이 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 태양을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
알루미늄의 산화가 잘되는 특성과 나노입자의 비표면적이 큰 특성, 탄소나노튜브의 열전도율이 높은 특성을 이용하면 단시간에 산화반응을 일으키기 때문에 우주항공기 추진연료와 화약과 같은 발화제로 사용이 가능하다. 또한 반응 시간을 조절하여 고체연료로서 사용할 수 있고 1200 ℃ 이상의 고온을 내기 때문에 발열제로도 이용이 가능하다. 또한 알루미늄의 가벼운 특성과 탄소나노튜브의 기계적 특성을 이용하면 가벼우면서도 강한 고강도 복합신소재로도 이용이 가능하다. 도 17은 본 발명으로 제작된 나노입자의 특성에 대한 응용을 나타낸 개념도이다.

Claims (18)

  1. (i) 분말 입자와 탄소나노튜브의 혼합물을 준비하는 단계; 및
    (ii) 상기 혼합물을 볼밀(ball mill)하여 분쇄하는 단계
    를 포함하는 나노입자를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 얇은 다중벽 탄소나노튜브 및 다중벽 탄소나노튜브로 구성된 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물임을 특징으로 하는 나노입자 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    분말 입자는 금속임을 특징으로 하는 나노입자 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    금속은 금, 은, 구리, 알루미늄, 망간, 철, 주석, 아연 및 티타늄으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나임을 특징으로 하는 나노입자 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    금속은 알루미늄임을 특징으로 하는 나노입자 제조방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (i)에서 아르곤(Ar)으로 퍼징(purging)하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 나노입자 제조방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    볼밀(ball mill)로 0.5 시간 내지 12시간 동안 100 rpm 내지 5000 rpm으로 분쇄함을 특징으로 하는 나노입자 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    볼밀(ball mill)로 0.5 시간 내지 12시간 동안 100 rpm 내지 5000 rpm으로 분쇄함을 특징으로 하는 나노입자 제조방법.
  9. 볼밀(ball mill)에 의해 탄소나노튜브로 분쇄된 분말 입자 및 탄소나노튜브를 포함하는 나노입자 복합체.
  10. 제9항에 있어서,
    탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 얇은 다중벽 탄소나노튜브 및 다중벽 탄소나노튜브로 구성된 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물임을 특징으로 하는 나노입자 복합체.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    분말 입자는 금속임을 특징으로 하는 나노입자 복합체.
  12. 제11항에 있어서,
    금속은 금, 은, 구리, 알루미늄, 망간, 철, 주석, 아연 및 티타늄으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나임을 특징으로 하는 나노입자 복합체.
  13. 제11항에 있어서,
    금속은 알루미늄임을 특징으로 하는 나노입자 복합체.
  14. 제9항에 있어서,
    분말 입자는 1 ㎛ 이상 1 cm 이하임을 특징으로 하는 나노입자 복합체.
  15. (i) 고분자 분말 입자와 탄소나노튜브의 혼합물을 준비하는 단계; 및
    (ii) 상기 혼합물을 볼밀(ball mill)하여 분쇄하는 단계
    를 포함하는 나노입자를 제조하는 방법.
  16. 볼밀(ball mill)에 의해 탄소나노튜브로 분쇄된 고분자 분말 입자 및 탄소나노튜브를 포함하는 나노입자 복합체.
  17. (i) 세라믹 분말 입자와 탄소나노튜브의 혼합물을 준비하는 단계; 및
    (ii) 상기 혼합물을 볼밀(ball mill)하여 분쇄하는 단계
    를 포함하는 나노입자를 제조하는 방법.
  18. 볼밀(ball mill)에 의해 탄소나노튜브로 분쇄된 세라믹 분말 입자 및 탄소나노튜브를 포함하는 나노입자 복합체.
PCT/KR2010/000729 2009-02-05 2010-02-05 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 나노입자 및 그 제조 방법 Ceased WO2010090479A2 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011549068A JP2012516784A (ja) 2009-02-05 2010-02-05 カーボンナノチューブを使用して調製されたナノ粒子およびその調製方法
US13/147,890 US20110309311A1 (en) 2009-02-05 2010-02-05 Nanoparticles prepared using carbon nanotube and preparation method therefor
EP10738763.1A EP2394952A4 (en) 2009-02-05 2010-02-05 USING NANOPARTICLES MANUFACTURED BY CARBON NANOTONES AND METHOD OF MANUFACTURING THEM
CN2010800067321A CN102395522A (zh) 2009-02-05 2010-02-05 利用碳纳米管制备的纳米粒子及其制备方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20090009366 2009-02-05
KR10-2009-0009366 2009-02-05
KR10-2010-0010573 2010-02-04
KR1020100010573A KR101173847B1 (ko) 2009-02-05 2010-02-04 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 나노입자 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2010090479A2 true WO2010090479A2 (ko) 2010-08-12
WO2010090479A3 WO2010090479A3 (ko) 2010-11-25

Family

ID=42755875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2010/000729 Ceased WO2010090479A2 (ko) 2009-02-05 2010-02-05 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 나노입자 및 그 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20110309311A1 (ko)
EP (1) EP2394952A4 (ko)
JP (1) JP2012516784A (ko)
KR (1) KR101173847B1 (ko)
CN (1) CN102395522A (ko)
WO (1) WO2010090479A2 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2492241A1 (en) * 2011-02-22 2012-08-29 Research & Business Foundation of Sungkyunkwan University Method of hardening interface of carbon material using nano silicon carbide coating
WO2014049207A1 (en) 2012-09-25 2014-04-03 Greenbutton Oy Robust material, method of producing the same as well as uses thereof

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100907334B1 (ko) * 2008-01-04 2009-07-13 성균관대학교산학협력단 알루미늄과 탄소재료 간의 공유결합을 형성하는 방법, 알루미늄과 탄소재료 복합체를 제조하는 방법 및 그 방법에 의하여 제조된 알루미늄과 탄소재료 복합체
KR101710159B1 (ko) * 2010-09-14 2017-03-08 삼성전자주식회사 Ⅲ족 질화물 나노로드 발광소자 및 그 제조 방법
WO2012057800A1 (en) 2010-10-29 2012-05-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Metallic lep inks and associated methods
JP5744540B2 (ja) * 2011-01-26 2015-07-08 新光電気工業株式会社 金属複合材料、金属複合材料の製造方法、放熱部品、及び放熱部品の製造方法
EP2916123A1 (en) 2014-03-07 2015-09-09 Reagecon Diagnostics Ltd Use of nanoparticles in the preparation of calibration standards
KR101850934B1 (ko) 2016-09-22 2018-04-20 부경대학교 산학협력단 방전 플라즈마 소결 공정을 이용한 단일벽 탄소나노튜브 강화 금속기지 복합재료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 복합재료
US11234298B2 (en) * 2018-11-15 2022-01-25 Whirlpool Corporation Hybrid nanoreinforced liner for microwave oven
CN110387281A (zh) * 2019-06-26 2019-10-29 包头协同纳米新材科技有限公司 碳纳米管/零维纳米材料复合材料及其制法和应用
US20230021998A1 (en) * 2021-07-10 2023-01-26 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy 3-d printed carbon nanotube reinforced titanium composites and methods
CN113603204A (zh) * 2021-08-26 2021-11-05 中国海洋大学 一种铝-碳纳米管复合材料的制备方法及其在去除水中难降解的污染物中的应用
CN115301942B (zh) * 2022-07-15 2023-10-10 武汉大学 碳纳米管强韧化钛基体的激光增材制造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060101844A (ko) 2005-03-21 2006-09-26 주식회사 안심푸드 위생 고추분말의 제조방법 및 그 장치

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040029706A1 (en) * 2002-02-14 2004-02-12 Barrera Enrique V. Fabrication of reinforced composite material comprising carbon nanotubes, fullerenes, and vapor-grown carbon fibers for thermal barrier materials, structural ceramics, and multifunctional nanocomposite ceramics
KR100841754B1 (ko) * 2005-05-17 2008-06-27 연세대학교 산학협력단 나노파이버를 금속 또는 폴리머 기지에 균일 분산시키는 방법 및 이를 이용하여 제조한 금속 또는 폴리머 복합재
DE502006003829D1 (de) * 2006-10-31 2009-07-09 Alcan Tech & Man Ltd Werkstoffe enthaltend Kohlenstoffnanoröhrchen, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung der Werkstoffe
KR100907334B1 (ko) * 2008-01-04 2009-07-13 성균관대학교산학협력단 알루미늄과 탄소재료 간의 공유결합을 형성하는 방법, 알루미늄과 탄소재료 복합체를 제조하는 방법 및 그 방법에 의하여 제조된 알루미늄과 탄소재료 복합체
EP2127784A1 (de) * 2008-05-23 2009-12-02 Alcan Technology & Management Ltd. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Kompositwerkstoff
KR20100073506A (ko) * 2008-12-23 2010-07-01 삼성전자주식회사 음극 활물질, 이를 포함하는 음극, 음극의 제조 방법 및 리튬 전지

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060101844A (ko) 2005-03-21 2006-09-26 주식회사 안심푸드 위생 고추분말의 제조방법 및 그 장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2394952A4

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2492241A1 (en) * 2011-02-22 2012-08-29 Research & Business Foundation of Sungkyunkwan University Method of hardening interface of carbon material using nano silicon carbide coating
US8673053B2 (en) 2011-02-22 2014-03-18 Research & Business Foundation Of Sungkyunkwan University Method of hardening an interface of carbon material using nano silicon carbide coating
WO2014049207A1 (en) 2012-09-25 2014-04-03 Greenbutton Oy Robust material, method of producing the same as well as uses thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012516784A (ja) 2012-07-26
WO2010090479A3 (ko) 2010-11-25
EP2394952A4 (en) 2014-05-07
EP2394952A2 (en) 2011-12-14
KR20100090216A (ko) 2010-08-13
KR101173847B1 (ko) 2012-08-14
CN102395522A (zh) 2012-03-28
US20110309311A1 (en) 2011-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010090479A2 (ko) 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 나노입자 및 그 제조 방법
So et al. SiC formation on carbon nanotube surface for improving wettability with aluminum
Steurer et al. Functionalized graphenes and thermoplastic nanocomposites based upon expanded graphite oxide
Inam et al. Dimethylformamide: an effective dispersant for making ceramic–carbon nanotube composites
EP2986557B1 (en) Process for the production of boron nitride nanotubes
Zeng et al. A new technique for dispersion of carbon nanotube in a metal melt
Li et al. Synthesis of boron nitride nanotubes by boron ink annealing
Dong et al. Microstructural evaluation and mechanical properties of in-situ WC/W-Cu composites fabricated by rGO/W-Cu spark plasma sintering reaction
CN108778994A (zh) 石墨烯增强的无机基质复合材料的无化学品式生产
US20180073110A1 (en) Method for making metal-carbon composites and compositions
Zhang et al. Designable interfacial structure and its influence on interface reaction and performance of MWCNTs reinforced aluminum matrix composites
WO2013133467A1 (ko) 판형 탄소 나노입자 제조방법 및 이를 이용한 알루미늄-탄소 복합재료의 제조방법
Yan et al. Fabrication of carbon nanotube reinforced A356 nanocomposites
Uriza-Vega et al. Mechanical behavior of multiwalled carbon nanotube reinforced 7075 aluminum alloy composites prepared by mechanical milling and hot extrusion
Kwon et al. Extrusion of spark plasma sintered aluminum-carbon nanotube composites at various sintering temperatures
JP2007254886A (ja) 複合材料
KR101096059B1 (ko) 구리 나노분말의 제조방법
Lee et al. Fabrication of Tantalum and Hafnium Carbide Fibers via ForcespinningTM for Ultrahigh‐Temperature Applications
Nabiyev Influence of nanoparticle weight fraction on morphology and thermal properties of HDPE/SiO2 composite films
Hirano et al. Formation of gold and iron oxide nanoparticles encapsulated in boron nitride sheets
Zhou et al. The effect of surface coating treatment on the properties of carbon nanotube reinforced copper matrix composites
KR101488619B1 (ko) 기계 화학적 방법에 의한 그래핀 크기 조절 및 유기 용매에서의 분산성 향상 방법
CN108349820A (zh) 硼化锆及其制备方法
WO2018062872A1 (ko) 은-다이아몬드 복합 재료의 제조를 위한 방전플라즈마소결 방법 및 이에 의해 제조된 은-다이아몬드 복합 재료
Zhang et al. Large-scale synthesis of AlN nanofibers by direct nitridation of aluminum

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080006732.1

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10738763

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010738763

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011549068

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13147890

Country of ref document: US