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1 Appl. Chem. Eng., Vol. 27, No. 1, February 2016, Article 1-Decanoic Acid 와 Tri-n-octylphosphine 을이용하여화학적환원법으로제조된은나노입자의특성및전기적전도체적용 심상보 * 배동식 * 한종대 창원대학교공과대학화공시스템공학과, * 창원대학교메카트로닉스대학신소재공학부 (2015 년 12 월 8 일접수, 2015 년 12 월 28 일심사, 2016 년 1 월 5 일채택 ) Preparation of Silver Nanoparticles by Chemical Reduction-Protection Method Using 1-Decanoic Acid and Tri-n-octylphosphine, and their Application in Electrically Conductive Silver Nanopaste Sang-Bo Sim*, Dong-Sik Bae*, and Jong-Dae Han Department of Chemical Engineering, Changwon National University, 20 Changwondae-ro, Uichang-gu, Changwon-si, Gyeongnam 51140, Korea *Department of Ceramic Science and Engineering, Changwon National University, 20 Changwondae-ro, Uichang-gu, Changwon-si, Gyeongnam 51140, Korea (Received December 8, 2015; Revised December 28, 2015; Accepted January 5, 2016) 초록 1-decanoic acid와 tri-n-octylphosphine을분산안정제로서사용하고, NaBH 4 를환원제로사용하여화학적환원법으로 AgNO 3 수용액으로부터페이스트용은나노입자를제조하였다. 은나노입자의생성, 은나노입자의형상및크기를 XRD, UV-vis, TEM 및 SEM으로조사하였다. 합성된은나노입자로페이스트를제조하여점도를측정하였으며, PET 막에코팅하여제조된은박막의표면저항을조사하였다. NaBH 4/AgNO 3 의몰비는 1 : 5가최적으로나타났고, 최적의몰비에서 nm의잘분산된구형에가까운은나노입자를얻을수있었다. 최적의조건에서얻은은나노입자로 PET 막에코팅하여제조한은박막의표면저항은 41 µω/cm 2 의낮은값을나타내었다. Abstract Silver nanoparticles were prepared by chemical reduction-protection method using 1-decanoic acid and tri-n-octylphosphine as surfactants, and using NaBH 4 as a reducing agent. The silver nanoparticles were also studied for their formation, structure, morphology and size using UV-Visible spectroscopy, XRD, TEM and SEM. Further the viscosity of the silver paste and the surface resistance of the silver metal film produced by screen coating onto a PET film were investigated. Well dispersed and quasispherical silver nanoparticles with the size of nm were obtained under the optimal molar ratio of NaBH 4/AgNO 3 = 1 : 5. The surface resistance of silver metal film coated on the PET film made with the silver nanoparticles under the optimal molar ratio showed a minal value of 41 µω/cm 2. Keywords: silver nanoparticle, 1-decanoic acid, tri-n-octylphosphine, silver nanopaste 1)1. 서론 나노입자는벌크물질보다단위당높은에너지를나타내는양자크기효과로독특한물리및화학적성질을나타내며많은응용가능성이제시되고있으며 [1], 용액상으로다룰수있는금속나노입자는프린 Corresponding Author: Changwon National University, Department of Chemical Engineering, 20 Changwondae-ro, Uichang-gu, Changwon-si, Gyeongnam 51140, Korea Tel: jdhan@changwon.ac.kr pissn: eissn: 2016 The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry. All rights reserved. 터하여전자기기에서사용할수있는중요한재료로알려져있다 [2]. 은은금에비하여비용이적게들고, 구리나니켈과비교하여공기중에서안정성이우수하고높은전도성을가지므로은나노입자나은나노페이스트와관련된연구가많이진행되고있다 [2]. 은나노입자는벌크은입자와비교하여독특한열적, 광학적, 전기적및촉매적특성을나타낸다. 이는작은 -크기효과, 표면효과, 양자크기효과에기인한다. 때문에은나노입자는많은관심을갖는연구분야가되었으며, 생물의학, 전자기기, 마이크로전자기기, 광학, 광전자분야에서응용이가능하다 [1]. 전자기기및마이크로전자기기분야에서은나노입자는주로전도성기능을갖는상태의전자나노페이스트를제조하기위하여사용되어왔다. 나노은입자의사용은은의사용함양 68

2 1-Decanoic Acid 와 Tri-n-octylphosphine 을이용하여화학적환원법으로제조된은나노입자의특성및전기적전도체적용 69 Table 1. Details of the Reaction Parameters Used in the Silver Nanoparticles Synthesis Sample Concentration of AgNO 3 (mm) Concentration of NaBH 4 (mm) 1-Decanoic acid or TOP (mm) Molar ratio of NaBH 4/AgNO 3 Ag-DA :10 Ag-DA :5 Ag-DA :2.5 Ag-DA :1 Ag-TOP :10 Ag-TOP :5 Ag-TOP :2.5 Ag-TOP :1 을줄이고, 전자기기의기능크기를세밀화할수있고, 열처리온도를낮추고, 저온소결을실행할수있으며, 특히유연성이있는전자기기의제조를가능하게한다 [1]. 유연성있는고분자물질에프린트된 IC나시스템이최근많은연구가되고있으며, 고분자는 polyethylene terephthalate (PET) 와 polyimide (PI) 가주로사용되고있다 [3]. 투명한 PET 막은 120 까지견딜수있으며, PET의대체고분자로사용되는불투명한 PI 막은 250 까지견딜수있다 [3]. 금속나노입자의크기가더욱작을수록더욱낮은소결온도를얻을수있는것으로잘알려져있다. 이전의연구결과에따르면입자의직경이 150 nm보다큰은나노입자를포함하는은나노페이스트는소결온도가 300 이상으로잘알려져있다 [2]. 소결온도가 300 이상인경우고분자물질위에전도성트랙을제조하기에는적합하지못하므로직경이 150 nm보다적은은나노입자로구성된페이스트의제법의개발이필요하다 [2]. 은나노입자의제조는다양한물리화학적방법들이활용되고있으며진공증발, 전기아크방전, 마이크로에멸션, 상전이, 화학적환원법등이가능하다. 화학적환원법은용이한반응조건, 적은에너지소비, 간단한분리공정이주된장점으로가장용이한것으로알려져있다 [1]. 화학적환원법은비교적짧은시간안에많은양을생산할수있으며, 반응조건을조절하여나노입자의다른모양으로제조가가능하다. 그러나파우더형태로추출해내는과정에서입자가뭉치거나커지게되어큰입자를형성하는경향이있다. 때문에은나노입자의덩어리짐을방지하는것이가장중요한문제이다 [4]. 일반적으로계면활성제, 고분자와안정화리간드를사용하여입자를피막으로보호하는방법으로덩어리짐을방지한다. 나노입자의제조에서입자를보호하는특정보호제의선택이중요한인자의하나이며, 나노결정의성장공정은안정화제에의하여제어가된다. 때문에다른보호제의선택에따라다른나노입자의형태를얻을수있다 [4]. 은나노입자의특이한물리적, 화학적특성은입자의크기, 모양과입자의환경에크게영향을받는다. 때문에은나노입자의크기, 크기의분포와그들의형태를조절하기위한연구가많이진행되어왔다. 이들의연구는효과적으로은의염을환원시킬수있는환원제를요구하고, 은나노구조에확고한코팅을제공하는합성방법을찾는데초점을맞추었다 [5]. 화학적환원법에서는환원에의해생성된은입자의응집을방지하기위한계면활성제가필수적인역할을하며, 흡착제와분산제로도작용을한다. 계면활성제로는많은고분자와음이온성유기물성분이알려져있으며, 대표적으로 polyvinylpyrrolidone (PVP)[2,6-9], alkylamine[10,11], alphatic acid[11-14], polyvinylalcohol (PVA), tri-n-octylphosphine (TOP)[5], polyethyleneglycol (PEG)[6] sodium dodecyl sulfate, sodium linoleate 등이사용되고있다 [1,4]. 가장많이사용되고있는 PVP와 alkylamine을사용하는방법은분산성과입도분포가균일한장점은있으나, 극성용매에서큰분산성으로효과적인분리정제에어려움이있다. 본연구에서는 AgNO 3 수용액을이용하여환원제로 NaBH 4 를사용하고, 계면활성제로 tri-n-octylphosphine (TOP) 과 1-decanoic acid을사용하여페이스트용은나노입자를제조하고은나노입자의특성과 PET 막위에코팅된은박막의전기적특성을조사하였다. 2. 실험 2.1. 실험재료은입자제조를위하여질산은 (AgNO 3, 99.8%, Junsei) 을초순수에일정농도로용해하여은수용액을준비하였으며, 환원제로는 sodium tetraborate (NaBH 4, 98.0%, Junsei) 를사용하였다. 환원된은입자의분산제로 1-decanoic acid (98.0%, Junsei), tri-n-octylphosphine (98.0%, TCI) 를사용하였다. 분산제를용해시키기위하여 isopropanol (99.0%, Sigma-Aldrich) 을용매로사용하였고, 최종생성된은입자-분산제혼합물을정제하기위한용제로서 acetone (99.0%, Sigma-Aldrich) 을사용하였다 은나노입자의제조질산은수용액은초순수에녹여 4 M 농도로제조하여사용하였으며, 환원제인 NaBH 4 는 1% NaOH 수용액에녹여 2 M의농도로제조하여사용하였다. 실온에서질산은수용액 10 mm을 100 ml 용량의삼각플라스크에각각넣고, 여기에이소프로판올 20 ml씩을가한후에 1-decanoic acid 또는 TOP를일정몰비로첨가하고, 교반하여완전히용해시켰다. 이용액을계속교반하면서환원제인 NaBH 4 용액을 0.5 ml/min 의속도로일정몰비를첨가하고 30 min간교반하였다. 반응후침전물은여과지 (Advantec 5C) 로여과후초순수 20 ml로 3회세척한다음이소프로판올 20 ml로 3회세척한후 120 에서, 2 h 동안건조하여은나노입자를얻었다. 자세한반응변수값은 Table 1과같으며, 1-decanoic acid를사용하여얻은은나노입자는 Ag-DA로나타내었고 TOP를사용하여얻은은나노입자는 Ag-TOP로나타내었다 은페이스트의제조은페이스트를얻기위하여은나노입자를 70% 로고정하여사용하고용매로 PGME, 수지로 PVB98, 희석제로 α-terpineol, 그리고분산제로 BYK180 등을일정혼합비로혼합하여교반기로 30 min 교반하 Appl. Chem. Eng., Vol. 27, No. 1, 2016

3 70 심상보 배동식 한종대 Figure 1. XRD patterns of the silver nanoparticles synthesized with different molar ratios in decanoic acid : Ag-DA1 (1 : 10), Ag-DA2 (1 : 5), Ag-DA3 (1 : 2.5), Ag-DA4 (1 : 1). Figure 3. UV/vis spectra of the silver nanoparticles synthesized with different molar ratios in decanoic acid : Ag-DA1 (1 : 10), Ag-DA2 (1 : 5), Ag-DA3 (1 : 2.5), Ag-DA4 (1 : 1). Figure 2. XRD patterns of the silver nanoparticles synthesized with different molar ratios in TOP : Ag-TOP1 (1 : 10), Ag-TOP2 (1 : 5), Ag-TOP3 (1 : 2.5), Ag-TOP4 (1 : 1). Figure 4. UV/vis spectra of the silver nanoparticles synthesized with different molar ratios in TOP : Ag-TOP1 (1 : 10), Ag-TOP2 (1 : 5), Ag-TOP3 (1 : 2.5), Ag-TOP4 (1 : 1). 고, 3-roll 밀링을하였다 은나노입자의특성조사반응후얻어진은나노입자의형성을관찰하기위하여 Cu Ka 복사선을사용한 X선회절 (XRD, Rint-2000, Rigaku, Japan) 법과 UV-vis (UV 1601, Shimadzu) 분광법을사용하였다. UV-vis 분광법은합성된 Ag-DA 및 Ag-TOP 나노입자약 100 mg을에틸렌글리콜 50 ml에완전히분산시키고, 바탕용액으로 1-decanoic acid 및 TOP를에틸렌글리콜에녹인액을사용하여측정하였다. 은나노입자의크기와모양은투과전자현미경 (TEM, JEM-2010, JEOL) 과주사전자현미경 (SEM, JEM-5200, JEOL) 으로분석하였으며, 은나노입자를이소프로판올에분산시킨후구리그리드위에떨어뜨리고건조시켜분석하였다 은페이스트의특성조사합성된은나노입자를이용한페이스트의점도는점도계 (LVPD II+Pro, Brookfield, USA) 로 Spindle #63, 23, 50 rpm에서측정하였다. 페이스트를이용한은박막은 PET 막위에스크린코팅을하고 100 에서 30 min 건조시켜제조하였다. PET 막위에코팅된얇은은박막의저항은 4-point probe (SRM-232, Gurdian) 로측정하였다. 3. 결과및고찰 3.1. 은나노입자의생성은나노입자의제조에서 1-decanoic acid 및 TOP는이온과결합하고, 환원제인 NaBH 4 의투입시생성되는은나노입자의응집을최소화하여은입자의크기를제어하는분산안정제의역할을한다 [11]. 화학적환원방법에의한 Ag-DA 나노입자제조에있어서 NaBH 4/AgNO 3 의이론적몰비는 1 : 8로알려져있으며, 예상되는환원반응은다음과같다 [11]. 8AgNO 3 + NaBH 4 + 2H 2O 8Ag + NaBO 2 + 8HNO 3 (1) Ag-DA에서 1-decanoic acid는극성부분인 RCOO - 에의하여환원된 Ag의입자주위로미셀을형성하고, Ag-TOP에서 TOP는비공유전자쌍이있는 R 3P이환원된 Ag의입자주위로미셀을형성하여 Ag 입자간의응집을최소화시키는역할을하게된다고알려져있다 [11,15] 은나노입자의특성제조된 Ag-DA 및 Ag-TOP 나노입자의 X-선회절 (XRD) 분석결과는 Figure 1 및 Figure 2와같다. 2Θ 값이 38.54, 43.90, 64.72, 77.39에 공업화학, 제 27 권제 1 호, 2016

1-Decanoic Acid와 Tri-n-octylphosphine을 이용하여 화학적 환원법으로 제조된 은 나노입자의 특성 및 전기적 전도체 적용 71 Figure 5.

TEM images of the silver nanoparticles synthesized with different molar ratios in TOP : Ag-TOP1 (1 : 10), Ag-TOP2 (1 : 5), Ag-TOP3 (1 : 2.5), Ag-TOP4 (1 : 1).

나노입자의 광 학적 특성은 플라즈마 공명 또는 내부밴드 전이에 의한 여기와 관계 낸다[7]. 은 나노입자를 함유하는 폴리비닐 알콜(PVA)의 박막은 438 nm에서 강한 흡수를 나타내는 것으로 알려져 있다[7]. 반면 PVP의 은 가 되며 특히 크기효과에 의한 Mie 이론으로 설명되어 진다.

Surface plasmon absorption band (SPAB)이론 나노입자의 알콜용액으로 제조한 박막의 은 나노입자는 최대값 425 nm의 비대칭 흡수밴드를 나타내며[7], 에틸렌글리콜에서 합성된 PVP 의 은 나노입자 박막의 최대흡수는 410 nm에서 나타났다[7].

Kreibig와 Fragstein[7]의 주장에 따르면 최대흡수를 나타 에 따르면 구형 은 나노입자는 410-460nm 법위에서 최대 흡수 피크를 나타낸다[7,8,13].

Ag-DA 나노입자는 Figure 3에서 NaBH4/ AgNO3의 몰비에 관계없이 최대 흡수 피크를 437 nm에서 나타내었으 내는 흡광상수와 최대흡수의 반높이에서의 흡수폭의 곱의 함수로 나 타낸 관계식을 사용하면 원자의 덩어리짐으로 성장된 구형 은 나노입 자의 크기도 계산될 수 있다고 하였다.

TEM으로 측정한 Ag-DA 및 Ag-TOP 나노입자의 형상 및 입자크기 의 결과는 Figure 5 및 Figure 6와 같다.

5 (Ag-DA3), 1 : 1 (Ag-DA4), 1 : 5 (Ag-DA2), 1 : 10 (Ag-DA1)의 순서로 나타났다.

4 1-Decanoic Acid와 Tri-n-octylphosphine을 이용하여 화학적 환원법으로 제조된 은 나노입자의 특성 및 전기적 전도체 적용 71 Figure 5. TEM images of the silver nanoparticles synthesized with different molar ratios in decanoic acid : Ag-DA1 (1 : 10), Ag-DA2 (1 : 5), Ag-DA3 (1 : 2.5), Ag-DA4 (1 : 1). Figure 6. TEM images of the silver nanoparticles synthesized with different molar ratios in TOP : Ag-TOP1 (1 : 10), Ag-TOP2 (1 : 5), Ag-TOP3 (1 : 2.5), Ag-TOP4 (1 : 1). 서 피크를 나타내며, 이것은 은 결정 특유의 결정 구조인 (111), (200), (220), (311) 면을 나타내는 면심입방구조의 특성이다[7,16]. Ag-DA 및 Ag-TOP 나노입자의 에틸렌글리콜 분산액을 UV-vis 분 광법으로 측정한 결과는 Figure 3 및 Figure 4과 같다. 나노입자의 광 학적 특성은 플라즈마 공명 또는 내부밴드 전이에 의한 여기와 관계 낸다[7]. 은 나노입자를 함유하는 폴리비닐 알콜(PVA)의 박막은 438 nm에서 강한 흡수를 나타내는 것으로 알려져 있다[7]. 반면 PVP의 은 가 되며 특히 크기효과에 의한 Mie 이론으로 설명되어 진다. 은 나노 입자의 입자 크기가 은의 전자 평균 자유경로인 52 nm보다 적은 경우 UV-vis 흡수의 특성피크의 최대 반 높이에서의 넓이와 피크 높이의 역수는 입자의 크기에 관련이 있다고 알려져 있다[8,9,17]. 때문에 UV-vis 분광법은 은 나노입자의 형성을 관찰하기 위한 효과적인 방법 으로 알려져 있다[17]. Surface plasmon absorption band (SPAB)이론 나노입자의 알콜용액으로 제조한 박막의 은 나노입자는 최대값 425 nm의 비대칭 흡수밴드를 나타내며[7], 에틸렌글리콜에서 합성된 PVP 의 은 나노입자 박막의 최대흡수는 410 nm에서 나타났다[7]. 먼 간격 으로 분리된 구형의 은 나노입자의 플라스몬 흡수피크의 위치는 주변 매질의 굴절률과 입자크기 그리고 그들 표면에 흡착된 물질에 따라 달라진다[7]. Kreibig와 Fragstein[7]의 주장에 따르면 최대흡수를 나타 에 따르면 구형 은 나노입자는 nm 법위에서 최대 흡수 피크를 나타낸다[7,8,13]. 또한 Mie 이론에 따르면 최대 흡수 피크가 장파장 쪽으로 이동할수록 은 나노입자의 크기는 증가하고, 흡광도가 클수록 은 나노입자의 분율이 크며, 최대 흡수 피크의 폭이 좁을수록 입도 분 포가 균일하게 된다[8]. Ag-DA 나노입자는 Figure 3에서 NaBH4/ AgNO3의 몰비에 관계없이 최대 흡수 피크를 437 nm에서 나타내었으 내는 흡광상수와 최대흡수의 반높이에서의 흡수폭의 곱의 함수로 나 타낸 관계식을 사용하면 원자의 덩어리짐으로 성장된 구형 은 나노입 자의 크기도 계산될 수 있다고 하였다. Ag-DA 나노입자는 437 nm에서 최대 흡수띠가 관찰되었고 Ag-TOP 나노입자는 425 nm에서 최대 흡수띠가 나타나고 있어 Ag-TOP 나노 입자가 Ag-DA 나노입자보다 크기가 작음을 나타낸다고 볼 수 있다. TEM으로 측정한 Ag-DA 및 Ag-TOP 나노입자의 형상 및 입자크기 의 결과는 Figure 5 및 Figure 6와 같다. Figure 5 및 Figure 6에 의하면 NaBH4/AgNO3의 몰비가 1 : 5인 Ag-DA2와 Ag-TOP2의 시료에서 크 며, 은 나노입자의 분율을 나타내는 피크의 세기는 NaBH4/AgNO3의 몰비에 따라 1 : 2.5 (Ag-DA3), 1 : 1 (Ag-DA4), 1 : 5 (Ag-DA2), 1 : 10 (Ag-DA1)의 순서로 나타났다. Figure 4에서 Ag-TOP 나노입자는 최대 흡수 피크를 425 nm 부근에서 나타내었으며, 은 나노입자의 분 율을 나타내는 피크의 세기는 NaBH4/AgNO3의 몰비에 따라 1 : 5 (Ag-TOP2), 1 : 2.5 (Ag-TOP3), 1 : 1 (Ag-TOP4), 1 : 10 (Ag-TOP1)의 순서로 나타났다. Ag-DA 나노입자의 UV-vis 분광 피크는 437 nm에서 최대 흡광도 를 나타내는 거의 대칭형의 넓은 피크를 나타내었으며, 이것은 은 콜 로이드의 표면 플라스몬(plasmon)의 흡수에 의한 것으로, 이 피크의 위치는 젤라틴(gelatin)에 생성된 거의 구형의 은 콜로이드에서 나타나 는 434 nm[7,15]와 유사하며 구형의 Ag-DA 나노입자의 존재를 나타 기가 100 nm 이하의 유사한 구형모양 입자 형태를 나타내었다. 다른 몰비의 시료에서는 다소 불규칙한 크기와 형태의 입자가 관찰되었다. SEM으로 분석한 Ag-DA 및 Ag-TOP 나노입자의 형태를 분석한 결 과는 Figure 7 및 Figure 8와 같다. Figure 7 및 Figure 8에 의하면 NaBH4/AgNO3의 몰비가 1 : 5인 Ag-DA2와 Ag-TOP2는 매우 조밀하 며 균일한 크기의 구형입자를 관찰할 수 있었으며, 다른 몰비의 시료 에서는 불규칙한 입자 분포를 나타내었다. SEM 및 TEM 결과에 의하면 입자의 형태 및 입자크기는 Ag-DA 및 Ag-TOP 나노입자의 경우 NaBH4/AgNO3의 몰비가 1 : 5인 경우에 100 nm 이하의 입자크기와 구형에 가까운 형태를 나타내었다. 입자의 조밀성과 균일성은 Ag-TOP 나노입자가 Ag-DA 나노입자보다 우수한 특성을 보였다. Appl. Chem. Eng., Vol. 27, No. 1, 2016

Resistance of Silver Films Prepared Using these Silver Nanoparticles 2 Sample Particle size from SEM (nm) Viscosity (cps)

97 Ag-TOP1 50-300 16,700 38 Ag-TOP2 10-150 16,900 41 Ag-TOP3 10-150 17,000 82 Ag-TOP4 100-300 16,200 67 Figure 7.

Ag-DA2 (1 : 5), Ag-DA3 (1 : 2.5), Ag-DA4 (1 : 1).

AgNO3를 TOP와 반응시켜 은 나노입자를 생성할 때 분말 sulfur (S)를 첨가하면 과잉의 TOP가 S와 킬레이트 화합물인 tri-n-octylphosphine sulfide (TOPS)를 형성하고, 형성된

Ag-TOP를 사용한 경우 가 Ag-DA를 사용한 경우보다 점도가 다소 낮게 나타났다. 은 페이스 트를 PET 막에 코팅하여 소성시킨 은 박막은 0.

표면저항도 Ag-TOP를 사용한 경우가 Ag-DA를 사 용한 경우보다 낮게 나타났으며, 몰비가 1 : 5인 Ag-TOP2의 경우 41 µω/cm2의 낮은 저항특성을 나타내고 있다.

SEM images ( 50,000) of the silver nanoparticles synthesized with different molar ratios in TOP : Ag-TOP1 (1 : 10), Ag-TOP2

5 심상보 배동식 한종대 72 Table 2. Particle Size of Silver Nanoparticles Obtained Under the Various Conditions, Viscosity of Silver Pastes and Surface Resistance of Silver Films Prepared Using these Silver Nanoparticles 2 Sample Particle size from SEM (nm) Viscosity (cps) Surface resistance (µω/cm ) Ag-DA , Ag-DA , Ag-DA , Ag-DA , Ag-TOP , Ag-TOP , Ag-TOP , Ag-TOP , Figure 7. SEM images ( 50,000) of the silver nanoparticles synthesized with different molar ratios in decanoic acid : Ag-DA1 (1 : 10), Ag-DA2 (1 : 5), Ag-DA3 (1 : 2.5), Ag-DA4 (1 : 1). Hou 등은[5] AgNO3를 TOP와 반응시켜 은 나노입자를 생성하였으 며 이때 TOP는 용매, 환원제와 안정제의 작용을 하는 것으로 나타났 다. AgNO3를 TOP와 반응시켜 은 나노입자를 생성할 때 분말 sulfur (S)를 첨가하면 과잉의 TOP가 S와 킬레이트 화합물인 tri-n-octylphosphine sulfide (TOPS)를 형성하고, 형성된 TOPS는 추가적인 안정제 역할을 하는 것으로 알려져 있다[5] 은 페이스트의 특성 제조된 은 나노입자를 이용한 페이스트의 점도는 Table 2와 같으며 점도는 cps의 값을 나타내었다. Ag-TOP를 사용한 경우 가 Ag-DA를 사용한 경우보다 점도가 다소 낮게 나타났다. 은 페이스 트를 PET 막에 코팅하여 소성시킨 은 박막은 0.5 nm 정도의 두께를 나타내었으며 측정된 표면저항은 Table 2와 같이 µω/cm2의 값을 나타내었다. 표면저항도 Ag-TOP를 사용한 경우가 Ag-DA를 사 용한 경우보다 낮게 나타났으며, 몰비가 1 : 5인 Ag-TOP2의 경우 41 µω/cm2의 낮은 저항특성을 나타내고 있다. 공업화학, 제 27 권 제 1 호, 2016 Figure 8. SEM images ( 50,000) of the silver nanoparticles synthesized with different molar ratios in TOP : Ag-TOP1 (1 : 10), Ag-TOP2 (1 : 5), Ag-TOP3 (1 : 2.5), Ag-TOP4 (1 : 1). 4. 결 론 본 연구에서는 은 나노입자의 분산 안정제인 1-decanoic acid와 TOP의 농도를 일정하게 유지한 상태에서 AgNO3와 NaBH4의 몰비를 변화시켜가며 생성된 은 나노입자의 특성을 연구하였다. 제조된 은 나노입자의 X-선 회절패턴은 Ag-DA 및 Ag-TOP 모두 환원제의 몰비에 관계없이 은 결정성을 나타내었다. UV-vis 흡수특성 에서 제조된 은 나노입자의 특성인 파장 nm 범위에서 최대 흡수띠를 나타내며 은 나노입자의가 형성되었음을 관찰하였다. Ag-DA 및 Ag-TOP 모두 NaBH4/AgNO3의 몰비가 1 : 5인 경우에 나노입자의 결정성, 크기, 형태 및 입자의 균일성이 가장 우수한 것으 로 나타났다. 분산 안정제 효과는 1-decanoic acid에 비하여 TOP이 우 수한 것으로 나타났다. 이들 제조된 은 나노입자를 사용한 페이스트를 PET 막에 코팅하여 제조한 은 박막의 표면저항에서도 1-decanoic acid보다 TOP를 사용한 은 나노입자가 적은 값을 나타내었으며, NaBH4/AgNO3의 몰비가 1 :

6 1-Decanoic Acid 와 Tri-n-octylphosphine 을이용하여화학적환원법으로제조된은나노입자의특성및전기적전도체적용 73 5인경우에 41 µω/cm 2 의표면저항을나타내는우수한전기적특성의 PET 은박막을얻을수있었다. 감 이논문은 2015~2016년도창원대학교자율연구과제연구비지원으로수행된연구결과임. 사 References 1. J. Liu, X. Li, and X. Zeng, Silver nanoparticles prepared by chemical reduction-protection method, and their application in electically conductive silver nanopaste, J. Alloys and Compounds, 494, (2010). 2. P. A. Hu, W. O Neil, and Q. Hu, Synthesis of 10 nm Ag nanoparticle polymer composite pastes for low temperature production of high conductivity films, Appl. Surf. Sci., 257, (2010). 3. C. N. Chen, C. P. Chen, T. -Y. Dong, T. C. Chang, M. C. Chen, H. T. Chen, and I. G. Chen, Using nanoparticles as direct-injection printing ink to fabricate conductive silver features on a transparent flexible PET substrate at room temperature, Acta Materialia, 60, (2012). 4. W. Zhang, X. Qiao, and J. Chen, Synthesis of silver nanoparticles-effect of concerned parameters in water/oil microemulsion, Mater. Sci. Eng. B, 142, 1-15 (2007). 5. X Hou, X. Zhang, S. Chen, Y. Fang, J. Yan, N. Li, and P. Qi, Facile synthesis of SERs active Ag nanoparticles in the presence of tri-n-octylphosphine sulfide, Appl. Surf. Sci., 257, (2011). 6. H. S. Shin, H. J. Yang, S. B. Kim, and M. S. Lee, Mechanism of growth of colloidal silver nanoparticles stgabilized by polyvinyl pyrrolidone in γ-irradiated silver nitrate solution, J. Colloid Interface Sci., 274, (2004). 7. A. Slistan-Grijalva, R. Herrera-Urbina, J. F. Rivas-Silva, M. Ávalos-Borja, F. F. Castillón-Barraza, and A. Posada-Amarillas, Synthesis of silver nanoparticles in a polyvinylpyrrolidone (PVP) paste, and their optical properties in a film and in ethylene glycol, Mater. Res. Bulletin, 43, (2008). 8. A. Alistan-Grijalva, R. Herrera-Urbina, J. F. Rivas-Silva, M. Ávalos-Borja, F. F. Castillón-Barraza, and A. Posada-Amarillas, Physica E., 25, (2005). 9. H. Wang, X. Qiao, J. Chen, and S. Ding, Preparation of silver nanoparticles by chemical reduction method, Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects, 256, (2005). 10. D. Wakuda, K. S. Kim, and K. Suganuma, Ag nanoparticle paste synthesis for room temperature bonding, IEEE Trans. Compon. Packag. Technol., 33, (2010). 11. B. H. Ryu, Y. M. Choi, H. S. Park, J. H. Byun, K. J. Kong, J. O. Lee, and H. J. Chang, Synthesis of highly concentrated silver nanosol and its application to inkjet printing, Physicochem. Eng. Aspects, , (2005). 12. Y. L. Tai, Y. X. Wang, Z. G. Yang, and Z. G. Yang, Green approach to prepare silver nanoink with potentially high conductivity for printed electronics, Surf. Interface Anal., 43, (2011). 13. C. R. K. Rao and D. C. Trivedi, Biphasic synthesis of fatty acids stabilized silver nanoparticles: Role of experimental conditions on particle size, Mater. Chem. Phys., 99, (2006). 14. E. J. Son, Y. G. Hwang, Y. S. Shin, and S. H. Jeong, Comparison study of the synthesized silver nano-particles using liquid phase reduction method and alcohol reduction process, Textile Coloration and Finishing, 23, (2011). 15. A. Henglein, Mechanism of reaction on colloidal microelectrodes and size quantization effects, Topics in Current Chemistry, 143, , Springer, Berlin, Germany (1988). 16. P. B. Sarawade, S. M. Kim, K. D. Kim, and H. T. Kim, Synthesis and charactrerization of bimodal silver nanoparticles by using semi-batch method, J. Ind. Eng. Chem., 20, (2014). 17. W. Zhang, X. Quao, J. Chen, and Q. Chen, Self-assembly and controlled synthesis of silver nanoparticles in SDS quaternary microemulsion, Mater. Letters, 62, (2008). Appl. Chem. Eng., Vol. 27, No. 1, 2016

[ 화학 ] 과학고 R&E 결과보고서 나노입자의표면증강을이용한 태양전지의효율증가 연구기간 : ~ 연구책임자 : 김주래 ( 서울과학고물리화학과 ) 지도교사 : 참여학생 : 원승환 ( 서울과학고 2학년 ) 이윤재 ( 서울과학고 2학년 ) 임종

[ 화학 ] 과학고 R&E 결과보고서 나노입자의표면증강을이용한 태양전지의효율증가 연구기간 : 2013. 3 ~ 2013. 12 연구책임자 : 김주래 ( 서울과학고물리화학과 ) 지도교사 : 참여학생 : 원승환 ( 서울과학고 2학년 ) 이윤재 ( 서울과학고 2학년 ) 임종찬 ( 서울과학고 2학년 ) 소재원 ( 서울과학고 2학년 ) 1,.,.,.... surface