KR100695122B1

KR100695122B1 - 에어로졸의 밀도를 안정화하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100695122B1
Application number: KR1020030086045A
Authority: KR
Inventors: 강윤호; 이주현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-11-29
Filing date: 2003-11-29
Publication date: 2007-03-14
Also published as: US20050118110A1; US7814933B2; JP2005177748A; KR20050052181A

Abstract

본 발명은

에어로졸 유입용 도관 (1); 유입된 에어로졸의 압력 조절부 (2); 에어로졸 수송용 도관 (3)에 의해 에어로졸 압력 조절부 (2)와 연결되며, 전진된 에어로졸이 그 도관 (3)을 통해 도달하여 에어로졸의 혼합이 이루어지는, 도관에 비해 그 단면적이 현저하게 큰 버퍼 (4); 상기 버퍼 (4) 내의 에어로졸 일부를 버퍼 이전의 도관으로 피드백시키기 위한, 상기 버퍼 (4)를 버퍼 이전의 도관 (1) 또는 에어로졸 압력조절부 (2)와 연결시키는 피드백(feedback)용 도관 (5); 및 상기 버퍼로부터 균일하게 혼합된 에어로졸을 유출시키기 위한 에어로졸 유출용 도관 (6)을 포함하는, 이미 생성된 에어로졸의 밀도를 안정화하기 위한 장치 및 이러한 장치와 동일한 원리의 에어로졸의 밀도를 안정화하는 방법을 제공한다.

Description

에어로졸의 밀도를 안정화하기 위한 장치 및 방법{Apparatus and process for stabilizing the concentration of aerosol}

도 1은 본 발명의 에어로졸의 밀도를 안정화하기 위한 장치의 일 구현예의 모식도이다.

도 2는 통상적인 방법으로 제조한 에어로졸을 본 발명의 에어로졸의 밀도 안정화장치를 거치지 않고, 에어로졸의 평균 밀도를 변화시키면서 측정한 그래프이다.

도 3은 통상적인 방법으로 제조한 에어로졸을 본 발명의 에어로졸의 밀도 안정화장치를 이용하여 안정화시키고, 에어로졸의 평균 밀도를 변화시키면서 측정한 그래프이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1: 에어로졸 유입용 도관 2: 에어로졸 압력 조절부

3: 에어로졸 수송용 도관 4: 버퍼(buffer)

5: 피드백용 도관 6: 에어로졸 유출용 도관

본 발명은 에어로졸의 생성 시간의 차이에 따라 변화하는 에어로졸의 밀도를 시간적으로 균일하게 하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

현재, 고상의 파우더 또는 액체를 이용하여 에어로졸을 만들기 위하여 다양한 방법이 사용되고 있다. 특히, 고상의 파우더를 에어로졸 상태로 만들기 위한 방법은 유동화 베드(fluidized bed) 방법, 실린더 형태로 팩킹된 파우더를 긁어내는 방법 등 여러 가지가 시도되고 있다. 파우더의 에어로졸을 생성함에 있어서 에어로졸 내에 포함된 파우더의 밀도를 일정하게 유지하기 위해서는 파우더를 일정하게 공급하고, 공급된 파우더를 효율적으로 에어로졸 형태로 전환시키는 것이 요구된다.

그러나, 현재 시도되는 에어로졸 형성 방법에 의하면, 매 시간마다 생성되는 에오로졸의 밀도는 일정하지 않다. 현재 시도되는 에어로졸의 형성방법에 의하면 그 특성상 장시간에 걸쳐 계산되는 평균적인 밀도를 일정하게 유지할 수는 있으나, 짧은 시간 내에 발생하는 시간에 따른 밀도 안정성을 달성하기는 매우 어렵다.

에어로졸을 사용하는 공정에서는 에어로졸에 포함된 고상의 파우더 또는 액상의 액적이 공정의 원료로 사용되는 것이 일반적이다. 그러므로, 에어로졸의 밀도는 공정에서 사용되는 원료의 양에 해당한다. 따라서, 에어로졸의 밀도를 안정화시켜서 시간적으로 균일하게 만드는 것은 안정된 공정을 확보하기 위하여 매우 중요한 과정이다.

따라서, 이러한 에어로졸 생성시간에 따라 달라지는 에어로졸의 밀도를 안정화하는 방법이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 에어로졸의 생성 시점에 따라 차이가 나는 이미 생성된 에어로졸의 밀도를 안정화하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 에어로졸의 생성 시점에 따라 차이가 나는 이미 생성된 에어로졸의 밀도를 안정화하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

에어로졸 유입용 도관 (1);

유입된 에어로졸의 압력 조절부 (2);

에어로졸 수송용 도관 (3)에 의해 에어로졸 압력 조절부 (2)와 연결되며, 전진된 에어로졸이 그 에어로졸 수소용 도관 (3)을 통해 도달하여 에어로졸의 혼합이 이루어지는, 도관에 비해 그 단면적이 현저하게 큰 버퍼 (4);

상기 버퍼 (4)에 존재하는 에어로졸 일부를 버퍼 이전의 도관으로 피드백시키기 위한, 상기 버퍼 (4)를 버퍼 이전의 도관과 연결시키는 피드백(feedback)용 도관 (5); 및 상기 버퍼로부터 균일하게 혼합된 에어로졸을 유출시키기 위한 에어로졸 유출용 도관(6)을 포함하는, 이미 생성된 에어로졸의 밀도를 안정화하기 위한 장치를 제공한다.

상기 에어로졸 압력 조절부로는 벤튜리관을 사용할 수 있으며, 상기 벤튜리관의 압력은 상기 버퍼에서의 압력보다 낮아야 한다.

상기 버퍼의 부피는 유입되는 에어로졸의 밀도 변동 주기의 0.1 내지 100배 의 시간동안 도관을 지나는 에어로졸의 부피에 해당하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은

에어로졸을 도관으로 유입시키는 단계;

유입된 에어로졸을 압력 조절 장치를 거쳐서 도관을 통해 전진시키는 단계;

도관을 통해 전진된 에어로졸을 도관에 비해 단면적이 현저하게 큰 버퍼로 유입시키는 단계;

상기 버퍼 내의 에어로졸 일부를 버퍼 이전의 도관으로 피드백시켜 버퍼 이전의 에어로졸과 혼합하는 단계;

상기 피드백되어 혼합된 에어로졸을 다시 버퍼로 유입시키는 단계;

버퍼내의 혼합된 에어로졸을 유출시키는 단계를 포함하는, 이미 생성된 에어로졸의 밀도를 안정화하는 방법을 제공한다.

상기 이미 생성된 에어로졸의 밀도를 안정화하기 위한 장치에서와 같이, 상기 압력 조절 장치는 벤튜리관인 것이 바람직하며, 상기 벤튜리관의 압력은 상기 버퍼에서의 압력보다 낮은 것을 특징으로 한다.

상기 버퍼의 부피는 또한 유입되는 에어로졸의 밀도 변동 주기의 0.1 내지 100배의 시간동안 도관을 지나는 에어로졸의 부피에 해당하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 에어로졸을 안정화하기 위한 장치는 밀도차가 발생된 이미 생성된 에어로졸의 밀도를 시간적으로 평균하여 에어로졸이 항상 균일한 밀도를 유지하도록 하는 장치이다.

본 발명의 에어로졸의 밀도를 안정화하기 위한 장치에서, 이미 생성된 에어로졸은 에어로졸 유입용 도관(1)을 통해서 유입된다. 여기서 이미 생성된 에어로졸은 에어로졸의 생성 시점에 따라 주기적으로 그 밀도의 변동이 일어나거나 주기적이지는 않으나 시간적으로 그 밀도의 변동이 일어나는 에어로졸이다.

에어로졸 유입용 도관 (1)을 통해 유입된 에어로졸은 에어로졸 압력 조절부 (2)에 의해 계속 연장된 에어로졸 수송용 도관 (3)을 통해 전진이 가능하다. 상기 에어로졸 압력 조절부로는 벤튜리관이 사용될 수 있으며, 이 외에도 당해 기술분야에 통상적으로 알려져 있는 다양한 추진장치가 사용될 수 있다. 상기 벤튜리관의 압력은 이후에 존재하는 버퍼에서의 압력보다 낮아야 한다.

도관 (3)을 통해 전진된 에어로졸은 버퍼(4)로 유입된다. 버퍼 (4)는 에어로졸을 운반하기 위해 사용되는 통상의 도관(1,3)에 비하여 그 단면적이 현저하게 큰 것을 특징으로 한다. 갑자기 부피가 큰 공간에 도달하게 되는 에어로졸은 버퍼 (4)에서 집합하게 되며, 여기서 에어로졸의 혼합이 일어나게 된다. 이로 인해, 일반적인 크기의 에어로졸 수송용 도관을 통하여 에어로졸이 흐르던 경우에는 에어로졸 생성 시점 별로 나누어져 있어 밀도에 있어 차이가 나던 에어로졸이, 갑자기 부피가 큰 버퍼에 도달하고 거기에 모이게 되어 서로 혼합이 일어나 상당량의 부피의 에어로졸이 밀도가 균일하게 된다. 그리하여 버퍼에서 밀도가 균일하게 된 에어로졸은 버퍼로부터 일반적인 크기의 에어로졸 유출용 도관(6)을 따라서 흐름으로써 일정한 밀도를 가지는 안정화된 에어로졸을 얻어지게 된다. 상기 버퍼의 부피는 유입되는 에어로졸의 밀도 변동 주기의 0.1 내지 100배의 시간동안 도관을 지나는 에어로졸의 부피에 해당하는 것이 바람직하다.

이에 덧붙여 상기 버퍼 (4)내에 존재하는 에어로졸은 그 일부가 피드백용 도관 (5)를 거쳐 버퍼 이전의 도관(1 또는 3)으로 이동하여 버퍼 이전의 에어로졸과 혼합하게 된다. 이로 인해, 에어로졸의 혼합이 보다 효과적으로 이루어질뿐만 아니라, 버퍼 내부에 존재하는 유량이 증가함으로써 버퍼에서 에어로졸의 유속이 증가하게 되고, 따라서 에어로졸 내의 파우더 또는 액적이 침착되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 효과는 피드백을 함으로써 버퍼 내의 에어로졸 유량이 부분적으로 증가함으로써 얻을 수 있다. 피드백용 도관 (5)를 따라 버퍼 이전의 도관 으로 피드백된 에어로졸은 버퍼 (4)에서 혼합되는 과정을 다시 거쳐 유출용 도관 (6)으로 빠져나가게 된다.

본 발명의 에어로졸의 밀도를 안정화하기 위한 장치의 일 구현예의 모식도를 도 1에 나타내었다.

본 발명은 또한, 상기한 바와 같이 이미 생성된 에어로졸의 밀도를 안정화하는 방법을 제공하며, 이는 앞서 상세하게 설명한 에어로졸의 밀도를 안정화하기 위한 장치의 원리와 동일하다. 이러한 방법에 의해 밀도가 균일하게 안정화된 에어로졸은 나노입자의 제조에 사용될 수 있다. 고상의 파우더 또는 액상의 액적을 포함하는 에어로졸은 나노 입자 제조 공정에서 원료로 사용될 수 있다. 예를 들어, 고상의 파우더를 포함하는 에어로졸을 레이저 어블레이션(Laser ablation)함으로써 나노 입자를 제조할 수 있다. 이 경우, 나노 입자의 크기는 레이저의 조건, 압력 등과 함께 고상의 파우더의 농도에 의하여 크게 좌우된다. 따라서, 균일한 크기의 나노 입자를 제조하기 위하여 균일한 밀도를 가지는 에어로졸을 공급하는 것이 매우 중요하다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

비교예 1

질소 가스에 실리콘 파우더가 섞여 있는 에어로졸을 통상의 방법으로 제조하였다. 에어로졸은 실리콘 파우더에 압력을 가하여 원통의 케이크 형태로 만든 후, 이를 조금씩 긁어내면서 질소 가스에 섞어 주는 방식으로 제조하였다. 실리콘 파우더의 평균 크기를 1 마이크론으로 하였으며, 질소 가스의 유량은 1분당 1 리터로 사용하였다. 에어로졸 제조 장치로는 Wright II (BGI Inc.사 제조)을 사용하였다.

이상과 같은 방법으로 제조된 에어로졸에 포함된 파우더의 농도를 라이트 스캐터링(light scattering) 방법으로 측정하였다. 에어로졸의 평균 밀도를 달리하면서 측정하였으며, 그리하여 측정된 평균 에어로졸 농도를 도 2의 그래프에 나타내었다. 또한, 10 분간 매초 측정한 에어로졸 농도의 표준편차를 에러바로 표혔하였다.

도 2의 결과에 따르면, 파우더의 공급량이 증가함에 따라서 에어로졸 농도가 증가함을 알 수 있다.

실시예 1

비교예 1에서와 동일한 방법으로 제조된 에어로졸을 본 발명의 에어로졸의 밀도를 안정화하기 위한 장치를 사용하여 안정화시킨 후에 그 농도를 측정하였다. 비교예 1과 동일한 조건에서 그 농도를 측정하였으며, 본 발명의 장치를 사용함에 있어서 0.7 리터의 부피를 갖는 버퍼를 사용하였다. 그리하여 측정된 된 결과를 도 3의 그래프로 나타내었다. 또한, 상기 비교에 1에서와 같이 10 분간 매초 측정한 에어로졸 농도의 표준편차를 에러바로 표현하였다.

토의:

도 2와 도 3의 그래프를 비교하면, 동일한 양의 파우더를 공급하는 경우 도 3의 경우가 도 2의 경우에 비교하여 에러바의 길이가 현저하게 줄어들었음을 확인할 수 있다. 이는 본 발명의 장치를 사용함으로써 에어로졸의 밀도의 시간에 따른 변동이 감소하여, 안정화되었음을 나타낸다.

0.28 RPM으로 파우더를 공급하는 경우에는, 평균 에어로졸 밀도가 실시예 1의 경우가 비교예 1의 경우에 비교하여 약간 감소되는 것이 관찰되었으나, 파우더 공급량이 적은 경우에는 평균 에어로졸 밀도의 감소도 거의 없는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치를 사용함으로써 평균 에어로졸 밀도의 현저한 감소 없이 에어로졸 밀도의 시간적인 변동을 감소시켜서 에어로졸을 안정화시킬 수 있음을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 에어로졸 생성 장치에 본 발명의 에어로졸 밀도 안정화 장치와 같은 간단한 장치를 추가함으로써 이미 생성된 에어로졸 의 불균일한 밀도를 에어로졸의 손실이나 특성 저하가 거의 없이 긴 시간 동안 뿐 아니라, 짧은 시간 동안에도 안정적으로 일정하게 유지시킬 수 있다. 이를 통하여, 안정화된 에어로졸을 재료로 사용하여 나노입자의 제조를 하는 경우 균일한 특성을 가지는 나노입자의 제조를 기대할 수 있다.

Claims

에어로졸 유입용 도관 (1);

유입된 에어로졸을 전진시키기 위한 에어로졸 압력 조절부 (2);

에어로졸 수송용 도관 (3)에 의해 에어로졸 압력 조절부 (2)와 연결되며, 전진된 에어로졸이 그 에어로졸 수송용 도관 (3)을 통해 도달하여 에어로졸의 혼합이 이루어지는, 도관에 비해 그 단면적이 현저하게 큰 버퍼 (4);

상기 버퍼 (4)에 존재하는 에어로졸 일부를 버퍼 이전의 도관으로 피드백시키기 위한, 상기 버퍼(4)를 버퍼 이전의 도관과 연결시키는 피드백(feedback)용 도관 (5); 및

상기 버퍼로부터 균일하게 혼합된 에어로졸을 유출시키기 위한 에어로졸 유출용 도관(6)을 포함하는, 이미 생성된 에어로졸의 밀도를 안정화하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 에어로졸 압력 조절부는 벤튜리관인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 버퍼의 부피는 유입되는 에어로졸의 밀도 변동 주기의 0.1 내지 100배의 시간동안 도관을 지나는 에어로졸의 부피에 해당하는 것을 특징으로 하는 장치.
에어로졸을 도관으로 유입시키는 단계;

유입된 에어로졸을 압력 조절 장치에 의해 도관을 통해 전진시키는 단계;

도관을 통해 전진된 에어로졸을 도관에 비해 단면적이 현저하게 큰 버퍼로 유입시키는 단계;

상기 버퍼 내의 에어로졸 일부를 버퍼 이전의 도관으로 피드백시켜 버퍼 이전의 에어로졸과 혼합하는 단계;

상기 피드백되어 혼합된 에어로졸을 다시 버퍼로 유입시키는 단계; 및

버퍼내의 혼합된 에어로졸을 유출시키는 단계를 포함하는, 이미 생성된 에어로졸의 밀도를 안정화하는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 압력 조절 장치는 벤튜리관인 것을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 버퍼의 부피는 유입되는 에어로졸의 밀도 변동 주기의 0.1 내지 100배의 시간동안 도관을 지나는 에어로졸의 부피에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4 항 내지 제 6 항의 방법으로 밀도가 안정화된 에어로졸을 나노입자의 제조에 사용하는 방법.