KR100850338B1

KR100850338B1 - 저항열 플라즈마를 이용한 나노 콜로이드의 제조 장치 및그의 제어 방법

Info

Publication number: KR100850338B1
Application number: KR1020070034450A
Authority: KR
Inventors: 정용훈; 정예호; 허승은
Original assignee: (주)솔고나노어드벤스
Priority date: 2007-04-07
Filing date: 2007-04-07
Publication date: 2008-08-05

Abstract

본 발명은 저항열 플라즈마를 이용한 나노 콜로이드의 제조 장치에 관한 것으로, 각각 한 쌍의 홀더(23)(42)를 가지는 이송용그리퍼(22) 및 고정용그리퍼(41); ‘F’형상의 절연체(32a)에 두 전극(32b)(32c)을 일정 간격으로 고정한 홀더(32)를 구성하여, 상기 홀더(32)를 한 쌍 가지는 전극용그리퍼(31); 와이어(1)를 곧게 펴주는 와이어교정기(13)가 구비되어, 상기 와이어교정기(13) 하부로 상기 이송용그리퍼(22)의 홀더(23); 고정용그리퍼(41)의 홀더(42); 전극용그리퍼(31)의 홀더(32)가 순차로 위치되도록 설치하고, 상기 모든 전극(32b)(32c)이 용매에 담기도록 구성한 구조의 나노 콜로이드 제조 장치를 구성하여, 상기 와이어교정기(13)를 통과한 와이어(1)가 각 그리퍼(22)(31)(41)의 홀드/릴리스에 의해, 상기 각 전극(32b)(32c)으로 와이어(1)를 공급하여 나노 콜로이드를 연속적으로 제조할 수 있는 것이다.

나노 콜로이드, 나노 입자, 그리퍼, 홀더, 절연, 저항열 플라즈마, 금속와이어

Description

저항열 플라즈마를 이용한 나노 콜로이드의 제조 장치 및 그의 제어 방법 { the manufacture machine of nano colloid using joule heating plasma and the control method thereof }

도 1은 본 발명에 따른 나노 콜로이드 제조 장치의 개략적인 측면도.

도 2는 본 발명에 따른 나노 콜로이드 제조 장치의 작동시 용매용기의 위치를 보여주는 측면도.

도 3은 본 발명에 따른 나노 콜로이드 제조 장치의 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 나노 콜로이드를 제조 장치의 일부 측면도.

도 5는 본 발명에 따른 와이어공급부와 와이어이송부의 일부 확대 측면도.

도 6은 본 발명에 따른 전류인가부와 고정용그리퍼의 일부 확대 측면도.

도 7은 본 발명에 따른 나노 콜로이드 제조 장치의 배면도.

도 8은 본 발명에 따른 나노 콜로이드 제조 공정도.

[ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ]

10 : 와이어공급부 12 : 와인더 13 : 와이어교정기

20 : 와이어이송부 21 : 이송실린더 22 : 이송용그리퍼

23, 32, 42 : 홀더 30 : 전류인가부 31 : 전극용그리퍼

40 : 와이어고정부 41 : 고정용그리퍼 60 : 용매저장부

본 발명은 저항열 플라즈마를 이용한 나노 콜로이드의 제조 장치에 관한 것으로, 각각 한 쌍의 홀더를 가지는 이송용그리퍼 및 고정용그리퍼; 한 쌍의 전극이 고정된 홀더를 한 쌍 가지는 전극용그리퍼; 와이어를 펴주는 와이어교정기가 구비되어, 상기 와이어교정기 하부로 상기 이송용그리퍼의 홀더, 고정용그리퍼의 홀더, 전극용그리퍼의 홀더가 순차로 위치되도록 하고, 상기 전극용그리퍼의 모든 전극이 용매에 담기도록 구성한 나노 콜로이드 제조 장치가 구성되어, 상기 와이어교정기를 통과한 와이어가 각 그리퍼의 홀드/릴리스에 의해, 전극으로 와이어를 공급하여 나노 콜로이드를 연속적으로 제조할 수 있는 것이다.

현대 산업 기술의 급속한 발달로 극도의 미세한 부품 및 이를 이용한 기기들의 요구에 부합하는 새로운 재료의 필요성에 의해서, 기존의 마이크론(micron) 크기의 재료에 비해 탁월한 성질과 내산화성을 갖는 수십 nm 이하의 나노소재의 제조 및 응용에 대한 관심이 집중되고 있다.

나노소재는 0차원인 분말(powder) 및 콜로이드(colloid) 형태, 1차원인 휘스 커(whisker) 또는 튜브(tube) 형태, 2차원인 박막(thin film) 형태 그리고 3차원인 벌크(bulk) 형태 등 다양한 형태로 적용이 가능하다.

한편, 상기 나노 분말(nano powder)의 경우 다양한 합성법에 의해 비교적 연구실 단위에서 손쉽게 제조될 수 있다는 점과 여러 분야에 걸쳐 효용성이 매우 높다는 점 때문에 가장 활발히 연구가 진행되어 왔다.

하지만, 귀금속을 포함한 금속 나노 분말 소재의 경우 표면 에너지 증가로 분말의 안정성이 급격히 낮아지는 연유로 제조 및 보관, 운반 시 응집(agglomeration)에 따른 분산 및 효능이 저하되는 문제와 이러한 문제 해결 방안으로 제시된 나노 분말 표면을 코팅하는 패시베이션(passivation) 방식은 불순물 혼입에 의한 순도 저하 및 공정의 복잡성, 높은 처리 비용 등과 같은 새로운 문제가 대두하였다.

또한, 균일한 입도 분포를 갖는 나노 분말의 생산을 위해서는 고도의 분급 기술이 요구되어 지며, 분급 수율도 또한 높여야하는 등의 여러 가지 한계에 봉착해서 연구 및 개발이 답보상태에 놓여 있는 상황이다.

따라서, 최근에는 나노 분말(nano powder)의 대안으로서 특정용매에 나노입자가 균일하게 분산되어 있는 나노콜로이드(nano colloid)의 개발 및 응용 업체가 급증하고 있는 실정이다.

그리고 나노콜로이드를 제조하는 대표적 방법으로는, 전기분해 방식과 화학적 환원 방식이 있으며, 상기 전기분해 방식은 증류수가 채워진 용기에 귀금속 전극을 침지 시킨 후 일정한 전류를 인가하여 나노콜로이드를 만드는 단순한 방식으로, 0.3ppm에서 1.0ppm 사이의 낮은 농도를 갖으며 불안정한 금속 이온이 시간이 지남에 따라 침전되는 이유로 산업용 제품에 적용하기에는 한계가 있다.

또한, 화학적 환원 방식은 은나노콜로이드의 경우, 일반적으로 질산은(AgNo₃)을 환원 처리하여 질산을 제거하고 은이온(Ag+)을 특정 용매 내에 분산시켜 은용액을 제조하는 방식으로서, 은이온의 응집을 막기 위해 첨가제나 계면활성제를 공정 중에 투입한다.

이와 같은 화학적 환원 공정은 아질산과 같은 암 유발 물질을 비롯한 환경오염을 야기하는 부산물 처리비용과 높은 원재료비, 복잡한 공정비 등으로 인해 생산단가가 높아지는 문제점이 있으며, 특히, 제품에 적용시, 첨가제나 계면활성제가 불순물로 작용하여 제품의 특성을 저하하게 된다.

위와 같은 기존 나노콜로이드 제조방식은, 생산성 및 안정성이 낮거나 부산물에 의한 환경오염 및 불순물 혼입 등의 여러 가지 문제점이 존재하고 있다.

예를 들어 국내등록특허 제0539885호의 ‘고속금속용액 제조장치’를 이용하여 나노콜로이드를 제조 시 필름에 와이어를 열융착하는 번거로움과, 휠에 감아서 연속적인 공정에 적용시 전극과 와이어의 접촉저항이 커서 실질적으로 나노 입자화하기 어려움이 있었으며, 특히 납땜(welding)의 발생으로 연속적인 제조가 불가능한 문제가 있었다.

따라서 본 발명은 상기의 종래기술이 갖는 제반 문제를 해결하고자, 각각 한 쌍의 홀더를 가지는 이송용그리퍼 및 고정용그리퍼; 한 쌍의 전극이 고정된 홀더를 한 쌍 가지는 전극용그리퍼; 와이어를 펴주는 와이어교정기가 구비되어, 상기 와이어교정기 하부로 상기 이송용그리퍼의 홀더, 고정용그리퍼의 홀더, 전극용그리퍼의 홀더가 순차로 위치되도록 하고, 상기 전극용그리퍼의 모든 전극이 용매에 담기도록한 구조의 나노 콜로이드 제조 장치를 구성하여, 납땜 및 와이어의 이탈을 사전에 방지함으로써 상기 와이어교정기를 통과한 와이어가 각 그리퍼의 홀드/릴리스에 의해 전극에 와이어를 공급하여 연속적으로 나노 콜로이드를 제조하는데 그 목적이 있다.

또한, 상기 각 그리퍼의 각 홀더와 절연체를 일정 높이로 제작하여, 각 그리퍼가 용매 바깥쪽 상단에 위치되도록 하여, 나노콜로이드 제조시 그리퍼 내부에 나노 입자가 흡착되는 것을 방지하고, 그리퍼 표면에 장착되어 있는 각각의 센서에 노이즈가 유입되는 것을 차단함으로써, 그리퍼의 오작동을 방지하여, 연속적으로 나노 콜로이드를 대량으로 제조하는데 그 목적이 있다.

덧붙여, 상기 용매를 담은 용매용기는 실린더에 의해 상·하로 이동하도록 구성하여, 용매의 공급과 수거가 용이하도록 하는데 그 목적이 있다.

더욱이, 상기 용매용기 내부에는 임펠러나 팬과 같은 교반팬이 회전되도록 장착하여, 상기 교반팬의 회전으로 나노 금속 입자와 용매가 아주 균일하게 혼합된 상태를 유지하도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 세부적인 구성을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하되, 먼저, 와이어공급부(10)를 도3 및 도4를 참고하여 설명하면, 이는 지지대(11)와 와인더(12) 및 와이어교정기(13)로 구성되며, 우선, 와인더(12)는 내부가 관통된 원통형 형상으로 형성되어, 와인더(12)에 와이어(1)가 감긴 구조이며, 상기 와인더(12)는 회전하면서 감긴 와이어(1)가 풀어지도록 한다.

또한, 와이어교정기(13)는, 도5에 도시한 바와 같이, 메인노즐(13a)과 다수 개의 탄성체(13b)로 구성되되, 메인노즐(13a)은 내부가 관통된 원통형이며, 탄성체(13b)는 탄성이 있는 원통형 형상, 자세하게는, 디스크 형상으로 형성되어, 그 중앙에는 와이어(1)의 지름보다 작게 관통된 구멍을 형성하는데, 상기 메인노즐(13a)의 내부 또는 양단에 탄성체(13b)를 다수개 고정하여 와이어교정기(13)를 구성한다.

상기와 같이 구성한 와이어교정기(13)는, 그 길이 방향을 따라 와이어(1)를 통과시켜, 와이어(1)가 와이어교정기(13)를 연속적으로 공급·이동함에 따라, 와인더(11)에 감겨 변형된 와이어(1)를 곧게 펴서 직선 형태로 공급할 수 있으며, 공급되는 와이어(1)의 강성 및 직경에 따라 탄성체(13b)의 개수와 그 두께는 물론, 탄성체(13b)에 형성된 구멍의 직경 및 크기를 조절하여 변형이 없는 와이어(1)를 공급하도록 한다.

이렇게, 와이어공급부(10), 즉, 와인더(12)에 감긴 와이어(1)는 와이어교정기(13)를 통과하여 곧게 펴진 와이어(1)를 공급한다.

한편, 상기 공급되는 와이어(1)는 금(Au), 은(Ag), 리튬(Li), 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 바나듐(V), 철(Fe), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 팔라듐(Pd), 인듐(In), 주석(Sn), 탄탈(Ta), 텅스텐( W), 백금(Pt), 납(Pb) 등과 같이 와이어(1) 제조할 수 있는 모든 금속류는 모두 가능하며, 그 공급되는 형태는 그 단면이 원형인 선이나, 또는 그 단면이 사각형인 박지 로 공급할 수 있는데, 그 단면이 원형일 경우에는 그 직경이 0.01㎜ 내지 0.4㎜을 가지도록 하며, 그 단면이 사각형일 경우에는 그 단면적이 7.5×10^-6㎟ 내지 1.3×10^-1㎟ 로 공급하는 것이 바람직하다.

다음으로, 와이어이송부(20)를 살펴보면, 이는 도5 및 도7에 도시된 바와 같이, 이송실린더(21)와 이송용그리퍼(22) 및 한 쌍의 홀더(23)로 구성하며, 우선, 이송실린더(21)는 직선 운동을 하는 통상의 실린더로 구성하며, 상기 이송실린더(21)의 내부 피스톤에는 마그네틱링(미도시)을 장착하고, 이송실린더(21)의 외부에는 마그네틱센서(21b, 오토센서, 리드센서)가 장착되어, 행정 위치를 파악하여 공정 과정을 제어하도록 하며, 이송용그리퍼(22)는 한 쌍의 핑거(22a)가 가이드레일(미도시)을 따라 이동하면서 물체를 잡거나(hold) 놓을(release) 수 있는 것이다.

또한, 홀더(23)는 절연체(23a)와 다리(23b)로 구성되되, 절연체(23a)는 절연 재료로 형성한 직육면체 형상으로, 각각 한 쌍의 핑거(22a)에 고정되며, 다리(23b)는 길이 방향으로 긴 직육면체 형상으로 형성되어 상기 절연체(23a)에 고정되는데, 이는 내구성 및 내마모성이 좋은 재료를 쓰며, 와이어(1)가 직접 접촉되는 면은 ±10㎛의 평활도를 갖도록 하여, 가늘고 미세한 와이어(1)를 용이하게 잡아 이송할 수 있고, 이와 같이 와이어이송부(20)는 이송용그리퍼(22)에 의해 홀더(23)가 와이 어(1)를 잡게 되면, 이송실린더(21)에 의해 이송용그리퍼(22)를 이동하여 와이어(1)를 이송한다.

그리고 전류인가부(30)를 도3, 도4 및 도6을 참고하여 설명하면, 전류인가부(30)는 전극용그리퍼(31)와 각각 한 쌍의 홀더(32)로 이루어져 있으며, 전극용그리퍼(31)는 한 쌍의 핑거(31a)가 가이드레일(미도시)을 따라 이동하면서 물체를 잡거나(hold) 놓을(release) 수 있는 것이고, 홀더(32)는 절연체(32a)와 한 쌍의 전극(32b)(32c)으로 구성되되, 절연체(32a)는 'F'자 형상으로 형성한 것이며, 전극(32b)(32c)은 일정한 거리를 두고 절연체(32a)에 상·하로 고정되며, 상기 절연체(32a)는 상기 전극용그리퍼(31)의 핑거(31a)에 고정되되, 상기 전극(32b)(32c)은 오직 절연체(32a)에만 연결되어 핑거(31a) 및 기타 부분과는 접촉되지 않게 한다(핑거와의 절연).

한편, 상기 절연체(32a)는, 절연내력이 큰 재료를 사용하고, 각 전극(32b)(32c)은 내산화성이 우수한 전기 접점 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

더 자세하게 설명하면, 이는 상기 절연체(32a)는 ‘F’자 형태를 가지고, 그 측면에 돌출된 두 부분에 전극(32b)(32c)이 각각 고정되는바, 상기 두 전극(32b)(32c)은 사이의 거리는 30 내지 150㎜를 가지는 것이 바람직하며, 상기 한 쌍의 전극(32b)(32c)은 전류가 인가되어 각각 음전극(cathode)과 양전극(anode)을 형성하는데, 상기 전극(32b)(32c)의 와이어(1)가 직접 접촉되어 서로 마주하는 부 분은, ±10㎛의 평활도를 갖는 사각형의 평면으로 형성하여, 전류의 흐름을 극대화하며, 이와 같이 형성한 전류인가부(30)는 마주하는 홀더(32) 내에 와이어(1)가 이송되면, 홀더(32)의 전극(32b)(32c)이 이송된 와이어(1)를 잡고, 대전류를 인가받아 음전극(cathode)과 양전극(anode)을 형성하여 나노 콜로이드를 제조한다.

추가로, 이송용그리퍼(22)에 구성된 다리(23b)와 전극용그리퍼(31)에 구성된 상부 쪽 전극(32b) 사이 공간에는 와이어고정부(40)를 더 구성하여 와이어(1)의 끊김을 방지하는데, 이는 도4 및 도6에 도시한 바와 같이, 고정용그리퍼(41) 및 한 쌍의 홀더(42)로 이루어져 있으며, 상기 고정용그리퍼(41)는 한 쌍의 핑거(41a)가 가이드레일(미도시)을 따라 이동하면서 물체를 잡거나(hold) 놓을(release) 수 있는 것이다.

또한, 홀더(42)는 절연체(42a)와 다리(42b)로 구성되되, 절연체(42a)는 절연 재료로 형성한 직육면체 형상으로, 각각 한 쌍의 핑거(41a)에 고정되며, 다리(42b)는 길이 방향으로 긴 직육면체 형상으로 형성되어 상기 절연체(42a)에 고정되는데, 상기 사용하는 다리(42b)는 내구성 및 내마모성이 좋은 재료를 쓰며, 다리(42b)의 와이어(1)가 직접 접촉되는 면은 ±10㎛의 평활도를 갖도록 하여, 가늘고 미세한 와이어(1)를 용이하게 잡을 수 있도록 한다.

더욱이, 상기 이송용그리퍼(22)에 의해 홀더(23)가 벌어지는 거리는, 전극용그리퍼(31)에 의해 홀더(32)가 벌어지는 거리보다 작게 형성하되, 정확히는 이송용그리퍼(22) 및 전극용그리퍼(31)의 각 홀더(23)(32)가 벌어진 상태에서도, 이송용 그리퍼(22)의 홀더(23)가 전극용그리퍼(31)의 홀더(32) 사이를 지나갈 수 있도록 하며, 상기 고정용그리퍼(41)가 홀드된 상태에서는, 그 홀더(42) 측면으로 릴리즈 된 상태의 이송용그리퍼(22)의 홀더(23)가 통과할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. (실제로, 각 홀더의 각 다리와 전극이 와이어를 잡거나 접촉하게 되므로 이들, 즉, 각 그리퍼의 홀드/릴리즈된 상태에서의 다리 사이 거리, 전극 사이 거리가 고려되어야 한다.)

이와 같이 형성한 각 와이어공급부(10), 와이어이송부(20), 전류인가부(30), 와이어고정부(40)를 조립한 구조를 도3 및 도4를 참고하여 설명하면, 먼저, 베이스(51)는 알루미늄 또는 합성수지재로 판 형태를 이루며, 그 베이스(51)에 다수개의 관통된 구멍이 형성되어, 이에 와이어공급부(10), 와이어이송부(20), 전류인가부(30), 와이어고정부(40)를 설치한다.

먼저, 상기 베이스(51)의 상부로는 한 쌍의 지지대(11)를 고정하여, 그 사이로 와인더(12)를 설치하고, 베이스(51)에 와이어교정기(13)를 설치하여, 상기 와인더(12)의 하부로 와이어교정기(13)가 위치되도록 설치한다.

또한, 상기 베이스(51)에는, 베이스(51)보다 높이를 가지는 받침대(52)가 설치되어, 그 받침대(52)에 상기 이송실린더(21)를 고정하고, 그 이송실린더(21)의 실린더로드(21a)에는 브라켓(24)을 고정하며, 한 쌍의 홀더(23)가 조립된 이송용그리퍼(22)가 상기 브라켓(24)에 고정되어, 이송용그리퍼(22)에 구성된 다리(23b)가 상기 고정된 와이어교정기(13)의 바로 아래에 위치되도록 한다.

또, 이송실린더(21)에 의해 이송용그리퍼(22)가 상·하로 이동함에 따라, 이송실린더(21)의 행정 거리를 감안하여, 이송실린더(21)의 실린더로드(21a)가 다 빠졌을 때(이송실린더의 최대 행정거리)도, 이송용그리퍼(22)는 베이스(51) 상부에 위치되도록 하는 것이 바람직하다(이송용그리퍼가 베이스 아래로 내려가지 않도록 한다).

그리고 상기 받침대(52)에는 핀(52a)이 끼움된 부싱(52b)(바람직하게는 리니어 부싱)을 다수개(적어도 두 개 이상) 설치하고, 상기 핀(52a)을 브라켓(24)에 고정하면, 상기 이송용그리퍼(22)가 상·하로 움직이면서 핀(52a) 및 부싱(52b)에 의해 수직 방향으로 움직이도록 구성하여, 이동용그리퍼(22)의 흔들림을 최소화한다.

덧붙여, 상기 이송실린더(21)의 실린더로드(21a)와 브라켓(24) 사이에는 플로팅조인트(21c)를 조립하여, 상기 플로팅조인트(21c)를 통해 이송실린더(21)에서 발생하는 무게중심의 변화 및 진동으로 인한 실린더로드(21a)의 편심, 운동 축 오차 및 평행도의 정도 부족을 흡수한다.

또한, 상기 이송용그리퍼(22)의 맞은편으로는 전류인가부(30), 와이어고정부(40)를 설치하여, 고정용그리퍼(41)에 구성된 홀더(42)의 다리(42b) 하부로 전극용그리퍼(31)의 전극(32b)(32c)이 위치하도록 하는데, 도6에 도시한 바와 같이, 상기 베이스(51) 상부로 브라켓(53)을 설치하고, 상기 브라켓(53)에 고정용그리퍼(41), 전극용그리퍼(31)를 고정하여, 고정용그리퍼(41), 전극용그리퍼(31)가 베 이스(51) 상부로 위치되도록 한다.

다시 말하면, 베이스(51)에 고정된 와이어교정기(13) 하부로; 이송용그리퍼(22)에 구성된 홀더(23)의 다리(23b); 고정용그리퍼(41)에 구성된 홀더(42)의 다리(42b); 전극용그리퍼(31)에 구성된 홀더(32)의 한 쌍의 전극(32b)(32c)이 순차로 배치되도록 구성하여, 와인더(12)에 감긴 와이어(1)는 와이어교정기(13)를 통과하여, 전극용그리퍼(31)의 각 전극(32b)(32c)까지 위치하면, 각 전극(32b)(32c)이 와이어(1)를 잡고, 각 전극(32b)(32c)에 대전류를 인가받아 용매 내부에서 나노 콜로이드가 제조된다.

덧붙여, 상기 전극용그리퍼(31)의 홀더(32)의 높이는, 그 전극용그리퍼(31)의 힘이 전달될 수 있는 한 최대한 높게 구성하여, 전극용그리퍼(31)과 전극(32b)(32c)의 거리를 최대한 멀도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같이 형성된 베이스(51)의 하부로는 용매저장부(60)를 더 구성하며, 이 용매저장부(60)를 도1 및 도2을 참고하여 설명하면, 이는 상기 베이스(51) 하부로 용매를 수용하는 용매용기(61)를 구성하고, 상기 용매용기(61)는 실린더(62)에 의해 상·하 이동하도록(승강하도록) 구성하며, 상기 용매용기(61) 내부에는 임펠러(impeller)나 팬(fan)과 같은 교반팬(63)을 구성하고, 상기 교반팬(63)은 외부에 설치된 모터와 연결되어 교반팬(63)이 회전할 수 있도록 구성한다.

정리하자면, 와이어공급부(10), 와이어이송부(20), 전류인가부(30), 와이어고정부(40)가 베이스(51)에 결합되며, 상기 베이스(51) 하부로는 용매저장부(60)가 위치된 나노 콜로이드 제조 장치를 구성한다.

덧붙여, 상기 베이스(51) 상부로는 커버(미도시)를 씌워 먼지의 인입을 최소화하며, 이와 같은 구조의 금속 나노 콜로이드 제조 장치는 콤팩트한 구조로 소형 제작 제작될 수 있고, 각 구성품의 분리가 용이한 특징이 있다.

다음으로, 상기 금속 나노 콜로이드 제조 장치를 제어하는 제어부(미도시) 살펴보면, 이는 충전회로를 구성하여 충전한 전류를 방전하여 각 전극(32b)(32c)에 대전류를 인가하고, 다시 일정시간 내로 충전하는 전극제어부(미도시)와, 이송실린더(21)와 이송용그리퍼(22) 및 전극용그리퍼(31)와 고정용그리퍼(41)의 제어와 그 외, 교반팬(63) 등을 제어하는 공압제어부(미도시)를 따로 분리하고, 각 제어부에 대한 전원 장치를 독립적으로 구성하여, 금속 나노 콜로이드 제조 시 발생하는 충격전류(shock current)에 의해, 전극제어부에 형성되는 회로기판의 수명 감소 및 고장을 방지하며, 나노 콜로이드를 제조하는 과정에 따라 각 부분이 순차적으로 작동되도록 제어한다.

이와 같이 금속 나노 콜로이드 제조 장치 및 이를 제어하는 제어부로 구성되 는 금속 나노 콜로이드 제조 장치는, 작동 순서에 따라 연속적인 제조가 가능하며, 이러한 작동 과정을 도8의 공정도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 모든 그리퍼 릴리스(S0)는, 나노 콜로이드 제조 공정을 시작하기에 앞서, 모든 그리퍼, 즉, 이송용그리퍼(22), 전극용그리퍼(31), 고정용그리퍼(41)가 모두 릴리스(release)된 상태(오픈된 상대, 열린 상태, 벌어진 상태)를 말하는 것으로, 이때, 와인더(12)의 와이어(1)는 와이어교정기(13)를 통과하여 일정 길이로 돌출되도록 구성하며, 이송용그리퍼(22)에 구성된 홀더(23)의 다리(23b)가 와이어교정기(13) 바로 아래에서 와이어(1)를 잡을 수 있도록 위치되고, 그 다리(23b) 하부로는 고정용그리퍼(41)의 다리(42b); 전극용그리퍼(31)의 전극(32b)(32c)이 순차로 배치된 상태로 대기한다.

덧붙여, 상기 용매용기(61)에는 용매가 수용된 상태에서 실린더(62)가 상승되어 있는 구조, 즉, 도2에 도시한 바와 같이, 전극용그리퍼(31)의 모든 전극(32b)(32c)이 용매에 잠긴 상태를 유지하도록 한다.

참고로, 상기 용매로는, 물을 비롯한 수용성, 유기성 용매 등 점도가 10 이하인 다양한 조성을 갖는 용매는 물론 휘발성 용매에도 적용이 가능하다.

이어, 이송용그리퍼 홀드(S1)는 상기 이송용그리퍼(22)의 작동으로 그 홀더(23)의 다리(23b)가 와이어(1)를 잡는 것이며, 이어서, 이송용그리퍼 이동(S2)은, 이송용그리퍼(22)가 와이어(1)를 홀드한(hold) 상태(클로즈된 상태, 잡은 상태, 닫힌 상태)에서 이송실린더(21)에 의해 하부로 이동하되, 그 홀더(23)의 다 리(23b)가 전극용그리퍼(31)의 하부 쪽 전극(32c) 바로 아래까지 위치되도록 이동하는 것으로, 이를 통해 와이어(1)가 전극(32c) 아래쪽까지 공급된다.

다음으로, 고정용그리퍼 및 전극용그리퍼 홀드(S3)는, 고정용그리퍼(41) 및 전극용그리퍼(31)가 작동하여, 각 다리(42b)와 모든 전극(32b)(32c)이 홀드되어 와이어(1)를 잡는 것이며, 이어서, 전류 인가 및 나노 콜로이드 제조(S4)는 상기 각 전극(32b)(32c)에 대전류가 인가되어, 그래서 각 전극(32b)(32c)은 음전극과 양전극이 형성하고, 와이어(1)를 통해 금속 나노 입자가 제조되는데, 저항 발열시 발생하는 압력에 의해서 금속 나노 입자가 분산되면서 용매에 혼합하여 금속 나노 콜로이드가 제조되며, 이때 용매용기(61) 내부의 교반팬(63)을 회전하여 물과 나노 입자가 잘 혼합되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 전극용그리퍼 및 이송용그리퍼 릴리스(S5)는, 상기 전극(32b)(32c) 사이의 와이어(1)가 나노 입자로 변환된 후, 전극용그리퍼(31)와 이송용그리퍼(22)를 작동하여 각 홀더(32)(23) 사이를 다시 벌어지도록(release) 하는 것이다.

이어지는, 이송용그리퍼 복귀/홀드(S6)는, 상기 이동실린더(21)에 의해 릴리스된 상태의 이송용그리퍼(22)가 이동하여, 그에 구성된 홀더(23)의 다리(23b)가 와이어교정기(13) 하부 즉, 처음 있던 위치(초기 상태)로 이동하여 위치하고, 이송용그리퍼(22)를 작동하여 홀더(23)의 다리(23b)가 다시 와이어(1)를 잡는 것으로, 홀더(23)의 다리(23b)가 와이어(1)를 잡을 때에는, 그 하부에서 고정용그리퍼(41)의 홀더(42)가 와이어(1)를 계속 잡고 있기 때문에 와이어(1)의 이탈을 방지하면서 정확히 와이어(1)를 잡을 수 있게 된다.

마지막으로, 고정용그리퍼 릴리스(S7)는, 상기 고정용그리퍼(41)에 의해 그 하단에 위치하는 홀더(42)가 벌어져 와이어(1)를 놓게 되는 공정으로, 이 공정으로 첫 번째 한 사이클을 완료하며, 이어, 다시 이송용그리퍼 이동(S2)부터 고정용그리퍼 릴리스(S7)의 과정까지를 반복적으로 수행하는데, 원하는 나노 콜로이드의 농도를 얻을 때까지 반복하여 나노 콜로이드를 제조한다.

이러한 공정을 통해 상기 용매용기(61)에는 원하는 농도의 나노 콜로이드가 제조되면, 실린더(62)를 작동하여 용매용기(61)를 아래로 내린 뒤, 용매용기(61)를 수거하고, 새 용매가 담긴 용매용기(61)를 장착하고, 다시 실린더(62)를 작동하여 상기 베이스(51) 하부로 용매용기(61)를 위치하여, 상기 공정을 통해 금속 나노 콜로이드를 제조한다.

이러한 공정을 통해 나노 콜로이드를 용이하게 제조할 수 있는데, 특히 각 이송용그리퍼(22) 및 전극용그리퍼(31)와 고정용그리퍼(41)가 베이스(51) 상부로 위치되어, 각 그리퍼가 용매와는 접촉하지 않고, 각 전극(32b)(32c)과 일정 거리로 떨어져 있으므로, 발생한 나노 입자가 상기 각 그리퍼 내부로 침투 및 용매를 통한 센서에 노이즈가 도달하는 것을 미리 방지하여, 각 그리퍼의 오작동을 방지한다.

덧붙여, 와이어교정기(13)를 통해 직선 형태의 와이어(1)를 각 전극(32b)(32c)에 정확히 공급할 수 있으며, 나노 콜로이드를 제조하는 동안, 와이어고정부(40)를 통해 고정용그리퍼(41)의 홀더(42)가 와이어(1)를 지속적으로 잡고 있으므로, 와이어(1)의 납땜(welding) 및 이탈을 방지할 수 있어 연속적인 나노 콜로이드 제조가 가능하다.

또한, 각 전극(32b)(32c)으로의 전류 공급은, 기계적 또는 전기적 스위치를 이용하여 순간적으로 전류를 인가함으로써, 용매 내에서 전류의 손실을 최소화하여 우수한 특성을 지니는 나노콜로이드를 제조할 수 있는 것이다.

또한, 상기 용매로는 물을 비롯한 수용성, 유기성 용매 등, 점도가 10 이하인 다양한 조성을 갖는 용매에 적용할 수 있는 특징이 있으며, 특히, 반응시간(10usec 이하)이 매우 짧은 관계로 용매를 휘발성 용매에서도 화재 위험 없이 사용할 수 있으며, 더욱이, 상기 교반팬(63)을 통해 용매와 나노 금속 입자가 균일하게 분산된 나노 콜로이드를 제조할 수 있는 것이다.

한편, 상기 이송용그리퍼(22) 및 전극용그리퍼(31)와 고정용그리퍼(41)의 구조에 대하여 설명하면, 이러한 그리퍼(gripper)는 실린더가 구성되어, 이에 압축공기(공압) 또는 오일(유압)과 같은 유체가 공급됨에 따라, 내부에 피스톤과 일체로 된 로드가 이동하여 ‘L'자 형상의 한 쌍의 레버에 작용력을 전달하고, 레버의 중심이 회전하면서 가이드레일에 연결된 각각 한 쌍의 핑거에 전달되어, 핑거가 가이드레일을 따라 움직임에 따라, 핑거가 서로 좁혀지면서 물체를 잡고(hold), 이들이 서로 멀어지면서 물체를 놓는(release) 것으로, 각 로드의 출입구 부분 및 핑거의 틈새 부분은 방진고무로 밀봉되어 있어, 이물질이 그리퍼 내부로 혼입되는 것을 방지하도록 한다.

그리고 상기 각 구성품이 가지는 재료 및 그 특징을 살펴보면, 먼저, 와이어교정기(13)의 내부에 형성되는 탄성체(13b)는 탄성이 있는 실리콘으로 제작하며, 이송용그리퍼(22)에 부착되는 절연체(23a), 및 전극용그리퍼(31)에 부착되는 “F"형상의 절연체(32a)는 절연성, 내마모성, 내구성이 우수한 합성수지재로 형성되는데, 그 예로 가벼우면서 절연내력(절연내압)이 3㎸ 이상으로 우수하고, 변형 및 비틀림이 적은 베이클라이트(bakelite) 및 테플론(teflon, 불소수지)가 있으며, 또는, 엔지니어링플라스틱의 한 종류로 내구성, 내산화성 내화학성 등이 우수한 피오엠(POM, polyoxymethlene) 등이 있다.

또한, 상기 이송용그리퍼(22) 및 고정용그리퍼(41)에 고정되는 홀더(23)(42)의 각 다리(23b)(42b)는 내마모성이 좋은 소재, 즉, 구조용 합금강의 한 종류인 SCM4, 기계 구조용 합금강의 한 종류인 SM45C, 니켈(Ni 8～10.5wt％) 및 구리(Cu 18～20wt％)가 포함된 스테인리스 스틸로 뛰어난 내식성을 가지는 STS304, STS316 등을 사용한다.

또, 전극용그리퍼(31)에 고정되는 홀더(32)의 전극(32b)(32c)은, 높은 아크 저항과 우수한 내마모 특성이 있는 초고압 접점재료인 W-Cu 분말 합금을 사용하여 납땜을 최소화하도록 하며, 이외에도 상기 전극(32b)(32c)으로는, 내산화성이 우수한 STS304, STS316, STS420J1, STS420J1 등을 사용할 수 있다.

참고로, 상기와 같은 나노 콜로이드 제조 장치는, 상기와 같이 수직 방향으로는 물론, 수평으로 제작될 수 있으며, 또한, 상기 용매저장부(60)를 챔버(chamber)로 대체하여 금속 나노 입자도 제조할 수 있는데, 이는 상기 베이스(51) 하부 및 상부가 밀폐 공간을 가지는 챔버를 구성하면, 상기 공정을 통해 상기 챔버 내부에 금속 나노 입자도 용이하게 제조할 수 있는데, 이때, 나노 금속은 대기나 진공 상태에서 만들어지는 만큼, 와이어(1)가 직접 접촉되는 전극부(32b)(32c)는 그 방향으로 서로 볼록하게 튀어나온 유선형 형성하여 납땜을 방지하도록 한다.

이와 같이 본 발명은, 각각 한 쌍의 홀더를 가지는 이송용그리퍼 및 고정용그리퍼; 한 쌍의 전극이 고정된 홀더를 한 쌍 가지는 전극용그리퍼; 와이어를 펴주는 와이어교정기가 구비되어, 상기 와이어교정기 하부로 상기 이송용그리퍼의 홀더, 고정용그리퍼의 홀더, 전극용그리퍼의 홀더가 순차로 위치되도록 하고, 상기 전극용그리퍼의 모든 전극이 용매에 담기도록한 구조의 나노 콜로이드 제조 장치가 구성되어, 상기 와이어교정기를 통과한 와이어가 각 그리퍼의 홀드/릴리스에 의해, 전극으로 와이어를 공급하여 나노 콜로이드를 연속적으로 제조할 수 있다.

또한, 상기 각 그리퍼의 각 홀더와 절연체를 일정 높이로 제작하여, 각 그리퍼가 용매 바깥쪽 상단에 위치되도록 하여, 나노콜로이드 제조시 그리퍼 내부에 나노 입자가 흡착되는 것을 방지하고, 각 그리퍼 표면에 장착되어 있는 각각의 센서 에 노이즈가 유입되는 것을 차단함으로써, 그리퍼의 오작동을 방지하여, 연속적으로 나노 콜로이드를 대량으로 제조할 수 있다.

덧붙여, 상기 용매를 담은 용매용기는 실린더에 의해 상·하로 이동하도록 하여, 용매의 공급과 수거가 용이한 효과가 있다.

더욱이, 상기 용매용기 내부에는 임펠러나 교반팬이 회전되도록 장착하여, 상기 교반팬의 회전으로 나노 금속 입자와 용매가 아주 균일하게 혼합된 상태의 나노 콜로이드를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims

일정 거리를 가지는 두 전극(32b)(32c)이 용매에 담긴 상태에서, 상기 각 (32b)(32c)으로 와이어(1)를 공급하고, 상기 전극(32b)(32c)으로 대전류를 인가하여 나노 콜로이드를 제조하는 나노 콜로이드 제조 장치에 있어서,

한 쌍의 홀더(23)를 장착한 이송용그리퍼(22)와;

절연체(32a)에 상기 전극(32b)(32c)을 고정한 홀더(32)를 구성하고, 상기 홀더(32)를 한 쌍 장착한 전극용그리퍼(31)가 구비되어;

상기 이송용그리퍼(22)가 이송실린더(21)에 의해 이동하고, 상기 이송용그리퍼(22)의 홀더(23) 하부로, 전극용그리퍼(31)의 전극(32b)(32c)이 위치되도록 설치한 나노 콜로이드 제조 장치를 구성하여,

상기 이송용그리퍼의 홀더에 의해 와이어를 전극으로 이송하여 나노 콜로이드를 제조함을 특징으로 하는 저항열 플라즈마를 이용한 나노 콜로이드 제조 장치.
제 1항에 있어서,

한 쌍의 홀더(42)를 장착한 고정용그리퍼(41)가 더 구비되어,

상기 고정용그리퍼(41)의 홀더(42)는, 이송용그리퍼(22)의 홀더(23)와 이와 순차로 배치된 전극용그리퍼(31)의 전극(32b) 사이에 위치되도록 구성하여,

납땜과 와이어 이탈을 방지함을 특징으로 하는 저항열 플라즈마를 이용한 나 노 콜로이드 제조 장치.
제 2항에 있어서,

상기 이송용그리퍼(22) 및 고정용그리퍼(41)에 부착된 각각의 홀더(23)(42)는,

합성수지재의 절연체(23a)(42a)와; 일면이 ±10㎛의 평활도를 가지는 금속재의 다리(23b)(42b)가 결합한 구조이고,

상기 전극용그리퍼(31)의 절연체(32a)는 ‘F’자로 형성되고, 전극(32b)(32c)은 일면이 ±10㎛의 평활도를 가지도록 형성되어,

상기 이송용그리퍼(22)의 다리(23b); 고정용 그리퍼(41)의 다리(42b); 전극용 그리퍼(31)의 전극(32b)(32c)이 순차 배치되되, 상기 ±10㎛의 평활도를 가지는 각 면이 서로 마주보도록 구성하여,

각 그리퍼와 각 다리 및 전극은 서로 절연되면서, 와이어를 잡음과 이송이 용이함을 특징으로 하는 저항열 플라즈마를 이용한 나노 콜로이드 제조 장치.
제 3항에 있어서,

다수개의 관통된 구멍이 형성된 판형의 베이스(51)가 구비되어,

상기 베이스(51) 일면 상부에는, 이송실린더(21), 이송용그리퍼(22)와 전극 용그리퍼(31) 및 고정용그리퍼(41)를 고정하고, 상기 베이스(51) 하부에는 용매가 위치되도록 구성하되,

상기 이송용그리퍼(22)는 베이스(51) 상부에서 이동하도록 구성하여,

상기 각 그리퍼가 베이스 상부에 위치되어, 그리퍼에 나노 금속 입자가 침투되는 것을 최소화함을 특징으로 하는 저항열 플라즈마를 이용한 나노 콜로이드 제조 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 홀더(32)의 두 전극(32b)(32c) 사이의 거리는 30 내지 150㎜가 되도록 하여,

상기 홀더(32)의 두 전극(32b)(32c)이 이송된 와이어(1)을 잡고, 대전류를 인가받아 음전극(cathode)과 양전극(anode)을 형성하여 나노 콜로이드를 제조함을 특징으로 하는 저항열 플라즈마를 이용한 나노 콜로이드 제조 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

원통형의 길이 방향을 따라 관통된 메인노즐(13a); 관통된 구멍이 형성된 원통형 형상의 탄성체(13b)가 더 구비되어,

상기 메인노즐(13a)에 탄성체(13b)를 다수개 고정한 와이어교정기(13)를 구성하여,

와이어가 상기 와이어교정기를 통과하여, 상기 이송용그리퍼의 홀더로 공급 됨에 따라,

곧게 펴진 와이어가 공급될 수 있음을 특징으로 하는 저항열 플라즈마를 이용한 나노 콜로이드 제조 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 공급하는 와이어(1)는,

금(Au), 은(Ag), 리튬(Li), 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 바나듐(V), 철(Fe), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 팔라듐(Pd), 인듐(In), 주석(Sn), 탄탈(Ta), 텅스텐( W), 백금(Pt), 납(Pb) 중에서 선택하여 사용하되,

그 단면은 직경이 0.01㎜ 내지 0.4㎜의 선 형태나, 7.5×10^-6㎟ 내지 1.3×10^-1㎟의 단면 크기를 가지는 사각형의 박지 형태로 공급됨을 특징으로 하는 저항열 플라즈마를 이용한 나노 콜로이드 제조 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 용매를 담고 있는 용매용기(61)는,

실린더(62)에 의해 이동할 수 있도록 구성하여,

용매의 공급과 나노 콜로이드의 수거가 용이하도록 함을 특징으로 하는 저항열 플라즈마를 이용한 나노 콜로이드 제조 장치.
제 8항에 있어서,

상기 용매용기(61) 내부에는,

교반팬(63)이 회전할 수 있도록 구성되어,

제조하는 나노 콜로이드가 균일한 상태를 가지도록 함을 특징으로 하는 저항열 플라즈마를 이용한 나노 콜로이드 제조 장치.
청구항 1 내지 청구항 4에 해당하는 나노 콜로이드의 제조 장치중 어느 하나의 나노콜로이드 제조 장치가 구비되어,

공급된 와이어(1)를 이송용그리퍼(22)의 작동으로 홀더(23)가 와이어(1)를 잡는 이송용그리퍼 홀드(S1); 이송실린더(21)에 의해 와이어(1)가 전극용그리퍼(31)의 전극(32b)(32c)까지 이동하는 이송용그리퍼 이동(S2); 고정용그리퍼(41) 및 전극용그리퍼(31)의 작동으로 이송된 와이어(1)를 홀더(42)와 전극(32b)(32c)으로 잡는 고정용그리퍼 및 전극용그리퍼 홀드(S3); 상기 전극(32b)(32c)에 대전류가 인가되어 나노 콜로이드를 제조하는 전류 인가 및 나노 콜로이드 제조(S4); 전극용그리퍼(31) 및 이송용그리퍼(22)를 작동하여 각 홀더(32)(23)를 다시 벌리도록 하는 전극용그리퍼 및 이송용그리퍼 릴리스(S5); 이동실린더(21)에 의해 벌려있는 이송용그리퍼(22)를 이동하여, 그 다리(23b)가 와이어교정기(13) 하부로 복귀하고, 이송용그리퍼(22)를 작동하여 그 다리(23b)가 와이어(1)를 잡는 이송용그리퍼 복귀/홀드(S6); 고정용그리퍼(41)에 의해 그 홀더(42)가 벌어져 와이어(1)를 놓는 고정용그리퍼 릴리스(S7)로 첫 번째 사이클이 완성되며, 이어 상기 이송용그리퍼 이동(S2)부터 고정용그리퍼 릴리스(S7)의 과정을 반복하면서 원하는 나노 콜로이드의 농도를 제조하는 제어 방법으로,

나노 콜로이드를 연속적으로 제조함을 특징으로 하는 저항열 플라즈마를 이용한 나노 콜로이드 제조 장치의 제어 방법.