KR101093715B1 - 나노 또는 마이크로 분말／입자 분산／부착 장치 및 방법 - Google Patents

나노 또는 마이크로 분말／입자 분산／부착 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치 및 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 기체 방전을 통해 나노 또는 마이크로 분말/입자를 동일한 극성으로 대전하여 상호간의 척력에 의해 분산시키고, 분산 상태를 유지하며 대상체에 부착시켜 상호간의 응집을 방지할 수 있는 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치는 상부 전극과, 상기 상부 전극과 이격된 위치에 배치되는 하부 전극과, 상기 상부 전극과 하부 전극의 주위를 감싸며 밀폐 공간을 형성하는 하우징과, 상기 상부 전극과 하부 전극에 전압을 인가하여 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 존재하는 기체를 방전시키는 전원 공급부와, 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 배치되며 기체 방전에 의해 (-)로 대전되어 (-)척력으로 분산되는 나노 또는 마이크로 분말/입자와, 상기 하우징 내부의 일 측에 설치되어 (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자를 부착시키는 부착 대상체 및 상기 부착 대상체의 일 측에 설치되며 상기 전원 공급부의 전압 인가로 상기 부착 대상체 주위의 전기장을 조절하는 대상체 후위 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

나노 또는 마이크로 분말／입자 분산／부착 장치 및 방법{NANO OR MICRO PARTICLE DISPERSION／ADHESION APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치 및 방법에 관한 것으로서 나노 또는 마이크로 분말/입자의 분산도를 향상시킬 수 있고, 상호간의 응집을 방지하며 대상체에 부착시킬 수 있는 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 기체 방전 현상은 두 개의 전극 사이에 어느 수준 이상의 전기장이 가해졌을 때 부도체인 기체에 전기가 흐르는 현상이다.
도 12는 기체 방전 현상을 나타내는 상태도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 초기 전자는 전기장에 의해 가속되어 에너지를 얻고, 전극 사이의 기체 분자와 충돌하게 된다. 이 과정에서 에너지가 기체 분자로 전달되어 최외각 전자가 방출되면 기체 분자는 양이온이 되고 방출된 전자는 에너지를 일부 잃은 초기 전자와 함께 다시 전기장 속에서 가속되게 된다.
가속된 전자들은 다시 기체 분자들과 충돌하여 전자 방출현상을 일으킨다. 전자들이 이동하면서 이러한 과정이 지속적으로 반복되면 전자와 양이온의 수가 기하급수적으로 늘어나게 되고, 전자와 양이온의 흐름, 즉 전류가 흐르게 된다.
한편, Sheath 현상은 양이온이 혼재하는 기체 방전 상태에서 고체가 근방에 존재할 때 발생되는 현상이다.
도 13은 Sheath 현상을 나타내는 상태도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 양이온에 비하여 질량이 매우 작은 전자는 높은 이동성을 갖는다. 따라서 고체가 근방에 존재할 때 이동성이 높은 전자가 먼저 고체로 흡수되어 고체가 (-)로 대전되며 전자를 잃은 방전 기체는 (+)로 전위가 높아지게 된다.
이러한 방전 기체와 대전 물체간의 전위차로 인하여 대전 물체 근방에 급격히 전위가 감속하는 영역이 발생하며 이 영역을 Sheath라 한다.
Sheath 현상으로부터 방전 기체에 나노 또는 마이크로 분말/입자가 존재할 때 (-)로 대전될 것이라는 것을 알 수 있다.
일반적으로, 나노기술(Nanotechnology)은 정보기술(Information technology) 및 생명공학기술(Biotechology)과 더불어 21세기를 주도할 새로운 개념의 기술로 주목받고 있다.
특히, 나노기술은 물리학, 화학, 생물학, 전자 및 재료 공학 등 여러 과학기술분야가 융합되어 다양한 산업분야의 기술 혁신을 주도함으로써 인류의 삶의 질을 획기적으로 향상시킬 것으로 기대되고 있다.
종래의 기술에서 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착에 관한 내용은 다음과 같다.
sonication, homomixer, three-roll mill 등과 같은 기존의 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산 기술은 액상에 CNT, carbon black 등과 같은 분말/입자를 혼합한 후 vibration, Shear force 등과 같은 기계적인 힘(mechanical force)을 이용하여 분산시키는 방법이다.
이러한 공정들은 수 시간에 걸친 공정시간이 요구되며, 분산 후 사용한 액을 건조시키는 과정에서 나노 또는 마이크로 분말/입자의 재응집이 발생하는 문제점이 있다.
한편, 기존의 분산된 나노 또는 마이크로 분말/입자의 부착기술에는 EPD(electrophoretic deposition), electrospray 등이 있다.
EPD의 경우 액상에서 나노 또는 마이크로 분말/입자 표면에 화학적 또는 물리적 처리를 통해 이온을 부착시킨 후 전기장을 이용하여 이온이 부착된 분말/입자를 대상체로 이동시켜 부착시키는 방법이다. 이 방법은 액상에서 진행되므로 부착 후 수 시간의 건조과정이 필요할 뿐만 아니라 건조과정에서 재응집 현상이 발생되는 문제점이 있다.
Electrospray의 경우 액체에 분산된 나노 또는 마이크로 분말/입자를 노즐형태의 전극을 통과시키면서 분무시키는데 이 과정에서 나노 또는 마이크로 분말/입자를 포함하는 액적이 대전된다. 이 액적은 대상체와 노즐 사이의 전기장을 따라서 이동하여 대상체에 부착된다. 이 방법 역시 액적의 건조 과정에서 재응집 현상이 발생하는 문제점이 있다.
한편, 유체를 이용하지 않고 기체상태에서 나노 또는 마이크로 분말/입자를 분산하려는 시도는 다음과 같다.
구체적으로, 대한민국 공개특허 10-2006-0000471에서 나노입자의 생산과정 중 정전분산 장치를 사용하는 방법이 언급되어 있다.
이 특허에서 정전분산 장치로 제시하고 있는 방법은 + 또는 - 전하를 가지고 있는 유체나 기체, 즉 양이온 또는 음이온을 나노 분말과 혼합시키거나, 전극에 +, - 또는 교류를 이용하여 나노 또는 마이크로 분말을 대전시키는 방식으로 이는 대전효율이 좋지 않은 문제점이 있다.
이온을 이용한 경우 이온으로부터 전하가 나노입자로 옮겨가기 위해서는 이온 표면의 에너지 장벽을 넘기 위한 추가 에너지가 필요하기 때문에 본 발명에서 제시할 직접 전자 구름 주위에 나노 입자를 배치하는 방식에 비하여 대전효율이 매우 떨어지게 된다.
마찬가지로 나노 또는 마이크로 분말과 전극의 접촉을 통해 전자의 이동을 발생시키는 방식 역시 전자가 전극 재료의 에너지 장벽을 넘어서 이동해야하기 때문에 대전효율이 떨어진다.
이외에도 나노 또는 마이크로 영역에서의 전기적 반발력의 크기는 압력과 같은 기계적인 힘의 크기를 압도하기 때문에 기체 조건하에서 대전된 나노 또는 마이크로 분말은 기계적 힘을 이용하여 이송시키는 것이 불가능한데 이 특허에서는 대전 후 나노 분말의 이동을 제어할 수 있는 방법을 제시하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 발명자들은 상기 기체 방전과 Sheath의 두 가지 물리현상을 기반으로 기체 방전을 통해 나노 또는 마이크로 분말/입자에 전자를 효율적으로 대전시켜 분말/입자의 분산을 유도하며 전기장 제어를 통해 대상체에 분산된 나노 또는 마이크로 분말/입자를 부착시키는 분산부터 부착까지 일련의 과정을 수분 안에 완료할 수 있는 장치와 방법을 개발하였다.
본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 나노 또는 마이크로 분말/입자를 (-)로 효율적으로 대전시키고, 상호간의 전기적 척력을 이용하여 분산시키며, 분산 공간의 전기장 제어를 통해 분산 상태를 유지하고 대상체에 부착시켜 상호간의 응집을 방지할 수 있는 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치는 상부 전극과, 상기 상부 전극과 이격된 위치에 배치되는 하부 전극과, 상기 상부 전극과 하부 전극의 주위를 감싸며 밀폐 공간을 형성하는 하우징과, 상기 상부 전극과 하부 전극에 전압을 인가하여 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 존재하는 기체를 방전시키는 전원 공급부와, 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 배치되며 기체 방전에 의해 (-)로 대전되어 (-)척력으로 분산되는 나노 또는 마이크로 분말/입자와, 상기 하우징 내부의 일 측에 설치되어 (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자를 부착시키는 부착 대상체 및 상기 부착 대상체의 일 측에 설치되며 상기 전원 공급부의 전압 인가로 상기 부착 대상체 주위의 전기장을 조절하는 대상체 후위 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 전극은 평면 또는 곡면의 면전극으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 상부 전극은 복수의 전극을 포함하되, 상기 복수의 전극은 기체 방전에 의한 전자 흐름이 상기 하부 전극의 전면을 덮도록 배열될 수 있다.
또한, 상기 상부 전극은 동일 형상의 전극이 배열된 단일 전극 배열이 형성되거나, 다른 형상의 전극이 배열된 이종 전극 배열이 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 전극의 전극 형상은 침, 뿔 또는 구 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 상부 전극의 전극 형상은 선, 원기둥, 각기둥 또는 띠 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치는 상부 전극과, 상기 상부 전극과 이격된 위치에 배치되는 하부 전극과, 상기 상부 전극과 하부 전극에 전압을 인가하여 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 존재하는 기체를 방전시키는 전원 공급부와, 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 배치되며 기체 방전에 의해 (-)로 대전되어 (-)척력으로 분산되는 나노 또는 마이크로 분말/입자와, 상기 상부 전극과 하부 전극의 주위를 감싸며 배치되는 적어도 하나 이상의 전극으로 이루어지며 상기 전원 공급부의 전압 인가로 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자가 외부 공간으로 이탈되는 것을 방지하는 외각 전극과, (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자를 부착시키는 부착 대상체 및 상기 부착 대상체의 일 측에 설치되며 상기 전원 공급부의 전압 인가로 상기 부착 대상체 주위의 전기장을 조절하는 대상체 후위 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외각 전극은 밀폐형으로 이루어지고, 상기 부착 대상체는 상기 외각 전극 내부의 일 측에 설치되어 (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자를 부착시킬 수 있다.
또한, 상기 외각 전극은 전극 사이에 틈이 형성된 개방형으로 이루어지고, 상기 부착 대상체는 상기 외각 전극 외부에 설치되어 (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자를 부착시킬 수 있다.
또한, 상기 외각 전극은 전극 사이에 틈이 형성된 개방형으로 이루어지고, 상기 부착 대상체는 상기 외각 전극 내부에 설치되어 (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자를 부착시킬 수 있다.
또한, 상기 하부 전극은 평면 또는 곡면의 면전극으로 이루어질 수 있고, 상기 상부 전극은 복수의 전극을 포함하되, 상기 복수의 전극은 기체 방전에 의한 전자 흐름이 상기 하부 전극의 전면을 덮도록 배열될 수 있으며, 상기 상부 전극은 동일 형상의 전극이 배열된 단일 전극 배열이 형성되거나, 다른 형상의 전극이 배열된 이종 전극 배열이 형성될 수 있다. 더불어, 상기 상부 전극의 전극 형상은 침, 뿔 또는 구 형상으로 이루어질 수 있고, 선, 원기둥, 각기둥 또는 띠 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 방법은 전압을 인가하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 존재하는 기체를 방전시키는 기체 방전단계와, 기체 방전으로 생성된 전자구름을 이용하여 나노 또는 마이크로 분말/입자를 (-)로 대전시키는 나노 또는 마이크로 분말/입자 대전단계와, 대전된 나노 또는 마이크로 분말/입자가 (-)척력에 의해 분산되는 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산단계 및 대상체 후위 전극에 (+)전압을 인가하여 부착 대상체에 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자를 부착시키는 나노 또는 마이크로 분말/입자 부착단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산단계 이후, 상기 대상체 후위 전극에 (-)전압을 인가하여 상기 부착 대상체에 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자가 부착되는 것을 방지하고 기구적인 내부 공간 또는 전기장에 의해 한정된 내부공간에서 대전 입자의 분산도를 균일화시키는 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산 안정화단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치 및 방법에 의하면, 기체 방전으로 생성된 전자구름을 통해 나노 또는 마이크로 분말/입자를 동일한 극성으로 급속히 대전하여 상호간의 척력에 의해 단시간 내에 분산시키고, 분산 상태를 유지하며 대상체에 부착시켜 상호간의 응집을 방지하는 분산부터 부착까지 일련의 과정을 수 분 안에 완료할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 제 1실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치에서 나노 또는 마이크로 분말/입자를 분산시키는 모습을 나타내는 실시도.
도 1b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치에서 나노 또는 마이크로 분말/입자를 부착시키는 모습을 나타내는 실시도.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치에서 나노 또는 마이크로 분말/입자의 분산과 부착을 동시에 수행하는 모습을 나타내는 실시도.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치에서 기체 방전에 의한 전자 흐름이 하부 전극의 전면을 덮도록 복수의 전극을 배열하여 상부 전극을 형성한 실시도.
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치에서 나노 또는 마이크로 분말/입자를 분산시키는 모습을 나타내는 일 실시도.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치에서 나노 또는 마이크로 분말/입자를 분산시키는 모습을 나타내는 다른 실시도.
도 6a는 본 발명의 제 1실시예 또는 제 2실시예에 따른 상부 전극의 전극 배열을 나타내는 제 1실시도.
도 6b는 본 발명의 제 1실시예 또는 제 2실시예에 따른 상부 전극의 전극 배열을 나타내는 제 2실시도.
도 7a는 본 발명의 제 1실시예 또는 제 2실시예에 따른 상부 전극의 전극 배열을 나타내는 제 3실시도.
도 7b는 본 발명의 제 1실시예 또는 제 2실시예에 따른 상부 전극의 전극 배열을 나타내는 제 4실시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 방법의 일 블록도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 방법의 다른 블록도.
도 10은 전자 흐름 내에 나노 또는 마이크로 분말/입자가 존재하는 경우 (-)로 대전되어 서로 간에 척력이 발생하는 현상을 나타내는 상태도.
도 11은 기체 방전으로 나노 또는 마이크로 분말/입자를 (-)로 대전하여 (-)척력으로 분산시키는 방법을 설명하는 상태도.
도 12는 기체 방전 현상을 나타내는 상태도.
도 13은 Sheath 현상을 나타내는 상태도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1a는 본 발명의 제 1실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치에서 나노 또는 마이크로 분말/입자를 분산시키는 모습을 나타내는 실시도이고, 도 1b는 나노 또는 마이크로 분말/입자를 부착시키는 모습을 나타내는 실시도이며, 도 2는 나노 또는 마이크로 분말/입자의 분산과 부착을 동시에 수행하는 모습을 나타내는 실시도이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치는 도 1a 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 전극(100)과, 하부 전극(200)과, 하우징(300)과, 전원 공급부(미도시)와, 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)와, 부착 대상체(500) 및 대상체 후위 전극(600)을 포함한다.
상기 상부 전극(100)은 침 형상으로 이루어질 수 있고, 상기 하부 전극(200)은 상기 상부 전극(100)의 하부에 배치되되, 상기 상부 전극(100)으로부터 일정 간격 이격된 위치에 배치될 수 있으며, 이때, 상기 하부 전극(200)은 평면 또는 곡면의 면전극으로 이루어질 수 있다.
상기 상부 전극(100)과 하부 전극 사이(200)에는 전압 인가에 의해 방전되는 기체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 상부 전극(100)의 끝 단, 즉, 침 형상의 날카로운 전극 부분에서 기체 방전이 먼저 발생할 수 있다.
상기 하우징(300)은 상기 상부 전극(100)과 하부 전극(200)의 주위를 감싸며 형성되어 내부에 밀폐 공간을 형성할 수 있다.
상기 하우징(300)은 기체 방전에 의해 (-)로 대전되는 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)가 외부로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
상기 전원 공급부(미도시)는 상기 상부 전극(100)과 하부 전극(200)에 전압을 인가하여 상기 상부 전극(100)과 하부 전극(200) 사이에 존재하는 기체를 방전시킨다.
구체적으로, 상기 상부 전극(100)과 하부 전극(200)에 전압을 인가하여 전기장을 가하면 가속된 전자가 상기 기체 분자와 충돌하여 전자 방출현상을 일으키며, 이러한 과정이 지속적으로 반복되어 전자와 양이온의 수가 기하급수적으로 늘어나게 됨으로써 전자구름의 흐름 및 양이온의 흐름, 즉 기체에 전류가 흐르게 된다.
도 10은 전자 흐름 내에 나노 또는 마이크로 분말/입자가 존재하는 경우 (-)로 대전되어 서로 간에 척력이 발생하는 현상을 나타내는 상태도이고, 도 11은 기체 방전으로 나노 또는 마이크로 분말/입자를 (-)로 대전하여 (-)척력으로 분산시키는 방법을 설명하는 상태도이다.
상기 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)는 상기 상부전극(100)과 하부 전극(200) 사이에 배치되며 기체 방전에 의해 (-)로 대전되어 (-)척력으로 분산된다.
일반적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 전자구름 주위에 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)가 존재하게 되면 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)가 전자를 흡수하게 되어 (-)로 대전되고, (-)로 대전된 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)는 주위의 전자들 뿐만 아니라 (-)로 대전된 다른 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)들로부터 척력을 받게 되어 전자구름으로부터 이탈하게 된다.
즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 상부 전극(100)과 하부 전극(200) 사이에 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)를 위치시킨 후, 전극 사이에 전압을 가해 기체 방전을 발생시키면 전자의 흐름이 발생하면서 전류가 흐르게 되며, 이러한 전자의 흐름 중 일부는 나노 분말/입자(400)에 흡수되어 (-)로 대전시키게 되고, 대전된 입자는 (-)간의 척력에 의하여 방전 영역으로부터 급속히 이탈하게 된다.
상기 부착 대상체(500)는 상기 하우징(300) 내부의 일 측에 설치되어 (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)를 부착시킨다.
상기 대상체 후위 전극(600)은 상기 부착 대상체(500)의 일 측에 설치되며 상기 전원 공급부(미도시)의 전압 인가로 상기 부착 대상체(500) 주위의 전기장을 조절한다.
구체적으로, 도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 대상체 후위 전극(600)에 (-)전압을 인가하여 분산이 안정화되기 이전에 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)가 상기 부착 대상체(500)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 1b에 도시된 바와 같이, 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)의 분산이 안정화된 이후에 상기 대상체 후위 전극(600)에 (+)전압을 인가하면 (-)로 대전되어 분산된 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)들이 부착 대상체(500)로 끌려와 부착된다. 이 과정에서 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)들 사이에는 (-)대전에 의하여 서로 간에 척력이 작용하므로 부착과정에서 서로 다시 뭉치는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 분산 안정화 시간이 매우 짧은 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 기체 방전에 의한 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)의 (-)대전에 의한 분산과 대상체 후위 전극(600)의 (+) 전기장에 의한 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)의 부착을 동시에 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치에서 기체 방전에 의한 전자 흐름이 하부 전극의 전면을 덮도록 복수의 전극을 배열하여 상부 전극을 형성한 실시도이다.
한편, 상기 하부 전극(200)에 기체 방전에 의한 전자 흐름이 닿지 않는 부분이 발생할 경우, 하부 전극(200) 상의 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)들은 전자흐름이 닿지 않는 부분으로 밀려나 쌓이게 되어 원활한 분산이 이루어지지 않는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 상기 상부 전극(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 전극을 포함하되, 상기 복수의 전극은 기체 방전에 의한 전자 흐름이 상기 하부 전극(200)의 전면을 덮도록 배열될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 제 1실시예 또는 제 2실시예에 따른 상부 전극의 전극 배열을 나타내는 제 1실시도이고, 도 6b는 제 2실시도이고, 도 7a는 제 3실시도이며, 도 7b는 제 4실시도이다.
상기 상부 전극(100)은 도 6a 및 도 7a에 도시된 바와 같이, 동일 형상의 전극이 배열된 단일 전극 배열이 형성되거나, 도 6b 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 다른 형상의 전극이 배열된 이종 전극 배열이 형성될 수 있다.
상기 상부 전극(100)의 전극 형상은 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 침, 뿔 또는 구 형상으로 이루어질 수 있다.
기체 방전은 끝이 날카로운 전극 부분에서 먼저 발생하므로 이러한 부분, 즉, 끝단의 모양이 점이 되는 전극 배열이 중요할 수 있다.
점의 배열은 일차원 또는 이차원 배열이 가능하며, 각 점에 걸리는 전압을 각각 조절할 경우 삼차원 배열로도 상기 하부 전극(200) 전면에 전자 흐름을 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 상부 전극(100)의 전극 형상은 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 선, 원기둥, 각기둥 또는 띠 형상으로 이루어질 수 있다.
기체 방전은 칼날 형상의 전극 부분에서도 먼저 발생할 수 있으므로 이러한 부분, 즉 끝단의 모양이 선이 되는 전극 배열 또한 중요할 수 있다.
선의 배열은 일차원 또는 이차원 배열이 가능하며, 선의 저항에 의한 전압강하 현상을 이용하면 삼차원 배열로도 상기 하부 전극(200) 전면에 전자 흐름을 발생시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 제 2실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치에서 나노 또는 마이크로 분말/입자를 분산시키는 모습을 나타내는 일 실시도이고, 도 5는 다른 실시도이다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 전극(100)과, 하부 전극(200)과, 전원 공급부(미도시)와, 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)와, 외각 전극(700)과, 부착 대상체(500) 및 대상체 후위 전극(600)을 포함한다.
상기 상부 전극(100), 하부 전극(200), 전원 공급부(미도시), 나노 또는 마이크로 분말/입자(400), 부착 대상체(500) 및 대상체 후위 전극(600)은 본 발명의 제 1실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치의 상부 전극, 하부 전극, 전원 공급부, 나노 또는 마이크로 분말/입자, 부착 대상체 및 대상체 후위 전극과 그 구성 및 내용이 동일하다.
따라서, 상기 상부 전극(100)은 복수의 전극을 포함하되, 상기 복수의 전극은 기체 방전에 의한 전자 흐름이 상기 하부 전극(200)의 전면을 덮도록 배열될 수 있다. 이때, 상기 상부 전극(100)은 동일 형상의 전극이 배열된 단일 전극 배열이 형성되거나, 다른 형상의 전극이 배열된 이종 전극 배열이 형성될 수 있고, 전극 형상은 침, 뿔 또는 구 형상이나 선, 원기둥, 각기둥 또는 띠 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 하부 전극(200)은 상기 상부 전극(100)과 이격된 위치에 배치되며 평면 또는 곡면의 면전극으로 이루어질 수 있고, 상기 전원 공급부(미도시)는 상기 상부 전극(100)과 하부 전극(200)에 전압을 인가하여 상기 상부 전극(100)과 하부 전극(200) 사이에 존재하는 기체를 방전시킬 수 있으며, 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)는 상기 상부 전극(100)과 하부 전극(200) 사이에 배치되며 기체 방전에 의해 (-)로 대전되어 (-)척력으로 분산된다.
더불어, 상기 부착 대상체(500)는 (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)를 부착시키고, 상기 대상체 후위 전극(600)은 상기 부착 대상체(500)의 일 측에 설치되며 상기 전원 공급부(미도시)의 전압 인가로 상기 부착 대상체(500) 주위의 전기장을 조절한다.
상기 외각 전극(700)은 상기 상부 전극(100)과 하부 전극(200)의 주위를 감싸며 배치되는 적어도 하나 이상의 전극으로 이루어지며 상기 전원 공급부(미도시)의 전압 인가로 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)가 외부 공간으로 이탈되는 것을 방지한다.
구체적으로, 상기 외각 전극(700)에 (-) 전압을 인가하게 되면 (-)로 대전된 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)는 전기적 척력에 밀려 내부 공간을 벗어날 수 없게 된다.
상기 외각 전극(700)은 도 4에 도시된 바와 같이, 밀폐형으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 부착 대상체(500)는 상기 외각 전극(700) 내부의 일 측에 설치되어 (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)를 부착시킬 수 있다.
또한, 상기 외각 전극(700)은 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 사이에 틈이 형성된 개방형으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 부착 대상체(500)는 상기 외각 전극(700)의 외부에 설치되어 (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)를 부착시킬 수 있거나, 도시되지 않았지만, 상기 외각 전극(700)의 내부에 설치되어 (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)를 부착시킬 수 있다.
상기 외각 전극(700)의 틈에는 (-)전압에 의한 전기장이 형성되어 (-)로 대전된 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)가 이러한 틈을 이용하여 외부 공간으로 나갈 수 없으므로 내부 공간을 밀폐할 필요는 없다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 방법을 상세히 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 방법의 일 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 방법은 도 8에 도시된 바와 같이, 기체 방전단계(S10)와, 나노 또는 마이크로 분말/입자 대전단계(S20)와, 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산단계(S30) 및 나노 또는 마이크로 분말/입자 부착단계(S50)를 포함한다.
상기 기체 방전단계(S10)는 도 11에 도시된 바와 같이, 상부 전극(100)과 하부 전극(200)에 전압을 인가하여 상부 전극(100)과 하부 전극(200) 사이에 존재하는 기체를 방전시키는 단계이다.
상기 나노 또는 마이크로 분말/입자 대전단계(S20)는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 기체 방전으로 생성된 전자구름을 이용하여 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)를 (-)로 대전시키는 단계이다.
상기 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산단계(S30)는 도 11에 도시된 바와 같이, 대전된 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)가 (-)척력에 의해 분산되는 단계이다.
상기 나노 또는 마이크로 분말/입자 부착단계(S50)는 도 1b 및 도 2에 도시된 바와 같이, 대상체 후위 전극(600)에 (+)전압을 인가하여 부착 대상체(500)에 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)를 부착시키는 단계이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 방법의 다른 블록도이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 방법은 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산단계(S30) 이후, 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산 안정화단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
상기 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산 안정화단계(S40)는 도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 대상체 후위 전극(600)에 (-)전압을 인가하여 상기 부착 대상체(500)에 상기 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)가 부착되는 것을 방지하고 기구적인 내부 공간 또는 전기장에 의해 한정된 내부공간에서 대전 입자의 분산도를 균일화시키는 단계이다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치 및 방법에 의하면, 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)를 동일한 극성으로 대전하여 상호간의 척력에 의해 분산시켜 분산도를 향상시킬 수 있고, 나노 또는 마이크로 분말/입자(400)의 분산 상태를 유지하며 부착 대상체(500)에 부착시킴으로써 상호간의 응집을 방지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 나노 또는 마이크로 분말/입자 분산/부착 장치 및 방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100:상부 전극 200:하부 전극
300:하우징 400:나노 또는 마이크로 분말/입자
500:부착 대상체 600:대상체 후위 전극
700:외각 전극
S10:기체 방전단계
S20:나노 또는 마이크로 분말/입자 대전단계
S30:나노 또는 마이크로 분말/입자 분산단계
S40:나노 또는 마이크로 분말/입자 분산 안정화단계
S50:나노 또는 마이크로 분말/입자 부착단계

Claims (12)

  1. 상부 전극;
    상기 상부 전극과 이격된 위치에 배치되는 하부 전극;
    상기 상부 전극과 하부 전극의 주위를 감싸며 밀폐 공간을 형성하는 하우징;
    상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 배치되며 기체 방전에 의해 (-)로 대전되어 (-)척력으로 분산되는 나노 또는 마이크로 분말입자;
    상기 하우징 내부의 일 측에 설치되어 (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말입자를 부착시키는 부착 대상체; 및
    상기 부착 대상체의 일 측에 설치되며 전원 공급부의 전압 인가로 상기 부착 대상체 주위의 전기장을 조절하는 대상체 후위 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 또는 마이크로 분말입자 분산 및 부착 장치.
  2. 상부 전극;
    상기 상부 전극과 이격된 위치에 배치되는 하부 전극;
    상기 상부 전극과 하부 전극에 전압을 인가하여 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 존재하는 기체를 방전시키는 전원 공급부;
    상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 배치되며 기체 방전에 의해 (-)로 대전되어 (-)척력으로 분산되는 나노 또는 마이크로 분말입자;
    상기 상부 전극과 하부 전극의 주위를 감싸며 배치되는 적어도 하나 이상의 전극으로 이루어지며 상기 전원 공급부의 전압 인가로 상기 나노 또는 마이크로 분말입자가 외부 공간으로 이탈되는 것을 방지하는 외각 전극;
    (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말입자를 부착시키는 부착 대상체; 및
    상기 부착 대상체의 일 측에 설치되며 상기 전원 공급부의 전압 인가로 상기 부착 대상체 주위의 전기장을 조절하는 대상체 후위 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 또는 마이크로 분말입자 분산 및 부착 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 외각 전극은 밀폐형으로 이루어지고,
    상기 부착 대상체는 상기 외각 전극 내부의 일 측에 설치되어 (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말입자를 부착시키는 것을 특징으로 하는 나노 또는 마이크로 분말입자 분산 및 부착 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 외각 전극은 전극 사이에 틈이 형성된 개방형으로 이루어지고,
    상기 부착 대상체는 상기 외각 전극 외부에 설치되어 (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말입자를 부착시키는 것을 특징으로 하는 나노 또는 마이크로 분말입자 분산 및 부착 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 외각 전극은 전극 사이에 틈이 형성된 개방형으로 이루어지고,
    상기 부착 대상체는 상기 외각 전극 내부에 설치되어 (-)로 대전된 상기 나노 또는 마이크로 분말입자를 부착시키는 것을 특징으로 하는 나노 또는 마이크로 분말입자 분산 및 부착 장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 하부 전극은 평면 또는 곡면의 면전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 또는 마이크로 분말입자 분산 및 부착 장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 상부 전극은 복수의 전극을 포함하되, 상기 복수의 전극은 기체 방전에 의한 전자 흐름이 상기 하부 전극의 전면을 덮도록 배열되는 것을 특징으로 하는 나노 또는 마이크로 분말입자 분산 및 부착 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 상부 전극은 동일 형상의 전극이 배열된 단일 전극 배열이 형성되거나, 다른 형상의 전극이 배열된 이종 전극 배열이 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 또는 마이크로 분말입자 분산 및 부착 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 상부 전극의 전극 형상은 침, 뿔 또는 구 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 또는 마이크로 분말입자 분산 및 부착 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 상부 전극의 전극 형상은 선, 원기둥, 각기둥 또는 띠 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 또는 마이크로 분말입자 분산 및 부착 장치.
  11. 전압을 인가하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 존재하는 기체를 방전시키는 기체 방전단계;
    기체 방전으로 생성된 전자구름을 이용하여 나노 또는 마이크로 분말입자를 (-)로 대전시키는 나노 또는 마이크로 분말입자 대전단계;
    대전된 나노 또는 마이크로 분말입자가 (-)척력에 의해 분산되는 나노 또는 마이크로 분말입자 분산단계; 및
    대상체 후위 전극에 (+)전압을 인가하여 부착 대상체에 상기 나노 또는 마이크로 분말입자를 부착시키는 나노 또는 마이크로 분말입자 부착단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 또는 마이크로 분말입자 분산 및 부착 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 나노 또는 마이크로 분말입자 분산단계 이후,
    상기 대상체 후위 전극에 (-)전압을 인가하여 상기 부착 대상체에 상기 나노 또는 마이크로 분말입자가 부착되는 것을 방지하고, 기구적인 내부 공간 또는 전기장에 의해 한정된 내부공간에서 대전 입자의 분산도를 균일화시키는 나노 또는 마이크로 분말입자 분산 안정화단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 또는 마이크로 분말입자 분산 및 부착 방법.
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