KR101471998B1 - 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 성게형 탄소나노튜브(sea urchin-like carbon nanotubes)를 합성하고, 이를 나노고에너지물질(nEMs) 기저에 적용하여 안정적인 광학적 점화가 가능하도록 한 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 알루미늄(Al) 나노입자와 산화구리(CuO) 나노입자 혼합물에, 니켈(nickel)과 알루미늄(aluminum)의 이중복합금속 나노입자를 코어(core)로 가지며 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)가 방사상으로 자라 있는 성게형 탄소나노튜브를 첨가하여 제조된 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말 형태인 것이다.

Description

광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체 및 그의 제조 방법{Nano Energetic Materials Composite with Explosion in Air and Water via Optical Ignition and Method for Manufacturing the same}
본 발명은 나노고에너지물질(nEMs)에 관한 것으로, 구체적으로 성게형 탄소나노튜브(sea urchin-like carbon nanotubes)를 합성하고, 이를 나노고에너지물질(nEMs) 기저에 적용하여 안정적인 광학적 점화가 가능하도록 한 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근의 고유가 상황과 이에 따른 대체에너지 개발 필요성뿐만 아니라 앞으로 지구의 가장 큰 문제로 인식되고 있는 지구 온난화 문제 등에 따라서 에너지 문제에 대한 심각성과 이에 대한 과학자들의 역할이 중요시되고 있다.
태양 에너지, 풍력, 지열, 조력 등을 이용하는 많은 대체 및 재생가능 에너지원은 근본적으로 항상 일정한 에너지를 생산해내지 못하거나 우리가 원하는 시간과 장소에서 에너지를 얻지 못하는 한계가 있다.
따라서, 새로운 고에너지 물질의 개발과 함께 에너지의 저장 및 이동에 대한 연구가 점점 중요하게 받아들여지고 있다.
나노고에너지물질(nano energetic materials, nEMs)은 나노크기의 연료(fuel metal)와 산화제(oxidizer) 물질로 이루어진 복합체 물질로 점화(ignition) 시 복합체 물질이 내부적으로 가지고 있던 화학적 에너지를 매우 짧은 시간에 열적 에너지와 압력의 형태로 방출하는 특성을 갖는다.
이러한 고에너지물질(energetic materials, EMs)을 점화하기 위해 전통적으로 기계적 충격 점화, 열적 점화, 전기적 점화 방법 등이 시도되어왔다.
이러한 전통적인 기계적, 열적, 전기적 점화 방식은 고에너지물질의 점화에 매우 효과적이지만, 점화에 필요한 외부에너지 전달에 다소 지연시간이 존재하고, 점화 시 온도, 압력, 습도 등의 외부환경에 많은 영향을 받으며, 또한 점화를 위해서는 항상 고에너지물질과 외부에너지원의 직접적인 접촉이 요구되기 때문에 다양한 열공학 시스템으로의 직접적인 응용에 큰 제한점으로 작용한다.
이와 반면에 고에너지물질에 대한 광학적 점화방식은 전통적인 기계적, 열적, 전기적 점화 방식보다 다양한 열공학 시스템에 매우 효과적으로 응용 될 수 있는 장점이 있다.
즉, 광조사(light irradiation)를 고에너지물질의 점화용으로 이용할 경우 고에너지물질과 광원(light source)의 직접적인 접촉이 요구되지 않을뿐더러 원거리에서의 원격 점화(remote ignition)가 가능하게 된다.
또한, 점화용 광원은 주변의 온도, 압력, 습도 등과 같은 환경적 변수에 비교적 덜 민감하다는 장점도 있다. 고에너지물질의 광학적 점화를 위해서는 충분한 에너지가 필요한데, 이러한 광에너지를 최소화하면서 비교적 쉽게 나노고에너지물질(nEMs)을 광학적으로 점화할 수 있는 방식의 개발은 나노고에너지물질(nEMs)의 열공학적 응용 범위를 극대화할 수 있을 것이다.
한국등록특허 10-1174135호
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 고에너지물질 및 그의 점화 방법의 문제를 해결하기 위한 것으로, 성게형 탄소나노튜브(sea urchin-like carbon nanotubes)를 합성하고, 이를 나노고에너지물질(nEMs) 기저에 적용하여 안정적인 광학적 점화가 가능하도록 한 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 연료물질, 금속산화제, 광학 점화제를 혼합하여 고에너지물질 복합체를 제조하여 플래쉬 섬광에 의한 광학적 점화를 가능하게 하고, 폴리머(니트로 셀룰로오스)가 코팅된 나노고에너지물질을 이용하여 광학 점화를 이용하여 수중에서의 나노고에너지물질 펠렛의 점화 및 폭발 유도가 가능하도록 한 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 연료물질로 알루미늄(Al) 나노입자와 산화제로 산화구리(CuO) 나노입자를 기반으로 하는 고에너지 물질에 광학 점화제로서 플래쉬 섬광에 반응하는 성게형 탄소나노튜브(sea urchin-like carbon nanotubes, SUCNTs)를 첨가하여 성게형 탄소나노튜브/나노고에너지물질 복합체를 합성하여 플래쉬 섬광에 의한 점화 및 폭발유도가 가능하도록 한 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 Al/CuO/SUCNTs 복합체를 펠렛(pellet) 형태로 가공하고, 펠렛 표면에 니트로 셀룰로오스 박막을 코팅하여 방수효과를 얻고, 이를 통해 기상 및 수중에서 나노고에너지물질의 플래쉬 섬광을 이용한 광학적 점화 및 폭발이 가능하도록 한 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체는 연료 물질 나노 입자와 금속 산화제 나노 입자가 혼합된 고에너지 물질에, 이중복합금속 나노입자를 코어(core)로 가지며 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)가 방사상으로 자라 있는 성게형 탄소나노튜브를 첨가하여 제조된 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말인 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체는 연료 물질 나노 입자와 금속 산화제 나노 입자가 혼합된 고에너지 물질에, 이중복합금속 나노입자를 코어(core)로 가지며 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)가 방사상으로 자라 있는 성게형 탄소나노튜브를 첨가하여 제조된 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말을 압축하여 형성한 원판형 펠렛이고, 원판형 펠렛 표면에는 니트로 셀룰로오스(NC) 박막이 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체는, 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)가 1 wt% ~ 2 wt% 첨가되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 연료 물질 나노 입자는 알루미늄(Al)이고, 금속 산화제 나노 입자는 산화구리(CuO)인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)의 코어를 구성하는 이중복합금속 나노입자는 니켈(nickel)과 알루미늄(aluminum)인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체는, 플래쉬 섬광을 조사하면 조사된 섬광을 흡수한 탄소나노튜브가 주변의 공기분자를 진동시켜 높은 열을 발생시키고(photoacoustic effect), 생성된 높은 열은 탄소나노튜브를 따라 전달되어 탄소나노튜브의 끝단에 있는 촉매물질인 니켈(nickel)을 점화시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말을 압축하여 형성한 원판형 펠렛을 물속에 넣고 플래쉬 섬광을 조사하면, 니트로 셀룰로오스(NC) 박막이 펠렛을 보호하는 방수막이 되고 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)가 광학 점화제(optical igniter)가 되어 수중 광점화 및 폭발 반응이 일어나는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체의 제조 방법은 분무열분해법(spray pyrolysis)과 열화학 기상증착법의 복합과정을 통해 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs) 합성하는 단계;연료 물질 나노 입자와 금속 산화제 나노 입자를 혼합하여 고에너지 물질을 형성하는 단계;고에너지 물질에 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 첨가하고 초음파 에너지를 이용하여 혼합하여 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말을 형성하는 단계;를 포함한 것을 특징으로 한다.
그리고 고에너지 물질을 형성하는 단계는, Al 나노입자와 CuO 나노입자를 3:7 의 질량비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.
그리고 고에너지 물질에 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 첨가하는 과정에서,성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 1 wt% ~ 2 wt% 첨가하는 것을 특징으로 한다.
그리고 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말을 원판형 몰드(disk-type mold)에 넣고 압축기(mount press)를 이용하여 압축하여 원판형 펠렛 제조하는 단계와, 원판형 펠렛을 콜로디온(collodion) 용액에 침지하여 펠렛 표면에 콜로디온 용액막을 형성한 후 건조하여 원판형 펠렛 외부에 니트로 셀룰로오스(NC) 박막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체 및 그의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 성게형 탄소나노튜브(sea urchin-like carbon nanotubes)를 합성하고, 이를 나노고에너지물질(nEMs) 기저에 적용하여 안정적인 광학적 점화가 가능하다.
둘째, 폴리머(니트로 셀룰로오스)가 코팅된 나노고에너지물질을 이용하여 광학 점화를 이용하여 수중에서의 나노고에너지물질 펠렛의 점화 및 폭발 유도가 가능하다.
셋째, Al/CuO/SUCNTs 복합체를 펠렛(pellet) 형태로 가공하고, 펠렛 표면에 니트로 셀룰로오스 박막을 코팅하여 방수효과를 얻고, 이를 통해 기상 및 수중에서 플래쉬 섬광을 이용한 광학적 점화 및 폭발이 가능하도록 한다.
넷째, 광에너지를 최소화하면서 비교적 쉽게 나노고에너지물질(nEMs)을 광학적으로 점화할 수 있어 나노고에너지물질(nEMs)의 열공학적 응용 범위를 극대화할 수 있다.
도 1a와 도 1b는 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노 고에너지물질(nEMs) 복합체 분말 및 펠렛의 제조를 위한 구성도 및 플로우차트
도 2는 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)의 (a)저배율 및 (b)고배율 투과전자현미경(TEM) 이미지, (c)열중량(Thermal Gravimetric Analysis, TGA) 분석, (d)플래쉬광 조사에 의한 SUCNTs 분말의 광학적 점화 및 연소현상 고속카메라 촬영 스틸이미지
도 3은 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)-나노고에너지물질(nEMs) 복합체의 (a)저배율 SEM 이미지, (b)고배율 SEM 이미지 및 (c)TEM 이미지와 Energy Dispersive Scanning (EDS) 분석 이미지
도 4는 플래쉬광 조사에 의해 점화된 SUCNTs (1, 2, 5, 10 wt%)/nEMs 복합체 분말의 고속카메라 촬영 스틸이미지
도 5는 (a)SUCNTs 함량에 따른 nEMs 폭발 후 시간에 따른 압력 변화 결과 그래프, (b)nEMS 복합체 내부 첨가된 SUCNTs 함량에 따른 폭발 최대 압력상승률 변화 결과 그래프
도 6은 NC 코팅된 SUCNT/nEM 복합체 펠렛(NC/SUCNT/nEM)의 플래쉬광 조사에 의한 광학적 점화 및 수중폭발반응 고속카메라 스틸이미지
이하, 본 발명에 따른 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체 및 그의 제조 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체 및 그의 제조 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1a와 도 1b는 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노 고에너지물질(nEMs) 복합체 분말 및 펠렛의 제조를 위한 구성도 및 플로우차트이고, 도 2는 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)의 (a)저배율 및 (b)고배율 투과전자현미경(TEM) 이미지, (c)열중량(Thermal Gravimetric Analysis, TGA) 분석, (d)플래쉬광 조사에 의한 SUCNTs 분말의 광학적 점화 및 연소현상 고속카메라 촬영 스틸이미지이다.
본 발명은 연료물질로 알루미늄(Al) 나노입자와 산화제로 산화구리(CuO) 나노입자를 기반으로 하는 고에너지 물질에 광학 점화제로서 플래쉬 섬광에 반응하는 성게형 탄소나노튜브(sea urchin-like carbon nanotubes, SUCNTs)를 첨가하여 성게형 탄소나노튜브/나노고에너지물질 복합체를 합성하여 플래쉬 섬광에 의한 점화 및 폭발유도가 가능하도록 한 것이다.
특히, NC가 코팅된 SUCNTs/nEMs 복합체 펠렛을 수중에 위치시키고, 플래쉬를 이용한 광학적 점화가 안정적으로 이루어지도록 하는 구성을 포함한다.
본 발명은 나노고에너지물질(nEMs)의 고신뢰성, 고안정성 플래쉬(flash,섬광) 기반 광학적 점화방법에 관한 것으로, 이를 위해 광반응에 의해 쉽게 점화되는 물질로써 성게형 탄소나노튜브(sea urchin-like carbon nanotubes, SUCNTs)를 합성하고, 이를 나노고에너지물질(nEMs) 기저(matrix)에 적용하여 플래쉬(섬광)조사에 의한 광학적 점화를
도 1a에서와 같이, 성게형 탄소나노튜브는 니켈(nickel)과 알루미늄(aluminum)의 이중복합금속 나노입자를 코어(core)로 가지며 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs)가 방사상으로 자라 있는 특이한 구조를 가지고 있는 물질이다.
먼저, 이들 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 나노고에너지물질(연료금속 및 산화제 나노입자, nEMs) 내부에 분산시키고 특정한 크기의 에너지(가시광 및 일부 적외선 영역의 파장)를 갖는 플래쉬 섬광을 조사한다.
이 경우 조사된 섬광을 흡수한 탄소나노튜브가 주변의 공기분자를 진동시켜 높은 열을 발생시키고(photoacoustic effect), 생성된 높은 열은 탄소나노튜브를 따라 전달되어 탄소나노튜브의 끝단에 있는 촉매물질인 니켈(nickel)을 점화하게 된다.
이러한 초기의 광학적 점화를 통해 촉매물질의 주변을 감싸고 있던 나노고에너지물질들(nEMs)의 연속적인 점화 현상을 유발하게 되고, 이들 지역적 점화현상들의 연속적인 전파를 통해 최종적으로 거시적 폭발을 유도하게 된다.
본 발명에서는 광학적 점화현상뿐만 아니라, 나노고에너지물질(nEMs)의 수중폭발(underwater explosion)을 가능하게 하기 위하여 다음과 같은 사항을 고려한다.
성게형 탄소나노튜브(SUCNTs) 기반 광학 점화제(optical igniter)를 적용한 나노고에너지물질(nEMs)은 비교적 쉽게 공기중에서 광조사에 의해 점화되고 폭발하는 특성을 관찰할 수 있었으나 수중에서는 폭발특성 재현이 매우 어렵다.
우선, 고에너지물질의 분말(powder) 형태로 수중에 분산될 경우는 극히 높은 농도인 경우를 제외하고는 점화 자체가 불가능하다. 즉, 안정적인 열적 혹은 전기적 점화를 해도 수중에 분산된 고에너지물질 분말의 경우는 점화열이 빠르게 냉각되고, 또한 지엽적으로 연료금속 물질이 수중에서 점화되었다고 할지라도 주변을 감싸고 있는 물분자들에 의해 산소공급이 차단되어 연속적인 점화 및 폭발 연소 반응이 일어나는 것을 기대하기 어렵다.
따라서, 고에너지물질의 수중폭발 반응을 유도하기 위해서는 고에너지물질 펠렛(pellet) 형상으로 만들어 연료금속과 금속산화제 물질이 매우 근접한 거리에 유지되도록 하는 것이 매우 중요하다.
나노고에너지물질 분말에 비해 펠렛을 성형하면 동일 질량 기반에서 조밀한 부피를 가지며 다양한 형상을 만들 수 있다는 장점과 더불어 취급이 상대적으로 매우 간편하다는 점, 형상 유지력이 뛰어난 점 등의 여러 가지 많은 장점들이 있다.
본 발명은 도 1b에서와 같이, 분무열분해법(spray pyrolysis)과 열화학 기상증착법의 복합과정을 통해 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs) 합성하는 단계(S101)와, Al 나노입자와 CuO 나노입자를 3:7 의 질량비율로 혼합하는 단계(S102)와, 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 첨가하는 단계(S103)와, SUCNTs/Al/CuO 분말을 에탄올용액 내에서 초음파 에너지를 이용하여 30분간 혼합하는 단계(S104)와, 대류형 건조기(convective oven)를 이용하여 에탄올용액을 제거하여 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말 제조하는 단계(S105)와, SUCNTs/nEMs 복합체 분말을 원판형 몰드(disk-type mold)에 넣고 압축기(mount press)를 이용하여 압축하여 원판형 펠렛 제조하는 단계(S106)와, SUCNTs/nEMs 복합체 펠렛을 콜로디온(collodion) 용액에 침지하여 펠렛 표면에 콜로디온 용액막을 형성한 후 건조하여 SUCNTs/nEMs 복합체 원판형 펠렛 외부에 니트로 셀룰로오스(NC) 박막을 형성하는 단계(S107)를 포함한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 성게형 탄소나노튜브가 첨가된 나노고에너지물질 및 그의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 성게형 탄소나노튜브가 첨가된 나노고에너지물질은 알루미늄(Al) 나노입자와 산화구리(CuO) 나노입자 혼합물에, 니켈(nickel)과 알루미늄(aluminum)의 이중복합금속 나노입자를 코어(core)로 가지며 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)가 방사상으로 자라 있는 성게형 탄소나노튜브를 첨가하여 제조된 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체이다.
또한, 수중 광점화 및 수중 폭발을 위하여, 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말을 압축하여 원판형 펠렛을 제조하고, 원판형 펠렛 표면에는 니트로 셀룰로오스(NC) 박막이 형성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 나노고에너지물질(nEMs)의 펠렛을 만들기 위해 우선 Al/CuO 나노입자에 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 혼합하여 복합체 분말을 형성하고, 이를 원판형 몰드(직경 8mm * 깊이 10mm)에 넣고 고압을 가하여 원판형 펠렛을 제조 및 성형한다.
여기서, 수분과 산화를 유발하는 여러 가지 물질들이 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 내로 침투하는 것을 막기 위해 콜로디온(Collodion) 용액을 이용하여 니트로 셀룰로오스(Nitro Cellulose, NC)막을 성게형 탄소나노튜브/나노고에너지물질 복합체 펠릿 외부 표면에 코팅한다.
콜로디온 용액은 에테르와 에탄올 용매에 니트로 셀룰로오스(NC)를 녹여 만든 용액으로 용매가 증발한 후 방수성을 가진 투명하고 유연한 니트로 셀룰로오스(NC) 박막을 남기는 특징이 있다.
본 발명은 나노고에너지물질의 수중에서의 응용 가능성을 높이고, 안정적인 광학적 점화를 위하여 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 나노고에너지물질(nEMs)에 첨가한다.
본 발명의 일 실시 예에서는 알루미늄(Al)과 산화구리(CuO) 나노입자 기반의 나노고에너지물질(nEMs)을 사용하고, 다음과 같이 연소율(combustion rate)과 압력상승률(pressurization rate)의 측정을 통하여 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)가 첨가된 나노고에너지물질(nEMs)의 폭발특성의 변화 및 니트로 셀룰로오스(NC)가 코팅된 SUCNTs/nEMs 복합체 펠렛의 수중 점화 및 폭발반응을 확인한다.
본 발명은 연료금속물질(fuel metal)로 평균직경 ~80nm의 알루미늄(Al, NT base) 나노입자, 금속산화제(metal oxide) 물질로 평균직경 ~100nm의 산화구리 (CuO, NT base) 나노입자를 각각 사용한다.
그리고 광학적 점화제(optical igniter)는 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 사용하는데. 이들은 니켈(nickel)과 알루미늄(aluminum)으로 구성된 평균직경 ~200nm의 이중복합금속 촉매를 중심으로 여러 다발의 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs)가 방사상으로 자란 모양으로 본 발명에서는 분무열분해법(spray pyrolysis)과 열화학 기상증착법(thermal chemical vapor deposition, thermal CVD)의 복합과정을 통해 합성한다.
광학 점화제로 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 사용하기 위하여 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말을 제조한다.
도 1a에서와 같이, Al 나노입자와 CuO 나노입자를 3:7 의 질량비율로 혼합하고, 여기에 각각 1, 2, 5, 10 wt%의 비율로 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 첨가한다. 여기서, 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 첨가 비율은 달라질 수 있다.
이 후 SUCNTs/Al/CuO 분말을 에탄올용액 내에서 초음파 에너지(ultrasonication energy, 초음파 출력=170 W, 초음파 주파수=40 kHz)를 이용하여 30분간 혼합한다.
그리고 대류형 건조기(convective oven)를 이용하여 80℃에서 30분간 가열하여 에탄올용액을 건조 제거하여 최종적인 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말을 제조한다.
이와 같이 제조된 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말을 주사전자현미경(Hitachi, S4700), 투과전자현미경(JEOL, JEM-2100) 등을 이용하여 물리적 형상을 분석하고, 합성한 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)는 30~800℃에서 열중량 분석(Thermal Gravimetric Analysis, TGA; Perkin Elmer, Pyris 1, Diamond)을 수행하여 탄소나노튜브내 촉매금속 함유량 등을 결정한다.
그리고 다양한 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs) 함량에 따른 나노고에너지물질 복합체의 광학적 점화 특성을 확인하기 위해 플래쉬 점화(섬광 점화) 시험을 하면 다음과 같다.
성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말을 유리판에 정렬하고, SUCNTs/nEMs 분말이 놓인 유리판의 하단부에서 카메라용 플래쉬를 작동시킨다.
이때 전체 SUCNTs/nEMs 복합체 분말의 점화 및 폭발 반응을 고속카메라(Photron, FASTCAM SA3 120K) 를 이용하여 30 kHz의 프레임속도로 촬영한다.
그리고 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)가 나노고에너지물질(nEMs)의 폭발반응에 미치는 영향을 알아보기 위해 압력셀 테스트(pressure cell test)를 통하여 나노고에너지물질 점화폭발시 압력상승률(pressurization rate)을 측정한다.
우선 압력셀 내부에 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말 13mg을 넣고, 셀 내부에 위치한 텅스텐 와이어에 소량의 전류를 흘려주어 고온의 열을 발생시킨 다음 이를 이용하여 SUCNTs/nEMs 복합체 분말의 점화 및 폭발을 일으킨다.
이때, 시간에 따른 폭발 압력 변화를 셀 내부에 설치된 압력센서 시스템을 이용하여 실시간으로 측정하는데, 압력센서 시스템은 최대압력 120psi의 압력센서(PCB piezotronics, Model No. 113A03), 신호증폭기(PCB piezotronics, Model No. 422E11), 신호변환기, 그리고 오실로스코프(Tektronix, TDS 2012B)로 이루어져 있으며, 최종적으로 오실로스코프에 시간에 따른 압력변화 신호가 기록된다.
그리고 나노고에너지물질(nEMs)의 수중폭발(underwater explosion)을 위하여, SUCNTs/nEMs 복합체 펠렛(pellet)을 제조하는데, 먼저 26mg의 SUCNTs/nEMs 복합체 분말을 원판형 몰드(disk-type mold)에 넣고 압축기(mount press)를 이용하여 300Mpa의 압력으로 10분간 압축하여 직경 8mm * 높이 0.40mm의 원판형의 펠렛을 제조한다.
이렇게 만들어진 SUCNTs/nEMs 복합체 펠렛을 콜로디온(collodion) 용액에 침지하여 펠렛 표면에 콜로디온 용액막을 형성한 후 약 5분간 공기 중에서 건조시켜 최종적으로 SUCNTs/nEMs 복합체 원판형 펠렛 외부에 니트로 셀룰로오스(NC) 박막을 형성시킨다.
콜로디온은 매우 휘발성이 강하고, 용매가 건조된 후 방수성의 투명하고 유연한 니트로 셀룰로오스(NC) 박막을 형성하는 특징이 있다. 이렇게 NC가 코팅된 SUCNTs/nEMs 복합체 펠렛을 수중에 위치시키고, 플래쉬를 이용한 광학적 점화 시험을 수행한다.
즉, NC가 코팅된 SUCNTs/nEMs 복합체 펠렛을 물이 채워진 500ml 비이커 바닥에 위치시키고, 비이커 바로 아래쪽에서 플래쉬광을 조사한다.
이때 전체 펠렛의 점화 및 폭발 반응은 고속카메라(Photron, FASTCAM SA3 120K)를 이용하여 30kHz의 프레임속도로 촬영된다.
도 2의 (a)와 (b)는 본 발명에서 합성한 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)의 투과전자현미경(TEM) 이미지이다.
TEM 이미지에서 Ni-Al 이중복합금속 촉매입자를 중심으로 약 10~15nm 직경을 갖고 10-15개의 다중벽을 갖는 탄소나노튜브(MWCNTs)가 방사상으로 자라있는 것을 볼 수 있다.
SUCNTs에서 탄소나노튜브와 이중복합금속 촉매입자의 비율을 확인하기 위해 열중량(TGA) 분석을 하면 도 2의 (c)에서와 같이, 가열온도가 증가함에 따라 탄소나노튜브의 산화현상으로 인해 질량이 급격히 감소하여 초기질량에 비해 최종적으로 약 40 wt%의 촉매입자만 남는 것을 관찰할 수 있다(즉, metal:CNT=40:60 wt%).
도 2의 (d)에서와 같이, SUCNTs의 광학적 점화 시험을 수행하면, 즉, 공기중에서 소량의 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs) 분말을 유리판 위에 놓고, 유리판 아래쪽에서 카메라 플래쉬(400-1,000nm 파장, 축전지: 1,300mF, 350V 작동, 플래쉬 발광 작동시간:１ms, 섬광에너지밀도: 약 2,000W/cm2)를 작동시켜 섬광을 조사하면 점화와 동시에 작은 폭발현상이 발생함을 확인할 수 있다.
이를 고속카메라로 관찰 한 결과 SUCNTs 분말이 플래쉬광에 노출된 순간 SUCNTs 분말 표면에서 작은 불꽃이 일어나고, 곧이어 전체적으로 화염이 전파되며 연소현상 일어나는 것이 확인된다.
이 결과를 통해 SUCNTs의 광학적 점화제로서의 잠재적 응용 가능성을 확인할 수 있다.
그리고 본 발명에서 합성된 SUCNTs/nEMs 복합체의 나노구조, 물리적 혼합정도와 내부 화학적 성분 등을 확인하기 위해 SEM & TEM 분석을 수행하면 다음과 같다.
도 3은 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)-나노고에너지물질(nEMs) 복합체의 (a)저배율 SEM 이미지, (b)고배율 SEM 이미지 및 (c)TEM 이미지와 Energy Dispersive Scanning (EDS) 분석 이미지이다.
도 3의 (a) 및 (b)의 SEM 이미지에서 Al 나노입자와 CuO 나노입자가 서로간의 표면에 강하게 부착 및 연결되어 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, Al/CuO 나노입자 복합체내에서 SUCNTs가 나노스케일에서 비교적 균일하게 분산 및 혼합되어있는 것도 확인할 수 있다. 이는 도 3의 (c)에서 보이는 TEM 이미지와 같이 Al 나노입자, CuO 나노입자, SUCNTs가 나노크기 영역에서 균일하게 분산되어 있음을 명확하게 보여준다.
또한 본 발명에서 초음파에너지를 이용한 SUCNTs/ nEMs 나노구조체의 혼합 방식이 반응물들(즉, 연료, 산화제, 광학 점화제) 간의 균일한 혼합 특성을 얻는데도 매우 효과적이라는 것을 나타내는 것이다.
도 4는 플래쉬광 조사에 의해 점화된 SUCNTs (1, 2, 5, 10 wt%)/nEMs 복합체 분말의 고속카메라 촬영 스틸이미지이다.
성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)의 광학 점화제로서의 역할을 확인하기 위해 제조한 SUCNT/nEMs 복합체 분말의 플래쉬광 점화시험을 수행하면 다음과 같다.
폭발특성들은 고속카메라를 이용하여 관찰하고, 최종적으로 폭발영상 및 이미지 분석을 통해 화염전파(flame propagation) 속도를 결정한다.
다양한 SUCNTs (1, 2, 5, 10wt%)/nEMs 복합체 분말의 광학적 점화와 폭발 화염이 전파되는 양상을 도 4에 제시된 고속카메라 촬영 결과를 통해 확인할 수 있다.
도 4에 제시된 스냅샷(snapshot) 사진을 기반으로 나노고에너지물질의 연소율(burn rate)을 계산하면 다음과 같다.
여기서 연소율은 나노고에너지물질 시료의 총 직경(혹은 길이)를 화염이 시료의 양 끝에 도달하는 시간으로 나누어 계산된다.
도 4의 결과들은 나노고에너지물질(nEMs)내에 분포되어 있는 SUCNTs가 나노고에너지물질(nEMs)의 광학적 점화를 성공적으로 유도하였음을 보여준다.
즉, 나노고에너지물질(nEMs)이 플래쉬광에 노출되었을 때 고에너지물질 내에 존재하던 SUCNTs가 입사광을 흡수하고 주변의 공기분자들을 진동하여 고온을 형성한 후 탄소나노튜브를 따라 열전달이 일어나 탄소나노튜브의 끝단에 존재하던 촉매금속을 점화시키게 된 것이다.
이러한 지엽적인 점화(local ignition) 이후 인접한 나노고에너지물질(nEMs)로 전달된 점화열이 연쇄적으로 마이크로 스케일의 점화 및 폭발현상을 발생시켜 최종적으로 거시적인 매크로 스케일(macroscale)의 폭발현상으로 이어지게 된다.
도 4에서와 같이 각 SUCNTs(1, 2, 5, 10 wt%)/nEMs 복합체 분말의 결정 연소율은 약 225, 150, 43, 5 m/s로 각각 계산되었다. 이러한 결과는 나노고에너지물질(nEMs)에 일정량 이상의 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 첨가 할 경우 SUCNTs/nEMs 복합체의 폭발 반응을 다소 저해할 수 있다는 것을 의미한다.
즉, SUCNTs의 함량이 2 wt%를 초과할 경우 연소율이 크게 감소하는 것으로 볼 때 아마도 나노고에너지물질 내부에 포함된 너무 많은 양의 SUCNTs의 존재가 오히려 광학적으로 점화된 열을 주변으로 발산시키는 역할을 함으로써 나노고에너지물질이 연속적으로 연소 및 폭발을 일으킬 수 있을 만큼의 온도상승을 저해하는 역할을 했을 것으로 추측된다.
도 5는 (a)SUCNTs 함량에 따른 nEMs 폭발 후 시간에 따른 압력 변화 결과 그래프, (b)nEMS 복합체 내부 첨가된 SUCNTs 함량에 따른 폭발 최대 압력상승률 변화 결과 그래프이다.
성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)가 나노고에너지물질(nEMs)의 점화 및 폭발반응성에 미치는 영향을 구체적으로 확인하기 위해 SUCNTs/nEMs 복합체의 폭발 압력상승률을 압력셀 시스템(pressure cell tester)을 이용해 측정하면 다음과 같다.
즉, SUCNTs/nEMs 복합체 분말 13mg을 밀폐된 압력용기내에 있는 13ml 부피를 갖는 홀(hole)에 넣고 텅스텐 와이어에 전류를 흘려 생성되는 저항열을 이용하여 접촉점화 및 폭발시킨다.
이때, 압력상승률은 나노고에너지물질(nEMs) 폭발시 생성된 최대압력을 상승시간으로 나눈 값으로 계산된다.
도 5의 (a)와 (b)에 나타난 바와 같이, 최대 압력상승률과 최대 압력상승값은 SUCNTs(1 wt%)/nEMs 복합체에서 발생하였다. 1 wt% 이상의 성게형 탄소나노튜브(SCUTNs)가 나노고에너지물질에 첨가될 경우 점화 폭발시 최대압력값은 순차적으로 감소하며, 압력상승 시간 또한 다소 길어지는 것을 확인할 수 있다.
이것은 도 4에서 제시한 연소율 실험에서 관찰된 결과와 매우 유사한 것으로 일정량 이상의 SUCNTs의 첨가는 열소산(heat loss) 효과를 증가시키고 폭발력을 감소시키는 것을 재확인할 수 있다. 이러한 사실은 결국 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)가 나노고에너지물질(nEMs)의 광학 점화제의 역할뿐만 아니라 추가적으로 폭발력 제어제(explosion controller)로서의 잠재적인 응용 가능성을 나타낸다.
최종적으로 나노고에너지물질(nEMs)에 소량의 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 첨가함으로써 SUCNTs/nEMs 복합체를 플래쉬 섬광을 이용하여 광학적으로 점화시킬 수 있다. 지엽적으로 광학적 점화됨과 동시에, SUCNTs 주변을 감싸고 있던 Al/CuO 나노입자의 연속적인 산화-환원 반응이 발생하게 되고, 발생 된 반응열이 다시 SUCNTs를 통해 다른 인접한 Al/CuO 나노입자들에 빠르게 전달되는 현상이 반복되면서, 결과적으로 SUCNTs/nEMs 복합체 분말의 거시적인 점화 및 폭발현상을 초래하게 되는 것이다.
이때 폭발 후 최대 압력상승률은 도 5의 (b)에서와 같이, nEMs 분말내에 1 wt% SUCNTs 첨가시 약 6.18 ± 0.56 psi/㎲에 달하는 수치를 보인다.
그러나, SUCNTs 첨가량이 2 wt%를 초과할 경우 압력상승률은 급격하게 감소하는 결과를 보였는데, 이것은 SUCNTs가 일정량 이상 증가함에 따라 nEMs 분말 내부에서 탄소나노튜브를 통한 주변으로의 열소산(heat loss) 효과가 크게 일어나고 이로 인해 폭발반응성이 급격히 감소한 결과로 추측된다.
따라서, nEMs 분말내 SUCNTs 첨가량은 1 wt% ~ 2 wt%이 바람직하다.
도 6은 NC 코팅된 SUCNT/nEM 복합체 펠렛(NC/SUCNT/nEM)의 플래쉬광 조사에 의한 광학적 점화 및 수중폭발반응 고속카메라 스틸이미지이다.
나노고에너지물질(nEMs)의 수중폭발 시험을 위해 우선 SUCNTs/nEMs 복합체 펠렛을 제조하고 이들 펠렛 표면에 니트로 셀룰로오스(NC) 방수막을 코팅한다.
이렇게 제조된 NC 코팅된 SUCNTs/nEMs 복합체 펠렛을 물이 채워진 500ml 비이커 바닥에 고정시키고, 비이커 외부 바닥에서 위쪽을 향해 카메라용 플래쉬를 설치하여 섬광조사를 통해 NC/SUCNT/nEM 복합체 펠렛을 광점화 및 폭발시킨다.
이때, 광점화 및 연속적인 폭발 과정을 고속카메라(Photron, FASTCAM SA3 120K)를 통해 측정하면 도 6에서와 같이 비이커 아래쪽에서 플래쉬 섬광을 조사하자 즉시 NC/SUCNT/nEMs 복합체 펠렛(즉, NC/SUCNT/Al/CuO) 의 점화 폭발에 의한 굉음과 함께 비이커에 담긴 물이 튀어오를 정도의 강한 충격파를 일으킴을 관찰할 수 있다.
그러나 NC 코팅을 하지 않은 SUCNT/nEM 복합체 펠렛(즉, SUCNT/Al/CuO)의 경우는 광조사에 의한 점화 및 폭발 반응이 전혀 일어나지 않았다. 즉, NC 코팅을 하지 않은 경우에는 수분이 SUCNT/nEM 복합체 펠렛 내부에 침투하여 SUCNT의 점화 및 폭발반응에 필요한 최소한의 열마저도 빼앗아감으로써 nEMs 복합체의 연쇄적인 점화 및 폭발 반응이 일어나지 못한 것이다.
또한, NC 코팅을 하더라도 CuO가 없는 Al 펠렛 (즉, NC/Al)의 경우도 광점화에 의한 점화 및 폭발 연소반응이 전혀 일어나지 않았다. 공기중에서는 Al 나노분말의 경우 점화시 주변의 공기로부터의 산소공급이 확산에 의해 일어나므로 Al 나노입자 분말은 점화 및 서서히 연소되는 현상이 발생하지만, 공기중과는 달리 수중에서는 Al 나노입자의 연소에 필요한 산소공급이 오로지 CuO와 같은 금속산화제 나노입자에서만 가능한데 NC가 코팅된 Al 나노입자에는 산소공급원이 존재하지 않으므로 광점화 및 폭발현상이 발생하지 않는 것이다.
결론적으로, 수중에서의 나노고에너지물질(nEMs) 복합체 펠렛에 대한 광학적 점화 및 수중폭발을 위해서는 연료물질(fuel metal), 금속산화제(metal oxide), 광학 점화제(optical igniter) 및 펠렛 보호용 방수막(Polymer) 등이 필수적으로 필요하다.
이를 위해 본 발명에서는 각각의 용도로 알루미늄 나노입자(Al nanoparticles), 산화구리 나노입자(CuO nanoparticles), 성게형 탄소나노튜브(sea urchin-like CNTs, SUCNTs), 그리고 니트로 셀룰로오스(NC)를 각각 사용하여 나노고에너지물질 펠렛의 수중에서의 광학적 점화가 가능하도록 한 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체 및 그의 제조 방법은 연료물질로 알루미늄(Al) 나노입자와 산화제로 산화구리(CuO) 나노입자를 기반으로 하는 고에너지 물질에 광학 점화제로서 플래쉬 섬광에 반응하는 성게형 탄소나노튜브(sea urchin-like carbon nanotubes, SUCNTs)를 첨가하여 성게형 탄소나노튜브/나노고에너지물질 복합체를 합성하여 플래쉬 섬광에 의한 점화 및 폭발유도가 가능하도록 한 것이다.
또한, Al/CuO/SUCNTs 복합체를 펠렛(pellet) 형태로 가공하고, 펠렛 표면에 니트로 셀룰로오스 박막을 코팅하여 방수효과를 얻고, 이를 통해 기상 및 수중에서 나노고에너지물질의 플래쉬 섬광을 이용한 광학적 점화 및 폭발이 가능하도록 한 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 연료 물질 나노 입자와 금속 산화제 나노 입자가 혼합된 고에너지 물질에,
    이중복합금속 나노입자를 코어(core)로 가지며 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)가 방사상으로 자라 있는 성게형 탄소나노튜브를 첨가하여 제조된 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말인 것을 특징으로 하는 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체.
  2. 연료 물질 나노 입자와 금속 산화제 나노 입자가 혼합된 고에너지 물질에,
    이중복합금속 나노입자를 코어(core)로 가지며 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)가 방사상으로 자라 있는 성게형 탄소나노튜브를 첨가하여 제조된 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말을 압축하여 형성한 원판형 펠렛이고,
    원판형 펠렛 표면에는 니트로 셀룰로오스(NC) 박막이 형성된 것을 특징으로 하는 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체는,
    성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)가 1 wt% ~ 2 wt% 첨가되는 것을 특징으로 하는 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연료 물질 나노 입자는 알루미늄(Al)이고, 금속 산화제 나노 입자는 산화구리(CuO)인 것을 특징으로 하는 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)의 코어를 구성하는 이중복합금속 나노입자는 니켈(nickel)과 알루미늄(aluminum)인 것을 특징으로 하는 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체는,
    플래쉬 섬광을 조사하면 조사된 섬광을 흡수한 탄소나노튜브가 주변의 공기분자를 진동시켜 높은 열을 발생시키고(photoacoustic effect), 생성된 높은 열은 탄소나노튜브를 따라 전달되어 탄소나노튜브의 끝단에 있는 촉매물질인 니켈(nickel)을 점화시키는 것을 특징으로 하는 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말을 압축하여 형성한 원판형 펠렛을 물속에 넣고 플래쉬 섬광을 조사하면,
    니트로 셀룰로오스(NC) 박막이 펠렛을 보호하는 방수막이 되고 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)가 광학 점화제(optical igniter)가 되어 수중 광점화 및 폭발 반응이 일어나는 것을 특징으로 하는 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체.
  8. 분무열분해법(spray pyrolysis)과 열화학 기상증착법의 복합과정을 통해 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs) 합성하는 단계;
    연료 물질 나노 입자와 금속 산화제 나노 입자를 혼합하여 고에너지 물질을 형성하는 단계;
    고에너지 물질에 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 첨가하고 초음파 에너지를 이용하여 혼합하여 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말을 형성하는 단계;를 포함한 것을 특징으로 하는 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 고에너지 물질을 형성하는 단계는,
    Al 나노입자와 CuO 나노입자를 3:7 의 질량비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체의 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 고에너지 물질에 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 첨가하는 과정에서,
    성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)를 1 wt% ~ 2 wt% 첨가하는 것을 특징으로 하는 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 성게형 탄소나노튜브(SUCNTs)/나노고에너지물질(nEMs) 복합체 분말을 원판형 몰드(disk-type mold)에 넣고 압축기(mount press)를 이용하여 압축하여 원판형 펠렛 제조하는 단계와,
    원판형 펠렛을 콜로디온(collodion) 용액에 침지하여 펠렛 표면에 콜로디온 용액막을 형성한 후 건조하여 원판형 펠렛 외부에 니트로 셀룰로오스(NC) 박막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 점화에 의한 공기 및 수중 폭발 특성을 갖는 나노고에너지 물질 복합체의 제조 방법.
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