KR101627791B1 - 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체 및 그의 제조방법 - Google Patents

다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체 및 그의 제조방법 Download PDF

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이철승
서문석
김선민
박지선
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Abstract

높은 분산성을 나타내면서도 열전도도 특성 및 화학적 안정성이 높은 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체 및 그의 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체는 분산매; 및 분산매에 분산되어 있는 다차원 구조를 갖는 나노구조체;를 포함한다.

Description

다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체 및 그의 제조방법{Nanofluid comprising multi-dimensional structured nano materials and preparing method thereof}
본 발명은 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 분산성을 나타내면서도 열전도도 특성 및 화학적 안정성이 높은 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동차의 EV화나 정보가전기기의 고집적화에 따라 방열 문제가 큰 화두로 대두되고 있다. 냉각유체를 적용하여 열을 관리하고자 하는 분야에서 나노유체는 고열전도도의 나노입자를 액체에 분산시키는 방법으로 매우 유용한 방열해법으로 제시되어 왔다.
나노유체란 물과 유기용매 등의 기본 유체에 1~100nm 크기의 나노입자를 혼합하여 작은 농도로 유체의 열전도 특성을 획기적으로 증진시키는 소재를 말한다. 고방열특성을 갖는 금속 나노입자를 혼합하게 되면 유체의 열전도도 증가, 점성 증가, 단상 대류 열전달 증가 등이 이루어져 방열관점에서 매우 유리한 특성을 보인다.
하지만, 나노유체의 방열특성은 이론적인 보고와는 다르게 시간이 지날수록 초기 성능에 비해 성능이 저하되는 문제가 있다. 이는 유체 내의 나노 입자의 분산성과 부유성과 관련이 있는데, 사용 시간이 지날수록 입자의 응집이 이루져 분산 특성이 악화되고 이는 열전도도 저하뿐만아니라 유체의 흐름에도 악영향을 미치기 때문이다. 또한 유체 내에서 입자가 화학적 변화가 이루어지는 것도 원인으로 추정되고 있다.
따라서 유체내에서 방열입자가 장기간 분산특성을 유지하며 화학적으로 안정하여 오랜시간 동안 방열 특성을 발현할 수 있는 기술이 절실하다. 한편, 탄소나노튜브와 그래핀과 같은 나노구조체는 이론상 3,000 내지 6,000 W/mK에 해당하는 높은 열전도도 특성을 나타낸다. 이외에도 나노구조체는 우수한 기계적 및 전기적 물성을 나타낸다. 하지만 이러한 나노구조체를 나노입자로서 나노유체에 적용할 경우, 분산성에 취약하여 그 물성을 극대화하지 못한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 높은 분산성을 나타내면서도 열전도도 특성 및 화학적 안정성이 높은 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체는 분산매; 및 분산매에 분산되어 있는 다차원 구조를 갖는 나노구조체;를 포함한다.
분산매는 냉각용매일 수 있다.
다차원 구조를 갖는 나노구조체는, 2차원 나노구조체 상에 1차원 나노구조체가 위치하는 것일 수 있다.
2차원 나노구조체 상에 1차원 나노구조체가 위치하는 다차원 구조의 나노구조체는 2차원 나노구조체는 그래핀 플레이트이고, 1차원 나노구조체는 탄소나노튜브일 수 있고, 또는 2차원 나노구조체는 그래핀 플레이트이고, 1차원 나노구조체는 금속산화물 나노와이어일 수 있다. 이 때, 탄소나노튜브 또는 금속산화물 나노와이어는 그래핀 플레이트 상에서 성장된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 분산매에 다차원 구조를 갖는 나노구조체를 분산시켜 나노구조체 분산액을 제조하는 분산액 제조단계; 및 나노구조체 분산액에 초음파를 조사하는 초음파조사단계;를 포함하는 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체 제조방법이 제공된다.
초음파조사단계 후에는 나노구조체 분산액에 오존처리공정 및 대기압 플라즈마처리공정 중 적어도 어느 하나가 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체는 장기분산안정성이 높고, 방열특성이 높아 방열대상체의 에너지 절약이 가능한 효과가 있다. 또한, 다차원 구조의 나노구조체의 입자농도조절이 용이하여 사용용도에 따른 열전도도 조절이나 표면 습윤성 조절이 가능하여 다양한 방열대상체에 사용될 수 있어 적용분야가 넓은 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노유체에 포함되는 다차원 구조의 나노구조체의 제조방법의 설명에 제공되는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 그래핀 플레이트 및 그의 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 금속촉매가 담지된 그래핀 플레이트 및 그의 확대도이고, 도 4a 및 도 4b는 탄소나노튜브가 성장된 그래핀 플레이트 및 그의 확대도이다.
도 5a 및 도 5b는 그래핀 플레이트 및 그의 확대도이고, 도 6a 및 도 6b는 그래핀 플레이트에 구리가 도금된 상태 및 그의 확대도이고, 도 7a 및 도 7b는 구리산화물 나노와이어가 성장된 그래핀 플레이트 및 그의 확대도이다.
도 8a 내지 도 8c는 각각 에틸렌 글리콜에 그래핀 플레이트만 분산된 나노유체, 에틸렌 글리콜에 탄소나노튜브가 성장된 그래핀 플레이트가 분산된 나노유체 및 에틸렌 글리콜에 구리산화물 나노와이어가 성장된 그래핀 플레이트가 분산된 나노유체의 분산 직후, 분산 후 1개월 후, 분산 후 3개월 후의 상태가 도시된 도면들이다.
도 9는 탄소나노튜브가 성장된 그래핀 플레이트를 포함하는 나노유체에 대한 실시예 1 내지 실시예 4 및 구리산화물 나노와이어가 성장된 그래핀 플레이트가 분산된 나노유체에 대한 실시예 5 내지 실시예 8의 농도에 따른 열전도도 증가율을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예의 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체는 분산매; 및 분산매에 분산되어 있는 다차원 구조를 갖는 나노구조체;를 포함한다.
나노유체는 나노입자는 벌크 재료와는 다른 광학적, 전기적, 촉매적 특징을 나타내므로 이를 이용하여 분산매에 분산시킨 유체이다. 나노유체의 성질은 나노입자의 크기와 형상, 분산성 등과 같은 여러 요인에 의해서 결정된다. 이러한 나노입자의 특징 때문에 여러 응용분야에서 활용되고 있다. 예를 들면, 일반 유체에 나노입자를 분산시키면, 열전도도와 대류열전달효과가 증대된다.
금속나노입자의 경우, 금속의 열전도도를 이용하여 액체보다 수백 ~ 수만배 뛰어난 열전도도를 갖는 고체인 금속나노입자를 일반유체에 균일하게 분산시켜 기존 유체가 가지지 못한 높은 열전도도를 갖게 할 수 있다. 다만, 나노유체의 문제점으로는 나노입자가 유체에서 균일하게 분산될 수는 있으나, 이러한 균일 분산상태가 장기적으로 안정적인 상태유지가 되어야 나노유체로서 산업상 이용가능성이 높아지게 된다. 만약, 나노유체가 분산된 후 나노입자가 침전되거나 서로 뭉치게 된다면, 나노유체로서 기능하지 못하고, 분산매의 특성에만 의존하는 나노유체가 되게 된다.
따라서, 본 발명에서는 나노유체에서 나노입자의 분산성을 향상시키기 위하여 다차원 구조의 나노구조체를 나노입자로서 이용한다. 이하 본발명의 나노유체에 분산되는 나노입자를 나노입자로 줄여 부르기로 한다.
탄소나노소재는 1차원의 탄소나노튜브, 2차원의 흑연 또는 그래핀, 및 3차원의 풀러렌으로 여러 차원의 소재로 분류된다. 탄소나노튜브는 1차원이지만, 성장방법 등에 따라 2차원적인 배열이 가능하여 2차원적 또는 3차원적 응용이 가능하다. 2차원의 그래핀의 경우에도 평면상의 그래핀을 둥글게 말아올려 3차원적으로 응용할 수 있다. 풀러렌의 경우 3차원구조이나 매우 안정한 소재로서 나노유체에서 나노입자로 분산되는 것은 어렵다.
따라서, 본 발명의 나노입자로는 탄소나노튜브가 배열되어 형성되는 2차원적 구조체 또는 3차원적 구조체와 그래핀이 형상이 변화되어 3차원적으로 형성되는 3차원적 그래핀 구조체를 예로 들 수 있다.
또한, 하나의 나노구조체만을 포함하는 나노입자 뿐만 아니라, 탄소나노튜브와 그래핀이 복합적으로 구조화된 다차원의 나노구조체 또한 다차원 구조의 나노구조체로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 2차원의 그래핀 상에 1차원의 탄소나노튜브가 위치하여 전체적으로는 3차원의 구조를 갖는 나노구조체일 수 있다.
나노유체에 사용되는 나노입자는 자체의 물성 이외에도 나노유체로서 장기 분산안정성이 중요하다. 장기분산 안정성을 높이기 위해서는 나노입자의 부피가 너무 크지 않아 나노입자간 뭉침현상이 억제되어야 하고, 나노입자의 중량이 너무 크지 않아 그 자체의 중량에 의해 침전되지 않아야 하며, 분산매에 부유하기 위하여 3차원 적으로 비교적 넓게 구조화될 필요가 있다. 이러한 다차원 구조의 나노구조체는 유체내에서 브라운 운동(brownian motion)이 극대화되어 분산성이 향상되는 것이다.
2차원의 그래핀 상에 1차원의 탄소나노튜브가 위치하는 나노구조체의 경우, 나노크기의 탄소나노튜브로서 부피에 비하여 금속과 같이 중량이 크지 않고, 탄소나노튜브에 의해 분산매에서 부유할 수 있는 가능성이 높다. 2차원의 그래핀 상에 1차원의 탄소나노튜브가 위치하는 나노구조체는 그래핀 상에 탄소나노튜브를 부착시키거나 그래핀 상에서 탄소나노튜브가 성장된 것일 수 있다. 그래핀 이외에도 산화그래핀, 그래핀나노플레이트, 흑연, 팽창 흑연 또는 카본파이버 등이 사용될 수 있다. 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 기능화된 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 기능화된 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 또는 기능화된 다중벽 탄소나노튜브일 수 있다.
탄소나노튜브를 성장시키는 방법으로는 화학기상증착법(CVD, chemical vapor deposition)이 이용될 수 있다. 화학기상증착법은 열화학기상증착법(TCVD), 고속화학기상증착(RTCVD), 유도결합플라즈마 화학기상증착(ICP-CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 상압화학기상증착(APCVD), 금속 유기화학기상증착(MOCVD), 또는 플라즈마화학기상증착(PECVD)등을 포함한다.
나노유체에서 분산매는 물이나 에틸렌글리콜과 같은 냉각용매일 수 있다.
다차원 구조를 갖는 나노구조체로는 2차원의 그래핀 상에 1차원의 금속산화물 나노와이어가 위치하는 나노구조체가 사용될 수도 있다. 탄소나노튜브와 유사하게 1차원의 나노와이어 형태를 갖는 금속산화물 나노와이어를 사용하는 것이다. 금속산화물 나노와이어의 경우에도 그래핀 플레이트상에 부착시키거나 그래핀 플레이트상에서 성장된 것일 수 있다. 금속산화물 나노와이어로는 여러 금속산화물이 사용될 수 있는데, 예를 들면, 구리산화물 또는 코발트 산화물 나노와이어가 사용될 수 있다.
이외에도 2차원 구조의 나노구조체상에 부착되어 다차원 구조의 나노구조체를 형성할 수 있다면 어떠한 1차원 나노구조체 및 2차원 나노구조체가 사용될 수있다. 예를 들면, 금속산화물 나노와이어 이외에 금속(Ni, Pt, Au 등)나노와이어, 반도체(Si, InP, GaN, ZnO 등) 나노와이어, 산화물(SiO2, TiO2 등) 나노와이어 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 나노유체 제조방법에서는 분산매에 다차원 구조를 갖는 나노구조체를 분산시켜 나노구조체 분산액을 제조하는 분산액 제조단계; 및 나노구조체 분산액에 초음파를 조사하는 초음파조사단계;가 수행된다. 초음파 조사를 통해 다차원 구조의 나노구조체를 더욱 균일하게 분산매에 분산시킬 수 있다. 또한, 초음파조사단계 후에는 나노구조체 분산액에 오존처리공정 및 대기압 플라즈마처리공정 중 적어도 어느 하나가 수행될 수 있는데, 오존처리공정 및 대기압 플라즈마 처리공정은 다차원 구조의 나노구조체에 친수처리가 되어 분산안정성이 더욱 높아질 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 시험예에 대하여 설명하도록 한다. 다만, 하기의 시험예는 본 발명을 한정하지 않는다.
<실시예>
탄소나노튜브가 성장된 그래핀 나노플레이트 나노구조체 제조
다차원 구조의 나노구조체로 그래핀 플레이트 상에 성장된 탄소나노튜브를 사용하여 나노유체가 제조된다. 제조공정은
(1) 탄소소재 상 무전해 도금법을 이용하여 탄소나노튜브 합성용 금촉 촉매 담지 및 분쇄하는 제1단계와
(2) 금속촉매가 담지된 탄소소재에 열화학기상증착법을 이용하여 탄소나노튜브를 합성하는 혼성화 및 분쇄하는 제2단계와
(3) 이를 냉각 용매에 분산시키는 제3단계로 구성된다.
(1) 제1단계
탄소소재 상 금속촉매를 담지하는 단계는 탄소소재를 전처리하는 공정과 전처리된 탄소소재에 무전해도금을 시행하는 공정을 포함하고 있다. 이와 관련하여, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노유체에 포함되는 다차원 구조의 나노구조체의 제조방법의 설명에 제공되는 도면이다. 그래핀 플레이트(110)를 이하의 탄소소재 전처리공정을 통하여 표면처리하여 표면처리된 그래핀 플레이트(111)를 준비하고, 무전해 도금공정을 통해 촉매(120)를 그래핀 플레이트(111)에 부착시킨 후, 이를 분쇄하여 미립화한다. 이후, 제2단계를 통해 촉매(120) 사이트에서 탄소나노튜브(130)를 성장시킨다.
[탄소소재 전처리 공정: GNP-Sn 2+ + Pd 2+ GNP-Sn 4+ /Pd]
탈이온수 500 mL에 HCl 4 mL, SnCl2 3 g, 그리고 그래핀나노플레이트(GNP) 1 g을 혼합하고, 초음파 분쇄기를 이용하여 60분 간 균질 혼합한다. GNP와 반응하지 않은 여분의 Sn2+를 제거하기 위해 20-m-mesh-size의 sieve를 사용하여 혼합액을 깨끗한 물과 함께 통과시켜 여러 번 세척한다. 세척된 GNP-Sn2+는 다시 탈이온수 500 mL에 HCl 1.25 mL, 그리고 PdCl2 0.05 g를 혼합하고, 초음파 분쇄기를 통해 60분 간 균질 혼합한다. GNP-Sn2+와 반응하지 않은 여분의 Pd2+을 제거하기 위해 20-m-mesh-size의 sieve를 사용하여 혼합액을 깨끗한 물과 함께 통과시킴으로써 여러 번 세척한 후 60℃에서 하루 동안 건조시킨다.
[무전해 도금 공정]
전처리된 GNP-Sn4+/Pd는 금속촉매 전구체인 FeSO4 2.55 g 및 CoSO4 0.45 g, 그리고 환원제인 NaH2PO2H2O 2 g, C6H5O7Na3 6 g, H3BO3 3 g, NaOH 2 g 및 탈이온수 500 mL와 함께 90℃에서 30분 간 교반 하에 균질 혼합됨으로써 무전해 도금이 이루어진다. GNP-Sn4+/Pd와 반응하지 않은 여분의 Fe2+, Co2+ 및 기타 불순물들은 20-m-mesh-size의 sieve를 사용하여 혼합액을 깨끗한 물과 함께 통과시킴으로써 여러 번 세척하여 제거한다. 이렇게 세척공정을 마친 GNP-Fe/Co 촉매담지체는 60℃에서 하루 동안 건조시킨다. 이후 볼밀 300rpm으로 150분 이상 수행하여 분말을 미립화한다.
(2) 제2단계
이렇게 GNP 상에 탄소나노튜브 합성용 금속촉매가 담지된 GNP-Fe/Co 촉매담지체는 열화학기상증착법을 통해 quartz tube 안에서 반응하게 된다. 900℃, Ar (500 sccm) 분위기 하에서 40분 간 어닐링 후, CH4(500 sccm) 분위기에서 60분 간 CNT를 합성하여, 탄소지지체인 GNP 상에 탄소나노튜브가 성장된 3차원 구조의 나노구조체를 제작한다. 이때, 900℃ 합성 온도에서 지지체 역할을 하는 GNP와 금속촉매 간의 표면 상호작용에 의한 접촉각이 80°이상 크게 발생하기 때문에, 탄소나노튜브 합성 메커니즘 (tip growth)에 의하여 최종적으로 금속촉매가 탄소나노튜브의 tip에 위치하는 모폴로지를 형성한다.
도 2a 및 도 2b는 그래핀 플레이트 및 그의 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2a의 금속촉매가 담지된 그래핀 플레이트 및 그의 확대도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3a의 탄소나노튜브가 성장된 그래핀 플레이트 및 그의 확대도(FESEM 이미지)이다. 도 4b에서 보면, 그래핀 플레이트 상에 탄소나노튜브가 성장하여 전체적으로 3차원 구조이면서 중심의 그래핀 나노플레이트로부터 복수개의 탄소나노튜브가 외부로 뻗어나간 형상을 하고 있어 이러한 구조에 기초하여 나노유체에 사용시 부유하는 특성을 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
(3) 제3단계
상기 제작된 3차원 구조의 나노구조체를 냉각 용매인 에틸렌 글리콜 (Ethylene Glycol)에 분산하여 나노유체를 제조하였다. 3차원 구조의 나노구조체나노입자 첨가후 초음파 처리를 수행하였다. 또한 나노유체 제조시 투입량은 3 vol.% 이하가 바람직하며, 오존처리나 대기압플라즈마 친수처리를 적용하면 분산 안정성이 더욱 증대된다.
구리산화물 나노와이어가 성장된 그래핀 나노플레이트 나노구조체 제조
다차원 구조의 나노구조체로 그래핀 플레이트 상에 성장된 구리산화물 나노와이어를 사용하여 나노유체가 제조된다. 제조공정은 전술한 탄소소재 전처리 공정을 통해 전처리된 그래핀 나노플레이트상에 무전해구리도금을 수행하고 이를 열처리하여 그래핀 나노플레이트상에 구리산화물 나노와이어를 형성한다.
[무전해 도금 공정 및 나노와이어 형성]
전처리된 GNP-Sn4+/Pd는 황산동(CuSO4·5H2O) 0.03 내지 0.05M, 착화제로는 에틸렌 디아민 테트라아세트산 0.12M, 환원제로서, 35% HCHO 24g/L, pH조절제로서 NaOH 24g/L를 혼합하고, pH는 12가 유지되도록 NaOH 첨가량을 조절하면서 무전해 구리도금공정을 수행한다. 도금온도는 30내지 35℃를 유지하고, 시간은 10분 이하로 하여 파우더 전반에 골고루 교반되도록 하는 것이 바람직하다.
도금된 GNP는 공기 중이나 산소분위기 하에서 400내지 500도에서 30~60분간 열처리하여 구리산화물 나노와이어를 성장시킨다. 도 5a 및 도 5b는 그래핀 플레이트 및 그의 확대도이고, 도 6a 및 도 6b는 그래핀 플레이트에 구리가 도금된 상태 및 그의 확대도이고, 도 7a 및 도 7b는 구리산화물 나노와이어가 성장된 그래핀 플레이트 및 그의 확대도(FESEM 이미지)이다. 도 7b에서 보면, 그래핀 플레이트 상에 구리산화물 나노와이어가 성장하여 전체적으로 3차원 구조이면서 중심의 그래핀 나노플레이트로부터 복수개의 구리산화물 나노와이어가 외부로 뻗어나간 형상을 하고 있어 이러한 구조에 기초하여 나노유체에 사용시 부유하는 특성을 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
실험을 위하여, 그래핀 나노플레이트만을 에틸렌 글리콜에 3vol%로 분산시킨 나노유체 1(210), 탄소나노튜브가 성장된 그래핀 나노플레이트를 에틸렌 글리콜에 3vol%로 분산시킨 나노유체 2(220), 및 구리산화물 나노와이어가 성장된 그래핀 나노플레이트를 에틸렌 글리콜에 3vol%로 분산시킨 나노유체 3(230)을 제조하여, 각각 분산안정성을 평가하였다.
도 8a는 분산 직후, 도 8b는 분산 후 1개월 후 및 도 8c는 분산 후 3개월 후의 상태이다. 그래핀 나노플레이트만을 분산시킨 나노유체 1(210)의 경우, 분산 후 1개월 후에부터 상당량이 모두 침전되어 있었다. 이에 반해, 탄소나노튜브가 성장된 그래핀 나노플레이트를 에틸렌글리콜에 분산시킨 나노유체 2(220) 및 구리산화물 나노와이어가 성장된 그래핀 나노플레이트를 에틸렌 글리콜에 분산시킨 나노유체 3(230)의 경우, 분산 후 1개월 후에도 침전이 발생하지 않았고, 3개월이 지난 후에도 침전이 발생하지 않아 장기분산안정성이 있음을 확인할 수 있었다.
도 9는 탄소나노튜브가 성장된 그래핀 플레이트를 포함하는 나노유체에 대한 실시예 1 내지 실시예 4 및 구리산화물 나노와이어가 성장된 그래핀 플레이트가 분산된 나노유체에 대한 실시예 5 내지 실시예 8의 농도에 따른 열전도도 증가율을 도시한 그래프이다.
실시예 1 내지 4에는 탄소나노튜브가 성장된 그래핀 플레이트를 0.5 vol%, 1.0 vol%, 2.0vol% 및 3.0vol%로 에틸렌글리콜에 분산시켰고, 실시예 5 내지 8에는 각각 구리산화물 나노와이어가 성장된 그래핀 플레이트를 0.5 vol%, 1.0 vol%, 2.0vol% 및 3.0vol%로 에틸렌글리콜에 분산시켜 분산매의 열전도도에 대한 열전도도 증가율을 측정하였다.
전체적으로 탄소나노튜브가 성장된 그래핀 플레이트를 분산시킨 나노유체가 구리산화물 나노와이어가 성장된 그래핀 플레이트를 분산시킨 나노유체보다 열전도도 증가율이 다소 높게 나타났는데, 이는 탄소나노튜브 자체의 열전도도가 구리산화물 나노와이어의 열전도도 보다 높은 데 기인한 것으로 보인다. 또한, 탄소나노튜브 또는 구리산화물 나노와이어가 성장된 그래핀 플레이트의 농도가 높을수록 열전도도 증가율이 높았는데, 분산매 자체의 열전도도에 비해 탄소나노튜브 또는 구리산화물 나노와이어가 성장된 그래핀 플레이트가 3.0 vol.% 첨가시 최고 85.4% 열전도도가 상승함을 확인하였다.
본 발명은 다차원 구조의 나노구조체, 예를 들면, 2차원 나노구조체 소재에 1차원 나노구조체 소재를 결합시킨 다차원 나노구조체를 나노유체에 적용하여 기존 나노유체에 비해 더 우수한 고방열 특성 및 장기 안정성을 구현하는 방법에 관한 것이다. 이에 대하여 전술한 바와 같이 실험한 결과, 다차원 구조의 나노구조체를 이용한 나노유체는 방열특성이 우수하면서도 장기분산안정성까지 보유하는 우수한 특성의 나타냄을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
110 그래핀 플레이트
111 표면처리된 그래핀 플레이트
120 촉매
130 탄소나노튜브
210 에틸렌 글리콜에 그래핀 플레이트만 분산된 나노유체
220 에틸렌 글리콜에 탄소나노튜브가 성장된 그래핀 플레이트가 분산된 나노유체
230 에틸렌 글리콜에 구리산화물 나노와이어가 성장된 그래핀 플레이트가 분산된 나노유체

Claims (8)

  1. 분산매; 및
    상기 분산매에 분산되어 있는 3차원 구조를 갖는 나노구조체;를 포함하는 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분산매는 냉각용매인 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 3차원 구조를 갖는 나노구조체는,
    2차원 나노구조체 상에 1차원 나노구조체가 위치하는 것인 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 2차원 나노구조체는 그래핀 플레이트이고,
    상기 1차원 나노구조체는 탄소나노튜브인 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 2차원 나노구조체는 그래핀 플레이트이고,
    상기 1차원 나노구조체는 금속산화물 나노와이어인 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체.
  6. 청구항 4 및 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차원 나노구조체는 상기 2차원 나노구조체 상에서 성장된 것인 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체.
  7. 분산매에 3차원 구조를 갖는 나노구조체를 분산시켜 나노구조체 분산액을 제조하는 분산액 제조단계; 및
    상기 나노구조체 분산액에 초음파를 조사하는 초음파조사단계;를 포함하는 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 초음파조사단계 후에,
    상기 나노구조체 분산액에 오존처리공정 및 대기압 플라즈마처리공정 중 적어도 어느 하나를 수행하는 단계;를 더 포함하는 다차원 구조의 나노구조체를 포함하는 나노유체 제조방법.
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