KR101823289B1 - 나노 입자 기능성화 장치 및 그 방법 - Google Patents

나노 입자 기능성화 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

제안기술은 나노 입자 기능성화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부에서 입자가 순환하는 형태의 순환챔버를 이용하여 나노입자를 기능성화시키는 나노 입자 기능성화 장치 및 그 방법에 관한 발명이다.

Description

나노 입자 기능성화 장치 및 그 방법{Nanoparticles functionalization apparatus and method thereof}
제안기술은 나노 입자 기능성화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부에서 입자가 순환하는 형태의 순환챔버를 이용하여 나노입자를 기능성화시키는 나노 입자 기능성화 장치 및 그 방법에 관한 발명이다.
근래에는 흡착성능이나, 촉매 반응, 초발수 특성, 친수 특성 등의 고기능성 특성을 가진 나노 입자에 나노 튜브 기능성화, 나노 섬유 기능성화, 나노 구조체 기능성화 등에 대한 기술이 요구되고 있다.
나노입자를 기능성화 시킬 수 있는 방법으로는 화학적인 합성법과 물리적인 방법 등이 있다. 화학적인 방법은 대부분 기상에서 이루어지고 있어 건식공정이 반드시 포함되어야 하는 단점이 있다. 물리적인 방법으로는 나노 입자에 에너지를 가하여 새로운 입자를 합성하거나, 기능성을 부여하는 방법이 있다. 고온 플라즈마와 레이저합성 기술 등이 대표적인 에너지를 통한 기능성화 방법으로 볼 수 있다. 특히, 최근 플라즈마 기술은 재료의 표면이나 물성을 변화시키는 용도로 많이 활용되고 있다. 이때 공급 기체, 전극 구조, 입력 전기신호, 진공상태의 변화 등을 통해 다양한 물리/화학적 특성을 가진 활성종을 포함한 플라즈마를 얻을 수 있다.
최근에는 플라즈마의 저온 방전 특성과 공급기체를 제외한 공기 중 대기 방전을 통해 세포나 박테리아 살균 등 바이오와 의료분야에서 상당한 연구가 진행되고 있다. 또한, 액상 방전을 통해서도 신물질이나 나노물질의 합성 등 재료분야에서도 그 활용도가 높아지고 있다.
나노 물질의 기능성화에 영향을 미치는 요인으로는 공급 가스나 액체 상에 포함된 다양한 원자와 분자들이 플라즈마로 이온화된 에너지를 가진 전자나 이온들과 만나면서 형성 가능한 입자에 기능기를 줄 수 있다.
하지만 플라즈마를 활용하여 대량으로 나노입자를 기능성화 시키는데 있어 기능성화된 나노입자의 균일도는 해결해야 할 가장 큰 문제점 중의 하나이다.
또한, 미세한 나노입자로 인해 기능성화가 이루어지는 챔버 내부의 오염으로 인한 입자의 획득율과 내부세척 등도 해결해야 할 문제점 중의 하나다.
한국 등록특허공보 제10-1415688호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 고기능성의 특성을 가진 나노입자를 보다 균일하고 안정적으로 기능성화 시키는데 목적이 있다.
또한, 나노입자를 보다 다양한 조건에서 효율적으로 기능성화 시키는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나노 입자 기능성화 장치에 있어서,
링형상의 관으로 형성되는 순환챔버의 내부에 나노입자 및 기능성유체를 순환시켜 나노입자를 기능성화 시키는 것을 특징으로 한다.
순환챔버는,
순환챔버의 외경부 일측에 형성되며, 나노입자의 순환방향과 수직방향으로 형성되는 주입통로;
주입통로와 180도 간격으로 순환챔버의 외경부에 형성되며, 주입통로와 수직인 방향으로 형성되는 포집통로;
주입통로의 단부에 설치되어 나노입자 및 기능성유체가 주입되는 주입구;
포집통로의 단부에 설치되어 순환챔버 내부의 나노입자가 포집되는 포집구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
순환챔버의 외경부에는 나노입자를 기능성화시키기 위한 기능성유닛 설치되는 기능성유닛 설치부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
기능성유닛은 플라즈마반응기, 레이저, 자외선, 히터, 불꽃, 중성자빔, 이온빔 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
기능성유닛이 플라즈마반응기일 때, 순환챔버 내부에 발생되는 플라즈마의 형태는 아크젯, 고주파 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma), 플라즈마젯, 유전체 장벽 방전(Dielectic Barrier Discharge), 마이크로웨이브 토치 중 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 한다.
플라즈마반응기는 한 개 또는 다수 개로 적용되는 것을 특징으로 한다.
플라즈마반응기가 다수 개 적용될 때, 다수 개의 플라즈마반응기는 서로 같거나 서로 다른 형태의 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
기능성유닛이 플라즈마반응기일 때, 순환챔버의 외경부로부터 순환챔버 외경부의 외측으로 일정 간격 이격된 위치와 순환챔버의 내경부로부터 순환챔버 내경부의 내측으로 일정 간격 이격된 위치에 자기장 코일을 구성하여 순환챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
기능성유닛이 플라즈마반응기일 때, 순환챔버 내부의 중심선을 따라 중심 전극을 구성하고 순환챔버의 외경부로부터 순환챔버 외경부의 외측으로 일정 간격 이격된 위치에 외부 전극을 구성하여, 중심 전극과 외부 전극 사이에 유전체 장벽 방전 구조가 형성되어 중심 전극과 상기 외부 전극 사이에 플라즈마가 방전되는 것을 특징으로 한다.
기능성유닛이 플라즈마반응기일 때, 순환챔버 내부의 중심선을 따라 중심 전극을 구성하고, 외부 전극으로 순환챔버의 내경부와 외경부를 코일 형태로 감아 고주파 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
기능성유닛이 플라즈마반응기일 때, 순환챔버 내부에 기공이 형성된 패널 형상의 전극 집합체 한 쌍을 나노입자의 유동방향과 수직인 방향으로 설치하여 나노입자가 한 쌍의 전극 집합체 사이를 통과할 때 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
기능성유닛 설치부는 순환챔버 내부와 연통되며, 나노입자의 순환방향과 평행하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
기능성유닛 설치부는 순환챔버의 둘레방향으로 서로 일정 간격 이격되어 다수 개 형성되는 것을 특징으로 한다.
순환챔버에 기능성유닛이 다수 개 설치될 때, 다수 개의 기능성유닛은 서로 같은 것을 특징으로 한다.
순환챔버에 기능성유닛이 다수 개 설치될 때, 다수 개의 기능성유닛 서로 다른 것을 특징으로 한다.
기능성유닛 설치부 중 어느 하나의 기능성유닛 설치부는 나노입자의 순환방향에 있어서 주입통로의 후단에 형성되는 것을 특징으로 한다.
기능성유체는 나노입자를 기능성화시키기 위한 피처리물로, 액체 또는 기체 상태인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나노 입자 기능성화 장치를 이용한 기능성화 방법에 있어서,
불활성기체를 순환챔버 내부에 주입시켜 순환챔버 내부에 공기 유동을 형성시키는 단계;
주입구를 통해 나노입자와 나노입자를 기능성화 시키기 위한 기능성유체를 순환챔버 내부에 주입시키는 단계;
나노입자와 기능성유체가 순환챔버 내부를 순환하는 단계;
나노입자와 기능성유체가 순환챔버 내부를 순환하면서 나노 입자의 특성이 파악되는 단계;
기능성유닛에 의해 순환챔버 내부에 플라즈마가 발생되어 나노입자가 기능성화되는 단계;
나노입자가 기능성화되면서 발생되는 불필요한 가스가 필터링되는 단계;
기능성화 된 나노입자의 특성을 파악하는 단계;
주입구를 통하여 불활성기체를 순환챔버 내부에 주입하는 단계;
순환챔버 내부에서 기능성화 된 나노입자가 포집구를 통해 포집되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나노입자가 기능성화되는 단계에서,
기능성화 처리 시간을 제어하여 나노입자의 기능성화 특성을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 나노입자의 기능성화 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 기능성화 처리 시간을 조절하여 기능성화 된 나노입자의 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 나노입자가 기능성화 되는 챔버 내부의 세척이 용이하기 때문에 다양한 종류의 기능성화를 부여할 수 있는 효과가 있다.
또한, 나노입자의 기능성화 뿐만 아니라 다양한 오염물질의 제거를 비롯한 환경정화기술, 의료 및 바이오산업기술, 에너지 및 재료산업, 가공산업 등과 군 무기체계 등에서 다양한 형태의 기술로 응용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 나노 입자의 기능성화 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 나노 입자 기능성화 장치의 제1실시예.
도 3은 본 발명에 따른 나노 입자 기능성화 장치의 제2실시예.
도 4는 본 발명에 따른 기능성유닛이 플라즈마반응기 일 때의 제1실시예.
도 5는 본 발명에 따른 기능성유닛이 플라즈마반응기 일 때의 제2실시예.
도 6은 본 발명에 따른 기능성유닛이 플라즈마반응기 일 때의 제3실시예.
도 7은 본 발명에 따른 기능성유닛이 플라즈마반응기 일 때의 제4실시예.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 나노 입자 기능성화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부에서 입자가 순환하는 형태의 순환챔버를 이용하여 나노입자를 기능성화시키는 나노 입자 기능성화 장치 및 그 방법에 관한 발명이다.
도 1은 본 발명에 따른 나노 입자의 기능성화 순서도를 도시하고 있고, 도 2는 본 발명에 따른 나노 입자 기능성화 장치의 제1실시예를 도시하고 있으며, 도 3은 본 발명에 따른 나노 입자 기능성화 장치의 제2실시예를 도시하고 있고, 도 4는 본 발명에 따른 기능성유닛이 플라즈마반응기 일 때의 제1실시예를 도시하고 있으며, 도 5는 본 발명에 따른 기능성유닛이 플라즈마반응기 일 때의 제2실시예를 도시하고 있고, 도 6은 본 발명에 따른 기능성유닛이 플라즈마반응기 일 때의 제3실시예를 도시하고 있으며, 도 7은 본 발명에 따른 기능성유닛이 플라즈마반응기 일 때의 제4실시예를 도시하고 있다.
본 발명의 나노입자 기능성화 장치는 링형상의 관으로 형성되는 순환챔버(2)의 내부에 기능성화 시키고자 하는 나노입자(4)와 상기 나노입자(4)를 기능성화시키기 위한 피처리 물질인 액체 또는 기체 상태의 기능성유체(6)를 같은 방향으로 동시에 순환시켜 상기 나노입자(4)를 기능성화시키게 된다.
본 발명의 나노입자 기능성화 장치는, 상기 순환챔버(2)와, 상기 순환챔버(2)의 외경부 일측에 형성되며 상기 나노입자(4)의 순환방향과 수직으로 형성되는 주입통로(8)와, 상기 주입통로(8)와 180도 간격으로 상기 순환챔버(2)의 외경부에 형성되며 상기 주입통로(8)와 수직인 방향으로 형성되는 포집통로(12)와, 상기 주입통로(8)의 단부에 설치되어 상기 나노입자(4) 및 기능성유체(6)가 주입되는 주입구(10)와, 상기 포집통로(12)의 단부에 설치되어 상기 순환챔버(2) 내부의 상기 나노입자(4)가 포집되는 포집구(14)를 포함하여 구성된다.
상기 순환챔버(2)의 외경부에는 접선방향을 따라 기능성유닛 설치부(16)가 형성되어 상기 나노입자(4)를 기능성화시키기 위한 기능성유닛(18)이 설치된다.
상기 기능성유닛 설치부(16)는 관형상으로 형성되어 상기 순환챔버(2) 내부와 연통되며, 상기 순환챔버(2) 내부를 순환하는 상기 나노입자(4)의 순환방향과 평행한 방향으로 설치된다.
상기 기능성유닛 설치부(16)는 도 2에 도시된 바와 같이 하나만 형성될 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 순환챔버(2)의 둘레방향으로 서로 일정 간격 이격되어 다수 개 형성될 수도 있다.
도 2와 같이 기능성유닛 설치부(16)가 하나만 형성될 경우 상기 기능성유닛 설치부(16)는 상기 나노입자(4)의 순환방향에 있어서 상기 주입통로(8)의 후단에 설치되어야 하며, 상기 기능성유닛 설치부(16)가 다수 개 형성될 때 상기 기능성유닛 설치부(16) 중 어느 하나의 기능성유닛 설치부(16)는 상기 나노입자(4)의 순환방향에 있어서 상기 주입통로(8)의 후단에 설치되어야 한다.
상기 나노입자(4)를 기능성화시키기 위한 상기 기능성유닛(18)은 플라즈마반응기, 레이저, 자외선, 히터, 불꽃, 중성자빔, 이온빔 등이 될 수 있다.
상기 순환챔버(2)에 형성된 상기 기능성유닛 설치부(16)가 하나일 경우 기능성유닛(18)으로는 상기의 기능성유닛(18) 종류들 중 어느 하나가 적용될 수 있다.
상기 순환챔버(2)에 형성된 상기 기능성유닛 설치부(16)가 다수 개 일 경우 다수 개의 상기 기능성유닛(18)은 서로 같은 종류일수도 있고 서로 다른 종류일 수도 있다.
예를 들어, 도 3에는 3개의 기능성유닛(18)이 설치될 수 있으며, 상기 3개의 기능성유닛(18)은 각각 플라즈마반응기, 레이저, 자외선이 될 수 있으며, 두 개의 플라즈마반응기와 한 개의 히터, 또는 두 개의 중성자빔과 한 개의 이온빔 등 상기에서 나열한 기능성유닛(18)의 종류를 사용하여 다양한 조합의 기능성유닛(18)으로 적용할 수 있다.
도 4 내지 도 7에는 상기 기능성유닛(18)으로 플라즈마반응기를 적용했을 경우의 실시예를 도시하고 있다. 상기 기능성유닛(18)이 플라즈마반응기일 때 상기 플라즈마의 구동 주파수는 수 DC ~ 수 GHz 로 다양하다.
도 4 내지 도 7은 도 2에 도시된 기능성화 장치에 기능성유닛(18)으로 플라즈마반응기가 적용되거나, 도 3에 도시된 기능성화 장치에 적용되는 다수 개의 기능성유닛(18) 중 어느 하나의 기능성유닛(18)으로 플라즈마반응기가 적용됐을 경우의 실시예 이다. 상기 플라즈마 반응기는 다수 개 적용될 수도 있다.
예를 들어, 상기 기능성화 장치에 기능성유닛(18)으로 플라즈마반응기가 적용되었을 때, 상기 플라즈마반응기는 한 개 또는 다수 개로 적용될 수 있고, 상기 기능성화 장치에 기능성유닛(18)으로 상기 플라즈마반응기와 함께 서로 다른 종류의 기능성유닛(18)이 적용되었을 때에도 상기 플라즈마반응기는 다수 개 적용될 수 있다.
상기 기능성유닛(18)이 플라즈마 반응기일 때, 상기 순환챔버(2) 내부에 발생되는 플라즈마는 아크젯, 고주파 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma), 플라즈마젯, 유전체 장벽 방전(Dielectic Barrier Discharge), 마이크로웨이브 토치 중 어느 하나의 형태로 발생된다.
즉, 상기 기능성화 장치에 다수 개의 상기 플라즈마반응기가 적용되었을 때, 다수 개의 상기 플라즈마반응기는 서로 같은 형태의 플라즈마를 발생시킬 수도 있으며 서로 다른 형태의 플라즈마를 발생시킬 수도 있다.
예를 들어, 세 개의 상기 플라즈마반응기가 적용되었을 때, 어느 하나의 플라즈마반응기는 아크젯, 다른 두 개의 플라즈마반응기는 유전체 장벽 방전 형태의 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이는 플라즈마반응기가 발생시키는 플라즈마 형태의 일 실시예일 뿐 상기 플라즈마반응기가 다수 개 적용되었을 때 상기 플라즈마 형태의 조합은 어떤 조합으로도 가능하다.
플라즈마(Plasma)는 자기장에 의해 플라즈마 내부에 입자들을 가둘 수 있기 때문에 상기 기능성유닛(18)으로 상기 플라즈마반응기가 적용됐을 경우, 도 4와 같이 상기 순환챔버(2)의 외경부로부터 상기 순환챔버(2) 외경부의 외측으로 일정 간격 이격된 위치에 자기장 코일(20)을 구성하고, 상기 순환챔버(2)의 내경부로부터 상기 순환챔버(2) 내경부의 내측으로 일정 간격 이격된 위치에 자기장 코일(2)을 구성하여 자기장을 형성함으로써 상기 순환챔버(2) 내부에 플라즈마를 발생시켜 상기 나노입자를 기능성화 시키게 된다.
도 5는 상기 기능성유닛(18)으로 상기 플라즈마반응기가 적용됐을 경우, 상기 순환챔버(2) 내부의 중심선을 따라 도넛 형태의 중심 전극(22)을 구성하고, 상기 순환챔버(2)의 외경부로부터 상기 순환챔버(2) 외경부의 외측으로 일정 간격 이격된 위치에 외부 전극(24)을 구성하여, 상기 중심 전극(22)과 상기 외부 전극(24) 사이에 도넛 형태의 유전체 장벽 방전 구조가 형성되어 상기 중심 전극(22)과 상기 외부 전극(24) 사이에 플라즈마가 방전됨으로써 상기 나노입자(4)를 기능성화 시키게 된다.
도 6은 상기 기능성유닛(18)으로 상기 플라즈마반응기가 적용됐을 경우, 상기 순환챔버(2) 내부의 중심선을 따라 도넛 형태의 중심 전극(22)을 구성하고, 외부 전극(24)으로 상기 순환챔버(2)의 내경부와 외경부를 코일형태로 감아 고주파 유도 결합 플라즈마를 발생시켜 상기 나노입자를 기능성화 시키게 된다.
도 7은 상기 기능성유닛(18)으로 상기 플라즈마반응기가 적용됐을 경우, 상기 순환챔버(2) 내부에 허니콤 또는 기공이 형성된 패널 형상의 전극 집합체(26) 한 쌍을 상기 나노입자(4)의 유동방향과 수직인 방향으로 설치하여 상기 나노입자(4)가 한 쌍의 상기 전극 집합체(26) 사이를 통과할 때 플라즈마 방전이 가능하여 상기 나노입자(4)를 기능성화 시키게 된다.
상기 주입구(10)에는 상기 나노입자(4)와 기능성유체(6)를 정량공급하기 위해 분급기 피더(feeder) 또는 질량 유량 제어기(mass flow controller)가 설치되고, 상기 주입통로(8)에는 상기 주입구(8)를 통해 주입되는 상기 나노입자(4) 및 기능성유체(6)의 역류를 방지하며 주입되는 나노입자(4)의 특성 및 농도를 제어하여 선택적으로 주입하기 위한 필터 또는 밸브(28)가 구성된다.
상기 포집통로(12)에는 상기 순환챔버(2) 내부에서 기능성화 된 상기 나노입자(4)의 특성 및 농도를 제어하여 선택적으로 투과시키기 위한 필터 또는 밸브(30)가 설치된다.
상기 순환챔버(2)의 내측 표면에는 전도성물질(Transparent Conducting Oxide, Indium Tin Oxide, Cu, Al, Steel Use Stainless)이 코팅되고, 상기 순환챔버(2)의 외측 표면에는 히터 또는 초음파장치(32)가 설치되어 상기 순환챔버(2)의 내측 표면에 부착되는 상기 나노입자(4)를 탈착시키게 된다.
상기 순환챔버(2) 내부에는 상기 나노입자(4)와 기능성유체(6)가 균일하게 섞일 수 있도록 블로워 또는 초음파 진동자를 설치하게 되며, 상기 순환챔버(2) 내부를 순환하는 상기 나노입자(4)와 기능성유체(6)의 유동 속도를 제어하기 위한 센서가 설치된다.
또한, 상기 순환챔버(2) 내부의 온도 및 습도를 조절하기 위한 센서가 설치되고, 상기 순환챔버(2)의 내부에는 상기 나노입자(4)의 특성을 파악하기 위한 센서가 설치되어 기능성화 되기 전 상기 나노입자(4)의 크기, 개수 및 농도 등을 측정하게 되고, 상기 나노입자(4)가 기능성화 된 후 다시 한 번 상기 나노입자(4)의 크기, 개수 및 농도 등과 같은 특성을 측정하게 된다.
또한, 상기 순환챔버(2)의 내부에는 나노입자(4)의 크기 측정기, 입자 개수기, 입자 농도 측정기, 집진기, 입도 분석기 등의 센서가 포함될 수 있다.
상기 나노입자(4)와 기능성유체(6)는 상기 주입구(10)를 통하여 주입될 수도 있지만 상기 기능성유닛(18)을 통하여 주입될 수도 있다. 따라서, 상기 주입구(10) 및 상기 기능성유닛(18)에는 액상 혹은 에어로졸 상의 전구체를 상기 나노입자(4)로 입자화시키기 위한 초음파분사노즐이 장착된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 나노입자 기능성화 장치를 이용하여 나노입자(4)를 기능성화 시키는 방법은,
불활성기체를 순환챔버(2) 내부에 주입시켜 상기 순환챔버(2) 내부에 공기 유동을 형성시키는 단계;
주입구(10)를 통해 나노입자(4)와 상기 나노입자(4)를 기능성화 시키기 위한 기능성유체(6)를 상기 순환챔버(2) 내부에 주입시키는 단계;
상기 나노입자(4)와 상기 기능성유체(6)가 상기 순환챔버(2) 내부를 순환하는 단계;
상기 나노입자(4)와 상기 기능성유체(6)가 상기 순환챔버(2) 내부를 순환하면서 상기 나노입자(4)의 특성이 파악되는 단계;
기능성유닛(18)에 의해 상기 순환챔버(12) 내부에 플라즈마가 발생되어 상기 나노입자(4)가 기능성화되는 단계;
상기 나노입자(4)가 기능성화되면서 발생되는 불필요한 가스가 필터링되는 단계;
기능성화 된 상기 나노입자(4)의 특성을 파악하는 단계;
상기 주입구(10)를 통하여 불활성기체를 상기 순환챔버(2) 내부에 주입하는 단계;
상기 순환챔버(2) 내부에서 기능성화 된 상기 나노입자(4)가 포집구(14)를 통해 포집되는 단계;를 포함하여 진행된다.
먼저, 주입구(10)를 통해 상기 순환챔버(2) 내부에 Ar, He, N2 등의 불활성 기체를 주입하여 상기 순환챔버(2) 내부에 공기 유동을 형성시키게 된다.
이후 상기 주입구(10) 또는 상기 기능성유닛(18)을 통해 상기 나노입자(4)와 상기 나노입자(4)의 피처리물인 기능성유체(6)를 함께 주입한다. 예를 들어, 친수성인 나노입자(4)의 표면에 소수성 코팅을 하기 위해서는 C와 F 계열이 포함된 가스로 CF4, SF6 등을 활용할 수 있으며, 상기 나노입자(4)의 친수성을 높이기 위해서는 기존 불활성 기체에 O2나 H2 등을 추가하여 친수성화 시킬 수 있다. 그밖에도 암모니아(-NH2 그룹), 아세트산 그룹(-COOH) 등이 포함될 수 있고, 다양한 기능성 유체를 동시에 주입하여 상기 나노입자(4)의 표면을 처리하여 기능성화 시킬 수 있다.
상기 순환챔버(2) 내부에서 상기 나노입자(4)와 기능성유체(6)의 순환이 이루어지면서 상기 나노입자(4)의 크기와 농도 등의 특성을 파악되면, 상기 기능성유닛(18)을 통해 상기 나노입자(4)가 기능성화된다. 상기 기능성유닛(18)은 플라즈마반응기, 레이저, 자외선, 히터, 불꽃, 중성자빔, 이온빔 일 수 있으며, 상기 기능성유닛(18)이 플라즈마반응기일 경우 상기 나노입자(4)는 플라즈마 방전을 통해 기능성화 된다.
상기와 같이 상기 나노입자(4)가 기능성화 될 때, 기능성화 처리 시간을 조절하여 제어함으로써 상기 나노입자(4)의 기능성화 특성을 조절할 수 있게 된다.
상기 나노입자(4)가 기능성화되면서 발생되는 불필요한 가스들은 필터링되고, 기능성화 된 상기 나노입자(4)의 크기와 농도 등의 특성을 파악한 후 다시 한 번 불활성기체를 상기 순환챔버(2) 내부에 주입하여 상기 포집구(14)에서 기능성화 된 상기 나노입자(4)를 포집하게 되면 본 발명의 기능성화 장치를 이용한 기능성화 공정이 종료된다.
상기에서 설명한 본 발명의 나노입자 기능성화 장치 및 그 방법에 의해 고기능성의 특성을 가진 나노입자(4)를 보다 다양한 조건에서 균일하고 안정적으로 기능성화 시킬 수 있어 기능성화 효율을 높일 수 있는 효과가 있으며, 기능성화 처리 시간을 조절하여 기능성화 된 나노입자(4)의 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 나노입자(4)가 기능성화 되는 순환챔버(2)의 구조가 단순하여 내부의 세척이 용이하기 때문에 다양한 종류의 기능성화를 부여할 수 있는 효과가 있다.
또한, 나노입자(4)의 기능성화 뿐만 아니라 다양한 오염물질의 제거를 비롯한 환경정화기술, 의료 및 바이오산업기술, 에너지 및 재료산업, 가공산업 등과 군 무기체계 등에서 다양한 형태의 기술로 응용할 수 있는 효과가 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
2 : 순환챔버
4 : 나노입자
6 : 기능성유체
8 : 주입통로
10 : 주입구
12 : 포집통로
14 : 포집구
16 : 기능성유닛 설치부
18 : 기능성유닛
20 : 자기장 코일
22 : 중심 전극
24 : 외부 전극
26 : 전극 집합체
28 : 주입통로에 설치되는 필터 또는 밸브
30 : 포집통로에 설치되는 필터 또는 밸브
32 : 초음파장치

Claims (19)

  1. 링형상의 관으로 형성되는 순환챔버;
    상기 순환챔버의 외경부 일측에 형성되며, 나노입자의 순환방향과 수직방향으로 형성되는 주입통로;
    상기 주입통로와 180도 간격으로 상기 순환챔버의 외경부에 형성되며, 상기 주입통로와 수직인 방향으로 형성되는 포집통로;
    상기 주입통로의 단부에 설치되어 상기 나노입자, 상기 나노입자를 기능성화 시키기 위한 피처리물인 기능성유체 및 상기 순환챔버 내부에 공기 유동을 형성시키는 불활성 기체가 주입되는 주입구;
    상기 포집통로의 단부에 설치되어 상기 순환챔버 내부의 상기 나노입자가 포집되는 포집구;를 포함하며,
    상기 순환챔버의 내부에 나노입자 및 기능성유체를 순환시켜 상기 나노입자를 기능성화 시키며,
    상기 순환챔버의 외경부 접선방향을 따라 상기 순환챔버 내부와 연통되도록, 상기 나노입자를 기능성화시키기 위한 기능성유닛 설치되는 기능성유닛 설치부가 형성되며,,
    상기 기능성유닛은 플라즈마반응기로서, 상기 순환챔버 내부에 발생되는 플라즈마의 형태는 아크젯, 고주파 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma), 플라즈마젯, 유전체 장벽 방전(Dielectic Barrier Discharge), 마이크로웨이브 토치 중 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 나노입자 기능성화 장치.
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  8. 제1항에 있어서,
    상기 기능성유닛은 상기 순환챔버의 외경부로부터 상기 순환챔버 외경부의 외측으로 일정 간격 이격된 위치와 상기 순환챔버의 내경부로부터 상기 순환챔버 내경부의 내측으로 일정 간격 이격된 위치에 자기장 코일을 구성하여 상기 순환챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 나노입자 기능성화 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기능성유닛은 상기 순환챔버 내부의 중심선을 따라 중심 전극을 구성하고 상기 순환챔버의 외경부로부터 상기 순환챔버 외경부의 외측으로 일정 간격 이격된 위치에 외부 전극을 구성하여, 상기 중심 전극과 상기 외부 전극 사이에 유전체 장벽 방전 구조가 형성되어 상기 중심 전극과 상기 외부 전극 사이에 플라즈마가 방전되는 것을 특징으로 하는 나노입자 기능성화 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기능성유닛은, 상기 순환챔버 내부의 중심선을 따라 중심 전극을 구성하고, 외부 전극으로 상기 순환챔버의 내경부와 외경부를 코일 형태로 감아 고주파 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 나노입자 기능성화 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기능성유닛은 상기 순환챔버 내부에 기공이 형성된 패널 형상의 전극 집합체 한 쌍을 상기 나노입자의 유동방향과 수직인 방향으로 설치하여 상기 나노입자가 한 쌍의 상기 전극 집합체 사이를 통과할 때 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 나노입자 기능성화 장치.
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  18. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항의 나노입자 기능성화 장치를 이용한 나노입자 기능성화 방법에 있어서,
    상기 주입구를 통해 불활성기체를 순환챔버 내부에 주입시켜 상기 링형상의 관으로 형성된 순환챔버 내부에 공기 유동을 형성시키는 단계;
    상기 주입구를 통해 상기 나노입자와 기능성유체를 상기 순환챔버 내부에 주입시키는 단계;
    상기 나노입자와 상기 기능성유체가 상기 순환챔버 내부를 순환하는 단계;
    상기 나노입자와 상기 기능성유체가 상기 순환챔버 내부를 순환하면서 상기 나노 입자의 특성이 파악되는 단계;
    상기 기능성유닛인 플라즈마 반응기 의해 상기 순환챔버 내부에 플라즈마가 발생되어 상기 나노입자가 기능성화되는 단계;
    상기 나노입자가 기능성화되면서 발생되는 불필요한 가스가 필터링되는 단계;
    기능성화 된 상기 나노입자의 특성을 파악하는 단계;
    상기 주입구를 통하여 불활성기체를 상기 순환챔버 내부에 주입하는 단계;
    상기 순환챔버 내부에서 기능성화 된 상기 나노입자가 포집구를 통해 포집되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자 기능성화 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 나노입자가 기능성화되는 단계에서,
    기능성화 처리 시간을 제어하여 상기 나노입자의 기능성화 특성을 조절하는 것을 특징으로 하는 나노입자 기능성화 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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