KR102093293B1 - 진공기공을 갖는 나노입자 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 진공기공을 갖는 나노입자 구조체를 제공한다. 진공기공을 갖는 나노입자 구조체는 복수개의 나노입자들이 서로 결합된 응집체 및 상기 응집체 내에 위치하되, 상기 나노입자들로 둘러싸인 닫힌 기공을 포함하고, 상기 닫힌 기공은 진공상태인 것을 특징으로 한다.

Description

진공기공을 갖는 나노입자 구조체{Nanoparticle structure containing vacuum-pore}
본 발명은 나노입자 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공기공을 갖는 나노입자 구조체에 관한 것이다.
나노기술은 나노미터(nm) 크기의 구조나 물질을 다루는 기술이다. 여기서 다루는 크기는 아주 작게는 1 nm 이하로부터 수백 nm에 이른다.
최근 나노미터 크기를 갖는 물질들이 관심을 끌고 있는 이유는 물질의 크기가 나노미터로 작아지면 벌크 상태에서는 볼 수 없었던 새로운 물리적 특성들이 나타나고, 이러한 나노물질들의 크기와 모양이 변화하면 거기에 따라서 이 새로운 특성들도 변화한다는 사실 때문이다.
즉, 물질들은 마이크로미터 크기에서는 대부분 벌크 형태에서 나타나는 물리적 특성을 유지하지만, 나노미터 크기로 축소되면 벌크 형태와는 아주 상이한 물리적 특성을 보이는 것이 보통이다. 예를 들면, 결정이 나노미터 수준으로 작아지면 융점이 낮아지는데, 심한 경우에는 1000 ℃까지도 차이가 나고, 결정격자상수(lattice constant)도 적어지는데, 그 이유는 물질의 표면에 존재하는 원자나 이온의 비율이 증가함에 따라서 표면 에너지가 점점 중요한 역할을 하기 때문이다.
따라서, 나노물질의 모양과 크기에 따라서 발현되는 다양한 물리·화학적 특성들을 응용하기 위하여 나노물질과 관련된 연구들 중 크기와 모양이 다양한 새로운 나노입자들의 합성과 관련한 연구가 특히 활발하게 이루어지고 있다.
한편, 본 발명은 이러한 나노물질 자체의 특성 뿐만 아니라, 이러한 나노물질 예컨대 나노입자들이 모인 나노입자 구조체에 대하여 관심을 가지고 연구하였다.
즉, 나노입자들이 모인 나노입자 구조체의 경우, 나노입자들 사이에 기공이 생기게 되며, 이러한 기공을 가진 나노입자 구조체인 다공성 구조체를 제조할 수 있게 된다. 따라서, 이러한 다공성 구조체의 특성에 따라 다양한 응용분야에 적용될 수 있을 것이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0058768호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 진공기공을 갖는 나노입자 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은 진공기공을 갖는 나노입자 구조체를 제공한다. 이러한 진공기공을 갖는 나노입자 구조체는 복수개의 나노입자들이 서로 결합된 응집체 및 상기 응집체 내에 위치하되, 상기 나노입자들로 둘러싸인 닫힌 기공을 포함하고, 상기 닫힌 기공은 진공상태인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 나노입자는 무기물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무기물은 SiO2, Al2O3 또는 TiO2를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수개의 나노입자들은 부분 소결된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수개의 나노입자들은 표면 소결된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수개의 나노입자들의 소결 두께는 상기 나노입자들의 직경 대비 10% 내지 90%의 두께인 것을 특징으로 하고, 상기 소결 두께는 상기 나노입자들이 중첩된 두께인 것이다.
또한, 상기 복수개의 나노입자들의 직경크기는 10 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 닫힌 기공의 직경크기는 공기의 평균자유행정 길이보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 닫힌 기공의 직경크기는 50 nm 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면은 진공기공을 갖는 나노입자 구조체를 포함하는 시트를 제공한다. 이러한 시트는 상술한 본 발명 진공기공을 갖는 나노입자 구조체를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면은 진공기공을 갖는 나노입자 구조체를 포함하는 적층체를 제공한다. 이러한 적층체는 지지체 및 상기 지지체 상에 위치하는 나노입자 구조체층을 포함하고, 상기 나노입자 구조체층은 복수개의 나노입자들이 서로 결합된 응집체 및 상기 응집체 내에 위치하되, 상기 나노입자들로 둘러싸인 닫힌 기공을 포함하고, 상기 닫힌 기공은 진공상태인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 나노입자는 무기물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무기물은 SiO2, Al2O3 또는 TiO2를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수개의 나노입자들은 표면 소결된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수개의 나노입자들의 소결 두께는 상기 나노입자들의 직경 대비 10% 내지 90%의 두께인 것을 특징으로 하고, 상기 소결 두께는 상기 나노입자들이 중첩된 두께인 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면은 진공기공을 갖는 나노입자 구조체를 제공한다. 진공기공을 갖는 나노입자 구조체는 상술한 진공기공을 갖는 나노입자 구조체 제조방법으로 제조된 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 나노입자들로 둘러싸인 닫힌 기공을 포함하고, 상기 닫힌 기공은 진공상태인 것을 특징으로 하는 진공기공을 갖는 나노입자 구조체를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명 나노입자 구조체는 닫힌 기공이 진공상태인 바, 닫힌 기공이 공기인 나노입자 구조체에 비하여 열전도도 특성이 낮은 효과가 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 구조체에 관한 일 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 구조체를 포함하는 적층체에 관한 일 단면도이다.
도 3은 본 발명의 입자 포커싱 및 소결단계를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 구조체 제조방법에 관한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 구조체 제조방법을 나타낸 개념도이다.
도 6은 나노입자 포커싱 장치의 각 단의 입구압력(Pa)을 나타낸 그래프이다.
도 7은 나노입자 포커싱 장치의 6단 토출시 입자 직경별 beam diameter를 나타낸 그래프이다.
도 8은 나노입자 포커싱 장치로 포커싱된 최종 입자 직경별 통과 효율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 가스 압력과 pore size에 따른 유효열전도도를 측정한 그래프이다.
도 10은 가스 압력과 pore size에 따른 유효열전도도를 측정한 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공기공을 갖는 나노입자 구조체를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 구조체에 관한 일 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 구조체는 복수개의 나노입자들(210)이 서로 결합된 응집체(200) 및 상기 응집체(200) 내에 위치하되, 상기 나노입자들(210)로 둘러싸인 닫힌 기공(220)을 포함하고, 상기 닫힌 기공(220)은 진공상태인 것을 특징으로 한다.
이러한 나노입자들(210)의 직경 크기는 10 nm 내지 100 nm일 수 있다. 만일, 나노입자들(210)의 직경 크기가 10 nm 미만인 경우, 제조되는 나노입자 구조체 내의 닫힌 기공(220)의 크기가 작을 수 있고, 만일 나노입자들(210)의 직경 크기가 100 nm를 초과하는 경우, 제조되는 나노입자 구조체의 닫힌 기공(220)의 크기가 공기 평균자유행정(mean free path)보다 커져서 대기 중에서 닫힌 기공의 진공 상태를 유지하기 어려울 수 있다. 한편, 공기 평균자유행정의 길이는 300K 및 1 atm에서 약 67nm이다.
또한, 본 발명에 따른 나노입자 구조체의 닫힌 기공(220)의 직경크기는 공기의 평균자유행정 길이보다 작은 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 상기 닫힌 기공(220)의 직경크기는 50 nm 이하일 수 있다.
또한, 상기 나노입자(210)는 무기물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 상기 무기물은 SiO2, Al2O3 또는 TiO2를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 이러한 복수개의 나노입자들(210)은 부분 소결된 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 이러한 복수개의 나노입자들(210)은 표면 소결된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 나노입자들(210)의 표면 소결된 소결 두께는 상기 나노입자들(210)의 직경 대비 10% 내지 90%의 두께인 것을 특징으로 한다. 이때의 소결 두께는 상기 나노입자들(210)이 중첩된 두께를 의미한다.
이는 본 발명 나노입자 구조체 내의 닫힌 기공(220)이 진공상태가 되기 위하여는 진공상태에서 입자를 포커싱하고 진공소결하여 제조되는 것이 바람직하다. 이와 같이 제조된 나노입자 구조체의 나노입자(210)의 소결 두께가 나노입자들(210)의 직경 대비 90% 초과일 경우, 응집된 입자가 전부 용융된 상태가 되어 진공 기공이 파괴될 수 있다. 또한, 만일, 소결 두께가 나노입자들(210)의 직경 대비 10% 미만일 경우, 입자 분리 가능성이 커질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 나노입자 구조체를 이루는 나노입자들(210)은 완전 소결이 아닌 부분 소결된 것이 특징이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공기공을 갖는 나노입자 구조체를 포함하는 시트를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 구조체를 포함하는 적층체를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 구조체를 포함하는 적층체에 관한 일 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 구조체를 포함하는 적층체는 지지체(1) 및 상기 지지체(1) 상에 위치하는 나노입자 구조체층(2)을 포함할 수 있다.
지지체(1)는 필요에 따라 공지된 다양한 물질을 사용할 수 있다.
나노입자 구조체층(2)은 지지체(1) 상에 위치할 수 있다. 이러한 나노입자 구조체층은 본 발명에 따른 나노입자 구조체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 나노입자 구조체층(2)은 복수개의 나노입자들이 서로 결합된 응집체 및 상기 응집체 내에 위치하되, 상기 나노입자들로 둘러싸인 닫힌 기공을 포함하고, 상기 닫힌 기공은 진공상태인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 나노입자는 무기물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 상기 무기물은 SiO2, Al2O3 또는 TiO2를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수개의 나노입자들은 표면 소결된 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 상기 복수개의 나노입자들의 소결 두께는 상기 나노입자들의 직경 대비 10% 내지 90%의 두께인 것을 특징으로 하고, 상기 소결 두께는 상기 나노입자들이 중첩된 두께인 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 구조체 제조방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공기공을 갖는 나노입자 구조체 제조방법은 복수개의 나노입자들을 준비하는 단계 및 입자 포커싱 및 소결단계를 포함할 수 있다.
먼저, 복수개의 나노입자들을 준비한다.
예를 들어, 이때의 나노입자들은 무기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 무기물은 SiO2, Al2O3 또는 TiO2를 포함할 수 있다.
또한, 예를 들어, 이러한 나노입자들의 직경 크기는 10 nm 내지 100 nm일 수 있다. 만일, 나노입자들의 직경 크기가 10 nm 미만인 경우, 제조되는 나노입자 구조체 내의 닫힌 기공의 크기가 작을 수 있고, 만일 나노입자들의 직경 크기를 100 nm를 초과하는 경우, 제조되는 나노입자 구조체의 닫힌 기공의 크기가 공기 평균자유행정(mean free path)보다 커져서 대기 중에서 닫힌 기공의 진공 상태를 유지하기 어려울 수 있다. 한편, 공기 평균자유행정의 길이는 300K 및 1 atm에서 약 67nm이다.
따라서, 필요에 따라 나노입자들의 크기를 선택적으로 분류하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 이에 대하여는 후술하기로 한다.
이러한 복수개의 나노입자들은 공지된 다양한 방법들을 이용하여 제조할 수 있다.
예를 들어, 실리카 나노 입자는 열 플라즈마를 이용한 나노입자 제조방법을 수행하여 제조할 수 있다. 구체적으로 열 플라즈마의 발생장치로 플라즈마 토치를 사용하고, 열 플라즈마 발생을 위한 기체를 운송가스로 사용하여 실리카 미크론 또는 서브미크론 분말을 플라즈마 반응장치에 공급하고, 열 플라즈마의 아크중심으로부터 아크 바깥부분으로의 급격한 온도구배에 의해 주입된 분말을 기화시킨 후 급속 냉각을 통한 나노입자 제조가 가능하다.
다른 예를 들어, 실리카 나노 입자는 졸겔법을 수행하여 제조할 수 있다. 구체적으로 물 및 에탄올 용매 중에 암모니아 촉매 존해하에 실리카 전구체인 테트라에톡시실란을 가수분해 및 축중합시킴으로써 구형의 실리카 나노 입자를 얻을 수 있다.
또한, 복수개의 나노입자들을 준비하는 단계에서, 상기 나노입자들은 이송가스 상에 부유하는 것을 특징으로 한다. 이는 다음 단계에서 입자 포커싱을 진행하기 위하여 나노입자들을 이송가스와 함께 부유하도록 준비할 수 있다. 예를 들어, 복수개의 나노입자들을 에어로졸(Aerosol) 상태로 준비할 수 있다.
예를 들어, 이때의 이송가스는 아르곤 가스, 질소 가스 또는 수소 가스를 포함할 수 있다.
그 다음에, 입자 포커싱 및 소결을 수행한다.
이러한 입자 포커싱 및 소결단계는 나노입자 포커싱 단계 및 진공 소결 단계를 포함할 수 있다.
입자 포커싱 단계는 상기 나노입자들을 진공상태에서 응집시키고, 진공 소결 단계는 이러한 진공상태에서 응집된 나노입자들을 진공 소결하여 상기 나노입자들이 서로 결합된 응집체를 제조하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 진공상태에서 나노입자들을 응집시키기 때문에 상기 제조된 응집체는 내부에 상기 나노입자들로 둘러싸인 닫힌 기공을 포함하되, 이러한 닫힌 기공은 진공상태가 될 수 있다. 따라서, 이러한 진공상태에서 계속하여 진공 소결을 수행함으로써 진공기공을 가진 나노입자 구조체를 제조할 수 있다.
입자 포커싱(particle focusing)은 입자를 집중화하는 기술로서, 예를 들어, 미세유동 시스템을 이용하여 미세입자를 집중화할 수 있다. 구체적 예로 입자 포커싱은 이송 가스 중에 부유중인 입자를 아주 작은 공간에 집속시키는 기술로 이렇게 생성된 고집속 입자유동을 입자빔(particle beam)이라고 부른다.
예를 들어, 이러한 나노입자 포커싱은 다단 진공 포커싱 장치를 통과하여 각 단(stage)에서 진공을 낮춰가며, 특정입자 크기 이하만 각 단을 통과하고, 원하는 빔 직경(beam diameter) 이하의 나노입자들을 집중화할 수 있다.
또한, 예를 들어, 이러한 진공 소결 단계(S220)는 나노입자 포커싱을 수행하는 장치의 최종 단(stage)에서 나노입자를 가열하여 소결을 수행할 수 있다.
예를 들어, 실리카 나노입자를 100 Pa 이하의 압력 및 600 ℃ 내지 1500 ℃의 온도로 가열하여 진공 소결할 수 있다.
예를 들어, 상기 나노입자들을 저항발열체 또는 레이저를 이용하여 가열하여 소결시킬 수 있다.
한편, 진공 소결 단계에서, 진공 소결은 상기 나노입자들의 표면을 소결시키는 것을 특징으로 한다. 즉, 나노입자들을 완전 소결시키지 않고, 표면만 소결시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 소결시키는 나노입자들의 소결 두께는 상기 나노입자들의 직경 대비 10% 내지 90%의 두께인 것을 특징으로 한다. 이때의 소결 두께는 상기 나노입자들이 중첩된 두께를 의미한다.
이는 진공 소결 후에, 압력을 대기압으로 상승하게 되는데, 압력 상승을 통한 입자 속도 감소 및 포집시 충격으로 인한 깨짐을 방지하기 위함이다.
만일, 소결 두께가 나노입자들의 직경 대비 90% 초과일 경우, 응집된 입자가 전부 용융된 상태가 되어 진공 기공이 파괴될 수 있다. 또한, 만일, 소결 두께가 나노입자들의 직경 대비 10% 미만일 경우, 입자 분리 가능성이 커질 수 있다.
예를 들어, 상기 나노입자들을 소결시키는 온도는 상기 나노입자들의 용융온도의 50% 내지 90%의 온도인 것을 특징으로 한다. 따라서, 나노입자들을 소결시키는 온도를 제어하여 소결시키는 나노입자들의 소결 두께를 상기 나노입자들의 직경 대비 10% 내지 90%의 두께로 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 제조된 나노입자 구조체는 진공상태에서 제조된 바, 내부 닫힌기공 크기가 공기 평균자유행정(mean free path) 이하로서 대기 중에서 진공 상태를 유지할 수 있다.
한편, 경우에 따라, 상기 나노입자들을 준비하는 단계 및 상기 응집체를 제조하는 단계 사이에, 상기 나노입자들을 크기별로 분류하는 단계를 더 포함할 수 있다.
나노입자들을 크기별로 분류하는 단계에서, 상기 나노입자들의 직경이 10 nm 내지 100 nm인 것을 선택적으로 분류하는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 나노입자들의 분리를 위해 전기이동도 또는 다단 임팩터를 이용한 분리장치를 이용할 수 있다.
예를 들어, 1차로 저압 다단 임팩터를 이용하여 입자를 선택적으로 크기에 따라 분리하고 2차로 전기장을 이용하여 전기력에 의해 크기에 따라 분리하며 각각의 장치의 전기장 제어부를 통해 포집되는 입자의 크기에 따라 공정압력 및 전기장의 세기를 조절할 수 있다. 그리고, 입자 크기를 선택적으로 포집하고 난 후 원하는 포집입자크기보다 작은 입자들은 포집장치를 사용하여 일괄 포집될 수 있다.
도 3은 본 발명의 입자 포커싱 및 소결단계를 나타낸 개념도이다.
도 3을 참조하면, 입자 포커싱 장치로서 다단 진공 포커싱 장치의 개념도로서, multi-pressre chamber가 도시되어 있다.
먼저 제1단(10)으로 에어로졸 주입구(Aerosol inlet)로 이송가스 상에 부유하는 나노입자를 주입할 수 있다.
그 다음에 이러한 나노입자는 제2단(20) 및 제3단(30)을 통과하게 되고, 각 단(stage)에서 진공 제어(pressure control)를 통해 진공을 낮춰가며, 특정입자 크기 이하만 각 단을 통과하고, 원하는 빔 직경(beam diameter) 이하의 나노입자들을 집중화할 수 있다.
그리고, 제일 마지막 단인 제3단(30)에는 가열(Heating)할 수 있는 가열장치를 구비함으로써, 진공상태에서 가열하여 진공 소결시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 구조체 제조방법에 관한 개념도이다.
도 4(a)는 나노입자 분류(Nanoparicle classification)를 위하여 전기이동도를 이용한 분리장치를 나타낸 개념도이다.
도 4(a)를 참조하면, 전기장을 이용하여 전기력에 의해 크기에 따라 분리할 수 있다.
도 4(b)는 나노입자 포커싱(Nanoparticle focusing)을 위하여 다단 진공 포커싱 장치를 나타낸 개념도이다.
도 4(b)를 참조하면, 이송가스로 Ar 가스를 사용하였고, 부유상태의 나노입자들을 복수의 단(stage)을 거치고, 진공을 낮춰가며 나노입자들을 집중화한 후, 마지막 단에서 가열장치에 의해 나노입자들의 표면을 진공소결할 수 있다.
실험예
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 구조체 제조방법을 나타낸 개념도이다.
도 5를 참조하면, 도 5에서는 muti-pressure chamber를 3단으로 도시하였으나, 중간에 단을 추가하여 6단 진공 포커싱 장치를 설계하였다.
Pre-stage 0번째 단 포함 총 7단의 포커싱 렌즈를 설계하였다. 마지막 6단에는 가열장치를 구비하였다.
하기 표 1은 각 단의 노즐 직경(Nozzle diameter)을 나타낸 표이다.
stage 0 1 2 3 4 5 6
Nozzle diameter(mm) - 6.35 6.31 6.25 6.16 5.84 7.97
도 5는 나노입자 포커싱 장치의 각 단의 입구압력(Pa)을 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, 각 단의 입구압력(Pa)의 크기는 점차적으로 낮아지게 설계하였다.
도 6은 나노입자 포커싱 장치의 6단 토출시 입자 직경별 beam diameter를 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면 20nm 입자 기준으로 beam diameter가 0.0851 mm임을 확인할 수 있다.
도 7은 나노입자 포커싱 장치로 포커싱된 최종 입자 직경별 통과 효율을 나타낸 그래프이다. 도 7을 참조하면, 20nm 입자 기준으로 최종 입자 직경별 통과 효율이 90.06%임을 확인할 수 있다.
도 8은 가스 압력과 pore size에 따른 유효열전도도를 측정한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 가스압력이 0.01 bar 내지 1 bar에서 기공 크기(pore size)가 20nm, 35nm, 50nm 및 80nm인 경우의 유효열전도도 값을 확인할 수 있다.
도 9는 가스 압력과 pore size에 따른 유효열전도도를 측정한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 가스압력이 0.01 bar, 0.1 bar 및 1 bar에서 pore size에 따른 유효열전도도를 측정하였다. 그 결과, 가스압력 1bar(상압) 에서도 기공 크기(pore size)가 약 36nm인 경우, 유효 열전도도 3.945 mW/(mK) 임을 확인할 수 있다. 한편 참고로 가스압력 1bar에서의 공기의 열전도도는 약 26.2 mW/(mK) 이다.
따라서, 진공상태로 기공 크기를 유지 시, 공기 열전도도보다 낮은 진공 유효 열전도도를 유지함을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 나노입자들로 둘러싸인 닫힌 기공을 포함하고, 상기 닫힌 기공은 진공상태인 것을 특징으로 하는 진공기공을 갖는 나노입자 구조체를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명 나노입자 구조체는 닫힌 기공이 진공상태인 바, 닫힌 기공이 공기인 나노입자 구조체에 비하여 열전도도 특성이 낮은 효과가 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 지지체 2: 나노입자 구조체층
10: 제1 단 20: 제2 단
30: 제3 단 200: 응집체
210: 나노입자 220: 닫힌 기공

Claims (15)

  1. 복수개의 나노입자들이 서로 결합된 응집체; 및
    상기 응집체 내에 위치하되, 상기 나노입자들로 둘러싸인 닫힌 기공을 포함하고,
    상기 닫힌 기공은 진공상태인 것을 특징으로 하고,
    상기 복수개의 나노입자들은 부분 소결된 것이되, 표면 소결된 것을 특징으로 하고,
    상기 복수개의 나노입자들의 소결 두께는 상기 나노입자들의 직경 대비 10% 내지 90%의 두께인 것을 특징으로 하고, 상기 소결 두께는 상기 나노입자들이 중첩된 두께인 것이고,
    상기 복수개의 나노입자들의 직경크기는 10 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 하고,
    상기 닫힌 기공의 직경크기는 공기의 평균자유행정 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 진공기공을 갖는 나노입자 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자는 무기물을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공기공을 갖는 나노입자 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 무기물은 SiO2, Al2O3 또는 TiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공기공을 갖는 나노입자 구조체.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 닫힌 기공의 직경크기는 50 nm 이하인 것을 특징으로 하는 진공기공을 갖는 나노입자 구조체.
  10. 제1항의 진공기공을 갖는 나노입자 구조체를 포함하는 시트.
  11. 지지체; 및
    상기 지지체 상에 위치하는 나노입자 구조체층을 포함하고,
    상기 나노입자 구조체층은 복수개의 나노입자들이 서로 결합된 응집체 및 상기 응집체 내에 위치하되, 상기 나노입자들로 둘러싸인 닫힌 기공을 포함하고, 상기 닫힌 기공은 진공상태인 것을 특징으로 하고,
    상기 복수개의 나노입자들은 부분 소결된 것이되, 표면 소결된 것을 특징으로 하고,
    상기 복수개의 나노입자들의 소결 두께는 상기 나노입자들의 직경 대비 10% 내지 90%의 두께인 것을 특징으로 하고, 상기 소결 두께는 상기 나노입자들이 중첩된 두께인 것이고,
    상기 복수개의 나노입자들의 직경크기는 10 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 하고,
    상기 닫힌 기공의 직경크기는 공기의 평균자유행정 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 적층체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 나노입자는 무기물을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 무기물은 SiO2, Al2O3 또는 TiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층체.
  14. 삭제
  15. 삭제
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