KR102526016B1 - Electrorheological fluid comprising vegetable oil and silica/titania nanocavities doped with biodegradable metal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기유변유체에 관한 것으로서, 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자가 식물성 오일에 분산된 전기유변유체로서, 상기 실리카/티타니아 중공 나노입자는 실리카와 티타니아가 혼합된 외부벽을 갖는 중공구조의 나노입자임을 특징으로 하는, 실리카/티타니아 중공 나노입자를 포함한 전기유변유체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 전기유변유체의 분산매로 식물성 오일을 사용하고, 생체적합하고 친환경적 소재로 구성된 입자를 사용함으로써 다관절 장치 등 생체재료로의 사용이 가능하여 사용 후 유체의 폐기가 용이한 동시에, 실리카/티타니아 중공 나노입자에 생분해성 금속 도펀트를 도입함으로써 환경에 유해하지 않은 동시에 높은 성능을 나타내는 전기유변유체를 제조할 수 있다.The present invention relates to an electrorheological fluid in which biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles are dispersed in vegetable oil, wherein the silica/titania hollow nanoparticles form an outer wall in which silica and titania are mixed. It relates to an electrorheological fluid including silica/titania hollow nanoparticles, characterized in that the nanoparticles have a hollow structure, and a method for preparing the same.
The present invention uses vegetable oil as a dispersion medium for electrorheological fluid and uses particles composed of biocompatible and eco-friendly materials, so that it can be used as a biomaterial such as a multi-joint device, making it easy to dispose of the fluid after use. By introducing a biodegradable metal dopant into titania hollow nanoparticles, an electrorheological fluid that is not harmful to the environment and exhibits high performance can be prepared.
Description
본 발명은 전기유변유체에 관한 것으로서, 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자가 식물성 오일에 분산된 전기유변유체로서, 상기 실리카/티타니아 중공 나노입자는 실리카와 티타니아가 혼합된 외부벽을 갖는 중공구조의 나노입자인, 실리카/티타니아 중공 나노입자를 포함한 전기유변유체에 관한 것이다.The present invention relates to an electrorheological fluid in which biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles are dispersed in vegetable oil, wherein the silica/titania hollow nanoparticles form an outer wall in which silica and titania are mixed. It relates to an electrorheological fluid including silica/titania hollow nanoparticles having a hollow structure.
또한, 본 발명은 환경친화적인 동시에 유전상수가 높은 실리카와 티타니아로 구성된 중공 구조의 나노입자에 생분해성 금속 도펀트를 도입함으로써 생분해성 금속으로 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 제조하는 방법과, 제조한 나노입자를 전기절연성을 나타내는 식물성 오일에 분산시켜 제조되는 실리카/티타니아 중공 나노입자가 포함된 전기유변유체의 제조방법에 관한 것이다.In addition, the present invention provides a method for preparing biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles by introducing a biodegradable metal dopant into hollow nanoparticles composed of silica and titania, which are environmentally friendly and have a high dielectric constant, and manufacturing It relates to a method for preparing an electrorheological fluid containing silica/titania hollow nanoparticles prepared by dispersing one nanoparticle in vegetable oil exhibiting electrical insulation.
전기유변유체 (electrorheological fluids) 는 전기절연성 분산매에 전기장에 반응하여 분극성을 가지는 입자들이 분산되어 있는 현탁액의 일종으로, 외부 전기장의 유무에 따라 그 유변학적 특성이 변화하는 유체이다. 전기장이 가해지지 않은 상태에서는 입자들이 무작위적으로 분산되어 존재하지만, 전기장이 가해지게 되면 입자들이 분극현상에 의해 전기장의 방향으로 배열하면서 사다리와 같은 구조 (ladder-like structure)를 형성한다. Electrorheological fluids are a type of suspension in which polarizable particles are dispersed in an electrical insulating dispersion medium in response to an electric field, and are fluids whose rheological properties change depending on the presence or absence of an external electric field. In the state where no electric field is applied, the particles exist randomly dispersed, but when the electric field is applied, the particles are arranged in the direction of the electric field due to polarization to form a ladder-like structure.
전기유변현상은 입자들 간의 정전기적 인력으로 인한 전단응력의 증가와 전단력을 유발하는 유체역학적 힘에 의해 설명이 된다. 사다리 구조로 배열된 입자들은 입자들 간의 정전기적 인력으로 인하여 유체에 가해지는 전단력에 대한 저항력을 가지게 된다. 이러한 특성으로 인해 낮은 전단속도 구간에서 유체역학적 힘이 입자들의 정전기적 인력에 비해 작기 때문에 전기유변유체는 일정한 전단응력을 가지게 된다. 하지만 일정 정도 이상의 전단속도가 가해지게 되면 입자들의 정전기적 인력에 비해 유체역학적 힘이 강해지면서 입자들의 구조가 유지되지 못하고, 전단 속도에 따라 전단 응력이 일정하게 증가하는 현상이 관찰된다. 이와 같은 유체의 거동은 전기유변유체에서 전형적으로 나타나는 빙햄 유체의 거동에 해당한다.Electrorheology is explained by the increase in shear stress due to the electrostatic attraction between particles and the hydrodynamic force that induces the shear force. Particles arranged in a ladder structure have resistance to the shear force applied to the fluid due to the electrostatic attraction between the particles. Due to this characteristic, the electrorheological fluid has a constant shear stress because the hydrodynamic force is smaller than the electrostatic attraction of the particles in the low shear rate range. However, when a shear rate of a certain level or more is applied, the hydrodynamic force becomes stronger than the electrostatic attraction of the particles, and the structure of the particles is not maintained, and a phenomenon in which the shear stress constantly increases according to the shear rate is observed. The behavior of such a fluid corresponds to that of a Bingham fluid, which is typical of electrorheological fluids.
전기유변유체의 성능은 구성 물질인 분극성 입자와 전기절연성 분산매 중 분극성 입자의 특성에 따라 달라지게 된다. 입자의 구성성분, 구조, 모양, 유전상수 등의 특성에 의해 전기유변성능이 영향을 받는데, 이 중 유전상수가 입자의 분극성에 직접적인 영향을 주기 때문에 이를 향상시키기 위해 많은 연구들이 진행되었다. 이러한 연구들 중 하나가 입자에 금속 도펀트를 도입하여 유전상수를 증가시키는 방법이다. 하지만 기존에 이용되던 금속 도펀트들의 경우 독성을 가지는 등 생체적합성이 없고 친환경적이지 못하다는 단점을 가지고 있다. 이와 더불어 많은 전기유변유체의 분산매로 이용되는 실리콘 오일의 경우 자연적으로 분해가 되지 않는 물질이며 생체에서 독성을 일으킬 수 있다. The performance of the electrorheological fluid varies depending on the polarizable particles as constituent materials and the characteristics of the polarizable particles in the electrical insulating dispersion medium. The electrical rheological performance is affected by the characteristics of the composition, structure, shape, dielectric constant, etc. of the particles, and since the dielectric constant directly affects the polarizability of the particles, many studies have been conducted to improve this. One of these studies is a method of increasing the dielectric constant by introducing metal dopants into particles. However, conventionally used metal dopants have disadvantages in that they are not biocompatible, such as toxicity, and are not environmentally friendly. In addition, silicone oil, which is used as a dispersion medium for many electrorheological fluids, is a material that does not naturally decompose and may cause toxicity in the living body.
상기 요소들에 의해 기존의 전기유변유체들은 사용 후 폐기하기 어렵다는 단점을 가지고 있고, 이는 전기유변유체의 상용화를 방해하는 점 중 하나로 작용하고 있다. 기존의 선행기술들은 생체 친화적이지 않은 계면활성제나 생분해성이 아닌 물질을 도핑함으로써 친환경적이지 못하고 생체적합성이 결여된 단점을 지니고 있다. 전기유변유체가 다관절 장치들에 활용되어 생체재료(biomaterial)로서 잠재적으로 큰 산업성 확장성을 가지는 이 시기에 생체 적합성이 있는 친환경적 전기유변유체의 개발이 시급하다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 높은 성능을 가지는 동시에 친환경적인 구성성분으로 이루어진 전기유변유체의 제조방법이 강력하게 요구되고 있다.Due to the above factors, conventional electrorheological fluids have a disadvantage in that they are difficult to dispose of after use, which acts as one of the obstacles to the commercialization of electrorheological fluids. Existing prior arts have disadvantages in that they are not environmentally friendly and lack biocompatibility by doping non-biocompatible surfactants or non-biodegradable materials. At this time when electrorheological fluid is used in multi-joint devices and has potential industrial scalability as a biomaterial, it is urgent to develop eco-friendly electrorheological fluid with biocompatibility. Therefore, in order to solve these problems, there is a strong demand for a method for manufacturing an electrorheological fluid made of environmentally friendly components while having high performance.
본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결하고자 생체적합성이 있고 환경친화적인 동시에 높은 유전상수를 가지는 티타니아 및 실리카가 혼합된 외부벽을 가지는 실리카/티타니아 중공 나노입자와 생분해성 금속의 도펀트, 식물성 오일을 포함하는 전기유변유 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, biocompatible, environmentally friendly, silica / titania hollow nanoparticles having an outer wall mixed with titania and silica having a high dielectric constant, dopants of biodegradable metals, and vegetable oil It is to provide an electric rheological oil containing and a method for producing the same.
또한, 본 발명의 목적은 상기와 같은 실리카/티타니아 중공 나노입자에 생분해성 금속 도펀트를 도입하여 실리카/티타니아 중공 나노입자의 분극성을 증가시켜 높은 항복응력(전단 응력)을 가지는 전기유변유체를 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide an electrorheological fluid having a high yield stress (shear stress) by increasing the polarizability of the silica/titania hollow nanoparticles by introducing a biodegradable metal dopant into the silica/titania hollow nanoparticles. is to do
또한, 본 발명 목적은 상기 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 절연유체인 식물성 오일에 분산시켜 제조된 전기유변유체를 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide an electrorheological fluid prepared by dispersing the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles in vegetable oil as an insulating fluid.
본 발명자들은 수많은 실험과 심도 있는 연구를 거듭한 끝에, 종래에 제조되던 전기유변유체와 다른, 즉 표면에 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자와 식물성 오일을 도입함으로써, 중공 구조로 인해 가라앉는 특성이 낮고, 분극성에 향상되어 높은 전단 응력을 가지며, 모든 구성 요소들이 자연적으로 분해가 가능한 친환경적인 전기유변유체를 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.After numerous experiments and in-depth research, the present inventors introduced hollow nanoparticles of silica/titania and vegetable oil doped with a biodegradable metal on the surface, which are different from conventionally manufactured electrorheological fluids, and vegetable oil, due to the hollow structure. It was confirmed that an eco-friendly electrorheological fluid having low sinking characteristics, improved polarizability and high shear stress, and all components naturally degradable could be prepared, leading to the present invention.
본 발명의 일 측면에 따라, 생분해성 금속으로 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자 및 식물성 오일을 포함하는 전기유변유체로서, 상기 실리카/티타니아 중공 나노입자는 실리카와 티타니아가 혼합된 외부벽을 갖는 중공구조의 나노입자인, 실리카/티타니아 중공 나노입자를 포함한 전기유변유체가 제공된다.According to one aspect of the present invention, an electrorheological fluid comprising silica/titania hollow nanoparticles doped with a biodegradable metal and vegetable oil, wherein the silica/titania hollow nanoparticles are hollow with outer walls in which silica and titania are mixed. An electrorheological fluid containing silica/titania hollow nanoparticles, which are nanoparticles having a structure, is provided.
또한, 본 발명의 일 측면에 따라, 생분해성 금속으로 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자와 식물성 오일로 구성된 전기유변유체의 제조방법이 제공된다. In addition, according to one aspect of the present invention, a method for preparing an electrorheological fluid composed of silica/titania hollow nanoparticles doped with a biodegradable metal and vegetable oil is provided.
일 구현예에서, 상기 제조방법은In one embodiment, the manufacturing method
1) 상기 실리카 나노입자에 이산화티타늄을 코팅하여 실리카/티타니아 코어-셀 입자를 제조하는 단계;1) preparing silica/titania core-shell particles by coating titanium dioxide on the silica nanoparticles;
2) 상기 실리카/티타니아 코어-셀 입자를 염기성 수용액에서의 에칭으로 실리카 코어를 제거하여 실리카와 티타니아가 혼합된 외부벽을 갖는, 실리카/티타니아 중공 나노입자를 제조하는 단계;2) preparing silica/titania hollow nanoparticles having outer walls in which silica and titania are mixed by removing the silica cores from the silica/titania core-cell particles by etching in an aqueous basic solution;
3) 상기 실리카/티타니아 중공 나노입자를 생분해성 금속 염화물의 수용액에 분산시킨 후 함침법을 통하여 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 제조하는 단계;3) preparing silica/titania hollow nanoparticles doped with a biodegradable metal through an impregnation method after dispersing the silica/titania hollow nanoparticles in an aqueous solution of a biodegradable metal chloride;
4) 상기 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 진공오븐에서 건조하는 단계; 및 4) drying the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles in a vacuum oven; and
5) 상기 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 식물성 오일에 분산시키는 단계로 구성될 수 있다. 5) dispersing the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles in vegetable oil.
일 구현예에서, 상기 실리카/티타니아 중공 나노입자의 크기가 105 나노미터에서 150 나노미터일 수 있다. 더욱 바람직하게는 110 나노미터에서 130 나노미터일 수 있다.In one embodiment, the silica/titania hollow nanoparticles may have a size of 105 nanometers to 150 nanometers. More preferably, it may be 110 nanometers to 130 nanometers.
일 구현예에서, 상기 실리카/티타니아 중공 나노입자의 실리카와 이산화티타늄이 혼합된 외부벽의 두께는 13 나노미터에서 25 나노미터일 수 있다. 더욱 바람직하게는 13 나노미터에서 20 나노미터일 수 있다.In one embodiment, the thickness of the outer wall of the silica/titania hollow nanoparticles in which silica and titanium dioxide are mixed may be 13 nanometers to 25 nanometers. More preferably, it may be 13 nanometers to 20 nanometers.
일 구현예에서, 상기 실리카/티타니아 중공 나노입자의 표면에 도입된 생분해성 금속의 염화물은 염화 마그네슘, 염화 아연, 염화 철 Ⅲ, 염화 텅스텐 및 염화 몰리브덴으로 구성되는 군으로부터 1 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the chloride of the biodegradable metal introduced to the surface of the silica/titania hollow nanoparticles may include one or more from the group consisting of magnesium chloride, zinc chloride, iron III chloride, tungsten chloride, and molybdenum chloride. .
일 구현예에서, 상기 실리카/티타니아 중공 나노입자에 생분해성 금속의 도핑 시 금속 도펀트의 부가량이 실리카/티타니아 100 원소중량부 대비 0.5 에서 7 일 수 있다. 가장 바람직하게는 분해성 금속의 도핑 시 금속 도펀트의 부가량이 실리카/티타니아 100 원소중량부 대비 1 에서 6 일 수 있다. 더욱 바람직하게는 금속 도펀트의 부가량이 실리카/티타니아 100 원소중량부 대비 1 에서 5 이다.In one embodiment, when the biodegradable metal is doped into the silica/titania hollow nanoparticles, the amount of the metal dopant added may be 0.5 to 7 based on 100 parts by elemental weight of silica/titania. Most preferably, when the decomposable metal is doped, the added amount of the metal dopant may be 1 to 6 based on 100 parts by weight of silica/titania. More preferably, the added amount of the metal dopant is 1 to 5 based on 100 parts by weight of silica/titania.
일 구현예에서, 상기 실리카/티타니아 중공 나노입자에 생분해성 금속의 도핑 시 함침법을 이용할 때 자석막대를 이용한 교반 및 초음파장치를 이용한 초음파분산을 모두 이용할 수 있다. 또한, 상기 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자의 분산이 자석막대를 이용한 교반 및 초음파장치를 이용한 초음파분산에서 하나를 선택할 수 있다.In one embodiment, when using the impregnation method when doping the biodegradable metal into the silica/titania hollow nanoparticles, both stirring using a magnetic bar and ultrasonic dispersion using an ultrasonic device may be used. In addition, the dispersion of the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles may be selected from agitation using a magnetic bar and ultrasonic dispersion using an ultrasonic device.
일 구현예에서, 진공오븐의 온도는 30~50°C 일 수 있다. 더욱 바람직하게는 35~45°C 일 수 있다. 진공오븐의 감압 정도는 0.01 MPa 에서 0.3 MPa 일 수 있다. 더욱 바람직하게는 0.01 MPa 에서 0.1 MPa 일 수 있다.In one embodiment, the temperature of the vacuum oven may be 30 ~ 50 °C. More preferably, it may be 35 to 45 ° C. The degree of pressure reduction of the vacuum oven may be 0.01 MPa to 0.3 MPa. More preferably, it may be 0.01 MPa to 0.1 MPa.
일 구현예에서, 식물성 오일은 대두유, 땅콩 기름, 면실유, 옥수수 기름, 올리브유, 해바라기씨유, 홍화유, 팜유, 견과류유, 카놀라유 및 포도씨유로 구성되는 군에서 1 이상을 포함할 수 있다. 또한 상기 식물성 오일의 부가량은 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자 100 부피 중량부 대비 233 에서 1900 일 수 있다.In one embodiment, the vegetable oil may include one or more from the group consisting of soybean oil, peanut oil, cottonseed oil, corn oil, olive oil, sunflower oil, safflower oil, palm oil, nut oil, canola oil, and grapeseed oil. In addition, the added amount of the vegetable oil may be 233 to 1900 parts by volume based on 100 parts by volume of the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles.
전기유변유체의 분산매로 식물성 오일을 사용하고, 생체적합하고 친환경적 소재로 구성된 입자를 사용함으로써 다관절 장치 등 생체재료로의 사용이 가능하여 사용 후 유체의 폐기가 용이하다By using vegetable oil as a dispersion medium for electrorheological fluid and using particles composed of biocompatible and eco-friendly materials, it is possible to use it as a biomaterial such as a multi-joint device, and it is easy to dispose of the fluid after use.
상기 전기유변유체의 폐기 용이성과 식물성 오일의 저렴한 가격으로 인해 전기유변유체의 상용화에 기여할 수 있다.Due to the ease of disposal of the electrorheological fluid and the low price of vegetable oil, it can contribute to the commercialization of the electrorheological fluid.
전기반응성 입자인 실리카/티타니아 중공 나노입자에 생분해성 금속 도펀트를 도입함으로써 환경에 유해하지 않은 동시에 높은 성능을 나타내는 전기유변유체를 제조할 수 있다.By introducing a biodegradable metal dopant into electroreactive particles, such as silica/titania hollow nanoparticles, an electrorheological fluid that is not harmful to the environment and exhibits high performance can be prepared.
도 1은 발명의 실시예 1-3 에서 제조된 마그네슘, 아연, 철이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자와 금속이 도핑되지 않은 실리카/티타니아 중공 나노입자(비교물질)를 각각 대두유에 분산시켜 제조한 전기유변유체의 전기장의 유무에 따른 전단응력을 나타낸 그래프이다.
도 2는 발명의 실시예 1, 4-6 에서 제조된 마그네슘이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 대두유, 카놀라유, 포도씨유, 올리브유에 각각 분산시켜 제조한 전기유변유체의 전기장 유무에 따른 전단 응력을 나타낸 그래프이다. 1 is prepared by dispersing magnesium, zinc, iron-doped silica/titania hollow nanoparticles and metal-undoped silica/titania hollow nanoparticles (comparative material) prepared in Examples 1-3 of the invention in soybean oil, respectively. It is a graph showing the shear stress according to the presence or absence of an electric field in an electrorheological fluid.
2 is shear stress according to the presence or absence of an electric field of an electrorheological fluid prepared by dispersing magnesium-doped silica/titania hollow nanoparticles prepared in Examples 1 and 4-6 in soybean oil, canola oil, grapeseed oil, and olive oil, respectively. is a graph showing
본 발명은 105 나노미터에서 150 나노미터의 크기를 가지며, 13 나노미터에서 25 나노미터의 두께의 실리카와 이산화티타늄이 혼합된 외부벽을 가지는 실리카/티타니아 중공 나노입자에 생분해성 금속 도펀트를 도입하고, 상기 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 식물성 오일에 도입, 분산함으로써 전기유변유체를 제조하는 것을 내용으로 한다.The present invention introduces a biodegradable metal dopant into silica/titania hollow nanoparticles having a size of 105 nanometers to 150 nanometers and having an outer wall of a mixture of silica and titanium dioxide having a thickness of 13 nanometers to 25 nanometers, , To prepare an electrorheological fluid by introducing and dispersing the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles in vegetable oil.
본 발명에 따른 생분해성 금속으로 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자와 식물성 오일로 구성된 전기유변유체의 제조방법은Method for preparing an electrorheological fluid composed of silica/titania hollow nanoparticles doped with a biodegradable metal and vegetable oil according to the present invention
(A) 실리카 나노입자를 제조하는 단계;(A) preparing silica nanoparticles;
(B) 상기 실리카 나노입자에 이산화티타늄을 코팅하여 실리카/티타니아 코어-셀 입자를 제조하는 단계;(B) preparing silica/titania core-shell particles by coating titanium dioxide on the silica nanoparticles;
(C) 상기 실리카/티타니아 코어-셀 입자를 염기성 수용액에서의 에칭으로 실리카 코어를 제거하여 실리카/티타니아 중공 나노입자를 제조하는 단계;(C) preparing silica/titania hollow nanoparticles by removing the silica cores from the silica/titania core-shell particles by etching in an aqueous basic solution;
(D) 상기 실리카/티타니아 중공 나노입자를 생분해성 금속 염화물의 수용액에 분산시킨 후 함침법을 통하여 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 제조하는 단계;(D) dispersing the silica/titania hollow nanoparticles in an aqueous solution of a biodegradable metal chloride and preparing biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles through an impregnation method;
(E) 상기 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 진공오븐에서 건조하는 단계; 및,(E) drying the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles in a vacuum oven; and,
(F) 상기 건조된 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 식물성 오일에 분산시키는 단계를 포함하고 있다.(F) dispersing the dried biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles in vegetable oil.
제조된 실리카/티타니아 중공 나노입자의 크기는 105 나노미터에서 150 나노미터이고, 실리카와 이산화티타늄이 혼합된 외부벽의 두께는 13 나노미터에서 25 마이크로미터인 것이 바람직하며, 이들 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 많거나 적을 수 있다.The size of the prepared silica/titania hollow nanoparticles is 105 nanometers to 150 nanometers, and the thickness of the outer wall of the mixture of silica and titanium dioxide is preferably 13 nanometers to 25 micrometers, but is not limited to these ranges. It may be more or less than the above range.
진공오븐에서 건조 시, 건조의 온도는 30~50℃이며 인 것이 바람직하며 가장 바람직하게는 35~45℃ 이나, 이들 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 많거나 적을 수 있다. 건조 시 감압의 정도는 0.01 MPa 에서 0.3 MPa인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.01 MPa 에서 0.1 MPa이다.When drying in a vacuum oven, the drying temperature is preferably 30 to 50 ° C, and most preferably 35 to 45 ° C, but is not limited to these ranges and may be more or less than the above range. The degree of reduced pressure during drying is preferably 0.01 MPa to 0.3 MPa. More preferably, it is 0.01 MPa to 0.1 MPa.
단계 (D) 에서 사용되는 금속 염화물의 경우 특정 금속 염화물에 한정된 것이 아니며, 염화 마그네슘, 염화 아연, 염화 철 Ⅲ, 염화 텅스텐 및 염화 몰리브덴으로 구성되는 군으로부터 1 이상이 금속 염화물로 이용될 수 있다. 사용되는 금속 염화물의 경우 생분해성 금속의 염화물이면 이들 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 많을 수 있다.The metal chloride used in step (D) is not limited to a specific metal chloride, and at least one from the group consisting of magnesium chloride, zinc chloride, iron III chloride, tungsten chloride and molybdenum chloride can be used as the metal chloride. In the case of the metal chloride used, if it is a chloride of a biodegradable metal, it is not limited to these ranges and may be more than the above ranges.
생분해성 금속 도펀트의 부가량은 실리카/티타니아 100 원소중량부 대비 0.5 에서 8 원소중량부가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1에서 6 중량부가 바람직하며 가장 바람직하게는 1에서 5 중량부이나, 이들 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 많거나 적을 수 있다. 원소중량부가 0.5 미만이면, 도핑된 금속의 양이 적어 실리카/티타니아 중공 나노입자의 분극성을 효과적으로 상승시키지 못하며, 원소중량부가 8 이상이면 일부 금속 염화물의 경우 금속이 함침법 이후 건조 시 침전되어 실리카/티타니아 중공 나노입자에 도핑이 되지 않은 상태로 분리되는 현상이 발생하여 생분해성 금속이 균일하게 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 제조하기가 어려운 단점을 나타낸다.The added amount of the biodegradable metal dopant is preferably 0.5 to 8 parts by weight of element relative to 100 parts by weight of silica/titania, more preferably 1 to 6 parts by weight, and most preferably 1 to 5 parts by weight, but within these ranges It is not limited and may be more or less than the above range. If the elemental weight part is less than 0.5, the amount of doped metal is small and the polarizability of the silica/titania hollow nanoparticles cannot be effectively increased. If the elemental weight part is 8 or more, in the case of some metal chlorides, the metal is precipitated upon drying after the impregnation method, resulting in silica It is difficult to prepare silica/titania hollow nanoparticles uniformly doped with a biodegradable metal because the /titania hollow nanoparticles are separated in an undoped state.
실리카/티타니아 중공 나노입자의 부가량의 기준이 식물성 오일과의 부피중량부이기 때문에, 실리카/티타니아 중공 나노입자의 부피를 계량하기 위하여 비중계 (pycnometer) 를 사용하여 중공 나노입자의 밀도를 구하고 밀도 측정값을 사용하여 중공 나노입자의 부피를 계산하여 부피중량부의 기준으로 중공 나노입자를 절연유체인 식물성 오일에 도입한다.Since the standard for the added amount of silica/titania hollow nanoparticles is the volume weight part with vegetable oil, a pycnometer is used to measure the volume of the silica/titania hollow nanoparticles, and the density of the hollow nanoparticles is obtained and the density is measured The volume of the hollow nanoparticle is calculated using the value, and the hollow nanoparticle is introduced into the vegetable oil as an insulating fluid based on parts by volume.
단계 (F) 에서 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 식물성 오일에 분산시킬 때, 분산 방법은 자석막대 (magnetic bar) 를 이용한 교반 및 초음파장치 (sonicator) 를 이용한 초음파분산이 이용될 수 있다. 분산의 시간은 24 시간이 바람직하며, 상기 시간보다 많거나 적을 수 있으며, 식물성 오일에 중공 나노입자가 고르게 분산되는 것이 바람직하다. 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자가 고르게 식물성 오일에 분산되지 않는 경우, 나노입자가 분산된 부분에서만 전기유변현상이 나타나 유체 일부에서만 입자가 사다리 구조를 형성하기 때문에, 전기유변성능이 현저하게 떨어진다.When the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles are dispersed in vegetable oil in step (F), stirring using a magnetic bar and ultrasonic dispersion using a sonicator are used as a dispersion method. can The dispersion time is preferably 24 hours, and may be more or less than the above time, and it is preferable that the hollow nanoparticles are evenly dispersed in the vegetable oil. When the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles are not evenly dispersed in vegetable oil, the electrorheological phenomenon occurs only in the part where the nanoparticles are dispersed and the particles form a ladder structure only in a part of the fluid, so the electrorheological performance is poor. drop noticeably
제조된 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자는, 금속 도핑으로 인하여 실리카와 이산화티타늄이 혼합된 셀 표면에 금속 산화물이 형성되고 이로 인하여 나노입자의 분극성이 향상되는 동시에 전기전도도가 이론적 최적값에 가까운 값을 갖게 된다. 전기전도도의 이론적 최적값은 바그너 모델 (Wagner model) 에 따라 계산되었다. 상기와 같이 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 포함한 전기유변유체는 금속이 도핑되지 않은 실리카/티타니아 중공 나노입자를 포함하는 전기유변유체에 비해 2배의 높은 전단 응력을 나타낸다.In the prepared biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles, metal oxide is formed on the surface of a cell in which silica and titanium dioxide are mixed due to metal doping, which improves the polarizability of the nanoparticles and simultaneously improves the theoretical electrical conductivity. values close to the optimum. The theoretical optimal value of electrical conductivity was calculated according to the Wagner model. As described above, the electrorheological fluid including the silica/titania hollow nanoparticles doped with the biodegradable metal exhibits twice as high shear stress as the electrorheological fluid including the silica/titania hollow nanoparticles undoped with the metal.
또한 제조된 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타아 중공 나노입자를 포함한 전기유변유체는 도입된 실리카/티티니아 중공 나노입자의 중공구조로 인하여 밀도 (densitiy)가 일반적인 나노입자에 비하여 작아, 침강특성 (sedimentation property)이 현저하게 줄어든다. 침강특성은 나노입자와 분산매로 구성된 유체를 일정 시간 두었을 때 나노입자가 가라앉는 비율로 측정되며, 중공 나노입자는 일반적인 나노입자와 비교하여 밀도가 현저하게 낮아 유체 내 나노입자가 가라앉는 비율이 작다.In addition, the prepared electrorheological fluid including silica/titia hollow nanoparticles doped with biodegradable metals has a lower density than general nanoparticles due to the hollow structure of the introduced silica/titania hollow nanoparticles, resulting in sedimentation properties. (sedimentation property) is significantly reduced. Sedimentation property is measured by the rate at which nanoparticles sink when a fluid composed of nanoparticles and a dispersion medium is left for a certain period of time. small.
[실시예][Example]
이하 실시예를 참조하여 본 발명의 구체적인 예를 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the present invention will be described with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.
1. 실시예 11. Example 1
115 나노미터의 크기와 15 나노미터의 실리카와 이산화티타늄이 혼합된 외부벽 (이하 “실리카/티타니아 외부벽”이라 한다.)의 두께와 실리카/티타니아 100 원소중량부 대비 5 원소중량부의 염화 마그네슘 수용액을 생분해성 금속 도펀트로 도입한 실리카/티타니아 중공 나노입자를 온도가 40°C, 감압조건이 0.1 MPa 인 진공오븐에서 24시간 건조한 후, 시판되는 대두유 7 mL 에 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자 3 mL 를 도입한 후, 초음파장치를 이용한 초음파분산을 6시간 진행함으로써 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 분산시켜 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자가 포함된 전기유변유체를 제조하였다.The size of 115 nanometers, the thickness of the outer wall of a mixture of 15 nanometers of silica and titanium dioxide (hereinafter referred to as “silica/titania outer wall”), and the magnesium chloride aqueous solution of 5 parts by weight of element relative to 100 parts by weight of silica/titania Silica/titania hollow nanoparticles introduced as a biodegradable metal dopant were dried in a vacuum oven at a temperature of 40°C and a reduced pressure of 0.1 MPa for 24 hours, and then silica/titania doped with a biodegradable metal was added to 7 mL of commercially available soybean oil. After introducing 3 mL of hollow nanoparticles, ultrasonic dispersion using an ultrasonic device was performed for 6 hours to disperse biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles, which contained biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles. An electrorheological fluid was prepared.
표 1은 발명의 실시예 1에서 제조된 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자의 표면에 존재하는 원소의 비율을 에너지분산형 X선 분광분석법 (Energy dispersive X-ray spectroscopy, EDS)를 이용하여 측정한 결과를 표로 나타낸 것이다. 측정한 결과 실리카/티타니아 중공 나노입자의 표면에 1.57 원소중량부의 마그네슘이 도핑되어 있음을 확인할 수 있었다. Table 1 shows the ratio of elements present on the surface of the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles prepared in Example 1 of the invention by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The results measured using this are shown in a table. As a result of the measurement, it was confirmed that 1.57 parts by elemental weight of magnesium was doped on the surface of the silica/titania hollow nanoparticles.
표 1Table 1
제조된 전기유변유체를 전기장 인가장치가 추가된 레오미터 (rheometer) 를 통해서 전기유변성능을 측정한 결과, 전기장의 세기에 따라 전단응력이 증가하는 것을 관찰할 수 있었으며, 3 kV mm-1 의 전기장, 0.1 s-1 의 전단속도에서 291 Pa의 전단응력을 가지는 것을 관찰하였다. 낮은 전단속도에서는 일정한 전단응력을 가지고 높은 전단속도에서는 전단 응력이 증가하는 빙햄유체의 거동을 관찰할 수 있었다. 상대적 비교물질인 생분해성 금속이 도핑되지 않은 실리카/티타니아 중공 나노입자가 포함된 전기유변유체의 경우 동일한 조건에서 105.6 Pa의 전단응력을 나타내었다. (도 1)As a result of measuring the electrorheological performance of the prepared electrorheological fluid through a rheometer to which an electric field applying device was added, it was observed that the shear stress increased according to the strength of the electric field, and an electric field of 3 kV mm -1 , it was observed to have a shear stress of 291 Pa at a shear rate of 0.1 s -1 . At low shear rates, the shear stress was constant and at high shear rates, the shear stress increased. The behavior of the Bingham fluid could be observed. In the case of an electrorheological fluid containing silica/titania hollow nanoparticles not doped with a biodegradable metal, which is a comparative material, a shear stress of 105.6 Pa was exhibited under the same conditions. (Fig. 1)
2. 실시예 22. Example 2
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 115 나노미터의 크기와 15 나노미터의 실리카/티타니아 외부벽의 두께와 실리카/티타니아 100 원소중량부 대비 5 원소중량부의 염화 아연 수용액을 생분해성 금속 도펀트로 도입한 실리카/티타니아 중공 나노입자를 온도가 40°C, 감압조건이 0.1 MPa인 진공오븐에서 24시간 건조한 후, 시판되는 대두유 7 mL에 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자 3 mL를 도입한 후, 초음파장치를 이용한 초음파분산을 6시간 진행함으로써 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 분산시켜 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자가 포함된 전기유변유체를 제조하였다.Using the same method as in Example 1, an aqueous solution of zinc chloride with a size of 115 nanometers and a thickness of the outer wall of silica/titania of 15 nanometers and 5 parts by weight of silica/titania based on 100 parts by weight of silica/titania was used as a biodegradable metal dopant. After drying the introduced silica/titania hollow nanoparticles in a vacuum oven at a temperature of 40°C and a reduced pressure of 0.1 MPa for 24 hours, 3 mL of biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles were added to 7 mL of commercially available soybean oil. After the introduction, ultrasonic dispersion using an ultrasonic device is performed for 6 hours to disperse the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles to prepare an electrorheological fluid containing the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles. did
제조된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 EDS를 이용하여 측정한 결과 표면에 2.69 원소중량부의 아연이 도핑되어 있음을 확인할 수 있었다. As a result of measuring the prepared silica/titania hollow nanoparticles using EDS, it was confirmed that 2.69 parts by elemental weight of zinc were doped on the surface.
제조된 전기유변유체를 전기장 인가장치가 추가된 레오미터를 통해서 전기유변성능을 측정한 결과, 3 kV mm-1 의 전기장, 0.1 s-1 의 전단속도에서 268.1 Pa의 전단 응력을 가지는 것을 관찰하였다. (도 1)As a result of measuring the electrorheological performance of the prepared electrorheological fluid through a rheometer to which an electric field applying device was added, it was observed that it had a shear stress of 268.1 Pa at an electric field of 3 kV mm -1 and a shear rate of 0.1 s -1 . (Fig. 1)
3. 실시예 33. Example 3
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 115 나노미터의 크기와 15 나노미터의 실리카/티타니아 외부벽의 두께와 실리카/티타니아 100 원소중량부 대비 5 원소중량부의 염화 철(Ⅲ) 수용액을 생분해성 금속 도펀트로 도입한 실리카/티타니아 중공 나노입자를 온도가 40°C, 감압조건이 0.1 MPa인 진공오븐에서 24시간 건조한 후, 시판되는 대두유 7 mL에 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자 3 mL를 도입한 후, 초음파장치를 이용한 초음파분산을 6시간 진행함으로써 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 분산시켜 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자가 포함된 전기유변유체를 제조하였다.Using the same method as in Example 1, an aqueous solution of iron (III) chloride having a size of 115 nanometers and a thickness of the outer wall of silica / titania of 15 nanometers and 5 parts by weight of elemental weight relative to 100 parts by weight of silica / titania was biodegradable. Silica/titania hollow nanoparticles introduced as a metal dopant were dried in a vacuum oven at a temperature of 40°C and a reduced pressure of 0.1 MPa for 24 hours, and then silica/titania hollow nanoparticles doped with a biodegradable metal were added to 7 mL of commercially available soybean oil. After introducing 3 mL, ultrasonic dispersion using an ultrasonic device was carried out for 6 hours to disperse the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles, thereby dispersing the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles. fluid was prepared.
제조된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 EDS를 이용하여 측정한 결과 표면에 2.84 원소중량부의 철이 도핑되어 있음을 확인할 수 있었다. As a result of measuring the prepared silica/titania hollow nanoparticles using EDS, it was confirmed that 2.84 parts by elemental weight of iron were doped on the surface.
제조된 전기유변유체를 전기장 인가장치가 추가된 레오미터를 통해서 전기유변성능을 측정한 결과, 3 kV mm-1 의 전기장, 0.1 s-1 의 전단속도에서 224.1 Pa의 전단 응력을 가지는 것을 관찰하였다. (도 1)As a result of measuring the electrorheological performance of the prepared electrorheological fluid through a rheometer to which an electric field applying device was added, it was observed that it had a shear stress of 224.1 Pa at an electric field of 3 kV mm -1 and a shear rate of 0.1 s -1 . (Fig. 1)
4. 실시예 44. Example 4
115 나노미터의 크기와 15 나노미터의 실리카/티타니아 외부벽의 두께와 실리카/티타니아 100 원소중량부 대비 1.57 원소중량부의 마그네슘을 생분해성 금속 도펀트로 도입한 실리카/티타니아 중공 나노입자를 온도가 40°C, 감압조건이 0.1 MPa인 진공오븐에서 24시간 건조한 후, 시판되는 올리브유 7 mL에 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자 3 mL를 도입한 후, 초음파장치를 이용한 초음파분산을 6시간 진행함으로써 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 분산시켜 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자가 포함된 전기유변유체를 제조하였다.Silica/titania hollow nanoparticles having a size of 115 nanometers and a thickness of the outer wall of 15 nanometers of silica/titania and 1.57 parts by elemental weight of magnesium compared to 100 parts by elemental weight of silica/titania were introduced as a biodegradable metal dopant at a temperature of 40°C. C, After drying for 24 hours in a vacuum oven with a reduced pressure of 0.1 MPa, 3 mL of biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles were introduced into 7 mL of commercially available olive oil, followed by ultrasonic dispersion using an ultrasonic device for 6 hours. As a result, the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles were dispersed to prepare an electrorheological fluid containing the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles.
제조된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 EDS를 이용하여 측정한 결과 표면에 1.57 원소중량부의 마그네슘이 도핑되어 있음을 확인할 수 있었다.As a result of measuring the prepared silica/titania hollow nanoparticles using EDS, it was confirmed that 1.57 parts by elemental weight of magnesium was doped on the surface.
제조된 전기유변유체를 전기장 인가장치가 추가된 레오미터를 통해서 전기유변성능을 측정한 결과, 3 kV mm-1 의 전기장, 0.1 s-1 의 전단속도에서 289.8 Pa의 전단 응력을 가지는 것을 관찰하였다. (도 2)As a result of measuring the electrorheological performance of the prepared electrorheological fluid through a rheometer to which an electric field applying device was added, it was observed that it had a shear stress of 289.8 Pa at an electric field of 3 kV mm -1 and a shear rate of 0.1 s -1 . (Fig. 2)
5. 실시예 55. Example 5
115 나노미터의 크기와 15 나노미터의 실리카/티타니아 외부벽의 두께와 실리카/티타니아 100 원소중량부 대비 1.57 원소중량부의 마그네슘을 생분해성 금속 도펀트로 도입한 실리카/티타니아 중공 나노입자를 온도가 40°C, 감압조건이 0.1 MPa인 진공오븐에서 24시간 건조한 후, 시판되는 포도씨유 7 mL에 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자 3 mL를 도입한 후, 초음파장치를 이용한 초음파분산을 6시간 진행함으로써 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 분산시켜 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자가 포함된 전기유변유체를 제조하였다.Silica/titania hollow nanoparticles having a size of 115 nanometers and a thickness of the outer wall of 15 nanometers of silica/titania and 1.57 parts by elemental weight of magnesium compared to 100 parts by elemental weight of silica/titania were introduced as a biodegradable metal dopant at a temperature of 40°C. C, after drying for 24 hours in a vacuum oven with a reduced pressure of 0.1 MPa, 3 mL of biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles were introduced into 7 mL of commercially available grapeseed oil, followed by ultrasonic dispersion using an ultrasonic device. As time progressed, the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles were dispersed to prepare an electrorheological fluid containing the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles.
제조된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 EDS를 이용하여 측정한 결과 표면에 1.57 원소중량부의 마그네슘이 도핑되어 있음을 확인할 수 있었다.As a result of measuring the prepared silica/titania hollow nanoparticles using EDS, it was confirmed that 1.57 parts by elemental weight of magnesium was doped on the surface.
제조된 전기유변유체를 전기장 인가장치가 추가된 레오미터를 통해서 전기유변성능을 측정한 결과, 3 kV mm-1 의 전기장, 0.1 s-1 의 전단속도에서 209.6 Pa의 전단 응력을 가지는 것을 관찰하였다. (도 2)As a result of measuring the electrorheological performance of the prepared electrorheological fluid through a rheometer to which an electric field applying device was added, it was observed that it had a shear stress of 209.6 Pa at an electric field of 3 kV mm -1 and a shear rate of 0.1 s -1 . (Fig. 2)
6. 실시예 66. Example 6
115 나노미터의 크기와 15 나노미터의 실리카/티타니아 외부벽의 두께와 실리카/티타니아 100 원소중량부 대비 1.57 원소중량부의 마그네슘을 생분해성 금속 도펀트로 도입한 실리카/티타니아 중공 나노입자를 온도가 40°C, 감압조건이 0.1 MPa인 진공오븐에서 24시간 건조한 후, 시판되는 카놀라유 7 mL에 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자 3 mL를 도입한 후, 초음파장치를 이용한 초음파분산을 6시간 진행함으로써 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 분산시켜 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자가 포함된 전기유변유체를 제조하였다.Silica/titania hollow nanoparticles having a size of 115 nanometers and a thickness of the outer wall of 15 nanometers of silica/titania and 1.57 parts by elemental weight of magnesium compared to 100 parts by elemental weight of silica/titania were introduced as a biodegradable metal dopant at a temperature of 40°C. C, after drying in a vacuum oven under a reduced pressure of 0.1 MPa for 24 hours, 3 mL of biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles were introduced into 7 mL of commercially available canola oil, followed by ultrasonic dispersion using an ultrasonic device for 6 hours. As a result, the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles were dispersed to prepare an electrorheological fluid containing the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles.
제조된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 EDS를 이용하여 측정한 결과 표면에 1.57 원소중량부의 마그네슘이 도핑되어 있음을 확인할 수 있었다. As a result of measuring the prepared silica/titania hollow nanoparticles using EDS, it was confirmed that 1.57 parts by elemental weight of magnesium was doped on the surface.
제조된 전기유변유체를 전기장 인가장치가 추가된 레오미터를 통해서 전기유변성능을 측정한 결과, 3 kV mm-1 의 전기장, 0.1 s-1 의 전단속도에서 193.5 Pa의 전단 응력을 가지는 것을 관찰하였다. (도 2)As a result of measuring the electrorheological performance of the prepared electrorheological fluid through a rheometer to which an electric field applying device was added, it was observed that it had a shear stress of 193.5 Pa at an electric field of 3 kV mm -1 and a shear rate of 0.1 s -1 . (Fig. 2)
Claims (18)
상기 실리카 나노입자에 이산화티타늄을 코팅하여 실리카/티타니아 코어-셀 입자를 제조하는 단계;
상기 실리카/티타니아 코어-셀 입자를 염기성 수용액에서의 에칭으로 실리카 코어를 제거하여 실리카와 티타니아가 혼합된 외부벽을 갖는, 실리카/티타니아 중공 나노입자를 제조하는 단계;
상기 실리카/티타니아 중공 나노입자를 생분해성 금속 염화물의 수용액에 분산시킨 후 함침법을 통하여 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 제조하는 단계;
상기 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 진공오븐에서 건조하는 단계; 및
상기 생분해성 금속이 도핑된 실리카/티타니아 중공 나노입자를 식물성 오일에 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
실리카/티타니아 중공 나노입자를 포함하는 전기유변유체의 제조방법.
preparing silica nanoparticles;
preparing silica/titania core-shell particles by coating titanium dioxide on the silica nanoparticles;
preparing silica/titania hollow nanoparticles having outer walls in which silica and titania are mixed by removing the silica cores from the silica/titania core-shell particles by etching in an aqueous basic solution;
Dispersing the silica/titania hollow nanoparticles in an aqueous solution of a biodegradable metal chloride and then preparing biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles through an impregnation method;
drying the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles in a vacuum oven; and
Dispersing the biodegradable metal-doped silica / titania hollow nanoparticles in vegetable oil
Method for preparing an electrorheological fluid comprising silica/titania hollow nanoparticles.
9. The method of claim 8, wherein the size of the silica/titania hollow nanoparticles ranges from 105 nanometers to 150 nanometers.
[Claim 9] The method of claim 8, wherein the outer wall of the mixture of silica and titania has a thickness of 13 nanometers to 25 nanometers.
The silica / titania hollow nanoparticles according to claim 8, characterized in that the biodegradable metal chloride contains at least one selected from the group consisting of magnesium chloride, zinc chloride, iron Ⅲ chloride, tungsten chloride and molybdenum chloride Method for producing an electrorheological fluid, including
The silica/titania hollow nanoparticles according to claim 8, wherein the amount of the metal dopant added during doping of the biodegradable metal to the silica/titania hollow nanoparticles is 0.5 to 7 based on 100 parts by weight of silica/titania. Method for producing an electrorheological fluid, including
The silica/titania hollow nanoparticles of claim 8, wherein both stirring using a magnetic bar and ultrasonic dispersion using an ultrasonic device are used when the impregnation method is used when doping the biodegradable metal into the silica/titania hollow nanoparticles. Method for producing an electrorheological fluid, including a.
[Claim 9] The method for preparing an electrorheological fluid including silica/titania hollow nanoparticles according to claim 8, wherein the temperature of the vacuum oven is 30 to 50 °C during the drying.
[Claim 9] The method of claim 8, wherein, during the drying, the degree of depressurization of the vacuum oven ranges from 0.01 MPa to 0.3 MPa.
The method of claim 8, wherein the vegetable oil comprises at least one selected from the group consisting of soybean oil, peanut oil, cottonseed oil, corn oil, olive oil, sunflower oil, safflower oil, palm oil, nut oil, canola oil, and grapeseed oil. A method for producing an electrorheological fluid containing silica / titania hollow nanoparticles.
The preparation of electrorheological fluid including silica/titania hollow nanoparticles according to claim 8, wherein the amount of the vegetable oil added is 233 to 1900 parts by volume based on 100 parts by volume of the biodegradable metal-doped silica/titania hollow nanoparticles. method.
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---|---|---|---|---|
KR101752541B1 (en) | 2015-04-08 | 2017-06-30 | 서울대학교산학협력단 | Fabrication of Au/Ag core/shell metal nanoparticles decorated TiO2 hollow nanopartices using chemical reduction |
US20200071172A1 (en) | 2018-03-06 | 2020-03-05 | University Of Utah Research Foundation | Biodegradable hollow nanoparticles and methods and apparatus for manufacturing the same |
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