KR19990022758A - Interfacial gradient composites and methods for their formation - Google Patents

Interfacial gradient composites and methods for their formation Download PDF

Info

Publication number
KR19990022758A
KR19990022758A KR1019970709200A KR19970709200A KR19990022758A KR 19990022758 A KR19990022758 A KR 19990022758A KR 1019970709200 A KR1019970709200 A KR 1019970709200A KR 19970709200 A KR19970709200 A KR 19970709200A KR 19990022758 A KR19990022758 A KR 19990022758A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic
electrode
composite material
particles
flux
Prior art date
Application number
KR1019970709200A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
조나 레디
수다스 아마라싱헤
로우이스 앤 주크
플라비오 티노코
Original Assignee
휘톤 더블유. 브루스
더 유니버시티 오브 아이오와 리서치 파운데이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US08/486,570 external-priority patent/US6001248A/en
Priority claimed from US08/597,026 external-priority patent/US5817221A/en
Application filed by 휘톤 더블유. 브루스, 더 유니버시티 오브 아이오와 리서치 파운데이션 filed Critical 휘톤 더블유. 브루스
Publication of KR19990022758A publication Critical patent/KR19990022758A/en

Links

Abstract

자기 복합 재료는 계면 구배에 의해 뚜렷한 특성을 나타낸다. 자기 복합 재료는 연료 전지와 축전지를 향상시키는데 사용되며, 다른 화학 물질의 이동과 분리를 달성한다. 복합 재료를 이용하는 장치는 분리기와, 자기 물질의 이동시키는 플럭스용 전극(801)과, 자기 물질의 전기 분해를 달성하는 전극(804)와, 전해 물질을 이동시키는 시스템과, 다른 자화율을 갖는 입자 분리 시스템과, 개량된 연료 전지와, 축전지와, 산소 농축기를 포함한다. 몇몇 복합 재료는 2개의 재료 물질을 구분하는 분리기와 화학 물질의 흐름을 순환시키는 플럭스 스위치를 만들기 위해 사용된다. 몇몇 복합 재료는 화학 물질의 이동과 분산을 제어할 수 있다. 다른 복합 재료는 대기압의 연료 전지의 능력을 강화하고 중량을 감소시킬 수 있게 한다. 몇몇 또 다른 복합 재료는 보다 긴 부차적인 주기 수명과 개량된 출력을 갖는 재충전 축전지가 될 수 있도록 한다. 또한 전극의 표면에 배치된 다른 복합 재료는 전극의 불활성을 방해하고 액체 연료의 직접적인 개질이 가능하게 한다. 이러한 복합 재료와 관련된 방법이 이러한 복합 재료를 이용할 수 있도록 명백한 방법으로 제공되어 있다.The magnetic composite material exhibits distinct characteristics by the interfacial gradient. Magnetic composites are used to improve fuel cells and batteries, and achieve migration and separation of other chemicals. The apparatus using the composite material includes a separator, an electrode 801 for flux for moving the magnetic material, an electrode 804 for achieving electrolysis of the magnetic material, a system for moving the electrolytic material, System, an improved fuel cell, a storage battery, and an oxygen concentrator. Some composite materials are used to make a separator that separates two material materials and a flux switch that circulates the flow of chemicals. Some composite materials can control the movement and dispersion of chemicals. Other composites can enhance the ability of the fuel cell at atmospheric pressure and reduce weight. Some other composites allow rechargeable batteries to have longer secondary cycle life and improved output. Other composite materials disposed on the surface of the electrode also interfere with the inertness of the electrode and enable direct modification of the liquid fuel. Methods associated with such composites are provided in an obvious way to utilize such composites.

Description

계면 구배 복합 재료 및 그 형성 방법Interfacial gradient composites and methods for their formation

본 발명을 개발 과정에서 일부의 일을 국립 과학 재단의 화학부 분석 및 표면 과학실로부터 받은 미국 정부 자금을 허가번호 CHE92-96013 및 CHE93-20611로 받아 활용했음. 본 발명에 대해서 정부는 권리가 있음.Some of the work in the development of the present invention was made using US government funds received from the National Science Foundation's Chemical Analysis and Surface Science Department as CHE92-96013 and CHE93-20611. The Government is entitled to the present invention.

뒤에서 설명하는 바람직한 실시예의 상세 설명에서, 적절하게 제조된 복합 재료의 계면 구배를 연료 전지, 축전지, 박막 센서, 필터 및 플럭스 스위치와 같은 많은 타입의 전기 화학적 시스템에서 플럭스를 강화시키는 데 사용될 수 있음을 보일 것이다. 이러한 계면 구배는 경, 중의 전이 금속과 전이 금속의 복합물의 분리를 포함하는 여러 가지의 크로마토그래피적 분리와 비전기화학적 분리가 관여하는 분리기에서 활용될 수 있다. 중 전이 금속에는 각각 원자 번호 58-71과 90-103인 란탄족과 악티늄족이 포함된다. 그러나, 먼저, 복합 재료의 자성에 대한 현재 까지의 지식을 간단히 설명한다. 특히, 괴상(bulk) 자성 재료의 열역학적, 동력학적 및 대량 이동 특성에 대하여 개략적으로 설명한다. 자장 내에서 분자의 이러한 벌크 특성은 꽤 잘 알려져 있다.In the detailed description of the preferred embodiments described below, it can be seen that the interface gradient of suitably fabricated composites can be used to enrich the flux in many types of electrochemical systems such as fuel cells, batteries, thin film sensors, filters and flux switches Will appear. This interfacial gradient can be used in separators involving chromatographic and non-electrochemical separations involving separation of complexes of transition metals and transition metals in the light. The transition metals include lanthanides and actinides of atomic number 58-71 and 90-103, respectively. However, firstly, the current knowledge on the magnetism of the composite material is briefly described. In particular, thermodynamic, dynamic and mass transfer characteristics of bulk magnetic materials will be outlined. These bulk properties of molecules in the magnetic field are quite well known.

초보적인 자기의 개념;A rudimentary concept of self;

상자성(常磁性)의 분자는 홀수의 전자를 갖고 있고 자장에 끌린다. 짝수의 전자를 가지고 있는 반자성(反磁性)의 물질은 자장에 의해 약간 밀린다. 래디칼과 산소는 상자성체이다. 대부분의 유기 분자는 반자성체이다. 대부분의 금속 이온과 전이 금속 복합물은 상자성이거나 반자성체이다. 분자나 물질이 용액 또는 유체 내에서 자장에 얼마나 강하게 반응하느냐 하는 것을 분자 자화율 Xm(㎤/mole)로 변수화 했다. 반자성 물질에 대해서는, Xm은 온도에 관계 없이 (-1 ~ -500)×10-6㎤/mole의 범위에 있다. 상자성 물질에 대해서는, Xm은 0 ~ +0.01㎤/mole의 범위에 있고, 일단 통상적으로 작은 값의 반자성 성분을 수정하고 나면, 온도에 반비례하여 변화한다(큐리의 법칙).Paramagnetic molecules have an odd number of electrons and are attracted to the magnetic field. A material with an even number of electrons is slightly pushed by the magnetic field. Radicals and oxygen are paramagnetic. Most organic molecules are diamagnetic. Most metal ions and transition metal complexes are paramagnetic or semi-magnetic. How strongly the molecule or substance reacts to the magnetic field in solution or fluid is parameterized by the molecular susceptibility X m (cm 3 / mole). For a semi-magnetic material, X m is in the range of (-1 to -500) × 10 -6 cm 3 / mole regardless of temperature. For paramagnetic materials, Xm is in the range of 0 to +0.01 cm3 / mole, and once the small value of the semi-magnetic component is modified, it changes inversely with temperature (Curie's law).

이온은 단극자이고 이온의 음, 양에 따라 전장의 방향에 동행하거나 그 반대 방향으로 운동이지만, 상자성 물질은 쌍극자이고 자성 벡터의 방향에 무관하게 항상 자장에 끌린다(자장에 정열된다). 이 쌍극자는 만약 자계 구배가 존재하면 순수 자력을 받을 것이다. 전기 화학적 반응에 있어서는 단일 전자의 이동이 관여되는 일이 많으므로, 전기 화학적 반응의 대부분은 전극 근처에 있는 물질의 순수 자화성에 변화를 가져오게 할 것이다.The ion is a unipolar, moving along the direction of the electric field, depending on the amount and amount of ions, but the paramagnetic material is a dipole and is always attracted to the magnetic field regardless of the direction of the magnetic vector. This dipole will receive pure magnetic force if a magnetic field gradient is present. Since electrochemical reactions often involve the movement of a single electron, most of the electrochemical reactions will cause a change in the pure magnetisability of the material near the electrode.

화학 시스템에 대한 자장의 영향은 다음의 세 가지 타입으로 나눌 수 있다. 즉, 열역학적, 동력학적 및 대량 이동이다. 비록, 국지적 자장 효과는 안 그럴지 몰라도, 거시적, 열역학적 효과는 무시할 만큼 작다. 동력학적으로, 반응속도와 산물의 분포도 양성자는 서로 교호한다. 이동 효과는 플럭스가 몇 배 강화되게 한다. 양성자가 기계적 효과도 나타나는데, 특히 10㎚이하의 초단 거리 규모에서 나타난다. 다음의 설명은 외부에서 실험실 자석을 이용해 용액과 전지에 균일 자계를 가했을 때 일어나는 현상을 설명한다.The influence of the magnetic field on the chemical system can be divided into the following three types. That is, thermodynamic, kinetic, and mass transfer. Although the local magnetic effect is not likely, the macroscopic, thermodynamic effects are negligibly small. Kinesthetically, the rate of reaction and the distribution of products proton alternate with each other. The movement effect causes the flux to increase several times. The protons also show mechanical effects, especially on very short distance scales below 10 nm. The following explains the phenomenon that occurs when a uniform magnetic field is applied to a solution and a cell using an external laboratory magnet.

열역학적인 현상;Thermodynamic phenomenon;

실험실 자석의 극 사이에 용액을 놓아 균일하게 가한 자장은 반응 자유 에너지에 거의 무시할 만한 비 지수적인 효과 밖에 미치지 못한다. 즉, ΔGm = -0.5ΔXmB2J/mole인데, 여기서 ΔGm은 자장에 의한 반응 자유 에너지의 변화량이며, ΔXm은 산물과 반응물 간의 자화율 차이이며, B는 가우스(gauss)로 표시된 자속 밀도이다. 반자성 물질을 상자성 물질로 변환시키기 위해서는 ΔXm ≤ 0.01 ㎤/mole이 되어야 한다. 1 테슬라[Tesla(T)](1 테슬라 = 10 kGauss)가 정해진 자장에서, |ΔGm|≤ 0.05 J/mole이다. 10 T의 최고도로 강한 실험실 자장에서도 이 효과는 대표적 반응 자유 에너지(ΔkJ/mole)에 비해서 무시할 만큼 작다. 위의 것은 전지 외부에 자석이 설치되어 균일 자계가 용액에 가해진 시스템에 대한 거시적 관점의 설명이다. 미시적으로는, 복합 재료의 국지적 자장은 꽤 강하고 자장을 만드는 자석에 가까운 복합 재료 내의 분자는 국지적으로 강한 자장의 영향을 받는 다고 말할 수도 있다. 예를 들어, 선이나 원통형의 자석에 대해서, 자장은 거리 x에 대해서 x-3으로 줄어 든다. 자석으로 부터 1㎚ 떨어진 분자에 미치는 자력은 1㎝ 거리에서 미치는 자력에 비해 대략 1021배 더 강하다. 이런 식의 논의는 좀 조잡할지 몰라도, 자기 복합 재료의 마이크로 구조적인 관점에서의 잠재적 장점을 정성적으로 말하고 있다. (일례로, 자석/나피온(Nafion)[듀퐁(Dupont)] 복합 재료에 있어서, 많은 부분의 산화-화원(redox) 물질은 아마도 나피온과 자석 입자 사이 계면의 1.5㎚ 대역을 통해 이동할 것이다.) 그러므로, 이 산화-환원 물질은 계면에 아주 근접한 위치에서 강한 자장의 영향을 받을 것이 틀림 없다.The uniform magnetic field applied by placing the solution between the poles of the laboratory magnet has only negligible non-exponential effects on the reaction free energy. That is,? Gm = -0.5? X m B 2 J / mole, where? Gm is the amount of change in the reaction free energy due to the magnetic field,? Xm is the difference in magnetic susceptibility between the product and the reactant, and B is the magnetic flux density expressed in gauss. In order to convert a semi-magnetic substance to a paramagnetic substance, it should be? Xm? 0.01 cm3 / mole. 1 Tesla (Tesla (T)] (1 Tesla = 10 kGauss) is in a given magnetic field, | ΔGm | ≤ 0.05 J / mole. In the strongest laboratory field with a maximum of 10 T, this effect is represented by the typical response free energy (Δ kJ / mole). The above is a macro view of the system in which a magnet is installed outside the battery and a uniform magnetic field is applied to the solution. Microscopically, it can be said that the local magnetic field of the composite is quite strong and that the molecules in the composite material close to the magnet making the magnetic field are locally affected by a strong magnetic field. For example, for a line or cylindrical magnet, the magnetic field is reduced to x -3 with respect to distance x. The magnetic force on a molecule 1 nm away from the magnet is about 10 21 times stronger than the magnetic force at a distance of 1 cm. This discussion may qualitatively describe the potential benefits of microcomposite materials from a microstructural point of view, although this may be somewhat crude. In a magnet / Nafion (Dupont) composite, for example, many redox materials will migrate through the 1.5 nm band at the interface between Nafion and the magnet particle. ) Therefore, this oxidation-reduction material must be affected by a strong magnetic field at a position very close to the interface.

동력학적 현상;Dynamic phenomena;

반응 속도 k는 지수 함수 전치 계수 A와 활성화 자유 에너지 ΔG를 사용하여 변수화하여 k = A exp[-ΔG/RT]로 표시한다. 외부에서 인가한 균일 자장은 ΔG에는 별로 영향을 미치지 않으나, A를 바꿀 수 있다. 비단열(nonadiabatic) 시스템은 자장의 영향에 민감하다. 자장은 삼상(triplet state)이 쇠퇴하는 것을 제거하여 자유 라디칼의 단상과 삼상 사이의 상호 변환 속도를 변화시킨다(ΔG에 영향을 미치면서). 변환 속도는 간단한 용매에서는 계수 3에 따라 변화한다. 자성 결합은 전자와 원자핵 간의 초마이크로 상호 작용과 스핀-궤도 간 상호 작용 두 가지를 통해 일어나므로, 변환 속도는 인가된 자장 강도의 비단조(非單調) 함수일 수 있다. 광화학적 및 전기화학적 발광융은 인가된 자장에 따라 바뀔 수 있다. 단상-삼상 간 상호 변환은 상호 변환 속도가 자유 라디칼이 용매를 빠져나가는 율에 비등하게 될 때, 자장은 산물의 분포도를 바뀌게 한다. 이 효과는 중합체막과 같은 높은 점도의 매질과 미셀라(micellar) 환경에서 가장 크다. 시스템의 크기가 작아질수록 효과는 더 커진다. 배위 복합(coordination complex) 시스템에 대해서는, 광화학적 및 균일 전자 이동 속도는 자장에 의해 바뀐다. 원자핵 전하가 크고 d- 또는 f- 쉘(shell) 전자의 부분적으로 소멸 안된(unquenched) 궤도 각 모멘텀 때문에, 스핀-궤도 결합은 유기 라디칼에서 보다 전이 금속 복합체에서 더 높다. Co(NH3)63+와 Ru(NH3)62+사이의 균일 전자 이동 속도는 확산 제어 반응에서 기대되는 것 보다 낮다. 7T의 자장에서, 이 속도는 2, 3 배 억제된다. ΔXm(과 ΔGm)은 산물, 반응물 및 활성화 복합체의 자화율과 자장 효과에 의해 고도로 상자성 활성화 된 복합체에 의해 결정된다고 논의 되어 왔다. 자장 내 전극에서의 가역적 전자이동에 대해서는, 주목할 만한 효과는 없다. 상자성 또는 반자성 물질의 의사 가역 전자 이동에 대해서는, 전극에 평행하게 인가된 자장에 의해서는 전자 이동 속도와 이동 계수(α)는 바뀌지 않는다. 유동 전지 내의 전극에 수직하게 인가된 자장은 전위 차를 발생시키는 데, 이것은 인가된 전극의 전위와 정확하게 중복되는 것이다. 0.25V의 전위가 보고된 바 있다. 인가된 자장을 반대로 하면, 전위차의 부호도 바뀐다. 이 효과는 표준 속도 정수는 바꾸지 않고, 단지 인가된 전위만 바꾼다.The reaction rate k depends on the exponential function transpose factor A and the activation free energy ΔG We can use k = A exp [-ΔG / RT]. The externally applied uniform magnetic field has little effect on ΔG, but it can be changed. Nonadiabatic systems are sensitive to the magnetic field. The magnetic field removes the decay of the triplet state to change the rate of conversion between the single and three phases of the free radical (ΔG ). The conversion rate varies according to the factor 3 in a simple solvent. Since the magnetic coupling takes place through two micro-interactions between the electrons and the nuclei and between the spin-orbital interactions, the conversion rate can be a non-monotonic function of the applied magnetic field strength. Photochemical and electrochemical luminescence can be changed depending on the applied magnetic field. The single-phase to three-phase interconversions change the distribution of the product when the mutual conversion rate becomes equal to the rate at which free radicals exit the solvent. This effect is greatest in high viscosity media such as polymer films and in micellar environments. The smaller the system size, the greater the effect. For a coordination complex system, the photochemical and uniform electron transfer rates are varied by the magnetic field. Due to the unquenched orbital angular momentum of the atomic nucleus charge and the d- or f-shell electrons, the spin-orbital coupling is higher in the transition metal complex than in the organic radical. The uniform electron transfer rate between Co (NH 3 ) 6 3+ and Ru (NH 3 ) 6 2+ is lower than expected in the diffusion control reaction. At a magnetic field of 7 T, this speed is suppressed by a factor of two or three. It has been argued that [Delta] Xm (and [Delta] Gm) is determined by the highly paramagnetic activated complexes due to the magnetic susceptibility and magnetic field effects of the products, reactants and activation complexes. There is no remarkable effect on the reversible electron transfer at the electrode in the magnetic field. With respect to the pseudo-reversible electron transfer of a paramagnetic or a semi-magnetic material, the electron movement speed and the movement coefficient (?) Are not changed by a magnetic field applied in parallel to the electrode. A magnetic field applied perpendicularly to the electrodes in the flow cell generates a potential difference, which is exactly the same as the potential of the applied electrode. A potential of 0.25 V has been reported. When the applied magnetic field is reversed, the sign of the potential difference also changes. This effect does not change the standard rate constant, but only changes the applied potential.

대량 이동;Mass transfer;

자장에 의한 대량 이동 효과를 대형 자석의 글 사이에 전기 화학적 전지를 놓아 실험하였다. 효과는 전극의 배향, 자장과 전극 간의 상대적 배향, 강제 대류냐 자연 대류냐, 및 산화-환원 물질과 전해질의 상대 농도에 따라 달라 진다. 세가지 경우를 도 1, 2, 3에 예시한다.The mass transfer effect by the magnetic field was experimented by placing an electrochemical cell between the texts of the large magnets. The effect depends on the orientation of the electrodes, the relative orientation between the magnetic field and the electrodes, the forced convection or natural convection, and the relative concentration of the redox substance and electrolyte. Three cases are illustrated in Figs. 1, 2, and 3.

자연 또는 강제 대류에 의해 전극에 평행하고 전극에 평행한 자장에 수직하게 운동 중인 대전 물질에 대해서, 로렌츠 힘(Lorentz force)이 작용하여 대전 입자를 전극 쪽으로 이동하게 한다(도 1). 이 자기유체역학적(magnetohydrodynamic) 효과는 다음과 같이 표현될 수 있다.A Lorentz force acts on the charged material that is parallel to the electrodes and is in motion perpendicular to the magnetic field parallel to the electrodes by natural or forced convection, causing the charged particles to move toward the electrodes (FIG. 1). This magnetohydrodynamic effect can be expressed as:

[수학식 1][Equation 1]

F = q(E + v × B)F = q (E + v x B)

여기서, F, E, V는 각각 대전 물질에 대한 로렌츠 힘을 표시하는 벡터, 전장, 이동 중인 물질의 속도, 자장이다. q는 물질의 전하량이다. 유동 전자와 수직 전극에 대해서, 자장이 있는 경우에 몇 배로 플럭스이 강화되고 수 십 볼트의 과도 전위의 감소가 있는 것이 관찰되었다. 또 수학식 1은 홀 효과(Hall effect)를 포함하고 있는 데, 이것은 대전 물질이 수직 자장을 통하여 이동하면 전위가 발생한다는 것이다. 이 전위는 인가된 전위에 중첩되어 낮은 전해질 농도에서 이동을 일으킨다.Where F, E, and V are the vector representing the Lorentz force for the charged material, the electric field, the velocity of the moving material, and the magnetic field, respectively. q is the charge of the material. For flow electrons and vertical electrodes, it was observed that the flux was enhanced several times in the presence of a magnetic field and there was a decrease in transient potential of several tens volts. Equation (1) also includes a Hall effect, which means that a potential is generated when a charged material moves through a vertical magnetic field. This potential overlaps the applied potential and causes migration at low electrolyte concentrations.

전극과 자장이 지면에 평행하면, 자장(B)과 전류 밀도(j)가 공간적으로 불변이고 서로 수직하지 않으면 열 운동은 전극면에서 와류가 된다(도 2 참조). 이것은 다음과 같이 변수화 할 수 있다.When the electrodes and the magnetic field are parallel to the ground, the magnetic field (B) and the current density (j) are spatially unchanged and not perpendicular to each other, the thermal motion becomes vortical at the electrode surface (see FIG. It can be parameterized as follows.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Fv = c-1[j × B]Fv = c- 1 [jxB]

수학식 2에서, Fv는 단위 체적 당 자력의 벡터이며 c는 광 속도이다. 일반적으로, 이 힘은 로렌츠 힘에 비해 작다. 수배의 플럭스 강화와 10 내지 20 mV의 전위 이동이 관찰 되었다. 상자성 및 반자성 물질에 대한 플럭스 강화는 유사하나, 상자성 전해질은 반자성 Zn2+의 플럭스를 두 배 강화 한다. 와류는 열 운동과 와류 확산을 억제한다.In Equation (2), Fv is a vector of magnetic force per unit volume, and c is a light velocity. Generally, this force is smaller than the Lorentz force. Several times flux enhancement and 10 to 20 mV dislocation migration were observed. The flux enhancement for paramagnetic and semi-magnetic materials is similar, but the paramagnetic electrolyte doubles the flux of the semi-magnetic Zn 2+ . Vortices suppress thermal motion and vortex diffusion.

도 3에 보인 마지막 구성은 전극면에 수직으로 배치되어 전장에는 평행인 자장에 대한 것이다. 몇가지 구성에 대해서 많은, 그리고 때때로는, 서로 일치하지 않는 결과가 보고되었다. 정지 상태의 용액에 담겨있는 수직 전극에 대해서, 플럭스 강화 ≤ 1000 %, 강제 대류 및 지면에 평행한 전극에 대해서, 10 %의 플럭스 저감, 및 강제 대류가 없고 지면에 평행한 전극에 대해서, 플럭스이 강화된다는 보고와 강화 안된다는 보고가 있었다.The last configuration shown in FIG. 3 is for a magnetic field which is arranged perpendicular to the electrode surface and parallel to the electric field. Many, and sometimes inconsistent, results were reported for some configurations. Flux strengthening ≤ 1000% for vertical electrodes contained in static solution, 10% flux reduction for forced convection and parallel to the ground, and flux enhancement for electrodes parallel to the ground without forced convection And there is no report that it is not strengthened.

이상으로 외부 자석으로 전지를 가로 질러 자장을 균일하게 인가한 시스템에 대한 열역학적, 동력학적 및 대량 이동 효과의 설명을 끝낸다. 이상의 아무 거시적 효과도 산화-환원 물질의 자화율에 의존적인 성질을 설명하지 못한다. 양성자 기계적 효과가 중요할지도 모르는 데, 특히 단거리 규모에서 그럴 것이다.This concludes the description of the thermodynamic, dynamic and mass transfer effects of a uniform magnetic field application across the cell with an external magnet. No macroscopic effect can explain the dependence of the oxidation-reduction material on the susceptibility. Proton mechanical effects may be important, especially on short-range scales.

연료 전지;Fuel cells;

산소를 불완전하게 환원되어 H2/O2고상 중합체 전해질 연료 전지의 효율을 제한하므로, 양극 보다 음극을 대략 5 배 정도 가압한다.Oxygen is incompletely reduced to limit the efficiency of the H 2 / O 2 solid polymer electrolyte fuel cell, so the cathode is pressurized about 5 times more than the anode.

양성자 교환 박막(proton exchange membrane) 연료 전지 구성은 수소를 양극 공급 물질로 공기 중의 산소를 음극 공급 물질로 채용하는 것 중의 하나이다. 이 연료는 대개는 귀금속 촉매를 이용하여 개량된 전극에서 전기분해적으로 분해된다(물을 생산하면서). 이 수소와 산소는 귀금속 촉매에서 연료가 열 분해 되는 것을 방지하기 위하여 양성자 교환막(나피온등의)을 써서 서로 분리된다. 음극에서 일어나는 반응은 다음과 같다.The proton exchange membrane fuel cell configuration is one of hydrogen employing hydrogen as an anode feed material and oxygen in the air as an anode feed material. This fuel is usually depolarized (producing water) from the improved electrode using a noble metal catalyst. This hydrogen and oxygen are separated from each other by using a proton exchange membrane (such as Nafion) to prevent the fuel from thermally decomposing in the noble metal catalyst. The reactions occurring at the cathode are as follows.

음극O2+ 4H++ 4e = 2H2OE°cathode= 1.23VCathode O 2 + 4H + + 4e = 2H 2 OE ° cathode = 1.23V

양극2H++ 2e = H2E°anode= 0.00VAnode 2H + + 2e = H 2 E ° anode = 0.00V

순수 반응O2+ H2= 2H2OE°cell=1.23VPure reaction O 2 + H 2 = 2H 2 OE ° cell = 1.23 V

그러나, 연료 전지는 대체적으로 불평형 상태에서 가동되므로 동력학적 제한을 받는다. 이런 제한은 보통 음극에서 발생하는 반응과 관계가 있다.However, since the fuel cell is generally operated in an unbalanced state, it is subjected to dynamical limitation. These limitations are usually related to the reactions occurring at the cathode.

O2+ 4H++ 4e = 2H2OE°cathode= 1.23VO 2 + 4H + + 4e = 2H 2 OE ° cathode = 1.23V

음극 반응이 점점 동력학적으로 제한 됨에 따라, 전지 전압은 떨어지고, 두 번째 반응 경로, 즉 산소가 두 개의 전자/두 개의 양성자로 환원되어 과산화 수소가 되는 것이 점점 더 좋게 된다. 이것은 두 전자 단계를 거쳐 열역학적으로 낮은 위치 에너지를 갖게 되면서 산소를 소비한다.As the cathode reaction becomes more and more kinetic, the cell voltage becomes lower and the second reaction path, i.e., oxygen, becomes reduced to two electrons / two protons to become hydrogen peroxide. It consumes oxygen as it has thermodynamically low potential energy through both electron steps.

O2+ 2H++ 2e = H2O2E°H2O2= 0.68VO 2 + 2H + + 2e = H 2 O 2 E ° H 2 O 2 = 0.68V

이 반응의 표준 자유 에너지는 산소가 물로 되는 4개 전자의 환원으로 부터 얻을 수 있는 자유 에너지의 30%가 된다. 이동 전자 수의 감소와 전지 전위 감소가 결합되어 나타나는 이러한 전류의 감소는 연료 전지 출력을 상당히 낮춘다.The standard free energy of this reaction is 30% of the free energy that can be obtained from the reduction of the four electrons in which oxygen is water. This reduction in current, coupled with a reduction in mobile electron number and a reduction in cell potential, significantly lowers the fuel cell output.

음극 반응의 효율을 높이기 위한 한 방법으로서 음극에 공급되는 양성자와 산소의 농도(압력)를 높여서 음극의 플럭스(즉, 음극에서의 반응 속도 몰/㎠s-1)를 강화하는 것이다. 양성자 플럭스는 양성자 교환 막(보통 나피온)을 사용하여 쉽게 충분히 높은 수준으로 유지할 수가 있어서 음극 반응의 수요를 맞출 수가 있다. 보통, 플럭스를 강화하여 반응을 빠르게 하여 물의 형성을 잘하게 하는 방법은 음극에 공급되는 공기를 가압하는 것이다. 압력은 5-10 기압이 전형적이다.As a method for increasing the efficiency of the cathode reaction, the concentration (pressure) of the protons and oxygen supplied to the cathode is increased to enhance the flux of the cathode (that is, the reaction rate mole / cm 2 s -1 at the cathode). The proton flux can be easily maintained at a sufficiently high level using a proton exchange membrane (usually Nafion), which can meet the demand for anodic reactions. Usually, a method of accelerating the reaction by strengthening the flux to improve the formation of water is to pressurize the air supplied to the cathode. The pressure is typically 5-10 atm.

양성자 교환막과 연료 전지에서 음극으로 가는 공기를 가압해야 하는 것은 예를 들어 차량에서 내연 기관 대체용으로 가격이 맞는 연료 전지를 개발하는 데 있어서 가장 큰 장애였다. 특히, 음극을 가압하기 위해서는 압축기가 필요했다. 수송용에 있어서는, 연료 전지에서 나오는 동력으로 압축기를 구동시켜야만 했다. 이것은 전체 연료 전지 시스템 출력의 약 15%을 감소시켰다.The need to pressurize the air from the proton exchange membrane and the fuel cell to the cathode has been a major obstacle to the development of cost-effective fuel cells, for example, for replacing internal combustion engines in vehicles. In particular, a compressor was required to press the cathode. For transport purposes, the compressor had to be driven by the power from the fuel cell. This reduced about 15% of the total fuel cell system output.

연료 전지에 대해서 수동(passive) 가압 방법을 개발하여, 연료 전지 시스템에서 위의 기계적 펌프를 제거할 수 있었다. 기계적 펌프를 제거함으로써 연료 전지의 무게가 거의 40% 줄어 들었다. 펌프를 구동시켜야 하는 기생적 손실을 제거하고 음극의 성능을 개선함으로써, 연료 전지는 더 많은 에너지와 출력 밀도를 낼 수가 있다. 자석에 의해 구동되는 전극면에서 발생하는 전위 이동을 활용하면 연료 전지의 전압 출력을 늘릴 수 있고 음극의 나쁜 동력학적 특성을 극복할 수 있을 것이다. 펌프를 제거하는 것은 연료 전지에 있는 단 하나의 구동부를 제거하는 것이며 이에 따라 연료 전지에서의 고장 발생 가능성을 대폭적으로 감소시키는 것이다.We have developed a passive pressurization method for the fuel cell and have been able to remove the above mechanical pump in the fuel cell system. By removing the mechanical pump, the weight of the fuel cell was reduced by almost 40%. By eliminating the parasitic losses that drive the pump and by improving the performance of the cathode, the fuel cell can produce more energy and output density. Utilizing the potential shift generated on the electrode surface driven by the magnet, the voltage output of the fuel cell can be increased and the negative dynamic characteristics of the cathode can be overcome. Removing the pump removes only one drive in the fuel cell, thereby greatly reducing the likelihood of failure in the fuel cell.

현재의 연료 전지 구성에서는 음극은 양극의 약 5 배 가압된다. 이 가압의 필요성은 이 압력을 지지하기 위해 충분히 견고하도록 해야 하기 때문에 연료 전지 구성을 제약한다. 자성에 기초하고 수동(passive) 가압되는 구성에서는, 구조를 견고하게 해야할 필요성은 없게 된다. 이것은 두 가지의 큰 이점이 있다. 첫째는 연료 전지의 중량과 부피가 줄어 든다는 것이다. 둘째는 연료 전지가 유연성이 있게 된다는 것이다. 이 유연성은 일상적이 아닌 형태와 구조와에 맞춰 설치될 수 있게 되는 것을 포함하여 여러 가지 방법으로 활용될 수 있어서, 이런 방법이 아니면 사용 못했을 구조나 장치의 공간을 활용하게 해준다. 또, 연료 전지의 유연성은 한 개로된 구조를 쉽게 몇 개의 작은 전지로 나눌 수 있게 하여 필요에 따라 여러 가지로 병렬 또는 직렬 연결하여 사용할 수 있게 한다. 외곽의 벽이 연료 전지 전극에 대한 접근성을 제한하기 때문에 가압형 연료 전지의 견고한 구조에서는 이렇게 분할하기가 더 복잡하다.In the current fuel cell configuration, the cathode is pressurized about five times the anode. The need for this pressure constrains the fuel cell configuration because it must be sufficiently rigid to support this pressure. In a magnetically based, passive pressurized configuration, there is no need to make the structure robust. This has two major advantages. First, the weight and volume of the fuel cell is reduced. The second is that the fuel cell is flexible. This flexibility can be exploited in a number of ways, including being able to be set up for everyday forms and structures, allowing you to utilize the space of a structure or device that otherwise would not be available. In addition, the flexibility of the fuel cell makes it possible to easily divide a single structure into several small cells, which can be used in parallel or in series as needed. This division is more complicated in a rigid structure of a pressurized fuel cell because the outer wall restricts accessibility to the fuel cell electrode.

전극의 불활성화;Deactivation of the electrode;

부분적으로는 양극에 대한 수소의 동력학적 특성이 좋기 때문에, 많은 연료 전지 구성에서 수소를 연료로 사용하고 있다. 그러나, 수소는 저장하기가 어렵고 약간은 위험하다는 불리한 점을 가지고 있다. 이 불리한 점은 특히 휴대용 장치에서 두드러진다(예를 들어, 차량 및 랩톱 컴퓨터와 같은 휴대용 장치). 차량용 연료 전지용으로는 메타놀과 같은 액체 연료가 일반적으로 바람직하다. 연료로서 메타놀을 채용한 종래 기술의 연료 전지에서는 메타놀을 가열하여 동-아연이나 기타 촉매로 변환시켜 수소(및 이산화 탄소)를 발생시켜 필요에 따라 양극에 공급한다.Hydrogen is used as fuel in many fuel cell configurations, partly because of the good dynamic properties of hydrogen to the anode. However, hydrogen has the disadvantage that it is difficult to store and a little dangerous. This disadvantage is particularly noticeable in portable devices (e.g., portable devices such as vehicles and laptop computers). For vehicle fuel cells, liquid fuels such as methanol are generally preferred. In the conventional fuel cell employing methanol as the fuel, the methanol is heated to convert it into copper-zinc or other catalyst to generate hydrogen (and carbon dioxide) and supply it to the anode as needed.

비록 훨씬 바람직하지만, 양극에서 액체 연료(예를 들어 메타놀, 에타놀)의 직접적인 변환은 종래 기술의 연료 전지에서는 효과적이지 못했다. 이것은 종래 기술의 연료 전지에서는 양극면이 전해의 중간 물질과 반응하여 양극면에 불활성층이 급속히 형성되어, 즉 전극이 불활성화하여, 이 결과로 더 이상의 반응이 정지하거나 현저하게 방해 받기 때문이다.Although much more preferred, direct conversion of liquid fuels (e. G., Methanol, ethanol) from the anode was not effective in prior art fuel cells. This is because, in the fuel cell of the prior art, the anode surface reacts with the electrolytic intermediate and the inactive layer is rapidly formed on the anode surface, i.e., the electrode is deactivated, resulting in further stopping or remarkable disturbance of the reaction.

지난 수십년에 걸친 광범위한 조사에도 불구하고, 연료 전지의 전극에서 연료를 직접 변환시키는 방법에 대한 개발은 답보 상태이다. 이것은 특히, 상온 직접 변환의 경우에 그렇다. 이렇게 진전이 없는 것은 위의 전극 불활성화의 문제가 해결되지 않는 것이 직접적인 이유이다. 아직까지, 이 문제를 해결하고자 하는 거의 모든 노력은 본 발명에서 채용한 물리/자기적 방법과 대조되게 화학적 기술과 방법에 초점이 맞춰졌다.Despite extensive research over the last several decades, the development of methods for direct conversion of fuel from the electrodes of fuel cells is in a state of rampage. This is especially true in the case of direct conversion at room temperature. This lack of progress is directly due to the fact that the above electrode deactivation problem is not solved. Yet, almost every effort to solve this problem has focused on chemical techniques and methods in contrast to the physical / magnetic methods employed in the present invention.

다음에 제시된 데이터는 자기 복합 재료로 개량된 전극은 불활성화 되지 않거나 개량되지 않은 전극 보다 덜 불활성화됨을 보여 준다. 즉, 이러한 개량된 전극은 불활성화에 저항한다. 이에 비해 개량되지 않은 전극은 액체 연료의 산화중에 급속히 불활성화된다. 본 발명에 따르면, 연료 전지용 액체 연료의 직접적인 변환은 가능하다. 본 발명은 또 자유 라디칼 기구나 다수 전자 이동 과정을 거쳐 진행되는 모든 전기 분해의 경우에 있어서의 불활성화 방지에 광범위하게 적용될 수 있다.The data presented below show that electrodes modified with a magnetic composite material are less inactivated than non-inactivated or non-reformed electrodes. That is, these improved electrodes resist deactivation. On the other hand, the non-improved electrode is rapidly inactivated during the oxidation of the liquid fuel. According to the present invention, direct conversion of liquid fuel for a fuel cell is possible. The present invention is also widely applicable to the prevention of inactivation in the case of all electrolysis proceeding through a free radical mechanism or a multiple electron transfer process.

본 발명은 일반적으로는 복합 재료 부품들 계면에 구배를 형성하는 방법과 이 구배를 활용하는 방법 및 이 복합 재료 자체와 이 재료를 사용한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 자기(磁氣) 복합 재료 부품들 계면에 자기 구배를 형성하는 방법과 이 자기 구배를 활용하는 방법 및 이 자기 복합 재료 자체와 연료 전지, 축전지와 플럭스의 강화와 개량을 초래하는 석출을 포함하는 전기 화학적 시스템과 분리기와 같은 이 재료를 사용한 장치 및 위의 장치의 성능에 관한 것이다. 본 발명은 또 자기 복합 재료 및 경, 중 두 가지 모두의 전이 금속을 다른 종 또는 서로 간에 분리하기 위한 계면 구배의 제조 장치 및 제조 방법과 사용 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또 전기 분해, 특히 연료 전지용 자기 복합 재료의 조성, 제조 장치 및 방법과 사용 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또 전극의 불활성화(passivtaion)를 방지하기 위한, 특히 연료를 직접 개질(改質)하는 연료 전지의 전기 분해용 자기 복합 재료의 조성, 제조 장치 및 방법과 사용 방법에 관한 것이다. 또 자유 래디칼(radical) 산물과 중간 산물이 간여하는 전기 분해 산물을 개량하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention generally relates to a method of forming a gradient in the interface of composite material parts, a method of utilizing this gradient, and a composite material itself and a device using this material. In particular, the present invention relates to a method of forming a magnetic gradient at the interface of magnetic composite parts, a method of utilizing the magnetic gradient, and a magnetic composite material itself, which leads to the strengthening and improvement of the fuel cell, the battery and the flux Electrochemical systems including precipitation, and devices using these materials, such as separators, and the performance of the above devices. The present invention also relates to an apparatus for producing an interfacial gradient for separating both a magnetic composite material and a light transition metal from other species or from each other, and a manufacturing method and a use method thereof. The present invention also relates to a composition, an apparatus and a method for producing a magnetic composite material for electrolysis, particularly, a fuel cell, and a method of using the same. The present invention also relates to a composition, an apparatus and a method for producing a magnetic composite material for electrolysis of a fuel cell for preventing passivation of electrodes, and particularly to a fuel cell for directly reforming the fuel, and a method of using the same. The present invention also relates to an apparatus and a method for improving an electrolysis product involving a free radical product and an intermediate product.

여기서, 연료라는 단어는 가스나 액체 상태의 하나 이상의 연료가 다른 연료나 연료가 아닌 성분과 혼합된 혼합물이며, 이에는 하나 이상의 연료가 공기와 혼합된 혼합물도 포함된다. 여기서, 연료 혼합물이란 한 연료가 하나 이상의 다른 연료나 연료가 아닌 성분과 혼합된 혼합물을 뜻한다.Here, the term fuel is a mixture of one or more fuels in gas or liquid state with components other than the other fuels or fuels, including mixtures in which one or more fuels are mixed with air. Here, a fuel mixture means a mixture in which one fuel is mixed with components other than one or more other fuels or fuels.

도 1은 전극의 배향과 용매가 제 1 방향의 자기 유체 동력학적 유체 운동에 미치는 영향을 보이는 도면.1 shows the effect of the orientation of the electrodes and the solvent on the magnetohydrodynamic fluid motion in the first direction;

도 2는 전극의 배향과 용매가 제 2 방향의 자기 유체 동력학적 유체 운동에 미치는 영향을 보이는 도면.Figure 2 shows the effect of the orientation of the electrodes and the solvent on the magnetohydrodynamic fluid motion in the second direction.

도 3는 전극의 배향과 용매가 제 3 방향의 자기 유체 동력학적 유체 운동에 미치는 영향을 보이는 도면.Figure 3 shows the effect of the orientation of the electrodes and the solvent on the magnetohydrodynamic fluid motion in the third direction.

도 4A와 4B는 미세공의 직경 d에 대한 중성자-트랙(neutron-track) 식각된 폴리카보네이트/나피온 복합 재료에 대한 ㎞치를 표시한 도면.Figures 4A and 4B show the ratios for a neutron-track etched polycarbonate / Nafion composite material to a diameter d of the micropore.

도 5A와 5B는 반경 방향의 이동 속도에는 제한이 없다고 가정했을 때의 표면 확산 모델을 보이는 도면.Figures 5A and 5B illustrate a surface diffusion model assuming that there is no restriction on the radial velocity.

도 6A와 6B는 반경 이동을 포함하는 표면 확산 모델을 보이는 도면.Figures 6A and 6B illustrate a surface diffusion model including radial movement.

도 7A와 7B는 마이크로비드 표면적의 나피온 체적에 대한 비에 대한 폴리스티렌/나피온 복합물질을 통한 하이드로퀴논(hydroquinone)의 ㎞치를 보이는 도면.Figures 7A and 7B show the distribution of hydroquinone through the polystyrene / nafion composite material versus the ratio of microbead surface area to nafion volume.

도 8A는 폴리스티렌 마이크로비드/나피온 복합물질 내의 마이크로비드 표면을 따른 프랙탈 확산(fractal diffusion)의 분석치를 보이는 도면.8A is an analysis of the fractal diffusion along the surface of a microbead in a polystyrene microbead / naphion composite material.

도 8B는 피복안된 이산화철 입자를 체적비로 15% 포함하는 나피온 또는 나피온 한 가지만으로 표면 개량된 두 개의 전극에 대한 주기성 볼타메트리(cyclic voltammetry)에 의한 자장 측정 결과를 보이는 도면. 볼타모그램(voltammogram) 1은 표면에 간단한 나피온 피복이 되어 있는 전극에 대한 것이다. 볼타모그램(voltammogram) 2는 나피온과 15%의 피복안된 이산화철 입자를 포함하는 복합 재료를 갖고 있는 전극에 대한 것이다.8B is a view showing the result of magnetic field measurement by cyclic voltammetry on two electrodes surface-modified with only one kind of Nafion or Nafion containing 15% by volume of uncoated iron dioxide particles. FIG. Voltamogram 1 is for electrodes with simple Nafion coating on the surface. Voltammetogram 2 is for an electrode with a composite material containing Nafion and 15% uncoated iron dioxide particles.

도 9는 y 축에 산화-환원 물질의 상대 플럭스를 나타낸 것으로서, 이것은 자기 마이크로비드가 있는 복합 재료에 대한 최대 주기성 볼타메트릭 전류를 자기 재료를 포함하지 않는 나피온막에 대한 최대 주기성 볼타메트릭 전류로 나눈 것이며, 이 비율은 플럭스 강화도를 나타낸다.Figure 9 shows the relative flux of the redox material on the y-axis, which indicates the maximum periodic voltammetric current for the composite with magnetic microbeads as the maximum periodic voltammetric current for the Nafion membrane without magnetic material And this ratio represents the degree of flux enhancement.

도 10은 자성 및 비자성 복합 재료의 마이크로비드 체적비의 함수로 표시된 Ru(NH3)6 3+에 대한 ㎞치를 보이는 도면.10 is a view showing the distance to Ru (NH 3 ) 6 3+ as a function of the microbead volume ratio of magnetic and nonmagnetic composite materials.

도 11은 Ru(NH3)6 3+에 대한 마이크로비드의 자기 함량에 따라 플럭스이 증가하는 것을 보이는 도면.11 is a graph showing that the flux increases with the magnetic content of the microbead relative to Ru (NH3) 6 < 3 + & gt ;.

도 12A, 12B 및 12C는 가역성 물질 Ru(NH3)6 3+와 Ru(bpy)3 2+및 의사 가역성 물질 하이드로퀴논에 대한 주기성 볼타메트릭의 결과를 보이는 도면.Figure 12A, 12B and 12C are reversible material Ru (NH 3) 6 3+ and Ru (bpy) 3 2+ and decision reversible materials diagram showing the result of periodic Volta metric for the hydroquinone.

도 13은 15%의 자기 나피온 복합 재료를 통한 산소가 나피온 보다 대략 5배의 플럭스 강화도 갖는 것을 예측하는 데 사용하는 7가지 산화-환원 물질에 대한 플럭스를 표시한 도면.Figure 13 shows the flux for seven oxidation-reduction materials used to predict that oxygen through a 15% magnetic Nafion composite material has about 5 times flux enhancement over Nafion.

도 14는 자기 비드가 증가함에 따라 증가하는 자기 비드/나피온 복합 재료내의 Ru(NH3)6 3+의 플럭스를 표시한 도면.14 shows the flux of Ru (NH 3 ) 6 3+ in a magnetic bead / Nafion composite material that increases as the magnetic bead increases.

도 14A는 f-쉘 전자수의 함수로 표시된 란탄족 금속과 화합물의 상자성 유효 모멘트를 표시한 도면.14A shows the paramagnetic effective moments of a lanthanide metal and a compound expressed as a function of f-shell electrons. FIG.

도 14B는 f-쉘 전자수의 함수로 표시된 악티늄족 금속과 화합물의 상자성 유효 모멘트를 표시한 도면.14B shows the paramagnetic effective moment of an actinide group metal and a compound as a function of the f-shell electron number.

도 14C는 d-쉘 전자수의 함수로 표시된 d-쉘 전이 금속과 화합물의 자성 모멘트를 표시한 도면.14C shows the magnetic moments of the d-shell transition metal and the compound as a function of the d-shell electron number.

도 14D는 본 발명에 따른 혼합물을 분리하여 구성물의 순도를 증가시키는 데 사용하는 자기 분리기에 의해 분리되어 있는 일련의 용기를 보이는 도면.14D shows a series of vessels separated by a magnetic separator used to separate the mixture according to the invention and to increase the purity of the composition.

도 15A는 자기 미소 경계(microboundary)가 어떻게 표준 전기 화학 공정에 영향을 미치는 가를 설명하는 데 사용된 간략화된 도면.15A is a simplified drawing used to illustrate how a microboundary affects a standard electrochemical process;

도 15B는 본 발명 물질의 자기적 성질을 변화시키기 위하여 전기 자석이 발생하는 자장이 외부에서 인가된 속에 놓아 둔 본 발명의 물질의 간략화된 표시를 보이며, 여기서 이 자장은 켜고 끌 수 있거나 진동시킬 수 있게 되어 있다.15B shows a simplified representation of a material of the present invention in which a magnetic field generated by an electric magnet is placed in an externally applied field in order to change the magnetic properties of the material of the present invention wherein the magnetic field can be turned on, .

도 16은 전극이나 입자의 혼합물을 제 1 용액과 제 2 용액으로 나누는 전도체 기판을 사용 안하는 분리기의 간략화 도면.16 is a simplified illustration of a separator that does not use a conductor substrate to divide a mixture of electrodes or particles into a first solution and a second solution.

도 16A는 도 14D와 유사한 구성 물질의 순도를 높이기 위해 혼합물을 분리하는 데 사용하나 본 발명에 따라 리간드(ligand)를 사용하여 분리를 돕는 복합물을 형성하는 자기 분리기에 의해 분리된 일련의 용기를 보이는 도면.Figure 16A shows a series of vessels separated by a magnetic separator which is used to separate the mixture to increase the purity of the constituent material similar to Figure 14D, but which forms a composite that facilitates separation using a ligand in accordance with the present invention. drawing.

도 16B는 도 14D와 유사한 구성 물질의 순도를 높이기 위해 혼합물을 분리하는데 사용하나 본 발명에 따라 자기 분리기와 연관된 리간드(ligand)를 사용하여 분리를 돕는 복합물을 형성하는 자기 분리기에 의해 분리된 일련의 용기를 보이는 도면.FIG. 16B shows a series of separators separated by a magnetic separator which is used to separate the mixture to increase the purity of the constituent material similar to FIG. 14D but which, according to the invention, forms a composite that assists separation using a ligand associated with the magnetic separator. Drawing of the vessel.

도 16C는 도 14D와 유사한 분리법을 본 발명에 따라 리간드(ligand)를 사용하여 분리를 돕는 복합물을 형성하는 분리법과 조합하는, 혼합물을 분리하기 위한 자기 분리기에 의해 분리된 일련의 용기를 보이는 도면. 도 16C는 도 14D와 유사한 분리법을 본 발명에 따라 리간드(ligand)를 사용하여 분리를 돕는 복합물을 형성하고 입자 침전을 시키는 분리법과 조합하는, 혼합물을 분리하기 위한 자기 분리기에 의해 분리된 일련의 용기를 보이는 도면. 도 16E는 연료 전지(1220)의 배치를 보이는 도면.Figure 16C shows a series of vessels separated by a magnetic separator for separating the mixture, in which a separation process similar to Figure 14D is combined with a separation process to form a composite that facilitates separation using a ligand in accordance with the present invention. Fig. 16C shows a series of containers separated by a magnetic separator for separating the mixture, which is combined with a separation process similar to that of Fig. 14D to form a composite for facilitating separation using a ligand according to the present invention, Fig. 16E is a view showing the arrangement of the fuel cell 1220;

도 17은 본 발명의 두 가지 실시예에 따른 전극 형성 방법에 관련된 단계를 간략히 종합하는 것을 보이는 도면.Figure 17 is a simplified representation of steps involved in an electrode forming method according to two embodiments of the present invention.

도 18A 및 18B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화-환원 물질의 유동을 조절하기 위한 플럭스 스위치(800)를 보이는 도면.18A and 18B illustrate a flux switch 800 for regulating the flow of oxidation-reduction material in accordance with another embodiment of the present invention.

도 19는 제 1 물질(입자 A)와 제 2 물질(입자 B)을 분간하는 데 사용하는 이중 센서(900)를 보이는 도면.19 illustrates a dual sensor 900 used to distinguish between a first material (particle A) and a second material (particle B).

도 20은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전지(201)를 보이는 도면. 크로마토그라피적 실시예를 도 20A에 보인다. 도 20B는 철선의 개략적 자력선을 보이는 도면. 도 20C는 도 20A의 기술에 대한 방법을 보이는 도면.20 is a view showing a battery 201 according to another embodiment of the present invention. A chromatographic embodiment is shown in Figure 20A. 20B is a view showing a schematic magnetic force line of a wire. Figure 20C illustrates a method for the technique of Figure 20A;

도 21은 다른 3가지 전극면 개량에 대한 대응하는 데이터(곡선 번호 1-3)와 비교하여 보인 전극 계면에 자기 마이크로비드와 백금 탄소 입자 두 가지를 입힌 전극을 사용한 산소 환원에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터(곡선 번호 4)를 보이는 도면.FIG. 21 shows periodic voltammetric data for oxygen reduction using electrodes coated with two magnetic microbeads and platinum carbon particles at the electrode interface as compared to corresponding data for the other three electrode surface modifications (Curves 1-3) (Curve number 4).

도 22는 탄소(백금 탄소 상태의)의 질량 %를 10% 내지 50% 범위에서 변화시켰을 때의 kD1/2C*(y 축)의 값을 표시한 도면으로서, 여기서 kD1/2C*는 첨두치 주기성 볼타메트릭 전류에 비례하는 변수이다. 탄소 중의 백금 함량은 10, 20, 30 또는 40%이다. 각 점은 한 번의 실험을 표시한다.22 is a graph showing the value of kD 1/2 C * (y axis) when the mass% of carbon (in the platinum carbon state) is changed in the range of 10% to 50%, wherein kD 1/2 C * Is a variable proportional to the peak periodic voltammetric current. The platinum content in carbon is 10, 20, 30 or 40%. Each point represents one experiment.

도 23A 및 23B은 나피온과 비자성 마이크로비드(도 23A) 또는 자성 마이크로비드(도 23B)(체적비로 25% 비드와 75%의 나피온)와의 표면 복합 재료를 갖는 백금 전극을 사용한 에타놀 산화(0.1 M Na2SO4내에 6mM의 에타놀)에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터를 보이는 도면. 주기성 볼타모그램은 주사 속도 500, 200, 100, 50 및 20 mV/S로 기록 했음. 데이터 기록전에 전극을 -700과 900mV 간에 100회 바꿨음.23A and 23B are graphs showing the results of ethanol oxidation using a platinum electrode having a surface composite of Nafion and nonmagnetic microbeads (Fig. 23A) or magnetic microbeads (Fig. 23B) (25% 6 mM of ethanol in 0.1 M Na 2 SO 4 ). Periodic voltamograms were recorded at scan rates of 500, 200, 100, 50 and 20 mV / S. The electrode was changed 100 times between -700 and 900 mV before writing the data.

도 24A, 24B 및 24C는 나피온과 비자성 마이크로비드(체적비로 25% 비드와 75%의 나피온)와의 표면 복합 재료를 갖는 백금 전극을 사용한 에타놀 산화(0.1 M Na2SO4내에 7mM의 에타놀)에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터와 나피온과 자성 마이크로비드(체적비로 25% 비드와 75%의 나피온)와의 표면 복합 재료를 갖는 백금 전극을 사용한 에타놀 산화(0.1 M Na2SO4내에 7mM의 에타놀)에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터를 보이는 도면. 주기성 볼타모그램은 주사 속도 500 Mv/S(도 24A), 100 mV/S(도 24B), 50 및 20 mV/S(도 24C)로 기록 했음. 이 경우에는, 데이터 기록전에 전극을 700과 900mV 간에 100회 바꿨음.Figure 24A, 24B and 24C are Nafion and the non-magnetic microbeads (volume ratio of 25% beads and 75% of Nafion) with the surface ethanol oxidation using a platinum electrode with a composite material (0.1 M Na 2 SO 4 ethanol of 7mM in ) And a surface composite material of Nafion and magnetic microbeads (25% by volume by volume and Nafion 75% by volume) was used to oxidize ethanol ( 7 mM of ethanol in 0.1 M Na 2 SO 4 ) ≪ / RTI > for the periodic voltammetric data. The periodic voltamograms were recorded at a scan rate of 500 Mv / S (Figure 24A), 100 mV / S (Figure 24B), 50 and 20 mV / S (Figure 24C). In this case, the electrode was changed 100 times between 700 and 900mV before the data was written.

도 25는 아무 것도 없는 순전한 백금 전극 만을 사용한 에타놀 산화(0.1003 M Na2SO4내에 6.852 mM의 에타놀)에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터를 보이는 도면. 주기성 볼타모그램은 주사 속도 500, 200, 100, 50 및 20 mV/S로 기록 했음. 데이터 기록전에 전극을 -700과 900mV 간에 100회 바꿨음.25 is a diagram showing the periodicity Volta metric data for (ethanol of 6.852 mM in a 0.1003 M Na 2 SO 4), nothing is not only pure platinum electrode with ethanol oxidation. Periodic voltamograms were recorded at scan rates of 500, 200, 100, 50 and 20 mV / S. The electrode was changed 100 times between -700 and 900 mV before writing the data.

도 26A 및 26B는 백금 탄소(Pt-C), 나피온과 비자성 마이크로비드(도 26A) 또는 자성 마이크로비드(도 26B)(체적비로 11%의 비드와 26%의 Pt-C 및 75%의 나피온)와의 표면 복합 재료를 갖는 백금 전극을 사용한 에타놀 산화(0.1003 M Na2SO4내에 6.852 mM의 에타놀)에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터를 보이는 도면. 주기성 볼타모그램은 주사 속도 500, 200, 100, 50 및 20 mV/S로 기록 했음. 데이터 기록전에 전극을 -700과 900mV 간에 100회 바꿨음.Figs. 26A and 26B are graphs showing platinum-carbon (Pt-C), Nafion and nonmagnetic microbeads (Fig. 26A) or magnetic microbeads Nafion), ethanol oxidation using a platinum electrode having a surface with the composite material (0.1003 M Na 2 SO 4 a view showing a periodicity Volta metric data for ethanol of 6.852 mM) in. Periodic voltamograms were recorded at scan rates of 500, 200, 100, 50 and 20 mV / S. The electrode was changed 100 times between -700 and 900 mV before writing the data.

도 27A 및 27B는 백금 탄소(Pt-C), 나피온과 비자성 마이크로비드(도 27A) 또는 자성 마이크로비드(도 27B)(체적비로 11%의 비드와 76%의 Pt-C 및 13%의 나피온)와의 표면 복합 재료를 갖는 백금 전극을 사용한 에타놀 산화(0.1003 M Na2SO4내에 6.852 mM의 에타놀)에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터를 보이는 도면. 주기성 볼타모그램은 주사 속도 500, 200, 100, 50 및 20 mV/S로 기록 했음. 데이터 기록전에 전극을 -700과 900mV 간에 100회 바꿨음.27A and 27B show a graphical representation of the magnetic properties of platinum carbon (Pt-C), Nafion and nonmagnetic microbeads (Figure 27A) or magnetic microbeads (Figure 27B) Nafion), ethanol oxidation using a platinum electrode having a surface with the composite material (0.1003 M Na 2 SO 4 a view showing a periodicity Volta metric data for ethanol of 6.852 mM) in. Periodic voltamograms were recorded at scan rates of 500, 200, 100, 50 and 20 mV / S. The electrode was changed 100 times between -700 and 900 mV before writing the data.

도 28A는 아무 것도 갖지 않는 순전한 백금 전극을 사용한 에타놀 산화(0.1 M Na2SO4내에 6 mM의 에타놀)에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터와 백금 탄소(Pt-C). 나피온과 비자성 마이크로비드 또는 자성 마이크로비드(체적비로 11%의 비드와 26%의 Pt-C 및 63%의 나피온)와의 표면 복합 재료를 갖는 백금 전극을 사용한 에타놀 산화(0.1 M Na2SO4내에 6 mM의 에타놀)에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터를 보이는 도면. 주기성 볼타모그램은 주사 속도 500 mV/S로 기록 했음. 데이터 기록전에 전극을 -700과 900mV 간에 100회 바꿨음.28A shows periodic volumetric data and platinum carbon (Pt-C) for ethanol oxidation (6 mM ethanol in 0.1 M Na 2 SO 4 ) using a pure platinum electrode without any. Ethanol oxidation (0.1 M Na 2 SO) using a platinum electrode with a surface composite of Nafion and nonmagnetic microbeads or magnetic microbeads (11% beads, 26% Pt-C and 63% Nafion in volume ratio) 0.0 > 6 < / RTI > mM ethanol in 4 ). The periodic voltamogram was recorded at a scanning speed of 500 mV / S. The electrode was changed 100 times between -700 and 900 mV before writing the data.

도 28B는 도 28A의 에타놀 산화에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터로서 주사 속도 100 mV/S로 기록한 것임.28B is periodic volumetric data for the ethanol oxidation of FIG. 28A with a scan rate of 100 mV / S.

도 28C는 도 28A의 에타놀 산화에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터로서 주사 속도 20 mV/S로 기록한 것임.28C is periodic volumetric data for the ethanol oxidation of FIG. 28A with a scan rate of 20 mV / S.

도 29A는 아무 것도 갖지 않는 순전한 백금 전극을 사용한 에타놀 산화(0.1 M Na2SO4내에 6 mM의 에타놀)에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터와 백금 탄소(Pt-C). 나피온과 자성 마이크로비드 또는 자성 마이크로비드(체적비로 11%의 비드와 76%의 Pt-C 및 13%의 나피온)와의 표면 복합 재료를 갖는 백금 전극을 사용한 에타놀 산화(0.1 M Na2SO4내에 6 mM의 에타놀)에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터를 보이는 도면. 주기성 볼타모그램은 주사 속도 500 mV/S로 기록 했음. 데이터 기록전에 전극을 -700과 900mV 간에 100회 바꿨음.29A shows periodic volumetric data and platinum carbon (Pt-C) for ethanol oxidation (6 mM of ethanol in 0.1 M Na 2 SO 4 ) using a pure platinum electrode with nothing. Ethanol oxidation (0.1 M Na 2 SO 4) using a platinum electrode with a surface composite of Nafion and magnetic microbeads or magnetic microbeads (11% beads and 76% Pt-C and 13% Nafion in volume ratio) 0.0 > 6 < / RTI > mM ethanol). The periodic voltamogram was recorded at a scanning speed of 500 mV / S. The electrode was changed 100 times between -700 and 900 mV before writing the data.

도 29B는 도 29A의 에타놀 산화에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터로서 주사 속도 100 mV/S로 기록한 것임.29B is periodic volumetric data for the ethanol oxidation of FIG. 29A, recorded at a scan rate of 100 mV / S.

도 29C는 도 29A의 에타놀 산화에 대한 주기성 볼타메트릭 데이터로서 주사 속도 100 mV/S로 기록한 것임.29C is periodic volumetric data for the ethanol oxidation of FIG. 29A with a scan rate of 100 mV / S.

본 발명의 목적은 개량된 전극을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide an improved electrode.

본 발명의 다른 목적은 전극에 전극으로 가는 자기 물질의 플럭스를 강화하는 도막을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a coating film for enhancing the flux of a magnetic material to an electrode.

본 발명의 또 다른 목적은 자화율에 따라 자기 물질을 서로 분리시키는 분리기를 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a separator for separating magnetic substances from each other according to the magnetic susceptibility.

본 발명의 또 다른 목적은 전극이 전극으로 가는 자기 물질의 플럭스를 개선하도록 도막을 형성하는 방법을 제공하는 데 있다.It is yet another object of the present invention to provide a method of forming a coating film so that the electrode improves the flux of the magnetic material to the electrode.

본 발명의 또 다른 목적은 외부 자장에 반응하는 자기 복합 재료를 장치의 표면에 피복하는 방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method of coating a surface of an apparatus with a magnetic composite material that is responsive to an external magnetic field.

본 발명의 또 다른 목적은 피복된 표면에 외부 자장이 인가되면 피복된 표면에 경로를 갖는 자기 구배가 있는 다수개의 경계 영역을 갖는 자기 복합 재료를 장치의 표면에 피복하는 방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method of coating a surface of an apparatus with a magnetic composite material having a plurality of boundary regions with a magnetic gradient having a path on a coated surface when an external magnetic field is applied to the coated surface.

본 발명의 또 다른 목적은 개선된 연료 전지를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an improved fuel cell.

본 발명의 또 다른 목적은 개선된 연료 전지 음극을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide an improved fuel cell anode.

본 발명의 또 다른 목적은 개선된 축전지를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide an improved battery.

본 발명의 또 다른 목적은 플럭스 스위치를 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a flux switch.

본 발명의 또 다른 목적은 수동 산소 가압된 개선된 연료 전지 음극을 제공하는 데 있다.It is a further object of the present invention to provide an improved fuel cell anode with passive oxygen pressurization.

본 발명의 또 다른 목적은 상자성 물질을 반자성 물질로 부터 분리하는 개선된 분리기를 제공하는 데 있다.It is a further object of the present invention to provide an improved separator for separating paramagnetic material from semi-magnetic material.

본 발명의 또 다른 목적은 개선된 전해식 전지를 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide an improved electrolytic cell.

본 발명의 또 다른 목적은 전해성 가스용 개선된 전해식 전지를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide an improved electrolytic cell for electrolytic gas.

본 발명의 또 다른 목적은 화학 물질 이동을 제어하기 위한 개선된 다단 밀도의 복합 재료를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide an improved multistage density composite material for controlling chemical migration.

본 발명의 또 다른 목적은 액체나 기체 연료를 직접 변환시키기 위한 개선된 전지를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide an improved battery for direct conversion of liquid or gaseous fuel.

본 발명의 또 다른 목적은 불활성화되지 않거나 전극 표면에 불활성화 층이 형성되는 것에 저항하는 개선된 전극을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an improved electrode which is not inactivated or resists the formation of an inactive layer on the electrode surface.

본 발명의 또 다른 목적은 개선된 동력 발생과/또는 복합 능력을 가진 전기 화학적 전지를 제공하는 데 있다.It is a further object of the present invention to provide an electrochemical cell having improved power generation and / or complex capability.

본 발명의 또 다른 목적은 전해 중간 산물에 의해 불활성화 되지 않는 전극을 가진 전기 화학적 전지를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide an electrochemical cell having an electrode that is not inactivated by an electrolytic intermediate.

본 발명의 또 다른 목적은 전해 중간 산물에 의한 불활성화에 저항하고 액체나 가스 연료의 직접 변환이 가능한 전극을 가진 전기 화학적 전지를 제공하는 데 있다.It is a further object of the present invention to provide an electrochemical cell having an electrode capable of resisting inactivation by an electrolytic intermediate product and capable of direct conversion of liquid or gaseous fuel.

본 발명의 또 다른 목적은 불활성화 되지 않거나 전극 표면에 불활성화층을 형성하지 않는 전극 표면 피복용 자기 복합 재료 또는 조성을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a magnetic composite material or composition for electrode surface coating that is not inactivated or does not form an inactivating layer on the electrode surface.

본 발명의 또 다른 목적은 불활성화 되지 않거나 전극 표면에 불활성화층을 형성하지 않도록 전극 표면에 피복하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for coating the electrode surface so as not to be inactivated or to form an inactive layer on the electrode surface.

본 발명의 또 다른 목적은 액체 또는 가스 연료를 직접 변환시키도록 전극 표면에 피복하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method for coating electrode surfaces to directly convert liquid or gaseous fuel.

본 발명의 또 다른 목적은 전극 표면에 불활성화층이 형성되는 것을 방지하는 방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method for preventing formation of an inactive layer on an electrode surface.

본 발명의 또 다른 목적은 연료 전지 전극 표면에서 액체 또는 가스 연료를 직접 변환할 수 있게 하는 방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method for enabling direct conversion of liquid or gaseous fuel at the surface of a fuel cell electrode.

본 발명의 또 다른 목적은 불활성화 되지 않은 전극 표면에서 액체 또는 가스 연료를 직접 변환하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.It is yet another object of the present invention to provide a method for directly converting liquid or gaseous fuel at an inactive electrode surface.

본 발명의 한 가지 이점은 전극으로 가는 상자성 물질의 플럭스를 강화시킬 수 있다는 것이다.One advantage of the present invention is that it can enhance the flux of paramagnetic materials to the electrodes.

본 발명의 또 다른 이점은 수동 가압에 동등하게 연료 전지 음극으로 가는 산소의 플럭스를 강화시킬 수 있다는 것이다.Another advantage of the present invention is that it can enhance the flux of oxygen to the fuel cell cathode equally to manual pressurization.

본 발명의 또 다른 이점은 혼합물에서 상자성, 반자성 및 비자성 물질을 분리할 수 있다는 것이다.Another advantage of the present invention is the ability to separate paramagnetic, non-magnetic and non-magnetic materials from the mixture.

본 발명의 또 다른 이점은 화학적, 점도적, 자기적 특성에 따라 화학 물질을 분리 할 수 있다는 것이다.Another advantage of the present invention is the ability to separate chemicals according to their chemical, viscous, and magnetic properties.

본 발명의 또 다른 이점은 자기적 복합 재료의 자장 구배를 활용한다는 것이다.Another advantage of the present invention is that it utilizes the magnetic field gradient of the magnetic composite material.

본 발명의 또 다른 이점은 내부 또는 외부의 자장 또는 두 가지 모두에 작용하도록 구성할 수 있다는 것이다.Another advantage of the present invention is that it can be configured to act on internal or external magnetic fields or both.

본 발명의 또 다른 이점은 전극 표면 상에 불활성화층의 형성을 피할 수 있다는 것이다.Another advantage of the present invention is that formation of an inactive layer on the electrode surface can be avoided.

본 발명의 또 다른 이점은 연료 전지 전극의 표면에서 액체나 가스성 유체의 직접 변환을 하게 할 수 있다는 것이다.Another advantage of the present invention is that it allows direct conversion of liquid or gaseous fluid from the surface of the fuel cell electrode.

본 발명의 또 다른 이점은 전극의 표면에 자장을 형성한다는 것이다.Another advantage of the present invention is that it forms a magnetic field on the surface of the electrode.

본 발명의 또 다른 이점은 전해 과정 중 발생한 자유 라디칼을 안정화시킨다는 것이다.Another advantage of the present invention is that it stabilizes the free radicals generated during the electrolysis process.

본 발명의 하나의 특징은 자기적으로 개량된 전극을 포함한다는 것이다.One feature of the invention is that it includes magnetically improved electrodes.

본 발명의 또 다른 특징은 외부 자장에 반응하는 자기 복합 재료로 장치의 표면을 피복하여 피복이 표면의 전기 화학적 효율과 플럭스를 증가시키게 하는 과정을 포함한다는 것이다.A further feature of the present invention is that the coating comprises a process of coating the surface of the device with a magnetic composite material responsive to an external magnetic field to increase the electrochemical efficiency and flux of the surface.

본 발명의 또 다른 특징은 이온 교환 중합체와 외부에서 인가된 자장에 자화되는 자기적 성질을 가진 비영구자석 마이크로비드(microbead)로 제조된 자기 복합재료를 포함한다는 것이다.Another feature of the present invention is that it comprises a magnetic composite made of an ion exchange polymer and a non-permanent magnet microbead having magnetic properties magnetized in an externally applied magnetic field.

본 발명의 또 다른 특징은 이온 교환 중합체와 자장 구배를 보이는 유기-철[초상자성(superparamagentic) 또는 페로풀루이드(ferrofluid)] 또는 다른 영구 자석과 비영구자석 또는 강자성체 또는 강자성 재료 마이크로비드(microbead)로 제조된 자기 복합 재료를 포함한다는 것이다.Another feature of the present invention is that the ion exchange polymer and the organo-iron (superparamagentic or ferrofluid) exhibiting a magnetic field gradient or other permanent and non-permanent magnets or ferromagnetic or ferromagnetic material microbeads ). ≪ / RTI >

본 발명의 또 다른 특징은 촉매와/또는 전자 전도체로 작용하는 백금 입자를 포함하는 자기 복합 재료를 포함한다는 것이다.A further feature of the present invention is that it comprises a magnetic composite material comprising platinum particles that serve as catalysts and / or electronic conductors.

본 발명의 또 다른 특징은 자기 복합 재료가 도포되고 전해의 중간 산물에 의해 불활성화 되지 않은 개선된 전극을 포함한다는 것이다.A further feature of the present invention is that the magnetic composite material comprises an improved electrode that is applied and not inactivated by electrolytic intermediate products.

본 발명의 또 다른 특징은 전극 포면에 불활성층 형성을 피할 수 있도록 전극 표면에 피복하는 자기 복합 재료 조성물을 포함한다는 것이다.Another feature of the present invention is that it comprises a magnetic composite material composition that covers the electrode surface to avoid formation of an inert layer on the electrode surface.

본 발명의 또 다른 특징은 불활성화되지 않거나 또는 전극 표면에 불활성층 형성하지 않고 전극에 의해 연료를 직접 변환시킬 수 있도록 전극 표면에 피복하는 자기 복합 재료 조성물을 포함한다는 것이다.Another feature of the present invention is that it comprises a magnetic composite material composition which is not inactivated or coated on the electrode surface so that the fuel can be directly converted by the electrode without forming an inert layer on the electrode surface.

본 발명의 또 다른 특징은 이온 교환 중합체와 조합된 상태의 촉매와 결합된 탄소 입자와 전극 표면에 불활성화층을 형성하지 않으면서 연료 전지의 표면에서 액체 또는 기체 연료의 직접 변환을 할 수 있게 하는 자기 마이크로비드를 포함하는 자기 복합 재료를 포함한다는 것이다.It is another feature of the present invention to provide a method for making direct conversion of liquid or gaseous fuel at the surface of a fuel cell without forming a deactivation layer on the surface of the electrode and the carbon particles combined with the catalyst in combination with the ion exchange polymer And a magnetic composite material comprising magnetic microbeads.

본 발명의 또 다른 특징은 이온 교환 중합체와 조합된 상태의 촉매와 결합된 탄소 입자와 전해 과정에서 발생된 자유 라디칼을 안정화시킬 수 있는 자기 마이크로비드를 포함하여 전극 표면에 불활성화층의 형성을 피할 수 있게 하는 자기 복합 재료를 포함한다는 것이다.It is another feature of the present invention to provide a carbon nanotube comprising carbon particles bound to a catalyst in combination with an ion exchange polymer and magnetic microbeads capable of stabilizing free radicals generated in the electrolysis process, Which can be used in a variety of applications.

본 발명의 또 다른 특징은 표면에 피복된 자기 복합 재료가 있는 적어도 하나의 전극을 갖고 있는 전기 화학적 전지를 포함하여 전기화학적 전지가 더 많은 동력을 발생하고/또는 복합 능력을 내는 것이다.Another aspect of the present invention includes an electrochemical cell having at least one electrode with a surface-coated magnetic composite material so that the electrochemical cell generates more power and / or is more complex.

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 제 1 자성을 갖는 제 1 재료와; 제 2 자성을 갖는 제 2 재료와; 상기 제 1 재료와 제 2 재료 사이에 대략 1 나노미터에서 몇 마이크로미터의 평균폭을 갖는 하나의 경로를 제공하며, 상기 경로 내에 자기 구배를 갖는 다수개의 경계를 포함하여 구성되어, 상기 전이 금속 입자는 제 1 자화율을 가지고 있고, 상기 또다른 입자는 제 2 자화율을 가지고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 자화율은 충분히 차이가 나서 대부분의 상기 또다른 입자는 상기 제 1 영역에 남아있는 반면, 상기 전이금속 입자는 상기 제 2 영역으로 통과하는 것을 특징으로 하는 전이 금속 입자와 또다른 입자를 함유하는 제 1 영역과 제 2 영역 사이에 배치된 분리기를 제공함으로써 달성된다.The objects, advantages, and features of the present invention are summarized as: a first material having a first magnetic property; A second material having a second magnetic property; Providing a path between said first material and a second material having an average width of from about 1 nanometer to several micrometers and comprising a plurality of boundaries with a magnetic gradient in said path, Wherein said particles have a first magnetic susceptibility and said other particles have a second magnetic susceptibility and wherein said first and second magnetic susceptibilities are sufficiently different so that most of said further particles remain in said first region, Wherein the metal particles pass to the second region and a separator disposed between the first region and the second region containing another particle.

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 또 제 1 타입의 입자를 포함하는 전해질과; 전해질 내에 배치된 제 1 전극과; 전해질 내에 배치된 제 2 전극으로 구성되어, 제 1 타입의 입자가 제 2 전극에 도달하면 제 1 타입의 입자는 제 2 타입의 입자로 변환되고, 제 2 전극은 피복된 면이 있는데 이 피복은 제 1 자성을 갖는 제 1 재료와; 제 2 자성을 갖는 제 2 재료와; 상기 제 1 재료와 제 2 재료 사이에 대략 1 나노미터에서 몇 마이크로미터의 평균폭을 갖는 하나의 경로를 제공하며, 상기 경로 내에 자기 구배를 갖는 다수개의 경계를 포함하여 구성되어, 상기 전이 금속 입자는 제 1 자화율을 가지고 있고, 상기 또 다른 입자는 제 2 자화율을 가지고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 자화율은 차이가 있는 전지를 제공함으로써 달성된다.The objects, advantages, and features of the present invention are also achieved by an electrolyte comprising a first type of particles; A first electrode disposed in the electrolyte; And a second electrode disposed in the electrolyte such that when the first type of particles reaches the second electrode, the first type of particles are converted to second type particles and the second electrode has a coated side, A first material having a first magnetic property; A second material having a second magnetic property; Providing a path between said first material and a second material having an average width of from about 1 nanometer to several micrometers and comprising a plurality of boundaries with a magnetic gradient in said path, Is achieved by providing a battery having a first magnetic susceptibility, the other particles having a second magnetic susceptibility, and the first and second magnetic susceptibilities being different.

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 또 자기 마이크로비드와 이온 중합체를 포함하는 주조용 혼하물을 제조하는 단계와; 면 상에 주조용 혼합물을 주조하는 단계와; 주조용 혼합물을 건조시켜 면 상에 복합 재료 피복을 만드는 단계를 포함하는 자기 복합 재료로 면을 피복하는 방법을 제공함으로써 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are also achieved by a method for manufacturing a casting honeycomb structure, comprising the steps of: preparing a casting honeycomb including a magnetic microbead and an ionic polymer; Casting a casting mixture on the surface; And drying the casting mixture to form a composite coating on the surface.

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 제 1 용매에 중량으로 적어도 약 1% 녹아 있는 자기 마이크로비드를 포함하는 제 1 성분과 제 2 용매에 중량으로 적어도 약 2% 녹아 있는 이온 교환 중합체를 포함하는 제 2 성분을 혼합하여 혼합된 현탁액 즉 주조용 혼합물을 생산하는 단계와; 적어도 약 0.5 테슬라인 전극면에 대략 90도되게 배향된 외부 자장 속에 배치된 면에 혼합 현탁액을 가하는 단계와; 제 1 용매와 제 2 용매를 증발시켜 피복된 면으로 가는 경로가 있는 자기 구배가 있는 다수 개의 경계 영역을 가진 면 피복을 생산하는 단계를 포함하는 자기 복합 재료로 장치의 면을 피복하는 방법을 제공함으로써 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are achieved by providing a first component comprising a magnetic microbead having at least about 1% by weight dissolved in a first solvent, and an ion exchange polymer having at least about 2% by weight dissolved in the second solvent Mixing the first component and the second component to produce a mixed suspension or casting mixture; Applying a mixing suspension to a surface disposed in an external magnetic field oriented about 90 degrees to an electrode surface of at least about 0.5 tesla; There is provided a method of coating a face of a device with a magnetic composite material comprising vaporizing a first solvent and a second solvent to produce a face coating having a plurality of boundary regions with a magnetic gradient with a path to the coated face .

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 또 제 1 용매에 녹아 있는 적어도 0.5㎛ 직경을 가진 자화성 재료를 대략 10% 내지 90% 함유하는 불활성 중합체가 피복된 마이크로비드를 중량으로 적어도 대략 1% 포함하는 현탁액을 포함하는 제 1 성분과 제 2 용매에 녹아 있는 중량으로 적어도 대략 2%의 이온 교환 중합체를 포함하는 제 2 성분을 혼합하여 혼합 현탁액을 생산하는 단계와; 적어도 대략 0.05 테슬라인 전극면에 대략 90도로 배향된 자장 속에서 전극면에 혼합 현탁액을 가하는 단계와; 제 1 용매와 제 2용매를 증발시켜 전극면으로 가는 경로를 가진 자기 구배가 있는 다수개의 경계 영역을 가진 자기 복합 재료로 면이 피복된 전극을 생산하는 단계를 포함하는 전극면으로 가는 경로를 가진 자기 구배가 있는 다수개의 경계 영역을 가진 자기 복합 재료로 면이 피복된 전극을 제조하는 방법을 제공함으로써 달성된다.The object, advantages, and features of the present invention are also achieved by providing a microbead-coated microbead containing from about 10% to about 90% of a magnetizable material having a diameter of at least 0.5 < RTI ID = 0.0 > And a second component comprising at least about 2% ion exchange polymer in a weight dissolved in a second solvent to produce a mixed suspension; Applying a mixing suspension to the electrode surface in a magnetic field oriented at approximately 90 degrees to an electrode surface of at least about 0.05 tesla; And evaporating the first solvent and the second solvent to produce a surface-coated electrode with a magnetic composite material having a plurality of boundary regions with a magnetic gradient with a path to the electrode surface This is achieved by providing a method of producing a surface coated electrode with a magnetic composite material having a plurality of boundary regions with magnetic gradient.

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 또 제 1 용매 내에 있는 적어도 0.5㎛ 직경을 가진 자화성 비영구 자기 재료를 대략 10% 내지 90% 함유하는 불활성 중합체로 피복된 마이크로비드의 적어도 중량으로 5% 현탁액을 포함하는 제 1 성분과 제 2 용매에 있는 중량으로 적어도 5%의 이온 교환 중합체를 포함하는 제 2 성분을 혼합하여 혼합 주조용 혼합물 즉 혼합된 현탁액을 생산하는 단계와; 전극면에 혼합 현탁액을 가하는 단계와; 제 1 용매와 제 2용매를 증발시켜 외부 자석을 켰을 때 전극면으로 가는 경로를 가진 자기 구배가 있는 다수개의 경계 영역을 가진 자기 복합 재료로 피복된 면이 있는 전극을 생산하는 단계를 포함하는 외부 자석을 켰을 때 전극면으로 가는 경로를 가진 자기 구배가 있는 다수개의 경계 영역을 가진 자기 복합 재료로 면이 피복된 면이 있는 전극을 제조하는 방법을 제공함으로써 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are also achieved by providing a magnetic bead coated article comprising at least 5% by weight of a microbead coated with an inert polymer containing about 10% to 90% of a magnetizable non-permanent magnetic material having a diameter of at least 0.5 [ % Suspension in a second solvent and a second component comprising at least 5% by weight of an ion exchange polymer in a second solvent to produce a mixture or suspension mixture; Applying a mixing suspension to the electrode surface; Producing an electrode having a surface coated with a magnetic composite material having a plurality of boundary regions with a magnetic gradient having a path to the electrode surface when the external magnet is turned on by evaporating the first solvent and the second solvent, There is provided a method of manufacturing an electrode having a surface coated with a magnetic composite material having a plurality of boundary regions with a magnetic gradient having a path to an electrode surface when the magnet is turned on.

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 또 일정 범위의 농도를 가진 중합체 재료와 용매로 일련의 주조용 혼합물을 제조하는 단계와; 이련의 주조용 혼합물 중의 하나를 막의 면에 가하고 용매를 증발 시키는 단계와; 일련의 주조용 혼합물 중의 또 하나를 막의 면에 가하고 용매를 증발 시켜서 면 위에 계조 밀도의 층을 생산하는 단계를 포함하는 계조 밀도 층을 형성하는 방법을 제공함으로써 달성된다.The objects, advantages, and features of the present invention are also achieved by a method of manufacturing a polymer electrolyte fuel cell, comprising the steps of: preparing a series of casting mixtures with polymeric materials and solvents having a certain range of concentrations; Adding one of the casting mixture to the surface of the film and evaporating the solvent; Adding another one of the series of casting mixtures to the surface of the film and evaporating the solvent to produce a graded density layer on the surface.

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 또 전도체와; 전도체와 접촉되어 있는 면에 있는 제 1 자성을 가진 제 1 재료와 제 2 자성을 가진 제 2 재료를 갖는 복합 재료로 구성되어, 복합 재료는 제 1 재료와 제 2 재료 사이에 경로를 제공하는 다수개의 경계를 포함하고, 경로는 전도체로 자기 물질의 플럭스가 가는 통로가 되는 것을 포함하는 자기 물질 플럭스를 통과하게 하는 전극을 제공함으로써 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are also achieved by a method of manufacturing a semiconductor device, And a composite material having a first material having a first magnetic property and a second material having a second magnetic property, the composite material having a first magnetic material and a second material, And the path is achieved by providing an electrode through which the flux of magnetic material, including that the flux of magnetic material into the conductor, becomes a fine passage.

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 또 전도체와; 전도체로 전해액내에서 자기 물질의 플럭스가 가는 것을 강화시켜서 자기 물질을 전기 분해시키는 전도체와 접촉되어 있으며 면에 있는 자기 수단을 포함하는 자기 물질을 전기 분해시키는 전극을 제공함으로써 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are also achieved by a method of manufacturing a semiconductor device, This is accomplished by providing an electrode that is in contact with a conductor that energizes the flux of the magnetic material in the electrolyte as a conductor and that electrolyzes the magnetic material and that electrolyzes the magnetic material including the magnetic means on the surface.

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 또 전도체와; 전도체로 자기 물질 플럭스가 가는 것을 강화하며 전도체와 접촉되어 있는 면에 있는 수단을 구비하여 자기물질의 전기 분해를 하게하는 자기 물질의 전기 분해를 하게 하는 전극을 제공함으로써 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are also achieved by a method of manufacturing a semiconductor device, This is achieved by providing an electrode that enhances the flux of magnetic material to the conductor and has means on the side in contact with the conductor to cause the electrolysis of the magnetic material to cause the electrolysis of the magnetic material.

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 또 전도체와; 자기 물질이 전도체로 향해 통과하는 것을 강화하는 다수개의 이동 경로가 속으로 있어서 자기 물질이 전기 분해되게 하게하는 전도체와 접촉되어 있는 면에 있는 자기 복합 재료를 포함하는 자기 물질을 전기 분해하기 위한 전극을 제공함으로써 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are also achieved by a method of manufacturing a semiconductor device, An electrode for electrolyzing a magnetic material comprising a magnetic composite material on a surface in contact with a conductor for causing a magnetic material to be electrolyzed, wherein a plurality of paths for enhancing the passage of the magnetic material toward the conductor are provided, .

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 또 제 1 자화율을 가진 제 1 전해 물질과; 제 2 자화율을 가진 제 2 전해 물질과; 바람직하게는 제 2 자화율을 가진 제 2 전해 물질 보다 제 1 자화율을 가진 제 1 전해 물질을 통과시키는 수단을 구비하고 이 수단은 제 2 자성을 갖는 제 2 재료와 복합 재료를 형성하는 제 1 자성을 가진 제 1 재료를 포함하는 시스템을 제공함으로써 달성된다.The objects, advantages, and features of the present invention are also achieved by providing a magnetic sensor comprising: a first electrolyte material having a first magnetic susceptibility; A second electrolytic material having a second magnetic susceptibility; Means for passing a first magnetic material having a first magnetic susceptibility than a second magnetic substance having a second magnetic susceptibility, preferably means for passing a first magnetic material forming a composite material with a second material having a second magnetic property / RTI > and a second material having a first material.

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 또 제 1 자성을 가진 제 1 자기 재료와; 제 1 자기 재료와 연계되어 일하여 자기 구배를 생성하는 제 2 자성을 가진 제 2 자기 재료를 구비하여 자기 구배가 제 1 입자를 제 2 입자로 부터 분리하는 자화율 차이로 제 1 입자를 제 2 입자로 부터 분리하는 시스템을 제공함으로써 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are also achieved by a magnetic recording medium comprising: a first magnetic material having a first magnetic property; And a second magnetic material having a second magnetic property that works in conjunction with the first magnetic material to produce a magnetic gradient so that the magnetic grains have a magnetic susceptibility of separating the first particles from the second particles, Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI >

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 또 이온 교환 물질과; 계조 밀도층을 구비하여 이온 교환 물질이 계조 밀도 물질에 흡착되는 화학 물질의 이동을 제어하는 복합 재료를 제공함으로써 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are also achieved by an ion exchange material; Density layer to control the movement of the chemical substance to which the ion-exchange material is adsorbed to the tone-density substance.

이와 같은 본 발명의 목적과 이점과 특징은 또 이온 교환 물질과; 중합체로 피복된 자기 피복 마이크로비드 재료와; 계조 밀도층을 구비하여, 이온 교환 물질과 중합체로 피복된 자기 마이크로비드 재료가 계조 밀도 물질에 흡착되는, 자화율에 따라 자기적 화학 물질 이동을 제어하기 위한 자기 복합 재료를 제공함으로써 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are also achieved by an ion exchange material; A magnetic coated microbead material coated with a polymer; By providing a magnetic composite material having a graded density layer for controlling the magnetic chemical movement according to the magnetic susceptibility, wherein the magnetic microbead material coated with the ion exchange material and the polymer is adsorbed to the tone density material.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 이온 교환기와; 계조 점성층;을 구비하고 상기 이온 교환기는 계조 점성층에 흡착되는 화학 물질의 점성 이동을 제어하는 복합 재료에 의해 또한 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are achieved by an ion exchanger comprising: an ion exchanger; Grained viscous layer and the ion exchanger is also achieved by a composite material which controls the viscous movement of the chemical adsorbed to the grained viscous layer.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 이온 교환기와; 자기 마이크로비드 재료로 피복된 중합체와; 계조 밀도 층;을 구비하고 상기 이온 교환기와 상기 자기 마이크로비드 재료로 피복된 중합체는 상기 계조 밀도 층에 흡착되고, 이층은 계조 밀도층이 밀도 구배와 거의 직각인 자기 마이크로비드 재료로 피복된 중합체의 밀도 구배를 형성하는 자기 화학 물질의 이동과 분산을 제어하는 자기 복합 재료에 의해 또한 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are achieved by an ion exchanger comprising: an ion exchanger; A polymer coated with a magnetic microbead material; Wherein the polymer coated with the ion exchanger and the magnetic microbead material is adsorbed to the grayscale density layer and the second layer is a layer of a polymer coated with a magnetic microbead material having a density gradient substantially perpendicular to the density gradient Is also achieved by a magnetic composite material that controls the migration and dispersion of the magnetochemical that forms the density gradient.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 이온 교환기와; 자기 마이크로비드 재료로 피복된 중합체와; 계조 밀도 층;을 구비하고 상기 이온 교환기와 상기 자기 마이크로비드 재료로 피복된 중합체는 상기 계조 밀도 층에 흡착되고, 이층은 계조 밀도 층이 밀도 구배와 거의 평행인 자기 마이크로비드 재료로 피복된 중합체의 밀도 구배를 형성하는 자기 화학 물질의 이동과 분산을 제어하는 자기 복합 재료에 의해 또한 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are achieved by an ion exchanger comprising: an ion exchanger; A polymer coated with a magnetic microbead material; Wherein the polymer coated with the ion exchanger and the magnetic microbead material is adsorbed to the grayscale density layer and the second layer is a layer of a polymer coated with a magnetic microbead material substantially in parallel with the density gradient of the grayscale density layer Is also achieved by a magnetic composite material that controls the migration and dispersion of the magnetochemical that forms the density gradient.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 이온 교환기와; 제 1, 2측을 갖는 계단형의 계조 밀도층을 구비하고, 상기 이온 교환기는 상기 계조 밀도 층에 흡착되고 계조 밀도층에 함께 주조된 어느 하나이고, 계단형 밀도층과 이온 교환기는 상기 제 1, 2 측에 포함되며, 상기 제 1 측은 화학 물질의 공급원에 인접하고 제 2 측은 화학 물질의 공급원에 보다 말단에 있으며, 상기 계단형 밀도층은 제 1 측을 향해 낮은 밀도를 갖고 제 2 측을 향해 높은 밀도를 갖고 있어서, 실질적으로 제 1 측에서 제 2 측으로 방향으로 밀도를 증가시키는 계조 이동을 갖는 이온 교환 복합 재료와 화학 물질 이동을 제어하는 화학 특성에 또한 의해 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are achieved by an ion exchanger comprising: an ion exchanger; Wherein the stepped density layer and the ion exchanger are either one of the first and second sides, the ion exchanger being adsorbed to the gradation density layer and cast together in the gradation density layer, , The first side being adjacent to a source of chemical material and the second side being more distal to a source of chemical material, the stepped density layer having a lower density towards the first side and a second side Ion exchange composite material having a gradation movement that increases density substantially in a direction from the first side to the second side and chemical properties that control chemical migration.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 이온 교환기와; 제 1, 2 측을 갖는 계단형의 계조 밀도층을 구비하고, 상기 이온 교환기는 상기 계조 밀도 층에 흡착되고 계조 밀도층에 함께 주조된 것중 하나이고, 계단형 밀도층과 이온 교환기는 상기 제 1, 2 측에 포함되며, 상기 제 1 측은 화학 물질의 공급원에 인접하고 제 2 측은 화학 물질의 공급원에 보다 말단에 있으며, 상기 계단형 밀도층은 제 1 측을 향해 낮은 밀도를 갖고 제 2 측을 향해 높은 밀도를 갖고 있어서, 실질적으로 제 1 측에서 제 2 측으로 방향으로 밀도를 감소시키는 계조 이동을 갖는 이온 교환 복합 재료와 화학 물질 이동을 제어하는 화학 특성에 또한 의해 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are achieved by an ion exchanger comprising: an ion exchanger; Wherein the stepped density layer and the ion exchanger are one of those adsorbed on the grayscale density layer and cast together in the grayscale density layer, and the stepwise density layer and the ion exchanger are one of the first , The first side being adjacent to a source of chemical material and the second side being more distal to a source of chemical material, the stepped density layer having a lower density towards the first side and a second side Ion exchange composite having a high density towards the first side and a gradation substantially reducing the density from the first side to the second side and chemical properties controlling chemical migration.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 전극과; 상기 전극상의 피복을 구비하고; 상기 피복은: 자기장 표면에 정렬된 자기 마이크로비드 재료와; 이온 교환 중합체와; 제 1 산화-환원 형태가 상자성이고 제 2 산화-환원 형태가 반자성인 전기 활성 중합체를 구비하여, 플럭스 스위치가 전기 활성 중합체를 자기장이 비정렬된 제 2 산화-환원 형태의 피복에 의해 발생되는 자기장에 정렬된 제 1 산화-환원로 부터 전기 분해됨으로서 가동되는 산화-환원 물질의 흐름을 순환시키는 플럭스 스위치에 의해 또한 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are achieved by an electrode assembly comprising: an electrode; A coating on said electrode; Said coating comprising: a magnetic microbead material aligned with a magnetic field surface; An ion exchange polymer; Wherein the flux switch comprises an electroactive polymer in which the first oxidation-reduction form is paramagnetic and the second oxidation-reduction form is quasi-magnetic and wherein the flux switch is a magnetic field generated by the coating of the second oxidation- Reducing material that is activated by being electrolyzed from the first oxidation-reduction furnace aligned with the first oxidation-reduction furnace.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 전극과; 상기 전극상의 피복을 구비하고; 상기 피복은: 비영구 자기 마이크로비드 재료와; 이온 교환 중합체와; 제 1 산화-환원 형태가 상자성인 제 2 산화-환원 형태가 반자성인 자기 재료 중합체를 구비하여, 플럭스 스위치가 외측에서 가해진 자기장이 온/오프될 때 상자성 형태에서 반자성 형태로 역으로 변환 시킴으로서 가동되는 화학 물질의 흐름을 순환시키는 플럭스 스위치에 의해 또한 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are achieved by an electrode assembly comprising: an electrode; A coating on said electrode; Said coating comprising: a non-permanent magnetic microbead material; An ion exchange polymer; The first oxidation-reduction form comprises a magnetic material polymer in which the second oxidation-reduction form is quasi-magnetic and the flux switch is activated by inversely converting from a paramagnetic form to a semi-magnetic form when the magnetic field externally applied is turned on / off It is also achieved by a flux switch that circulates the flow of chemicals.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 백금을 함유하는 입자와를 구비하여, 백금이 촉매 및/또는 전자 전도체의 역할을 하는 자기 복합 재료에 의해 또한 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are also achieved by a magnetic composite material comprising platinum-containing particles, wherein platinum acts as a catalyst and / or electron conductor.

본발명의 목적과 잇점과 특징은, 이온 교환 중합체와; 자기 마이크로비드와; 촉매와 결합한 탄소 입자를 구비하여, 자기 복합 재료가 전극의 표면에 배치되고 전극의 표면에서 불활성을 방지하는 전극의 불활성을 방지 또는 방해하는 자기 복합 재료 또는 성분에 의해 또한 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are achieved by an ion exchange polymer; Magnetic microbeads; Also achieved by a magnetic composite material or component comprising a carbon particle in combination with a catalyst, wherein the magnetic composite material is disposed on the surface of the electrode and prevents or inhibits inertness of the electrode to prevent inactivation at the surface of the electrode.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 이온 교환 중합체와; 자기 마이크로비드와/또는; 촉매와 결합한 탄소 입자를 구비하여, 자기 복합 재료가 전극의 표면에서 불활성을 방지하고 전극의 표면에서 연료의 개질을 직접적으로 가능하게 하는 전극의 표면상에 배치된 자기 복합 재료에 의해 또한 달성된다.The objects, advantages and features of the present invention are achieved by an ion exchange polymer; Magnetic microbeads and / or; Also achieved by a magnetic composite material comprising carbon particles in combination with a catalyst, wherein the magnetic composite material is disposed on the surface of the electrode to prevent inactivation at the surface of the electrode and directly modify the fuel at the surface of the electrode.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 자기 복합 재료로 피복된 표면을 갖는 전극을 제조하는 방법에 있어서, 이온 교환 중합체와, 마이크로비드, 및/또는 촉매와 결합한 탄소 입자와, 최소 하나의 용제를 형성하는 단계와; 전극의 표면에 혼합물을 주조하는 단계와; 용제를 증발시켜 자기 복합 재료가 피복된 표면을 갖는 전극을 형성하는 단계를 제공함으로서 자기 복합 재료가 전극 표면이 불활성되는 것을 방지하는 것이 또한 달성된다.The object, advantages and features of the present invention are achieved by a method of manufacturing an electrode having a surface coated with a magnetic composite material, comprising the steps of: providing an ion exchange polymer, carbon particles bonded with microbeads, and / or a catalyst, ; ≪ / RTI > Casting the mixture on the surface of the electrode; It is also achieved to prevent the magnetic composite material from inactivating the electrode surface by providing a step of evaporating the solvent to form an electrode having a surface coated with the magnetic composite material.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 자기 복합 재료로 피복된 표면을 갖는 전극을 제조하는 방법에 있어서, 이온 교환 중합체와, 마이크로비드, 및/또는 촉매와 결합한 탄소 입자와, 최소 하나의 용제를 형성하는 단계와; 전극의 표면에 혼합물을 주조하는 단계와; 용제가 증발하기 전에, 전극의 표면에 자기 입자가 배향되고 정렬된 구조를 형성할 수 있도록 외부 자기장에 전극을 위치시키는 단계와; 용제를 증발시켜 자기 복합 재료가 피복된 표면을 갖는 전극을 형성하는 단계를 제공함으로서 자기 복합 재료가 전극 표면이 불활성되는 것을 방지하는 것이 또한 달성된다.The object, advantages and features of the present invention are achieved by a method of manufacturing an electrode having a surface coated with a magnetic composite material, comprising the steps of: providing an ion exchange polymer, carbon particles bonded with microbeads, and / or a catalyst, ; ≪ / RTI > Casting the mixture on the surface of the electrode; Placing the electrode in an external magnetic field so that the magnetic particles can be oriented on the surface of the electrode and form an aligned structure before the solvent evaporates; It is also achieved to prevent the magnetic composite material from inactivating the electrode surface by providing a step of evaporating the solvent to form an electrode having a surface coated with the magnetic composite material.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 연료 전지의 자기적으로 개조된 전극의 표면에서 액체 또는 개스 연료의 직접적인 개질 방법에 있어서, 상기 전극의 표면은 그 위에 배치되고 전극 표면의 불활성을 방지하고 자기적으로 개조된 전극의 표면에서 연료의 직접적인 개질을 가능하게 하는 자기 복합 재료 피복을 갖는 전극의 표면에 직접적으로 연료를 공급하는 단계를 구비함으로서 또한 달성된다.The object, advantage and feature of the present invention is to provide a method for direct modification of liquid or gas fuel at the surface of a magnetically modified electrode of a fuel cell, wherein the surface of the electrode is disposed thereon, And directly supplying fuel to the surface of the electrode having a magnetic composite coating that enables direct modification of the fuel at the surface of the electrode that has been retrofitted.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 최소 1개의 전극의 표면상에 배치된 자기 복합 재료를 갖는 최소 1개의 전극과; 전극의 최소 1개의 표면에 유체(액체 또는 기체) 연료를 공급하는 공급 수단을 구비하여, 연료가 최소 1개의 양극에서 직접적으로 산화되고(개질되고), 상기 자기 복합 재료가 최소 1개 전극의 불활성을 방해하는 연료 전지를 제공함으로서 또한 달성될 수가 있다.The objects, advantages and features of the present invention are attained by a method of manufacturing an electrode comprising: at least one electrode having a magnetic composite material disposed on a surface of at least one electrode; A supply means for supplying fluid (liquid or gas) fuel to at least one surface of the electrode such that the fuel is oxidized (modified) directly on at least one anode and the magnetic composite is inert To the fuel cell.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 양극의 표면상에 배치된 자기 복합 재료를 갖는 양극과; 양극의 표면에 연료를 공급하는 공급 수단을 구비하여, 연료가 양극에서 직접적으로 개질되고, 상기 자기 복합 재료가 양극 표면의 불활성을 방해하는 연료 전지를 제공함으로서 또한 달성될 수가 있다.The object, advantages and features of the present invention are achieved by a positive electrode comprising: a positive electrode having a magnetic composite material disposed on a surface of the positive electrode; It is also possible to provide a fuel cell having fuel supply means for supplying fuel to the surface of the anode so that the fuel is directly reformed at the anode and the magnetic composite material interferes with inertness of the anode surface.

본 발명의 목적과 잇점과 특징은, 첨부된 도면과 함께 하기의 설명으로 부터 보다 명백해 질 것이다.The objects, advantages and features of the present invention will become more apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings.

계면 구배 - 일반Interface Gradient - General

밀도, 전하, 유전 상수 및 전위(potential)의 계면 구배(interfacial gradient)는 미소 거리(1 내지 100 ㎚) 멀어 짐에 따라 감소하는 강한 계면력(interfacial force)을 형성할려고 한다는 것이 알려 졌다. (일례로, 0.1 M 수용액 전해질 내에 놓인 0 전하의 전위를 가진 전극에 인가한 10 mV 내지 100 mV의 전위에 대해서, 계면 전위 구배(|전장|)는 105V/㎝ 내지 106V/㎝이지만 1㎚거리에 걸쳐서 줄어 든다.) 계면이 몇 개 밖에 없는 균질 마트릭스(matrix)에 있어서, 계면 구배가 전체 재료 특성에 미치는 효과는 무시할 만큼 작다. 그러나, 체적에 대한 표면적의 비율이 큰 마이크로 구조의 마트릭스에서는, 계면 구배는 복합 재료의 성질에 큰 영향을 미치거나 또는 주도한다. 벌크 재료(bulk material)이라는 말에 적합한 모델이 이런 복합 재료에 적용되었을 때는 잘 맞지 않는 것이 알려져 있다. 더구나, 다음에 설명하는 바와 같이, 이러한 복합 재료는 마트릭스를 구성하여 균질 재료에서는 알려져 있지 않은 기능을 하고 알려져 있지 않은 성질을 나타 내게 하는 기회를 제공한다.It has been found that the interfacial gradient of density, charge, dielectric constant and potential tends to form a strong interfacial force that decreases as the distance decreases (1 to 100 nm). (The electric field length) is 10 5 V / cm to 10 6 V / cm (for example, for a potential of 10 mV to 100 mV applied to an electrode having a potential of 0 charge placed in a 0.1 M aqueous electrolyte) , But decreases over a distance of 1 nm.) In a homogeneous matrix in which there are only a few interfaces, the effect of the interfacial gradient on the overall material properties is negligibly small. However, in a matrix of microstructures with a large surface area ratio to volume, the interfacial gradient has a great influence or dominance on the properties of the composite material. It is known that a model suitable for the term bulk material is not well suited when applied to these composites. Moreover, as will be described below, such composites provide an opportunity to construct a matrix and to exhibit unknown properties in homogeneous materials and to exhibit unknown properties.

이온과 분자의 이동을 촉진시키는 이온 교환 물질과 이것에 대한 지지 마트릭스 간의 계면과 연관된 구배의 효과를 이온 교환 중합체 복합 재료를 가지고 연구했다. 복합 재료는 잘 알려진 기하학적 형태를 갖는 표면적이 넓은 기판에 이온 교환 중합체를 흡착시키므로서 형성한다. 복합 재료를 통한 용질(solute)의 플럭스는 볼타메터적으로 결정한다. 복합 재료의 이온 교환 부분을 통한 용질 플럭스와 이온 교환 물질의 단순한 막을 통한 플럭스를 비교하면, 복합 재료에서 플럭스이 강화된 것을 알 수 있다. 이 강화의 정도는 자주 단위가 다를 정도이다. 마찬가지로, 흡착된 이온 교환 물질 체적에 대한 기판 표면적의 비(SA/Vol)이 플럭스 강화 정도를 정량화하는 중요 요인이었다. 플럭스 강화도의 특성은 이온 교환 물질과 지지체 간의 계면에 의해 좌우 된다는 것이 알려졌다. 몇 가지의 계면 구배가 중요하다는 것이 현재 까지 알려져 있다. 즉, 표면 확산을 일으키는 밀도 구배, 물질 이동을 일으키는 전위 구배, 및 플럭스 강화와 전극에서 전위 이동을 일으키는 자장 구배가 알려져 있다.The effect of the gradient associated with the interface between the ion exchanger and its support matrix to promote the migration of ions and molecules was studied with ion exchange polymer composites. The composite material is formed by adsorbing an ion exchange polymer on a large surface area substrate having a well-known geometry. The flux of the solute through the composite material is determined volumetrically. Comparing the flux through a simple membrane of solute flux with the ion exchange material through the ion exchange portion of the composite material, the flux is enhanced in the composite material. The extent of this reinforcement is often such that units are different. Similarly, the ratio of substrate surface area (SA / Vol) to the adsorbed ion exchange material volume was a significant factor in quantifying the degree of flux enhancement. It has been found that the nature of the flux enhancement depends on the interface between the ion exchange material and the support. It is known to date that several interfacial grades are important. That is, there is known a magnetic field gradient causing a density gradient causing surface diffusion, a potential gradient causing mass transfer, and flux enhancement and dislocation movement at the electrode.

복합 재료의 형성;The formation of a composite material;

복합 재료는 다음에 더 상세하게 설명하는 바와 같이 두, 세 개의 성분을 잘 혼합하여 이질적 마트릭스(heterogeneous matrix)를 형성함으로써 제조한다. 복합 재료는 각 성분의 특성을 얼마간 유지하면서도, 복합 재료에 특별한 관심을 쏟게하는 출발 재료와는 현저하게 다른 성질을 갖는다.The composite material is prepared by mixing two or three components well to form a heterogeneous matrix as described in more detail below. Composites have properties that are significantly different from those of the starting materials that give particular attention to composite materials while retaining some of the properties of each component.

종래 연구의 결과;Results of previous studies;

이온 교환 중합체 및 이의 복합 재료에 대하여, 마이크로 구조가 이동 및 선택성에 미치는 충격은 대단히 큰 것으로 나타났다. 신균의 특성은 복합 재료를 구성하는 개별 성분으로 부터 나오는 것이 아니라, 각 성분 사이의 계면에 발생된 구배에 의해 나온다. 나피온과 같이 본질적으로 마이크로 구조를 가지고 있는 이온 교환 중합체는 중합(스티렌 슬폰산염)과 같은 본질적 마이크로 구조를 가지고 있지 않은 중합체에 비하여 월등한 이동, 선택성 및 안정성 특성을 나타낸다. 이온 교환 중합체가 길이 척도에 있어서 이온 교환 물질의 마이크로 구조 특징(예를 들어 나피온 속의 5㎚ 크기의 미셀)과 유사한 마이크로 구조 특징(5 내지 100 ㎚)을 가지는 불활성 기판 상에 지지되어 있으면, 이온 교환 물질의 구조는 규칙적인 방식으로 붕괴된다. 복합물질의 플럭스 특성과 위에 말한 기판에 있는 마이크로 구조의 관계에서 이온 교환 물질의 성질에 마이크로 구조가 어떻게 영향을 미치는 가에 대한 정보를 얻을 수 있었다. 이 관계를 이용하여 복합 재료를 어떻게 특정의 이동 및 선택성 특성에 맞추느냐하는 설계 표준 명세를 만들 수 있다.For ion exchange polymers and composites thereof, the impact of microstructure on migration and selectivity was very large. The characteristics of the new bacteria are not derived from the individual constituents of the composite material but by the gradient generated at the interface between the components. Ion exchange polymers that have essentially microstructures, such as Nafion, exhibit superior migration, selectivity, and stability characteristics over polymers that do not have intrinsic microstructures such as polymerization (styrene sulfonate). If the ion exchange polymer is supported on an inert substrate having microstructure characteristics (5-100 nm) similar to the microstructure characteristics of ion exchange materials on a length scale (e.g., 5 nm micron in Nafion) The structure of the exchange material collapses in a regular fashion. The relationship between the flux characteristics of the composite materials and the microstructure in the above - mentioned substrate has provided information on how the microstructure affects the properties of ion exchange materials. This relationship can be used to create a design specification specification of how the composite material is tailored to specific mobility and selectivity characteristics.

표면 확산;Surface diffusion;

이런 관점에서 연구된 맨 처음 복합 재료는 중성자 트랙 식각된 폴리카보네이트 박막의 공선적 원통형 미세공 내로 나피온을 흡착시키므로서 형성했다. 이 이온 교환 중합체 나피온은 다음의 구조를 가지고 있는 과플르오르화된 슬폰산 중합체이다.From this point of view, the first composite material was formed by adsorbing Nafion into the co-axial cylindrical micropores of the neutron track etched polycarbonate film. This ion exchange polymer or ion is a perfluorinated sulfonic acid polymer having the following structure.

SO3 -그룹은 불활성 기판에 흡수되어 위에 굵은 글씨로 표시한 한 개의 층으로된 느슨하게 채워진 과플르오르화된 알킬 사슬 OCF2CF2OCF2CF2SO3 -을 형성한다. 이것은 이온 교환 중합체와 불활성 기판 사이에 형성된 가장자리를 따라 대략 1 내지 2㎚ 두께의 계면 대역을 생성시킨다. 체적에 대한 표면적 비가 큰 구조에서는, 이 복합체를 통과한 분자와 이온의 많은 부분이 이 계면 대역을 사실상 지나가게 된다. 즉, 분자와 이온은 이 얇은 계면 대역을 통한 플럭스가 높아서 계면장(interfacial field)이 가장 강하게 된다. 주어진 박막에 있어서, 모든 미세공은 15 내지 600 ㎚ 범위의 거의 같은 직경 d을 갖는다. 복합 재료를 통과하는 전기활성 물질의 플럭스는 회전식 디스크 볼타메트리로 결정한다. 회전식 디스크 볼타메트리에 있어서, ㎞(㎠/s)치로 복합 재료의 나피온 부분을 통과하는 산화-환원 물질의 플럭스를 변수화하는데, 여기서 k는 그 물질이 나피온으로 들어가는 분배 계수(partition coefficient)이고 ㎞(㎠/s)은 이것의 질량 이동 계수(mass transport coefficient)이다. 전극 상에 직접 부어서 만든 간단한 나피온 막에 대해서도 연구했다. 이 결과의 ㎞치를 로그(d)의 함수로서 도 4A에 보인다. 도 4A에 보인 바와 같이 미세공의 직경이 30㎚으로 점점 줄어 드는 데 따라서, 나피온 부분은 통한 플럭스는 위의 간단한 막에 걸쳐 3600%만큼이나 증가했다. 이 연구는 나피온과 지지 마트릭스 간의 계면은 복합 물질의 플럭스 특성을 결정하는 데 있어서 중요하다는 것을 보여 준다.The SO 3 - group is absorbed into the inert substrate to form a loosely packed perfluorinated alkyl chain OCF 2 CF 2 OCF 2 CF 2 SO 3 - in one layer, shown in bold above. This results in an interface band of approximately 1 to 2 nm in thickness along the edge formed between the ion exchange polymer and the inert substrate. In structures with a large surface area ratio to volume, much of the molecules and ions that pass through the complex actually pass this interface band. That is, molecules and ions have the highest interfacial field due to the high flux through this thin interfacial zone. For a given thin film, all micropores have approximately the same diameter d in the range of 15 to 600 nm. The flux of the electroactive material passing through the composite material is determined by a rotary disc voltammetry. For a rotary disk boltmeter, the flux of the redox material passing through the Nafion part of the composite material in kilometers (㎠ / s) is parameterized, where k is the partition coefficient that the material enters into Nafion Km (㎠ / s) is its mass transport coefficient. A simple Nafion membrane made by pouring directly onto the electrode was also studied. The results are shown in Figure 4A as a function of logarithm (d). As shown in Fig. 4A, as the diameter of the pores decreased to 30 nm, the flux through the nafion portion increased as much as 3600% over the simple membrane above. This study shows that the interface between Nafion and Gym Matrix is important in determining flux characteristics of composite materials.

여기서 제안된 플럭스 모델은 산화-환원 물질이 전극으로 잘 이동하게 하는 이동 경로를 제공하는 나피온과 폴리카보네이트 간에 형성된 계면에 의존적이다. 미세공의 중심에 있는 덩어리 상태의 나피온은 지지 마트릭스 벽 보다 이동 계수(m)가 작으나, 미세공의 중심으로 부터 산하-환원 물질을 추출해 내어서 벽 이동 대역으로 공급하는 양을 제공한다. 플럭스를 강화시키는 중요 변수는(원통형 단면의 경로에 대해서), λ를 층의 두께라 하면, 계면에 공급되는 나피온의 체적에 대한 이동을 잘하게 하는 벽 표면적(πdλ)의 비(πd2λ/4), 즉 4/d인 것으로 알아졌다. 1/d에 대한 ㎞치를 도 4B에 도시 했다. 도 4B에서, d ≥ 30㎚에 대해서는 변화가 선형적이고, 도파민의 경우를 제외하고, d → ∞(1/d → 0)에 따른 절편은 덩어리 상태의 나피온에 대한 ㎞치에 상당한다는 것을 주목하기 바란다.The flux model proposed here is dependent on the interface formed between the Nafion and the polycarbonate providing a pathway for the oxidation-reduction material to move well into the electrode. The massive Nafion at the center of the micropores has a smaller mobility coefficient (m) than that of the support matrix, but provides the amount of feed of the additive-reducing material from the center of the micropores to the wall transfer zone. An important parameter for enhancing the flux is the ratio of the wall surface area (dd) to the wall surface area (dd 2 ) that makes the movement of the Nafion supplied to the interface better (with respect to the path of the cylindrical section) / 4), i.e., 4 / d. The distance to 1 / d is shown in Fig. 4B. In Figure 4B, note that the change is linear for d > = 30nm and the intercept according to d → ∞ (1 / d → 0), except for the case of dopamine, corresponds to the distance to Nafion in lump state Please.

계면과 이와 연관된 농도, 장(field) 등의 구배가 계면 특성을 좌우하는 가하는 예측 모델과 함수를 특정 용도에 맞춰 새로운 복합 재료를 설계하는 방법과 함께 다음에 제공한다. 반경 방향 이동 속도에 제한이 없다고 가정한 간단한 확산 모델을 개략적으로 설명한다. 도 5A와 5B는 반경 방향 이동 속도가 제한되지 않는 간단한 모델을 보인다. 이 모델에서, Jcomp는 복합 재료를 통과하는 전체 플럭스이고, JNuc는 비어 있는 미세공을 통과하는 플럭스이고, Jbulk와 Jwall은 미세공의 체적(중심)과 미세공의 표면을 따른 플럭스를 각각 표시한다. 도 4B에 보인 바와 같이, 플럭스를 분석하기 위해서는, Jbulk와 Jwall을 효과적인 추출과 이동 계수의 곱인 ㎞치를 결정하는데 사용했던 미세공의 단면적으로 나눠야한다. 최종의 공식으로 부터, 도 5A와 5B에 보인 것은 도 4B의 것을 해석하여 경사와 절편이 있는 것으로 확인한다. 만약, 계면 대역의 두께 δ가 1.5㎚이라 하면, 인용된 kwallmwall치와 kbulkmbulk치를 찾을 수 있다. 용액 속의 각 물질의 확산 계수도 비교를 위해 표시했다. 일반적으로, kwallmwall (10 ~102)×kbulkmbulk (1~10)x Dsoln이다. 즉, 계면 대역의 두께 δ 1.5㎚에 대해서, kwallmwall은 Dsoln보다 한 단위 더 크고, kbulkmbulk보다는 하나 내지 두 단위 더 크다. 이 계면 이동 영역은 나피온 슬폰산 그룹이 폴리카보네이트 표면 장소와 비가역적 교환을 하여 한 개의 비활성 슬폰산 그룹층을 형성하기 때문에 발생한다. 슬폰산 장소를 나피온 중추와 연결시키는 측면 사슬은 미세공의 벽을 따라 느슨하게 채워진 한 개 층을 형성하여 덩어리 나피온의 어려운 환경을 통하기 보다는 이 이동 영역을 통하여 플럭스(flux)가 이동되게 한다. 사슬의 길이가 주어지면, 약 1.5㎚의 δ값은 kwallmwall치 (그리고 ㎞/Dsoln 치)와 일치하는 데, 이 kwallmwall치는 이동이 산화-환원 물질의 직경이 늘어 남에 따라 줄어 든다. 즉, kwallmwall치는 H2Q(0.6 ㎚) Ru(NH3)6 3+(0.8 ㎚)DOP+(0.8㎚)FernN+(1㎚)이다. 중성자 트랙 식각 복합 재료 내의 분자 형태에 따라 이 물질들 사이에 차이가 나는 것도 또한 발견되었다. 예를 들어, 원판형의 분자가 제법 큰 원구형 분자 보다 플럭스가 더 높았다.Predictive models and functions that depend on the interfacial properties, such as the interface and the concentration, field, and other gradients depend on the interfacial properties and are presented next, along with methods for designing new composites for specific applications. We briefly describe a simple diffusion model assuming that there is no limitation on the radial velocity. Figures 5A and 5B show a simple model in which the radial velocity is not limited. In this model, J comp is the total flux through the composite material, J Nuc is the flux through the vacancies , J bulk and J wall are the fluxes along the surface of the micropores Respectively. As shown in FIG. 4B, to analyze the flux, J bulk and J wall should be divided into the cross-sectional area of the microspheres used to determine the effective extraction and migration coefficient multiplication. From the final formula, what is shown in FIGS. 5A and 5B is interpreted as having slope and intercept by interpreting FIG. 4B. If the thickness δ of the interfacial band is 1.5 nm, the quoted k wall m wall values and k bulk m bulk values can be found. The diffusion coefficients of each substance in the solution are also shown for comparison. Generally, k wall m wall (10 ~ 10 2 ) × k bulk m bulk (1 to 10) x D soln . That is, for an interfacial band thickness of δ 1.5 nm, k wall m wall is one unit larger than D soln and is one to two units larger than k bulk m bulk . This interface migration occurs because the naphion sulfonic acid group irreversibly exchanges with the polycarbonate surface site to form one inactive sulfonic acid group layer. The side chain connecting the sulfonic acid sites to the Nafion center forms a loosely packed layer along the walls of the microspheres, allowing the flux to move through this moving region, rather than through the harsh environment of the lump or the surface. Given the length of the chain, the δ value of approximately 1.5 nm corresponds to the k wall wall value (and ㎞ / Dsoln value), and the k wall wall value shifts as the diameter of the redox substance increases Decrease. That is, the value of k wall m wall is H 2 Q (0.6 nm) Ru (NH 3 ) 6 3+ (0.8 nm) DOP + (0.8 nm) FernN + (1 nm). It has also been found that there is a difference between these materials depending on the molecular shape in the neutron track etch composite. For example, a disk-like molecule has a higher flux than a larger circular molecule.

반경 방향 이동;Radial movement;

미세공은 -0.2μC/㎠의 표면 대전 밀도를 갖는다. 30㎚의 미세공 직경을 갖는 복합 재료에 대해서, 대응하는 전하량은 미세공 전체 전하량의 0.5%이며 용액에서 추출되어 미세공으로 이동하는 음이온 수에 영향을 거의 미치지 않는다. 그러나, 표면 전하는 전위 구배(전장)을 미세공으로부터 벽 쪽으로 형성하여 양전하 이온을 미세공의 중심으로부터 벽으로 반경 방향 외측으로 이동하게 한다. 문제는 이 반경 방향 계면 전위 구배가 벽을 따른 농도 구배와 결합하여 도 6A와 6B에 보인 바와 같이 녹아 있는 물질(flux)이 전극으로 가는 것을 많게할 수 있는냐 아니냐는 것이다.The micropores have a surface charge density of -0.2 占 폚 / cm2. For a composite material having a pore diameter of 30 nm, the corresponding charge amount is 0.5% of the total pore hole charge and has little influence on the number of anions that are extracted from the solution and migrate to the micropores. However, the surface charge forms a dislocation gradient (electric field) from the micropore toward the wall, causing positive charge ions to move radially outward from the center of the micropore to the wall. The problem is whether this radial interfacial gradient can combine with the concentration gradient along the wall to increase the flux of the flux to the electrode as shown in Figures 6A and 6B.

모델을 도파민 농도( 2mM)를 일정하게 해 놓고, 질산 전해핵의 농도를 0.50에서 0.01M으로 변화시키면서 실험했다. 플럭스를, 아무 것도 없는 순전한 전극에 대해서는 400 rpm 회전시키면서 개량된 전극에 대해서는 무한 회전 속도에서 회전식 디스크 볼타메트리를 사용하여 측정하였다(표 1 참조). 전해액 농도는 순수 전극과 나피온을 포함하지 않는 30㎚ 나피온 막과 나피온 막에 대해서는 플럭스에 크게 영향을 미치지 않는다.The model was experimented with the concentration of dopamine (2 mM) kept constant and the concentration of nitrate electrolytic nuclei varied from 0.50 to 0.01 M. The flux was measured using a rotary disc voltammetry at an infinite rotational speed for the electrodes modified at 400 rpm for a pure electrode and for an improved electrode (see Table 1). The electrolyte concentration does not significantly affect the flux for the 30 nm Nafion and Nafion membranes that do not contain pure electrodes and Nafion.

[표 1][Table 1]

여러 가지 [H+]에서의 도파민 산화에 대한 플럭스(nmol/㎠s-1)Flux for dopamine oxidation in a number of [H +] (nmol / ㎠s -1)

그러나, 30㎚나피온 복합 재료에 대해서, 50배로 전해액 농도를 감소시키면 1600% 플럭스 증가가 생기게 한다. 계면 전위 구배에 의한 반경 방향 플럭스(flux)가 표면 확산과 결합되어 상기와 같이 강화되게 한다. 중립 하이드로퀴논에 대한 유사한 연구에서는 아무런 강화도 나타나지 않았다. 대전 물질 만이 이동한다는 것에 주목하기 바란다. 도파민은 대전되어 있고 하이드로퀴논은 대전되어 있지 않다.However, for a 30 nm Nafion composite material, reducing the electrolyte concentration by 50 times results in a 1600% flux increase. The radial flux due to the interfacial dislocation gradient is combined with the surface diffusion to be strengthened as described above. A similar study of neutral hydroquinone showed no enhancement. Note that only the charge material moves. Dopamine is charged and hydroquinone is not charged.

나피온 내에서 양성자에 대한 도파민의 선택성 계수가 약 500이므로, 전해액의농도를 50배 줄이는 것은 도파민의 농도를 10% 만큼 줄인다. 양성자의 농도를 변화시켜 발생한 놀라운 효과는, 도파민이 아니고, 양성자의 벽(wall) 전하를 보상하여 계면 전위 구배를 형성하여 도파민의 반경 방향 플럭스를 크게 하는 것을 의미한다. 이것은 왜냐하면 양이온 아민(amine)인 도파민이 슬폰산 장소에 심하게 이온 결합을 하기 때문이다. 유전 상수 20이므로, 나피온 내에서 상당한 양의 이온 결합이 있을 것으로 짐작된다. 이 이온 결합이, 중립 트랙 식각된 폴리카보네이트/나피온 복합 재료에 대한 ㎞치를 보이는 도 4A와 4B에 보이는 바와 같이, 왜 양이온 아민의 플럭스가 중립 하이드로퀴논 보다 낮은 지를 설명할 수 있을 것이다. 도 4A는 ㎞치 대 로그(d)를 보이는데 ,여기서 d는 미세공의 직경이다. ㎞치는 d가 30㎚에 접근함에 따라 벌크(bulk) 나피온에 대한 값 보다 더 커진다. RuN+ - 루테니움(II) 헥사민(□), H2Q - 하이드로퀴논(△, ▽), DOP+ - 도파민(○) 및 FerN+ - 트리메틸아미노메틸 페로신(ferrocene)(◇)에 대해 농도는 산화-환원 물질은 2mM이고 전해액은 0.1 M이다. 전해액은 DOP+와 H2Q(▽)를 제외한 모든 경우에 있어서 H2SO4이다. 선이 모델을 표시하는 것은 아니고 단지 데이터의 경향을 표시하기 위해 그려 넣은 것이다. 도 4B는 ㎞치 대 d-1을 표시하는데, 여기서 4d-1은 미세공의 표면적/미세공 내의 나피온 체적이다. 도 6A 및 6B에 보인 바와 같이, 도 4B에서의 경사는 표면 플럭스를 표시하고, 절편은 벌크 나피온 내의 플럭스에 대응한다. 하이드로퀴논은 제외한 모든 산화-환원 물질은 대전 아민이고 모두 하이드로퀴논 보다 낮은 플럭스를 갖는 것을 주목하시기 바랍니다.Since the selectivity coefficient of dopamine to protons in Nafion is about 500, reducing the electrolyte concentration by 50 fold reduces the concentration of dopamine by 10%. The surprising effect of changing the concentration of the proton implies that the radial flux of the dopamine is increased by forming an interfacial gradient by compensating the wall charge of the proton rather than dopamine. This is because dopamine, a cationic amine, is heavily ion-bound at the sulfonic acid site. Because of the dielectric constant of 20, it is assumed that there is a significant amount of ionic bonds in Nafion. It will be possible to explain why the ionic bond is lower than the neutral hydroquinone flux of the cationic amine, as shown in FIGS. 4A and 4B, which show the bridge to the neutral track etched polycarbonate / Nafion composite material. Figure 4A shows the crest value log (d), where d is the diameter of the micropore. As the distance d approaches 30 nm, the value becomes larger than the value for bulk or for. Concentrations for RuN + -lutenium (II) hexamine (), H 2 Q -hydroquinone (Δ, ∇), DOP + -dopamine (∘) and FerN + -trimethylaminomethylferrocene The oxidation-reduction material is 2 mM and the electrolyte is 0.1 M. The electrolyte is H 2 SO 4 in all cases except for DOP + and H 2 Q (∇). The line does not represent the model but merely draws the trend of the data to show it. FIG. 4B shows the ratio of d -1 , where 4d -1 is the Nafion volume in micropore surface area / micropore. As shown in FIGS. 6A and 6B, the slope in FIG. 4B represents the surface flux and the slice corresponds to the flux in the bulk Nion. Note that all oxidation-reduction materials except hydroquinone are charged amines and all have a lower flux than hydroquinone.

기상 전기 화학/이차원 마이크로 구조Weather Electrochemistry / Two Dimensional Microstructure

마이크로 구조를 변화시키는 한가지 방법은 전도 마트릭스를 삼차원에서 이차원으로 바꾸는 것이다. 이차원적 시스템은 마이크로 전극 어셈블리(assembly)의 전극들 사이의 비이온 중합체 절연자를 슬폰산염화함으로써 만들수 있다. 표면을 통한 전도는 액체가 전극 사이의 전도 경로를 제공하므로 전해질 용액이나 순수 용매에서 연구될 수가 없다. 그러나, 진공 상태의 플라스크(flask) 내에 마이크로 전극 어셈블리를 지지시켜 두고 수소나 염산과 적은 양(μL의)의 물을 주입함으로써, 위의 개스를 전기 분해시켜 전도를 연구할 수 있다. 이와 같은 저차원의 시스템에서, 이온 교환 장소의 하는 일과 농도와, 동시에 이온 전도에 있어서의 물의 하는 일을 연구할 수 있다. 예비적인 연구를 진행하여 마이크로 전극 어셈블리 표면의 비이온 표면에 걸친 기상으로 부터 흡착된 용매층을 통한 전도를 연구한다. 기상 용매의 전해는 용매가 전극 간의 간격을 메울 수 있도록 단층의 것 보다 더 많이 흡수해야 한다. 자체 양성자 이전 상수와 산도 상수가 큰 용매는 이온을 발생시키는 힘이 적은 용매 보다 더 큰 전류를 유지시킨다. 이 연구는 기상 전기 화학 검출과 그 시스템 및 대기 부식에 대한 정보를 제공한다.One way to change the microstructure is to change the conduction matrix from three-dimensional to two-dimensional. A two-dimensional system can be made by sulfonating a non-ionic polymeric insulator between the electrodes of a micro-electrode assembly. Conduction through the surface can not be studied in electrolyte solutions or pure solvents because the liquid provides a conduction path between the electrodes. However, conduction can be studied by electrolyzing the above gas by supporting the microelectrode assembly in a vacuum flask and injecting a small amount (μL) of water with hydrogen or hydrochloric acid. In such a low-dimensional system, it is possible to study the work and concentration of the ion exchange site, and at the same time, the work of water in ion conduction. Preliminary studies are conducted to study the conduction through the solvent layer adsorbed from the gas phase across the nonionic surface of the microelectrode assembly surface. The electrolysis of the gaseous solvent should absorb more than the monolayer so that the solvent can fill the gap between the electrodes. Solvents with inherent proton transfer constants and acidity constants maintain a larger current than solvents with low ion generating power. This work provides information on meteorological electrochemical detection and its systems and atmospheric corrosion.

중합 미소 원구로 형성된 복합 재료Composite material formed by polymerization microcirculation

계면력에 의해 플럭스가 크게 되는 것의 일반성을 시험하기 위해, 나피온과 중합 폴리스티렌 마이크로비드 즉 미소원구의 복합 재료를 형성했다. 직경 0.11 내지 1.5μm의 것을 사용했다. 도 7A 및 7B는 폴리스티렌 마이크로비드/나피온 복합 재료를 통한 하이드로퀴논의 ㎞치와 나피온 체적에 대한 마이크로비드의 표면적의 관계를 보인 것이다. 특히, 추출용 나피온 체적에 대한 이동용 비드 표면적(SA/Vol)의 여러 가지 비율에 대해 얻은 ㎞치를 세 가지 비드 직경에 대하여 보인다. 중성자 트랙 식각된 복합 물질에 대해서는, 벌크 나피온에 비교될 만한 절편을 가지고 있고 적어도 크기가 큰 데에서는 직선 관계가 있음이 나타났다. 이 크기 중에서, 0.37μm 비드가 가장 플럭스를 크게하는 것으로 나타났다(600%). [주: 여기서 비드(bead)와 마이크로비드(microbead)는 동의어적으로 쓰였다). 도 7A는 단일 크기의 비드로 형성한 복합 재료에 대한 결과인데, 여기서 체적에 대한 표면적의 비는 복합 재료 내의 비드의 체적을 변화시켜 변화시켰다. 양의 경사는 벌크 나피온 표면을 따른 표면 확산에 의해 플럭스가 크게 되는 것과 일치하는 것으로 나타났다. 절편은 벌크 나피온을 통한 이동과 일치한다.In order to test the generality of the increase of the flux by the interfacial force, a composite material of Nafion and polymerized polystyrene microbeads, that is, microcircles was formed. And those having a diameter of 0.11 to 1.5 mu m were used. 7A and 7B show the relationship between the hydroquinone ratio and the surface area of the microbeads with respect to the Nafion volume through the polystyrene microbead / Nafion composite material. In particular, the ratios obtained for various ratios of the moving bead surface area (SA / Vol) to the extraction Nafion volume are shown for the three bead diameters. For the neutron track etched composite material, it was found that there is a straight line relationship with the bulk Nafion and at least at large size. Among these sizes, 0.37 μm beads showed the highest flux (600%). [Note: here bead and microbead were used synonymously). 7A is the result for a composite material formed with a single size of bead wherein the ratio of the surface area to the volume is varied by varying the volume of the bead in the composite material. The positive slope coincided with a larger flux due to surface diffusion along the bulk surface. The intercept is consistent with the movement through the bulk Nepion.

복합 재료 내의 마이크로비드 즉 미소 원구의 비를 변화시키고 여러 가지 크기를 혼합해서 SA/Vol의 범위가 연속적이 되게 하였다. 특히, 도 7B는 막 내에 체적으로 총 50%의 나피온이 있는 일정 범위의 SA/Vol 값의 복합 재료에 대한 결과이다. 중성자 트랙 식각 복합 재료에 대해서 나타났던 1.3×106㎝-1과 유사하게, SA/Vol 값이 3.5×105-1까지는 SA/Vol값이 증가함에 따라 ㎞치가 증가한다(도 4A 참조). 50% 나피온의 주사형 전자 현미경 마이크로 조직을 조사해 보면, 0.11μm 비드로 채워진 것을 보이는 비드 크기가 단일한 복합 재료는 다르며, 이것 때문에 0.11μm 비드가 사용된 d-13.5×105-1에서 ㎞치가 낮은 것으로 보인다. 도 7B는 체적비 50%의 나피온을 가진 복합 재료에 대한 결과이다. 체적에 대한 표면적의 비는 동일 크기의 비드 및 두 가지 다른 크기의 비드로 다르게 복합 재료를 만들어서 변화시켰다. 플럭스는 3.5×105-1까지는 체적에 대한 표면적의 비가 증가함에 따라 증가하고, 비율이 가장 큰 데에서는 복합 재료는 0.11μm 비드를 포함했다.The ratio of micro-beads, that is, micro-spheres in the composite material, was changed and various sizes were mixed to make the SA / Vol range continuous. In particular, Figure 7B is the result for a composite material with a range of SA / Vol values with a total of 50% Nafion volume in the film. The ㎞ value increases as the neutron track etched similarly to the composite material over, 1.3 × 106㎝ -1 appear for, SA / Vol value is 3.5 × 10 5-1 by SA / Vol value is increased (see Fig. 4A). Examination of the microstructure of the 50% Nafion scanning electron microscope shows that the single composite material with the bead size, which is filled with 0.11 μm beads, is different, which is why d -1 3.5 × 10 5 cm -1 The distance is likely to be low. Figure 7B shows the result for a composite material having a Nafion volume ratio of 50%. The ratio of the surface area to the volume was varied by compositing the beads of the same size and the beads of the two different sizes differently. The flux increased as the ratio of surface area to volume increased up to 3.5 × 10 5 cm -1 , and the composite material contained 0.11 μm beads in the largest ratio.

주사형 전자 현미경 마이크로 조직에서 보면, 0.11μm 비드 보다 큰 비드를 가진 복합 재료는 프랙탈 재료에서 전형적으로 나타나는 자체-유사성(self-similarity)을 나타낸다. 만약 이 비드에 대한 ln(㎞)을 d가 비드 직경인 경우에 log(d)에 대해서 도시해 보면, 경사도가 -0.733인 직선을 얻는다. ㎞치대 d-0.733을 도 8A에 도시했다. 유한 분지 구조(finitely ramified structure)[예를 들어 시어핀스키 가스케트(Sierpinski gasket]의 프랙탈에 대한에 대해서, 이것은 이차원적 시스템 확산에서 예측되는 지수이다. 이와 같이, 마이크로비드 복합 재료는 마이크로비드 표면을 따른 전형적인 프랙탈 확산 이동을 보인다. 이 시스템이 표면 확산이 플럭스를 크게 하는 기구를 제공한다는 것을 확인 해주며 또 프랙탈 이동 과정의 개념 및 이온 교환 복합 재료에서의 표면 치수의 중요성을 알려 준다.In scanning electron microscopy microstructures, composites with beads larger than 0.11 micrometer beads exhibit self-similarity typical of fractal materials. If ln (km) for this bead is plotted against log (d) where d is the bead diameter, a straight line with an inclination of -0.733 is obtained. Fig. 8A shows the pitch d -0.733 . For a finitely ramified structure (e.g., for a fractal of the Sierpinski gasket, this is an index that is predicted in a two-dimensional system diffusion.) Thus, This system confirms that surface diffusion provides a mechanism to increase the flux and also shows the concept of the fractal transfer process and the importance of surface dimensions in ion exchange composite materials.

중성자 트랙 식각된 박막 상에 형성된;A neutron track formed on the etched thin film;

중합(4-비닐피리딘) 복합 재료Polymerized (4-vinylpyridine) composites

다른 이온 교환 물질 내의 표면 확산을 조사하기 위하여, 복합 재료를 양성자화한 중합(4-비닐피리딘)(PVP)과 중성자 트랙 식각된 박막으로 형성했다. 이 복합 재료에서도, 플럭스는 중합(4-비닐피리딘)의 미세공 면적의 체적에 대한 비가 감소함에 따라증가한다. 이 결과는 나피온 복합 재료에 대해서 발견된 결과와 일치하는데, 여기서는 원활한 표면 이동이 플럭스를 높게 했다.In order to investigate the surface diffusion in other ion exchange materials, the composite material was formed into a protonated polymer (4-vinylpyridine) (PVP) and a neutron track etched thin film. In this composite material, the flux increases as the ratio of the volume of the micropore area of the polymer (4-vinylpyridine) decreases. The results are consistent with the results found for Nafion composites, where smooth surface movement has increased the flux.

나피온의 열 공정;Nafion's thermal process;

반전 미셀(inverted micelle)을 생산하는 공정으로서, 상업적으로 구입되는 나피온은 열간(또는 뜨거운 상태로)으로 부어서 성형하지만, 나피온에 대한 대부분의 학문적 연구에서는 정상 미셀을 생산하는 냉간으로 부어 만든 나피온에 대해서 행해 졌다. 유기 용매로 열간 부어 만든 나피온의 기계적 성질에 대한 연구가 발표된 바 있다. 초단파 가열하여 나피온을 열간 부어 만들고자 하는 시도가 있었다. 이온이 많이 포함된 부어 만드는 용액에서, 나피온의 유리체 전이 온도(105℃)는 물이 끓음에 따라 도달해야 한다. 초단파 가열 시간의 함수로서 플럭스를 도시하면, 15분 정도에서 절단점이 생긴다. 하이드로퀴논에서는 플럭스는 플럭스의 감소와 함께 3 이하의 팩터로 변화하며, 예비적 연구에 의하면, Ru(NH3)6 3+에서는 플럭스는 플럭스의 증가가 있다. 이것은, 막에 있어서, 이 두가지 물질이 이동 기구가 다른 것을 뜻하는 것일 수 있다. 초단파 가열, 냉간 및 상업적 열간 부음 막을 비교했다.In the process of producing inverted micelles, commercially purchased Nafion is poured into hot (or hot) form, but in most academic studies on Nafion, It was done on the. Studies on the mechanical properties of Nafion made by hot pouring with organic solvents have been published. There was an attempt to make the Nafion hot by pouring microwave heating. In a pour-making solution containing a large amount of ions, the glass transition temperature (105 ° C) of Nafion should reach the boiling point of water. When the flux is shown as a function of the microwave heating time, a breaking point is generated in about 15 minutes. In hydroquinone, the flux changes with a factor of less than 3 with a decrease in flux, and according to preliminary studies, the flux in Ru (NH 3 ) 6 3+ has an increase in flux. This may be that in the film, the two materials have different moving mechanisms. Microwave heating, cold and commercial hot annular membranes.

자기, 소자, 비자기 복합 재료;Magnetic, element, nonmagnetic composite;

폴리스티렌 피복된 1 내지 2μm/Fe/산화철(비영구 자석 재료) 또는 유기-철(초 상자성 또는 페로풀루이드 또는 영구 자석) 마이크로비드이 물에 1% 현탁액으로 입수 가능하며[뱅스 랩(Bangs Labs), 폴리사이언스(Polyscience), 또는 델코레미(Delco-Remy)], 또 나피온[시. 지. 프로세싱(C. G. Processing)]도 알콜/물의 5% 현탁액으로 입수 가능하다. 폴리스티렌 이외의 다른 불활성 또는 활성 중합체 피복과 비중합 재료도 또한 마이크로비드나 자기 입자를 피복하기 위한 재료로서 사용될 수 있다. 이런 피복 재료의 예로서는 여러 가지 중합체, 실란(silanes), 티올(thiols), 실리카, 유리 등이 있다. 다른 한편, 어떤 경우에는 마이크로비드 또는 자기 입자 피복용의 중합체 또는 기타 피복 재료를 다음에 설명하는 바와 같이 완전히 사용 안할 수도 있다. 본 설명은 일반적으로 초상자성, 페로풀루이드, 영구 자석, 비영구 자석, 강자성, 또는 준강자성의 마이크로비드에 대한 것이다. 본 설명은 또 초전도체와, 코발트, 구리, 철, 사마리움 세리움, 알루미니움 및 니켈과 같은 회토류 금속에 기초한 자기 재료와, 기타 여러 종류의 금속 산화물과, 예를 들어 네오디뮴에 추가하여 철과 보론을 함유한 마그네켄치(Magnequench) 같은 네오디뮴에 기초한 자기 재료에 대한 것이다.The polystyrene-coated 1-2 micrometer Fe / iron oxide (non-permanent magnet material) or organo-iron (superparamagnetic or ferroplural or permanent magnet) microbeads are available in 1% suspension in water (Bangs Labs, , Polyscience, or Delco-Remy], and Nafion [po. G. Processing (C. G. Processing)] is also available in a 5% suspension of alcohol / water. Other inert or active polymer coatings and non-polymeric materials other than polystyrene may also be used as materials for coating micro-beads or magnetic particles. Examples of such coating materials include various polymers, silanes, thiols, silica, glass, and the like. On the other hand, in some cases, the polymer or other coating material for microbead or magnetic particle coating may not be completely used as described below. This description is generally directed to superparamagnetic, ferrofluid, permanent magnets, non-permanent magnets, ferromagnetic, or quasi-ferromagnetic microbeads. This description also applies to superconductors and magnetic materials based on recursive metals such as cobalt, copper, iron, cerium cerium, alumium and nickel, and various other types of metal oxides, such as, for example, neodymium And magnetic materials based on neodymium such as Magnequench containing boron.

어떤 경우에는, 본 발명을 실시하는 데 사용하기 위한 어떤 마이크로비드나 자기 입자는 예를 들어 중합체 재료로 피복해야 할 필요가 있을 지도 모른다. 일례로, 물이 있는 환경하에서, 불활성 재료의 피복은 마이크로비드 재료의 산화를 억제 또는 방지할 수도 있다. 다른 경우에는, 마이크로비드에 피복하는 것은 필요하지 않다(예를 들어, 산화철 마이크로비드 복합 재료 제목의 장을 참조하기 바란다).In some cases, certain microbeads or magnetic particles for use in practicing the present invention may need to be coated with, for example, a polymeric material. For example, under an environment with water, the coating of the inert material may inhibit or prevent oxidation of the microbead material. In other cases, it is not necessary to coat the microbeads (see, for example, the title of iron oxide microbead composites).

유기-철 재료 마이크로비드가 포함된 자기 복합 재료는 원통형 자석(내경 5㎝, 외경 6.4㎝, 높이 3.2㎝, 8파운드의 끄는 힘)의 중심에 설치한 전극에 적정한 양의 현탁액을 부어서 만든다. 일단 용매가 증발하고 자석이 제거되면, 일정 방향으로 배치된 비드는 전극 표면에 직각으로 기둥 형태로 적층되어 나피온 내에 갇히게 된다. 비드 간의 밀어냄을 최소화하기 위해, 한 개의 비드의 북쪽 끝을 다른 비드의 남쪽 끝에 오도록 적층하여 기둥을 형성한다. 즉, 기둥 간의 밀어냄을 최소화하기 위해, 기둥을 개략적으로 육각형으로 배치한다. 이와 같은 정렬된 복합 재료는 마이크로비드≤15%인 재료로 형성했다. 정렬된 복합 재료를 다른 복합 재료와 비교했다. 즉, 위와 같이 형성했으나 철/산화철 마이크로비드를 사용했고 자석을 사용안한 비정렬 복합 재료, 1.5 μm 크기의비자성 폴리스티렌 비드로 형성한 비자성 복합 재료, 단순한 나피온 막 및 소자되고 정렬된 복합 재료인 소자 복합 재료와 비교했다. 소자 복합 재료는 기둥 형태의 구조를 가지고 있었으나 완전히 소자되었는지는 분명하지 않다. 비자성 복합 재료는 산호초 형태의 구조를 가지고 있었다(즉, 기둥을 형성하지 않았다). 적어도 한 성분은, 일례로, 온도를 변화시키고 외부 자장을 가하거나 가하지 않은 상태에서 상자성 형태와 반자성 형태 간에 가역적으로 변화시켜서 복합 재료를 형성할 수 있음을 주목하기 바랍니다.The magnetic composite material containing the organo-iron material microbead is made by pouring an appropriate amount of suspension into a cylindrical magnet (an inner diameter of 5 cm, an outer diameter of 6.4 cm, a height of 3.2 cm, a pulling force of 8 pounds) Once the solvent evaporates and the magnet is removed, the beads arranged in a certain direction are stacked in a columnar form at right angles to the electrode surface and trapped within the Nafion. In order to minimize extrusion between beads, a column is formed by laminating the north end of one bead to the south end of the other bead. That is, the columns are arranged in a roughly hexagonal shape in order to minimize extrusion between the columns. Such an ordered composite material was formed of a material with microbead ≤ 15%. The aligned composites were compared to other composites. That is, non-magnetic composite materials formed using the iron / iron oxide microbeads as described above but without magnets, nonmagnetic composite materials formed with 1.5 μm non-magnetic polystyrene beads, simple Nafion membranes and elementally aligned composite materials In-composite material. The device composite has a columnar structure but it is not clear whether it has been completely removed. The non-magnetic composites had a coral-type structure (ie, did not form pillars). It should be noted that at least one component may, for example, change the temperature and reversibly change between a paramagnetic and a semi-magnetic form with or without an external magnetic field to form a composite.

산화철 마이크로비드 복합 재료;Iron oxide microbead composite;

중합체나 기타 불활성 재료로 피복된 예를 들어 산화철과 같은 여러 가지 재료의 입자를 포함하는 자기 복합 재료를 사용하여 전극 표면의 계면을 개량하여 새롭고 개선된 특성을 가진 시스템이나 장치를 제공할 수 있다. 이러한 시스템이나 장치는 다른 물질로 부터 전이 금속 물질을 분리하거나, 더 좋은 연료 전지나 축전지를 만드는 등을 포함하는 광범위하고 유용하며 상업적 가치가 있는 용도에 사용할 수 있다.It is possible to provide a system or apparatus having new and improved characteristics by improving the interface of the electrode surface by using a magnetic composite material including particles of various materials such as iron oxide coated with a polymer or other inert material. Such systems or devices can be used for a wide range of useful and commercially valuable applications, including separating transition metal materials from other materials, making better fuel cells and batteries, and the like.

전극 표면 개량용으로 형성된 복합 재료에는 산화철과 같은 피복 안된 입자도 포함한다. 본 발명의 바람직한 산화철은 산화철(III)(Fe2O3)와 마그네타이트(Fe3O4) 비피복 산화철(III)이나 비피복 마그네타이트를 포함하는 복합 재료를 채용하여 표면을 개량한 전극은 피복된 자기 입자에 의해 생산된 것과 거의 같은 크기로 플럭스이 강화되게 한다. 사실상은, 이론적인 관점에서는, 비피복 자기 입자는 유사한 크기의 피복 자기 입자 보다 더 플럭스를 강화할 것으로 기대된다. 밀봉된 입자에 피복하는 것은 자장원과 반응 분자 및/또는 이온 사이의 거리를 증가시켜 자장이 감소하는 효과를 감소시킨다.The composite material formed for electrode surface modification also includes uncoated particles such as iron oxide. The preferred iron oxide of the present invention is a composite material comprising iron oxide (III) (Fe 2 O 3 ) and magnetite (Fe 3 O 4 ) non-coated iron oxide (III) or non-coated magnetite, Allowing the flux to be strengthened to about the same size as produced by the magnetic particles. In fact, from a theoretical point of view, uncoated magnetic particles are expected to strengthen the flux more than coated magnetic particles of similar size. Coating the encapsulated particles increases the distance between the magnetic field source and the reactive molecules and / or ions, thereby reducing the effect of the magnetic field decreasing.

비피복 자기 입자를 포함하는 복합 재료를 사용한 플럭스 강화를 보이는 이 결과는 아주 많은 종류의 자기 재료를 피복이나 기타의 특별한 준비 단계를 거칠 필요 없이 복합 재료에 함유시킬 수 있음을 암시하고 있다. 이런 관점에서, 비피복 입자를 사용하면 자기 복합 물질을 제조하는 원가 중 많은 부분을 삭감 할 수 있다(아마 50% 정도). 동시에 이 결과는 철에 기초한 자석 보다 자장이 더 강한 다른 자기 재료도 복합 재료에 유사하게 포함시켜 더 큰 효과가 있도록 할 수 있음을 말하고 있다.This result, showing flux enhancement using a composite material comprising uncoated magnetic particles, suggests that a large number of magnetic materials can be incorporated into the composite material without the need for coating or other special preparation steps. From this point of view, the use of uncoated particles can reduce many of the costs of producing magnetic composite materials (perhaps as much as 50%). At the same time, this result suggests that other magnetic materials with a stronger magnetic field than iron-based magnets may also be included in the composite material to provide a greater effect.

시효 처리된 Fe2O3과 같은 산화철은 화학적으로 불활성이고 대부분의 용매에 녹지 않는데, 이것은 산화철을 포함하는 복합 재료는 많은 상업적 용도에서 내구성이 좋은 것을 말하고 있다.Iron oxides such as aged Fe 2 O 3 are chemically inert and do not dissolve in most solvents, which indicates that the composite material comprising iron oxide is durable in many commercial applications.

비피복 자기 입자를 포함하는 복합 재료는 여기서 설명한 피복된 자기 입자를 포함하는 복합 재료 형성 방법과 유사한 방법으로 형성한다. 차이는 다음에 설명하는 것과 같은 비피복 자기 재료를 피복된 자기 마이크로비드나 입자 대신에 사용한다는 것이다. 산화철(III) 입자의 경우에는, 얼마간 시효 처리된 재료가 갖제조된 산화철(III) 보다 더 바람직하다. 분명히, 약간 시효 처리된 산화철 재료의 표면의 상당히 불활성 재료인 폴리에틸렌에서 관찰되는 것과 유사한 표면 행동을 갖고 있을 것이다. 갖 제조된 산화철은 시효 처리된 재료 보다 용액 물질과 더 쉽게 반응하는 것으로 보인다.The composite material comprising uncoated magnetic particles is formed by a method similar to the method for forming a composite material including the coated magnetic particles described herein. The difference is that uncoated magnetic materials such as those described below are used instead of coated magnetic microbeads or particles. In the case of the iron (III) particles, the aged material for some time is more preferable than the iron oxide (III) produced at all. Obviously, it will have a surface behavior similar to that observed in polyethylene, which is a fairly inert material on the surface of slightly aged iron oxide material. The prepared iron oxides appear to react more readily with the solution material than with the aged material.

부피로 15%의 산화철(III)(Fe2O3)[알드리치 화학 공업 주식 회사(Aldrich Chemical Co.)]과 나피온으로 복합 재료를 형성한다. 이 복합 재료는 나피온과 자기 재료(여기서는, 몇 마이크론 크기의 직경을 가진 비피복 산화철 입자)를 전극 표면 상에 주조하여 만든다. 외부 원통형 자석으로 형성한 것과 같은 외부 자장을 이 단계에서 전극 둘레에 설치한다. 외부 자석을 사용하면, 주조된 혼합물은 본 명세서의 다른 곳에서 설명되어 있는 바와 같이 전극 표면 상에 형성되어 있는 기둥 형태의 자기 구조를 포함하는 막 형태로 건조된다. 만약 사용했다면,외부 자석을 제거한다.A composite material is formed with a volume of 15% iron oxide (III) (Fe 2 O 3 ) (Aldrich Chemical Co.) and Nafion. This composite material is made by casting Nafion and a magnetic material (uncoated iron oxide particles having a diameter of several microns in this case) on the electrode surface. An external magnetic field such as formed by an external cylindrical magnet is installed around the electrode at this stage. With an external magnet, the cast mixture is dried in the form of a film comprising a columnar magnetic structure formed on the electrode surface as described elsewhere herein. If used, remove the external magnet.

다른 비율의 산화철(III)과 나피온 및 다른 산화철(예를 들어 Fe3O4)과 다른 자기 재료도, 자기 재료가 사용 예정의 환경에서 화학적으로 불활성이라면, 이오 같은 복합 재료를 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서는, 중량으로 85% 내지 0.01%의 자기 재료와 15% 내지 99.99%의 이온 교혼 중합체를 포함하는 자기 복합 재료를 형성한다. 복합 재료를 형성하는 데 사용하는 주조 혼합물의 자기 성분은 자기 입자, 산화철(예를 들어 F2O3, Fe3O4)의 비드나 마이크로비드 형태일 수 있고 또 피보되거나 안된 것일 수 있다. 용도에 따라, 복합 재료에는 선택적으로 촉매와 함께 사용되는 탄소 입자나 기타의 전자 전도체를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 복합 재료 내의 촉매와 함께 사용되는 전자 전도체, 즉 탄소 입자의 양은 중량(또는 질량)으로 0% 내지 80% 범위이다. 본 발명에 따른 촉매와 함께 사용되는 탄소 입자의 예는 백금과 함께 사용되는 탄소 입자이다(즉, 백금 탄소이다).Other magnetic materials, such as iron oxides (III) and Nafion and other iron oxides (such as Fe 3 O 4 ), as well as other ratios of iron oxides (III), may also be used if the magnetic material is chemically inert in the intended environment . For example, in the present invention, a magnetic composite material comprising 85% to 0.01% by weight of magnetic material and 15% to 99.99% of an ionic conjugated polymer is formed. The magnetic component of the casting mixture used to form the composite material may be in the form of beads or microbeads of magnetic particles, iron oxides (e.g. F 2 O 3 , Fe 3 O 4 ), and may be unpaired or not. Depending on the application, the composite material may optionally include carbon particles or other electronic conductors used with the catalyst. The amount of electron conductors, i.e. carbon particles, used with the catalyst in the composite material according to the invention is in the range of 0% to 80% by weight (or mass). An example of carbon particles used with the catalyst according to the present invention is carbon particles used with platinum (i.e., platinum carbon).

부피로 15%의 비피복 산화철(III)을 포함하는 복합 재료를 포함하여 표면개량되었으며, 위에서 설명하는 바와 같이 제조된 전극을 산화-환원 탐침으로서 루테니움(III) 헥사민(하나의 짝짓지 못한 전자가 있는 상자성 물질)용액 속에 담그고, 플럭스를 주기성 볼타메트리로 측정했다. 나피온 막 만을 포함하는 전극을 비교용으로 사용했다. 그 결과를 도 8B에 보이는 데, 여기서는 두 개의 볼타그램을 보여 준다. 볼타그램 1은 전극 표면에 간단한 나피온막이 피복되어 있는 전극에 대한 것이다. 볼타그램 2는 나피온과 15%의 비피복 산화철(III)입자가를 포함하는 복합 재료를 가지고 있는 전극에 대한 것이다. 도 8B에서 대략 -350mV에서의 전류가 볼타그램 1의것에 비해서 볼타그램 2의 것이 약 3배 더 큰것을 알 수 있다. 또, 볼타그램 2의 경우가 첨두치 전위의 차가 작은 것을 알 수 있는데, 이것은 반응 속도에 어떤 충격이 가해진 것을 의미한다. 실험한 모든 자기 재료(피복한 재료 및 비피복 재료)에서 분리된 첨두치가 유사하게 접근하는 것을 관찰하였다. 위에 언급한 타입의 자기 재료를 포함하는 복합 재료는 전기 화학적이거나 다른 면의 넓은 범위의 표면 화학 반응을 가능하게 하거나 촉매 역할을 하게 하는 데 유용한 것으로 나타났다.(III) hexamine as a redox probe, a surface modified with a composite material containing 15% by volume of uncoated iron (III) oxide, and the electrode prepared as described above, Immiscible parasitic substances), and the flux was measured by periodic voltametry. An electrode containing only a Nafion membrane was used for comparison. The result is shown in FIG. 8B, which shows two voltgrams. Voltagram 1 is for an electrode with a simple Nafion membrane coated on the electrode surface. Voltagram 2 is for an electrode with a composite material containing Nafion and 15% uncoated iron (III) oxide particles. It can be seen in Figure 8B that the current at approximately -350 mV is approximately three times greater than that of volta gram 1, It can also be seen that the difference in the peak potential is small in the case of Voltagram 2, which means that some impact is applied to the reaction rate. It was observed that the peaks separated from all the magnetic materials tested (coated and uncoated materials) approached similarly. Composite materials comprising magnetic materials of the type mentioned above have been shown to be useful in electrochemistry or to enable a wide range of surface chemistry reactions on the other side or to serve as catalysts.

기타 복합 재료;Other composite materials;

여러 가지 중합체와 물 이외의 용매를 사용해서 나피온으로 형성된 복합 재료에 대한 유사한 효과를 관찰했다. 이런 시스템중의 하나가 아세토니트릴 용매 중의 중합(스티렌 슬폰산염)이다. 전해질은 물과 사용된 무기 전해질과는 다른 테트라알킬암모니움 테트라풀루오르보레이트이다. 본 시스템에서도 사용된 산화-환원 탐침은 Fe(bby)3 2+와Fe(bby)3 3+를 포함한다. 이 중합(스티렌 슬폰산염) 복합 재료가 있는 탐침(전극 상에 자석)으로 사용된 다른 산화-환원 물질에는 Fe(II)(bby)3 2+, Fe(III)(bby)3 3+, Co(II)(bby)3 2+, Co(III)(bby)3 3+를 포함한다.Similar effects were observed on the composite material formed with Nafion using various polymers and solvents other than water. One such system is polymerization (styrene sulfonate) in an acetonitrile solvent. The electrolyte is tetraalkylammonium tetrafluoroborate, which is different from water and the inorganic electrolyte used. The oxidation-reduction probe used in this system is Fe (bby)3 2+And Fe (bby)3 3+. Other oxidation-reduction materials used as probes (magnets on electrodes) with this polymer (styrene sulfonate) composite include Fe (II) (bby)3 2+, Fe (III) (bby)3 3+, Co (II) (bby)3 2+, Co (III) (bby)3 3+.

자기 복합 재료;Magnetic composite material;

자기 복합 재료에 대한 전기 화학적 연구;Electrochemical studies on magnetic composites;

복합 재료를 1mM 전기 활성 물질과 0.1M의 전해질의 용액 중에 평형화(equilibrated)시켰다. 그리고 나서, 복합 재료(imeans)를 통한 산화-환원 물질의 전해에 대한 질량 이동-제한된 전류를 정상(steady-state) 상태 회전 디스크 볼타메트리로 몇 가지 서로 다른 회전 속도(ω)에서 측정했다. imeans -1대 ω-1의 관계를 도표화해 본 결과 용액 내의 이동 특유의 경사와 복합 재료를 통한 이동 특유의 절편을 다음 식과 같이 나타냈다.The composite material was equilibrated in a solution of 1 mM electroactive material and 0.1 M electrolyte. The mass transfer-limited currents for the electrolytic oxidation of the redox materials through the composite (i means ) were then measured at steady-state rotating disk voltametry at several different rotational speeds (?) . As a result of charting the relation of i means -1 to ω -1 , the slope specific to the movement in the solution and the slice specific to the movement through the composite material are expressed by the following formulas.

[수학식 3]&Quot; (3) "

공식 (3)에서, n은 전자의 수, f는 파라디 정수, A는 전극 면적, c*와 Dsoln은 각각 용액 내의 산화-환원 물질의 농도와 확산 계수이고, v는 동점성 계수, ℓ은 복합 재료의 두께, k는 산화-환원 물질의 분배 계수, m은 복합 물질 내의 산화-환원 물질의 질량 이동 속도, ε은 복합 재료의 다공율이다. 분배 계수 k는 전해질을 고려안한 경우의 용액 농도에 대한 복합 재료 중의 이온 교환 부분 내의 평형농도의 비이다. 공식(3)은 전극에 대해서 직각인 속도 제한 이동에 대해서 합당하다. 이것은 복합 재료의 마이크로 구조적 칫수에 비해서 ℓ과를 큰 것을 선정함으로써 확실이 될 수 있고, 경사도를 보면 확인된다. 그후, 복합 재료는 유효 ㎞을 사용해서 균일한 재료로 취급될 수 있으며, 마이크로 구조 효과를 회전 디스크 연구로 확인할 수 있다. 주기성 볼타메트리 측정 결과는 복합 재료 내의 이동 길이를 포함하기에 충분한 주사 속도 v에 대한 정량적 정보를 제공했다. 가역적 결합에 대해서는, 첨두치 전류, ipeak는 다음식(4)로 주어진다.In the formula (3), n is the number of electrons, f is the paradigm constant, A is the electrode area, c * and D soln are the concentration and diffusion coefficient of the redox substance in solution, v is the kinetic viscosity, K is the partition coefficient of the oxidation-reduction material, m is the mass transfer rate of the oxidation-reduction material in the composite material, and? Is the porosity of the composite material. The partition coefficient k is the ratio of the equilibrium concentration in the ion exchange portion of the composite to the solution concentration in the absence of the electrolyte. Equation (3) is reasonable for velocity-limited movement perpendicular to the electrode. This is due to the microstructural dimensions of the composite material, Can be confirmed by selecting a large one, and it can be confirmed from the inclination. The composite material can then be treated as a homogeneous material using effective lengths, and microstructural effects can be confirmed by rotary disk research. The periodic voltametry measurement results provided quantitative information on the scanning speed v sufficient to include the traveling length in the composite material. For reversible coupling, the peak current, i peak , is given by (4).

[수학식 4]&Quot; (4) "

ipeak= 0.4463(nF)1/2[v/RT]1/2 i peak = 0.4463 (nF) 1/2 [v / RT] 1/2

여기서 R은 개스 상수이고 T는 온도이다. 회전 디스크와 볼타메트리 데이터 두가지 모두를 얻을 수 있으면, 공식 (3)과 (4)에서 그들이 지수가 다르기 때문에 k와 m을 분리할 수 있다.Where R is the gas constant and T is the temperature. If both the rotating disk and the volumetric data are available, then k and m can be separated because in exponents (3) and (4) they differ in exponent.

자기 재료를 통한 산화-환원 물질의 플럭스는 전기 분해의 산물과 반응물의 자화율 차이의 절대치에 비례하여 강화된다. 주기성 볼타메트리로 부터, 상자성이든 반상자성이든 간에 가역적 물질에서 관찰되었던 ΔEp는 거의 변화되지 않았으나 E0.5는 이동되었다. 여기서, E0.5는 양극 및 음극의 첨두 전위이며 전자 이동 반응 자유에너지의 개략적인 척도가 된다. 라디칼 중간 물질을 통과한 의사 가역적 반자성 물질은 ΔEp가 크게 바뀌는 것이 관찰되었다. 이 이동과 첨두치 분리는 상자성 물질의 안정화 및 농도와 일치한다. 결과를 다음에 정리해 놓았다.The flux of the oxidation-reduction material through the magnetic material is strengthened in proportion to the absolute value of the difference in susceptibility between the product of electrolysis and the reactant. From the periodic voltametry, ΔEp observed in reversible materials, whether paramagnetic or semi-paramagnetic, was almost unchanged, but E 0.5 was shifted. Here, E 0.5 is the peak potential of the anode and the cathode, and is a rough measure of the electron transfer reaction free energy. It has been observed that ΔEp is greatly changed in the quasi-reversible semi-magnetic material passing through the radical intermediates. This shift and peak separation are consistent with the stabilization and concentration of paramagnetic materials. The results are summarized below.

상자성 물질의 플럭스 강화;Flux enhancement of paramagnetic materials;

표 2에 회전식 디스크 볼타메트리로 얻은 나피온막을 사용한 반자성 하이드로퀴논과 Ru(bpy)3 2+과 상자성 Ru(NH3)6 3+및 비자성 폴리스티렌 마이크로비드 복합 재료와 자성 마이크로비드 복합 재료를 정리해 놓았다. 두 가지 비드 복합 재료 모두다 1 내지 2 μm 직경의 비드 15%를 포함했다. 모든 개량층은 3.6 내지 3.8 μm두께였다.Table 2 shows the results of spinning hydroquinone, Ru (bpy) 3 2+ , paramagnetic Ru (NH 3 ) 6 3+ and nonmagnetic polystyrene microbead composites and magnetic microbead composites I put it together. Both bead composites all contained 15% beads of 1 to 2 μm diameter. All the modifying layers were 3.6 to 3.8 μm thick.

[표 2][Table 2]

여러 가지 자성/비자성 물질과 막에 대한 ㎞치(10-6㎠/s)(10 -6 ㎠ / s) for various magnetic / nonmagnetic materials and membranes,

표 2A는 다른 물질에 대한 주기성 볼타메트리 측정 결과이다. 이 결과를 도 9에 정리해 놓았다.Table 2A shows the results of periodic voltametry measurements for other materials. The results are summarized in Fig.

일반적으로, 이 예들에서 자기 복합 물질을 통한 산화-환원 물질의 플럭스를 비자성 비드로 형성된 나피온 막이나 복합 재료를 통한 플럭스와 비교하면, 플럭스가 강화된 것을 알 수 있다. 일반적으로, 플럭스 강화는 전기 분해가 반자성 물질을 상자성 물질로 또는 상자성 물질을 반자성 물질로 변화시키느냐에 따르지 않으며, 강화도는 산물과 반응물의 몰 자화율 차이의 절대치 만큼 증가한다는 것을 발견했다.Generally, in these examples, the flux is enhanced by comparing the flux of the oxidation-reduction material through the magnetic composite material with the flux through the Nafion membrane or composite material formed of non-magnetic beads. In general, flux enrichment has found that electrolysis does not depend on whether the semiconducting material converts paramagnetic or paramagnetic into a semiconductive material, and the degree of enhancement increases by the absolute value of the difference in molar susceptibility between the product and the reactants.

상자성 Ru(NH3)6 3+를 더 조사하여, 여러 가지 비드 비율로 만들어진 자기 및 비자기 복합 재료의 ㎞치를 얻었다. 결과를 도 10에 보인다. 첫째, 도 10에서, Ru(NH3)6 3+의 플럭스는 자기 비드의 비율이 증가함에 따라 크게 증가하나 비자기 비드의 비율에는 크게 증가하지 않는다. 둘째, 강화도는 자기 비드 비율과 선형적으로 변화하지 않으므로, 이 강화는 각 비드에 대한 상자성 물질의 단순한 농도 증가나 비드 밀도가 높은 상태하의 기둥의 다량 형성과 관련된 표면 확산의 단순한 증가 때문이 아니다. (데이터는 ln[㎞) 대 1비드% 나 ㎞대 나피온 체적/비드의 표면적에 대해서 상관 계수0.99로 선형적인 결과를 똑 같이 잘 나타내었다) 셋째, 같은 비율의 비자기 비드 보다 자기 비드가 훨씬 플럭스를 높인다.Paramagnetic Ru (NH 3 ) 6 3+ was further investigated to obtain the ratios of the magnetic and nonmagnetic composites produced at various bead ratios. The results are shown in FIG. First, in FIG. 10, the flux of Ru (NH 3 ) 6 3+ increases largely as the ratio of magnetic beads increases, but does not significantly increase the ratio of non-magnetic beads. Second, the consolidation does not change linearly with the magnetic bead ratio, so this enhancement is not due to a simple increase in paramagnetic material for each bead or a simple increase in surface diffusion associated with the formation of a large number of poles under high bead density. (The data showed linear results with a correlation coefficient of 0.99 for ln [km] vs. 1 bead%, or v / von surface volume / bead surface area.) Third, magnetic beads Increase flux.

또 다른 일련의 실험에서는, 복합 재료를 크기는 유사하나 자기 재료 함량이 다른 자기 마이크로비드로 형성했다. 이 연구에서는, 자기 재료 함량이 증가함에 따라, ㎞과 ㎞1/2의 값이 증가했다. 자기 재료 함량은 구이 발란스(Guoy blance)로 측정했으며 χbead로 표시했다(도 11참조).In another series of experiments, the composites were formed of magnetic microbeads of similar size but different magnetic material content. In this study, as the magnetic material content increases, the values of ㎞ and ½ are increased. The magnetic material content was measured by Guoy blance and expressed as χ bead (see FIG. 11).

자기 유체 동력학적 모델은 자기 복합 재료에 의한 상자성 및 반자성 물질간의 차이를 나타내거나 도10에 보인 곡선의 형태를 예측하게하지는 않는다. 자기 유체 동력학은 산화-환원 탐침 전하에 비례하는 효과를 예측한다. 이러한 의존성을 여기서는 발견하지 못했다.The magnetohydrodynamic model does not show the difference between the paramagnetic and the semi-magnetic materials due to the magnetic composite material, nor does it predict the shape of the curve shown in FIG. Magnetic fluid dynamics predicts the effect proportional to the oxidation-reduction probe charge. This dependence was not found here.

복합 재료나 막을 통하여 용액으로부터 전극 표면으로 가는 여러 가지 산화-환원 물질의 전기 화학적 플럭스 양을 주기성 및 정상 상태 회전식 디스크 볼타메트리로 결정했다. 복합 재료를 통과하는 물질의 전기 화학적 플럭스의 양은 k와 m을 써서 변수화 했는데, 여기서 k는 용액으로부터 복합 재료로 가는 산화-환원 물질의 추출 계수이고 m(㎠/s)은 이것의 확산 계수이다. 정상 상태 회전식 디스크 볼타메트리에 대해서, 변수는 ㎞으로 하고[코테키-레비치(Koutecky-Levich) 도시 방식의 절편으로부터 결정했다]. 주기성 볼타메트리에 대해서는 변수는 ㎞1/2로 했다[첨두 전류의 경사도 대 주사 속도(20 내지 200 mV/s)의 제곱근으로 부터 추출했다]. 모든 계측은 0.45㎠의 유리 탄소 전극에서 1 내지 2mM 산화-환원 물질을 포함하는 용액 내에서 행해졌다. 전해질은 Co(bpy)3 2+(0.2 M Na2SO4)의 환원과 Co(bpy)3 2+산화 및 Co(bpy)3 3+환원(pH = 4.5 상태에서 0.1M의 소디움 아세테이트/아세트 산 완충용액)을 제외하고는 0.1 M HNO3였다. 음이온적인 페리시아나이드(ferricyanide)는, 무 결함층임을 나타내어, 음이온적 나피온 막과 복합 재료를 통하여 전기 화학적으로 검출되지 않았다. 모든 전위는 SCE에 대하여 기록했다[SCE는 표준 칼로멜(calomel) 기준 전극이다; 이것은 단위 활성에서 수소 이온이 수소 분자로 되는 환원 전위에 대하여 0.24V의 표준 전위를 갖는다.]The amount of electrochemical flux of various oxidation-reduction materials from the solution to the electrode surface through the composite material or membrane was determined as periodic and steady-state rotational disc voltametry. The amount of electrochemical flux of material through the composite material is parameterized using k and m, where k is the extraction coefficient of the redox substance from solution to composite and m (cm 2 / s) is its diffusion coefficient. For the steady-state rotary disc volta- metry, the variable is set to km and determined from the Koutecky-Levich urban intercept. For the periodic voltammetry, the variable was ½ ½ of the peak current drawn from the square root of the scan rate versus scan speed (20 to 200 mV / s). All measurements were made in a solution containing 1 to 2 mM oxidation-reduction material at 0.45 cm < 2 > of a glass carbon electrode. The electrolyte was prepared by the reduction of Co (bpy) 3 2+ (0.2 M Na 2 SO 4 ) and Co (bpy) 3 2+ oxidation and Co (bpy) 3 3+ reduction (0.1M sodium acetate / Acid buffer solution) was 0.1 M HNO 3 . The anionic ferricyanide was found to be a defect-free layer and was not electrochemically detected through an anionic nafion membrane and a composite material. All potentials recorded against SCE [SCE is a standard calomel reference electrode; This has a standard potential of 0.24 V with respect to the reduction potential at which hydrogen ions are hydrogen molecules in unit activity.]

맨 먼저, 비드 비율을 증가시켜 가면서 자기와 비자기 복합 재료를 통한 상자성 상자성 Ru(NH3)6 3+의 반자성 상자성 Ru(NH3)6 3+로의 산화에 대한 ㎞치를 결정한다. |Δχm|=1.880·10-6㎤/몰이다. 도 10으로부터, 비자기 복합 재료에 대한 ㎞치는 비드 비율에 따라 거의 변하지 않으나 자기 복합 재료에 대한 ㎞치는 몇배 초선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다.First, we determine the range for the oxidation of paramagnetic paramagnetic Ru (NH 3 ) 6 3+ to the semi-magnetic paramagnetic Ru (NH 3 ) 6 3+ through magnetic and nonmagnetic composites while increasing the bead ratio. | Δχm | = 1.880 · 10 -6 cm 3 / mole. It can be seen from Fig. 10 that the distance to the nonmagnetic composite material does not substantially change according to the bead ratio, but the distance to the magnetic composite material increases a few orders of magnitude.

두번째로 자기 복합 재료, 비자기 복합 재료 및 나피온 막에 대해서 여러 가지 산화-환원 반응에 대한 ㎞1/2값을 결정한다. 자장 효과를 제외하고, 나피온을 통한 전기 화학적 플럭스는 이동 물질의 크기, 전하 및 소수성(hydrophobicity), 교환 장소와의 상호 작용과 결합 상태 및 나피온의 수산화되고 과풀루오르화한 대역에의 삽입에 의해 변화될 수 있다. 산화-환원 부분과 자기 비드 사이의 상호 작용에 관계없는 효과를 최소화하기 위해, 자기 및 비자기 복합 재료에 대한 ㎞1/2값을 나피온 막에 대한 ㎞1/2값으로 나눴다. 이 나뉘어진 ㎞1/2값을 오차 범위와 함께 도 9에 여러 가지 산화-환원 반응에 대한 |Δχm|에 대하여 도시하였다. 도 9는 y 축에 산화-환원 물질의 상대 플럭스를 나타낸 것으로서, 이것은 자기 마이크로비드가 있는 복합 재료에 대한 최대 주기성 볼타메트릭 전류를 자기 재료를 포함하지 않는 나피온막에 대한 최대 주기성 볼타메트릭 전류로 나눈 것이며, 이 비율은 플럭스 강화도를 나타낸다. x축에는 전해질의 산물과 반응물의 몰 자화율 차의 절대치 |Δχm|를 표시했다. 복합 재료는 체적비로 15%의 자기 마이크로비드와 85%의 나피온을 포함한다. 산화-환원 물질은 반응 산물을 순서적으로 기록하여 다음과 같이 번호를 배겼다. (10 하이드로퀴논이 벤조퀴논으로, (2) Co(bpy)3 3+가 Cr(bpy)3 2+으로, (3) Ru(bpy)3 2+가 Ru(bpy)3 3+로, (4) Ru(NH3)6 2+가 Ru(NH3)6 3+로, (5) Co(bpy)3 2+가 Co(bpy)3 1+로, (6) Co(bpy)3 2+가 Co(bpy)3 3+로, (7) Co(bpy)3 3+가 Co(bpy)3 2+로. 모든 산화-환원 물질은 1mM 내지 2mM이다. 막 두께는 3.6 μm 내지 3.8 μm이다. 비자기 복합 재료에 대해서는, 나뉘어진 ㎞1/2값은|Δχm|와는 상관이 없다. 이것은 위의 나눔이 여러 가지 산화-환원 물질이 나피온과 상화 작용하는 데 있어서의 입체 구조적 정전기적 차이를 최소화하는 효과가 있음을 암시한다. 자기 복합 물질에 대해서는, 나뉘어진 ㎞1/2값은 |Δχm|에 따라 단조하게 증가하며, 3000%에 가까운 가장 큰 강화를 보인다.Second, we determine the ½ ½ values for various oxidation-reduction reactions for magnetic composite materials, nonmagnetic composite materials, and Nafion membranes. Except for the magnetic field effect, the electrochemical flux through Nafion is dependent on the size, charge and hydrophobicity of the mobile material, its interaction with the exchange site and its binding state, and its insertion into the hydroxylated and perfluorinated band of Nafion Lt; / RTI > To minimize the effects of interaction between the redox moiety and magnetic beads, the ½ value for magnetic and nonmagnetic composite materials was divided by the ½ value for the Nafion membrane. The divided ½ values are shown for the various oxidation-reduction reactions in FIG. 9 along with the error range for | Δχm |. Figure 9 shows the relative flux of the redox material on the y-axis, which indicates the maximum periodic voltammetric current for the composite with magnetic microbeads as the maximum periodic voltammetric current for the Nafion membrane without magnetic material And this ratio represents the degree of flux enhancement. On the x-axis, the absolute value of the difference in molar susceptibility between the product of the electrolyte and the reactant is represented by | Δχm |. The composite material contains 15% magnetic microbeads and 85% Nafion in volume ratio. The oxidation-reduction materials were numbered as follows by sequentially recording the reaction products. (2) Co (bpy) 3 3+ is Cr (bpy) 3 2+ , (3) Ru (bpy) 3 2+ is Ru (bpy) 3 3+ , 4) Ru (NH 3) 6 2+ is Ru (NH 3) to 6 3+, (5) Co ( bpy) 3 2+ to the Co (bpy) 3 1+, ( 6) Co (bpy) 3 2 Co (bpy) 3 2+ is Co (bpy) 3 3+ and Co (bpy) 3 3+ is Co (bpy) 3 2+ All the redox substances are from 1 mM to 2 mM. For nonmagnetic composites, the divided ½ ½ value is independent of │Δχm │ This is due to the fact that the above is a steric static electrostatic For self-complexing materials, the divided ½ values increase monotonically according to | Δχm | and show the greatest enhancement close to 3000%.

도 9에서 보인 |Δχm|에 따른 전기 화학적 플럭스의 로그 함수적 증가는 약간의 kJ/mole의 자유 에너지 효과와 일치한다. 이런 크기의 효과는 균일한 거시적 자장에서는 발생하지 않았다. 나피온과 자기 마이크로비드 간의 계면의 짧은 거리(몇 나노미터)에 걸쳐 형성된 강력한 비균일 자장이 이런 크기의 국지적 효과를 만들어 낼 수 있다. 균일한 거시적 자장과 분자적 자기 상화 작용에 해당하는 자기적인 개념은 이 시스템에는 적용이 되지 않으며, 대신, 미시적 변수화가 필요하다. 마이크로 구조적 시스템 내의 계면에 충분히 강력하고 비균일한 자장을 형성함으로써, 외부로부터 큰 자석에 의해 인가된 균일 자장으로는 달성할 수 없었던, 마이크로 환경 내에서 화학적 효과를 조화시키는 것이 가능하게 되었다.The logarithmic increase of the electrochemical flux according to | Δχm | shown in FIG. 9 is consistent with a slight kJ / mole free energy effect. This size effect did not occur in a uniform macroscopic magnetic field. A strong non-uniform magnetic field formed over a short distance (a few nanometers) of the interface between the Nafion and the magnetic microbeads can produce local effects of this magnitude. Magnetic concepts corresponding to homogeneous macroscopic magnetic field and molecular magnetization are not applicable to this system, but micro - parameterization is needed instead. By forming a sufficiently strong and non-uniform magnetic field at the interface in the microstructured system, it became possible to harmonize the chemical effects in the micro environment, which could not be achieved with a uniform magnetic field applied from the outside by a large magnet.

의사가역적 물질에 대한 주기성 볼타메트릭 첨두치의 분리;Separation of periodic volta - metric peaks for pseudo - reversible materials;

주기성 볼타메트리에서 첨두치 분리는 이질적 전자 이송 속도를 결정하기 위해 사용한다. 도 12A와 12B는 Ru(NH3)6 3+와 Ru(bpy)3 2+각각의 가역적 물질에 대한 주기성 볼타메트리적 결과이다. 자기 복합 재료, 나피온, 순전한 전극에 대한 Ru(NH3)6 3+(도 12A)과 Ru(bpy)3 2+(도 12B)에 대한 100mV/s에서의 주기성 볼타모그램을 보인다. 도 12A에는 상자성 Ru(NH3)6 3+의 환원에 대한 주기성 볼타메트리적 결과를 보인다. 산화-환원 물질의 농도는 1mM이고, 전해질은 0.1M HNO3이다. 기준은 SCE 이고, 막 두께는 3.6μm이다. 위의 두 가지 물질 모두에 대해서, 자기 복합 물질과 나피온 막에 대하여 E0.5를 비교하면, E0.5에서의 이동은 양전위 쪽이다. Ru(NH3)6 3+에 대한 동력학적 전자 이동은 k00.2㎝/s로 상당히 강력하다. 자기 복합 재료와 나피온에 대한 첨두 분리는 두 층의 저항이 유사한 것과 일치하게 유사한 것을 주목하기 바란다. 도 12B에 보인 바와 같이 Ru(bpy)3 2+에 대해서도 유사한 첨두 분리가 나타난다. 그러므로, 나피온 막과 비교한다면, 자기 복합 재료는 가역적 물질의 전자 이동 속도에는 별로 영향이 없다.Peak separation in periodic voltametry is used to determine the rate of heterogeneous electron transport. 12A and 12B are periodic voltametric results for reversible materials of Ru (NH 3 ) 6 3+ and Ru (bpy) 3 2+, respectively. Periodic voltamograms at 100 mV / s for Ru (NH 3 ) 6 3+ (FIG. 12A) and Ru (bpy) 3 2+ (FIG. 12B) for a magnetic composite material, Nafion, 12A shows periodic voltametric results for the reduction of paramagnetic Ru (NH 3 ) 6 3+ . The concentration of the oxidation-reduction substance is 1 mM, and the electrolyte is 0.1 M HNO 3 . The reference is SCE, and the film thickness is 3.6 mu m. For both of the above materials, when E 0.5 is compared for the magnetic composite material and the Nafion membrane, the migration at E 0.5 is on the positive potential side. The kinetic electron transfer to Ru (NH 3 ) 6 3+ is fairly strong at k 0 0.2 cm / s. Note that the peak separation of the magnetic composite material and Nafion is similar to the resistance of the two layers in similarity. Similar peak separation appears for Ru (bpy) 3 < 2 + > as shown in Fig. 12B. Therefore, when compared to Nafion membranes, magnetic composites have little effect on the electron transfer rate of reversible materials.

특히, 도 12C는 자기 복합 물질, 비자기 복합 물질, 나피온 막 및 순수 전극에 대한 0.1 M HNO3중의 1mM 하이드로퀴논의 100mV/s에서의 주기성 볼타모그램을 보인다. 막 두께는 3.6μm이다. 도 12C의 볼타모그램에서 첨두 분리가 자기 복합 재료에 대해서 나피온 막에 비교한다면 거의 두배가 된 것을 관찰할 수 있을 것이다. 이와 같이 첨두 분리가 커진 것이 두개의 전자/두개의 양성자 산화에 있어서의 상자성 세미퀴논 중간 물질의 안정화와 궤를 같이하는 것인가하는 의문이 생긴다. 도 12C에는, 라디칼한 세미퀴논 중간 산물을 통과하면서 두 전자/두 양성자 산화 반응하여 반자성 벤조퀴논으로 변하며, 의사 가역 반응을 거치는 상자성 물질인 하이드로퀴논에 대한 0.1 V/s에서의 볼타모그램을 보인다. 나피온 막과 비자기 복합 재료에 대한 볼타모그램은 ΔEp가 각각 218과 282mV로 상당히 유사하다. 자기 복합 재료는 ΔEp=432mV로 나피온 막의 두배이다. 위의 가역적 결합에 대한 결과로부터, 이것은 자기 복합 재료의 높은 저항 때문이 아니라는 것이 밝혀진다. 도 12C에 보인 다른 세가지 시스템과 비교해 보았을 때, 첨두 이동의 비대칭성도 저항 효가에 대해 반대적인 것이다. (양성자 농도 때문에 동력학적 해석은 복잡해지는 것을 주목하기 바란다. 그러나, 자기 및 비자기 복합 물질에서 농도가 크게 다를 것이라고 생각해야할 아무런 이유도 없다.) 첨두 이동은 상자성 세미퀴논 중간 산물의 안정화 때문이 아닌가 생각된다.In particular, Figure 12C shows periodic voltammograms at 100 mV / s of 1 mM hydroquinone in 0.1 M HNO 3 for a magnetic composite material, a non-magnetic composite material, a Nafion membrane, and a pure electrode. The film thickness is 3.6 mu m. In the voltamogram of FIG. 12C, it can be seen that the peak separation is almost doubled for the magnetic composite material as compared to the Nafion membrane. Thus, the question of whether the increased peak separation is due to the stabilization of paramagnetic semiinquinone intermediates in the two electrons / two proton oxidation. FIG. 12C shows a voltammogram at 0.1 V / s for a hydroquinone, a paramagnetic material that undergoes a quasi-reversible reaction, which is converted to a quasi-quinone benzoquinone by passing two radicals / two protons through the radical intermediate semiquinone intermediate product . The voltamograms for Nafion membranes and nonmagnetic composites are quite similar, with ΔEp of 218 and 282 mV, respectively. The magnetic composite material has a ΔEp of 432 mV, which is twice that of the Nafion membrane. From the results for the above reversible bonds, it turns out that this is not due to the high resistance of the magnetic composite material. When compared to the other three systems shown in FIG. 12C, the asymmetry of peak travel is also in opposition to the resistivity effect. (Note that the kinetic interpretation is complicated by the proton concentration, but there is no reason to think that the concentration will be significantly different in magnetic and non-magnetic composites.) Peak migration is due to stabilization of paramagnetic semiinquinone intermediates I think.

하이드로퀴논 전기 분해는 깨끗이 해석하기에는 너무 복잡하지만, 자장의 인가에 의하여 의사 가역적 전자 이동 속도에 영향을 미칠 수 있는가하는 것은 흥미를 가질만한 의문이다. 가역 속도는 영향을 받지 않을 것이지만, 의사 가역 속도에는 어떤 일이 생길 것인가하는 것은 명확하지 않다. 동력학적 균일성과 불균화 반응(disproportionation reaction) 때문에 복잡하지 않게 되어 이 의문을 푸는데 사용하기 좋은 많은 의사 가역적 전자 이동 물질이 있다. 만약 의사 가역 과정의 동력학적 행동이 자장에 의해 영향을 받는 다면, 수많은 기술상의 시스템을 개선할 수 있을 것이다. 두 개나 네 개의 전자에 의한 산소 환원이 의사 가역 과정의 동력학적 행동이 인가된 자장 구배에 의해 변화될 수 있는 가를 밝힐 수 있는 한예의 시스템이 될 것이다.Hydroquinone electrolysis is too complex to be interpreted cleanly, but it is interesting to know if it can influence the pseudo-reversible electron transfer rate by the application of magnetic field. The reversibility rate will not be affected, but it is not clear what will happen to the reversibility rate. There are many pseudo-reversible electron transfer materials that are not complicated by the kinetic homogeneity and disproportionation reaction, which is good for solving this question. If the dynamical behavior of the reversal process is affected by the magnetic field, then many technological systems can be improved. The reduction of oxygen by two or four electrons will be a good example of how the dynamical behavior of the quasi-reversal process can be changed by an applied magnetic field gradient.

주기성 볼타메트릭 첨두 이동;Periodic voltammetric peak shift;

자기 복합 재료와 나피온 막을 비교하면, 가역성 물질에 대한 0.1 V/s에서 측정한 볼타모그램은 ΔEp 상으로는 아무 변화도 없다. 그러나, Ru(NH3)6 3+에 대한 환원 첨두치 전위 Epred는 14 mV 양이동 했다. 유사하게, Ru(bpy)3 2+에 대한 산화전위 첨두치 Epox도 64mV 양이동 했다. ΔEp는 변하지 않는 데, E0.5는 이동하는 것은 복합 재료 내에 한 물질이 더 강하게 잡혀 있어서 확산 계수가 더 낮아지는 것과 일치한다. 일반적으로, 대략 +35mV의 전위 이동이, 위의 전자 이동 과정이 산화-환원 물질을 반자성에서 상자성으로 또는 상자성에서 반자성으로 변환시키는 것에 관계없이, 모든 가역적 산화-환원 물질에서 관찰되었다. 덜 가역적인 전자 이동 과정에서는 더 큰 전자 이동이 관출되었다. 100mV 만큼이나 큰 이동도 관찰되었다. [여기서 사용된 막의 두께는 (3.6μm)이고 주사 중에 확산 길이를 막 내로만 제한하기 위해서 주사 속도 0.1 V/s, m ≤ 10-8㎠/s가 필요했음을 주목바람.)Comparing the magnetic composite material with the Nafion membrane, the voltammogram measured at 0.1 V / s for the reversible material shows no change over ΔEp. However, the reduced peak potential Ep red for Ru (NH 3 ) 6 3+ shifted by 14 mV. Similarly, Ru (bpy) 3 2+ oxidation potential peak on the Ep ox also moving amount 64mV. ΔEp does not change, and E 0.5 is consistent with the diffusion coefficient being lower as a material is held more strongly in the composite material. In general, a potential shift of approximately +35 mV was observed in all reversible oxidation-reduction materials, regardless of whether the above electron transfer process converts the oxidation-reduction material from quasi-magnetic to paramagnetic or from paramagnetic to quasi-magnetic. In the less reversible electron transfer process, a larger electron transfer was generated. A movement as large as 100 mV was also observed. [The thickness of the film used here is ( 3.6 μm) and a scan speed of 0.1 V / s, m ≤ 10 -8 ㎠ / s was required to limit diffusion length to the film only during scanning.)

위의 설명은 또 농도 및 전위 이외의 계면 구배, 예를 들어, 자기 구배는 마이크로 구조 마트릭스에서 효과적으로 사용될 수 있음을 보여 준다. 자기 재료로 만든 복합 재료에 있어서, 국지적으로 강력한(따라서 불균일한) 자장은 이동과 동력학적 행동을 변환시킬 수 있다. 복합 재료 내의 물질에 가해진 자장의 영향은 상당할 수 있을 것 같은 데, 이것은 인가된 장(場)의 약화 길이에 비해 장의 근원과 화학적 물질 사이의 거리가 크기 않은 마이크로 환경 내에 집약되어 있기 때문이다. 자기 복합 재료는 전극 상에 폴리스티렌 피복된 자기 비드 막과 과풀루오르화한 양이온 교환 중합체인 나피온 막을 주조하여 형성한다. 대략 1μm 직경의 자기 비드가 주조 용매가 증발함에 따라 외주 자석에 의해 정렬된다. 용매가 증발하고 외주 자석을 제거하고 나면, 전극 표면에 수직인 자기 기둥 상태로 적층되어 비드는 나피온 내에 갇히게 된다.The above discussion also shows that interface gradients other than concentration and dislocation, e.g., magnetic gradients, can be effectively used in microstructure matrices. For composite materials made of magnetic materials, a locally strong (and therefore non-uniform) magnetic field can translate movement and dynamical behavior. The influence of the magnetic field on the material in the composite may be significant because it is concentrated in a micro environment where the distance between the source of the intestine and the chemical substance is small compared to the weakened length of the applied field. The magnetic composite material is formed by casting a polystyrene-coated magnetic bead film on the electrode and a Nafion membrane, which is a perfluorinated cation exchange polymer. Magnetic beads of approximately 1 탆 diameter are aligned by the outer magnets as the casting solvent evaporates. After the solvent has evaporated and the outer magnet has been removed, the beads are trapped in the Nafion, stacked in a magnetic column perpendicular to the electrode surface.

자기 복합 재료를 단순한 나피온 막(즉, 0%의 자기 마이크로비드를 포함하는)과 비교하는 예비적 볼타메트리 측정 결과는 몇 가지 흥미 것을 보여 주었다.Results of preliminary voltammetry measurements comparing a magnetic composite with a simple Nafion membrane (ie, containing 0% magnetic microbeads) showed some interesting results.

첫째, 자기 마이크로비드 복합 재료를 통과하는 산화-환원 물질의 플럭스가 단순한 나피온 막(즉 나피온 만의)과 비자기 마이크로비드로 형성한 복합 재료 두 가지를 통과한 플럭스에 비해 강화되었다. 둘째, 가역적 전자 이동을 거친 물질(즉, Ru(NH3)6 3+와 Ru(bpy)3 2+)은 주기성 볼타메트릭 첨두치 전위 차(ΔEp)는 변하지 않는데 반하여, 상자성 물질의 안정화와 궤를 같이 하여 첨두치 전위의 평균치 E0.2는 변한다는 것이다. 셋째, 하이드로퀴논 산화는 의사 가역적이고 상자성 세미퀴논을 통하여 진행된다는 것이다. 0.1 V/s에서는 하이드로퀴논 자기 복합 물질에 대한 볼타그램은 E0.5의 40mV 양이동과 나피온의 두 배되는 ΔEp를 보인다. 그러나, 상자성 형태의 산화-환원 결합체의 농도 및 안정화와 궤를 같이하는 전위 이동과 플럭스 강화는 아직 설명되지 않고 있다.First, the flux of redox materials through magnetic microbead composites was enhanced compared to the flux through both composites formed by simple Nafion membranes (ie, Nafion alone) and nonmagnetic microbeads. Second, the materials with reversible electron transfer (ie Ru (NH 3 ) 6 3+ and Ru (bpy) 3 2+ ) do not change the periodic voltammetric peak potential difference (ΔEp) The mean value E 0.2 of the peak potential is changed. Third, the oxidation of hydroquinone proceeds through physiological reversible and paramagnetic semiquinones. At 0.1 V / s, the voltagram for the hydroquinone magnetic composite exhibits 40 mV positive shift of E 0.5 and ΔEp twice that of Nafion. However, the concentration and stabilization of the paramagnetic form of the oxidation-reduction complex and the dislocation movement and flux enhancement, together with the trajectory, have not yet been described.

나피온 이온 교환 물질과 폴리스티렌 도포된 철/산화철 입자로 형성된 자기 복합 재료를 통과하는 이온과 분자의 전기 화학적 플럭스는 단순한 나피온 막을 통과하는 플럭스 보다 20배나 더 높은 것이 관찰되었다. 산화-환원 반응의 양쪽 반의 자화율의 차가 커질 수록 플럭스 강화가 더 커졌다.It has been observed that the electrochemical flux of ions and molecules through the Nafion ion exchange material and the magnetic composite material formed of the polystyrene-coated iron / iron oxide particles is 20 times higher than the flux through the simple Nafion membrane. The greater the difference in the susceptibility between the two halves of the oxidation-reduction reaction, the greater the flux enhancement.

수동의 자기 복합 재료를 연료 전지 음극에서의 산소 플럭스를 강화하기 위해 사용할 수 있다. 산소는 두 개의 홀 전자를 가지고 있어서 위에 설명한 것과 같은 방식으로 이 자장에 반응한다. 만약 산소가 다른 이온과 분자에 대하여 아직까지 했던 관찰과 일치한다면, 자기적으로 개량된 음극으로 가는 산소의 전기 화학적 플럭스는 비자기적으로 개량된 음극(도 13)과 비교하여 대략 500% 정도 강화될 수 있을 것이다. 이러한 강화는 음극을 5 기압으로 가압하여 달성된 것과 견줄 만하다.A passive magnetic composite can be used to strengthen the oxygen flux at the fuel cell cathode. Oxygen has two hole electrons and responds to this magnetic field in the same manner as described above. If the oxygen is consistent with the observations we have made for other ions and molecules, the electrochemical flux of oxygen to the magnetically improved cathode is enhanced by about 500% compared to the non-magnetically modified cathode (FIG. 13) It will be possible. This enhancement is comparable to that achieved by pressing the cathode to 5 atmospheres.

위의 설명으로 부터, 산소를 15% 자기/나피온 복합 재료를 통과시켜서 나피온에 비해서 대략 5배의 플럭스 강화를 이룰 수 있음을 예측할 수 있다. 이것은 자기/나피온 복합 재료와 나피온을 통과하는 도 13의 좌상부에 기록되어 있는 7가지 산화-환원 물질의 플럭스를 생각하면 이해가 된다. 이것은 도 9에 기록한 것과 같은 물질이다. 플럭스는 주기성 볼타메트리로 결정한다. 자기 복합 재료의 나피온 막에 대한 플럭스 비를 도 13의 y 축에 표시하고 전기 분해 반응의 산물과 반응 물 자화율(|Δχm|) 차의 절대치를 x축에 표시한다. (Δχm값이 클수록 물질은 자장과 상호 작용할 가능성이 높다.)도 13으로 부터, 플럭스는 |Δχm|이 증가함에 따라 지수 함수적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 가장 극단적인 경우에는, 플럭스는 약 20배로 증가한다. 산소가 환원되어 물이 되는 경우, |Δχm|=3500 : 10-6㎤/몰이다. x축 상의 이점을 외삽(extrapolate)하면 자기 복합 물질 내의 산소에 대한 플럭스 강화가 거의 다섯 배에 달한다는 것을 알게 된다.From the above description, it can be predicted that oxygen can be passed through a 15% magnetic / Nafion composite material to achieve a flux enhancement of roughly five times that of Nafion. This can be understood by considering the fluxes of the seven oxidation-reduction materials recorded in the upper left portion of FIG. 13 passing through the magnetic / Nafion composite material and Nafion. This is the same material as recorded in Fig. Flux is determined by periodic voltametry. The flux ratio of the magnetic composite material to the Nafion membrane is plotted on the y-axis in Fig. 13, and the absolute value of the product of the electrolysis reaction and the reactant magnetic susceptibility (|? Xm |) is plotted on the x-axis. (The larger the value of [Delta] [chi] m is, the more likely the material will interact with the magnetic field.) From Fig. 13, it can be seen that the flux increases exponentially as | DELTA xm | increases. In the most extreme cases, the flux increases about 20 times. When oxygen is reduced to water, | Δχm | = 3500: 10 -6 cm 3 / mol. Extrapolating the advantage on the x axis reveals that the flux enhancement to oxygen in the magnetic composite material is nearly five-fold.

15% 철/산화철 입자나 비드로 형성된 나피온 복합 재료를 사용하여 실험을 행했다. 도 14는 자기 비드의 백분율에 기초한 플럭스의 증가를 보이는 곡선이다. 도 14의 점서은 더 높은 비드 농도의 플럭스에 대한 효과를 추정한 것이다.Experiments were conducted using a Nafion composite material formed of 15% iron / iron oxide particles or beads. 14 is a curve showing the increase in flux based on the percentage of magnetic beads. The check in Figure 14 estimates the effect on the flux of higher bead concentration.

상자성 물질의 자기 복합 재료를 통과하는 플럭스는 자기 비드의 비가 커질수록 증가한다. 도 14에서, 자기 비드/나피온 복합 재료(·)를 통과하는 Ru(NH3)6 3+의 플럭스는 복합 재료 내의 자기 비드가 15%로 증가함에 따라 증가한다. 비드율이 높은 복합 재료 즉 자기 재료가 더 많이 함유된 자기 비드로 형성한 복합 재료를 사용하면 강화를 더 높일 수 있다. 단순한 나피온 막(□)에 비하여 플럭스는 4.4 배 더 크다. Ru(NH3)6 3+는 산소 보다 상자성이 덜하다. 비교를 위해서, 비자기 폴리스티렌 비드(○)로 형성된 복합 재료들을 검사하였다. 이것들은 비드율이 증가해도 플럭스 강화를 보이지 않았다. 도시된 선은 자기 복합 재료에 대한 데이터에 적합하도록 로그함수적으로 만들었다. 이것은 자기 비드율이 높은 것으로 형성된 복합 재료에서 찾아 낼지도 모를 플럭스 강화를 표시한다. 외삽 결과, 30% 자기 비드에서 자기 복합 재료를 통과하는 Ru(NH3)6 3+의 플럭스는 단순한 나피온 막에서 값 보다 약 30배에 근접하는 것 같다. 산소 Ru(NH3)6 3+보다 상자성이 더 크므로, 산소에 대해서는 강화가 더 클것으로 짐작된다.The flux passing through the paramagnetic composite material increases as the ratio of magnetic beads increases. In Figure 14, the flux of Ru (NH 3 ) 6 3+ through the magnetic bead / Nafion composite material increases as magnetic beads in the composite increase to 15%. The use of a composite material formed of magnetic beads having a high bead ratio, that is, a magnetic bead containing a larger amount of magnetic material, can further enhance the strengthening. The flux is 4.4 times larger than a simple Nafion membrane (□). Ru (NH 3 ) 6 3+ is less paramagnetic than oxygen. For comparison, composite materials formed of non-magnetic polystyrene beads (?) Were inspected. These did not show flux enhancement even with increasing bead rate. The lines shown are made logarithmic to fit the data for the magnetic composite material. This indicates flux enhancement that may be found in composites formed with high magnetic bead ratios. As a result of the extrapolation, the flux of Ru (NH 3 ) 6 3+ through the magnetic composite in the 30% magnetic bead appears to be approximately 30 times closer to the value in a simple Nafion membrane. It is presumed that the enrichment is greater for oxygen because it is more paramagnetic than oxygen Ru (NH 3 ) 6 3+ .

자기 복합 재료에 대한 산소의 자화율과 자기의 개념;The concept of magnetic susceptibility and magnetism of oxygen for magnetic composite materials;

상자성 분자는 홀 전자를 가지고 있어서 자장에 의해 당겨(정열)된다(즉, 토르크가 발생한다. 만약 자장 구배가 존재하면, 자기 쌍극자는 정미(net)의 힘을 받게 된다. 라디칼과 산소는 상자성을 갖는다. 모든 전자가 쌍을 이룬 반자성 물질은 자장에 의해 약간 배척된다. 대부분의 유기 분자는 반자성을 갖는다. (금속 이온과 전이 금속 복합물은 상자성을 갖거나 반자성을 갖는다.) 분자나 화학적 물질이 자장에 얼마나 강하게 반응하는 가하는 것을 몰 자화율 χm(㎤/몰)으로 변수화한다. 반자성 물질은 χm이 (-1 ~ -500)·10-6㎤/몰이고, 온도에 무관하다. 상자성 물질은 χm이 0 ~ +0.01 ㎤/몰이고, 보통 작은 값의 반자성 성분이 수정되고나면, 온도에 반비례하여 변한다(큐리의 법칙). 이온은 단극자이고 전위 구배(전장)의 부호에 따라 전장과 동행하거나 또는 반대로 움직이지만, 상자성 물질은 쌍극자이고 자기 벡터의 방향과는 독립적으로 언제나 자장에 끌린다(정열된다). 만약 자장 구배가 있으면, 자기 쌍극자에 가해지는 정미의 힘이 존재하게 된다. O2, H2O, H2O2의 자화율을 다음 표 3에 정리해 놓았다.The paramagnetic molecule has hole electrons and is pulled by the magnetic field (ie, a torque is generated. If a magnetic field gradient is present, the magnetic dipole is subjected to a net force.) Radicals and oxygen are paramagnetic Most of the organic molecules are semi-magnetic (metal ions and transition metal complexes have paramagnetic or semi-magnetic properties). When molecules or chemical substances are magnetic (-1 ~ -500) · 10 -6 cm 3 / mol, and it is independent of the temperature. The paramagnet is χm (m m) 0 to +0.01 cm3 / mole, and usually the smallest value of the semi-magnetic component is modified, then it changes inversely with temperature (Curie's Law). The ion is a unipolar and travels with the electric field depending on the sign of the potential gradient half While moving, the paramagnetic material is a dipole is (are staggered) attracted to always magnetic fields independently of the direction of the magnetic vector. If a magnetic field gradient, the force of the net force applied to the magnetic dipole are present. O 2, H 2 O, and H 2 O 2 are summarized in Table 3 below.

[표 3][Table 3]

몰 자화율 χmMolar susceptibility χm

자장 효과가 전기 화학적 시스템에서 관찰되었다. 전기 화학은 단일 전자 이동에 관한 것이기 쉬우므로 대부분의 전기 화학적 반응은 전극 근처에 있는 물질의 자화율에 정미의 변화를 초래할 것이 틀림없다. 그러나, 자장에 대한 전기 화학에 대해서는 거의 연구 보고가 없다. 보고된 것은 자기 유체 동력학(magnetohydrodynamics)에 관한 것이다. 자기 유체 동력학은 대전 물질(예를 들어, 이온)이 인가된 자장에 수직하고 인가된 전장에 평행하게 이동한다고 말하고 있다(로렌츠 힘). 여기서 설명한 복합 재료에서, 자장과, 운동 방향과, 전장은 모두 전극에 직각이다. 자기 유체 동력학(도 1-3 참조)은 이동 중인 물질의 자화율에 대한 운동 의존성을 설명하지 못하며 장과 운동 벡타 모두가 수직일 것을 요구하므로(예를 들어, 자기 효과), 여기서 설명하는 효과는 거시적 자기 유체 동력학적 효과는 아니기 쉽다.A magnetic field effect was observed in the electrochemical system. Since electrochemistry is likely to be related to a single electron transfer, most electrochemical reactions will surely lead to a change in the susceptibility of the material near the electrodes. However, there is little research on electrochemistry for magnetic fields. What is reported is about magnetohydrodynamics. Magnetic fluid dynamics says that charged materials (eg, ions) travel perpendicular to the applied magnetic field and parallel to the applied electric field (Lorentz force). In the composite material described herein, the magnetic field, the direction of motion, and the electric field are all perpendicular to the electrode. Since the magnetic fluid dynamics (see FIGS. 1-3) do not account for motion dependence on the susceptibility of the moving material and require both intestinal and motoric vectors to be vertical (for example, magnetic effects), the effects described herein are macroscopic It is not likely to be a hydrodynamic effect.

계조 밀도를 갖는 복합 재료;A composite material having a tone density;

다음의 것은 전극 표면이나 다른 면에 평행하게 밀도층을 형성하여 전극 상에 밀도층을 형성하는 데 있어서 사용된 프로토콜(protocol)이다. 피콜(Ficoll)[부력에 의해 생체 세포를 분리하기 위해 사용하는 거시적 계조 밀도 칼럼(macroscopic graded density column)을 제조하는 데 사용하는 수크로오스(sucrose)와 에피클로로하이드린(epichlorohydrin)으로 형성된 상업적으로 입수 가능한 공중합체]의 수용액을 농도를 몇 중량%에서 50중량%로 하여 만든다. 용액의 점도는 중합체 중량%의 단조 함수이다. 피펫을 사용하여 적은 양의 중합체 용액(5~100μl)을 전극면에 떨어뜨리고 나서 전극을 400rpm으로 2분 동안 회전시킨다. 여러 가지로 농도를 바꿔가면서 중합체 용액으로 같은 과정을 반복하여, 주조된 용액 즉 주조된 혼합물 조성의 함수로 밀도와 점도가 변화하는 계조 계면(graded interface)을 만들어 낼수 있다. 계단 구조의 각 단의 두께는 주어진 농도로 주조된 층들의 수에 따라 변하며 200㎚에서 몇 마이크로미터 범위가 될 수 있다.The following is a protocol used to form a dense layer on the electrode surface or on another surface in parallel to form a dense layer on the electrode. Ficoll, a commercially available product of sucrose and epichlorohydrin, used to prepare macroscopic graded density columns used to separate viable cells by buoyancy, Copolymer] in a concentration of from several weight% to 50 weight%. The viscosity of the solution is a monotonic function of the polymer weight percent. A small amount of polymer solution (5-100 μl) is dropped on the electrode surface using a pipette and the electrode is then rotated at 400 rpm for 2 minutes. The same procedure can be repeated with the polymer solution while varying the concentration in various ways to produce a graded interface with varying density and viscosity as a function of the casted solution, ie the composition of the cast mixture. The thickness of each step of the step structure varies with the number of layers cast to a given concentration and can range from 200 nm to several micrometers.

이온 교환 중합체내에 계조층으로된 이온 교환 장소를 갖고 있는 유사한 구조는 (1) 위에 설명한 바와 같이 전극이나 기타 표면에 밀도 구배가 있는 중합체와 이온 교환 중합체들의 혼합물을 회전 주조하거나 피복하여 형성하거나 (2) 먼저 밀도 구배가 있는 중합체의 밀도 계조층을 형성하고 나서 이온 교환 중합체를 위의 마트릭스에 흡착시켜 형성하거나, (3) 여러 가지 농도의 용액으로 형성한 표면에 이온 교환 중합체를 회전 주조하거나 피복하여 형성한다. 그런 층은 주조하여 벗겨내어서 독립적인 막으로 만들 수 있어야 한다.이런 막은 연료 전지를 포함하여 전기 화학적 전지를 가로 질러 가는 용매의 이동을 제어하는 데 활용할 수 있다.Similar structures with ion-exchange sites in the ion-exchange polymer layer can be formed by (1) casting or coating a mixture of polymer and ion-exchange polymers having a density gradient on the electrode or other surface as described above (2) ) First, a density gradation layer of a polymer having a density gradient is formed and then an ion exchange polymer is adsorbed on the matrix. (3) The ion exchange polymer is cast on the surface formed by various concentrations of the solution, . Such a layer must be cast and stripped to an independent membrane. Such membranes can be utilized to control the movement of the solvent across the electrochemical cell, including the fuel cell.

전극 표면이나 기타 면에 수직하게하여 밀도 구배층을 형성하는 프로토콜이 제안되었다. 하나 이상의 공간적 시간적 좌표와 하나 이상의 물성에 대하여 분자를 분리할 목적으로 어떤 면 상에 하나 이상의 구배를 형성하는 전극과 면을 구상할 수 있다. 일례로, 한 좌표에는 자기 구배가 있고 또 다른 좌표에는 밀도 구배가 있는 복합 재료를 형성한다. 이런 재료는 전극이나 면 상에 자기 비드를 놓고, 비드가 표면상에 있되 면에 수직한 기둥 상태로는 되지 않도록 외부 자석이 정열된 비균일 장 내에서 복합 재료가 주조되게 함으로써 전극 면에 수직하게 자기 구배를 생성시켜 형성할 수 있다. 여러가지 농도의 밀도 구배 중합체와/또는 이온 교환 중합체를 피펫으로 적은 양 떨어뜨리고 용액이 증발하게 놔 두어서 전극면에 평행한 계조 층을 축적시키므로써 밀도층을 주조할 수 있다(회전 주조나 도포와 반대로). 전체 층이 주조되고 나면, 자기 재료가 초상사성이면 외부 자석을 제거하고, 자기 재료가 상자성이면 그 자리에 놔둔다.A protocol has been proposed in which a density gradient layer is formed perpendicular to the electrode surface or other surface. One or more spatial temporal coordinates and one or more properties can be visualized with electrodes and faces forming one or more gradients on any surface for the purpose of separating the molecules. For example, a composite has a magnetic gradient in one coordinate and a density gradient in another. Such a material may be formed by placing a magnetic bead on an electrode or surface and casting the composite material in a non-uniform field where the outer magnet is aligned so that the bead is not in a vertical posture on the surface, Can be formed by generating a magnetic gradient. A density layer can be cast by depositing a graded layer parallel to the electrode surface by dropping a small amount of density gradient polymer and / or ion exchange polymer with various concentrations and allowing the solution to evaporate (spin casting, Contrary). Once the entire layer has been cast, the outer magnet is removed if the magnetic material is superphobic, leaving it in place if the magnetic material is paramagnetic.

이렇게 만든 복합 재료는 상당히 복잡하고 알기가 어려울 지 모르나 몇 가지 면에서 플럭스 강화와 분리가 이례적으로 크다. 틀림없이 이것보다도 더 복합적인 구조도 구성 가능하다. 일례로, 자장 구배 효과와 밀도 구배 효과와 같은 두 가지 효과를 조합하여 더 복잡한 분리기를 제조하여 유사한 재료를 다중 분리하게 할 수 있다. 이것은 분리실 대신에 계조 마트릭스를 사용하여 유사한 물질을 분리시키는 장치나 방법의 일례이다(다음에 설명하는 것과 같은 가벼운 전이 금속과 무거운 전이 금속, 기타의 것의 분리).These composites may be quite complex and difficult to understand, but in some ways flux enhancement and separation are unusually large. No doubt more complex structures can be constructed. For example, a combination of two effects, such as a magnetic field gradient effect and a density gradient effect, can be used to produce more complex separators to achieve multiple separation of similar materials. This is an example of an apparatus or method for separating similar materials using a gradation matrix instead of a separation chamber (separation of a light transition metal and a heavy transition metal or the like as described below).

개량된 이온 교환기Improved ion exchanger

자기 마이크로비드의 표면은 그 위에 이온 교환 그룹을 가지고 있어서 일례로 국지적 플럭스 스위치용으로 자기적으로 배향된 액정을 피복하는 것과 같은 화학적 개량을 쉽게 할 수 있게 한다. 이러한 개량된 구조의 실시예는 마이크로 구조 장치와 기계를 제조하는 데에서 그 용도를 찾을 수 있을 것이다.The surface of the magnetic microbeads has ion exchange groups thereon, which makes it easier to chemically improve, for example, to coat magnetically oriented liquid crystals for local flux switches. An embodiment of this improved structure may find its use in the manufacture of microstructure devices and machines.

란탄족과 악티늄족의 분리Separation of lanthanides and actinides

란탄족과 악티늄족은 원자 번호가 각각 58-71 및 90-103의 범위에 있는 가장 무거운 전이 금속이가. 란탄족과 악티늄족에는 플루토늄, 우라니움, 토리움과 같은 금속이 포함된다. 이 전이 금속의 여러 가지 동위 원소는 방사능을 갖고 있고 원자로에서 핵융합 재료로서 사용되고 원자핵 붕괴 과정에서 생성한다.The lanthanides and actinides are the heaviest transition metals with atomic numbers in the range of 58-71 and 90-103, respectively. Lanthanides and actinids include metals such as plutonium, uranium, and thorium. Several isotopes of this transition metal have radioactivity and are used as nuclear fusion materials in nuclear reactors and are produced during the nuclear decay process.

란탄 및 악티늄족 몇 가지 동위원소(예를 들어,237AC,232Th,235U,238U,231Pa, 237NP,244Pu,242Pu,239Pu,238Pu,243Am,241Am,244Cm,242Cm,249Bk 및252Cf)는 대단한(긴) 반감기를 가지고 있어서, 큰 환경 정화 문제를 일으키며, 특히 복합 마트릭트 상태의 폐기 침적물 또는 광산 쓰레기에 존재하는 방사능 물질일 경우에 더 그렇다. 가장 극심한 예가 워싱톤주 한포드(Hanford)의 저장고이다. 이에 따라 란탄족 및 악티늄족의 분리가 중요하다. 여기서 말하는 분리란 동위 원소의 분리보다는 이온과 금속의 분리를 의미한다.Lanthanum and actinides Some isotopes (for example,237AC,232Th,235U,238U,231Pa, 237NP,244Pu,242Pu,239Pu,238Pu,243Am,241Am,244Cm,242Cm,249Bk and252Cf) has a large (long) half-life, causing a large environmental purification problem, especially in the case of radioactive materials present in the composite matrix in the waste deposits or mine waste. The most extreme example is Hanford's reservoir in Washington. Therefore, separation of lanthanides and actinides is important. Separation refers to separation of ions and metals rather than separation of isotopes.

만약 중전이 금속을 마트릭스에서 선택적으로 분리할 수 있으면 환경 문제는 최소한 간단하게라도 될 수 있을 것이다. 비록 란탄족 및 악티늄족 이외의 금속 물질도 본 분리에서 동시에 제거되기는 하지만, 이와 같은 분리는 그래도 이점이 있다. 이 분리법을 유용하게 활용하기 위해서는 특정적일 필요는 없고 선택적이면 된다. 예를 들어, 폐기 침적물로부터 중전이 금속을 제거하면 남은 침적물의 방사능 위험 수준을 크게 줄일 수 있다. 분리된 방사능 물질을 농축해서 체적을 줄이면 저장하기도 쉽다.If the heavy metal can be selectively removed from the matrix, the environmental problem can be minimized. Although metal materials other than lanthanides and actinides are simultaneously removed in this separation, such separation still has the advantage. This separation method does not have to be specific in order to be useful, but may be optional. For example, removal of heavy metal from waste deposits can significantly reduce the radioactive level of the remaining deposits. Concentrating the separated radioactive material to reduce the volume is also easier to store.

방사능 동위원소는 또 여러 가지 영상 공정, 특히 의학적 진찰에 쓰인다. 이런 공정에서는 반감기가 몇 일 또는 몇 시간되는 동위원소를 대부분 사용한다. 그러므로, 동위원소는 사용할 장소나 빨리 운반하여 사용될 장소에서 제조되어야 한다. 만약 반감기가 더 긴 동위원소를 사용할 수 있다면, 이런 제한 중의 몇 가지는 간단화될 수도 있을 것이다. 또, 농도가 더 높고 방사능 물질 방출 장치가 더 강력하면 더 좋은 영상을 얻을 수 있을 것이다. 현재, 농도가 높은 것은 해독 프로토콜이 제거 과정보다는 신체 내에서의 동위원소 붕괴가 관련되어 있기 때문에 사용하지 않는다. 그러므로, 만약 신체 내에서 중 전이 금속을 제거하는 방법이 개발되면, 동위원소 타입과 농도의 범위를 넓힐 수 있을 것이다.Radioactive isotopes are also used in a variety of imaging processes, especially in medical examinations. In these processes, most of the isotopes with a half-life of several days or hours are used. Therefore, isotopes should be manufactured at the site where they are to be used or where they are to be transported quickly. If one can use longer isotopes, some of these limitations may be simplified. Also, if the concentration is higher and the radioactive material emitting device is stronger, a better image will be obtained. Currently, high concentrations are not used because the decoding protocol involves isotope decay in the body rather than the elimination process. Therefore, if a method of removing heavy metals in the body is developed, it would be possible to broaden the range of isotope types and concentrations.

도 10 내지 14에 관한 앞의 설명은 이미 연구한 경 전이 금속에 해당되는 것이다. 그러나, 도 10 내지 14(이 개념을 직접 지지하는)에 관련하여 아직까지 설명한 자성에 관한 개념은 동시에 중 전이 금속에도 적용할 수도 있을 것이다. 중 전이 금속(란탄족과 악티늄족)은 경 전이 금속의 성질과 유사한 성질을 갖되 단지 더 클 것으로 생각된다.The previous description of Figures 10-14 corresponds to the already studied transverse metal. However, the concept of magnetism described so far in relation to Figures 10-14 (which directly supports this concept) may also be applied to heavy transition metals at the same time. The transition metals (lanthanides and actinides) have properties similar to those of transition metals, but are considered to be only larger.

란탄족과 악티늄족은 큰 원자핵 질량을 가지고 있고, 주기율표의 어느 주기의 중 전이 금속이든 그 화학적 성질의 차이는 제 4, 제 5 f-쉘의 전자수에 의해 형성된다. 그러나, f-쉘 전자는 제 5(란탄 족)와 제 6(악티늄 족) s-쉘과 p-쉘 전자에 의해 차폐되어 있어서 각 주기의 중 전이 금속의 화학적 성질은 크게 차이가 나게 하지 않는다.The lanthanides and actinides have large atomic masses, and the difference in the chemical nature of any transition metal in any period of the periodic table is formed by the electrons of the fourth and fifth f-shells. However, the f-shell electrons are shielded by the fifth (lanthanide) and sixth (actinide) s-shell and p-shell electrons, so that the chemical nature of the transition metals in each cycle does not differ greatly.

금속과 금속 이온을 분리하는 전통적인 방법은 금속 이온을 선택적으로 도금시키거나 여러가지 크로마토그라프적인 방법을 사용하는 것이었으나, 이들 방법은 란탄족과 악티늄족에 대하여는 별로 성공적이지 못했다. 도금법은 란탄족과 악티늄족의 환원 전위가 모두 서로 20밀리볼트 범위에 있기 때문에 성공적이지 못한 것이다. 란탄족은 3가 양이온의 금속으로의 3 전자 환원이 이 열의 모든 원자에서 표준 수소 전극(normal hydrogen electrode)(본 분야에서 잘 알려진 바와 같이 양성자 환원을 0 볼트의 열역학적 크기로 규정한 기준 전극) 기준 -2.3 ± 0.1볼트에서 일어난다.Traditional methods of separating metal and metal ions were either selective plating of metal ions or using various chromatographic methods, but these methods were not very successful for lanthanides and actinides. Plating is unsuccessful because the reduction potentials of both the lanthanide and the actinide are in the range of 20 millivolts to one another. The lanthanide is believed to be a three-electron reduction of the trivalent cation to the metal by a standard hydrogen electrode (a reference electrode defined by a thermodynamic size of 0 volts as the proton reduction as is well known in the art) -2.3 ± 0.1 volts.

분리는 여러 가지들 중에서도 전하, 이동성, 킬레이팅제를 사용한 복합체 형성에 기초한 여러 가지 방법으로 할 수 있다. 크로마토그라피적 분리는 다른 것들중에서도 전하와 이동성으로 할 수 있다. 란탄족과 악티늄족과 같은 중 전이 금속은 전하에 기초한 크로마토그라피적 분리가 잘 안되는데, 이것은 이 전이 금속 모두는 전하와 환원 전위가 모두 유사해서 환원된 뒤에도 모두 유사한 전하를 모두 갖기 때문이다. 같은 산화-환원 전위를 갖는다는 것은 이들 물질 중의 약간 밖에 선택적으로 환원시키거나 산화시킬 수 있다는 것을 뜻한다.Separation can be done in a number of ways based on the formation of complexes using charge, mobility and chelating agents amongst others. Chromatographic separation may be charge and mobility, among other things. Heavy transition metals such as lanthanides and actinides are poorly charge-based chromatographic separations because all of these transition metals have both similar charge and reduction potentials and all have similar charge after reduction. Having the same oxidation-reduction potential means that only a few of these materials can be selectively reduced or oxidized.

란탄족과 악티늄족은 크기가 비슷한 이온을 형성하므로, 이동성도 대단히 유사해서 이동성을 이용해서도 잘 분리할 수가 없다. 킬레이팅 방법을 사용하는 비 크로마토그라피적 분리 방법도 어렵다. 일례로 f-쉘 전자는 다음의 주 쉘인 s 및 p 쉘 전자에 의해 차폐되어 있기 때문에, 어떤 열 이온의 킬레이팅제와의 결합 상수(binding constant)도 대단히 유사해서 킬레이팅으로도 잘 분리되지 않는다. 그러므로, 이 열들에 대한, 자기적 분리법과 같은, 또 다른 분리 기술이 필요하게 되었다.The lanthanides and actinides form ions of similar size, so they are very similar in mobility, so they can not be separated by mobility. Non-chromatographic separation methods using the chelating method are also difficult. For example, since the f-shell electrons are shielded by the following main shells, s and p-shell electrons, the coupling constant with the chelating agent of any thermal ion is very similar and is not well separated by chelation . Therefore, another separation technique, such as magnetic separation, has become necessary for these columns.

란탄족과 악티늄족의 자기적 분리법Magnet Separation Method of Lanthanum and Actinium

자장에 대한 분자나 이온의 반응은 몰 자화율(m)이나 동등한 자기 모멘트 μ로 측정한다. 물질 내의 홀 전자수가 증가함에 따라, μ는 증가한다. 란탄족과 악티늄족은 f 쉘 전자가 있기 때문에, 0 내지 14개의 전자를 포함하고 있다. 그러므로, f 쉘 내의 홀 전자의 최대수는 7이다. 주기율 표 본란에 있는 경 전이 금속의 성질은 단지 최대 5개의 홀 전자가 있게 되는 10개 까지의 전자만 있는 d 쉘 전자만 갖도록 되어 있다. 그러므로, 본질적으로 란탄족과 악티늄족은 d 쉘만 있는 전이 금속보다 더 많은 숫자의 홀 전자를 갖는다. 이에 따라, 란탄족과 악티늄족은 주기율표 본란의 전이 금속보다 더 큰 자기 모멘트를 갖는다. 이 큰 자기 모멘트는 홀 전자로부터 오는 것이고, 어느 정도는, 핵 자기 모멘트에서 오는 것이다. 넓은 범위의 산화 상태(상자성 및 반자성 산화-환원 물질에 대한 전술한 내용이 여기에도 적용된다)와 동시에 큰 자기 모멘트는 란탄족과 악티늄족을 경 전이 금속으로부터 분리할 수 있게 할 것이 틀림없다. 어떤 경우에는, 이 분리법에는 추가적으로 산화와/또는 킬레이팅 단계가 필요할 수도 있다.The reaction of molecules or ions to the magnetic field depends on the molar susceptibility ( m) or an equivalent magnetic moment μ. As the number of hole electrons in the material increases, mu increases. The lanthanides and actinides contain 0 to 14 electrons because of the f shell electrons. Therefore, the maximum number of hole electrons in the f shell is 7. The nature of the transition metal in the periodic table is such that it has only d-shell electrons with up to 10 electrons that only have up to 5 hole electrons. Therefore, essentially the lanthanides and actinides have a larger number of hole electrons than the transition metal only in the d-shell. Thus, lanthanides and actinides have larger magnetic moments than transition metals in the periodic table. This large magnetic moment comes from the hole electrons and to some extent comes from the nuclear magnetic moment. Large magnetic moments at the same time as a wide range of oxidation states (the above discussion of paramagnetic and semiconductive redox-reducing materials also apply here) must enable lanthanides and actinides to be separated from the transition metals. In some cases, this separation process may require additional oxidation and / or chelating steps.

특히, 만약 이 분리법이 중 전이 금속과 주기율 표 본란의 전이 금속(경 전이 금속)의 혼합물을 생산한다면, 산화제나 환원제를 첨가하거나 전극에서 전기 분해를 하여 조성된 산화 상태의 변화는 금속 이온이나 그들의 복합체의 전하[와 d 쉘(주 전이 금속의 경우)과 f 쉘(중 전이 금속의 경우의 전자수]를 바꿀 뿐만 아니라 중 전이 금속 및 주 전이 금속의 홀 전자수도 바꾼다. 주 전이 금속은 단지 10개의 d 쉘 전자가 있고 중 전이 금속은 14개의 f 쉘 전자가 있기 때문에, d 쉘이나 f 쉘에 적어도 몇 개의 전자가 있는 이온과 금속과 복합체는 전자가 추가되거나 제거되면 홀 전자의 수가 다르게 될 수 있다. 이것은 많은 경우에 있어서 주 전이 금속이 중 전이 금속으로부터 분리되게 할 수 있을 것이다.In particular, if this separation produces a mixture of transition metals and transition metals (transition metals) in the periodic table, the change in oxidation state formed by the addition of an oxidizing agent or reducing agent or by electrolysis at the electrode may be due to metal ions The charge of the complex (and the shell) (in the case of the main transition metal) and the f shell (the number of electrons in the case of a heavy transition metal) are changed as well as the hole and electron transition of the transition metal and the main transition metal. Since there are four d-shell electrons and there are 14 f-shell electrons in the medium of transition metal, the number of electrons in the d-shell or f-shell is at least several electrons. , Which in many cases would allow the main transition metal to separate from the heavy transition metal.

란탄족, 악티늄족 및 경 전이 금속에 대한 자기 모멘트를 대표적 금속 복합체에 대하여 첨부된 도 14A, 14B, 14C에 도시하여 놓았다. 도 14A와 14B는 참고로 그 내용에 여기에 기재해 놓은 에프. 에이. 코튼과 지. 윌킨슨저, 인터사이언스 퍼블리셔, 뉴욕, 1972년, 제 3 판의 고등 무기 화학 (Advanced Inorganic Chemistry by F. A. Cotton and G. Wilkinson, Third Edition, Interscience Publisher, NY, 1972)의 페이지 329와 369에서 각각 전재한 것이다. 도 14C의 데이터는 화학의 발전 에프. 에이. 코튼편, 인터사이언스 퍼블리셔, 뉴욕, 1964년 6권 중의 비. 엔. 피기스와 제이. 류이스의 전이 금속 복합체의 자기적 성질 (The Magnetic Properties of Transition Metal Complexes by B. N. Figgis and J. Lewis in progress in Chemistry, vol. 6, F. A. Cotton, ed., Interscience Publisher, NY, 1964, pp. 38-239)과 에프. 에이취. 버스톨과 알. 에스. 니홀름의 논문(F. H. Burstall and R. S. Nyholm, J. Chem. Soc., 1952, pp. 3570-3579)에서 전재했으며, 위 두가지를 참고로 여기에 기재했다. 도 14A-14B를 검토해 보면, 무거운 전이 금속의 자기 모멘트가 가벼운 금속보다 더 높은 것을 알 수 있다. 그러나 분명히 두 부류의 전이 금속 간의 자기 모멘트는 얼마간 겹치는 부분이 있다. 예를 들어, Cr(III), UF4, UF3, Pr2O3은 Cr(II)와 PuF4가 그런 것처럼 자기 모멘트가 유사하다. 그러므로, 이 자기에 기초한 분리 방법은 이 물질들을 잘 분간해 내지 못하여 분리 단계 전후에 한 그룹으로 만들지도 모른다.The magnetic moments for lanthanides, actinides and transition metals are shown in Figures 14A, 14B and 14C, respectively, for representative metal complexes. Figures 14A and 14B are graphical representations of F. a. Cotton and paper. , Pages 329 and 369 of Advanced Inorganic Chemistry by FA Cotton and G. Wilkinson, Third Edition, Interscience Publisher, NY, 1972, each of which is incorporated herein by reference in its entirety, will be. The data in Fig. a. Cotton piece, Intercourse Publisher, New York, yen. Piggy and Jay. The Magnetic Properties of Transition Metal Complexes of Ryu's (Magnetic Properties of Transition Metal Complexes by BN Figgis and J. Lewis in progress in Chemistry, vol. 6, FA Cotton, ed., Interscience Publisher, NY, 1964, -239) and F. Hooch. Bus tall and al. s. It is described in FH Burstall and RS Nyholm, J. Chem. Soc., 1952, pp. 3570-3579, which is hereby incorporated herein by reference. 14A-14B, it can be seen that the magnetic moment of the heavy transition metal is higher than that of the light metal. Obviously, the magnetic moments between the two classes of transition metals have some overlap. For example, Cr (III), UF 4 , UF 3 , and Pr 2 O 3 have similar magnetic moments as Cr (II) and PuF 4 . Therefore, this self-based separation method may not be able to distinguish these materials well and may be grouped before and after the separation step.

그러나, 분리전에 킬레이숀(chelation) 또는 전기 분해를 사용하는 분리 단계를 추가하면, 가벼운 전이 금속을 무거운 전이 금속에서 확실히 제거할 수 있을 것이다. 그럼에도 불구하고, 이 방법의 선택성이 높지 않아서, 플루토늄으로부터 우라니움을 분리하는 것은 더 어려울지 모른다. 방법을 조정하거나 반복하면 잘 분리될지도 모른다. 이런 개선 없이도, 예를 들어, 최소한 철과 같은 물질로부터 3가와 4가의 우라니움과 플루토늄을 분리할 수는 있다.However, adding a separation step using chelation or electrolysis prior to separation will ensure that the light transition metal is reliably removed from the heavy transition metal. Nonetheless, since the selectivity of this method is not high, it may be more difficult to separate uranium from plutonium. Adjusting or repeating the method may be well separated. Without this improvement, it is possible, for example, to separate uranium and plutonium from trivalent and tetravalent uranium from materials such as at least iron.

어떤 무거운 전이 금속을 분리할 수 있는 한가지 방법은 이들은 가스 상태의 물질을 형성할 수 있고 어떤 경우에는 분리되면 가스 상태가 된다는 사실이다. 예를 들어, 이런 기술을 이용하여 UF6가스나 이것의 여러 가지 동위 원소를 분리할 수 있다. 전에는 우라니움의 동위원소는 UF6을 제조하고 이 가스가 극히 긴 관을 지나 확산하게 놔두므르서 분리했다. 질량상의 작은 차이 때문에, 가벼운 동위원소가 관의 끝에 먼저 도착한다.One way to isolate certain heavy transition metals is the fact that they can form gaseous materials and, in some cases, become gaseous when separated. For example, this technique can be used to separate UF 6 gas or its various isotopes. Previously, the isotope of uranium was produced by making UF 6 and allowing it to diffuse through an extremely long tube. Due to the small difference in mass, a light isotope arrives at the end of the tube first.

온도는 일반적으로 자기 분리법을 실현시키는데에, 특히 무거운 전이 금속의 자기 분리법을 실현시키는데에 대단히 큰 효과를 미칠 수 있음을 주목하기 바란다. 낮은 온도에서 작동시키면, 분자 물질의 자화율(모멘트)이 온도에 반비례하여 증가하므로, 참으로 유리하다. 실온에서 빙점 바로 위까지 온도를 낮추면 자기 모멘트를 약 10% 증가시킨다(상술한 큐리 온도의 설명 참조). 어쩌면, 이러한 온도에 대한 민감성을 온도 구배와 함께 활용하여 중 전이 금속과 기타 자기 물질의 자기 분리를 실현시킬 수도 있을 것이다.It should be noted that the temperature can generally have a very large effect in realizing the magnetic separation method, especially in realizing the magnetic separation method of the heavy transition metal. When operated at low temperatures, the magnetic susceptibility (moment) of the molecular material increases inversely with temperature, which is advantageous. Lowering the temperature just above the freezing point at room temperature increases the magnetic moment by about 10% (see Curie temperature description above). Perhaps this sensitivity to temperature can be used in conjunction with temperature gradients to achieve magnetic separation of heavy metals and other magnetic materials.

고온의(방사능이 있는) 무거운 전이 금속을 감지하는 센서를 포함하여, 이 온도 민감성에 기초하여 센서를 만들 수도 있다. 여러 가지 방사능 물질의 몇 가지 혼합상태를 (1) 플럭스 강화 (2) 온도 증가로부터 구별할 수 있게 될 수도 있다. 아마도, 평행 또는 수직 자기 및 온도 구배를 사용하는 플럭스 강화와 온도 조합에 기초한 자기 분리법을 만들어 낼 수 있을 것이다.Sensors can be built based on this temperature sensitivity, including sensors that sense high temperature (radioactive) heavy transition metals. Several mixing states of various radioactive materials may be able to be distinguished from (1) flux enrichment (2) temperature increases. Perhaps a magnetic separation method based on flux enhancement and temperature combinations using parallel or perpendicular magnetic and temperature gradients could be created.

분리 방법의 완성Completion of separation method

분리를 여러 단계로 생각해볼 수 있다.Separation can be considered in several stages.

1. 물질은 외부의 어떤 약제 또는 힘과 상호 반응하는 정도가 다르므로 분리할 수 있다(여기서는 자기 복합 재료와 자장).1. A substance can be separated because it is different in the degree to which it interacts with some external agent or force (here, magnetic composite and magnetic field).

2. 만약 한 자기 상호 작용이 분리를 잘 되게 하지만 완전히 분리시키지는 못할 경우, 이 과정을 반복하여 분리 효율을 개선할 수 있다(여기서는, 일련의 분리 용기와 자기 복합 재료 분리기를 설치할 필요가 있다).2. If one self-interaction is good but can not be completely separated, this process can be repeated to improve the separation efficiency (in this case, a series of separation vessels and a magnetic composite separator need to be installed).

3. 수회 반복한 후, 만약 분리가 부분적으로 성공적이고 아직도 몇 가지 물질은 함께 섞여 있으면, 제 1 과정에 의해 이미 어느 정도 순수해진 혼합물을 다른 방법을 이용하여 분리한다(여기서, 이것은, 일례로 가벼운 전이 금속이나 무거운 전이 금속 어떤 것을 결합시켜, 예를 들어, 어느 쪽을 선택적으로 침전시키는 킬레이숀 법일 수도 있고, 도금법을 사용할 수도 있고, 또는 산화 상태를 바꾼 후 다시 자기적 성질 또는 어떤 다른 성질에 기초한 분리 단계를 사용할 수도 있다).3. After a number of iterations, if the separation is partially successful and still some of the materials are mixed together, the already pure mixture which has already been purified to some extent by the first step is separated using another method, It may be a chelating method which binds either a transition metal or a heavy transition metal, for example, which is selectively precipitated, or may employ a plating method, or after changing the oxidation state, Based separation step may be used).

본 발명은, 여기에서 설명한 원리를 자기 복합 재료의 사용과 관련하여 적용하여 란탄족과 악티늄족을 다른 금속 이온으로부터 분리하고 다시 자기 모멘트에 기초하여 란탄족과 악티늄족을 소 그룹으로 분리한다. 한 부류의 자기 복합 재료의 행동과 형성에 대해서 전술했다.The present invention separates lanthanides and actinides from other metal ions by applying the principles described herein in connection with the use of magnetic composite materials, and separates lanthanides and actinides into small groups based on their magnetic moment. The behavior and formation of a class of magnetic composites have been described above.

가벼운 전이 금속 복합체를 가진 복합 재료에 대한 전술한 행동에 기초하여, 유기 또는 무기 리간드를 사용하여 킬레이숀 법으로 형성한 중 전이 금속 이온이나 복합체를 분리하는 것이 가능한 것이 틀림없다. 비록 이온과 유기 금속 복합체일 가능성이 가장 높으나, 분리되는 것을 이온, 금속, 또는 금속 복합체(대전되었든 안되었든 간에)일 수도 있다.Based on the above-described behavior of the composite material having a light transition metal complex, it is surely possible to separate heavy transition metal ions or complexes formed by the chelating method using organic or inorganic ligands. Although it is most likely to be an ion and organometallic complex, it may be an ion, metal, or metal complex (whether or not charged) that is separated.

최소한 부분적이로라도, 분리될 물질의 자기 모멘트를 이용하여 분리 효율을 예측할 수 있다. 전기 화학에 기초한 과정에서는 해당 물질의 산화 상태와 환원 상태의 자기 모멘트 차이에 따라 효율이 결정될 것이다. 두 가지 기본적인 분리 방법을 다음에서 간단히 설명한다.At least in part, the separation efficiency can be predicted using the magnetic moment of the material to be separated. In an electrochemical-based process, the efficiency will be determined by the difference in magnetic moment between the oxidized state and the reduced state of the material. Two basic separation methods are briefly described below.

자기 복합 재료가 용액 내의 물질이 전극으로 접근하는 것을 제어하는 전기 화학적 방법. An electrochemical method in which a magnetic composite material controls access of a substance in a solution to an electrode.

자기 복합 재료를 두 용기 사이에 분리막으로 사용하여, 한 용기에는 분리할 혼합물을 넣어서, 분리될 물질이 분리막을 통과하여 제 2 용기로 들어 가서, 거기서 선택적으로 통과된 즉 분리될 물질이 모이는 자기 크로마토그라피적 방법. Using a magnetic composite material as a separator between two vessels, the mixture to be separated is placed in one container, the substance to be separated passes through the separator and enters the second container, where a self-permeated, A method of graphing.

위의 어느 방법으로도 분리를 할 수가 있다. 담체가 기체, 액체, 고체, 또는 플라스마이고 고정상(固定相)이 임의의 자기적으로 개량된 마이크로 구조 재료이거나, 기체, 액체/현탁액, 고체, 또는 플라스마인 다른 크로마토그라피적 방법도 가능하다. 여기서, 담체와 고정상이 하는 일은 구별되지 않으며 상호 교환적이다.It can be separated by any of the above methods. Other chromatographic methods are also possible, wherein the carrier is a gas, liquid, solid, or plasma, and the stationary phase is any magnetically modified microstructure material, or a gas, liquid / suspension, solid, or plasma. Here, the work of the carrier and stationary phase is indistinguishable and interchangeable.

크로마토그라피적으로 또는 전기 화학적으로 한 단계로 구성된 분리도 가능하다. 그러나, 가장 많이 쓰일 가능성이 있는 다단계 방법에서는, 도 14D에 도시한 바와 같이 몇 개의 방이나 용기를 순차로 설치하여 가장 이동성이 높은 물질이 맨 끝의 용기에 농축되게 한다. 여기서, 자기 분리기는 단순한 크로마토그라피적인 것이거나 또는 이것을 통하여 유동이 가능한 자기적으로 개량된 다공성 전극일 수 있다. 아래에서 상세히 설명될 도 14D에서, 분리기는 물질 A를 물질 B보다 두 배의 효율로 분리기를 통과하게 한다. 시초에는 물질 A와 물질 B의 농도는 같았으나, 세 번의 분리 단계 후에는 물질 A의 농도는 물질 B에 비해서 8배(8 : 1)[(2/1)3: 1]이 된다. 자기 분리기의 효율은 위에 설명한 대로 분리되는 물질의 자기적 성질에 따라 결정되고 최소한 방금 설명한 것 만큼은 좋아야 한다. 물질 A와 B 같은 초기 혼합물 중에 있는 물질의 초기 상대 농도도 관계가 있음을 주목하기 바란다.Chromatographic or electrochemical separation in one step is also possible. However, in a multistage method which is most likely to be used, several rooms or containers are sequentially installed as shown in Fig. 14D, so that the most movable material is concentrated in the endmost container. Here, the magnetic separator may be a simple chromatographic or magnetically improved porous electrode capable of flowing through it. In Figure 14D, which will be described in detail below, the separator allows material A to pass through the separator twice as efficiently as material B. [ At the beginning, the concentrations of substance A and substance B were the same, but after three separation steps, the concentration of substance A is 8 times (8: 1) [(2/1) 3 : 1] The efficiency of the magnetic separator depends on the magnetic properties of the material being separated as described above and should be at least as good as just described. Note that the initial relative concentrations of the substances in the initial mixture, such as substances A and B, are also relevant.

자기적 분리 전이나 후에 리간드를 첨가할 필요가 있을 수도 있다. 분리 작업 전에 리간드를 첨가하면, 아마도 자기적 성질 이외에 다른 이유로 분리막을 통과하는 선택성을 변화시킨다. 예를 들어, 가벼운 전이 금속 물질을 결합시키는 것이 바람직하고 결합되어 음전하를 띄는 가벼운 전이 금속 복합체를 형성한다면, 만약 양전하를 갖는 이온 교환 중합체나 동등의 양전하를 갖는 재료를 결합 물질로 사용하여 복합 재료를 형성하게 하므로서 복합 재료로부터 이 복합체를 제외시킬 수 있을 것이다.It may be necessary to add a ligand before or after the magnetic separation. Adding a ligand before the separation operation changes the selectivity through the membrane for reasons other than magnetic properties. For example, if it is desirable to combine a light transition metal material and form a lightly conductive transition metal complex that combines to form a negative charge, if the ion exchange polymer with a positive charge or a material having the same positive charge is used as the binding material, Thereby eliminating this complex from the composite material.

만약 금속의 중심이 낮은 전자 스핀 형태(low spin electron configuration)에서 높은 전자 스핀 형태로 바뀌게 하는 리간드를 사용하면 몇몇 전이 금속 복합체의 자기 모멘트를 증가시킬 수도 있다. 만약 리간드가 낮은 전자 스핀 형태로 금속 중심을 바꾼다면, 자기 모멘트를 낮출 수도 있다. 코발트가 낮고 높은 스핀 복합체를 형성할 수 있는 물질의 가장 쉬운 예이다. 그러나, 금속이 모두 낮은 스핀 형태와 높은 스핀 형태를 갖는 것은 아니다.Using a ligand that converts the center of the metal from a low spin electron configuration to a high electron spin form may increase the magnetic moment of some transition metal complexes. If the ligand changes the center of the metal in a low electron spin form, the magnetic moment may be lowered. Cobalt is the simplest example of a material that can form low and high spin complexes. However, metals do not all have low spin form and high spin form.

리간드에 선택적으로 결합되어 란탄족과 악티늄족의 화학적 성질이 가벼운 전이 금속 물질과 구별되게 하면, 리간드를 분리 후에 첨가할 수 있다. 예를 들어, 만약 결합 상수가 커서 란탄족과 악티늄족이 큰 리간드와 복합체를 만들 수 있으면, 란탄족과 악티늄족은 혼합물로부터 선택적으로 침전시킬 수 있을 것이다. 다른 분리 방법도 가능하다. 리간드가 관여하는 자기적 분리는 다음에 상세하게 설명하는 바와 같이 란탄족과 악티늄족에 적용할 수 있다(다음의 도 16A, 16B, 16C와 관계된 설명 참조).The ligand can be selectively bonded to the lanthanides and actinides so that the chemical nature of the lanthanides and actinides is distinguished from the light transition metal material, and the ligand can be added after separation. For example, if the lanthanide and the actinide can form a complex with a large ligand, if the coupling constant is large, the lanthanide and the actinide may be selectively precipitated from the mixture. Other separation methods are possible. The magnetic separation involved by the ligand can be applied to lanthanides and actinides as described in detail below (see the discussion relating to FIGS. 16A, 16B and 16C, below).

[실시예][Example]

도 15A는 자기 마이크로 경계(10a, 10b, 10c)가 일반적인 전기 화학 반응에 어떻게 영향을 미치는지 기술하기 위해 사용되게 될 간단한 예시도이다. 여기서, 기판(20)은 전도체의 역할을 하게 되어 금속, 반도체 또는 초전도체와 같이 전기를 전도할 수가 있다. 기판(20)은 제1전위(V1)에서 지지된다. 재료(30a, 30b)의 2개의 다른 상은 2개의 다른 자기장 즉, 2개의 다른 자기상인 상1과 상2으로 이루어지며, 기판(20)의 표면(24)에 접착된다. 재료(30a, 30b)는 2개의 다른 자기장을 갖기 때문에, 경계 영역 또는 경계선은 자기 구배를 갖는다. 경계 영역은 반드시 예리하거나 직선이 필요가 없지만, 재료(30a)의 자기장은 전자기 경계 조건에 의해 재료(30b)의 자기장으로 완만하게 개량된다. 따라서, 폭(t)는 경계(33)의 평균적인 폭이다. 폭(t)은 거의 나노미터에서 마이크로미터의 사이에 있어야만 하고, 1 나노미터에서 약 0.5㎛ 사이가 바람직하다. 경계 영역(33)은 거리에 서로 변화를 줌으로서 분리되고, S는 이러한 거리의 평균을 나타낸다. 거리(S)에 변화를 줌으로서 나타나는 효과는 하기에 기술된다.15A is a simple illustration that will be used to describe how the magnetic micro-boundaries 10a, 10b, 10c affect a typical electrochemical reaction. Here, the substrate 20 serves as a conductor, and can conduct electricity such as a metal, a semiconductor, or a superconductor. The substrate 20 is supported at the first potential V1. Two different phases of the materials 30a and 30b are made up of two different magnetic fields, i.e., two different magnetic phases, Phase 1 and Phase 2, and are bonded to the surface 24 of the substrate 20. Since the materials 30a and 30b have two different magnetic fields, the boundary region or boundary line has a magnetic gradient. The boundary region does not necessarily need to be sharp or straight, but the magnetic field of material 30a is moderately improved by the magnetic field of material 30b by electromagnetic boundary conditions. Thus, the width t is the average width of the boundary 33. The width t must be between about nanometers and micrometers, and preferably between 1 nanometer and about 0.5 micrometers. The boundary regions 33 are separated by varying the distances, and S represents the average of these distances. The effect of changing the distance S is described below.

입자(M)는 자화율(χm)을 갖으며 전극(50)에 의한 전위(V2)를 갖는 전해질(40) 내에 있게 된다. 이는 전해질(40)과 기판(20)(이 기판(20)은 실제로 제 2 전극봉으로 작용한다)간의 전위차(V)를 발생시킨다. 경계 영역(33)은 입자(M)가 통과할 수 있는 경로이다. 입자(M)는 이후 전기적으로 또는 농도 구배에 의해 기판(20) 방향으로 구동된다. 입자(M)가 기판(20)에 도달하게 되면, 전자를 얻거나 잃게 되어, 자화율(χm)을 갖는 입자(N)로 변환된다. 제 1 상과 제 2 상간의 자화율 차이의 절대값은 영역(33)의 자기 구배의 크기의 척도가 되고 경계 영역이 자기인 구배로 표현된다. 하기에 입자(M)의 자속은 재료(30a, 30b)를 갖지 않는 자속에 비교해서 재료(30a, 30b)를 갖는 경계 영역(33)내의 자기 구배의 증가에 대해 지수함수적으로 증가한다. 자속의 이러한 증가는 35배 또는 3500% 이상 될 수도 있으며, 많은 전기 화학 과정의 효율에 있어서 상당한 증가를 가져온다.The particles M are in the electrolyte 40 having a magnetic susceptibility xm and a potential V2 by the electrode 50. [ This generates a potential difference (V) between the electrolyte 40 and the substrate 20 (this substrate 20 actually acts as the second electrode). The boundary region 33 is a path through which the particles M can pass. The particles M are then driven electrically or in a direction of the substrate 20 by a concentration gradient. When the particles M reach the substrate 20, electrons are obtained or lost and converted into particles N having a magnetic susceptibility (x m ). The absolute value of the difference in magnetic susceptibility between the first and second phases is a measure of the magnitude of the magnetic gradient of the region 33 and the boundary region is expressed as a magnetic gradient. The magnetic flux of the particles M is then exponentially increased with respect to the increase of the magnetic gradient in the boundary region 33 with the materials 30a and 30b compared to the magnetic flux without the materials 30a and 30b. This increase in magnetic flux may be 35 times or even 3500% or more, resulting in a significant increase in the efficiency of many electrochemical processes.

자석이 전기 화학 전지나 과정을 향상할 수도 있는 전기 화학 시스템은 : 클로랄칼리 과정, 전기 불소 첨가, 부식 억제, 여러가지 형태의 태양 전지 또는 포토전지, 전극과 합성 매트릭스에서의 전기 화학 반응의 가속을 포함한다. E0.5의 전위 이동이 화합물의 자기장과 자기 구배에서 에너지 차이가 항상 관찰되어 나타나며 ; 일반적으로 이는 연료 전지, 축전지, 태양 전지 및 광전지를 포함하는 모든 전기 화학 에너지 장치의 성능을 향상시킨다. 다른 적용으로서는 상자성류용 듀얼 센서를 포함하는 센서 ; 광센서, 자속 스위칭 ; 및 자기장 제어에 의한 재료의 제어 해제, 약물 또는 생화학 재료의 해제 또는 의약 투여를 포함한다. 이미지 기술 및 공명 이미지 기술에도 또한 적용될 수도 있다.Electrochemical systems in which magnets may enhance electrochemical cells or processes include: accelerating electrochemical reactions in the chloral color process, electrofluorination, corrosion inhibition, various types of solar cells or photovoltaic cells, electrodes and synthetic matrices do. Electron transfer of E0.5 is always observed with an energy difference in the magnetic field and magnetic gradient of the compound; In general, this improves the performance of all electrochemical energy devices, including fuel cells, batteries, solar cells and photovoltaic cells. Other applications include sensors comprising dual sensors for box-shaped currents; Optical sensor, magnetic flux switching; And release of control of the material by magnetic field control, release of the drug or biochemical material, or medicament administration. It may also be applied to image technology and resonance imaging technology.

경계(33)는 동일하게 이격될 필요가 없고 동일한 폭과 두께(t)를 갖을 필요는 없다. 재료(30a, 30b)는 액체, 고체, 기체 또는 플라즈마일 수도 있다. 단 한가지 제한은 경계(33)가 반드시 있어야 되는 것이며, 즉 재료(30a, 30b)가 2개의 다른 자기장을 갖어서 폭(t) 내에 자기 구배를 형성할 수 있도록 하는 것이다. 영역(33)의 자기 구배는 마이크로비드(1)의 자기적인 내용물을 증가와 ; 화합물내의 자기적인 마이크로비드 플렉션 증가(2)와 ; 비드내에서 자기 재료를 향상함으로서 비드의 자기적 강도 증가와 ; 외부 자석의 수단에 의한 자기 마이크로비드의 자기장을 강화(4)에 의해 증가될 수가 있다. 일반적으로, 입자(N)와 입자(M)의 자속은 자화율값(χm), (χm)에 상호관련된다.The boundary 33 need not be equally spaced and need not have the same width and thickness t. The materials 30a, 30b may be liquid, solid, gas or plasma. The only limitation is that the boundary 33 must be present, i.e. the material 30a, 30b has two different magnetic fields so that it can form a magnetic gradient in width t. The magnetic gradient of the region 33 increases the magnetic content of the microbead 1; (2) an increase in magnetic microbead fluorescence in the compound; Increasing the magnetic strength of the bead by improving the magnetic material in the bead; Can be increased by strengthening the magnetic field of the magnetic microbead by means of an external magnet (4). In general, the flux of the particles (N) and the particles (M) will be correlated to the value of magnetic susceptibility (χ m), (χ m ).

도 15B는 상술하고 실시예의 어느 하나와 도 16 및 그 이하 실시예에 상응하는 장치(80)를 도시한다. 본 발명의 몇몇 실시예의 시행은 전자석(70)에 의해 생성되는 것과 같은 자기장의 존재를 필요로 하는 반면, 다른 실시예들은 전자석(70)을 필요로 하지 않는다. 장치(80)는, 예를 들면, 자기적으로 변경된 전극의 몇몇 실시예는, 연료 전지, 축전지, 막 센서, 듀얼 센서 및 자속 센서에 상응한다. 전자석(70)는 자기장의 어던 공급원이 될 수 있다. 전자석(70)은 외부적으로 가해진 자기장의 존재를 필요로 하는 자기 화합 재료의 상술된 형성 방법에 사용될 수 있다. 전자석은 전원(74)에 의해 공급된 전원으로 컨트롤러(72)에 의해 제어될 수 있어서 일정한 또는 파형의 자기장을 생성한다.Fig. 15B shows a device 80 that corresponds to any of the embodiments described above, Fig. 16 and the following embodiments. The practice of some embodiments of the present invention requires the presence of a magnetic field such as that produced by electromagnet 70, while other embodiments do not require electromagnet 70. The device 80, for example, corresponds to a fuel cell, a battery, a membrane sensor, a dual sensor, and a flux sensor in some embodiments of magnetically altered electrodes. Electromagnet 70 may be a source of magnetic field. The electromagnet 70 may be used in the above-described method of forming a magnetic compound material requiring the presence of an externally applied magnetic field. The electromagnet can be controlled by the controller 72 with the power supplied by the power supply 74 to produce a magnetic field of constant or waveform.

전자석(70)에 의해 가해지는 이와 같은 외부 자기장은 본 발명의 여러가지 실시예에서 매우 유용하다. 스위치와 강화가 외부 자기가 자기 마이크로비드 또는 자기 마이크로 입자에 집중되는 경우에 가능하다. 예를 들면, 플럭스 스위치가 유용할 수 있으며, 특히 외부 자석이나 전자석(70)에 의해 기동되는 다음과 같은 경우에 유용하다 : (1) 의료 분야의 재료 해제와 ; 상술한 바와 같은 의료 이미지 분야에서 고온의 동위 원소의 재수집과 ; (2) 마이크로 핵 반응기 또는 고온의 재료에 의해 구동되는 열 공급원을 제어하기 위한 - 혼합수단과 같은 마이크로크리에이터 또는 분리기와 ; 고온의 저장 탱크내의 중 전이 금속을 세척하고 수집하는 재사용 가능한 시스템을 만드는 것이다.Such an external magnetic field applied by the electromagnet 70 is very useful in various embodiments of the present invention. The switch and the reinforcement are possible when the external magnet is concentrated on the magnetic microbead or magnetic microparticle. For example, a flux switch may be useful and is particularly useful in the following cases where it is actuated by an external magnet or electromagnet 70: (1) material release in the medical field; Regeneration of hot isotopes in the field of medical imaging as described above; (2) a microcryoc reactor or separator, such as a mixing means, for controlling a microcrack reactor or a heat source driven by a hot material; To create a reusable system for cleaning and collecting heavy transition metals in hot storage tanks.

마지막과 같은 아이디어는, 어떤 것이 고온(방사성의)의 재료로 오염되는 경우에, 방사성으로 되어, 저장되거나 정화 처리된다. 이러한 정화는 현재로서 완전히 해결할 수가 없는 복잡한 문제여서 고온의 방사성 재료에 접하는 양을 제어하는데 집중되어 있기 때문에, 다른 방안으로서 자기 분리기, 플럭스 스위치, 및/또는 본 명세서에 기술된 구조를 갖는 다른 실시예에서 존재하는 작은 중 전이 금속 스크러버(scrubbers)가 될 수도 있다. 이러한 스크러버는 방사성의 탱크(또는 다른 환경)로 폐기 처리되어, (방사성 또는 방사성이 아닌) 중 전이 금속의 수집을 가능하여, 재수집된 후, 플럭스 스위치를 온/오프하여 그 내용물을 해제할 수 있게 한다. 이러한 스크러버가 사용되어 자기적으로 갖고 있던 재료를 방출하는 방법은 자기 효과가 고온에서 감소되는 것을 이용하여 온도를 증가시키는 것이다. 스위치는 이후 리셋되고 스크러버는 다시 불순물을 제거할 수 있도록 재위치되거나 재배분된다. 여기서 폐기물은 발생하지 않으며 스크러버는 콜렉터/클리너/콘센트레이터를 제공하게 된다.The last idea is that when something is contaminated with high temperature (radioactive) material, it becomes radioactive and stored or cleaned. As such purification is a complex problem that can not be completely solved at this time and is focused on controlling the amount of contact with the hot radioactive material, it is also possible to use a magnetic separator, a flux switch, and / or other embodiments having the structures described herein May be small, heavy metal transition metal scrubbers present in < RTI ID = 0.0 > a < / RTI > These scrubbers can be disposed of in a radioactive tank (or other environment) to enable the collection of heavy (non-radioactive or non-radioactive) transition metals and, after reacquisition, turn the flux switch on and off to release its contents Let's do it. The way in which these scrubbers are used to release the magnetically retained material is to increase the temperature using the reduction of the magnetic effect at high temperatures. The switch is then reset and the scrubber is repositioned or redistributed to remove impurities again. Here no waste is generated and the scrubber will provide a collector / cleaner / concentrator.

스크러버는 수집될 물질에 노출될 수도 있고, 또는 물질을 스크러버 위로, 통과하게, 지나게 또는 사이로 흘려줌으로서 물질이 스크러버에 보급될 수가 있다. 게다가, 스크러버는 컨테이너에 포함될 수도 있고, 외측으로 방출되어 수집될 물질이 수집된 후, 수집된 물질을 방출하는 컨테이너내에서 재수집되어, 재순환되거나 재사용되어 보다 많은 물질을 수집할 수 있게 된다. 이러한 형태의 스크러버는 보다 무거운 전이 금속을 적용하거나 저장 탱크로 한정될 필요는 없다. 예를 들어, 스크러버는 탄광 찌꺼기로부터 우라늄 이온이나 염을 씻어서 제거시킬 수 있도록 사용될 수도 있다.The scrubber may be exposed to the material to be collected, or the material may be dispensed into the scrubber by flowing over, through, through, or through the scrubber. In addition, the scrubber can be included in the container, and after the material to be collected is collected to be discharged outside, the collected material can be collected again in the container discharging the collected material, recycled or reused to collect more material. This type of scrubber need not be applied to heavier transition metals or limited to storage tanks. For example, a scrubber may be used to rinse off uranium ions or salts from coal mine residues.

도 16은 상기한 현상의 제 2 징후를 나타내는 다른 간단한 도면으로서 2번째로 넓은 본 발명의 적용을 나타낸다. 다시 말해서, 도 16은 제 1 용액(62a), 제 2 용액(62b) 사이에 배치된 분리기(60)를 나타낸다. 여기서, 전극이나 전도성 기판(20)은 없다. 용액(62a)은 2개의 다른 자기 자화율(χm1, χm2)을 각각 갖는 최소 2개의 다른 형태의 입자(M1, 또는 M2)를 갖는다. 입자(M1, 또는 M2)가 경계(33) 중 하나의 부근 영역으로 유입되면, 입자들은 자기 구배에 의해서 경계(33)를 통과하면서 가속된다. 여기서, χm1은 χm2보다 크고, 이는 분리기(60)를 통과한 입자(M1)의 자속이 분리기(60)를 통과한 입자(M2)의 자속보다 크게 만든다. 자속에서의 이러한 차이는 3500%보다 크고, 입자(M1, M2) 질량 차이에 의한 가속에 있어서 상쇄되거나 중첩되는 경향이 있을 수도 있다. 결국, 상기 과정이 충분히 진행되도록 된다면, 대부분의 입자(M1)는 입자(M2)에 앞서서 분리기(60)를 통과하게 될 것이므로, 주로 입자(M2)로 이루어진 제 1 용액(62a)과, 주로 입자(M1)로 이루어진 제 2 용액(62b)를 만들게 된다. 입자(M1, M2)의 분리는 약간의 특별한 변경을 분리기(60)에 가해야하고, 분리를 위해서 입자(M1, M2)에 얼마나 많은 시간이 허용되는지에 주목해야 한다. 시작 시간량에 있어서, 입자(M1, M2)는 분리기(60)를 가로지르게 된다. 입자의 크기는 분리기(60)에 의한 입자(M1, M2)의 궁극적인 분리에 관계된다.Fig. 16 shows another application of the present invention, which is the second broadest representation of the second symptom of the above phenomenon. In other words, Fig. 16 shows the separator 60 disposed between the first solution 62a and the second solution 62b. There is no electrode or conductive substrate 20 here. The solution 62a has at least two different types of particles (M 1 , or M 2 ) each having two different magnetic susceptibilities (χ m1 , χ m2 ). When the particles (M 1 , or M 2 ) are introduced into the vicinity of one of the boundaries 33, the particles are accelerated by passing through the boundary 33 by magnetic gradient. Here, χ m1 is larger than χ m 2 , which makes the magnetic flux of the particles (M 1 ) passing through the separator (60) larger than the magnetic flux of the particles (M 2 ) passing the separator (60). This difference in magnetic flux is greater than 3500% and may tend to offset or overlap in acceleration due to particle (M 1 , M 2 ) mass differences. After all, if such that the process proceeds sufficiently, most of the particles (M 1) has particles (M 2) the first solution (62a) consisting because it will be made to pass through the separator 60, and mainly particles (M 2) prior to the , And a second solution 62b mainly composed of particles (M 1 ). Particles (M 1, M 2) of the separation is important to note how much time is allowed for some specific change in and be applied to the separator 60, the particles (M 1, M 2) for separation. At the start time amount, the particles (M 1 , M 2 ) cross the separator 60. The size of the particles is related to the ultimate separation of the particles (M 1 , M 2 ) by the separator 60.

도 16에 대한 상술한 것은, 2가지 형태의 입자(M1, M2)에 관련되지만, 또한 다른 형태의 어떠한 입자도 포함한다. 예를 들어, 자화율(χm1, χm2, χm3, χm4)을 갖는 입자(M1, M2, M3, M4)를 갖는 제 1 용액(62a)을 고려해야 한다. 자화율(χm1, χm2, χm3, χm4)이라면, 입자(M1) 분리기(60)를 보다 용이하게 통과한다면 (M2, M3, M4)는 다음에 통과하게 된다. 자화율간의 차이가 클수록, 분리는 보다 뛰어나다. 비슷한 또는 다른 값을 갖는 분리기(60)와 같은 다양한 분리기를 사용하는 다단계 챔버 분리가 하기에 기술되는 바와 같이 고려될 수도 있다.The above description of FIG. 16 relates to two types of particles (M 1 , M 2 ), but also includes any other type of particles. For example, a first solution 62a having particles (M 1 , M 2 , M 3 , M 4 ) having a magnetic susceptibility (χ m1 , χ m2 , χ m3 , χ m4 ) should be considered. (M 2 , M 3 , M 4 ) passes through the particle (M 1 ) separator 60 more easily if it is the magnetic susceptibility (χ m1 , χ m2 , χ m3 , χ m4 ). The greater the difference between the susceptibility, the better the separation. Multi-stage chamber separation using various separators such as separator 60 with similar or different values may be considered as described below.

상기 현상은 연료 전지와 축전지의 성능을 향상시킬 수 있도록 사용될 수도 있다. 다른 적용으로서는 일반적으로 분리 기술을 포함하고, 보다 높은 전이 금속(란탄족과 악티늄족)의 분리를 포함하는 - 크로마토그래피 과정과 포토그래피 과정을 포함한다.The above phenomenon may be used to improve the performance of the fuel cell and the battery. Other applications generally include separation techniques, including chromatographic and photolithographic processes, which involve separation of higher transition metals (lanthanide and actinide).

상기한 바와 같은 란탄족과 악티늄족의 자기적인 분리를 위한 이와 관련된 사상을 보다 상세히 예시하기 위해, 도 14를 더욱 살펴보는 것이 바람직하다. 도 14는 임의의 숫자라도 가능하지만 용기(1, 2, 3, 4)인 일련의 용기를 갖는 하나의 시스템(950)을 도시한다. 각각의 용기(1-4)사이에는 용기(1, 2) 사이의 자기 분리기(960)와, 용기(2, 3) 사이의 자기 분리기(970)과, 용기(3, 4) 사이의 자기 분리기(980)를 갖는 자기 분리기가 존재한다. 자기 분리기(1-4)는 동일한 종류이거나 각각 다른 종류일 수도 있다. 또한, 자기 분리기(960, 970, 980)의 어느 하나는 막, 다공성 전극, 자기적으로 변형된 전극일 수도 있다. 그외 다른 형태의 다공 전극 또는 자기적으로 변형된 전극의 조합도 가능하다.In order to further illustrate this related phenomenon for magnetically separating lanthanides and actinides as described above, it is desirable to further examine Fig. Figure 14 shows one system 950 with a series of vessels, which can be any number, but is a vessel 1, 2, 3, 4. A magnetic separator 960 between the vessels 1 and 2 and a magnetic separator 970 between the vessels 2 and 3 and a magnetic separator 960 between the vessels 3 and 4, Lt; RTI ID = 0.0 > 980 < / RTI > The magnetic separators 1-4 may be of the same kind or of different kinds. Further, any one of the magnetic separators 960, 970, and 980 may be a membrane, a porous electrode, or a magnetically deformed electrode. Other types of porous electrodes or combinations of magnetically deformed electrodes are also possible.

물질 또는 입자(A, B)는 초기에 혼합된 상태이거나 도 14D에서 동일 또는 동일하지 않은 농도를 갖는 용기(1)에서의 혼합물(990A)일 수도 있다. 이러한 사상은 용기(1-4)의 조합과 자기 분리기(960, 970, 980)을 선택적으로 사용하여 물질 또는 입자(B)로부터 물질 또는 입자(A)를 분리하기 위한 것이다(어떤 경우에 있어서는 자기 분리기(960, 970, 980)와 같은 단일의 자기 분리기와 용기(1-4)와 같은 2개의 용기는 물질을 분리하는데 충분할 수도 있다). 자기 분리기(960, 970, 980)의 값은 바람직하게 또는 선택적으로 물질 또는 입자(A)가 그 사이를 통과하는 것과 같은 것이다. 시간이 경과하거나, 선택에 의해서, 물질 또는 입자(A)의 농도는 분리가 혼합물(990A)을 갖는 용기(1)로부터 혼합물(990B)을 갖는 용기(2), 이후 용기(2)에서 혼합물(990C)를 갖는 용기(3), 최종적으로 용기(3)에서 혼합물(990D)을 갖는 용기(4)로 진행함에 따라 용기(4)에서 증가한다. 물질 또는 입자(A)의 혼합물(990A, 990B, 990C, 990D)은 분리가 물질 또는 입자(A)에 가장 순수한 물질 또는 입자(A)의 혼합물(990D)을 갖는 용기(4)와 용기(1-4)로 진행됨에 따라서 물질 또는 입자(A)에서 더욱 순수해진다.The substance or particles A, B may be in an initially mixed state or may be a mixture 990A in vessel 1 having the same or a non-identical concentration in Figure 14D. This mapping is intended to separate the material or particles A from the material or particles B using a combination of vessels 1-4 and magnetic separators 960,970 and 980 selectively Two vessels, such as a single magnetic separator, such as separators 960, 970, 980 and vessels 1-4, may be sufficient to separate the material. The values of the magnetic separators 960, 970, 980 are preferably or alternatively such that the material or particles A pass between them. The concentration of the substance or of the particles (A) can be separated from the container 1 having the mixture 990A from the container 2 having the mixture 990B, The container 3 having the mixture 990C and finally the container 3 having the mixture 990D. A mixture 990A, 990B, 990C, 990D of material or particles (A) is a mixture of a container 4 having a substance or a mixture 990D of particles (A) -4) and becomes more pure in the material or the particle (A).

용기(4)는 혼합물(D)와 물질 또는 입자(B)에서 (다른 불순물을 허용하는) 물질 또는 입자(A)를 포함할 수도 있는 것이 가능하다. 물질 또는 입자(A)의 농도가 용기(4)의 혼합물(990D)의 물질 또는 입자(B)의 농도를 기준하여 최대로 되는 것이 또한 가능하고, 이와 동시에 반드시 필요한 것은 아니지만 그 역작용이 물질 또는 입자(B)가 물질 또는 입자(A)에 의해 남겨짐에 따라 용기(1)의 혼합물(990A)에서 발생할 수도 있다. 용기(1)의 혼합물(990A)의 물질 또는 입자(B)의 축적이 어떻게 발생하는지의 변화는 용기(1)을 향하는 어떤 그리고 모든 용기(2-4)로부터의 물질 또는 입자(B)의 바람직한 이동을 위한 것이다. 예를 들면, 용기(1)에서의 혼합물(990A)과 용기(4)에서의 혼합물(990D) 양쪽은 어느 정도의 초기 농도에서는 물질 또는 입자(A, B)를 포함할 수도 있다. 자기 분리기(960, 970, 980)의 값과 시간이 지남에 따라, 물질 또는 입자(A)의 농도는 용기(4)의 혼합물(990D)에서 증가하는 반면, 물질 또는 입자(B)의 농도는 최초 농도에 대해 용기(1)의 혼합물(990A)에서 증가한다. 물질 또는 입자(A, B)의 네트 이동은 용기(1-3)에서 용기(4) 방향으로 향하고, 용기(2-4)에서 용기(1)를 방향으로 각각 향한다.It is possible that container 4 may comprise material (A) or mixture (D) and material or particles (B) (allowing other impurities). It is also possible that the concentration of the substance or particle A is maximized relative to the concentration of the substance or particle B of the mixture 990D in the container 4 and at the same time it is not always necessary, (B) may be generated in the mixture (990A) of the container (1) as it is left by the substance or the particles (A). The change in how the accumulation of the substance or particles B of the mixture 990A of the container 1 occurs is dependent on the preference of the substance or particles B from any and all vessels 2-4 towards the container 1, It is for movement. For example, both mixture 990A in vessel 1 and mixture 990D in vessel 4 may contain material or particles (A, B) at some initial concentration. The concentration of the substance or particle A increases in the mixture 990D of the container 4 while the concentration of the substance or the particle B increases in the mixture 990D of the container 4, And increases in the mixture 990A of the container 1 with respect to the initial concentration. The net movement of the substance or particles A and B is directed in the direction of the container 4 in the container 1-3 and in the direction of the container 1 in the container 2-4.

도 16A, 16B, 16C는 분리의 선택에 있어서 리간드의 가능한 사용을 예시한다. 리간드(995)는 분리의 선택에 있어서 리간드(995)가 혼합물(990A-D)에 사용되는지 또는 그 어떤 성분 즉 물질 또는 입자(A, B)를 갖는지, 또는 이들이 자기 분리기(960, 970, 980)에서 어떠한 방법으로 사용되는지를 도울 수가 있다. 도 16A는 용기(1)의 혼합물(990A)에서 용기(4)의 혼합물(990D)까지의 물질 또는 입자(A)의 물질의 이동에 바람직한 도움을 주는 리간드를 설명한다. 용기(1)에서, 리간드(995)는 물질 또는 입자(A)를 갖는 합성물(996)을 형성한다. 합성물(996)은 자기 분리기(960, 970, 980)을 통과하여 이동되는 것이 바람직하다. 합성물(996)이 용기(4)에 도달하면, 리간드(995)와 물질 또는 입자(A)의 충격 흡수는 발생하지(도 16A에는 발생하지 않는 것으로 도시되어 있다) 않을 수도 있다. 물론, 또 다른 실시예(도시되지 않음)가 리간드(995)가 물질 또는 입자(B)를 대신 갖는 합성물을 형성하도록 할 수 있고, 이 합성물은 물질 또는 입자(B)가 혼합물(990A)를 갖는 용기(1)에서 마지막으로 혼합물(990D)를 갖는 용기(4)로 이동되는 것을 방지할 수 있는 반면, 물질 또는 입자 A는 이와 같이 이동된다.Figures 16A, 16B and 16C illustrate the possible use of ligands in the selection of separation. The ligand 995 may be selected so that in the choice of separation the ligand 995 is used in the mixture 990A-D or any other component or substance or particles A or B or they are separated by magnetic separators 960, 970, 980 ) Can help you in what way. Figure 16A illustrates a ligand that provides a favorable aid for the transfer of a substance from the mixture 990A of the container 1 to the mixture 990D of the container 4 or of the material of the particles A. [ In vessel (1), ligand (995) forms a compound (996) with substance or particle (A). Composite 996 is preferably passed through magnetic separators 960, 970 and 980. When the composite 996 reaches the vessel 4, the shock absorption of the ligand 995 and the material or of the particles A may not occur (which is shown as not occurring in Figure 16A). Of course, another embodiment (not shown) may allow the ligand 995 to form a compound having a substance or particles B instead of the substance or particles B having a mixture 990A Can be prevented from moving from the container 1 to the container 4 finally having the mixture 990D, while the substance or the particle A is moved in this way.

도 16B에 도시된 또 다른 실시예에서는, 리간드(997)가 자기 분리기(960, 970, 980)에 결합되어 물질 또는 입자(A, B)중 어느 하나를 갖는 복합체(998)를 형성하여 이러한 물질 또는 입자 중 단지 하나만이 용기(1)에서 용기(4)로 이동될 수 있도록 한다. 도 16B는 자기 분리기(960, 970, 980) 물질 또는 입자(A)의 이동을 허용하는 물질 또는 입자(A)중이 형성된 복합체(998)을 예시한다. 자기 분리기(960, 970, 980)의 어느 하나도 물질 또는 입자(B)가 통과하지 못하게 하는 물질 또는 입자(B)를 갖는 복합체(998)를 형성하는 리간드(997)를 대신에 갖고 반면에 입자(A)는 통로는 개방된다.16B, a ligand 997 is coupled to the magnetic separators 960, 970, 980 to form a composite 998 having either material or particles A, B, Or only one of the particles can be moved from the container 1 to the container 4. 16B illustrates a composite 998 in which a magnetic separator 960, 970, 980 material or a material or particle A that allows movement of the particles A is formed. Any one of the magnetic separators 960,970 and 980 may instead have a ligand 997 forming a composite 998 with a substance or particle B that prevents the substance or particles B from passing through, A) the passage is open.

도 16C는 경전이금속(C)과 중전이금속인 란탄족 또는 악티늄족과 같은 중전이금속(D)은 다른 물질 또는 입자 E를 갖고 있는 용기(1)의 혼합물(990E)로부터 분리된다. 분리기(960A)를 통과하는 이러한 분리는 용기(2)내에서 혼합물(990F)의 혼합물을 남긴다. 이러한 첫번째 분리가 일어나면, 이후 중전이금속(D)은 경전이금속(C) 또는 중전이금속(D) 중 어느 하나를 갖는 복합체(1000)를 형성하는 리간드(999A)를 사용하여 경전이금속(C)로부터 분리된다(중전이금속(D)을 갖는 복합체(1000)가 도 16에 도시되어 있다). 도 16C에서 복합체(1000)는 경전이금속(D)보다 보다 용이하게 자기 분리기(970A)를 통과할 수 있고, 이러한 분리는 용기(3)의 혼합물(990G)을 남긴다. 도 16C에서 자기 분리기 960A와 970A는 용기(1)에서 용기(2)로, 용기(2)에서 용기(3)으로 각각 분리되는 것으로 도시되어 있다.Fig. 16C separates from the mixture 990E of the container 1 having the other substance or particle E, such as lanthanide or actinide group, where the syllable is metal (C) and the heavy metal is metal. This separation through the separator 960A leaves a mixture of the mixture 990F in the vessel 2. When this first separation occurs, the heavy metal (D) is then converted to a metal (C) by using a ligand 999A, which forms the complex 1000 having either the metal (C) C (the composite 1000 having the heavy transition metal D is shown in Fig. 16). In Fig. 16C, the composite 1000 can pass through the magnetic separator 970A more easily than the metal D, and this separation leaves the mixture 990G of the container 3. [ 16C, the magnetic separators 960A and 970A are shown as being separated from the container 1 to the container 2 and from the container 2 to the container 3, respectively.

도 16D는 자기 분리기(970A) 또는 혼합물(990G)을 갖는 용기(3)이 없는 또 다른 실시예를 도시한다. 용기(1)의 혼합물(990E)로부터 시작하는 이 실시예에서는, 자기 세퍼레이터(960A)가 다른 물질 또는 입자(E)로부터 경. 중전이금속(C, D)을 분리하여 용기(2)에 혼합물(990F)을 남긴다. 용기(2)에서, 리간드(999C)는 오직 중전이금속(D)만을 갖는 복합체(1000A)를 형성한다. 복합체(1000A)는 도 16D에 (1001)을 침전시키는 것으로 도시된 바와 같이, 중전이금속(D)의 침전을 촉진한다. 이러한 방법으로 중전이금속(D)는 경전이금속(C)로 분리된다. (1001)의 침전에 따라 중전이금속(D)의 침전이 촉진되는 것에 따라서, 복합체(1000A)는 중전이금속(D)과 같이 침전 또는 침전되지 않을 수도 있다(즉, 복합체(1000A)는 리간드(999C)와 중전이금속(D)로 분리되지 않고 반면에 침전이 발생한다). 리간드(999A 또는 999C)와 다른 또 다른 리간드는, 비록 도 16C 또는 16D에 도시되어 있지는 않지만, 리간드(999A 또는 999C)에 부가하여 경전이금속(C)을 갖는 복합체를 형성함으로서 중전이금속(D)로부터 경전이금속(C)을 분리시키는데 도움을 주게 한다.16D shows another embodiment without a container 3 having a magnetic separator 970A or a mixture 990G. In this embodiment starting from the mixture 990E of the container 1, the magnetic separator 960A differs from the other material or particles E by the diameter Separate the heavy metal (C, D) and leave the mixture (990F) in the vessel (2). In vessel 2, ligand 999C forms complex 1000A with only heavy intermediate metal D. The composite 1000A promotes precipitation of the heavy transition metal (D), as shown by precipitating 1001 in Figure 16D. In this way, the medium-valence metal (D) is separated into metal (C) by a suture. The complex 1000A may not precipitate or precipitate like the heavy transition metal D due to the precipitation of the heavy transition metal D depending on the precipitation of the ligand 1001 (999C) and heavy metal (D), whereas precipitation occurs). Another ligand different from the ligand 999A or 999C is a ligand 999A or 999C in which in addition to the ligand 999A or 999C, ) Helps to separate the metal (C) from the sutures.

도 14D, 16A, 16B, 16C, 16D에 관련된 상기 기술된 실시예들은 도 16과 도 19에 도시되고 기술된 즉, 1994년 8월 25일 출원된 U. S. Ser No. 08/294, 797의 모출원에 포함되는 실시예에 상응한다.The embodiments described above with respect to Figures 14D, 16A, 16B, 16C and 16D are described in U.S. Ser. No. Nos. 16 and 19, filed on August 25, 1994, 08/294, 797, incorporated herein by reference.

용기, 자기 분리기, 혼합물, 및/또는 리간드 또는 계면활성제(chelating agents)의 구성과 관련된 실시예의 다른 변형예가 본 발명의 분야에서 착상될 수도 있다. 이러한 변형예는 용기의 어느 하나 사이의 상이한 자기 분리기와, 특정한 물질 또는 물질의 형태를 갖는 복합체를 형성하는 각각의 용기내의 상이한 리간드와, 특정한 물질 또는 물질의 형태를 갖는 복합체를 형성하는 자기 분리기의 어느 하나와 결합하는 상이한 리간드와, 2, 3 차원의 상이한 벡터 또는 분리기 또는 본 기술 분야의 기술자에게 예상 가능한 다른 변형예의 사용을 포함한다.Other variations of embodiments relating to the construction of vessels, magnetic separators, mixtures, and / or ligands or chelating agents may be envisioned in the field of the present invention. Such variations include the use of different magnetic separators between any of the vessels and different ligands in each vessel forming a composite having the form of a particular substance or substance and magnetic separators forming a complex having the form of a particular substance or substance The use of different ligands to combine with either one, two or three dimensional different vectors or separators, or other variations predictable to those skilled in the art.

도 16A와 도 16D에 예시된 것들보다 보다 복잡한 시스템이 물질을 분리하기 위해 착상될 수도 있는데, 즉 반드시 제한적이지는 않지만(벡터 방향의 이동이 있는 또는 있지 않은) 수직 또는 화합 농도 구배, 열적 구배, 자기 복합 재료의 구배 등을 착상할 수 있다. 이러한 매트릭스에서, 크기와 무게에 따라 분리함으로서, 이러한 물질을 다른 물질로 보다 잘 분리하는 것이 가능하다. 철은 중전이금속에 비해 보다 용이하게 전기분해되므로, 중전이금속과 함께 최초의 분리에서 수집됨에도 불구하고, 이는 전기분해에 의해 제거되어 도금을 벗겨내거나, 자기 모멘트를 바꿀 수 있도록 홀전자의 수를 바꿈으로서, 다음 단계에서 분리될 수가 있게 된다.More complex systems than those illustrated in FIGS. 16A and 16D may be conceived to separate material, i.e., a vertical or compound concentration gradient (with or without movement in the vector direction), a thermal gradient, A gradient of the magnetic composite material and the like can be conceived. In such a matrix, it is possible to better separate these materials into different materials, by separating them according to size and weight. Although iron is more easily electrolytically degraded than metals in that heavy electrons are collected in the initial separation with heavy metals, this can be removed by electrolysis to strip the plating, or to change the magnetic moment, So that it can be separated at the next step.

도 15, 16의 기술에 있어서, 단위 면적당 경계 영역(즉, 보다 작은 S)의 수가 크면 클수록, 경계 영역의 존재 때문에 효과는 육안으로 확인할 수 있을 정도로 보다 명백하게 나타난다. S는 수마이크로 미터에서 수백마이크로 미터에 이르기까지 다양하다. 보다 작은 구조를 갖는, 양지 시스템에 있어서는, S는 거의 10nm이하로 더 감소된다.In the techniques of FIGS. 15 and 16, the larger the number of boundary areas per unit area (that is, the smaller S), the more apparent the effect can be visually confirmed because of the existence of the boundary area. S ranges from a few micrometers to hundreds of micrometers. In the case of a paperless system having a smaller structure, S is further reduced to almost 10 nm or less.

특정한 이동과 선택적인 기능을 위한 복합 재료를 구하는데 도움을 줄 수 있도록 설계 파라다임이 하기에 요약된다.The design paradigm is summarized below to assist in the acquisition of composites for specific movements and optional functions.

. 괴상(in bulk materials) 재료에서는 그리 중요하지 않은, 계면과 관련된 힘과 구배가 복합 재료에서 이동 과정에 기여하고 지배하기도 한다.. Interfacial forces and gradients, which are not so important in bulk materials, contribute and dominate the migration process in composites.

. 복합 재료의 미세 구조를 증가하는 것은 계면 구배의 영향을 강화할 수 있다.. Increasing the microstructure of the composite material can enhance the effect of the interfacial gradient.

. 분자 또는 이온이 계면에 가깝게 위치할수록, 화학 작용이 발생하는 부분인 계면장 효과는 보다 강해진다. 시스템은 계면에 가까운 분자와 이온에 집중할 수 있도록 설계되어야 한다.. The closer the molecules or ions are located to the interface, the stronger the interfacial effect, which is where the chemical action occurs. The system should be designed to focus on molecules and ions near the interface.

. 이동 위한 표면적과 추출을 위한 체적의 비는 표면 이동을 한정한다.. The ratio of surface area for movement to volume for extraction limits surface movement.

. 미세 구조 환경의 장은 비균일하지만, 부분적으로 강하다.. The field of microstructural environment is non-uniform, but somewhat strong.

. 강하지만 짧은 영역의 정전기장과 자기장은 외적으로 가해진 시스템에서의 균일한 장보다 보다 잘 나타난다.. Strong, but short-field static fields and magnetic fields appear better than uniform fields in externally applied systems.

. 벡터의 이동이 2개 또는 이 이상의 필드를 결합한 미세한 매트릭스 또는 집중 계면 구배에 수직으로 들어가는데, 이 결과는 균일한 매트릭스에 비해 효과적이며 ; 가장 큰 효과는 구배가 직각 또는 평행할 때 발생한다.. The movement of the vectors goes vertically into a fine matrix or a concentrated interface gradient combining two or more fields, this result being more effective than a uniform matrix; The greatest effect occurs when the gradient is perpendicular or parallel.

. 표면 치수(dimensionality)(프랙탈(fractality)는 복합 재료에 있어서 표면 이동을 위해서 중요하다.. Dimensionality (Fractality is important for surface movement in composite materials.

. 간단한 필름에 대한 이온 교환 복합 재료에서는 몇가지 효과가 나타난다. 첫째, 복합 재료는 간단한 필름에서는 얻을 수 없는 특성을 제공한다. 둘째, 복합 재료는 기판 상에서 일어나는 이온 교환의 자발적인 흡착에 의해 용이하게 형성된다. 셋째, 표면이 단일층과 복합재료의 특징에 관여하는 반면, 3차원 복합 재료는 2차원 단일층보다 강하다. 넷째, 계면은 표면과 체적의 높은 비 때문에 복합 재료에서 재료의 큰 분할에 영향을 미친다. 다섯째, 복합 재료는 자속 강화의 수동적 수단을 제공하고 ; 휘젖기와 전자기장을 가하는 것과 같은 외부 에너지 입력을 필요로 하지 않는다. 여섯째, 국부적인 필드 구배는 필드에 대한 붕괴 길이와, 미소 구조적인 특징 모두가 비교 가능한 장소인 미소 환경 내에서 집중된다. 몇몇 복합 재료에 있어서는, 필드는 외부 공급원을 갖는 전지에 균일한 필드를 가하는 것보다 효과적으로 추출될 수도 있다.. Ion exchange composites for simple films have several effects. First, composites provide properties not obtainable with simple films. Second, the composite material is readily formed by spontaneous adsorption of ion exchange on the substrate. Third, while the surface is concerned with the properties of monolayer and composite materials, the three-dimensional composite material is stronger than the two-dimensional monolayer. Fourth, the interface affects a large parting of the material in the composite due to the high ratio of surface and volume. Fifth, the composite material provides a passive means of flux strengthening; No external energy input is required, such as wetting and applying electromagnetic fields. Sixth, the local field gradient is concentrated in a microenvironment where the collapse length for the field and the microstructural features are both comparable locations. In some composite materials, the field may be extracted more effectively than applying a uniform field to a cell having an external source.

[상세예][Detailed Example]

연료 전지Fuel cell

고효율의 압축/증폭 전원 회수 기술을 달성하게 되면 많은 잇점이 있다. 압축/증폭의 효율을 증가시키는 한가지 방법은 필요한 압력을 감소시키는 것이다. 무동력의 압력 과정이 연료 전지 자체에 제공된다면, 연료 전지의 전원 출력에 비용이 들지 않고, 연료 전지로부터 얻는 오늘날의 전원 생산은 약 20%까지 증가되게 된다.Achieving high efficiency compression / amplification power recovery technology has many advantages. One way to increase the efficiency of compression / amplification is to reduce the pressure required. If a non-powered pressure process is provided in the fuel cell itself, the power output of the fuel cell is not costly, and today's power generation from the fuel cell is increased by about 20%.

자기적으로 개량된 음극은 산소가 상자성이기 때문에 압력에 대한 필요를 줄일 수 있다. 필드는 또한 하기에 설명되는 바와 같이 산소 운동을 변경시킬 수도 있다. +35mV - +100mV의 전위 이동은 전지의 효율에 있어서 5%-15%의 향상을 나타내고 중량과 체적을 줄여 경쟁력을 갖는다. 또한, 연료 전지에 있어서, 수산화된 양성자가 전지를 가로지름에 따라, 음극에서는 물이 생기고 양극에서는 탈수된다. 물의 이동은 복합 재료 분리기의 농도차와 탈수에 의해서 환원된다. 자기적으로 개량된 전극에서의 자속 강화 가능성에 부가하여, 연료 전지의 경우에 있어서 산소 운동 환원은 변화될 수도 있다. 산소 환원에 대한 운동은 다음과 같이 개설된다 :Magnetically improved cathodes can reduce the need for pressure because oxygen is paramagnetic. The field may also change the oxygen movement as described below. + 35mV - + 100mV of potential transfer shows a 5% -15% improvement in cell efficiency and competitiveness by reducing weight and volume. Further, in the fuel cell, as the hydroxylated protons cross the cell, water is generated in the cathode and dehydrated in the anode. The movement of water is reduced by the concentration difference and dehydration of the composite separator. In addition to the possibility of magnetic flux enhancement at the magnetically improved electrode, oxygen kinetic reduction in the case of a fuel cell may be varied. Exercise for oxygen reduction is presented as follows:

H2O2(과산화물)가 용액에서 과산화물을 흡수 제거하고 촉매 표면에서 분리되어 2OH를 형성하지 않기 때문에, 발생되는 산소 운동의 환원은 용이하지 않다. 과산화물은 상자성이 아니고 HO2와 OH는 상자성이다. 그러나, 자기장의 존재는 HO2를 안정시키고, 과산화물의 생성을 둔화시킨다. 흡수된 과산화물이 형성되면, 자기장은 2OH의 형성에 유리한 방향으로 평형력이 이동된다. 이는 반응 분자의 보다 큰 부분을 물을 형성하는 방향으로 이동시키고, 여기서 산소 환원의 전위는 물 형성에 대한에 대해 상기한 바와 같이 이루어진다. 이러한 이유 때문에, 산소는 상기한 바와 같이 이와 비슷한 상자성 물질로부터 관찰된 강화를 하기가 용이해진다.Since H 2 O 2 (peroxide) absorbs and removes the peroxide from the solution and does not form 2OH separated from the catalyst surface, reduction of the generated oxygen movement is not easy. Peroxides are not paramagnetic and HO 2 and OH are paramagnetic. However, the presence of a magnetic field stabilizes HO 2 and slows the production of peroxides. Once the absorbed peroxide is formed, the magnetic field shifts the equilibrium force in a direction favorable to the formation of 2OH. This moves a larger portion of the reactive molecule in the direction of forming water, where the potential of oxygen reduction is Wow As described above. For this reason, oxygen facilitates the enhancement observed from similar paramagnetic materials as described above.

열적 신호가 아주 작거나 또는 없는, 특히 예를 들어서, 최소한의 열적 신호에서 잇점을 갖는 환경에서, 연료 전지를 제조하는 것이 매우 중요하다. 연료 전지는 운동 효율을 향상시킬 수 있도록 100°에 접근하는 온도에서 가동된다. 이러한 온도가 내연기관(약 400°)와 같이 연료를 보급받는 동력원의 온도보다 매우 낮은 반면, 100°는 인간의 체온(37°)이나 대기 온도보다는 뜨겁다.It is very important to manufacture the fuel cell in an environment where the thermal signal is very small or absent, particularly for example, in an environment that has the advantage of a minimal thermal signal. The fuel cell operates at a temperature approaching 100 ° so as to improve the kinetic efficiency. While this temperature is much lower than the temperature of the fuel source, such as the internal combustion engine (about 400 °), 100 ° is hotter than human body temperature (37 °) or ambient temperature.

그러나, 만일 운동 효율이 자기적으로 개량된 음극에 의해서 향상된다면, 연료 전지 운전 온도는 출력에 상당한 영향을 미치지 않고 대기 온도로 낮아진다. 또한, 자기 효과는 보다 낮은 온도에서 커진다. 우주 왕복선에 사용되는 물질과 같은 고온전도체에 설치된 연료 전지는 자체 온도를 인간의 체온 또는 대기의 온도에 근접시키는 방법이 될 수도 있다. 감소된 열적 신호와 감소된 운전 온도는 연료 전지에 있어서 바람직하다는 것에 주목하면, 성능 강화를 위한 연료 전지의 최적 운전 온도가 있을 수도 있으며, 열적 신호의 감소 방법이 적용되어야만 할 수도 있다.However, if the kinetic efficiency is improved by magnetically improved cathodes, the fuel cell operating temperature is lowered to ambient temperature without significantly affecting the output. Also, the magnetic effect is larger at lower temperatures. A fuel cell installed in a high temperature conductor, such as a material used in a space shuttle, may be a way of bringing its own temperature closer to human body temperature or air temperature. Note that a reduced thermal signal and a reduced operating temperature are desirable for a fuel cell, there may be an optimum operating temperature of the fuel cell for performance enhancement, and a method for reducing the thermal signal may have to be applied.

본 발명에 따르는 대기압 PEM 연료 전지의 운전시 얻을 수 있는 몇가지 뛰어난 효과 및 특징이 하기에 요약된다.Some of the outstanding effects and characteristics that can be obtained in operation of an atmospheric PEM fuel cell according to the present invention are summarized below.

. 압축 펌프를 제거함으로서 연료 전지 시스템의 중량 감소 ;. Weight reduction of the fuel cell system by removing the compression pump;

. 압축 펌프를 제거함으로서 연료 전지 시스템의 크기 감소와 동일한 출력을 얻기 위해 요구되는 연료 전지 적재의 크기를 감소 ;. Reducing the size of the fuel cell stack required to obtain the same output as the size reduction of the fuel cell system by removing the compression pump;

. 3/8 인치의 두께와 투명한 가소성의 재료와 같이 유연한 연료 전지의 생산 가능 ;. Production of flexible fuel cells such as 3/8 inch thickness and transparent plastic material;

. 연료 전지의 시스템이 효율을 20% 증가 ;. The fuel cell system increased efficiency by 20%;

. 전압 증가 - 음전위내의 양성자 이동 또는 OH를 형성하는 방향으로 이동된 반응 평형력을 갖는 전극 표면에 흡수된 짧은 수명을 갖는 H2O2결합된 향상된 운동력에 의해 구동될 수도 있음 ;. May be driven by H 2 O 2 coupled enhanced momentum having a short lifespan absorbed on the electrode surface with a reaction equilibrium force shifted in the direction of forming proton transfer or OH in the voltage increase negative potential;

. 모든 기계 부품들, 즉, 기계 펌프를 제거하여 시스템에서 발생할 수도 있는 고장을 감소 ;. Remove all mechanical parts, ie mechanical pumps, to reduce the likelihood of failure in the system;

. 운전 온도 감소 - 낮은 운전 온도에서 성능을 향상시켜 열적 신호를 감소시킴 ; 정상적으로 연료 전지는 고온에서 작동되어 산소 운동력 감소를 향상시키고, 이후 연료 전지 운전 온도는 순성능 감소없이도 낮춰질 수가 있다 ; 자기 효과는 산소 유입이 증가가 보다 커지는 낮은 온도에서 보다 커져서, 연료 전지의 운전 온도에 관련해서 성능 손실을 보상한다.. Reduced operating temperature - Reduced thermal signal by improving performance at low operating temperature; Normally, the fuel cell is operated at high temperatures to improve oxygen mobility, and then the fuel cell operating temperature can be lowered without decreasing net performance; The magnetic effect is greater at low temperatures where the increase in oxygen influx is greater, compensating for the performance loss in relation to the operating temperature of the fuel cell.

. 스케일 제거 가능 - 다양한 크기의 적층된 연료 전지에서도 동일한 효과로 사용될 수가 있다.. Scale removable - The stacked fuel cells of various sizes can be used with the same effect.

. 기계 펌프를 제거하여 전원 시스템의 고장나지 않은 시간의 평균 시간을 증가시킨다.. Remove the mechanical pump to increase the average time of non-failed power system time.

압축 펌프에 대한 필요성을 제거함으로서 달성되는 효과 및 잇점은 중요하다. 또한, 전위 이동 또는 운동량 강화가 기대치에 미치지 않게 되더라도, 연료 전지는 발생되는 유동 강화에 의해 보다 효과적으로 계속 운전된다. 본 발명의 연료 전지의 최소한의 결과치는 압축 펌프의 추가된 중량이 없고 펌프를 가동함으로서 잃게 되는 15%의 부가적인 전원 손실이 없는 현재하는 연료 전지와 동일한 성능으로 운전된다.The effect and advantage achieved by eliminating the need for a compression pump is important. Further, even if the potential shift or the momentum strengthening does not reach the expectation value, the fuel cell continues to operate more effectively by the generated flow strengthening. The minimum result of the fuel cell of the present invention is operated with the same performance as the existing fuel cell without additional weight of the compression pump and without additional power loss of 15% which is lost by operating the pump.

PEM 연료 전지(또는, 여기에 또는 그밖에 기술된 전극을 필요로 하는 다른 어떤 장치)에 있어서, 전기 전도성을 위해 전극-자기 복합 재료 계면을 선택에 또한 효과가 있을 수도 있다. 예를 들면, 복합 재료의 자기 비드를 백금 또는 다른 어떤 전도체, 또는 반도체, 또는 초전도체로 직접 도금하는 것은 자기 비드와 소정량의 탄소와 백금(또는, 다른 어떤 전도체, 또는 반도체, 또는 초전도체(즉, 탄소) 및 촉매(즉, 백금), 이하 전자 전도체 및 촉매)의 무작위적인 혼합에 대해 계면의 전기 전도성을 상당히 증가시킬 수도 있다. 탄소와 혼합된 백금 도금 자기 마이크로비드로 제조된 전자기적으로 변화한 전극에서 산소의 환원을 시험 평가하는 것이 가능해진다.For PEM fuel cells (or any other device that requires electrodes described herein or otherwise), it may also be effective in selecting the electrode-magnetic composite interface for electrical conductivity. For example, direct plating of magnetic beads of a composite material with platinum or some other conductor, or semiconductors, or superconductors can be accomplished by using magnetic beads and a predetermined amount of carbon and platinum (or any other conductor, or semiconductor, or superconductor, Carbon) and catalyst (i.e., platinum), hereinafter referred to as the electron conductor and the catalyst). It becomes possible to test and evaluate the reduction of oxygen in an electromagnetically changed electrode made of platinum-plated magnetic microbeads mixed with carbon.

백금 도금 비드는 비드에 백금을 스퍼터링하거나 본 기술의 공지된 수단에 의해서 달성된다. 직접적으로 도금된 비드 시스템의 산소 환원 결과는 탄소와 백금 분말을 자기 비드에 혼합하여 제조한 전극에서 산소 환원을 측정하여 비교될 수 있고, 백금 도금 비드가 단순한 혼합물을 상당히 강화시키지의 여부가 결정된다. 자기 비드 부분과 백금 내용물을 최적화시키기 위해서, 백금 내용물을 증가시켜 산소 환원을 상당히 증가시키는 지점이 결정되게 되고, 또한, 자기 비드 내용물(부분)을 증가시키는 지점은 자속을 증가시키지 않기 때문에 불안정해진다. 상기 모든 결과는 백금 전극-자기 복합 재료 계면에서 얻어진 비슷한 결과와 비교되게 된다.Platinum plated beads are achieved by sputtering platinum on the beads or by means known in the art. The results of the oxygen reduction of the directly plated bead system can be compared by measuring the oxygen reduction in the electrode made by mixing carbon and platinum powder with magnetic beads and it is determined whether the platinum plating beads significantly enhance the simple mixture . To optimize the magnetic bead portion and the platinum content, the point at which the platinum content is increased to significantly increase oxygen reduction is determined, and the point at which the magnetic bead content (portion) is increased is unstable because it does not increase magnetic flux. All of the above results are compared with similar results obtained at the platinum electrode-magnetic composite interface.

탄소 입자/촉매 자기 복합 재료Carbon particle / catalyst magnetic composite material

음극 계면에서 촉매와 결합한 탄소 입자의 혼합과 산소 환원에 의한 효과를 포함하는 본 발명의 실시예가 하기에 기술된다. 본 명세서에서 사용될 수도 있는 촉매의 예는 백금이다. 그러나, 사용될 수 있는 다른 촉매로는 팔라듐, 루테늄, 로듐을 포함하고 또한 다른 전이 금속인 코발트 및 니켈을 포함한다. 다른 물질은 또한, 포르피린과 같은 물질에 의해 촉매 반응을 시킨다.Embodiments of the present invention, including the effect of mixing carbon particles bound to the catalyst at the cathode interface and by oxygen reduction, are described below. An example of a catalyst that may be used herein is platinum. However, other catalysts that may be used include palladium, ruthenium, rhodium and also other transition metals, cobalt and nickel. Other materials are also catalyzed by materials such as porphyrin.

수소 산소 연료 전지에 의한 발전은 음극에서의 산소 환원에 의한 낮은 운동량 때문에 제한적인 것으로 알려져 있다. 대개는, 산소 공급은 가압되어 산소 환원을 생성물 즉, 물을 형성하는 방향으로 이동시킨다. 상기한 바와 같이, 자기 물질을 연료 전지의 음극에 합성하는 것은 발동기를 쓰지 않고도 산소의 압력을 발생시키는데, 이는 산소가 (자기장에 민감한) 상자성이어서 자기 물질의 존재에 의해 음극 계면으로 이동되기 때문이다. 본 발명의 정밀한 실시예에서는, 도금된 탄소 입자 및 자기 입자 또는 마이크로비드가 아래에 상세히 기술하는 바와 같이, 음극 계면으로 혼합될 수도 있다.Power generation by hydrogen - oxygen fuel cells is known to be limited due to the low momentum due to oxygen reduction at the cathode. Usually, the oxygen supply is pressurized to move the oxygen reduction in the direction of forming the product, i.e., water. As described above, synthesizing a magnetic material to a cathode of a fuel cell generates oxygen pressure without using a vibrator because oxygen is paramagnetic (sensitive to a magnetic field) and is moved to the cathode interface by the presence of magnetic material . In a precise embodiment of the present invention, plated carbon particles and magnetic particles or microbeads may be mixed at the negative electrode interface, as described in detail below.

산소 환원에 대한 연구에서는 주기적인 전압전류계의 전류가 음극 계면에서 혼합된 자기 마이크로비드의 존재에 의해 강화되는 것으로 나타난다. 자기적으로 개량된 전극에서의 전류는 나피온(Nafion)과 같은 이온 교환 중합체만으로 개량된 전극에서의 전류보다 거의 5배 정도 크다. 자기 비드의 체적 부분의 증가에 따라 강화가 이루어진다. 백금 촉매를 포함하는 탄소가 자기 비드와 나피온을 따라서 포함될 때 산소 강화가 관찰된다.Studies on oxygen reduction show that the current of the periodic voltage ammeter is enhanced by the presence of mixed magnetic microbeads at the cathode interface. The current at the magnetically improved electrode is almost five times greater than the current at the electrode modified with an ion exchange polymer such as Nafion alone. Strengthening is achieved as the volume fraction of magnetic beads increases. Oxygen enrichment is observed when carbon containing platinum catalyst is included along magnetic beads and Nafion.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 산소 환원을 위한 음극 계면이 자기 입자 또는 마이크로비드, 이온 교환 중합체(즉, 나피온) 및 도금된 탄소 입자를 구비하는 자기 복합 재료를 음극의 계면에 혼합함으로서 최적화될 수도 있다. 이는 두가지 방법에 있어서 연료 전지의 성능에 강한 영향을 미친다. 첫째, 음극은 가압되어 음극의 계면에서 산소의 농도를 증가시킨다. 이는 Le Chatelier의 원리에 의해 생성물이 환원하는 방향으로 이동시키는 반응 농도를 증가시킨다. 대기를 공급함에 있어서, 이는 또한 공기로부터 산소가 소모되어 반응되지 않은 질소가 남겨짐에 따라서 음극에 모이게 되는 질소 개스를 이동시키는데 도움을 준다. 둘째, 산소 환원을 위한 손실 메커니즘의 하나가 부분적인 환원이 되어 과산화물(H2O2)을 발생시키는데, 이는 물로 환원되기 전에 전극 표면으로부터 흡수 제거된다.Thus, according to one embodiment of the present invention, a magnetic composite material having an anode interface for oxygen reduction comprising magnetic particles or microbeads, an ion exchange polymer (i.e., Nafion) and plated carbon particles is mixed with the interface of the cathode And may be optimized. This has a strong influence on the performance of the fuel cell in two ways. First, the cathode is pressurized to increase the concentration of oxygen at the interface of the cathode. This increases the concentration of the reaction that moves in the direction of product reduction by Le Chatelier's principle. In supplying the atmosphere, it also helps to move the nitrogen gas collected at the cathode as oxygen is consumed from the air and unreacted nitrogen is left behind. Second, one of the loss mechanisms for oxygen reduction is partial reduction, which generates peroxide (H 2 O 2 ), which is absorbed and removed from the electrode surface before reduction to water.

H2O2는 (흡수된) H2O2와 (용액) H2O2양쪽을 포함한다. 용액에 대한 과산화물의 손실은 반응 기구에서 (흡수된) H2O2의 다른 쪽에 있는 물질의 상자성 특성을 통하여 사라질 수도 있다. 자기장이 H2O2를 안정시키고 흡수된 과산화물을 이동시켜 표면에서 해리되어 흡수된 2개의 상자성의 HO를 형성하면, 흡수된 H2O2의 수명은 환원되게 되어, (용액) H2O2의 흡수 제거를 통하여 손실이 발생하게 된다. 순효과는 따라서 반응 기구의 마지막 단계 즉, 물로 환원되는 단계에서 증가된다. 자기 마이크로비드와 도금된 탄소 입자를 전극 계면에 혼합시킨 전극을 사용하는 산호 환원에 대한 주기적인 전압 전류계는 도 21을 참조하여 하기에 기술된다.H 2 O 2 contains both (absorbed) H 2 O 2 and (solution) H 2 O 2 . The loss of peroxide to the solution may disappear through the paramentional nature of the material on the other side of the (absorbed) H 2 O 2 in the reaction mechanism. When the magnetic field stabilizes the H 2 O 2 and transports the absorbed peroxide to form two paramagnetic HO absorbed and dissociated at the surface, the lifetime of the absorbed H 2 O 2 is reduced so that the (solution) H 2 O 2 A loss occurs due to the absorption and elimination of the water. The net effect is thus increased at the last stage of the reaction mechanism, that is, at the stage of reduction to water. A periodic voltage ammeter for coral reduction using an electrode in which magnetic microbeads and plated carbon particles are mixed at the electrode interface is described below with reference to FIG.

PEM 연료 전지 설계PEM fuel cell design

대기압 PEM 연료 전지의 또 다른 혁명적인 형태는 설계를 패키지하는 기회를 제공한다. 현재는, PEM 연료 전지는 연료 전지의 음극측에 가해지는 압력을 유지할 수 있도록 단단한 구조체내에 감싸여져 있어야만 한다. 그러나, 대기압 연료 전지는 외부적인 압력할 필요없이 산소 유입을 증가시킨다. 이는 단단한 외측의 덮개가 더 이상 필요하지 않음을 의미한다.Another revolutionary form of atmospheric PEM fuel cells offers the opportunity to package designs. Currently, PEM fuel cells must be enclosed within a rigid structure to maintain the pressure applied to the cathode side of the fuel cell. However, the atmospheric pressure fuel cell increases oxygen inflow without the need for external pressure. This means that the hard outer cover is no longer needed.

PEM 연료 전지는 본질적으로 유연하다. 전지 자체는 이온 교환기(대개는, 그러나 제한적이지 않은, 나피온)에 의해 분리되는 음극과 양극으로 이루어져 있다. 압축없이 대기로부터 음극으로 공기를 흡입하는 상기한 바와 같은 자기적으로 개량된 음극을 갖는 연료 전지는 폴리에틸렌 또는 이와 유사한 폴리알켄, 또는 탄화수소 재질로 이루어진 또 다른 중합체로 제조된 구멍이 형성된 야채 봉지와 유사한 외측 덮개를 갖게 형성될 수도 있다. 또는, 연료 전지는 다른 치수와 체적으로 한정될 수도 있으며, 사용을 위해 다시 평평하게 할 수도 있으며, 한정된 치수내에서 사용될 수 있다. 또는 가압되지 않은 셀은 얇은 가소성의 외측 표면을 갖고, 투명한 필름에 가깝게 유연하다.PEM fuel cells are inherently flexible. The cell itself consists of a cathode and an anode separated by an ion exchanger (usually, but not limited to, Nafion). A fuel cell having a magnetically improved cathode as described above that sucks air from the atmosphere to the cathode without compression is similar to a perforated vegetable bag made of polyethylene or similar polyalkenes or another polymer of hydrocarbon material And may have an outer cover. Alternatively, the fuel cell may be confined to other dimensions and volumes, may be flattened again for use, and may be used within defined dimensions. Or the unpressurized cell has a thin, plastic outer surface and is close to the transparent film.

전지는 얇고, 유연하며, 그 크기는 약 8.5×11인치의 크기이다. 매우 작은 체적의 연료 전지를 사용함에도 불구하고, 이는 컬러 디스플레이를 갖는 또는 갖지 않는 랩톱 컴퓨터 또는 노트북 컴퓨터를 가동하기에 충분한 전압 이상을 제공할 수 있다. 랩톱 또는 노트북 컴퓨터는 현재 거의 30 와트에서 가동되도록 설계되어져 있다. 연료 전지는 음성 또는 메시지 통신, GPS 장치, 항법 장치, 카메라 등과 같은 다양한 범위의 휴대용 전자 장치를 가동하는데 사용될 수 있다. 기계적인 펌프를 갖지 않고 양호한 음극 성능을 갖는 연료 전지는 작고 가벼우며, 유연하고, 아댑터 전원을 필요로 하는 많은 시스템에 사용되는 축전지를 대체할 수 있다.The cell is thin, flexible, about 8.5 x 11 inches in size. Despite the use of a very small volume of fuel cells, it can provide more than enough voltage to power a laptop or notebook computer with or without a color display. Laptop or notebook computers are currently designed to run at nearly 30 watts. Fuel cells can be used to power a wide range of portable electronic devices such as voice or messaging, GPS devices, navigation devices, cameras, and the like. Fuel cells with no mechanical pumps and good cathode performance are small, lightweight, flexible, and can replace batteries used in many systems that require adapter power.

연료 전지의 또 다른 가능한 실시예는 연료 전지의 배열을 형성하는 것과 관련된다. 도 16E를 예를 들어 설명하면, 연료 전지(1220)의 단일한 시트(1210)에서의 잇점중 하나는 단일의 시트(1210)가 수개의 연료 전지(1220)를 위에 설치할 수 있다는 것이다. 연료 전지를 직렬(1200A)과 병렬(1200B)의 배열(도 16E 참조)로 다르게 형성함으로서, 연료 전지 시트(1210)는 광범위한 종류의 전력에 대한 요구에 대응되도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 단일의 연료 전지 시트(1210)은 다양한 범위의 다른 축전지를 대체할 수가 있다. 단일의 시트(1210)는, 예를 들어, 각각 1Volt, 25Amps 용량의 9개 전지로 분리되면, 전지는 다른 방법으로 연결될 수 있다. 9개의 전지가 직렬로 연결된다면, 시스템은 9Volt, 25Amps를 발생하게 될 것이고 ; 전지가 병렬로 연결된다면, 1Volt, 225Amps를 발생하며, 3개의 전지가 병렬로 3개의 셋트로 직렬 연결되면, 전지는 3Volt, 75Amps를 발생하게 될 것이다.Another possible embodiment of a fuel cell is related to forming an array of fuel cells. 16E, one of the advantages of the single sheet 1210 of the fuel cell 1220 is that a single sheet 1210 can have several fuel cells 1220 installed thereon. By forming the fuel cell differently from the series 1200A to the parallel arrangement 1200B (see FIG. 16E), the fuel cell sheet 1210 can be used to meet a wide variety of demands for power. For example, a single fuel cell sheet 1210 can replace a wide range of other batteries. If the single sheet 1210 is separated into, for example, nine batteries each with a capacity of 1 Volt, 25 Amps, the cells may be connected in other ways. If nine batteries are connected in series, the system will generate 9 Volts, 25 Amps; If the batteries are connected in parallel, they will generate 1 Volt, 225 Amps, and if three batteries are connected in series in 3 sets in parallel, the battery will generate 3 Volts, 75 Amps.

산소 농축기Oxygen concentrator

산소의 플럭스 강화와 관련된 자기적으로 변환된 전극 또는 음극의 또 다른 가능성있는 적용은 공기로부터 산소를 농축하는 보다 일반적인 문제와 관련이 있다. 이러한 경우에 있어서 산소의 농축은 질소로부터 산소를 분리하는 것에 해당한다. 이러한 문제는 상기한 바와 같이 자기적으로 개량된 전극 또는 음극 기술 또는 다른 분리 기술을 사용함으로서 해결될 수 있다. 현재까지는, 공기로부터 산소를 분리하는 것은 비용을 수반하는 구조에서 이루어졌다. 막이 대기(공기중 산소 20%)와 내부 용기(또는 체적)간에 위치되고, 산소가 내부 용기로부터 순간적으로 제거되면, 산소의 농축 구배가 막의 사이에 형성되고, 바람직하게 산소는 공기에서 내부 체적으로 흡입된다.Another possible application of magnetically converted electrodes or cathodes associated with flux enhancement of oxygen is related to the more general problem of concentrating oxygen from the air. In this case, the concentration of oxygen corresponds to the separation of oxygen from nitrogen. This problem can be solved by using magnetically improved electrode or cathode techniques or other separation techniques as described above. Until now, the separation of oxygen from air has been done in a costly structure. When the membrane is positioned between the atmosphere (20% oxygen in the air) and the inner vessel (or volume) and oxygen is instantaneously removed from the inner vessel, a concentration gradient of oxygen is formed between the membranes, preferably oxygen, Inhaled.

막 센서Membrane sensor

상자성 개스인 O2, NO2, NO(최근에 신경 전달 물질로 알려짐)용 막 센서는 강화된 플럭스가 응답 시간과 신호를 증폭하는 자기 복합 재료에 기초할 수 있다. 분석을 위한 다른 센서는, 산소가 방해 물질로 있는 곳에서, 2개의 센서를 사용함으로서 물질간을 분리할 수가 있고, 1개의 센서가 자기장을 포함하는 것을 제외하고는 동일하다. 이러한 센서의 예로는, 전류 및 전압을 포함하여 광학적, 중량적, 또는 전기 화학적일 수 있다. 센서에서, 측정된 신호는 센서가 응답하는 현재의 모든 물질의 총 농도에 비례한다. 센서에서 자기 성분의 존재는 상자성 물질의 센싱 능력을 강화하게 된다. 2개의 센서로부터 나온 2개 신호의 선형 조합과, 자기 성분을 포함한다는 한가지만을 제외하고는 모든 면에서 유사한, 상자성 물질에 대한 자기 센서의 센싱 능력(측정에 의해 결정됨)을 통해서, 상자성 물질의 농도를 결정하는 것이 가능하다. 센서가 단지 하나의 상자성 물질과 하나의 반자성 물질에 대해서만 센싱되는 시스템에 있어서는, 두 물질의 농도를 결정하는 것이 가능하다.Membrane sensors for paramagnetic gases O 2 , NO 2 , NO (recently known as neurotransmitters) can be based on magnetic composites where enhanced fluxes amplify response times and signals. Other sensors for analysis can be separated from each other by using two sensors, where oxygen is an obstruction, and one sensor is the same except that it contains a magnetic field. Examples of such sensors may be optical, heavy, or electrochemical, including current and voltage. In a sensor, the measured signal is proportional to the total concentration of all current materials to which the sensor responds. The presence of magnetic components in the sensor enhances the sensing ability of paramagnetic materials. Through the linear combination of the two signals from the two sensors and the sensing ability of the magnetic sensor for paramagnetic materials (determined by measurement), which is similar in all respects except for one that contains magnetic components, the concentration of paramagnetic . ≪ / RTI > In a system where the sensor is only sensed for one paramagnetic material and one semi-magnetic material, it is possible to determine the concentration of both materials.

플럭스 스위치Flux switch

나노 단위 및 마이크로 단위의 구조를 갖는 물질과 기계가 미소 환경의 역학에 집중된 기술로 개발되어감에 따라, 플럭스 스위치가 필요하다. 외부적으로 가해진 자기장은 상자성 중합체와 철/산화철 또는 철 입자 또는 다른 비영구 자기 물질로 만들어진 복합 재료로 도금된 전극을 사용하는 플럭스 스위치를 가동시킬 수 있고, 또는 내부 자기장이 전기-활성 중합체 또는 액정으로 만들어진 복합 재료로 도금된 전극을 사용하는 스위치를 가동할 수 있고, 여기서 하나의 산화-환원 형태는 상자성이고, 유기-철 또는 다른 초상자성 또는 철을 함유한 유체 물질 또는 영구 자기 또는 조정된 표면 자기장 재료이다. 또한, 외부 자석이 사용되어 상자성 자기 비드를 포함하는 복합 재료 내에서 상자성 중합체로 또는 액정이 배향될 수 있도록 한다. 방향 강화가 초상자성 또는 철을 함유한 유체 물질을 포함하는 상자성의 자기 비드로서 가능하다.Flux switches are needed as materials and machines with nano and micro unit structures are being developed with the technology concentrated on microenvironmental dynamics. The externally applied magnetic field may actuate a flux switch using an electrode plated with a paramagnetic polymer and a composite material made of iron / iron oxide or iron particles or other non-permanent magnetic material, or the internal magnetic field may be applied to an electro- , Wherein one oxidation-reduction form is paramagnetic and comprises an organo-iron or other superparamagnetic or iron-containing fluid material or permanent magnet or a regulated surface Magnetic field material. In addition, external magnets may be used to allow the liquid crystal to be oriented with or into the paramagnetic polymer in the composite material comprising the paramagnetic magnetic beads. Directional strengthening is possible as a paramagnetic magnetic bead comprising a superparamagnetic or iron containing fluid material.

상기한 바와 같이, 플럭스 스위치는 상기한 본 발명의 작은 스크러버 실시예의 중요한 구성 요소들이다. 이는 살아있는 유기물에 있어서 약물 전달, 생체 적합 물질 또는 의약물의 복량에 있어서 중요하며, 여기서 내외부 자기장은 플럭스 스위치를 온 오프 시킬 수도 있어서 약물 또는 생체 적합 물질의 전달을 가능하게 한다. 또한, 플럭스 스위치는 이미 기술한 바와 같이, 발명의 이용을 구상하는데 중요할 수도 있다.As noted above, flux switches are important components of the inventive small scrubber embodiment described above. This is important for drug delivery, biomaterials or medicinal quantities in living organisms, where the internal and external magnetic fields can turn on and off the flux switch, enabling the delivery of drugs or biomaterials. Also, the flux switch may be important to envision the use of the invention, as already described.

연료 전지 음극의 불활성 산소 압력 개념의 연장으로서, 공기로부터 산소를 농축하는 일반적인 문제는 이와 비슷한 방법으로 해결된다. 현재는, 산소 농축은 비용을 수반하는 극저온하에서 이루어지고 있다. 필수적으로, 본 발명의 실시예의 하나를 따르는 산소 농축의 과정은 상기한 바와 같이 자기적으로 개량된 전극과 분리 기술을 사용하여 N2로부터 O2를 분리하는 것과 관련된다.As an extension of the inert oxygen pressure concept of the fuel cell cathode, the general problem of concentrating oxygen from the air is solved in a similar way. Presently, oxygen enrichment is taking place at very low temperatures accompanied by cost. Essentially, the process of oxygen enrichment according to one of the embodiments of the present invention involves separating O 2 from N 2 using magnetically improved electrodes and separation techniques as described above.

축전지Accumulator

증가된 전압 밀도와 출력 및 환원된 충전과 방전 시간을 갖는 축전지는 자기 비드 복합 재료로 제조될 수 있다. 플럭스 강화, 이동 강화, 전자 운동 효과와 전위 이동을 이용함으로서 향상이 이루어진다. 마이크로비드의 필요 질량은 소정의 출력에 거의 영향을 미치지 않는다. 자기장이 수지상 결정 형성을 억제시키기 때문에, 두 번째 축전지 주기는 연장될 수도 있다 (또한 수지상 결정 형성의 억제가 또한 란탄족 또는 악티늄족의 두꺼운 필름을 도금하는데 있어서도 중요하다는 것에 유의하여야 한다).Batteries with increased voltage density and output and reduced charge and discharge times can be made from magnetic bead composites. Improvement is achieved by using flux enhancement, movement enhancement, electron movement effects and potential movement. The required mass of the microbead has little effect on the predetermined output. It should be noted that since the magnetic field inhibits the formation of dendrite crystals, the second battery cycle can also be extended (note also that inhibition of dendritic crystal formation is also important in plating lanthanide or actinide thick films).

재충전이 가능한 축전지 고장의 주요한 메카니즘은 수지상 결정 형성에 의한 것이다. 수지상 결정은 축전지가 순환되는 동안에 전지를 결국은 단락시키게 되는 2개의 전극 사이에 쌓이는 침전물을 발생시킨다. 실험에서 외부에서 가해진 자기장이 수지상 결정 형성을 억제하는 것으로 나타났다.The main mechanism of rechargeable battery failure is due to dendritic crystal formation. Dendritic crystals generate deposits that accumulate between the two electrodes, which eventually short-circuits the battery while the battery is circulating. Experiments have shown that externally applied magnetic fields inhibit the formation of dendrites.

따라서, 개량된 축전지는 수지상 결정 형성을 방지 또는 억제하는 자기적으로 개량된 또는 피복한 전극을 포함할 수도 있다. 자기 피복은 축전지 구조에 있어서 전극상 또는 그 이외의 곳 어디에라도 할 수도 있다. 상기한 바와 같이, 자기장이 이온 변환기(중합체 분리기(poymeric separator))와 자기 입자의 복합 재료를 갖는 전극 표면에 변화를 가함으로서 전극 표면에서 직접적으로 발생시킬 수도 있으며, 이는 (비록 어떠한 환경에서는 외부적으로 가해진 자기가 바람직하고 유용하지만) 필요한 자기장을 제공할 수 있는 큰 전자기에 대한 필요를 제거할 수가 있다. 전극 개조는 전지의 무게에 있어서 무시해도 좋을 만한 증가( 1%)를 가져온다. 또한, 이러한 복합 재료를 통한 이온과 분자의 플럭스는 분리기 자체를 통과한 것에 비해서 상당히 강화된다.Thus, the improved battery may include magnetically improved or coated electrodes that prevent or inhibit dendritic crystal formation. The magnetic coating may be on the electrode or anywhere else in the battery structure. As described above, a magnetic field may be generated directly at the electrode surface by applying a change to the electrode surface having a composite material of an ion transducer (polymer separator) (polymer separator) and magnetic particles, Can eliminate the need for large electromagnetic fields that can provide the necessary magnetic field (although magnetism imparted by the magnetic field is desirable and useful). The electrode modification results in a negligible increase (1%) in the weight of the cell. In addition, the flux of ions and molecules through this composite material is significantly enhanced as compared to passing through the separator itself.

재충전이 가능한 축전지 시스템에 있어서 자기 복합 재료를 사용하는 것은, 축전지 성능에 있어서 3개의 중요한 전위의 향상이 있게 된다.The use of magnetic composite materials in rechargeable battery systems has resulted in three significant potential improvements in battery performance.

1. 전극의 표면에서 자기장에 의한 수지상 결정 형성을 억제하기 때문에 주기 수명이 강화된다.1. Cyclic durability is enhanced because the formation of dendrite crystals by the magnetic field is suppressed at the surface of the electrode.

2. 재충전 시간이 플럭스 강화에 의해서 10배 정도 감소(충전비는 증가)된다.2. Recharging time is reduced by 10 times (charge ratio is increased) by flux enhancement.

3. 일시적인 출력이 0배 정도 올라가고, 방전이 플럭스 강화에 의해서, 보다 빨라진다.3. The transient output increases by a factor of 0, and the discharge is accelerated by flux enhancement.

충전 시간이 감소되고, 일시적인 출력이 전지에서의 이온과 분자의 이동이 성능을 제한하는 정도까지 증가된다. 이온과 분자 운동의 10배(몇몇 경우에 있어서는 이보다 높은 것이 가능)의 강화는 자기 복합 재료에서 이미 설명되었다.The charging time is reduced and the transient output is increased to such an extent that the movement of ions and molecules in the cell limits performance. Enhancement of the ion and molecular motion ten times (and in some cases higher) is already described in magnetic composites.

전지를 계속 사용하는 상황에서, 축전지의 주기 수명은 매우 중요하게 된다. 주기 수명은 전극의 표면에서 자기장을 형성함으로서 강화될 수가 있게 된다. 전지의 주기 수명에 대해 이미 기술한 바와 같은 형태의 복합 재료를 시험하지는 않았기 때문에, 어느 정도의 향상이 이루어질지는 명확하지가 않다. 그러나, 몇배의 주기 수명이 있는 것으로 추정된다.In a situation where the battery is continuously used, the cycle life of the battery becomes very important. The cycle life can be enhanced by forming a magnetic field at the surface of the electrode. It is not clear how much improvement will be made since the type of composite material as previously described has not been tested for the cycle life of the cell. However, it is presumed that there is a cycle life of several times.

기술적인 효과가 하기에 기재된다 :Technical effects are described below:

1. 크기와 무게의 증가는 무시 가능( 1%)한 약 5-6lbs ;1. Increase in size and weight is negligible (1%) about 5-6 lbs;

2. 단순한 개조로 현존하는 축전지 기술과 호환 가능 ;2. Compatible with existing battery technology with simple modifications;

3. 현존하는 축전지 기술의 대체하기 위해 재료 비용이 미미(축전지당 수센트).3. Material cost is low (several cents per battery) to replace existing battery technology.

전극의 개조는 아연 동 축전지를 포함하는 광범위한 형태에 축전지에 유용하다.Modification of the electrodes is useful for batteries in a wide variety of forms, including zinc-zinc batteries.

이러한 축전지 형태에 있어서는, 외부적으로 가해진 자기는 아연과 동 침전물의 수지상 결정 형성을 억제하는 것으로 나타났다.In these battery types, the externally applied magnet was found to inhibit the formation of dendrites in zinc and copper precipitates.

수지상 결정 형성을 억제하는 것을 나타낼 수 있도록 하기 위해서는, 전극은 먼저 자기 복합 재료로 개조되어야 한다. 전극으로 사용할 수 있으면, 수지상 결정 형성 억제가 용액 내에서 전극과 같이 시험된다. 이러한 테스트는 축전지 시스템의 광범위한 종류에 있어서, 자기 복합 재료의 시행 가능 여부를 조사하는 용이한 방법을 제공한다.In order to be able to indicate that dendritic crystal formation is inhibited, the electrode must first be converted to a magnetic composite. If it can be used as an electrode, suppression of dendritic crystal formation is tested in solution as an electrode. These tests provide an easy way to investigate the viability of magnetic composite materials for a wide variety of battery systems.

이후 시험은 2개의 전극 축전지 시스템내의 자기 복합 재료를 시험이 수행된다. 자기 입자의 부분이 최적화되고, 자기 입자를 포함하고 있는 세퍼레이터의 깊이가 결정된다. 이후 주기 수명, 충전 시간, 방전 시간, 과도 전류 출력, 중량 변화가 평가되고, 비용이 자기 입자를 포함하고 있지 않은 시스템과 비교하여 산출된다. 전지가 주기 수명, 충전 시간, 과도 전류 출력에서 향상을 나타내는 자기적으로 개량된 전극을 사용하여 전지를 구성하게 되면, 전지의 장기 안정성이 또한 반드시 평가되어야 할 문제가 된다.Subsequent tests are performed on the magnetic composite material in two electrode battery systems. The portion of the magnetic particles is optimized and the depth of the separator containing the magnetic particles is determined. Thereafter, the cycle life, charge time, discharge time, transient current output, and weight change are evaluated, and the cost is calculated in comparison with a system that does not contain magnetic particles. If batteries are constructed using magnetically improved electrodes that exhibit improvements in cycle life, charge time, and transient current output, the long term stability of the battery also has to be assessed.

방금 기술한 과정은 개조되지 않은 전극을 갖는 종래의 축전지보다 경량이고, 보다 고효율이며, 장기간의 출력을 지속하는 축전지를 개방하는데 사용할 수 있다. 이는 상당한 출력의 증가를 갖고 축전지 시간의 연장을 필요로 하는 장치의 가동하는데 사용하는 것을 가능하게 한다. 또한, 종래의 축전지에 비해서 보다 많은 장치를 이 축전지로 이용할 수가 있다.The process just described can be used to open a battery that is lighter, more efficient, and lasts for longer periods of time than conventional batteries with unaltered electrodes. This makes it possible to use it to operate a device that has a significant increase in power and requires an extension of the battery time. Further, a larger number of apparatuses can be used as the secondary battery than the conventional secondary battery.

전극 제조법Electrode recipe

도 17은 본 발명의 2가지 실시예를 따르는 전극을 제조하는 방법에 관련된 단계들의 간단한 요약이다. 일실시예에 있어서, 본 발명의 일실시예를 따르는 전극의 표면에 대한 통로를 갖는 자기 구배를 갖는 복수개의 경계 영역을 갖는 자기 복합 재료로 피복된 표면을 갖는 전극을 제조하는 방법이다. 특히 단계(702)는 제 1 용액 내에 있는 최소 약 0.5㎛의 직경을 갖는 약 10-90% 사이의 자화가 가능한 물질을 포함하는 불활성의 중합체가 피복된 자기 마이크로비드의 최소 약 1% 중량의 현탁액을 포함하는 제 1 요소와 제 2 용액내에 있는 최소 거의 2% 중량인 이온 교환 중합체를 구비한 제 2 요소를 혼합하여 혼합된 현탁액을 만들어내는 단계와 관련된다. 전극은 최소 약 0.05 Tesla의 자기장내에 정렬되어 있고, 여기에서 자기장은 전체적으로 전극 표면의 법선을 거의 따라서 배향되어 있다. 스텝(714)은 이후 제 1, 2 용액을 증발시켜 전극의 표면에 경로를 갖는 자기 구배와 함께 복수개의 경계 영역을 갖는 자기 복합 재료로 피복된 표면을 갖는 전극을 만들어 낸다.Figure 17 is a brief summary of steps involved in a method of manufacturing an electrode according to two embodiments of the present invention. In one embodiment, there is provided a method of fabricating an electrode having a surface coated with a magnetic composite material having a plurality of boundary regions having a magnetic gradient with a passage to the surface of the electrode according to an embodiment of the present invention. In particular step 702 is a suspension of at least about 1% by weight of magnetic microbeads coated with an inert polymer containing between about 10-90% of magnetizable material having a diameter of at least about 0.5 占 퐉 in the first solution And a second component comprising an ion exchange polymer that is at least about 2% by weight in the second solution to produce a mixed suspension. The electrodes are aligned within a magnetic field of at least about 0.05 Tesla, where the magnetic field is generally oriented along the normal of the electrode surface as a whole. Step 714 then evaporates the first and second solutions to produce an electrode having a surface coated with a magnetic composite material having a plurality of boundary regions with a magnetic gradient having a path on the surface of the electrode.

스텝(702)은 2-10% 중량의 자기 마이크로비드로 피복된 불활성 중합체의 현탁액을 포함하는 제 1 요소를 제 2 요소에 혼합할 수 있는 것을 포함한다. 또 다른 방안으로서는, 스텝(702)은 5-90%의 자화가 가능한 물질을 포함하는 자기 마이크로비드로 피복된 불활성 중합체를 포함하는 제 1 요소를 제 2 요소에 혼합할 수 있는 것을 포함한다. 다른 방안으로서는, 스텝(702)은 90%의 자화 가능한 물질을 포함하는 자기 마이크로비드로 피복된 불활성 중합체를 포함하는 제 1 요소를 제 2 요소에 혼합할 수 있는 것을 포함한다.Step 702 includes the ability to mix a first element comprising a suspension of inert polymer coated with 2-10% by weight magnetic microbead into a second element. Alternatively, step 702 may include mixing a first element comprising an inert polymer coated with a magnetic microbead containing 5-90% of a magnetizable material to a second element. Alternatively, step 702 may include mixing a first element comprising an inert polymer coated with magnetic microbeads containing 90% of a magnetizable material into a second element.

또한, 단계(702)는 최소 약 0.5-12㎛의 직경을 갖는 약 10-90% 사이의 자화가 가능한 물질을 포함하는 자기 마이크로비드가 피복된 불활성의 중합체의 최소 약 5% 중량의 현탁액을 포함하는 제 1 요소를 제 2 요소에 혼합하는 것을 포함할 수가 있다. 또 다른 방안으로는, 단계(702)는 최소 약 0.1-2㎛의 직경을 갖는 약 10-90% 사이의 자화가 가능한 물질을 포함하는 자기 마이크로비드가 피복된 불활성의 중합체의 최소 약 5% 중량의 현탁액을 포함하는 제 1 요소를 제 2 요소에 혼합하는 것을 포함할 수가 있다.Step 702 also includes a suspension of at least about 5% by weight of an inert polymer coated with magnetic microbeads containing between about 10-90% of magnetizable material having a diameter of at least about 0.5-12 占 퐉 And mixing the first element to the second element. In yet another alternative, step 702 may comprise providing a magnetic microbead comprising a material capable of magnetizing between about 10-90% with a diameter of at least about 0.1-2 microns, at least about 5% of the weight of the inert polymer coated Mixing the first element with the second element, including the suspension of the second agent.

혼합 단계(702)는 제 1 용액에서 최소 약 0.5㎛의 직경을 갖는 약 10-90% 사이의 자화가 가능한 물질을 포함하는 자기 마이크로비드가 피복된 불활성의 중합체의 최소 약 5% 중량의 현탁액을 포함하는 제 1 요소를 제 2 용액에서 최소 약 5% 중량의 나피온을 구비한 제 2 요소에 혼합하여 혼합된 현탁액을 만들어 내는 것을 포함할 수가 있다.Mixing step 702 may comprise adding a suspension of at least about 5% by weight of the inert micro-bead coated polymer containing about 10-90% of magnetizable material having a diameter of at least about 0.5 占 퐉 in the first solution And mixing the first element comprising the second element with a second element having at least about 5% weight of Nafion in the second solution to produce a mixed suspension.

혼합 단계(702)는 제 1 용액에서 최소 약 0.5㎛의 직경을 갖는 약 10-90% 사이의 유기-철 물질 포함하는 자기 마이크로비드가 피복된 불활성의 중합체의 최소 약 5% 중량의 현탁액을 포함하는 제 1 요소를 제 2 용액에서 최소 약 5% 중량의 이온 교환 중합체 구비한 제 2 요소에 혼합하여 혼합된 현탁액을 만들어 내는 것을 포함할 수가 있다.Mixing step 702 comprises a suspension of at least about 5% by weight of an inert polymer coated with magnetic micro beads comprising between about 10-90% of organo-iron material having a diameter of at least about 0.5 [mu] m in the first solution To a second element comprising at least about 5% by weight of an ion exchange polymer in a second solution to produce a mixed suspension.

단계(708)는 거의 2-75% 사이의 혼합된 현탁액 체적을 전극의 표면에 가하는 것을 포함할 수 있다. 다른 방안으로서는, 단계(708)는 거의 25-60% 사이의 혼합된 현탁액 체적을 전극의 표면에 가하는 것을 포함할 수 있다. 다른 방안으로서는, 단계(708)는 혼합된 현탁액을 전극의 표면과 관련되어 있고, 상기 전극은 약 0.05-2 Tesla 사이의 자기장에 정렬되어 있으며, 바람직한 자기장이 2 Tesla 이다.Step 708 may include applying a mixed suspension volume of between about 2-75% to the surface of the electrode. Alternatively, step 708 may include applying a mixed suspension volume of between about 25-60% to the surface of the electrode. Alternatively, step 708 relates the mixed suspension to the surface of the electrode and the electrode is aligned with a magnetic field between about 0.05-2 Tesla, with a preferred magnetic field of 2 Tesla.

단계(702')에서 단계(714)(도 17에 도시됨)과 관련된 다른 실시예는 외부 자기장의 사용과 관련이 있다. 다시 말해, 이는 외부 자기장이 작동을 할 때, 전극의 표면에 경로을 갖는 자기 구배와 같이 복수개의 경계 영역을 갖는 복합 재료로 피복된 표면을 갖는 전극을 제조하는 방법에 관한 것이다. 단계(702)에서 단계(714)간의 단계들은 하기와 같이 단계(702')에서 단계(714') 간의 단계들로 변형된다. 단계(702')는 제 1 용액에서 최소 약 0.5㎛의 직경을 갖는 약 10-90% 사이의 자화가 가능한 물질을 포함하는 마이크로비드가 피복된 불활성의 중합체의 최소 약 5% 중량의 현탁액을 포함하는 제 1 요소를 제 2 용액에서 최소 약 5% 중량의 이온 교환 중합체를 구비한 제 2 요소에 혼합하여 혼합된 현탁액을 만들어 내는 것과 관련이 있다. 단계(708')는 이후 혼합된 현탁액을 전극의 표면에 가하는 것과 관련된다. 단계(714')는 제 1 용액과 제 2 용액을 증발시켜서, 외부 자기장이 작동을 할 때, 전극의 표면에 경로를 갖는 자기 구배와 같은 복수개의 경계 영역을 갖는 복합 재료로 피복된 표면을 갖는 전극을 만들어 낸다.Other embodiments associated with step 714 (shown in FIG. 17) in steps 702 'relate to the use of an external magnetic field. In other words, it relates to a method of manufacturing an electrode having a composite-coated surface having a plurality of boundary regions, such as a magnetic gradient having a path on the surface of the electrode, when an external magnetic field is activated. The steps from step 702 to step 714 are transformed from step 702 'to step 714' as follows. Step 702 'comprises a suspension of at least about 5% by weight of the inert polymer coated with microbeads comprising about 10-90% of magnetizable material having a diameter of at least about 0.5 [mu] m in the first solution Is mixed with a second element in a second solution having at least about 5% by weight of ion exchange polymer to produce a mixed suspension. Step 708 ' is then associated with applying the mixed suspension to the surface of the electrode. Step 714 'includes evaporating the first solution and the second solution so that when the external magnetic field is in operation, the surface of the electrode is coated with a composite material having a plurality of boundary regions, such as a magnetic gradient, Produce electrodes.

현재 전극에서 산소 환원을 강화시킬 수 있도록 한 백금과 같은 촉매와 결합한 탄소 입자를 구비한 복합 재료 제조법이 하기에 개략적으로 설명된다. 일반적으로, 이러한 프로토콜은 예를 들면, 백금과 같은 촉매의 몇가지 피복 등급을 갖는 탄소 입자가 침전 혼합물에서 포함된다는 것을 제외하고는, 도 17을 참조하여 개략적으로 설명된 유사하다.A method of producing a composite material having carbon particles bonded with a catalyst such as platinum to enhance oxygen reduction at the present electrode is described below schematically. In general, such a protocol is similar to that outlined schematically with reference to Figure 17, except that, for example, carbon particles having several coating classes of catalyst such as platinum are included in the precipitation mixture.

간단하게, 그 과정은 다음과 같다 :In simple terms, the process is as follows:

단계 1) 주조 혼합물은 하기의 요소를 포함한다 :Step 1) The casting mixture comprises the following elements:

I. 나피온과 같은 이온 교환 현탁액 ;I. ion exchange suspensions such as Nafion;

ii. 불활성이 되도록 피복되는 자기 입자 또는 마이크로비드 ;ii. Magnetic particles or microbeads coated to be inert;

iii. 대개는 백금과 같은, 촉매와 결합된 탄소 입자. 촉매의 또 다른 예는 상기에 설명되었다.iii. Carbon particles in combination with catalyst, usually platinum. Another example of a catalyst has been described above.

iv. 최소 하나의 주조 용액iv. At least one casting solution

상기의 요소 중에서, 특별한 적용 또는 의도된 사용에 따라서, 자기 복합 재료는 85-0.01% 중량의 자기 물질과, 15-99.99% 중량의 이온 교환 중합체를 구비하는 상기 개략 설명된 과정에 따라서 형성될 수도 있다. 복합 물질을 사용하기 위한 주조 혼합물내의 자기 물질 요소는 자기 입자, 산소(즉 Fe2O3, Fe3O4) 조는 다른 자기 물질의 비드, 마이크로비드의 형태가 될 수도 있고, 피복 또는 피복되지 않을 수도 있다(캡슐에 싸넣을 수도 있으며, 캡슐에 싸넣지 않을 수도 있다).Of the above factors, depending on the particular application or intended use, the magnetic composite material may be formed according to the outlined process comprising a magnetic material of 85-0.01% by weight and an ion exchange polymer of 15-99.99% by weight have. The magnetic material elements in the casting mixture for use in the composite material may be in the form of magnetic particles, oxygen (i.e. Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ), beads of other magnetic materials, microbeads, (It can be wrapped in a capsule, or it can be wrapped in a capsule.)

탄소 입자와 결합된 촉매의 현재 양은 꽤 넓은 영역에서부터, 여러가지 중에서도, 주조된 혼합물의 형성과 관련된 다른 파라미터에 따라서 다양해지는데, 예를 들면, 주조 혼합물에서 존재하는 나피온, 탄소 입자, 자기 마이크로비드의 %에 따라서 다양해진다. 탄소 입자와 결합된 존재하는 촉매의 양은, 예를 들면, 약 5-99.99%(중량의) 탄소 입자와 촉매의 결합된 중량으로 다양할 수도 있다. 탄소 입자와 결합한 촉매를 구비하는 백금의 경우에 있어서는, 백금은 탄소 입자에 주로 또는 유일하게 존재할 수도 있다. 다른 방안으로서는, 백금은 탄소 대신에 촉매 또는 전도체로서 사용될 수도 있다. 자기 복합 재료의 촉매 요소와 결합된 탄소 입자의 양은 자기 복합 재료의 총중량의 0.01-80% 중량까지 범위가 될 수도 있다.The present amount of catalyst combined with the carbon particles varies from quite a wide range, among other things, according to other parameters related to the formation of the cast mixture, for example, the presence of Nafion, carbon particles, magnetic microbeads %. The amount of catalyst present in association with the carbon particles may vary, for example, from about 5 to about 99.99% (by weight) of the combined weight of the carbon particles and the catalyst. In the case of platinum having a catalyst in combination with carbon particles, platinum may be predominant or only present in the carbon particles. Alternatively, platinum may be used as a catalyst or conductor instead of carbon. The amount of carbon particles combined with the catalytic elements of the magnetic composite material may range from 0.01 to 80% by weight of the total weight of the magnetic composite material.

주조 혼합물을 형성하고 전극을 형성하는 또 다른 형태는 탄소 입자의 크기와 형태이다. 바람직하게는, 탄소 입자가 15-70㎛의 범위에 있는 것이다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 백금을 포함하고 있는 입자는 촉매 요소와 결합하고 있는 탄소 입자에 대신하여 또는 부가하여 자기 복합 재료의 요소로서 사용될 수 있음에 주목하여야 한다. 백금을 포함하고 있는 이러한 입자는 탄소 성분이 모자라거나, 아주 많거나 유일한(즉, 백금 100% 까지) 백금으로 구성될 수도 있다. 후자의 경우에 있어서, 아주 많거나 유일한 백금으로 구성된 입자는 촉매 및/또는 전도체의 기능을 하고, 촉매와 전자 전도체 2가지의 기능을 갖는 역할을 한다. 복합 재료에서 백금 요소를 포함하는 입자는 0.1% 중량만큼 작은 백금을 구비한다. 복합 재료의 백금 요소를 포함하는 입자는 작은 양을 다른 물질 즉, 탄소(백금 99.99%, 탄소 0.01%)와 같은 물질을 갖는 백금을 필수적으로 또한 포함한다. 따라서, 촉매와 결합한 탄소 입자의 사이에는 연속체가 있게 되고, 여기에서 백금을 포함하는 입자는 탄소를 구비한다(복합 재료의 백금 내용물을 증가시키는 것은 제조 공정에 있어서 재료비의 증가를 가져오게 된다).Another form of forming a casting mixture and forming electrodes is the size and shape of the carbon particles. Preferably, the carbon particles are in the range of 15-70 占 퐉. It should be noted that according to another embodiment of the present invention, the particles comprising platinum can be used as an element of the magnetic composite instead of or in addition to the carbon particles which are associated with the catalyst element. These particles, which contain platinum, may be composed of platinum which is either too abundant in carbon content or is very abundant or unique (ie, up to 100% platinum). In the latter case, a very large or unique particle composed of platinum acts as a catalyst and / or conductor, and has two functions of catalyst and electron conductor. The particles comprising the platinum element in the composite material comprise platinum as small as 0.1% by weight. The particles comprising the platinum element of the composite material essentially also contain a small amount of platinum having a material such as other materials, carbon (99.99% platinum, 0.01% carbon). Thus, there is a continuum between the carbon particles bound to the catalyst, wherein the particles comprising platinum comprise carbon (increasing the platinum content of the composite material leads to an increase in material cost in the manufacturing process).

단계 2) 주조 혼합물은, 예를 들면 초음파 분해나 또는 기계적으로 휘젖는 장치에 의한 휘젖기, 잘 휘져어지고, 주조 혼합물의 일부가 전극의 표면에 부착된다. 전극을 전류 집진기의 역할을 한다. 이 단계에서, 주조 용액이 증발하기 전에, 전극을 자기장에 위치될 수도 있다. 이러한 자기장은 자기 입자를 배향하고 순차적 구조를 갖도록 한다(외부 자기장이 불필요하다는 분명한 증거이다).Step 2) The casting mixture is swollen by, for example, ultrasonic cracking or swirling by a mechanically sweeping device, and a part of the casting mixture adheres to the surface of the electrode. The electrode serves as a current sink. In this step, the electrode may be placed in the magnetic field before the casting solution evaporates. These magnetic fields orient the magnetic particles and have a sequential structure (this is obvious evidence that an external magnetic field is unnecessary).

단계 3) 외부 자기가, 만일 있다면, 제거되고, 전류 집진기상의 자기 복합재료는 그대로 남게 된다.Step 3) The external magnet, if any, is removed and the magnetic composite material on the current collector remains.

단계 4) 개량된 전극은 매트릭스 즉, 용액에 위치될 수도 있으며, 이 용액에는 산소가 용액 또는 다른 매트릭스로부터 자기 복합 재료를 통해서 전류 집진기에 공급된다.Step 4) The improved electrode may be located in a matrix, i.e. solution, in which oxygen is supplied from the solution or other matrix to the current collector through the magnetic composite material.

도 18A, 18B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화-환원 물질 플럭스를 조절하는 플럭스 스위치를 도시하고 있다. 특히, 도 18A 및 도 18B는 전극(804)와 전극(804)에 있는 피복(808)을 도시한다. 피복(808)은 표면의 자기장에 정열된 자기 마이크로비드와 ; 이온 교환 중합체(812)와 ; 제 1 산화-환원의 형태가 상자성이고 제 2 레스의 형태가 반자성인 전기-활성 중합체(820)를 포함하는 복합 재료로 부터 형성되고, 여기서 플럭스 스위치는 자기장에서 정열되지 않은 제 2 산화-환원 형태를 피복하여 발생되는 자기장에서 정열된 제 1 산화-환원 형태로부터 전기-활성 중합체를 전기 분해함으로서 가동될 수 있다.18A and 18B illustrate a flux switch for controlling the oxidation-reduction material flux according to another embodiment of the present invention. In particular, Figures 18A and 18B show the electrode 804 and the coating 808 on the electrode 804. Coat 808 includes magnetic microbeads aligned with the magnetic field of the surface; An ion exchange polymer 812; Active polymer 820, wherein the first oxidation-reduction form is paramagnetic and the second-less form is semi-magnetic, wherein the flux switch is a second oxidation-reduction form Lt; RTI ID = 0.0 > electro-active < / RTI > polymer from the aligned first oxidation-reduction form in a magnetic field generated by coating the electroactive polymer.

마이크로비드 물질(812)은 유기-철 재료이다. 산화-환원 물질은 전기 활성 산화-환원에 비해 보다 용이하게 전기 분해된다. 전자-활성 중합체(820)는 자기장에 민감한 화학적 특성을 갖거나 자기장에 민감한 점착성을 갖는 전자-활성 액정이 될 수 있다. 전기-활성 중합체(820)는 상기 자기장에 상자화율을 갖는 전자-활성 액정을 포함한다. 또한, 자기 입자 또는 마이크로비드는 유기-철 재료를 구비한다.The microbead material 812 is an organo-iron material. Oxidation-reducing materials are more easily electrolyzed than electroactive oxidation-reduction. The electron-active polymer 820 can be an electron-active liquid crystal having magnetic properties sensitive to magnetic fields or having a stickiness sensitive to a magnetic field. The electro-active polymer 820 comprises an electron-active liquid crystal having a rate of boxing in the magnetic field. In addition, the magnetic particles or microbeads comprise an organo-iron material.

도 119는 제 1 물질(입자 A)과 제 2 물질(입자 B) 사이를 2중 센서를 도시한다. 제 2 물질을 지나 제 1 물질을 우선적으로 통과하는 제 1 막 센서와 ; 제 1 물질을 지나 제 2 물질의 농축을 우선적으로 강화하는 제 2 막 센서를 포함하여, 제 1 물질의 측정을 가능하게 한다. 제 1, 2 물질은 액상, 기체, 플라즈마 어느 상태에 있을 수도 있다.119 shows a double sensor between a first material (particle A) and a second material (particle B). A first membrane sensor that passes preferentially through the first material past the second material; And a second membrane sensor that preferentially enriches the second material through the first material to enable measurement of the first material. The first and second materials may be in a liquid phase, a gas phase, or a plasma phase.

2중 센서의 일실시예에 있어서, 제 1 물질은 상자성 물질을 포함하고 제 2 물질은 반자성 물질을 포함한다. 이 경우에 있어서, 제 1 막 센서(906)는 자기적으로 개량된 막 센서이고, 제 2 막 센서는 변화되지 않은 막 센서이다. 자기적으로 개량된 막 센서는 우선적으로 반자성 물질에 대한 상자성 물질의 강화와 그 검출을 허용하고, 변화되지 않은 막 센서는 반자성 물질과 상자성 물질의 농축을 강화하고 그 검출을 허용하며, 상자성 물질의 최소한의 농축을 측정할 수 있도록 한다. 보다 상세하게는, 상자성 물질은 O2, NO2, NO 중 하나가 될 수가 있다. 상자성 물질은 CO2가 될 수도 있다.In one embodiment of the dual sensor, the first material comprises a paramagnetic material and the second material comprises a semi-magnetic material. In this case, the first membrane sensor 906 is a magnetically improved membrane sensor and the second membrane sensor is an unchanged membrane sensor. Magnetically modified membrane sensors primarily allow for the strengthening and detection of paramagnetic materials on the semi-magnetic material, and the unchanged membrane sensors enhance the enrichment and detection of the semi-magnetic and paramagnetic materials, Minimize the concentration to be measured. More specifically, the paramagnetic material can be one of O 2 , NO 2 , and NO. The paramagnetic material may be CO 2 .

다른 실시예에서, 제 1 물질은 상자성 물질을 포함하고 제 2 물질은 비자성 물질을 포함한다. 이 경우에 있어서, 제 1 막 센서(906)는 자기적으로 개량된 막 센서이고, 제 2 막 센서는 변화되지 않은 막 센서이다. 자기적으로 개량된 막 센서는 우선적으로 비자성 물질에 대한 상자성 물질의 강화와 그 검출을 허용하고, 변화되지 않은 막 센서는 비자성 물질과 상자성 물질의 농축을 강화하고 그 검출을 허용하며, 상자성 물질의 최소한의 농축을 측정할 수 있도록 한다. 보다 상세하게는, 상자성 물질은 O2, NO2, NO 중 하나가 될 수가 있다.In another embodiment, the first material comprises a paramagnetic material and the second material comprises a non-magnetic material. In this case, the first membrane sensor 906 is a magnetically improved membrane sensor and the second membrane sensor is an unchanged membrane sensor. Magnetically modified membrane sensors primarily allow for strengthening and detection of paramagnetic materials on nonmagnetic materials and unchanged membrane sensors allow for enrichment and detection of nonmagnetic and paramagnetic materials, Allows the measurement of the minimum concentration of the substance. More specifically, the paramagnetic material can be one of O 2 , NO 2 , and NO.

또 다른 실시예에서, 제 1 물질은 제 1 상자성 물질이 될 수 있고, 제 2 물질은 제 2 상자성 물질이 될 수 있다. 이 경우에 있어서, 제 1 막 센서(906)는 자기적으로 개량된 막 센서이고, 제 2 막 센서는 자기적으로 다르게 개량된 막 센서이고, 여기서 자기적으로 개량된 막 센서는 우선적으로 제 2 상자성 물질에 대한 제 1 상자성 물질의 강화와 그 검출을 허용하고, 자기적으로 다르게 개량된 막 센서는 제 2 상자성 물질과 제 1 상자성 물질의 농축을 강화하고 그 검출을 허용하며, 제 1 상자성 물질의 최소한의 농축을 측정할 수 있도록 한다. 다시 말해, 제 1 상자성 물질은 O2, NO2, NO 중 하나가 될 수가 있다.In yet another embodiment, the first material may be a first paramagnetic material and the second material may be a second paramagnetic material. In this case, the first membrane sensor 906 is a magnetically improved membrane sensor, and the second membrane sensor is a magnetically improved membrane sensor, wherein the magnetically improved membrane sensor preferentially has a second The magnetically modified membrane sensor allows for enrichment and detection of the first paramagnetic material and permits detection of the second paramagnetic material and the first paramagnetic material, To be measured. In other words, the first paramagnetic material can be one of O 2 , NO 2 , and NO.

본 발명의 다른 실시예에서, 제 1 물질은 반자성 물질이 될 수 있고, 제 2 물질은 비자성 물질이 될 수 있다. 이 경우에 있어서, 제 1 막 센서(906)는 자기적으로 개량된 막 센서이고, 제 2 막 센서는 변화되지 않은 막 센서이며, 여기서 자기적으로 개량된 막 센서는 우선적으로 비자성 물질에 대한 반자성 물질의 강화와 그 검출을 허용하고, 변화되지 않은 막 센서는 비자성 물질과 반자성 물질의 농축을 강화하고 그 검출을 허용하며, 반자성 물질의 최소한의 농축을 측정할 수 있도록 한다.In another embodiment of the present invention, the first material can be a non-magnetic material and the second material can be a non-magnetic material. In this case, the first membrane sensor 906 is a magnetically improved membrane sensor and the second membrane sensor is an unchanged membrane sensor, wherein the magnetically improved membrane sensor preferentially has a non- Allows for enrichment and detection of the semi-magnetic material, and the unchanged membrane sensor enhances the enrichment of non-magnetic and semi-magnetic materials, permits their detection, and allows for the measurement of minimal enrichment of the semi-magnetic material.

도 20는 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 전지(201)를 도시한다. 특히, 도 20은 제 1 형태의 입자를 포함하는 전해질(205)을 도시한다. 제 1, 2 전극(210, 215)은 전해질(205)에 정렬된다. 제 1 형태의 입자가 상기 제 2 전극(215)에 도달하게 되면 제 1 형태의 입자는 제 2 형태의 입자로 변형된다. 피복(225)은 제 1 자성을 갖는 제 1 물질(230)과 제 2 자성을 갖는 제 2 물질(234)를 포함하기 때문에, 전해질(205)과 상기 전극(215)의 표면 사이의 통로에 제공되는 복수개의 경계(도 15A의 33)를 만들어 낸다. 복수개의 경계면 각각은 상기 통로내에 자기 구배를 갖고, 상기 통로는 약 1 나노미터 또는 약 수 마이크로의 평균 폭을 갖으며, 여기서 상기 제 1 형태의 입자는 제 1 자화율을 갖고, 상기 제 2 형태의 입자는 제 2 자화율을 갖으며, 제 1, 2 자화율은 다르다. 피복(225)은 도 16을 참고하여 기술한 것과 같은 방법으로 운전된다.20 shows another battery 201 according to another embodiment of the present invention. In particular, Figure 20 shows an electrolyte 205 comprising particles of the first type. The first and second electrodes 210 and 215 are aligned with the electrolyte 205. When the particles of the first type reach the second electrode 215, the particles of the first type are transformed into particles of the second type. Since the coating 225 comprises the first material 230 having a first magnetic property and the second material 234 having a second magnetic property, the coating 225 is provided in a passage between the electrolyte 205 and the surface of the electrode 215 (33 in Fig. 15A). Each of the plurality of interfaces having a magnetic gradient in the passageway, the passageway having an average width of about 1 nanometer or about several microns, wherein the particles of the first type have a first magnetic susceptibility, The particles have a second magnetic susceptibility, and the first and second magnetic susceptibilities are different. The cover 225 is operated in the same manner as described with reference to Fig.

피복(225)내의 제 1 물질(230)은 상자성 물질을 포함하고 제 2 물질(234)은 반자성 물질을 포함한다. 다른 방안으로서는, 제 1 물질(230)은 제 1 자화율을 갖는 상자성 물질을 포함할 수 있고, 제 2 물질(234)은 제 2 자화율을 갖는 상자성 물질을 포함할 수 있어서, 상기 제 1 자화율은 제 2 자화율과 다르다. 또 다른 실시예에서, 제 1 물질(230)은 상자성 물질을 포함하고 제 2 물질(234)은 반자성 물질을 포함한다. 다른 방안으로서는, 제 1 물질(230)은 제 1 자화율을 갖는 상자성 물질을 포함할 수 있는 반면, 제 2 물질(234)은 제 2 자화율을 갖는 반자성 물질을 포함할 수 있어서, 상기 제 1 자화율은 제 2 자화율과 다르다. 또 다른 실시예에서, 제 1 물질(230)은 상자성 물질을 포함하고 제 2 물질(234)은 반자성 물질을 포함한다. 다른 방안으로서는, 제 1 물질(230)은 제 1 자화율을 갖는 상자성 물질을 포함할 수 있고, 제 2 물질(234)은 비자성 물질을 구비한다. 또 다른 방안으로서, 제 1 물질(230)은 상자성 물질을 포함하고 제 2 물질(234)은 반자성 물질을 포함한다. 다른 방안으로서는, 제 1 물질(230)은 제 1 자화율을 갖는 반자성 물질을 포함할 수 있고, 제 2 물질(234)은 비자성 물질을 포함한다. 전해질(205)은 전기 분해 가능한 O2, 또는 클로-알카리를 포함할 수 있다.The first material 230 in the coating 225 comprises a paramagnetic material and the second material 234 comprises a semi-magnetic material. Alternatively, the first material 230 may comprise a paramagnetic material having a first magnetic susceptibility, and the second material 234 may comprise paramagnetic material having a second magnetic susceptibility, 2 is different from the susceptibility. In yet another embodiment, the first material 230 comprises a paramagnetic material and the second material 234 comprises a semiconductive material. Alternatively, the first material 230 may comprise a paramagnetic material having a first magnetic susceptibility, while the second material 234 may comprise a semi- magnetic material having a second magnetic susceptibility, It differs from the second magnetic susceptibility. In yet another embodiment, the first material 230 comprises a paramagnetic material and the second material 234 comprises a semiconductive material. Alternatively, the first material 230 may comprise a paramagnetic material having a first magnetic susceptibility, and the second material 234 may comprise a non-magnetic material. As another alternative, the first material 230 comprises a paramagnetic material and the second material 234 comprises a semi-magnetic material. Alternatively, the first material 230 may comprise a non-magnetic material having a first magnetic susceptibility and the second material 234 may comprise a non-magnetic material. The electrolyte 205 may comprise electrolytic O 2 , or claw-alkali.

비균일 자기장에 의한 크로마토그래피 플럭스 강화Enhance chromatographic flux by non-uniform magnetic field

상기한 바와 같이 크로마토그래피적 접근법을 사용하여, 플럭스는 비균일 자기장에 의해 강화될 수도 있다. 이러한 것을 분리 또는 크로마토그래피적 적용(자석식크래마토그래피)이라고 하며 전기화학적인 과정을 수반하지 않는다. 본 발명의 기본적인 사상은 하기와 같다.Using a chromatographic approach as described above, the flux may be enhanced by a non-uniform magnetic field. This is called separation or chromatographic application (magnetic kramatography) and does not involve electrochemical processes. The basic idea of the present invention is as follows.

기본적인 방법론은 철(또는 자화 가능한 물질)사를 피복하여 화학적으로 불활성이 되도록 한다. 금속 와이어의 내측에는 모세관이 형성되어 있다. 모세관은 중합체, 젤, 떤쪼는 분자 및/또는 이온이 이동할 수 있는 다른 물질로 충진된다. 이와 다른 방법으로는, 중합체 또는 그 밖의 물질은 딥 피복(is dip coated) 되거나 불활성 물질의 표면에 직접적으로 캐스트된다 ; 이는 모세관에 대한 필요를 제거한다. 분리될 이온 및/또는 분자는 모세관의 일단에 유입된다. 구배는 튜브의 길이를 따라서 형성되어 튜브를 통하여 분자 및/또는 이온이 이동하도록 한다. 구배는, 예를 들면, 농도 구배 또는 전위 구배이다. (구배의 전체 범위는 시스템에 직접적으로 끌려들어올 수 있는 크래마토그래피에 사용된다. 농도 및 전위 구배외에도, 이는 밀도 구배, 점도 구배, 압력 구배, 이온 교환 용량 구배, 미세구조 기판(고정 상) 극성의 특징적인 치수 구배, 유전 상수 구배 및 유체 흐름 구배 및 대류 구배와 시간 의존형(일시적인 구배 및 펄스))을 포함한다. 모세관이 자기장의 내부에 위치된다. 환형의 자석이 사용될 수 있지만, 다른 기하학적인 모양도 가능하다. 자기장은 내부의 금속 와이어에 집중하게 되고, 자기장이 금속 와이어를 감싸는 중합체 또는 젤에 의해 붕괴되어, 비균일 필드가 형성된다. 젤을 통하여 이동하는 부분은 와이어에 흡인되고 농도 구배와 표면 확산 과정에 의하여 튜브를 비우게 된다.The basic methodology is to coat iron (or magnetizable material) yarns to make them chemically inert. A capillary is formed inside the metal wire. The capillary is filled with polymer, gel, some peelable molecules and / or other materials with which ions can migrate. Alternatively, the polymer or other material may be dip coated or cast directly onto the surface of the inert material; This eliminates the need for capillaries. The ions and / or molecules to be separated are introduced into one end of the capillary. The gradient is formed along the length of the tube to allow molecules and / or ions to move through the tube. The gradient is, for example, a concentration gradient or a potential gradient. (In addition to concentration and dislocation gradients, it is possible to use density gradients, viscosity gradients, pressure gradients, ion exchange capacity gradients, microstructure substrate (stationary phase) polarity Dielectric constant gradients and fluid flow gradients, and convective gradients and time dependent (transient gradients and pulses). The capillary is located inside the magnetic field. Although annular magnets can be used, other geometric shapes are possible. The magnetic field is concentrated on the inner metal wire, and the magnetic field collapses by the polymer or gel surrounding the metal wire, forming a non-uniform field. The part moving through the gel is sucked into the wire and the tube is emptied by concentration gradient and surface diffusion process.

특정한 실시예의 변형도 가능하다. 와이어가 상기에 기술되었지만, 비드를 포함하는 어떠한 형태의 형상에서도 동작되게 된다. 와이어는 철 또는 철산화물 및 영구자석과 초전도체와 같은 자화 가능한 어떠한 물질도 될 수가 있다.Variations of particular embodiments are possible. Although the wire is described above, it will work in any form of shape, including beads. The wire may be any magnetizable material such as iron or iron oxide and a permanent magnet and a superconductor.

화학적으로 불활성을 만들기 위해서 와이어에 입힌 피복은 중합체, 시레인(silanes), 시올(thiols), 실리카, 유리 등을 포함할 수가 있다. 어떤 시스템에서는, 와이어, 용제, 기판의 선택은 와이어가 이미 불활성이고, 피복을 필요로 하진 않는 시스템을 만들어 낼 수가 있다.The wire-clad coating to make it chemically inert may include polymers, silanes, thiols, silica, glass, and the like. In some systems, the choice of wire, solvent, and substrate can result in a system in which the wire is already inert and does not require a coating.

모세관내의 중합체 또는 젤은 이미 기술된(나피온, 폴리(스티렌 술포산염(styrene sulfonate)))의 이온 교환 중합체 또는 벌크 솔벤트보다 높은 점성률을 갖는 다른 물질의 하나가 될 수 있다. 다른 예로서는 이는 아크릴 중합체, 아클레이트 중합체스, Dow-Ex(도우-코닝사의 상표)물질을 포함하는 크래마토그래피에서 공통적으로 사용되는 분리 물질과 연관되며, 용제내에서 자당 또는 글리세롤(글리세린)이기도 하다.The polymer or gel in the capillary can be one of the ion exchange polymers of the previously described (Nafion, poly (styrene sulfonate)) or other materials having a higher viscosity ratio than the bulk solvent. As another example, it is associated with a separating material commonly used in chromatography, including acrylic polymers, acylate polymers, Dow-Ex (trademark of Doo-Corning) materials, Do.

이온 및/또는 분자는, 비록 액체가 가장 확실하지만, 어떠한 상(개스, 액체, 고체, 또는 플라즈마)으로부터도 유입될 수 있다. 분자는 연속적인 분리를 위하여 연속적으로, 또는 한 번의 주조, 또는 여러번 주조로 유입될 수 있다. 비자성 구배는 표면 영역에서 신속하게 튜브로 이동하는 분자를 유입하기 위해 필요하며, 따라서 보다 많은 분자가 자기장내로 유인된다.The ions and / or molecules may be introduced from any phase (gas, liquid, solid, or plasma), although the liquid is most certain. Molecules may be introduced continuously for sequential separation, or as single castings, or multiple castings. A non-magnetic gradient is needed to introduce molecules that migrate quickly to the tube in the surface area, and thus more molecules are attracted into the magnetic field.

외부 자석에 의해서 자화 가능한 와이어 또는 다른 구조물의 내측에 있는 필드의 집중은 물질의 분리와 이동 방향(벡터)를 제거할 수 있도록 행해질 수 있는 것과 같이 펄스 필드, 역 필드, DC 필드, 구배를 갖는 필드에 의해 제어된다. 평행이거나 교차된-젤의 내측에 있는 다른 자기 물질의 조합은 분자 또는 이온의 방향을 안내하고 각각의 다른 자화율을 따라 이들을 분리하는 몇가지 흥미있는 메카니즘을 제공한다. 벡터의 조합은 모든 형태의 분리에 대한 메카니즘을 제공한다는 점에 주목하여야 한다.Concentration of a field inside a wire or other structure that can be magnetized by an external magnet can be effected by a pulse field, a reverse field, a DC field, a field having a gradient, such as can be done to remove the separation and movement direction . The combination of other magnetic materials inside the parallel or crossed gel provides some interesting mechanisms for guiding the direction of the molecules or ions and separating them along each different susceptibility. It should be noted that the combination of vectors provides a mechanism for all types of separation.

스위칭의 가능성도 여기에서는 중요하다는 것에 또한 주목하여야 한다. 이 시슴에서 외부 전자기를 사용함으로서, 효과를 나타내게 하거나 중지시키는 것이 가능하다. 초전도체가 사용된다면, 필드에 온도 변화를 부여함으로서 스위치를 온/오프할 수가 있따.It should also be noted that the possibility of switching is also important here. By using external electromagnetic in this chest, it is possible to show or stop the effect. If a superconductor is used, the switch can be turned on / off by applying a temperature change to the field.

크래마토그래피의 현존하는 분리 방법론과 분리 과학은 여기에서 효과적인 영향을 줄 수가 있다. 분리는 다양한 구배와 흐름에 의해 이루어진다. 이는 확산, 이동, 유체 흐름, 열적 프로그래밍, 젤 여과(size exclusion), 전기 영동, 전기 삼투압 등을 포함한다.The existing segregation methodology and segregation science of chromatograms can have an effective impact here. Separation is achieved by various gradients and flows. This includes diffusion, migration, fluid flow, thermal programming, size exclusion, electrophoresis, electroosmosis, and the like.

상기한 크래마토그래피의 실시예는 도 20A에 도시되어 있다. 도 20A는 모세관(1110), 자석(1120), 철 와이어(1130), 중합체 겔(1140), 용제(1150), 물질(1160)을 구비한 장치(1100)를 도시한다. 도 20B는 금속 와이어에 집중될 수도 있는 대략적인 자기장 라인을 도시한다. 물질(1160)은 모세관(1110)의 일단을 통하여 유입된 다른 물질로부터 분리되게 된다. 물질(1160)은 용제(1150)을 포함하고 있는 모세관 또는 튜브(1110)의 일단으로 유입되고, 구배(농도, 전위, 또는 다른 구배)에 의해 구동되는 모세관 또는 튜브(1110)를 통해 이동하게 하며, 이후 모세관(1110)을 통과하여 비우거나, 그 내부의 중합체 겔(1140)을 통과하여, 물질(1160)의 이동이 자기 특성(자화율)과 자석(1120)에 의해 금속 와이어(1130)에 집중된 자기장에 의해 영향받게 된다. 이후, 물질(1160)은 모세관 또는 튜브(1110)의 일단을 통과한 후 수집되어, 모세관(1110)을 통과하지 않은 나머지 물질이 분리된다.An embodiment of the above-described kramatography is shown in Fig. 20A. 20A shows an apparatus 1100 with a capillary 1110, a magnet 1120, an iron wire 1130, a polymer gel 1140, a solvent 1150, and a material 1160. Figure 20B shows an approximate magnetic field line that may be focused on a metal wire. The material 1160 is separated from the other material introduced through one end of the capillary 1110. The material 1160 flows into one end of the capillary or tube 1110 containing the solvent 1150 and through a capillary or tube 1110 driven by a gradient (concentration, potential, or other gradient) And then moved through the capillary 1110 or through the polymer gel 1140 therein to cause the movement of the material 1160 to be concentrated on the metal wire 1130 by the magnetic properties (susceptibility) and the magnet 1120 It is affected by the magnetic field. The material 1160 is then collected after passing through one end of the capillary or tube 1110 and the remaining material that has not passed through the capillary 1110 is separated.

이러한 그래마토그래피 과정을 위한 단계들을 구비하는 방법은 도 20C에 하기와 같이 기술되게 된다. 단계(1170)에서, 금속 와이어는 화학적으로 불활성이 될 수 있도록 금속 코팅된다. 단계(1172A)에서, 이후 금속 와이어는 모세관 또는 튜브의 내측에 삽입된다. 모세관은 스텝(1172B)에서 분자 또는/이온이 이동할 수 있는 중합체, 겔, (점성을 갖을 수도 있는) 다른 물질로 충진된다. 다른 방안으로서는, 단계(1173)에서는 불활성 와이어가 딥 피복되거나 중합체, 겔 또는 (점성을 갖을 수 있는) 다른 물질로 직접적으로 주조된다. 단계(1176)에서는 이전의 다른 단계에 따라서 모세관이 있는 또는 없는 불활성 와이어는 자기장의 내측에 위치된다. 단계(1178)에서는 구배는 구배의 길이를 따라 발생하고 분리될 물질을 포함하는 이동 물질을 튜브 아래로 이동시킨다. 단계(1180)에서 (분리될 물질을 포함하는) 높은 자화율을 갖는 물질은 불활성 피복과 중합체, 젤, 또는 다른 물질(점성 매트릭스)의 사이에 있는 계면으로 이끌려지고, 이는 자기적으로 대자된 플럭스를 강화하는 계면의 용이한 이동 영역이 된다. 단계(1180)에서, 물질은 중합체 또는 다른 물질과 분자 및/또는 이온이 통과할 수 있는 불활성 피복 사이의 계면을 통하여 이동하며, 튜브를 비우게 되는데, 이는 물질의 자기 특성에 따른 구배와 표면 확산 과정과, 금속 와이어에 집중된 자기장과 금속 와이어로부터 시스템에 발생된 자기 구배와 외부 필드에 의한 것이다.A method comprising steps for such a chromatography process will be described below in Figure 20C. In step 1170, the metal wire is metal coated to be chemically inert. In step 1172A, the metal wire is then inserted into the capillary or tube. The capillary is filled with a polymer, gel, or other material (which may be viscous) capable of moving molecules or ions in step 1172B. Alternatively, in step 1173, an inert wire may be dip coated or cast directly into a polymer, gel, or other material (which may have viscosity). In step 1176, an inert wire with or without a capillary tube is positioned inside the magnetic field according to the other previous steps. In step 1178, a gradient occurs along the length of the gradient and moves the moving material, including the material to be separated, down the tube. In step 1180, a material with a high susceptibility (including the material to be separated) is drawn to the interface between the inert sheath and the polymer, gel, or other material (viscous matrix), which results in a magnetically sputtered flux It becomes an easy moving region of the interface to be reinforced. In step 1180, the material migrates through the interface between the polymer or other material and the inert coating through which the molecules and / or ions can pass and empties the tube, which results in a gradient depending on the magnetic properties of the material and a surface diffusion process And magnetic fields concentrated in the metal wire and the magnetic field generated in the system from the metal wire and the external field.

관련 장치에 또 다른 방법이 하기에 기재된다 :Another method for related devices is described below:

금속 와이어(또는 다른 물질)을 열 수축 물질(테프론으로 가정)에 위치시키는 단계(1310)와 ; 열수축 물질을 열수축시키는 단계(1320)와 ; 나피온 또는 PSS의 층을 딥 피복하고, 딥 피복된 층을 건조(진공 건조기로 가정)하는 단계(1330)과 ; 피복된 와이어의 일단을 씌우고, 관(스파게티 튜브로 가정)에 피복된 와이어를 슬라이딩시키는 단계(1340)와 ; 분리될 물질을 함유하고 있는 용액내에 튜브의 일단을 위치시키는 단계(1350)과 ; 분리될 물질을 함유하고 있지 않은 용액내에 튜브의 일단을 위치시키는 단계(1360)과 (이는 관의 길이 방향 아래로 집중시키게 한다) ; 전체 시스템을 금속 와이어에 대해 방사 방향으로 배향된 자기장내 (중공의 원형 자석으로 가정)에 위치시키는 단계(1370)와 관련된다. 와이어가 영구자석과 같은 금속이외의 재질로 제조된다. 와이어는 일반적인 와이어의 기하학적인 형상보다는 판, 원판, 그 외의 형태나 또는 체적을 포함할 수도 있다.Placing (1310) a metal wire (or other material) on a heat shrinkable material (assuming Teflon); Thermally shrinking the heat shrinkable material (1320); Dip coating a layer of Nafion or PSS and drying (assuming a vacuum dryer) a dip coated layer (1330); Placing one end of the coated wire and sliding the coated wire into a tube (assuming a spaghetti tube) (1340); Positioning (1350) one end of the tube in a solution containing the substance to be separated; Placing (1360) one end of the tube in a solution that does not contain the substance to be separated (which causes it to focus down the length of the tube); (1370) of placing the entire system in a radially oriented magnetic field (assuming a hollow circular magnet) with respect to a metal wire. The wire is made of a material other than a metal such as a permanent magnet. Wires may include plates, discs, or other shapes or volumes, rather than geometric shapes of common wires.

도 21은 상기한 바와 같이, 자기 입자 또는 마이크로비드 및 전극의 표면에 혼합된 백금을 입힌 탄소 입자를 사용한 산소 환원의 주기적인 전압 전류계의 결과를 나타낸다. 산소 환원은 하기하는 바와 같이 4가지 다른 형태의 표면의 변화를 갖는 전극과 비교된다. 실험에서, 용액은 산소로 포화되고, 이후 전극에 가해진 전위는 산소 환원이 발생(+800mV)지 않는 전위에서부터 전극 표면 가까이에 있는 모든 산소의 전위가 전기 분해되는 (-200mV)까지 500mV/s에서 검사된다. 도 21의 곡선 번호 1은 전극 표면(즉, 100% 나피온) 상에 단일의 나피온 필름에 대한 데이터를 나타낸다. 약간의 높은 전류가 43%의 나피온과 57%의 백금을 입힌 탄소(곡선 번호 2)를 함유하는 필름과, 33%의 나피온, 11%의 비상자성 비드, 56%의 백금을 입힌 탄소(곡선 번호 3)(모든 %는 체적)를 함유하는 필름에서 관찰된다. 곡선 번호 4는 32%의 나피온, 11%의 자기 폴리스틸렌 비드, 57%의 백금을 입힌 탄소(모든 %는 체적)의 필름 데이터를 나타낸다. 자기 복합 재료에서, (250mV 대 SCE(기준 전극)에서) 산소 환원 전류는 상당히 높다. 백금을 입힌 탄소의 농도는 각각의 경우에 있어서 40% 정도였다. 이러한 결과는 최적화된 것이 아니지만, 자기 입자와 백금을 입힌 탄소를 전극의 계면에 혼합하여 이동 전압 전류하에서 산소의 플럭스를 상당히 강화하는 것을 나타내었다.Figure 21 shows the results of periodic voltammetry of oxygen reduction using platinum-coated carbon particles mixed on the surfaces of magnetic particles or micro-beads and electrodes, as described above. Oxygen reduction is compared to electrodes having four different types of surface changes as follows. In the experiment, the solution saturates with oxygen, and the potential applied to the electrode is then reduced to 500 mV / s from the potential at which oxygen reduction occurs (+800 mV) until the potential of all oxygen near the electrode surface is electrolyzed (-200 mV) Is inspected. Curve 1 in Figure 21 shows data for a single Nafion film on the electrode surface (i.e., 100% Nafion). A slightly higher current was obtained with a film containing 43% Nafion and 57% platinum coated carbon (Curve No. 2), 33% Nafion, 11% Emergency Magnetic Bead, 56% Curve No. 3) (all percentages are volumetric). Curve 4 shows film data of 32% Nafion, 11% magnetic polystyrene beads, and 57% platinum-coated carbon (all percentages are volumetric). In magnetic composites, the oxygen reduction current (at 250mV vs. SCE (reference electrode)) is quite high. The concentration of platinum-coated carbon was about 40% in each case. These results are not optimized, but show that the flux of oxygen under the moving voltage current is significantly enhanced by mixing the magnetic particles and platinum-coated carbon at the interface of the electrode.

상기에 기술된 데이터는 자기적으로 개량된 계면이 전류와 산소의 플럭스를 강화하는데 있어서 상당한 영향을 갖는 것을 나타내는 청구항을 보다 실체화 시킬 수 있도록 한다. 이러한 강화는 3가지의 메카니즘에 의해서 이루어진다. 첫째, 산소의 플럭스는 자기장에 의해 증가될 수도 있다. 둘째, 자기장은 산소 환원의 운동량에 강한 영향을 미친다. 셋째, 입자의 자기 칼럼 또는 입자는 백금을 입힌 탄소를 복합 재료에 보다 잘 분산시키는 역할을 할 수도 있어서 촉매/탄소 전극 전도체에 의해 계면에 전체에 걸쳐 보다 균일하게 하거나, 산소가 흡수되고 환원을 대기하는 표면 영역을 증가시켜 수집 효율을 강화시키게 된다.The data described above makes it possible to further substantiate the claim that the magnetically improved interface has a significant impact in enhancing the flux of current and oxygen. This enhancement is made by three mechanisms. First, the flux of oxygen may be increased by the magnetic field. Second, the magnetic field has a strong influence on the momentum of oxygen reduction. Third, the magnetic column or particles of the particles may serve to better disperse the platinum-coated carbon into the composite material, thus making the catalyst / carbon electrode conductor more uniform throughout the interface, Thereby increasing the collection efficiency.

도 22에서, 주기적인 피크 전압 전류에 비례하는 파라미터인 kD1/2C는 Y-축으로 점이 찍혀 있고, 반면에 복합 재료내의 탄소 질량%(또는 %중량)은 10-50%사이에서 변화한다(즉, 복합 재료 100g당의 촉매와 결합한 탄소 입자 10-50g부터). 자기 비드 부분은 본 연구에서 10%(질량%, %중량)로 일정하게 유지된다. 복합 재료에서 남는 부분은 나피온이다. 백금을 입힌 탄소 ; 백금 농도는 10, 20, 30 또는 40% 중량이었다. 각각의 포인트에서는 하나의 실험을 행하였다. 플럭스 강화는 탄소에 입힌 백금 20-10%보다 30-40%이 크다. 본질적으로, 백금의 보다 높은 농도에서, 부가적인 촉매는 플럭스를 강화한다.22, kD 1/2 C, which is a parameter proportional to the periodic peak voltage current, is dotted on the Y-axis, while the carbon mass% (or% weight) in the composite varies between 10-50% (I.e., from 10-50 g of carbon particles bound to the catalyst per 100 g of composite material). The magnetic bead portion remains constant at 10% (mass%,% weight) in this study. The remaining part of the composite material is Nafion. Platinum-coated carbon; The platinum concentration was 10, 20, 30 or 40% by weight. One experiment was performed at each point. Flux reinforcement is 30-40% greater than 20-10% platinum on carbon. Essentially, at higher concentrations of platinum, the additional catalyst enhances the flux.

도 21에서의 다른 필름 복합 재료의 비교는 플럭스가 자기 환경에서 높지만, 결과는 자기 효과에 의해서 플럭스 강화라고 확실하게 여겨지지는 않는다. 자기 복합 재료의 구조는 비자성 복합 재료의 구조와는 다르다. 이 결과는 플럭스 강화의 유일한 공급원으로서 표면 면적을 제외시키지는 않는다.A comparison of the other film composites in Figure 21 shows that although the flux is high in the magnetic environment, the result is not believed to be flux enhancement by magnetic effects. The structure of the magnetic composite material is different from that of the nonmagnetic composite material. This result does not exclude surface area as the sole source of flux enhancement.

표 4는 다양한 다른 실험에 대해 파라미터 kD1/2C의 측정된 값을 나타낸다. 이 실험들에서, 사용된 전극은 나피온, 나피온과 비상자성 비드, 또는 나피온과 자기 비드로 변환되었다. 상대적인 피크 전류는 산소 환원 신호에 있어서 강화가 측정된 것이고, k가 추출 파라미터이고, D가 필름에서 O2의 확산 계수이고, C가 용액에서 산소의 농도 나타내는 kD1/2C로서 열거된다. 파라미터 kD1/2C는 피크 전류의 점의 경사에 대한 검사비의 루트 제곱근으로부터 결정된다. 경사는 전극 면적, 패러데이 상수(96485 쿨롱/전자의 몰 및 이동된 전자의 수(약 4))에 의해 환치된다. 표 4에서의 결과는 시험된 날짜별로 그룹을 지었다. 이 연구가 수행되던 당시에 산소 용적을 측정하기 위한 좋은 방법이 없었기 때문에, 주어진 날짜의 결과를 비교하는 것이 최선이었으며, 따라서 주어진 그룹별로 비교하는 것이 최선이었다. 나피온 필름과 처리되지 않은 전극 데이터는 대강의 산소 용적을 파악할 수 있게 한다. A로 표시된 그룹은, 계면에 탄소가 포함되어 있지 않기 때문에 자기 입자가 산소의 환원을 강화한다는 어떠한 증거도 없다. 마지막 샘플에서, 탄소는 전극상의 매트릭스내에 포함된다. 일반적으로, 결과는 탄소가 전극에 포함될 때, 전극 전류는 자석의 존재에 의해서 강화된다. 또한, 이러한 강화는 자석 용량이 증가될 때 보다 크게 된다.Table 4 shows the measured values of the parameter kD 1/2 C for various other experiments. In these experiments, the electrodes used were converted to Nafion, Nafion and non-magnetic beads, or Nafion and magnetic beads. The relative peak current is enumerated as kD 1/2 C, where the enhancement is measured in the oxygen reduction signal, k is the extraction parameter, D is the diffusion coefficient of O 2 in the film, and C is the concentration of oxygen in the solution. The parameter kD 1/2 C is determined from the root-square root of the inspection ratio to the slope of the point of the peak current. The slope is converted by the electrode area, the Faraday constant (9,685 coulombs / mole of electrons and the number of displaced electrons (about 4)). The results in Table 4 were grouped by date tested. Since there was no good way to measure oxygen volume at the time this study was conducted, it was best to compare the results on a given date, so it was best to compare the given groups. Nafion film and untreated electrode data allow a rough estimate of the oxygen volume. The group labeled A has no evidence that the magnetic particles enhance the reduction of oxygen because the interface does not contain carbon. In the last sample, the carbon is contained within the matrix on the electrode. Generally, the result is that when carbon is included in the electrode, the electrode current is enhanced by the presence of the magnet. This enhancement also becomes greater when the magnet capacity is increased.

비활성을 방지하고 연료의 직접적인 재형성을 가능하게 하는 전극 표면의 변화Changes in electrode surface to prevent inactivity and enable direct reforming of the fuel

연료 전지의 개발과 설계에 있어서 대부분의 제약은 전극의 불활성인데, 이는 전극의 표면에 있는 전해질의 중간 물질에 의한 것으로서, 전해 과정을 효과적으로 제거하거나 급격히 저해시킨다. 이러한 증거들은 (급격히 발생하는) 전극 불활성은 종래 기술의 연료 전지가 직접적인 재형성 과정을 이용할 수 없는 직접적인 원인이었다. 직접적인 재형성은 액체 알콜 연료(즉, 메탄올, 에탄올) 또는 탄화수소 연료(즉, 프로판)와 같이 연료가 전극(양극)에 직접적으로 공급되고, 여기서 이 연료는 직접적으로 산화(재형성)된다. 직접적으로 재형성을 하는 동안에, 연료 전지 또는 다른 장치에 액상 또는 기상의 연료가 연료의 적당한 공급원 또는 연료 저장 장치로부터 이동되고 한 개 또는 그 이상의 연료 공급 수단을 경유하여 적당한 전극(들)으로(로) 공급되고, 이는 여러 가지 형태의 펌프를 포함하는 다양한 흡입 또는 압력 장치를 포함할 수도 있다. 연료와 펌핑 장치를 포함하는 개스와 액체를 이동 및/또는 공급하기 위한 장치는 본 기술 분야에서 공지되어 있다.Most constraints on the development and design of fuel cells are inactivation of the electrode, which is due to the intermediate of the electrolyte on the surface of the electrode, effectively eliminating or rapidly inhibiting the electrolysis process. These evidences indicate that (spontaneous) electrode deactivation is a direct cause of the prior art fuel cell's inability to utilize the direct reforming process. Direct reforming is directly supplied to the electrode (anode), such as liquid alcohol fuel (i.e., methanol, ethanol) or hydrocarbon fuel (i.e., propane), where the fuel is directly oxidized (reformed). During direct reforming, the liquid or gaseous fuel is transferred to the fuel cell or other device from a suitable source of fuel or fuel storage device and passed through one or more fuel supply means to the appropriate electrode (s) ), Which may include various suction or pressure devices, including various types of pumps. Devices for moving and / or supplying gas and liquid, including fuel and pumping devices, are known in the art.

에탄올 산화에 의한 연구에서, 처리되지 않은(즉, 피복되지 않은) 전극 또는 촉매와 결합한 자기 마이크로비드 또는 탄소 입자가 없는 복합 재료를 피복하여 변화시킨 극을 갖는 것과 비교하여, 촉매와 결합된 자기 마이크로비드와 탄소 입자를 구비한 자기 복합 재료의 피복을 갖는 개량된 전극을 갖는 경우에 있어서 주기적인 전압 전류가 강화된다는 사실을 나타내었다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 촉매와 결합된 탄소 입자는 백금과 결합된 탄소 입자 즉, 백금을 입힌 탄소(Pt-c)를 구비한다. 에탄올 산화에 대한 주기적인 전압 데이터는 도 23에서 도 29상에 도시되어 있고, 전극이 불활성되는 것을 방지할 수 있는 것 뿐만 아니라 자기적으로 개량된 전극의 표면에서 에탄올의 직접적인 재성형을 위한 파라미터를 나타낸다.In the study by ethanol oxidation, compared to having a poled electrode coated with a magnetic microbead or composite without carbon particles bonded to an untreated (i.e., uncoated) electrode or catalyst, It has been shown that the periodic voltage current is enhanced in the case of having an improved electrode having a coating of a magnetic composite material with beads and carbon particles. In a preferred embodiment of the present invention, the carbon particles bonded with the catalyst have carbon particles bonded with platinum, that is, platinum-coated carbon (Pt-c). The periodic voltage data for ethanol oxidation are shown in Figures 23 to 29 and show not only the ability to prevent the electrodes from being deactivated but also the parameters for direct re-shaping of the ethanol at the surface of the magnetically modified electrode .

전극의 자기적인 변화는 산소의 전기 화학적인 강화 환경에서 자기 복합 재료를 갖는 전극의 변화에 대한 상술된 것과 유사한 방법에 의해서 달성된다. 예를 들면, 주조 혼합물은 하기하는 바에 의해 형성될 수가 있다 :The magnetic change of the electrode is achieved by a method similar to that described above for the change of the electrode with the magnetic composite material in the electrochemical strengthening environment of oxygen. For example, the casting mixture can be formed by:

1. 나피온과 같은 이온 교환 중합체의 현탁액 ;1. Suspensions of ion exchange polymers such as Nafion;

2. 감싸는 재질에 의해서 감싸여지거나 피복되거나, 감싸여지지 않을 수도 있는 자기 마이크로비드 또는 입자 ; 및2. magnetic microbeads or particles which may not be wrapped, covered or wrapped by the wrapping material; And

3. 구성요소(1-3)을 통하여 매개체 또는 담체의 역할을 하는 최소 하나의 적당한 용제 또는 용제 혼합물.3. At least one suitable solvent or solvent mixture acting as an intermediate or carrier through component (1-3).

자기 복합 재료의 특정한 적용 또는 의도된 사용을 포함하는 여러 인자의 수에 의거하여, 주조 혼합물의 촉매에 결합된 탄소 입자 및/또는 백금을 함유하는 입자를 더 포함할 수 있다.Depending on the number of factors involved, including the specific application or intended use of the magnetic composite, it may further comprise particles containing carbon and / or platinum bonded to the catalyst of the casting mixture.

용제, 용제 혼합물 또는 매개체가 증발하기에 앞서서, 전극은 (본 명세서의 전반에 걸쳐 기술된 바와 같이) 전극의 표면에 자기 입자를 배향하고 일정한 구조를 형성할 수 있도록 외부 자기에 배치된다 (그러나 외부 자기장의 존재는 선택적일 수도 있다).Prior to the evaporation of the solvent, solvent mixture or medium, the electrode is placed on the external magnet so that it can orient the magnetic particles on the surface of the electrode (as described throughout this disclosure) and form a constant structure The presence of a magnetic field may be optional).

용제 또는 매개체가 증발하고 나서, 외부 자석이 있다면, 제거되어 자기적으로 개량된 전극과 접촉하는 표면에서 자기 복합 재료의 피복을 할 수 있게 한다. 전극의 표면에 형성된 자기 복합 재료의 피복 또는 필름의 두께는 전극 개조의 과정에서의 다양한 파라미터에 의존하는데 이러한 파라미터는 전극 표면의 단위 면적 당 주조 혼합물의 주조된 체적과 같은 것이다. 일반적으로 자기 복합 재료의 피복의 두께는 0.5-100㎛의 범위내에 있다. 자기 복합 재료의 바람직한 두께의 범위는 2-25㎛이다.After the solvent or the medium has evaporated, if there is an external magnet, it is removed so that it can cover the magnetic composite material at the surface in contact with the magnetically improved electrode. The thickness of the coating or film of the magnetic composite material formed on the surface of the electrode depends on various parameters in the course of electrode modification, such as the cast volume of the casting mixture per unit surface area of the electrode surface. In general, the thickness of the coating of the magnetic composite material is in the range of 0.5-100 mu m. The preferable thickness range of the magnetic composite material is 2-25 탆.

주조 혼합물을 구비하는 여러 가지 요소의 원래 양과 상대적인 양 및 이에 따른 전극 표면 상의 복합 재료 피복 또는 필름의 혼합은 다양할 수 있다. 일반적으로, 복합 재료 피복은 산소 또는 철을 포함하는 자기 마이크로비드와 같은 약 0.01-85%의 비드 또는 마이크로비드와 ; 15-99.99% 중량의 이온 교환 중합체를 구비한다. 자기 복합 재료 피복은, 선택적으로, 촉매 및/또는 백금을 포함한 입자와 결합한 0-80%의 탄소 입자를 더 구비한다. 일반적으로 촉매는 백금을 구비하고, 백금은 탄소 입자의 표면에 입혀질 수도 있다. 촉매 성분과 결합된 탄소 입자와 관련된 여러가지 변형예는 탄소 입자의 표면에 촉매의 성질과 피복의 정도와, 탄소 입자의 크기와 형태를 포함한다. 백금을 함유한 입자는 탄소가 없거나, 탄소를 포함할 수도 있으며, 주로 백금으로 이루어질 수도 있거나, 또는 백금을 포함하는 입자는 필수적으로 백금으로 이루어질 수도 있다(즉, 백금을 포함하는 입자가 95-100% 중량의 백금을 갖음).The original amount and relative amounts of the various elements comprising the casting mixture and hence the composite coating or film mix on the electrode surface may vary. Generally, the composite coating comprises about 0.01-85% of beads or microbeads, such as magnetic microbeads, including oxygen or iron; 15-99.99% by weight of ion exchange polymer. The magnetic composite coating optionally further comprises 0-80% of carbon particles combined with particles comprising catalyst and / or platinum. Generally, the catalyst comprises platinum, and platinum may be coated on the surface of the carbon particles. Various modifications related to the carbon particles bound to the catalyst component include the nature and coverage of the catalyst on the surface of the carbon particles and the size and shape of the carbon particles. Particles containing platinum may be free of carbon, or may comprise carbon, and may consist predominantly of platinum, or the particles comprising platinum may essentially consist of platinum (i.e., % Weight of platinum).

복합 재료를 이루는 탄소 입자의 바람직한 형태는 Vulcan XC-72이다. 본 발명에서 사용될 수도 있는 입자와 결합된 촉매는, 백금, 파라듐, 루테늄, 또는 로듐 및 코발트 또는 니켈을 포함하는 다른 전이금속을 포함할 수도 있다. 탄소 입자와 결합한 촉매의 양은 약 5에서 99.99% 중량의 범위이고, 보다 바람직한 범위는 약 10-50% 중량이다. 탄소 입자와 결합되어 사용될 수도 있는 바람직한 촉매는 백금이다. 본 발명의 보다 바람직한 실시예에서는, 백금이 탄소 입자의 표면에 배치되게 된다.The preferred form of the carbon particles constituting the composite material is Vulcan XC-72. The catalyst associated with the particles, which may be used in the present invention, may include platinum, palladium, ruthenium, or other transition metals including rhodium and cobalt or nickel. The amount of catalyst combined with the carbon particles is in the range of about 5 to 99.99% by weight, more preferably about 10-50% by weight. A preferred catalyst that may be used in combination with carbon particles is platinum. In a more preferred embodiment of the present invention, platinum is disposed on the surface of the carbon particles.

본 발명에서, 복합 재료 피복 또는 필름을 구비하는 바람직한 이온 교환 포리머는 나피온을 구비한다. 자기 복합 재료의 자기 마이크로비드 성분은 산화 철(III) 또는 자철광과 같은 자기 물질의 비드를 구비할 수도 있고, 이는 덧씌우는 물질로 피복될 수도 있고 되지 않을 수도 있다. 자기 마이크로비드를 덧씌우거나 피복하기 위해 사용되는 캡슐 물질은 불활성 물질일 수도 있다. 본 발명의 일실시예에서, 캡류의 물질은 폴리스틸렌을 구비한다. 자기 복합 재료의 자기 마이크로비드 성분을 포함하는 자기 또는 자화가 가능한 물질이 % 중량은 보통 2-90%이다. 자기 복합 재료를 포함하는 자기 입자, 비드 또는 마이크로비드의 크기는 직경 0.1 마이크로미터에서 50㎛의 범위이고 ; 보다 바람직하게는 자기 마이크로비드는 직경 1-10㎛의 범위이다.In the present invention, a preferred ion exchange polymer with a composite coating or film comprises Nafion. The magnetic microbead component of the magnetic composite material may comprise beads of magnetic material such as iron (III) oxide or magnetite, which may or may not be coated with the overlying material. The capsule material used to overlay or coat the magnetic microbeads may be an inert material. In one embodiment of the invention, the material of the cap is of polystyrene. The% weight of the magnetic or magnetizable material containing the magnetic microbead component of the magnetic composite is usually 2-90%. The size of the magnetic particles, beads or microbeads comprising the magnetic composite material ranges from 0.1 micrometers to 50 micrometers in diameter; More preferably, the magnetic microbeads are in the range of 1-10 占 퐉 diameter.

본 발명에 따라서 자기 마이크로비드를 피복하거나 캡슐링하는데 사용되는 캡슐 물질의 범위는, 예를 들면, 다양한 중합체, 시레인, 시올스(thiols), 시리카, 유리 등을 포함할 수도 있다.The range of the capsule material used to coat or encapsulate the magnetic microbeads in accordance with the present invention may include, for example, various polymers, sirens, thiols, silica, glass, and the like.

주조 혼합물의 용제, 용제 혼합물, 또는 매개체 성분은 적당한 용제, 또는 2개 또는 그 이상의 용제의 조합을 포함할 수도 있으며, 이는 주조 혼합물의 다른 성분을 알맞게 용해하거나 또는 부유시켜 전극의 표면에 주조 혼합물이 배치되도록 한다.The solvent, solvent mixture, or mediator component of the casting mixture may comprise a suitable solvent, or a combination of two or more solvents, which properly dissolves or floats the other components of the casting mixture to form a cast mixture .

백금의 표면은 촉매와 결합한 이온 교환 중합체, 자기 마이크로비드, 및 탄소 입자를 구비한 다른 성분의 수와 전극의 표면에 피복을 가함으로서 개량된다. 비교를 위해, 복합 재료는 비자성 마이크로비드와 촉매와 결합한 탄소 입자가 있는 또는 없이 결합한 이온 교환 중합체를 구비하여 마련된다. 개량된 전극을 피복하고 있는 복합 재료가 건조되게 되면, 전극은 에탄올과 같은 연료를 함유하는 용액 또는 용액 매트릭스내에 위치된다.The surface of the platinum is modified by adding a coating to the surface of the electrode and the number of ion-exchange polymers, magnetic microbeads, and other components with carbon particles bonded to the catalyst. For comparison, the composite material is provided with an ion exchange polymer bonded with or without non-magnetic microbeads and carbon particles in combination with the catalyst. When the composite material covering the improved electrode is dried, the electrode is placed in a solution or solution matrix containing fuel such as ethanol.

개량되지 않은 (비처리된) 백금 전극과 다양하게 개량된 전극은 순환적인 전압 전류에 의한 에탄올 산화 환경에서 연구되었다. 전극은 전압 전류를 측정하기 전에 외부 자기장으로부터 제거되었다.Improved (untreated) platinum electrodes and various modified electrodes were studied in an ethanol oxidizing environment with cyclic voltammetry. The electrodes were removed from the external magnetic field before measuring the voltage current.

일련의 첫 번째 실험에서, 이온 교환 중합체 나피온과 비자성(폴리스틸레인)비드(직경 = 1-3㎛)의 표면 피복 또는 필름을 갖는 개량된 전극은 이온 교환 중합체 나피온과 자기 비드(직경 = 1-3㎛)의 표면 피복 또는 필름을 갖는 개량된 전극과 비교되었다. 이 경우에 있어서, 복합 재료 피복 또는 필름은 25% 중량 비드와 75% 중량 나피온으로 이루어진다. 필름 또는 복합 재료 피복은 0.46cm2광을 낸 백금 디스크 전극에 주조된다. 필름은 이후 진공 건조기 내에서 1시간 동안 건조된다. 전극은 18메가 0.1Milli-Q의 물에 전해질로서 Na2SO4를 갖는 에탄올 용액에 위치된다. 용액은 정화되지 않고 주위의 환경 상태에 놓여 있었다. 1시간 동안 용액을 흡수한 후, 각각의 전극은 데이터가 기록되기 전에 500Mv/S와 -700과 900mV의 스캔비로 100번 스캔된다. 이와 같이 반복된 주기는 불활성에 민감하고 주기를 반복함으로서 불활성이 될 수 있는 전극이 불활성이 되게 유도하기 위해서 수행된다. 주기적인 전압 전류는 자기 필름을 갖고 있는 전극과 비자기 필름을 갖고 있는 전극 모두에 대해서 500, 200, 100, 50 및 20mV/s의 스캔비로 기록된다. 일련의 실험의 첫번째 결과는 도 23A, 23B, 24A-C에 도시되어 있다.In a series of first experiments, an improved electrode with an ion exchange polymer or a surface coating or film of a nonionic (polystyrene) bead (diameter = 1-3 μm) and an ion exchange polymer or a magnetic bead = 1-3 [mu] m) or with an improved electrode having a film. In this case, the composite coating or film consists of 25% weight beads and 75% weight Nitrogen. The film or composite coating is cast onto a 0.46 cm < 2 > lighted platinum disk electrode. The film is then dried in a vacuum dryer for 1 hour. The electrode is placed in an ethanol solution with Na 2 SO 4 as electrolyte in water of 18 mega 0.1 Milli-Q. The solution was not purified and was in an ambient environmental condition. After absorbing the solution for one hour, each electrode is scanned 100 times at 500 Mv / S and a scan rate of -700 and 900 mV before the data is written. This repeated cycle is performed to induce inactivation of the electrode, which is inactive and can be inactivated by repeating the cycle. Periodic voltage currents are recorded at scan rates of 500, 200, 100, 50 and 20 mV / s for both electrodes with magnetic films and electrodes with non-magnetic films. The first result of a series of experiments is shown in Figures 23A, 23B, 24A-C.

도 23A와 23B는 나피온과 비자기 마이크로비드(23A) 또는 자기 마이크로비드(23B)(25% 체적 비드, 75% 체적 나피온)중 어느 하나를 구비한 표면 복합 재료를 갖는 백금 전극을 사용한 에탄올 산화(0.1M Na2SO46mM 에탄올)의 주기적인 전압 전류 데이터를 나타낸다. 주기적인 볼타그램은 500, 200, 100, 50 및 20mV/s의 스캔비로 기록된다. 도 24A, 24B, 24C는 비자기 마이크로비드와 나피온(25% 체적 비드, 75% 체적 나피온)을 구비한 표면 복합 재료를 갖는 백금 전극을 사용하고, 자기 마이크로비드와 나피온(25% 체적 비드, 75% 체적 나피온)을 구비한 표면 복합 재료를 갖는 백금 전극을 사용한 에탄올 산화(0.1M Na2SO47mM 에탄올)의 주기적인 전압 전류 데이터를 나타낸다. 주기적인 전압 전류 데이터는 500mV/s(도 24A), 100mV/s(도 24B) 및 20mV/s의 스캔비로 기록된다.23A and 23B illustrate the use of a platinum electrode having a surface composite material with either Nafion and nonmagnetic microbeads 23A or magnetic microbeads 23B (25% volume beads, 75% volume Nafion) Periodic voltage and current data of the oxidation (0.1 M Na 2 SO 4 6 mM ethanol) are shown. Periodic Volta grams are recorded at scan rates of 500, 200, 100, 50 and 20 mV / s. Figures 24A, 24B and 24C illustrate the use of a platinum electrode with a non-magnetic microbead and a surface composite material with Nafion (25% volume bead, 75% volume Nafion), magnetic microbeads and Nafion (0.1M Na 2 SO 4 7mM ethanol) using a platinum electrode having a surface composite material having a surface roughness of 100 Å, bead, 75% volume Nafion. The periodic voltage and current data is recorded at a scan rate of 500 mV / s (Fig. 24A), 100 mV / s (Fig. 24B) and 20 mV / s.

다르게 개량된 전극을 사용하는 에탄올 전기 분해의 전압 전류가 비교되면, 백금을 입힌 탄소가 없는 비자기 피복과 비교하여 자기 복합 재료의 경우에 있어서는 약간의 차이가 또는 차이가 없는 것으로 감지된다. 500mV/s의 스캔비에서, 자기 필름과 비자기 필름에 대해 주기적인 전압 전류는 서로 겹쳐진다. 500mV/s 스캔비에 대한 데이터를 나타내는 도 24A에서, -600 -1200mV 사이의 피크는 자기 필름과 비교해서 비자기 필름이 아주 크지만, 각각의 제2피크는 서로 겹쳐진다. 도 24B와 도 24C에서, 자기 필름과 비자기 필름에 있어서, 차이점은 없다.When the voltage currents of the ethanol electrolysis using differently modified electrodes are compared, it is perceived that there is little or no difference in the case of the magnetic composite as compared to the non-magnetic plated carbonless carbon. At a scan rate of 500 mV / s, the periodic voltage currents for the magnetic and non-magnetic films overlap each other. In Fig. 24A, which shows data for a 500 mV / s scan ratio, the peak between -600 and 1200 mV is very large compared to the magnetic film, but the respective second peaks overlap each other. In Figs. 24B and 24C, there is no difference between the magnetic film and the non-magnetic film.

에탄올 전기 분해의 전압 전류에 대한 일련의 제2의 실험에서, 전극 표면은 백금 촉매와 결합된 탄소 입자를 구비하는 복합 재료로 변형된다. 따라서, 백금을 입힌 탄소 입자, 나피온, 자기 비드를 구비한 피복 또는 필름을 갖는 전극은 백금을 입힌 탄소 입자, 나피온, 비자기(포리스티렌) 비드를 구비한 피복을 갖는 전극과 피복되지 않은(비처리된) 전극과 비교된다. 실험 세부 사항은 일련의 첫 번째 실험에 대해 일반적으로 개관한 것과 같고, 하기하는 점에 있어서 다르다.In a series of second experiments on the voltage current of ethanol electrolysis, the electrode surface is transformed into a composite material comprising carbon particles bonded with a platinum catalyst. Thus, the electrode with the platinum-coated carbon particles, Nafion, magnetic beads, or the film has the coating with platinum-coated carbon particles, Nafion, non-magnetic (polystyrene) beads, (Untreated) electrode. The experimental details are the same as those outlined for the first set of experiments in general, and differ in what follows.

4개의 다른 복합 물질이 일련의 2번째 실험에서 사용되는 전극을 피복할 수 있도록 공식화되고, 필름6-필름9와 같이 설계된다. 이러한 필름에서 사용되는 촉매와 결합한 탄소 입자는 20% 중량 백금을 함유한 Vulcan XC-72(E-Tek, Natick, MA)의 형태이었다. 복합 재료 피복 또는 필름의 성분은 Pt-C로 불린다. 각각의 필름을 사용하기 위한 각각의 다른 복합 재료의 공식에서 비드의 % 량은 11%로 유지된다. 필름6-필름9는 비자성폴리에스틸렌과, 비드를 포함하는 반면에 필름7과 필름8은 자기 비드를 포함한다. 4개의 필름 각각의 중량비 구성은 하기와 같다.Four different composite materials are formulated to cover the electrodes used in the second series of experiments and are designed as Film 6-Film 9. The carbon particles associated with the catalyst used in these films were in the form of a Vulcan XC-72 (E-Tek, Natick, Mass.) Containing 20% by weight platinum. The component of the composite coating or film is referred to as Pt-C. The amount of beads in the formula for each of the other composites to use each film is maintained at 11%. Film 6- The film 9 contains nonmagnetic polyesters and beads whereas the films 7 and 8 contain magnetic beads. The weight ratio of each of the four films is as follows.

필름 6 : 26% Pt-C ; 63% 나피온 ; 11% 폴리스틸렌 비드Film 6: 26% Pt-C; 63% Nafion; 11% polystyrene beads

필름 7 : 26% Pt-C ; 63% 나피온 ; 11% 자기 비드Film 7: 26% Pt-C; 63% Nafion; 11% magnetic beads

필름 8 : 76% Pt-C ; 13% 나피온 ; 11% 자기 비드Film 8: 76% Pt-C; 13% Nafion; 11% magnetic beads

필름 9 : 76% Pt-C ; 13% 나피온 ; 11% 폴리스틸렌 비드Film 9: 76% Pt-C; 13% Nafion; 11% polystyrene beads

필름 6-필름 9에서 하나의 필름으로 피복한 전극과 비처리된(피복되지 않은) 전극에 대해, 스캔비의 범위에서, 주기적인 볼타전압 전류가 측정된다. 결과가 도 25-29에 제시되어 있다.For film 6-film 9 with one film coated and untreated (uncoated) electrodes, periodic volt-ampere voltage currents were measured over the range of the scan ratio. The results are shown in Figures 25-29.

도 25는 500, 200, 100, 50 및 20mV/s의 스캔비로 기록된 비처리된(피복되지 않은) 백금 전극을 사용하여 에탄올 산화(0.1003M Na2SO46.852mM 에탄올)의 주기적인 전압 전류 데이터를 나타낸다. 도 26A와 26B는 필름6과 필름7에 있는 표면 복합 재료에 있는 백금 전극을 각각 사용한 에탄올 전기 분해(0.1003M Na2SO46.852mM 에탄올)의 주기적인 전압 전류 데이터를 나타낸다. 볼타모그램은 500, 200, 100, 50 및 20mV/s의 스캔비로 기록된다. 도 27A와 27B는 필름8과 필름9에 있는 표면 복합 재료에 있는 백금 전극을 각각 사용한 에탄올 전기 분해(0.1003M Na2SO46.852mM 에탄올)의 주기적인 전압 전류 데이터를 나타낸다. 볼타모그램은 500, 200, 100, 50 및 20mV/s의 스캔비로 또다시 기록되었다.25 is a graph showing the relationship between the periodic voltage currents of ethanol oxidation (0.1003 M Na 2 SO 4 6.852 mM ethanol) using untreated (uncoated) platinum electrodes recorded at scan rates of 500, 200, 100, 50 and 20 mV / Data. Figure 26A and 26B are surfaces ethanol electrolysis using a platinum electrode, respectively in the composite material in the film 6 and film 7 shows a periodic voltage and current data of the (0.1003M Na 2 SO 4 6.852mM ethanol). Volta momograms are recorded at scan rates of 500, 200, 100, 50 and 20 mV / s. Figure 27A and 27B are surfaces ethanol electrolysis using a platinum electrode, respectively in the composite material in the film 8 and the film 9 shows a periodic voltage and current data of the (0.1003M Na 2 SO 4 6.852mM ethanol). Volta momograms were again recorded at scan rates of 500, 200, 100, 50 and 20 mV / s.

도 28A는 비처리된 백금 전극과 필름6(비자성)과 필름7(자성)에 있는 표면 복합 재료에 있는 백금 전극을 사용한 에탄올 산화(0.1M Na2SO46mM 에탄올)의 주기적인 전압 전류 데이터를 나타낸다. 볼타모그램은 500, 200, 100, 50 및 20mV/s의 스캔비로 기록되었다. 이 스캔비에서 비처리된 전극과 비자기 필름6으로 피복된 전극은 거의 동일한 효과를 갖는 것으로 나타났다. 대조적으로, 자기 필름7로 피복된 전극은 비자기 필름으로 피복된 전극에서 기록된 값의 약 2배의 전류를 나타내었다.Figure 28A is a cyclic voltammetry data for ethanol oxidation using a platinum electrode on the surface of the composite material in the untreated platinum electrode and the film 6 (non-magnetic) and film 7 (magnetic) (0.1M Na 2 SO 4 6mM ethanol) . Volta motograms were recorded at scan rates of 500, 200, 100, 50 and 20 mV / s. In this scan ratio, the untreated electrode and the electrode coated with the nonmagnetic film 6 showed almost the same effect. In contrast, the electrode coated with the magnetic film 7 exhibited a current of about twice the value recorded at the electrode coated with the non-magnetic film.

에탄올 산화는 수많은 전자의 과정으로서, 많은 중간물을 갖으며 ; 전위의 범위에 걸쳐 단계들이 발생하고 전위는 pH에 의존한다. 그러나, 자기 복합 재료 필름에서 관찰된 약 -100mV에서의 피크는 에탄올 산화(도 28A 참조)에 상응한다. 도 28B와 도 28C는 비처리된 백금 전극과 필름6(비자성)과 필름7(자성)에 있는 표면 복합 재료에 있는 백금 전극을 사용한 에탄올 산화(0.1M Na2SO46mM 에탄올)의 주기적인 전압 전류 데이터를 나타내고, 그렇지만 도 28A에 대해서는 100mV/s와 20mV/s의 스캔비로 기록되었다. 이 스캔비에서 비처리된 전극과 비자기 필름6으로 피복된 전극은 거의 동일한 효과를 갖는 것으로 나타났다. 대조적으로, 자기 필름7로 피복된 전극은 비자기 필름으로 피복된 전극에서 기록된 값의 약 2배의 전류를 나타내었다.Ethanol oxidation is a process of many electrons, with many intermediates; Stages occur over a range of potentials and the potential is pH dependent. However, the peak at about -100 mV observed in the magnetic composite film corresponds to ethanol oxidation (see Fig. 28A). Of Figure 28B and Figure 28C is a period of ethanol oxidation using a platinum electrode on the surface of the composite material in the untreated platinum electrode and the film 6 (non-magnetic) and film 7 (magnetic) (0.1M Na 2 SO 4 6mM ethanol) Voltage current data. However, in FIG. 28A, the data was recorded at a scan rate of 100 mV / s and 20 mV / s. In this scan ratio, the untreated electrode and the electrode coated with the nonmagnetic film 6 showed almost the same effect. In contrast, the electrode coated with the magnetic film 7 exhibited a current of about twice the value recorded at the electrode coated with the non-magnetic film.

에탄올 산화는 수많은 중간물을 갖는 전자의 과정으로서, 단계들이 전위와 범위에 걸쳐 발생하고 전위는 pH 의존형이다. 그러나, -100mV에서의 피크는 에탄올 산화(도 28A 참조)에 대응하는 자기 복합 재료 필름에서 관찰된다. 도 28B와 28C는 비처리된 백금 전극을 사용하고 필름6(비자성) 또는 필름7(자성)에 가해진 표면 복합 재료가 형성된 백금전극을 사용한 에탄올 산화(0.1M Na2SO46mM 에탄올)에 대한 주기적인 전압 전류 주기를 또한 나타내고, 도 28A에 대해서는, 100mV/s 및 20mV/s의 스캔비로 행해진다. 비 자기 필름6과 비교한 자기 필름7에 대해서 강화된 전류는 도 28B와 도 28C에 또한 도시 된다. 효과는 도 28C(20mV/S 스캔비)에 특히 잘 예시되어 있는데, 이 경우에 있어서는 산화 웨이브가 -300mV의 자기 복합 필름으로 피복된 전극에 대한 매우 명확하지만, 비처리된 전극과 비자기 복합 재료로 피복된 전극 모두에 대해서는 전혀 존재하지 않는다.Ethanol oxidation is a process of electrons with numerous intermediates, in which steps occur over potentials and ranges and potentials are pH dependent. However, a peak at -100 mV is observed in a magnetic composite film corresponding to ethanol oxidation (see Fig. 28A). Figure 28B and 28C are for ethanol oxidation using a platinum electrode is formed on the surface of the composite material is applied using the non-treated film, and a platinum electrode 6 (non-magnetic) or a film 7 (magnetic) (0.1M Na 2 SO 4 6mM ethanol) Periodic voltage and current cycles are also shown, and for Fig. 28A, scan rates of 100 mV / s and 20 mV / s are performed. The enhanced current for the magnetic film 7 compared to the non-magnetic film 6 is also shown in Figures 28B and 28C. The effect is particularly well illustrated in FIG. 28C (20 mV / S scan ratio), in which case the oxidation wave is very clear for an electrode coated with a -300 mV magnetic composite film, but with an untreated electrode and a non- But not for all of the coated electrodes.

전극의 자기 변화가 불활성을 방지한다는 또 다른 증거는 복귀 소개가 일어났을 때 +100mV에서 발견된다. 이와 대조적으로, 비처리된 전극과 개량된 복합재료를 갖는 전극은 먼저 음전류로 진동하고 이후 양전류로 변동하는 웨이브를 모두 나타낸다. 나중의 웨이브 형태는 전극의 표면으로부터 불활성 층을 일관되게 벗겨냄으로서, 화학 물질을 생성시키는데, 그렇지 않을 경우(즉, 불활성 층이 형성되지 않을 경우) 저전위에서 전기 분해되어 (그러나, 불활성 층에 의해 전기 분해가 방해되는) 불활성층이 전극으로부터 벗겨지게 되면 전기 분해가 발생하게 된다.Another evidence that the magnetic variation of the electrode prevents inactivation is found at +100 mV when a reentrant introduction occurs. In contrast, an electrode with an untreated electrode and an improved composite material exhibits both a wave initially oscillating with a negative current and then varying with a positive current. The latter wave forms consistently strip the inert layer from the surface of the electrode, thereby creating a chemical, otherwise it is electrolyzed at low electric potential (i.e., when the inert layer is not formed) Electrolysis occurs when an inert layer (which is disturbed by electrolysis) peels off the electrode.

SCE에 대한 -400mV에서 나타나는 바와 같이, 자기적으로 개량된 전극에서 에탄올의 전기 분해가 화학적으로 반대인 몇가지 증거가 나타난다. 가장 잘 분석된 전압 전류는 낮은 스캔비에서 얻어진다는 사실이 본 발명에 따라 복합 재료 피복으로 자기적으로 개량된 전극이 안정된 상태의 연료 전지 적용에 있어서 상업적으로 평가받는 전기 화학 과정에 잘 수행될 수 있다는 양호한 표시이다. 불활성에 강한 또는 보다 덜 민감한 전극은 불활성에 보다 민감한 전극과 비교하여 보다 간기간동인 높은 출력을 제공하게 될 것이다.As evidenced at -400 mV for SCE, there is some evidence that the electrolysis of ethanol at the magnetically modified electrode is chemically reversed. The fact that the best analyzed voltage current is obtained at a low scan rate suggests that electrodes magnetically modified with composite coatings according to the present invention can be well performed in electrochemical processes that are commercially evaluated for stable fuel cell applications This is a good indication. Electrodes that are strong or less sensitive to inertness will provide higher output power over a period of time compared to electrodes that are more sensitive to inertness.

도 29A는 비처리된 백금 전극을 사용하고 필름8(자성) 또는 필름9(비자성)에 가해진 표면 복합 재료가 형성된 백금 전극을 사용한 에탄올 산화(0.1M Na2SO46mM 에탄올)에 대한 주기적인 전압 전류 주기를 데이터를 나타낸다. 전압 전류 데이터는 500mV/s의 스캔비로 기록된다. 도 29B와 도 29C는 비처리된 백금 전극을 사용하고 필름9(비자성) 또는 필름8(자성)에 가해진 표면 복합 재료가 형성된 백금 전극을 사용한 에탄올 산화(0.1M Na2SO46mM 에탄올)에 대한 주기적인 전압 전류 주기를 또한 나타내고, 그러나 도 29A에 대해서는, 100mV/s 및 20mV/s의 스캔비가 각각 행해진다. 게다가, 비자성 필름(필름8)이 피복된 전극은 비자성 필름(필름9)를 갖는 전극보다 매우 높은 전류를 갖는 것으로 나타난다. 필름9의 경우에 있어서는, 도 29A-C로부터 이러한 비자성 필름이 피복된 전극은 필름에서 백금을 입힌 탄소의 % 보다 상대적으로 높기 때문에, 비처리된 전극 보다 매우 높은 전류를 갖는 것으로 나타난다(도 28A의 필름 6 참조). 도 29C를 참조하면, 자기 필름에 대한 전압 전류의 궤적은 비자성 필름 또는 비처리된 전극에 대한 전압 전류 궤적에 비하여 보다 큰 피크를 갖고 있다. 이는 필름의 자기 입자와 결합한 자기장의 에탄올 산화의 중간물을 안정화시켰기 때문이다.Figure 29A is periodic for ethanol oxidation using a platinum electrode is formed on the surface of the composite material is applied using the untreated Pt electrode film 8, and the (magnetic) or a film 9 (non-magnetic) (0.1M Na 2 SO 4 6mM ethanol) The voltage and current cycles represent the data. The voltage current data is recorded at a scan rate of 500 mV / s. In FIG. 29B and FIG. 29C is ethanol oxidation using a platinum electrode is formed on the surface of the composite material is applied using the untreated platinum electrode and the film 9 (non-magnetic) or film 8 (magnetic) (0.1M Na 2 SO 4 6mM ethanol) Also for the periodic voltage and current cycles for Fig. 29A, a scan ratio of 100 mV / s and 20 mV / s, respectively, is made. In addition, the electrode coated with the nonmagnetic film (film 8) appears to have a much higher current than the electrode with the nonmagnetic film (film 9). In the case of film 9, it can be seen from Figs. 29A-C that the electrode coated with such a non-magnetic film has a much higher current than the untreated electrode because it is relatively higher than the percentage of platinum-coated carbon in the film 6). Referring to Figure 29C, the trajectory of the voltage current to the magnetic film has a larger peak than the voltage current trajectory for the non-magnetic film or untreated electrode. This is because it stabilizes the intermediate of the ethanol oxidation of the magnetic field combined with the magnetic particles of the film.

전체적으로 살펴볼 때, 본 발명에 따른 데이터는 전극의 불활성을 방지하는데 있어서 전극의 자기 변화에 일관되게 나타난다. 본 발명의 성분, 장치, 방법은 또한 에탄올과 같은 액체 연료가 자기적으로 개량된 전극의 표면에서 직접적으로 재형성되게 한다. 이러한 성분, 장치와 방법은 자유 래디칼 메카니즘 또는 다전자 이동 과정이 수반되는 전기 화학의 개발에 관계된 다양한 적용과 연료 전지의 적용에 있어서 잇점을 가져온다.Taken together, the data consistent with the present invention appear consistent with the electrode's magnetic variation in preventing electrode deactivation. The components, apparatus, and methods of the present invention also allow liquid fuel, such as ethanol, to be directly reformed at the surface of the magnetically modified electrode. These components, devices and methods are advantageous in various applications related to the development of electrochemistry involving free radical mechanisms or multielectron transfer processes and in the application of fuel cells.

본 발명의 다수의 부가적인 개조, 개량 및 변형이 상기한 기술의 견지에서 가능하다. 따라서, 본 발명은 특정 개시된 것 이상으로 실용화될 수 있으며, 본 발명의 범위는 상기 제시된 실시예보다는 첨부된 청구항들에 의해 한정된다고 이해되어져야 할 것이다.Numerous additional modifications, improvements and variations of the present invention are possible in light of the above teachings. Accordingly, it is to be understood that the present invention may be practiced other than as specifically described, and that the scope of the present invention is limited only by the appended claims rather than the described embodiments.

[표 4][Table 4]

Claims (47)

표면이 있는 전극과 ;An electrode having a surface; 상기 표면 상에 있는 자기 복합 재료를 포함하여 구성되며, 상기 자기 복합 재료는 중량으로 15% 내지 85%의 이온 교환 중합체와 0.01% 내지 85%의 자기 마이크로비드(magnetic microbead)를 포함하여, 상기 자기 복합 재료가 상기 전극 표면의 불활성화(passivation)를 방지하는 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the magnetic composite material comprises 15% to 85% by weight of an ion exchange polymer and 0.01% to 85% by weight of a magnetic microbead, Wherein the composite material prevents passivation of the electrode surface. 제 1 항에 있어서, 상기 자기 복합 재료는 촉매와 결합된 전자 전도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 1, wherein the magnetic composite material further comprises an electronic conductor coupled to the catalyst. 제 2 항에 있어서, 촉매와 결합된 상기 전자 전도체는 백금과 결합된 탄소 입자를 포함하고 상기 이온 교환 중합체는 나피온(Nafion)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.3. The apparatus of claim 2, wherein the electron conductor coupled with the catalyst comprises carbon particles bonded with platinum and the ion exchange polymer comprises Nafion. 접촉되어 있는 면에 자기 복합 재료를 가지고 있는 적어도 하나의 전극을 포함하여 구성되며, 상기 자기 복합 재료는 중량으로 0.01% 내지 85%의 자기 마이크로비드와 15% 내지 85%의 이온 교환 중합체와 80%까지의 촉매와 결합된 탄소 입자를 포함하여 상기 자기 복합 재료가 상기 전극의 불활성화(passivation)를 방지하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.Wherein the magnetic composite material comprises 0.01% to 85% by weight of magnetic microbeads, 15% to 85% of an ion exchange polymer and 80% of an ion exchange polymer, Wherein the magnetic composite material comprises carbon particles in combination with a catalyst to prevent the passivation of the electrode. 제 4 항에 있어서, 상기 연료 전지에 대한 연료 공급원을 더 포함하여 구성되며, 상기 적어도 하나의 전극은 하나의 양극을 포함하고, 상기 양극과 접촉되어 있는 면의 상기 자기 복합 재료는 상기 양극의 면에서 상기 연료를 직접 개질할 수 있게 하여 상기 양극의 면은 불활성화에 저항하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.5. The fuel cell according to claim 4, further comprising a fuel supply source for the fuel cell, wherein the at least one electrode comprises one anode, and the magnetic composite material on the surface in contact with the anode has a surface So that the surface of the anode is resistant to deactivation. 피복 안된 전극을 제공하는 단계와 ;Providing an uncovered electrode; 99.99%의 이온 교환 중합체, 자기 마이크로비드 및 용매를 포함하는 주조용 혼합물을 전극의 면에 주조하는 단계와 ;Casting a casting mixture comprising 99.99% of an ion exchange polymer, magnetic microbeads and a solvent on the side of the electrode; 전극의 면에서 용매를 증발시켜 자기 복합 재료로 된 0.5 내지 100㎛ 두께의 표면 피복이 있는 전극을 생산하는 단계를 포함하여 구성되어, 상기 전극은 불활성화에 저항하는 것을 특징으로 하는 자기 복합 재료로 피복된 면을 가지고 있어서 불활성화에 저항하는 전극을 제조하는 방법.And evaporating the solvent from the surface of the electrode to produce an electrode having a surface coating of 0.5-100 탆 thickness made of a magnetic composite material, wherein the electrode is resistant to deactivation A method of making an electrode having a coated surface to resist deactivation. 제 6 항에 있어서, 상기 피복 안된 전극을 제공하는 단계는 연료를 산화시키는 연료 전지의 피복 안된 양극을 제공하는 단계를 포함하며, 상기 전극의 면에서 용매를 증발시키는 단계는 양극의 면에서 용매를 증발시켜 자기 복합 재료로 된 표면 피복이 있는 양극을 생산하는 단계를 포함하여, 양극은 불활성화에 저항하고 연료를 직접 개질하는 것을 특징으로 하는 자기 복합 재료로 피복된 면을 가지고 있어서 불활성화에 저항하는 전극을 제조하는 방법.7. The method of claim 6, wherein providing the coated electrode comprises providing a coated anode of a fuel cell oxidizing fuel, wherein evaporating the solvent at the surface of the electrode comprises: Wherein the anode has a surface coated with a magnetic composite material characterized by being resistant to deactivation and directly reforming the fuel, wherein the anode has a surface coated with a magnetic composite material, / RTI > 중량으로 약 0.01% 내지 85%의 자기 마이크로비드와 약 15% 내지 99.99%의 이온 교환 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 불활성화를 방지하기 위하여 전극의 면에 피복하기 위한 자기 복합 재료.Characterized in that it comprises from about 0.01% to 85% by weight of magnetic microbeads and from about 15% to 99.99% of ion exchange polymers by weight, in order to prevent deactivation of the electrodes. 제 8 항에 있어서, 촉매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 불활성화를 방지하기 위하여 전극의 면에 피복하기 위한 자기 복합 재료.The magnetic composite material according to claim 8, further comprising a catalyst, for coating the surface of the electrode to prevent deactivation of the electrode. 제 8 항에 있어서, 백금을 함유하는 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 불활성화를 방지하기 위하여 전극의 면에 피복하기 위한 자기 복합 재료.The magnetic composite material according to claim 8, further comprising particles containing platinum, for coating the surface of the electrode to prevent deactivation of the electrode. 자석 입자와 이온 교환 중합체와 촉매를 포함하는 자기 복합 재료로 된 면 피복이 되어 있는 적어도 하나의 자기적으로 개량된 전극을 가지고 있는 연료 전지를 제공하는 단계와 ;Providing a fuel cell having at least one magnetically improved electrode that is surface coated with magnetic particles and a magnetic composite material comprising an ion exchange polymer and a catalyst; 상기 자기적으로 개량된 전극에 연료를 전달하는 단계를 포함하여 구성되어, 상기 연료는 전극에서 직접 개질되고, 상기 자기 복합 재료 면 피복은 전극의 불활성화를 방지하는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 자기적으로 개량된 전극 면에서 연료를 직접 개질하는 방법.And transferring the fuel to the magnetically improved electrode, wherein the fuel is directly modified at the electrode, and the magnetic composite surface coating prevents deactivation of the electrode. A method for directly reforming fuel on an electrode surface that has been improved as a whole. 제 11 항에 있어서, 상기 전달하는 단계는 액체 연료, 기체 연료, 연료의 혼합물을 상기 자기적으로 개량된 전극에 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지의 자기적으로 개량된 전극 면에서 연료를 직접 개질하는 방법.12. The method of claim 11 wherein the step of delivering comprises delivering a mixture of liquid fuel, gaseous fuel, and fuel to the magnetically improved electrode. A method of directly reforming a fuel. 자기 복합 재료가 면 상에 있는 적어도 하나의 자기적으로 개량된 전극과 ;At least one magnetically improved electrode having a magnetic composite material on a surface; 상기 적어도 하나의 자기적으로 개량된 전극에 연료를 전달하는 전달 수단을 포함하여 구성되어, 연료가 상기 적어도 하나의 자기적으로 개량된 전극에서 직접 개질되고, 상기 자기 복합 재료가 상기 적어도 하나의 자기적으로 개량된 전극의 불활성화를 방지하는 것을 특징으로 하는 연료를 직접 개질하는 연료 전지.And a transfer means for transferring fuel to the at least one magnetically improved electrode, wherein fuel is directly modified at the at least one magnetically improved electrode, Wherein the fuel cell is a fuel cell. 제 13 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기적으로 개량된 전극은 자기 마이크로비드, 이온 교환 중합체 및 촉매를 포함하는 자기 복합 재료를 포함하는 막이 그 위에 있는 면을 가지고 있는 양극을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료를 직접 개질하는 연료 전지.14. The method of claim 13, wherein said at least one magnetically enhanced electrode comprises a positive electrode having a face over which a film comprising a magnetic composite material comprising magnetic microbeads, an ion exchange polymer, and a catalyst, Fuel cell directly reforming the fuel. 제 13 항에 있어서, 상기 자기 복합 재료는 촉매와 결합된 탄소 입자를 포함하며, 상기 자기 마이크로비드는 산화철(III)이나 마그네타이트(magnetite)를 포함하고, 상기 이온 교환 중합체는 나피온을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료를 직접 개질하는 연료 전지.14. The method of claim 13, wherein the magnetic composite material comprises carbon particles bound to a catalyst, wherein the magnetic microbeads comprise iron oxide (III) or magnetite, and the ion exchange polymer comprises nafion A fuel cell characterized by directly reforming the fuel. 면이 있는 전극과 ;An electrode having a surface; 상기 면상에 있는 촉매와 결합된 탄소 입자를 포함하는 자기 복합 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And a magnetic composite material comprising carbon particles bonded with a catalyst on said surface. 제 16 항에 있어서, 상기 자기 복합 재료는 산화철(III)이나 마그네타이트를 포함하는 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.17. The apparatus of claim 16, wherein the magnetic composite material further comprises particles comprising iron (III) oxide or magnetite. 제 17 항에 있어서, 상기 산화철(III)이나 마그네타이트를 포함하는 입자는 피복안된 산화철(III)을 포함하고, 상기 촉매는 백금을 포함하고, 상기 백금은 중량으로 약 10% 내지 40%의 상기 촉매와 결합된 탄소 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.18. The method of claim 17, wherein the particles comprising iron oxide (III) or magnetite comprise uncoated iron oxide (III), the catalyst comprises platinum and the platinum comprises from about 10% to 40% ≪ / RTI > wherein the carbon particles comprise carbon particles. 전도체와 ;A conductor; 상기 전도체와 접촉되어 있는 면에 있으며, 피복되어 있지 않거나 피복 재료로 피복된 산화철(III)이나 마그네타이트를 포함하고, 자기 물질이 상기 전도체로 가는 것을 돕는 다수 개의 이동 통로가 속에 있는 자기 복합 재료를 포함하는 두 개의 전극과 상기 두 개의 전극 사이에 자기 물질의 플럭스가 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.A magnetic composite material in the form of iron oxide (III) or magnetite which is on the side in contact with the conductor and which is not coated or coated with a coating material and in which a plurality of moving passages are provided to help the magnetic material to go to the conductor And a flux of a magnetic material is present between the two electrodes. 산화철(III) 입자나, 마그네타이트 입자나 기타 자화성 재료를 포함하는 자기 재료를 포함하는 주조용 혼합물을 전극의 면에 주조하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 면이 있는 전극을 개량하는 방법.Characterized in that the method comprises casting a casting mixture comprising iron oxide (III) particles or a magnetic material comprising magnetite particles or other magnetizable material onto the surface of the electrode. 제 20 항에 있어서, 외부 자장 속에 상기 전극을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면이 있는 전극을 개량하는 방법.21. The method of claim 20, further comprising disposing the electrode in an external magnetic field. 전도체와 ;A conductor; 상기 전도체와 접촉되어 있는 면에 있으며, 산화철(III)이나 마그네타이트를 포함하는 자기 복합 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극.And a magnetic composite material on the side in contact with the conductor, the magnetic composite material including iron (III) oxide or magnetite. 면이 있는 전극과 ;An electrode having a surface; 상기 면 상에 있는 적어도 하나의 기둥 형태의 자기 구조를 포함하며, 상기 적어도 하나의 기둥 형태의 자기 구조는 산화철(III)이나 마그네타이트를 포함하는 입자를 상기 면 상에 주조하고 상기 전극을 외부 자장속에 배치함으로써 형성된 현미경적 기둥을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.Wherein the at least one columnar magnetic structure is formed by casting particles comprising iron oxide (III) or magnetite onto the surface and forming the electrode ≪ / RTI > comprising a microscopic column formed by placement. 적어도 하나의 기둥 형태의 자기 구조가 그 위에 있는 면을 가진 제 1 전극과 ;A first electrode having a surface on which at least one columnar magnetic structure is disposed; 제 2 전극을 포함하여 구성되며, 산소 플럭스가 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성되고, 상기 적어도 하나의 기둥 형태의 자기 구조는 자장 내에서 산화철(III) 입자를 주조하여 형성된 현미경적 기둥을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.And a second electrode, wherein an oxygen flux is formed between the first electrode and the second electrode, and wherein the at least one columnar magnetic structure is a microscopic structure formed by casting iron (III) particles in a magnetic field Wherein the fuel cell comprises a column. 적어도 하나의 기둥 형태의 자기 구조가 그 위에 형성된 면을 갖고 있는 제 1 전극과 ;A first electrode having at least one columnar magnetic structure having a surface formed thereon; 제 2 전극과 ;A second electrode; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 놓여 있으며, 구성 성분의 이동 방향이 정해져 있는 연료 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 상압 연료 전지.And a fuel supply source located between the first electrode and the second electrode, the fuel supply source having a predetermined direction of movement of the constituent components. 제 25 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기둥 형태의 자기 구조는 외부 자장내에서 상기 제일 전극 면 상에 이온 교환 중합체, 자기 재료, 촉매가 피복된 탄소 입자를 포함하는 주조용 혼합물을 주조함으로써 형성된 현미경적 기둥을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.26. The method of claim 25, wherein the at least one columnar magnetic structure is formed by casting a casting mixture comprising carbon particles coated with an ion exchange polymer, a magnetic material, and a catalyst on the first electrode surface in an external magnetic field Wherein the fuel cell comprises an anode. 이온 교환 중합체, 자기 재료, 백금 촉매가 피복된 탄소 입자를 포함하는 주조용 혼합물을 전극의 면에 주조하는 단계와 ;Casting a casting mixture on the surface of an electrode comprising an ion exchange polymer, a magnetic material, and carbon particles coated with a platinum catalyst; 상기 단계 후에 외부 자장에 상기 전극을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면이 있는 전극을 개량하는 방법.Further comprising disposing said electrode in an external magnetic field after said step. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 자기 재료, 이온 교환 중합체, 백금 촉매가 피복된 탄소 입자를 포함하는 자기 구조가 그 위에 형성된 면을 가진 제 1 전극과 ;A first electrode having a surface on which a magnetic material, an ion exchange polymer, and a carbon particle coated with a platinum catalyst is formed; 제 2 전극을 포함하여 구성되어, 산소 플럭스가 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지.And a second electrode, wherein oxygen flux is formed between the first electrode and the second electrode. 제 2 항에 있어서, 상기 자기 구조는 기둥 형태의 자기 구조를 포함하고, 상기 촉매는 백금을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.The fuel cell according to claim 2, wherein the magnetic structure includes a columnar magnetic structure, and the catalyst comprises platinum. 자기 입자와 ;Magnetic particles; 결합된 촉매가 있는 탄소 입자와 ;Carbon particles with bound catalyst; 이온 교환 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료.A composite material comprising an ion exchange polymer. 전이 금속 입자와 또 다른 입자를 함유하는 제 1 영역과 제 2 영역 사이에 배치된 분리기에 있어서,A separator disposed between a first region and a second region containing transition metal particles and further particles, 제 1 자성을 갖는 제 1 재료와 ;A first material having a first magnetic property; 제 2 자성을 갖는 제 2 재료와 ;A second material having a second magnetic property; 상기 제 1 재료와 제 2 재료 사이에 대략 1 나노미터에서 몇 마이크로미터의 평균폭을 갖는 하나의 경로를 제공하며, 상기 경로 내에 자기 구배를 갖는 다수개의 경계를 포함하여 구성되어, 상기 전이 금속 입자는 제 1 자화율을 가지고 있고, 상기 또 다른입자는 제 2 자화율을 가지고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 자화율은 충분히 차이가 나서 대부분의 상기 또 다른 입자는 상기 제 1 영역에 남아있는 반면, 상기 전이 금속 입자는 상기 제 2 영역으로 통과하는 것을 특징으로 하는 분리기.Providing a path between said first material and a second material having an average width of from about 1 nanometer to several micrometers and comprising a plurality of boundaries with a magnetic gradient in said path, Wherein said particles have a first magnetic susceptibility and said other particles have a second magnetic susceptibility and wherein said first and second magnetic susceptibilities are sufficiently different so that most of said further particles remain in said first region, And the metal particles pass to the second region. 제 31 항에 있어서,32. The method of claim 31, 상기 분리기는 상기 전이 금속 입자의 통로에서 상기 제 2 영역으로 들어가도록 돕는 복합체를 형성하는 리간드와 결합되는 것을 특징으로 하는 복합 재료.Wherein the separator is coupled with a ligand that forms a complex that helps to enter the second region in the passageway of the transition metal particles. 이온 교환기와 ;An ion exchanger; 상기 이온 교환기가 흡착되어 계조 밀도를 갖는 층과 ;A layer having the tone density by which the ion exchanger is adsorbed; 상기 복합재료와 결합되어 상기 화학 물질의 이동을 돕는 리간드를 구비한 화학 물질을 제어하기 위한 복합 재료.A composite material for controlling a chemical substance having a ligand that is combined with the composite material to facilitate movement of the chemical substance. 제 1 전도체와 ;A first conductor; 상기 제 1 전도체와 접촉하고 있는 자기 복합 재료를 구비하고 ;And a magnetic composite material in contact with the first conductor; 상기 자기 복합 재료는 :The magnetic composite material comprising: 이온 교환 중합체와 ;An ion exchange polymer; 상기 제 2 전도체, 반도체, 초전도체중 하나를 갖는 복수개의 자기 비드를 구비한 것을 특징으로 하는 전극.And a plurality of magnetic beads having one of the second conductor, the semiconductor, and the superconductor. 상기 제 1 용기에 상기 혼합물을 위치하는 단계와 ;Placing the mixture in the first vessel; 상기 물질을 구비하는 복합체를 형성하고 선택적으로 상기 재료를 강화하는 단계와 ;Forming a composite comprising said material and optionally reinforcing said material; 상기 제 1 용기와 제 2 용기에 위치된 자기 분리기를 통한 상기 복합체를 선택적으로 통과시키는 단계와 ;Selectively passing the composite through the magnetic separator located in the first vessel and the second vessel; 상기 제 2 용기내에 자기 분리기를 통해 선택적으로 통과된 복합체를 수집하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.And collecting the composite selectively passed through the magnetic separator in the second vessel. 제 35 항에 있어서,36. The method of claim 35, 상기 선택적 강화 물질은 리간드인 것을 특징으로 하는 방법.RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI > wherein the selective strengthening material is a ligand. 전해질과 ;An electrolyte; 상기 전해질에 배치된 제 1 전극과 ;A first electrode disposed in the electrolyte; 상기 전해질에 배치된 제 2 전극과 ;A second electrode disposed in the electrolyte; 자기 피복이 되어 있는 내부 벽을 갖고 자기장과 결합되어 있어서 전극 물질이 수지상 결정 형성을 억제하는 하우징을 구비한 것을 특징으로 하는 축전지.And a housing having an inner wall that is self-coated and coupled with a magnetic field so that the electrode material suppresses the formation of dendrite crystals. 전해질과 ;An electrolyte; 상기 전해질에 배치된 자기적으로 변화하고, 자기장과 결합되어 축전지가 보다 짧은 시간 방전 시간을 갖는 제 1 전극과,A first electrode disposed in the electrolyte and magnetically changed and coupled with the magnetic field so that the battery has a shorter time to discharge time; 상기 전해질에 배치된 제 2 전극을 구비한 축전지.And a second electrode disposed in the electrolyte. 제 38 항에 있어서,39. The method of claim 38, 상기 제 1 전극은 상기 전해질 구성의 플럭스를 강화하고, 상기 축전지는 수지상 결정 형성이 억제되기 때문에 부가적인 축전지 주기 수명이 연장되는 것을 특징으로 하는 축전지.Wherein the first electrode enhances the flux of the electrolyte composition and the battery has an additional battery cycle life extended because dendrite formation is inhibited. 자기적으로 개량된 제 1 전극과 ; 제 2 전극을 구비하여,A magnetically improved first electrode; And a second electrode, 산소의 플럭스가 상기 제 1, 2 전극의 사이에 형성되고, 상기 제 1 전극이 물로 산소가 환원되는 운동 효율을 강화하고, 100℃ 아래에서 온도 신호를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지.Wherein a flux of oxygen is formed between the first and second electrodes, the first electrode enhances the kinetic efficiency of reducing oxygen with water, and has a temperature signal below 100 ° C. 자기적으료 개량된 제 1 전극과 ; 제 2 전극을 구비하여,A first electrode having improved magnetic properties; And a second electrode, 산소의 플럭스가 상기 제 1, 2 전극의 사이에 형성되고, 100℃ 아래에서 온도신호를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지.Wherein a flux of oxygen is formed between the first and second electrodes and has a temperature signal at 100 占 폚 or lower. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41, 상기 연료 전지는 개스 다공성의 또는 삼투성의 탄화 수소 재료로 이루어진 외측 커버를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지.Wherein the fuel cell has an outer cover made of gas-porous or osmotic hydrocarbon material. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41, 상기 연료 전지는 유연한 것을 특징으로 하는 연료 전지.Wherein the fuel cell is flexible. 기하학적으로 연료 전지를 한정하는 단계와 ;Geometrically defining the fuel cell; 공기에 연료 전지를 노출시키는 단계와 ;Exposing the fuel cell to air; 상기 연료 전지를 전원을 요하는 장치의 또는 방전을 요하는 장치의 하나에 전기적으로 연결하는 단계를 포함하는 연료 전지의 사용 방법.And electrically connecting the fuel cell to one of a device requiring power or a device requiring a discharge. 란탄족 또는 악티늄족 필름을 갖는 표면을 도금하는 시스템에 있어서,A system for plating a surface having a lanthanide or actinide film, 란탄족 또는 악티늄족을 구비한 전해질과 ;A lanthanide or an actinide group; 상기 전해질에 배치된 자기적으로 개량된 제 1 전극과 ; 상기 전해질에 배치된 제 2 전극을 구비하여,A first magnetically enhanced electrode disposed in the electrolyte; And a second electrode disposed on the electrolyte, 상기 자기적으로 개량된 전극이 상기 표면을 상기 밀도 필름으로 상기 피복할 때 수지상 결정 형성을 억제하는 것을 특징으로 하는 시스템.Wherein said magnetically enhanced electrode inhibits dendritic crystal formation when said surface is covered with said dense film. 제 1, 2 형태의 입자를 함유한 제 1 영역과 제 1 영역의 사이에 배치된 분리기에 있어서,A separator disposed between a first region containing first and second types of particles and a first region, 제 1 자기를 갖는 제 1 폴리(스틸렌 술폰산염) 이온 교환기와 ;A first poly (styrenesulfonate) ion exchanger having a first magnetism; 제 2 자기를 갖는 제 2 재료와 ;A second material having a second magnet; 상기 제 1, 2 영역의 사이에 약 1 나모미터에서 수 마이크로미터의 평균폭을 갖는 통로를 제공하고, 각각이 상기 통로내에 자기 구배를 갖는 복수계의 경계를 구비하여,Providing a passage having an average width of from about 1 nanometer to several micrometers between the first and second regions and each having a boundary of a plurality of systems having a magnetic gradient in the passage, 상기 제 1 형태의 입자는 제 1 자화율을 갖고, 상기 제 2 형태의 입자는 제 2 자화율을 갖으며, 상기 제 1, 2 자화율은 제 1 형태의 입자가 제 2 영역으로 들어가는 반면 제 2 형태의 입자 대부분은 상기 제 1 영역에 나갈 만큼 충분히 다른 것을 특징으로 하는 분리기.Wherein the first type of particles have a first magnetic susceptibility and the second type of particles have a second magnetic susceptibility wherein the first and second magnetic susceptibilities are such that the first type of particles enter the second region, And most of the particles are sufficiently different to go into said first region. 산소와 질소의 혼합물로부터 산소를 농축하는 시스템에 있어서,A system for concentrating oxygen from a mixture of oxygen and nitrogen, 자기 분리기와 ;A magnetic separator; 상기 자기 분리기의 자기 효과 때문에 산소를 농축하는 상기 자기 분리기를 통해 통과하는 산소 경로를 구비한 것을 특징으로 하는 시스템.And an oxygen path passing through the magnetic separator for concentrating oxygen due to the magnetic effect of the magnetic separator.
KR1019970709200A 1995-06-07 1996-06-07 Interfacial gradient composites and methods for their formation KR19990022758A (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US8/486,570 1995-06-07
US08/486,570 US6001248A (en) 1994-08-25 1995-06-07 Gradient interface magnetic composites and systems therefor
US8/597,026 1996-02-05
US08/597,026 US5817221A (en) 1994-08-25 1996-02-05 Composites formed using magnetizable material, a catalyst and an electron conductor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR19990022758A true KR19990022758A (en) 1999-03-25

Family

ID=66172875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970709200A KR19990022758A (en) 1995-06-07 1996-06-07 Interfacial gradient composites and methods for their formation

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR19990022758A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170005458A (en) * 2014-05-12 2017-01-13 조나 레디 Lanthanide and actinide electrochemistry

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170005458A (en) * 2014-05-12 2017-01-13 조나 레디 Lanthanide and actinide electrochemistry
US11920249B2 (en) 2014-05-12 2024-03-05 Johna Leddy Lanthanide electrochemistry

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3954099B2 (en) Gradient interface composite and method therefor
US5928804A (en) Fuel cells incorporating magnetic composites having distinct flux properties
US6303242B1 (en) Gradient interface magnetic composites and methods therefor
US6355166B1 (en) Magnetically enhanced composite materials and methods for making and using the same
US6322676B1 (en) Magnetic composites exhibiting distinct flux properties due to gradient interfaces
US20030232223A1 (en) Methods for forming magnetically modified electrodes and articles produced thereby
Fried The chemistry of electrode processes
US20050213187A1 (en) Methods for forming magnetically modified electrodes and articles produced thereby
US6949179B2 (en) Methods for forming magnetically modified electrodes and articles produced thereby
CN107078326B (en) Electrochemical lanthanide and actinide
Zhang et al. Size effect of γ-MnO2 precoated anode on lead-containing pollutant reduction and its controllable fabrication in industrial-scale for zinc electrowinning
Wang et al. Magnetoelectric coupling for metal–air batteries
Xu et al. Magnetic array for efficient and stable flow-electrode capacitive deionization
US20110027623A1 (en) Electrochemical device
KR19990022758A (en) Interfacial gradient composites and methods for their formation
AU751125B2 (en) Gradient interface composites and methods therefor
US20140378016A1 (en) Magnetically modified metals and metal alloys for hydride storage
Aogaki et al. A new flow-type cell by the application of magnetic microfluidic chip
Leddy et al. Magnetic Ion Exchange Polymer Composites: Transport Enhancements Driven by Non-Uniform Magnetic Fields and Magnetic Moments of Transported Species
Minteer Magnetic field effects on electron transfer reactions
Han et al. Physical basis of multi-energy coupling-driven water oxidation
Knoche Gupta et al. Magnetoelectrocatalysis: Evidence from the Hydrogen Evolution Reaction
WO2001028025A1 (en) Magnetically modified fuel cells
Hu et al. Construction of Ce-MOF@ COF hybrid nanostructure with controllable thickness for the electrochemical sensitive detection of metol

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
WITN Withdrawal due to no request for examination