KR20060118819A

KR20060118819A - 액상 물질 기화 장치

Info

Publication number: KR20060118819A
Application number: KR1020050041190A
Authority: KR
Inventors: 정상현; 심성훈; 홍원석; 윤진한
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-11-24

Abstract

본 발명은 액상의 물질을 초음파 및 버블링(bubbling)에 의하여 기화 시키는 장치이며, 더욱 상세하게는, 액상의 물질을 포함하는 챔버내의 상단에 형성되어 미세 크기로 기화된 기상의 물질은 통과하고, 기화되지 못한 액상의 용액은 통과하지 못하도록 형성된 타공판과; 불활성 가스 또는 버블링(bubbling)용 가스를 상기 챔버내에 유입하기 위한 가스유입관의 선단에 장착된 다공체와; 상기 챔버내의 액상 물질로부터 기화된 가스를 배출하기 위한 가스배출관, 가스의 배출을 더욱 용이하게 해주는 벤튜리 튜브, 및 또 하나의 기화 장치인 초음파 단자를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액상 기화장치이며, 대표적인 응용예로서 열분해 등에 의한 나노입자 제조 시스템에서 액상의 전구체를 기화시켜 나노입자 생성부 반응부로 유입시키는 장치로의 응용 등 다양한 응용 범위를 가지는 액상 기화장치 관한 것이다.

액상기화장치, 기화장치, PECVD, 전구체, 나노

Description

액상 물질 기화 장치{Vaporization Equipment of Liquid Phase Matter}

도 1은 종래의 액상 물질 기화장치를 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 액상물질 기화장치를 나타낸 개략도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1: 챔버 2: 타공판

3: 가스 유입관 4: 가스배출관

5: 벤츄리관 6: 초음파 발생부

7: 다공체 8: 주입구

9: 가스 공급관 10: 유량조절부

11:가스탱크 12: 히터

13: 온도계 14: 압력계

15:압력조절장치

일반적으로 나노입자는 나노미터(10억분의 1미터)수준에서의 극미세입자로서 수백개의 원자 혹은 분자크기를 갖는 입자를 의미한다. 이러한 나노 크기를 갖는 입자는 미크론 혹은 서브미크론 분말이 갖지 못하는 특성을 갖는데 이는 입자의 크기가 작아짐에 따라 표면적 증가 효과 및 모세관효과 가 발생되기 때문이다. 표면적 증가효과는 표면현상과 연관성이 큰 화학반응 및 촉매반응, 이종성분의 흡/탈착 거동에 큰 영향을 미친다. 반면에 모세관효과는 분말의 근본적인 물성을 변화시킴으로서 새로운 현상들이 나타나게 되므로, 나노 입자는 여러 분야에서 활용되게 된다.

나노입자는 형태별로 입자 자체로 활용하는 것(분말), 다른 물질에 분산시킨 상태로 사용하는 것(분산), 다른 물질(부품)의 표면에 코팅하여 사용하는 것(코팅), 성형후 치밀화시켜 사용하는 것(소결체)로 여러 분야에 활용될 수 있다.

일반적으로 나노입자의 제조에는 원료(전구체:precusor)를 선택하고 분말을 합성하는 공정을 수행하는데, 전구체의 형태에 따라 입자의 제조공정이 크게 달라진다. 기상전구체의 기체반응을 이용하는 연소법, 열분해법 등이 사용되며, 액상 전구체의 경우도 기화가 용이하면 동일한 기체반응법을 이용할 수 있다. 반면에 기화가 잘되지 않는 액상 전구체는 액체를 작은 입자형태로 분무하여 고온에서 바로 열분해하거나 다른 가스와 반응시켜 나노 분말을 합성할 수 있다.이러한 액상형태의 화합물을 반응시키는 방법이 공침법, 졸-겔법, 수열법등이 있다. 고상형태의 전구체는 기상원료와 반응시키거나 다른 고상과 반응시켜 분말을 합성하기도 한다.

여러 형태의 공정은 각기 다른 반응거동을 보이게 되는데, 이러한 공정에서 가장 중요한 점은 공정제어의 용이성, 재현성, 경제성 등이 중요하게 되며, 특히 입자의 분포가 균일하고 안정되게 제조가 되는 재현성이 나노입자의 제조에 가장 중요한 핵심요소이다. 또한 반응공정이 끝난 나노입자를 회수하는 기술 또한 질량이 매우 작기 때문에 용이하지 않는데 필터 및 정전기력을 이용하는 방법이 사용되고 있다.

본 발명의 대표적인 응용은 상기와 같은 나노입자의 제조 장치에서, 전구체의 기화 장치로 직접 응용이 되며, 본 발명의 상세 설명의 편리를 위하여 본 발명을 나노입자 제조 시스템에 적용한 경우의 예를 나타내면 다음과 같다.

도 1은 종래의 나노입자 제조 시스템에서 액상물질인 전구체의 기화장치를 나타낸 개략도로서, 이를 자세히 설명하면, 가스탱크(11)로부터 공급되는 가스는 가스유입관(3)를 통하여 액상의 물질 용액이 저장되어 있는 챔버(1)내로 유입되며, 이때 가스의 공급에 의하여 액상의 용액은 버블링(bubbling)이 되어 액상의 용액은 증발되어 기체상태의 용액으로 변환되어 발생하며, 발생된 기체는 배출관(4)을 통하여 배출되어, 기상의 상태로 나노입자 제조 챔버 내부로 공급되는 것이다.

이러한 종래기술은 전구체용액의 발생된 가스가 액상과 함께 유인되어 외부로 배출되어, 공급되는 나노입자제조 시스템으로 기상과 함께 필요하지 않는 액상까지 공급되어 나노입자제조에 효율이 저하되며,

또한, 단위시간당 전구체용액으로부터 발생되는 전구체 가스량이 많지 않으므로 인하여 나노입자 제조 효율 저하의 원인이 되고 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 종래의 액상 물질 기화장치에 타공판을 설치하여 기화되지 않은 액체는 나노 입자 제조 장치로 공급되지 않도록 하며, 가스 유입관 끝단에 다공체를 장착하여 챔버내에 광범위한 면적으로 분출하도록 하여, 액상 용액의 기화 성능을 증대시키며, 또한 초음파 발진에 의한 액체의 기화는 쳄버내의 기체 상태의 물질의 량을 더욱 증가 시키고, 이 후 챔버로부터 발생되어 배출되는 기체 상태의 전구체는 벤튜리관의 부압 부분과 연결되어 쳄버로부터의 배출이 더욱 용이하도록 하고, 또한 이 결과 단위 시간당 기화되는 전구체의 량을 증가 시키고자하는 액상 물질기화장치를 제공하는데 있 다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 액상물질 기화 장치를 나타낸 개략도로서, 이를 상세히 설명하면, 기화장치에 있어서 액상의 용액을 포함하는 챔버(1)내의 상단에 형성되어 기화되지 않은 액체 상태의 용액이

통과하지 못 하도록 설치된 타공판(2)과; 가스를 상기 챔버내에 유입하기 위한 가스유입관(3)의 끝단에 장착된 다공체(7)와; 상기 챔버(1)내의 액상 용액으로부터 기화된 가스를 배출하기 위한 가스배출관(4);를 포함하여 이루어진 것이다.

상기 챔버(1)내에 초음파를 발생하도록 형성된 챔버(1)의 바닥면에 장착된 초음파발생부(6);를 더 포함하도록 이루어지며, 상기 가스유입관(3)은 가스를 저장하고 상기 챔버(1)내로 유입하도록 마련된 가스탱크(11)로부터 연결된 가스공급관(9)으로부터 분지되어 연결되며, 상기 가스배출관(4)은 배출되는 액상 용액의 기화된 가스의 배출을 촉진하도록 장착된 벤츄리관(5)과 연결되도록 이루어진 것이다.

상기 챔버(1)내의 온도와 압력을 각각 측정하도록 장착된 온도계(13)과 압력계(14)를 포함하도록 이루어지며, 상기 챔버(1)내의 압력을 조절하기 위하여 상기 가스유입관(3)의 일측에 장착된 압력조절장치(15) 및 유량조절부(10)가 장착된 것이다.

상기 챔버(1)내에 액상 용액을 주입하기 위하여 챔버(1)의 일측에 형성된 주 입구(8)를 더 포함하도록 이루어지며, 상기 챔버(1)의 하단부에 장착되어 전구체 용액의 증발을 촉진하도록 형성된 히터(12);를 포함하도록 이루어진 것이다.

본 발명에 따른 작동원리를 상세히 설명하면, 가스탱크(11)내에 저장된 가스는 가스공급관(9)으로 공급되며, 일부는 분지되어 액상 용액에 저장된 챔버(1)내로 가스유입관(3)을 통하여 유입되며, 챔버(1)내 저장된 용액은 공급된 가스의 작용에 의하여 증발되어 기상의 전구체 용액은 가스배출관(4)으로 통하여 상기 가스공급관(9)으로 연결되어 기체상태의 전구체가 필요한 장치로 공급되는 것이다.

여기서, 챔버(1)내에서 저장된 전구체 용액의 증발을 증가하기 위하여 상기 가스 유입관(3)의 끝단에 다공체(7)를 장착하여 공급되는 불활성 가스가 챔버(1)내로 넓게 균일하게 배출되도록 하며, 챔버(1)의 상단에 타공판(2)을 부착하여 증발된 전구체 용액의 가스상과 함께 액상의 전구체 용액이 유인되어 배출될 수 있는 것을 방지하도록 하는 것이다.

또한, 챔버(1)로부터 발생되는 가스상의 전구체용액이 다음 단계인 나노입자제조시스템 등으로 신속하게 공급되도록 가스공급관(9)의 일측에 벤츄리관(5)을 부착하는 것이다. 상기 벤츄리관(5)의 내부는 직경이 감소하여, 유체속도가 증가하며, 압력이 감소하여 공급되는 단위시간당 가스상의 전구체량을 증가시키고자 하는 것이다.

또한, 챔버(1)의 하단부에 초음파발생부(6)를 장착하여 전구체용액의 발생을 더욱 촉진하며, 다른 실시예로서, 히터(12)를 장착하여 전구체 용액의 증발을 촉진 하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같이 액상 물질의 기화장치는 매우 다양한 응용범위를 가질 수 있으나, 대표적인 적용으로 나노입자 제조시스템의 전구체 발생장치 등으로 적용을 하면 종래의 전구체 발생장치에 비해 효율적으로 전구체 용액의 증발을 촉진하여 균일한 가스상으로 변환하며, 이에따라 대유량의 전구체 가스를 신속하게 나노입자제조 시스템으로 공급하는 액상 물질기화장치를 제공하는데 있는 것이다.

Claims

액상물질 기화장치에 있어서,

액상의 용액을 포함하는 챔버(1)내의 상단에 형성되어 용액의 액상을 통과하지 못하도록 형성된 타공판(2)과; 가스 또는 불활성 가스를 상기 챔버내에 유입하기 위한 가스유입관(3)의 끝단에 장착된 다공체(7)와; 상기 챔버(1)내의 전구체 용액으로부터 기화된 가스를 배출하기 위한 가스배출관(4) ;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액상 물질 기화장치.
제1항에 있어서,

상기 챔버(1)내에 초음파를 발생하도록 형성된 챔버(1)의 바닥면에 장착된 초음파발생부(6);를 더 포함하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 액상 물질 기화장치.
제1항에 있어서,

상기 가스유입관(3)은 불활성 가스를 저장하고 상기 챔버(1)내로 유입하도록 마련된 가스탱크(11)로부터 연결된 가스공급관(9)으로부터 분지되어 연결되며, 상기 가스배출관(4)은 배출되는 전구체 용액의 기화된 가스의 배출을 촉진하도록 장착된 벤츄리관(5)과 연결되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 액상 물질 기화장치.
제1항에 있어서,

상기 챔버(1)내의 온도와 압력을 각각 측정하도록 장착된 온도계(13)와 압력계(14)를 포함하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 액상 물질 기화장치.
제1항에 있어서,

상기 챔버(1)내의 압력을 조절하기 위하여 상기 가스유입관(3)의 일측에 장착된 압력조절장치(15) 및 유량조절부(10)가 장착된 것을 특징으로 하는 액상 물질 기화장치.
제1항에 있어서,

상기 챔버(1)의 하단부에 장착되어 전구체 용액의 증발을 촉진하도록 형성된 히터(12);를 포함하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 액상 물질 기화장치.