KR20070024041A - 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기폭발은 그 원리상 기중에서와 액(液)중에서 별반 다르지 않는 점에 착안하여, 펄스파워의 특징으로서 약간의 전도성을 가진 액체라 할지라도 기중에서와 똑같은 원리로 전기폭발을 발생시켜 금속 와이어를 액중에서 기화시킬 수 있고, 기화된 증기의 부피팽창으로 만들어진 공간내에서 금속 와이어의 나노분말이 생성되도록 한 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적 달성에 의하여 본 발명은 나노분말이 액체속으로 자연스럽게 분산되어 분말끼리 응집되는 현상이 전혀 발생되지 않고, 액중에서 산소와 접촉되지 않기 때문에 나노분말의 표면산화가 발생되지 않으며, 또한 제조 공정수 감소와 함께 나노분말의 사이즈별 분급이 가능해져 나노분말의 효과적인 응용 및 경제적인 파급 효과를 크게 얻을 수 있는 장점을 제공할 수 있다.

액중 나노분말 제조 방법, 전기적 폭발, 챔버, 금속와이어, 펄스파워

Description

액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법 및 장치{Method for manufacturing nanostructured powder by wire explosion in liqiud and device for manufacturing the same}

도 1은 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 장치를 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법을 설명하는 흐름도,

도 3은 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 은 나노분말을 제조하는 상태를 고속으로 촬영한 사진,

도 4는 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법에 따라 제조된 은 나노분말을 촬영한 현미경 사진,

도 5는 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법에 따라 제조된 구리 나노분말을 촬영한 현미경 사진,

도 6은 본 발명에 따라 액중에서 제조된 은 나노분말과, 종래의 기중에서 제조된 은 나노분말의 침전 실험 결과를 보여주는 사진.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 챔버 12 : 상부공간

14 : 하부공간 16 : 절연체

18 : 금속와이어 20 : 와이어 롤

22 : 피딩용 롤러 24 : 와이어 가이드

26 : 접지전극 28 : 고전압전극

30 : 스위치 32 : 캐패시터

34 : 충전장치 36 : 제어부

40 : 액체저장탱크 42 : 밸브 포함형 파이프

44 : 스프레이 46 : 포집필터

48 : 순환파이프 50 : 개폐밸브

52 : 액체순환용 펌프

본 발명은 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 기중 전기폭발에 의한 나노분말 제조시 문제점으로 발생되고 있는 나노분말간의 응집현상, 나노분말 표면의 산화 현상 등을 방지할 수 있고, 뛰어난 분산성으로 인해 나노분말의 사이즈별 분급이 가능해져 나노분말의 효과적인 응용 및 경제적인 파급 효과를 크게 얻을 수 있도록 한 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근에 신소재로서 극미세 분말 재료(Nanostructured Powder Materials)의 기술 개발은 나노 디바이스를 포함하는 새로운 분야의 기반 기술로 응용될 수 있기 때문에 매우 중요하게 인식되고 있다.

극미세분말 재료는 재료 구조의 미세화(100nm 이하)와 이에 따른 표면적의 증가로 인하여 기존의 재료에서는 얻을 수 없는 특이한 전ㆍ자기적, 기계적 및 촉매 특성을 나타낼 수 있으므로, 초고강도 부품, 자성 부품, 열전, 센서, 필터, 촉매 등의 차세대 기능성 소재로서 산업 전반에 걸쳐 새로운 수요를 창출할 것임에 틀림없다.

첨단산업의 발전에 따라 부품 및 시스템의 고성능화 및 소형화가 진행되고 있으며, 현재는 물리/화학/생물학적 특성을 결정하는 현상학적 길이가 마이크론 또는 서브 마이크론인 구성인자가 사용되고 있다.

이에, 나노 기술의 중요성은 부품 및 시스템의 고성능화 및 소형화에 대한 기존 기술의 한계성을 극복할 수 있는 기술이며, 또한 현상학적 길이가 감소함에 따라 새로운 성능이 발현될 수 있기 때문에 미래기술의 전형이면서 첨단제품의 개발에 필수적인 요소라 할 것이다.

현재, 어떠한 재료를 나노 분말로 제조하는 방법은 다양한 방법이 알려져 있지만, 그 중에서 펄스파워를 이용한 전기 폭발법에 의한 금속 나노분말 제조 기술이 널리 알려져 있으며 지금도 활발히 연구중에 있다.

펄스파워를 이용한 나노 분말 제조 방법은 산업응용 측면에서 매우 중요한 의의를 갖고 있을 뿐만아니라 경제적으로도 나노 분말의 다른 제조방법에 비하여 매우 유리하다.

여기서, 펄스파워를 이용한 전기 폭발법에 의한 기존의 금속 나노분말 제조 방법을 살펴보면 다음과 같다.

기존의 금속 나노분말 제조 방법은 기(氣)중 전기폭발법을 이용한 것으로서, 공기 혹은 불활성 가스를 채워진 소정의 챔버를 제공하는 단계와; 챔버 내부에 금속 와이어를 피딩하는 단계와; 챔버 내의 금속 와이어를 펄스파워를 이용하여 전기적으로 폭발시켜 증기화하는 단계와; 분위기 가스에 의하여 냉각/응축되며 생성되는 금속 나노분말을 공기필터를 이용하여 포집하는 단계 등을 포함하여 진행되고 있다.

그러나, 위와 같은 공정으로 진행되는 기존의 기중 전기폭발법에 의한 나노분말 제조 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 대부분의 금속 나노분말은 포집 및 취급과정에서 공기중에 노출되어 산화하기 쉬운 단점이 있고, 공정 중에 분진 폭발의 위험성이 내재되어 있어 취급에 어려움이 있다.

둘째, 나노분말 제조공정에서 챔버의 내부에 퇴적되는 분말로 인한 절연파괴가 빈발하여 정기적으로 퇴적된 분말을 청소해야 하는 불편한 점이 있고, 그에따라 생산성 및 작업성이 크게 떨어지는 단점 또한 있다.

셋째, 기중에서 포집되는 나노분말은 그 특성상 응집되기 쉬워서 그 사이즈(size)별로 분급하는데 어려움이 있다.

넷째, 응집된 분말을 이용하기 위해서는 나노분말을 분산제에 분산시키는 필수적인 공정이 더 들기 때문에, 공정상 비효율적이며 비경제적인 측면이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구 개발된 것으로서, 전기폭발은 그 원리상 기중에서와 액(液)중에서 별반 다르지 않는 점에 착안하여, 펄스파워의 특징으로서 약간의 전도성을 가진 액체라 할지라도 기중에서와 똑같은 원리로 전기폭발을 발생시켜 금속 와이어를 액중에서 기화시킬 수 있고, 기화된 증기의 부피팽창으로 만들어진 공간내에서 금속 와이어의 나노분말이 생성되도록 한 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 본 발명의 방법으로 생성된 나노분말은 액체속으로 자연스럽게 분산되어 분말끼리 응집되는 현상이 전혀 발생되지 않고, 또한 액중에서 산소와 접촉되지 않기 때문에 분말의 표면산화가 발생되지 않는 장점을 제공할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법에 있어서, 액체가 채워진 챔버내에서 펄스파워를 이용하여 금속 와이어를 전기적으로 폭발시키는 제1공정과; 금속 와이어가 액중에서 기화되어 나노분말로 생성되는 제2공정과; 생성된 나노분말을 포집하는 제3공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법을 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 제1공정은 액체가 채워진 챔버의 제공 단계와; 상기 챔버의 상부쪽으로부터 금속 와이어를 액체속으로 연속 피딩시키는 단계와; 상기 액중의 금속 와이어에 1∼4kJ의 펄스파워를 흘려서 전기폭발이 발생되게 하는 단계로 진행되는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 구현예로서, 상기 제2공정은 전기폭발로 인하여 금속와이어가 액중에서 기화되는 단계와; 기화된 증기의 부피팽창으로 만들어지는 공간에 금속와이어의 나노분말이 생성되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또 다른 바람직한 구현예로서, 상기 제3공정은 나노분말이 분산(부유)되어 있는 액체를 챔버로부터 배출하는 단계와; 배출된 액체를 스프레이를 이용하여 포집필터에 고르게 분사하는 단계와; 포집필터에 의하여 걸러진 나노분말을 수거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 액체(분산용매)는 오일, 증류수, 절연유중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

특히, 메시 크기(구멍 직경)가 서로 다른 포집필터를 상하로 다수개 배열하여, 나노분말이 크기별로 분급되면서 포집될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 포집필터에 걸러진 나노분말을 수거할 때, 산화방지를 위하여 나노분말이 액체(분산용매)로 뒤덮힌 상태에서 수거하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 포집필터를 통과한 액체는 순환펌프에 의하여 상기 챔버의 내부로 재유입되도록 한 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 절연체에 의하여 상부공간과 하부공 간으로 분리된 구조의 챔버와; 상기 하부공간에 채워지는 액체(분산용매)와; 상기 상부공간에 설치되는 와이어 피딩장치와; 상기 하부공간에서 그 바닥쪽에 장착되는 전기폭발장치와; 상기 하부공간의 바닥쪽 구석 위치와 연통되게 배열되는 나노분말 포집장치와; 상기 나노분말 포집장치로부터 상기 하부공간으로 액체를 재순환시키기 위한 재순환 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 장치를 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 챔버의 절연체에는 중공의 와이어 가이드가 장착되고, 액체가 채워진 상기 하부공간에는 접지전극이 더 장착된 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 구현예로서, 상기 와이어 피딩장치는 금속와이어가 감겨진 와이어 롤과; 이 와이어 롤로부터 전개되는 와이어를 상기 와이어 가이드를 통하여 하부공간으로 피딩시키는 한 쌍의 피딩용 롤러와; 상기 와이어 롤 및 한 쌍의 피딩용 롤러의 회전축과 연결된 전기모터로 구성된 것을 특징으로 한다.

또 다른 바람직한 구현예로서, 상기 전기폭발장치는 상기 하부공간의 바닥면에 장착되는 고전압 전극과; 상기 고전압 전극과 연결되는 트리거 스위치와; 상기 스위치와 연결되는 캐패시터와; 상기 캐패시터를 고전압으로 충전시키는 충전장치와; 상기 피딩모터의 회전각을 감지하여 상기 스위치에 트리거 신호를 발생시키는 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 나노분말 포집장치는 소정체적의 액체저장탱크와; 상기 챔버의 하부공간과 상기 액체저장탱크의 상부공간을 연통되게 연결하는 밸브 포함형 파이 프와; 상기 파이프의 끝단에 일체로 장착되어 상기 액체저장탱크의 상단부 공간에 배치되는 스프레이와; 상기 액체저장탱크의 내부공간에서 스프레이의 아래쪽에 상하 등간격으로 장착되는 다수개의 포집필터로 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 다수개의 포집필터중 위쪽의 필터는 메시크기(구멍직경)가 큰 것으로 장착되고, 아래쪽의 필터는 메시크기가 작은 것으로 장착된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 재순환 장치는 상기 액체저장탱크의 하단부와 상기 챔버의 하부공간 상단부간을 연통되게 연결하는 순환파이프와; 이 순환파이프상에 장착되는 개폐밸브 및 액체순환용 펌프로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 액체속에서 금속 와이어에 펄스파워를 가하여 전기적인 폭발을 발생시킴으로써, 금속 와이어의 나노분말이 액체속으로 자연스럽게 분산되어 분말끼리 응집되는 현상이 전혀 발생되지 않고, 또한 액중에서 산소와 접촉되지 않기 때문에 분말의 표면산화가 발생되지 않도록 한 점에 주안점이 있다.

본 발명의 나노분말 제조 장치의 각 구성에 대한 상세한 설명과 더불어 나노분말이 제조되는 방법에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.

본 발명의 나노분말 제조장치의 전기적 폭발이 이루어지는 장소로서, 소정의 체적을 갖는 챔버(10)가 구비되는 바, 이 챔버(10)의 내부는 판형의 절연체(16)에 의하여 상부공간(12) 및 하부공간(14)으로 나누어진다.

상기 하부공간(14)에는 액체(분산용매)가 채워지며, 이 액체는 오일, 증류수, 절연유 등이 이용될 수 있다.

상기 상부공간(12)에는 와이어 피딩장치가 설치되는데, 이 와이어 피딩장치는 금속와이어(18)가 감겨져 저장되는 와이어 롤(20)과, 이 와이어 롤(20)로부터 전개되는 금속와이어(18)를 아래쪽으로 피딩시키는 한 쌍의 피딩용 롤러(22)로 구성된다.

또한, 상기 와이어 롤(20)과 한 쌍의 피딩용 롤러(22)의 회전축에는 회전구동력을 제공하는 전기모터(미도시됨)가 연결된다.

한편, 상기 한 쌍의 피딩용 롤러(22)에 의하여 아래쪽으로 피딩되는 금속와이어(18)가 상기 하부공간(14)으로 제공되는 경로로서, 상기 챔버(10)의 절연체(16)에는 중공의 와이어 가이드(24)가 상하로 관통되게 장착된다.

또한, 상기 하부공간(14)에는 액체속에 잠겨진 채로 접지전극(26)이 부착되며, 후술하는 바와 같이 전기적 폭발에 대한 접지 역할을 하게 된다.

여기서, 상기 하부공간(14)의 바닥쪽에는 전기폭발장치가 설치된다.

상기 전기폭발장치의 일구성으로서, 챔버(10)의 하부공간(14)의 바닥면에 고전압 전극(28)이 장착되고, 하부공간(14)의 외부쪽에 상기 고전압 전극(28)과 연결되는 스파크 갭 스위치(30)가 배열된다.

또한, 상기 스위치(30)에는 고전압이 충전되는 캐패시터(32)가 연결되고, 이 캐패시터(32)에는 고전압을 충전시키는 충전장치(34)가 연결된다.

특히, 상기 스위치(30)에는 제어부(36)가 연결되는데, 이 제어부(36)는 상기 한 쌍의 피딩용 롤러(22)에 회전구동력을 제공하는 전기모터(미도시됨)의 회전각을 감지하여, 상기 스위치(30)에 트리거 신호를 발생시키는 제어를 하게 된다.

여기서, 상기와 같은 와이어 피딩장치 그리고 전기폭발장치에 의하여 상기 챔버(10)의 하부공간(14)에서 금속와이어(18)의 나노분말이 만들어진 과정을 설명하면 다음과 같다.

상기 와이어 피딩장치의 와이어 롤(20)이 일방향으로 회전되면서 금속와이어가 전개되고, 이 전개된 금속와이어(18)는 한 쌍의 피딩용 롤(22)에 의하여 상기 챔버(10)의 하부공간(14)쪽으로 피딩된다.

즉, 상기 한 쌍의 피딩용 롤러(22)에 의하여 아래쪽으로 피딩되는 금속와이어(18)는 상기 와이어 가이드(24)를 통하여 하부공간(14)의 고전압 전극(28)쪽으로 연속 제공된다.

이어서, 상기 제어부(36)에서 한 쌍의 피딩용 롤러(22)를 회전구동시키는 전기모터(미도시됨)의 회전각을 감지하여 상기 스위치(30)에 트리거 신호를 보내면, 스위치의 온과 함께 상기 캐패시터(32)로부터 제공되는 펄스파워가 고전압전극(28)을 경유하여 상기 금속와이어로 흐르게 되어, 전기적인 폭발이 일어나게 된다.

이때, 상기 액중의 금속와이어(18)에 1∼4kJ의 펄스파워를 흘려서 전기폭발이 발생된다.

이러한 전기적 폭발과 함께 금속와이어(18)가 액중에서 기화되고, 기화된 증기의 부피팽창으로 만들어진 공간에 금속와이어(18)의 나노분말이 생성된다.

여기서, 위와 같이 생성된 나노분말을 포집하는 장치 및 그 과정을 설명하면 다음과 같다.

상기 나노분말 포집장치의 일구성으로서, 소정 체적의 액체저장탱크(40)가 구비되는 바, 이 액체저장탱크(40)의 상부쪽 내부공간과 상기 챔버(10)의 하부공간(14) 구석 위치간이 밸브 포함형 파이프(42)에 의하여 연통되게 연결된다.

또한, 상기 액체저장탱크(40)의 내부에서 상기 파이프(42)의 끝단에는 아래쪽으로 넓어지는 형상의 스프레이(44)가 부착되고, 그 아래쪽의 액체저장탱크(40) 의 내부공간에는 상하 등간격으로 다수개의 포집필터(46)가 부착된다.

이때, 상기 다수개의 포집필터(46)중 위쪽의 포집필터는 메시크기(구멍직경)가 큰 것으로 장착하고, 아래쪽의 포집필터는 메시크기가 작은 것으로 장착하여, 나노분말이 크기별로 선별 포집될 수 있도록 한다.

여기서, 위와 같은 구성으로 이루어진 나노분말 포집장치에 의해 나노분말이 포집되는 상태를 살펴보면 다음과 같다.

상술한 바와 같이, 전기적 폭발에 의하여 금속 와이어(18)의 나노분말이 액중에 분산(부유)되어 있는 액체를 상기 챔버(10)로부터 배출시키는 바, 배출된 액체는 상기 밸브 포함형 파이프(42)를 거쳐 스프레이(44)로 제공되고, 이 스프레이(44)를 통하여 상기 포집필터(46)에 고르게 분사된다.

이에, 가장 위쪽의 포집필터(46)에는 가장 큰 크기의 나노분말이 걸러지게 되고, 가장 아래쪽의 포집필터(46)에는 가장 작은 크기의 나노분말이 걸러지게 되어, 나노분말이 크기별로 분급되면서 포집될 수 있다.

이때, 상기 포집필터(46)에 걸러진 나노분말을 수거할 때, 나노분말이 공기와 접촉되어 산화되는 현상을 방지하기 위하여, 나노분말은 액체(분산용매)로 뒤덮힌(머금은) 상태에서 수거하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 나노분말 제조 장치는 배출된 액체를 챔버(10)의 하부공간(14)으로 재순환시키는 재순환장치를 더 포함한다.

상기 재순환장치는 액체저장탱크(40)의 하단부와 상기 챔버(10)의 하부공간 (14)을 연통되게 연결하는 순환파이프(48)와, 이 순환파이프(48)상에 장착되는 개폐밸브(50) 및 액체순환용 펌프(52)로 구성된다.

이에, 상기 포집필터(46)를 통과하여 나노분말이 걸러진 상태의 액체는 상기 순환펌프(52)에 의하여 펌핑되어 순환파이프(48)를 경유하여 상기 챔버(10)의 하부공간(14) 내부로 재유입된다.

이와 같이, 액중에서 금속와이어에 펄스파워를 가하여 전기적 폭발을 유도함으로써, 금속 와이어의 나노분말이 액중에 분산 생성되어 분말끼리 응집되는 현상을 방지할 수 있고, 특히 액중에서 나노분말이 생성되기 때문에 공기와의 접촉이 차단되어 산화되는 현상을 용이하게 방지할 수 있으며, 또한 상기 액중의 나노분말을 크기별로 선별 포집하여 분급화가 가능하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되지 않는다는 것은 당분야에서 통상의 지 식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1-4

본 발명의 나노분말 제조 방법에 따른 실시예로서, 소정의 챔버에 액체(증류수)를 채운 다음, 이 액체속으로 은(Ag) 와이어를 제공하여 각각 1,2,3,4kJ의 펄스파워를 흘려 전기적인 폭발을 발생시키고, 이 전기적인 폭발로 인하여 액중에 금속와이어의 나노분말이 분산 생성되도록 하였다.

보다 상세하게는, 첨부한 도 3의 고속촬영 사진에서 보는 바와 같이 직경 0.3mm, 길이 25mm의 은 와이어를 증류수에 담근 상태에서 각각 1,2,3,4kJ의 펄스파워를 흘려 전기적인 폭발을 발생시킴에 따라, 충격파에 의해서 액중에 생성된 공간내에서 금속증기 플라즈마가 발생하고, 동시에 금속(은) 증기가 응축하여 나노분말을 생성하게 되어, 결국 액중에 은 나노분말이 분산된다.

이어서, 액중의 알루미늄 나노분말을 다수개의 포집필터를 이용하여 크기별로 선별 포집하였다.

실시예 5-8

본 발명의 나노분말 제조 방법에 따른 실시예로서, 소정의 챔버에 액체(증류수)를 채운 다음, 이 액체속으로 구리 와이어를 제공하여 각각 1,2,3,4kJ의 펄스파워를 흘려 전기적인 폭발을 발생시키고, 이 전기적인 폭발로 인하여 액중에 금속와이어의 나노분말이 분산 생성되도록 하였다.

그리고, 액중의 구리 나노분말을 다수개의 포집필터를 이용하여 크기별로 선별 포집하였다.

비교예1

기존의 나노분말 제조 방법에 따라, 챔버내(기중에서)의 은 와이어에 2kJ의 펄스파워를 흘려 전기적인 폭발을 발생시키고, 이 전기적인 폭발로 인하여 기중에서 알루미늄 금속와이어의 나노분말이 냉각/응축되어 생성되도록 하였다.

비교예2

기존의 나노분말 제조 방법에 따라, 챔버내(기중에서)의 구리 와이어에 2kJ의 펄스파워를 흘려 전기적인 폭발을 발생시키고, 이 전기적인 폭발로 인하여 기중에서 구리 금속와이어의 나노분말이 냉각/응축되어 생성되도록 하였다.

실험예 1

전압전류파형 실험

첨부한 도 4는 액중 전기폭발의 전압 및 전류 파형을 나타낸다.

전류는 전기폭발이 보이는 특징을 잘 나타내고 있다. 즉, 와이어의 기화로 인한 도전성의 상실과 그에 따른 전류의 급격한 감소를 보이고 있다.

또한, 폭발의 순간 발생하는 플라즈마에 의한 전류의 통전 재개로 전류급감의 해소 및 감쇄진동 모드로의 전환과정을 잘 나타내고 있다. 또한 전압은 방전개시와 더불어 감소하다가 와어어가 폭발하는 순간 약간 상승하는 특징을 보여주고 있다.

첨부한 도 5는 액중 전기폭발에 의해서 제조된 은 나노분말의 전자현미경(SEM)사진 이다. 분말은 100nm 내외의 구형 나노 입자들로 이루어져 있음을 알 수 있으며, 첨부한 도 6의 X선 회절법에 의한 분석으로 제조된 나노분말이 순수 은 나 노 분말임을 확인 할 수 있었다. 이때, XRD분석은 물질의 결정구조를 조사하여 어떤 물질인지를 알아내는 분석법으로서, 도 6에서 보는 바와 같이 피크의 위치와 크기를 이미 알려진 데이터베이스와 비교하여 어떤 물질인지를 추정하는 것이며, 도 6의 그래프는 모두 은 물질의 피크이다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 전기적인 폭발로 액중에 금속와이어의 나노분말이 생성 분산되도록 함으로써, 비교예에 따라 기중에서 생성된 나노분말에 비하여 100nm 내외의 고른 구형 나노 입자들을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

실험예2

본 발명의 실시예에 따라 액중 제조된 은 나노분말과, 비교예에 따라 기중에서 제조된 은 나노분말의 침전상태를 실험하였으며, 그 결과는 첨부한 도 7의 사진에 나타낸 바와 같다.

도 7의 (a) 및 (b) 사진에서 좌측 두 개의 병에 담긴 은 나노분말은 기중에서 제조된 나노분말로서, 4일이 지난 후에 침전에 의하여 색이 투명하게 변하면서 나노입자끼리 엉겨 붙는 현상이 발생하였다.

반면에, 본 발명에 따라 액중에서 제조된 은 나노분말(첨부한 도 7의 (a) 및 (b) 사진에서 가자 우측의 병에 담긴 것)은 4일이 지나도 액중에 고르게 분산되어 침전되지 않음을 알 수 있었고, 이에 각 분말입자끼리의 응집이 잘 발생되지 않음을 알 수 있었다.

이와 같이, 양호한 품질의 나노분말을 제조함에 있어서, 본 발명에 따른 액중 나노분말 제조방법이 기존의 기중 나노분말의 제조방법에 비하여 휠씬 우수하고 경제적이며 효과적임을 알 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법 및 장치에 의하면 다음과 같은 장점이 있다.

1) 금속와이어를 챔버내의 액체속으로 피딩시키는 동시에 펄스파워를 흘려 전기적 폭발을 유도하여, 금속와이어의 나노분말이 액중에서 생성 분산되도록 함으로써, 나노분말의 응집현상을 완전히 방지할 수 있고, 액체에 의하여 공기와의 접촉이 차단되어 나노분말의 산화현상을 현격하게 줄일 수 있는 장점이 있다.

2) 기존에 나노분말 표면에 산소를 제거하는 공정과, 응집된 분말을 분산제에 분산시키는 필수적인 공정을 배제하여, 비용을 절감할 수 있고 나노분말 제조공정을 보다 효율적으로 진행할 수 있다.

3) 본 발명은 액중에 나노분말이 분산(부유) 생성되기 때문에, 기존에 챔버에 나노분말이 퇴적되는 현상을 방지하는 동시에 퇴적분말에 의한 절연파괴를 방지할 수 있어, 나노분말의 제조 생산성을 향상시킬 수 있다.

4) 본 발명은 액중에 나노분말이 분산되어 분말끼리 응집되지 않기 때문에 크기별로 선별 포집하여 그 분급화가 가능하여 부가가치를 높일 수 있다.

Claims (11)

1. 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법에 있어서,

   액체(분산용매)가 채워진 챔버내에서 펄스파워를 이용하여 금속 와이어를 전기적으로 폭발시키는 제1공정과;

   금속 와이어가 액중에서 기화되어 나노분말로 생성되는 제2공정과;

   생성된 나노분말을 농축 또는 포집하는 제3공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1공정은:

   액체가 채워진 챔버의 제공 단계와;

   상기 챔버의 상부쪽으로부터 금속 와이어를 액체속으로 연속 피딩시키는 단계와;

   상기 액중의 금속 와이어에 1∼4kJ의 펄스파워를 흘려서 전기폭발이 발생되게 하는 단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 제2공정은:

   전기폭발로 인하여 금속와이어가 액중에서 기화되는 단계와;

   기화된 증기의 부피팽창으로 만들어지는 공간에 금속와이어의 나노분말이 생성되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 제3공정은:

   나노분말이 분산(부유)되어 있는 액체를 챔버로부터 배출하는 단계와;

   배출된 액체를 스프레이를 이용하여 포집필터에 고르게 분사하는 단계와;

   포집필터에 의하여 걸러진 나노분말을 수거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 액체(분산용매)는 오일, 증류수, 절연유중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법.
6. 청구항 4에 있어서, 메시 크기(구멍 직경)가 서로 다른 포집필터를 상하로 다수개 배열하여, 나노분말이 크기별로 분급되면서 포집될 수 있도록 한 것을 특징 으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법.
7. 청구항 4에 있어서, 상기 포집필터에 걸러진 나노분말을 수거할 때, 산화방지를 위하여 나노분말이 액체(분산용매)로 뒤덮힌 상태에서 수거하는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법.
8. 청구항 4에 있어서, 상기 포집필터를 통과한 액체는 액체순환용 모터에 의하여 상기 챔버의 내부로 재유입되는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 방법.
9. 전기폭발에 의한 나노분말 제조 장치에 있어서,

   절연체에 의하여 상부공간과 하부공간으로 분리된 구조의 챔버와;

   상기 하부공간에 채워지는 액체(분산용매)와;

   상기 상부공간에 설치되는 구성으로서, 금속와이어가 감겨진 와이어 롤과, 상기 와이어 롤로부터 전개되는 와이어를 상기 와이어 가이드를 통하여 하부공간으로 피딩시키는 한 쌍의 피딩용 롤러와, 상기 와이어 롤 및 한 쌍의 피딩용 롤러의 회전축과 연결된 전기모터를 포함하는 와이어 피딩장치와;

   상기 하부공간에서 그 바닥쪽에 장착되는 구성으로서, 상기 챔버의 하부공간의 바닥면에 장착되는 고전압 전극과, 상기 고전압 전극과 연결되는 트리거 스위치와, 상기 스위치와 연결되는 캐패시터와, 상기 캐패시터를 고전압으로 충전시키는 충전장치와, 상기 피딩모터의 회전각을 감지하여 상기 스위치에 트리거 신호를 발생시키는 제어부를 포함하는 전기폭발장치와;

   상기 하부공간의 바닥쪽 구석 위치와 연통되게 배열되는 구성으로서, 소정체적의 액체저장탱크와, 상기 챔버의 하부공간과 상기 액체저장탱크의 상부공간을 연통되게 연결하는 밸브 포함형 파이프와, 상기 파이프의 끝단에 일체로 장착되어 상기 액체저장탱크의 상단부 공간에 배치되는 스프레이와, 상기 액체저장탱크의 내부공간에서 스프레이의 아래쪽에 상하 등간격으로 장착되는 다수개의 포집필터를 포함하는 나노분말 포집장치와;

   상기 나노분말 포집장치로부터 상기 하부공간으로 액체를 재순환시키기 위한 구성으로서, 상기 액체저장탱크의 하단부와 상기 챔버의 하부공간 상단부간을 연통되게 연결하는 순환파이프와, 상기 순환파이프상에 장착되는 개폐밸브 및 액체순환용 펌프를 포함하는 재순환 장치;

   를 포함하는 구성된 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 장치.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 챔버의 절연체에는 와이어의 피딩을 위한 중공의 와이어 가이드가 장착되고, 액체가 채워진 상기 하부공간에는 접지전극이 더 장착된 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 장치.
11. 청구항 9에 있어서, 상기 다수개의 포집필터중 위쪽의 필터는 메시크기(구멍직경)가 큰 것으로 장착되고, 아래쪽의 필터는 메시크기가 작은 것으로 장착되는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 제조 장치.

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