KR20110050136A - 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 이용한 전기유변유체 및 그 제조방법 - Google Patents

실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 이용한 전기유변유체 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110050136A
KR20110050136A KR1020090106987A KR20090106987A KR20110050136A KR 20110050136 A KR20110050136 A KR 20110050136A KR 1020090106987 A KR1020090106987 A KR 1020090106987A KR 20090106987 A KR20090106987 A KR 20090106987A KR 20110050136 A KR20110050136 A KR 20110050136A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fluid
core
inorganic
particles
nanoparticles
Prior art date
Application number
KR1020090106987A
Other languages
English (en)
Inventor
장정식
홍진용
Original Assignee
서울대학교산학협력단
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
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020090106987A priority Critical patent/KR20110050136A/ko
Publication of KR20110050136A publication Critical patent/KR20110050136A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M177/00—Special methods of preparation of lubricating compositions; Chemical modification by after-treatment of components or of the whole of a lubricating composition, not covered by other classes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0009—Forming specific nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2020/00—Specified physical or chemical properties or characteristics, i.e. function, of component of lubricating compositions
    • C10N2020/01—Physico-chemical properties
    • C10N2020/055—Particles related characteristics
    • C10N2020/061—Coated particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/14—Electric or magnetic purposes
    • C10N2040/16—Dielectric; Insulating oil or insulators

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

본 발명은 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 이용한 전기유변유체의 제조방법에 관한 것으로, 씨드 중합 (Seeded polymerization)에 의해 제조된 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자는 외부전기장에 의한 입자의 편극화와 그로 인한 높은 입자간 정전기적 상호작용을 통하여 전기유변유체에 적용하는 예를 제시한다.
본 발명에 따르면, 간단하고 저렴한 씨드 중합에 의해 제조된 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자들은 간단한 전기전도성 조절을 통해서 전기유변유체 내에 손쉽게 도입될 수 있는 장점을 가진다. 더욱이, 본 발명에서 제시한 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자들은 코어 성분의 종류, 크기, 형태에 구애되지 않을 뿐만 아니라, 전도성고분자 셀의 종류, 두께에 제한 없이 제조가 가능하며 상기 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자로 구성된 전기유변유체는 기존 전기유변유체에 비해 우수한 안정성과 성능을 나타낸다.
코어-셀, 씨드 중합, 실리카, 폴리아닐린, 전도성 고분자, 전기유변유체

Description

실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 이용한 전기유변유체 및 그 제조방법 {Electrorheological Fluids Using silica/polyaniline core/shell nanospheres and Fabrication Method}
본 발명은 씨드 중합을 이용하여 제조한 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노 입자의 전기유변유체로의 응용에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 일정량의 무기 나노 입자를 용매에 분산시킨 뒤, 산화제를 도입하여 무기 나노 입자의 표면을 산화제로 코팅한 후에 산화제가 코팅된 무기나노입자를 코어(Core) 성분으로 사용하여 용매에 분산시켜 단량체를 주입한 뒤, 적정 온도와 시간에서 씨드 중합을 이용해서 전도성고분자를 셀(shell) 성분으로 하여 상기 나노 입자의 표면을 도포시켜 코어-셀 나노 입자를 제조하는 방법을 제공한다. 또한 상기 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자로 구성된 전기유변유체는 기존 전기유변유체에 비해 우수한 안정성과 성능을 나타낸다.
전기유변유체(Electrorheological fluid)는 절연 유체에 극성을 띠는 미세한 입자들을 분산시킨 콜로이드 용액으로서, 유체의 외부에서 가해지는 전기장의 강도에 따라 유체 속의 입자들이 체인구조를 형성함에 따라 그 유변학적 특성이 변 하는 유체를 총칭하는 말이다. 전기유변유체는 전기장을 가하지 않은 상태에서는 유체 속의 분산된 입자들이 자유로이 운동하는 뉴토니안 유체(Newtonian fluid)와 같은 거동을 나타내지만, 외부 전기장 하에서는 순간적으로 항복 응력을 갖는 빙햄 유체(Bingham fluid) 거동을 나타냄으로써 수십 및 수 백배의 점도변화를 나타내게 된다. 이러한 전기유변유체의 거동은 전기장에 의한 유체 자체의 점도변화에 의한 것이 아니라, 유체 내의 극성을 지닌 입자들의 배열구조 변화, 즉 미세 입자들이 외부 전기장에 의해 섬유 또는 체인구조를 형성함에서 기인한다. 전기유변유체는 외부 전기장의 세기에 따라 점도 특성 등 유동특성의 변화폭이 크고, 내구성이 우수하며, 전기장에 대한 응답속도가 10-3초 이하의 수준으로 매우 빠르며 가역적이라는 특성을 가진다. 이러한 가역적인 유변학적 특성을 이용하여 전기유변유체는 자동차 관련 산업 분야로부터 항공 산업 분야 등에 이르기까지 다양한 잠재적 응용성을 제시해주며, 그 중에서도 쇽업소버(Shock absorber), 엔진마운트, 제동시스템과 같은 응용기술의 실용화를 위한 발판으로서 많은 연구가 진행되고 있다.
그러나, 일반적으로 기존의 전기유변유체에 적용된 입자의 크기는 0.1 ~ 100 ㎛ 로 마이크로 단위의 불균일한 무기 입자들에 의존하여 연구가 진행되어 왔다. 이러한 마이크로 크기의 불균일한 무기 입자들은 입자 침전 등에 의한 전기유변유체의 안정성을 크게 저하시켜 상용화에 큰 걸림돌로 작용한다는 단점을 지니고 있다.
최근 수년간, 전도성 고분자는 전기유변유체의 분산 입자로서 그 응용 가능 성을 인정받고 활발한 연구가 진행되어 왔다. 그중에서도 특히, 폴리아닐린(polyaniline)은 용이한 제조방법, 낮은 생산원가, 높은 전기 전도도(ca . 103 S/cm), 그리고 매우 우수한 환경적 안정성 때문에 많은 관심을 끌고 있다. 게다가 나노미터 사이즈의 전도성 고분자 나노구조물들은 상대적으로 높은 표면적과 낮은 비중을 지니고 있기 때문에 외부전기장에 의한 입자의 편극화와 그로 인한 입자간 정전기적 상호작용을 증가시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다.
이러한 장점들에도 불구하고 재현성있고 신뢰성있는 나노물질 제조 방법의 부재로 인해 전도성고분자 나노구조물을 이용한 전기유변유체 개발은 상당히 제한되어 왔다. 최근 본 연구팀은 많은 실험과 심도있는 연구를 거듭한 끝에, 손쉽게 전도성고분자 나노구조물을 제조하는 방법, 즉, 무기 나노 입자표면을 산화제로 코팅한 후 단량체를 주입하여 씨드 중합을 통하여 전도성고분자 셀을 형성 함으로써 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자를 제조할 수 있음을 확인하고, 전기적 성질을 제어하여 전기유변유체에 적용함으로써 본 발명에 이르게 되었다.
따라서, 선행연구를 통한 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자의 전기유변유체로의 적용을 위해서는 나노입자의 전도도 조절방법 및 분산방법에 대한 연구가 필요하며, 전기유변유체의 특성향상 및 상용화를 위해서 나노 입자의 함량 및 전기장 세기에 따른 전기유변학적 특성 고찰, 장시간 분산 안정성, 그리고 표면 개질화에 따른 응집 방지에 대한 연구가 강력히 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 이러한 종래기술의 문제점들을 일거에 해결하고자 씨드 중합을 이용하여 제조한 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자를 간단한 전기 전도성 조절을 통해 전기유변유체내에 손쉽게 도입한 후 나노 입자의 함량 및 전기장 세기에 따른 전기유변학적 특성을 확인하는데 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 방법으로 구성된 전기유변유체를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 많은 실험과 심도있는 연구를 거듭한 끝에, 손쉽게 전도성고분자 나노구조물을 제조하는 방법, 즉, 무기 나노 입자표면을 산화제로 코팅한 후 단량체를 주입하여 씨드 중합을 통하여 전도성고분자 셀을 형성 함으로써 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자를 제조할 수 있음을 확인하고, 전기적 성질을 제어하여 전기유변유체에 적용함으로써 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명은 수 나노미터에서 수백 나노미터 사이의 크기를 갖는 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자의 제조 및 전기유변유체로의 적용 방법을 제공하고, 나노 입자의 함량 및 전기장 세기에 따른 전기유변학적 특성 고찰을 내용으로 한다.
본 발명에 따르면 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자의 제조 및 전기유변유체로의 적용 및 특성 고찰방법은,
(A) 평균 입경이 수 나노미터에서 수백 나노미터인 실리카 나노 입자를 수용 액 상에서 산화제를 이용하여 표면을 코팅하는 단계;
(B) 상기 실리카 나노 입자를 포함하는 수용액을 건조하여, 산화제가 코팅된 콜로이드 입자를 회수하는 단계; 및,
(C) 상기 산화제가 코팅된 실리카 나노 입자를 용매에 넣고 단량체를 주입하여 고분자가 무기 나노 입자의 표면에서 중합되도록 하는 단계; 및,
(D) 상기 제조된 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자의 디도핑(Dedoping) 과정을 통해서 전기적 성질을 제어하는 단계; 및
(E) 상기 제조된 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자를 실리콘 유체에 다양한 분산 방법을 이용하여 분산시켜 전기유변유체를 구성하는 단계; 및
(F) 상기 나노전기유변유체를 직류전류 공급기(DC Power Supply)가 연결되어있는 레오메터(Rheometer)를 이용하여 다양한 나노 입자 함량 및 외부전기장 세기에서의 전기유변학적 특성을 고찰하는 단계로 구성되어 있다.
폭 넓은 응용 범위를 갖고 있는 전기유변유체는 이제까지 지속적으로 다양한 연구가 진행되어 왔음에도 불구 하고, 실제 적용에서는 많은 한계점을 노출해온 것이 사실이다. 본 발명에 따른 씨드 중합을 통한 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자의 전기유변유체로의 적용방법은 나노미터 사이즈의 무기 입자를 씨드로 이용하여 손쉽게 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자를 제조할 수 있는 실험적 조건 및 중합 변수를 제공해 주는 바, 기술된 내용은 폴리아닐린 뿐만 아니라, 화학적 중합이 가능한 폴리피롤, 폴리싸이오펜, 폴리페돗 등의 여러 전도성고분자 및 그 유도체를 이용한 전기유변유체로의 적용 가능성을 제공해 준다. 본 발명에 따른 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자를 분산시킨 전기유변유체는 나노미터 사이즈에서 기인하는 우수한 분산성과 전기적 특성을 지닌 균일한 크기의 나노입자로 이루어져 있으므로 유체 내 안정성, 높은 분극성 등의 장점들과 함께 전기유변유체로의 응용 및 구현이 가능할 것으로 여겨진다.
본 명세서에서 특별히 명시되지 않는 한, 온도, 함량, 크기 등의 수치 범위는 본 발명의 제조방법을 최적화 할 수 있는 범위를 의미한다.
단계 (A)에서 사용되는 코어 입자의 경우 무기 입자에 특별히 한정되는 것은 아니며, 금속이나 고분자 입자도 적용가능하다. 중합 개시제로는 단량체의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 산화제에 의한 중합반응의 경우, 산화제로는 특별히 국한되는 것은 아니나 삼염화철(FeCl3)이 특히 바람직하다. 산화제의 부가량은 수용액상에 분산되어 있는 무기 나노 입자의 4분의 1에서 2분의 1의 무게비로 첨가될 수 있지만, 원하는 두께의 고분자 셀을 얻기 위해 상기 부가량은 조절할 수 있으며 이들 범위에 한정되지 않고, 상기 범위보다 적거나 많을 수 있다.
무기 입자의 지름은 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 1-100 nm 이고, 형상은 특정 형상에 국한되지는 않으나 구형입자가 바람직하다. 실리카 입자의 경우, 30 나노미터 이하의 지름을 갖는 콜로이드 실리카 입자의 경우, 상용화된 실리카 졸 수용액(colloidal silica sol suspension solution)을 사용할 수 있는 데, 그 대표적인 예로는, 현재 시판중이 Ludox SM-30, HS-40, AS-40 silica sol 등을 들 수 있으며, 그것에 포함되어 있는 실리카의 지름은 앞에서부터 각각 7, 12, 22 나노미터이다. 약 50 나노미터~수백나노미터 이상의 지름을 갖는 구형의 실리카 입자는 기존에 알려진 스퇴버 방법(Stㆆber method)을 이용하여 제조할 수 있다.
단계 (B)에서 산화제가 코팅된 무기 나노 입자를 회수하기 위한 건조온도는 특정온도에 제한되지 않으며, 본 발명에서는 상온 (25℃)에서부터 100℃ 사이가 바람직 하다.
단계 (C)에서 상기 중합에 필요한 온도는 상온 (25℃) 에서부터 70℃의 온도에서 3시간 ~ 24 시간 동안 상기 반응이 진행될 수 있으나 이들 범위에 제한되는 것은 아니며, 단량체의 종류나 요구되는 전기적 성질에 따라 상기 범위보다 높거나 낮을 수 있다.
상기 중합 반응에서 사용될 수 있는 고분자의 단량체로는 용매상에서 중합될 수 있는 단량체라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 본 발명에서는 전기유변유체로의 적용을 위하여 전도성 고분자의 단량체인 아닐린, 피롤, 싸이오펜, 3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜 등이 바람직 하다.
상기 명시된 과정에 따라 중합 후, 균일한 두께의 고분자로 코팅된 무기/전도성고분자 코어/셀 구조의 나노입자를 얻게 된다. 여기서 얻어지는 전도성고분자 셀은 수 에서 수십 나노미터 두께를 형성하게 되며, 반응조건에 따라 이들 범위는 상기 범위보다 높거나 낮을 수 있다.
단계 (D)에서 전기유변유체에 적용가능한 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입 자의 전기적 물성 범위는 10- 6 에서 10-10 S cm-1의 전도도가 바람직하지만, 특별히 제한되는 것은 아니다. 다만 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자의 전도도가 지나치게 높으면 전기장 증가에 따른 나노전기유변유체 내의 전류값이 너무 높아져 쇼트(Short) 현상이 발생할 수도 있다.
무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자의 전기적 성질을 제어하는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니며, 디도핑(Dedoping)방법 및 열처리방법 등과 같은 전도도를 조절할 수 있는 대부분의 방법들이 사용될 수 있다. 그 중에서도 디도핑(Dedoping)을 통한 전기적 성질을 제어하는 방법이 바람직 하다.
단계 (E)에서 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자는 실리콘 유체에 분산되어 전기유변유체를 구성한다. 분산 방법의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니며, 분산 방법에 적용될 수 있는 대부분의 방법들이 사용될 수 있다. 그 중에서도 셰이커, 볼분쇄기, 음파발생기 및 초음파발생기와 같은 분산 방법들이 바람직하다.
실리콘 유체는 점도 20 cS ~ 500 cS 의 실리콘 오일을 사용하며 이들 범위에 제한되는 것은 아니며, 상기 범위보다 높거나 낮을 수 있다.
실리콘 유체에 분산되는 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자의 함량은 5 vol% ~ 40 vol% 의 범위내에서 가능하지만, 상기 범위보다 높거나 낮을 수 있다.
단계 (F)에서 전기유변학적 특성을 확인하기 위한 장치로 직류전류공급기(DC Power Supply)가 연결되어있는 레오메터(Rheometer)를 이용한다. 상기 레오메터는 구동부, 온도제어가 가능한 항온조 및 온도, 토크, 회전수 계측신호의 처리부로 구 성되며, 레오메터의 종류 및 측정방법에 따라 다르게 구성될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.
상용되는 측정방법은 유체의 점도 및 성격에 따라 적절히 선택할 수 있으며 주로 회전형 점도측정법 (Brookfield Viscometer), 콘 앤 플레이트 점도측정법 (Cone-and-Plate rheometer), 평행판 점도 측정방법 (Parallel plate Viscometer) 등과 같은 방법이 가능하며, 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 측정방법에 필요한 갭간격(gap distance)은 100 ~ 2000 μm 가 바람직하나, 이에 국한되는 것은 아니며, 실리콘 오일의 점도나 측정 온도와 같은 실험 요구조건에 따라 상기 범위보다 높거나 낮을 수 있다.
상기 측정방법은 25 ℃ 에서 100 ℃ 범위에서 측정될 수 있으나, 특별히 이들 범위에 국한되는 것은 아니며 상기 범위보다 높거나 낮을 수 있다.
상기 측정방법에 필요한 외부전기장은 0 kV/mm ~ 5.0 kV/mm 로 변화시킬 수 있으며 이것은 분산된 입자의 전기적 성질에 따라 제어될 수 있으며 상기 범위보다 높거나 낮을 수 있다.
상기 전기유변유체의 전기유변학적 특성은 전단율 10-2 ~ 103 sec- 1 에서 관찰할 수 있으나, 이들 범위에 국한되는 것은 아니며 실리콘 유체에 분산된 입자의 특성 및 실리콘 유체 종류에 따라 상기 범위보다 높거나 낮을 수 있다.
본 발명의 방법에 적용된 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자는 코팅된 전도성고분자의 두께가 수 나노미터에서 수십 나노미터로 거의 균일하여 무기 나노 입자의 모양과 크기가 균일한 특징을 가지고 있다. 그리하여 전기유변유체로의 적용을 위하여 실리콘 오일에 분산시켰을 시, 우수한 안정성을 기대할 수 있으며 또한 나노 입자의 높은 표면적은 유체와의 증가 된 상호작용을 통해 소량의 입자 함량으로 뛰어난 전기유변학적 특성을 얻을 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명에 따른 무기/고분자 코어-셀 나노 입자는 이들 예시적인 용도에 한정됨이 없이 추후 예상되는 다양한 용도에 응용, 적용될 수 있으며, 이들의 용도가 본 발명의 범주를 벗어나는 것은 아니다.
[실시예]
이하 실시예를 참조하여 본 발명의 구체적인 예를 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
증류수 50 mL에 22 nm의 지름을 갖는 실리카 입자를 포함하고 있는 Ludox AS-40 수용액 50 mL와 FeCl3 약 10 g를 가한 후 교반한 뒤 건조하여 표면이 FeCl3로 코팅된 실리카 나노 입자를 회수하였다. 표면 코팅된 실리카 나노 입자 20 g을 200 mL의 증류수에 넣은 후 아닐린 단량체 0.2 mL를 주입하여 25 ℃에서 24 시간 동안 중합시켰다. 제조된 코어/셀 구조를 갖는 무기/전도성고분자 나노 입자를 주사전자현미경(SEM) 과 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 분석한 결과, 약 2 nm의 두께를 갖는 폴리아닐린 층이 실리카 나노 입자의 표면에 생성된 것을 확인할 수 있었다 (도 1, 도 2).
[실시예 2]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 12 ㎚의 지름을 갖는 실리카 입자를 포함하고 있는 Ludox HS-40 수용액 50 mL와 FeCl3 약 10 g를 가한 후 교반한 뒤 건조하여 표면이 FeCl3로 코팅된 실리카 나노 입자를 회수하였다. 표면 코팅된 실리카 나노 입자 20 g을 200 mL의 증류수에 넣은 후 0.3 mL의 아닐린 단량체를 주입한 후 50 ℃에서 6 시간 동안 중합시켰다.
제조된 코어/셀 구조를 갖는 무기/전도성고분자 나노 입자를 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 분석한 결과, 22 nm의 실리카 나노입자를 사용한 것과 마찬가지로 약 2 nm의 두께를 갖는 폴리아닐린 층이 실리카 나노 입자의 표면에 생성된 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 3]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 7 ㎚의 지름을 갖는 실리카 입자를 포함하고 있는 Ludox SM-30 수용액 약 66 mL와 FeCl3 약 10 g를 가한 후 교반한 뒤 건조하여 표면이 FeCl3로 코팅된 실리카 나노 입자를 회수하였다. 표면 코팅된 실리카 나노 입자 20 g을 200 mL의 증류수에 넣은 후 0.4 mL의 아닐린 단량체를 주입한 후 75 ℃에서 1 시간 동안 중합시켰다.
제조된 코어/셀 구조를 갖는 무기/전도성고분자 나노 입자를 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 분석한 결과, 22 nm의 실리카 나노입자를 사용한 것과 마찬가지로 약 2 nm의 두께를 갖는 폴리아닐린 층이 실리카 나노 입자의 표면에 생성된 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 4]
상기 방법으로 제조된 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자의 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 먼저 점도 100 cSt, 밀도 0.97 g/㎤의 실리콘 유체(Poly(dimethylsiloxane))에 지름 11 nm의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 초음파발생기를 이용하여 40 vol%의 부피비 함량으로 분산 시킨 후 외부 전기장 5 kV/mm에서 전단율을 10-1 ~ 103 sec-1로 변화시켜가며 전단률에 따른 전단응력의 변화를 관찰했다. 그 결과 일반적인 유체의 특성과는 다르게 어느 정도의 전단률 까지는 전단응력이 일정한 빙햄 유체의 특성을 나타냈다(도 3).
[실시예 5]
지름 16 nm의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 이용하여 실시예 4과 동일한 방법으로 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과 일반적인 유체의 특성과는 다르게 어느 정도의 전단률 까지는 전단응력이 일정한 빙햄 유체의 특성을 나타냈다.
[실시예 6]
지름 26 nm의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 이용하여 실시예 4과 동일한 방법으로 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과 일반적인 유체의 특성과는 다르게 어느 정도의 전단률 까지는 전단응력이 일정한 빙햄 유체의 특성을 나타냈다.
[실시예 7]
상기 방법으로 제조된 나노전기유변유체의 측정 온도에 따른 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 외부전기장의 크기와 전단율을 각각 5 kV/mm와 0.1 sec-1로 고정 한 채, 지름 11 nm의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자의 5 vol% 부피비에서 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 304 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다 (도 4).
[실시예 8]
실시예 7과 동일한 방법으로 실험하되, 외부전기장의 크기와 전단율을 각각 5 kV/mm와 0.1 sec-1로 고정 한 채, 지름 16 nm의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자의 10 vol% 부피비에서 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 335 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다.
[실시예 9]
실시예 7과 동일한 방법으로 실험하되, 외부전기장의 크기와 전단율을 각각 5 kV/mm와 0.1 sec-1로 고정 한 채, 지름 26 nm의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자의 20 vol% 부피비에서 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 740 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다.
[실시예 10]
실시예 7과 동일한 방법으로 실험하되, 외부전기장의 크기와 전단율을 각각 5 kV/mm와 0.1 sec-1로 고정 한 채, 지름 26 nm의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자의 40 vol% 부피비에서 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 6500 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다.
[실시예 11]
상기 방법으로 제조된 나노전기유변유체의 실리콘 유체의 점도에 따른 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 외부전기장의 크기와 전단율을 각각 5 kV/mm와 0.1 sec-1로 고정 한 채, 지름 11 nm의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 점도 20 cSt의 실리콘 유체에 40 vol%의 부피비 함량으로 분산 시킨 후 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 6240 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다.
[실시예 12]
실시예 11과 동일한 방법으로 실험하되, 외부전기장의 크기와 전단율을 각각 5 kV/mm와 0.1 sec-1로 고정 한 채, 지름 11 nm의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 점도 250 cSt의 실리콘 유체에 40 vol%의 부피비 함량으로 분산 시킨 후 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 11060 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다.
[실시예 13]
실시예 11과 동일한 방법으로 실험하되, 외부전기장의 크기와 전단율을 각각 5 kV/mm와 0.1 sec-1로 고정 한 채, 지름 11 nm의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노 입자를 점도 500 cSt의 실리콘 유체에 40 vol%의 부피비 함량으로 분산 시킨 후 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 12750 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다.
[실시예 14]
상기 방법으로 제조된 나노전기유변유체의 측정 온도에 따른 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 우선 지름 11 nm의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 점도 100 cSt의 실리콘 유체에 40 vol%의 부피비 함량으로 분산 시킨 후, 외부전기장의 크기와 전단율을 각각 5 kV/mm와 0.1 sec-1로 고정 한 채 측정온도 50 ℃ 에서의 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 8860 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다.
[실시예 15]
실시예 14과 동일한 방법으로 실험하되, 측정온도 75 ℃에서의 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 8240 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다.
[실시예 16]
실시예 14과 동일한 방법으로 실험하되, 측정온도 100 ℃에서의 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 6970 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다.
[실시예 17]
상기 방법으로 제조된 전기유변유체의 외부전기장 크기에 따른 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 우선 지름 11 nm의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 점 도 100 cSt의 실리콘 유체에 40 vol%의 부피비 함량으로 분산 시킨 후, 전단율과 측정온도를 각각 0.1 sec- 1와 25 ℃로 고정 한 채 외부전기장 1.0 kV/mm에서의 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 2031 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다 (도 5).
[실시예 18]
실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 외부전기장 2.0 kV/mm에서의 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 3486 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다.
[실시예 19]
실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 외부전기장 3.0 kV/mm에서의 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 5392 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다.
[실시예 20]
실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 외부전기장 4.0 kV/mm에서의 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 7494 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다.
[실시예 21]
실시예 17와 동일한 방법으로 실험하되, 외부전기장 5.0 kV/mm에서의 전기유변학적 특성을 살펴보았다. 그 결과, 9200 pa의 전단응력 값을 확인할 수 있었다.
본 발명에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명으로 제조된 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자의 주사전자현미경 (scanning electron microscopy) 사진이며;
도 2는 본 발명으로 제조된 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자의 투과전자 현미경 (transmission electron microscopy) 사진이며;
도 3는 본 발명의 실시예 4에서 측정된 지름 11, 16, 26 nm 의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자의 전단률에 따른 전단응력의 변화 특성 그래프이고;
도 4은 본 발명의 실시예 7에서 측정된 외부전기장의 크기와 전단율을 각각 5 kV/mm와 0.1 sec-1로 고정 한 채, 지름 11 nm의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자의 입자 함량에 따른 전기유변유체의 전단응력 변화 그래프이며;
도 5는 본 발명의 실시예 17에서 측정된 입자 함량과 전단율을 각각 30 vol%와 0.1 sec-1로 고정 한 채, 지름 11 nm의 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자의 외부 전기장 크기에 따른 전기유변유체의 전단응력 변화 그래프이다.

Claims (13)

  1. 평균 입경이 수 나노미터에서 수백 나노미터인 콜로이드 입자를 수용액 상에서 표면을 산화제로 코팅하는 단계;
    상기 콜로이드 입자를 포함하는 수용액을 건조하여, 산화제로 표면 코팅된 콜로이드 입자를 회수하는 단계; 및,
    상기 산화제로 표면 코팅된 입자를 용매에 넣고 온도를 올려 단량체를 주입하여 전도성고분자가 콜로이드 입자의 표면에서 중합되도록 하는 단계; 및,
    상기 방법으로 중합된 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자를 디도핑(Dedoping) 과정을 통해서 전기적 성질을 제어하는 단계; 및,
    상기 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자를 실리콘 유체에 다양한 분산 방법을 이용하여 분산시켜 전기유변유체를 구성하는 단계; 및
    상기 전기유변유체를 직류전류 공급기(DC Power Supply)가 연결되어있는 레오메터(Rheometer)를 이용하여 다양한 나노 입자 함량 및 외부전기장 세기에서의 전기유변학적 특성을 고찰하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한 전기유변유체 제조 및 측정방법.
  2. 제1항에 있어서 코어 성분인 상기 콜로이드 입자는 무기입자, 금속입자, 또는 고분자입자인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  3. 제1항에 있어서 콜로이드 입자 표면에 코팅되는 물질은 고분자 중합에 필요한 라디칼 개시제 및 화학 산화제인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제1항에 있어서 산화제로 표면 코팅된 콜로이드 입자의 건조 온도는 섭씨 1 ℃에서 100 ℃인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서 상기 중합 온도는 섭씨 1 ℃에서 70 ℃인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서 상기 중합시간이 1분에서 24시간인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자의 전기전도도가 10- 6 에서 10-10 S cm-1인 것을 특징으로하는 전기유변유체의 제조 및 측정방법.
  8. 제1항에 있어서 음파 및 초음파 발생기를 분산방법으로 이용하는 것을 특징으로 하는 전기유변유체의 제조 및 측정방법.
  9. 제1항에 있어서 실리콘 유체 내 무기/전도성고분자 코어/셀 나노입자의 부피 비가 5 vol%에서 40 vol%인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 전기유변유체의 제조 및 측정방법.
  10. 제1항에 있어서 실리콘 유체의 점도가 20 cSt에서 500 cSt인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 전기유변유체의 제조 및 측정방법.
  11. 제1항에 있어서 전기유변유체의 측정온도가 25 ℃에서 100 ℃인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 전기유변유체의 제조 및 측정방법.
  12. 제1항에 있어서, 외부 전기장의 변화는 0 kV/mm에서 5 kV/mm인 것을 특징으로 하는 전기유변유체의 제조 및 측정방법.
  13. 제1항에 있어서, 전단율의 변화는 10-2 sec-1에서 103 sec-1인 것을 특징으로 하는 측정 방법.
KR1020090106987A 2009-11-06 2009-11-06 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 이용한 전기유변유체 및 그 제조방법 KR20110050136A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090106987A KR20110050136A (ko) 2009-11-06 2009-11-06 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 이용한 전기유변유체 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090106987A KR20110050136A (ko) 2009-11-06 2009-11-06 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 이용한 전기유변유체 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110050136A true KR20110050136A (ko) 2011-05-13

Family

ID=44360997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090106987A KR20110050136A (ko) 2009-11-06 2009-11-06 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 이용한 전기유변유체 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20110050136A (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120135691A (ko) * 2011-06-07 2012-12-17 주식회사 한국엔티켐 다층구조의 전도성 나노입자 및 이의 제조방법
CN107603712A (zh) * 2017-10-23 2018-01-19 青岛科技大学 一种花状聚苯胺纳米颗粒电流变液及其制备方法
WO2020149547A1 (ko) * 2019-01-17 2020-07-23 주식회사 엘지화학 소화 조성물, 그의 제조방법, 이차전지 및 전지팩
CN113980718A (zh) * 2021-11-19 2022-01-28 陕西科技大学 一种碳球/二维共价有机聚合物纳米颗粒的制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120135691A (ko) * 2011-06-07 2012-12-17 주식회사 한국엔티켐 다층구조의 전도성 나노입자 및 이의 제조방법
CN107603712A (zh) * 2017-10-23 2018-01-19 青岛科技大学 一种花状聚苯胺纳米颗粒电流变液及其制备方法
WO2020149547A1 (ko) * 2019-01-17 2020-07-23 주식회사 엘지화학 소화 조성물, 그의 제조방법, 이차전지 및 전지팩
US11730993B2 (en) 2019-01-17 2023-08-22 Lg Energy Solution, Ltd. Extinguishing composition, method for preparing the same, secondary battery and battery pack
CN113980718A (zh) * 2021-11-19 2022-01-28 陕西科技大学 一种碳球/二维共价有机聚合物纳米颗粒的制备方法
CN113980718B (zh) * 2021-11-19 2022-04-29 陕西科技大学 一种碳球/二维共价有机聚合物纳米颗粒的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yin et al. The electrorheological effect of polyaniline nanofiber, nanoparticle and microparticle suspensions
Marins et al. Hybrid polyaniline-coated sepiolite nanofibers for electrorheological fluid applications
Zhang et al. Facile and fast synthesis of polyaniline-coated poly (glycidyl methacrylate) core–shell microspheres and their electro-responsive characteristics
Liu et al. Fabrication of semiconducting polyaniline/nano-silica nanocomposite particles and their enhanced electrorheological and dielectric characteristics
Liu et al. Core–shell-structured monodisperse copolymer/silica particle suspension and its electrorheological response
Zhang et al. Fabrication of imidazolium-based poly (ionic liquid) microspheres and their electrorheological responses
Han et al. Poly (diphenylamine)/polyaniline core/shell composite nanospheres synthesized using a reactive surfactant and their electrorheology
He et al. The preparation and electrorheological behavior of bowl-like titanium oxide nanoparticles
Jun et al. Polymeric nanoparticle-coated Pickering emulsion-synthesized conducting polyaniline hybrid particles and their electrorheological study
Wang et al. Hollow PAQR nanostructure and its smart electrorheological activity
Fang et al. Effect of oxidants on morphology of interfacial polymerized polyaniline nanofibers and their electrorheological response
Piao et al. Sulfonated polystyrene nanoparticles coated with conducting polyaniline and their electro-responsive suspension characteristics under electric fields
Gao et al. Hollow submicron-sized spherical conducting polyaniline particles and their suspension rheology under applied electric fields
Jun et al. Fabrication of electric-stimuli responsive polyaniline/laponite composite and its viscoelastic and dielectric characteristics
Erol et al. Core/shell-structured, covalently bonded TiO 2/poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) dispersions and their electrorheological response: the effect of anisotropy
KR20110050136A (ko) 실리카/폴리아닐린 코어/셀 나노입자를 이용한 전기유변유체 및 그 제조방법
Wen et al. Clip-like polyaniline nanofibers synthesized by an insitu chemical oxidative polymerization and its strong electrorheological behavior
Kim et al. Dispersion‐Polymerized Carbon Nanotube/Poly (methyl methacrylate) Composite Particles and their Electrorheological Characteristics
An et al. Swelling-diffusion-interfacial polymerized core-shell typed polystyrene/poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) microspheres and their electro-responsive characteristics
Lee et al. Graphene oxide as a Pickering emulsifier for poly (glycidyl methacrylate) composite particles and their suspension rheology under applied electric fields
Zhang et al. Graphene and graphene oxide composites and their electrorheological applications
Oh et al. Characterization and electrorheological response of silica/titania-coated MWNTs synthesized by sol–gel process
Park et al. Polyaniline microsphere encapsulated by poly (methyl methacrylate) and investigation of its electrorheological properties
KR20110065600A (ko) 실리카/이산화티타늄 나노튜브의 제조 및 전기유변유체로의 응용
KR20080103773A (ko) 자성 복합체 입자 및 이를 이용한 자기유변유체

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application