KR20120037110A - 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관, 그 제조방법 및 그 이용방법 - Google Patents

탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관, 그 제조방법 및 그 이용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전열관의 내면, 외면, 또는 내 외면에 금속나노입자?친수성 나노입자 또는 비등촉진입자가 선택적으로 혼합된 탄소나노튜브 코팅층을 형성함으로써, 전열관의 표면 거칠기 및 기공도를 증가시켜 열에 의해 가열되는 유체의 비등(Boiling) 열전달 및 응축 열전달 성능을 향상시켜 컴팩트하면서도 열전달 효율을 높여 에너지 절감 효과를 동시에 얻을 수 있는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관, 그 제조방법 및 그 이용방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관, 그 제조방법 및 그 이용방법{HIGH EFFICIENT HEATING TUBE USING CARBON NANOTUBE AND MANUFACTURING AND USING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관, 그 제조방법 및 그 이용방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 전열관의 표면에 나노입자(금속나노입자?친수성 나노입자 또는 비등촉진 나노입자)를 함유한 탄소나노튜브 코팅층을 형성함으로써, 거칠기와 열전도율의 향상으로 인한 비등열전달 현상의 증가로 열전달 성능이 향상되도록 한 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관, 그 제조방법 및 그 이용방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉방장치와 냉동장치 그리고 난방장치에는 내외부 사이에 원활한 열교환이 이루어질 수 있도록 열교환기가 구비된다. 그리고, 이 열교환기에는 실질적으로 냉수 또는 냉매가 순환하면서 열교환이 이루어지도록 전열관이 구비된다.
전열관은, 냉매의 경우, 응축과 증발현상을 반복하면서 냉수와의 열교환이 이루어진다. 즉, 전열관은 냉방(냉동)장치의 경우 증발기와 응축기에 구비되어 냉매가 순환되도록 구성되는데, 증발기에서 냉매가 증발하면서 냉수와 열교환이 이루어지면서 그 표면에는 비등(boiling) 열전달 현상이 일어난다. 이렇게 증발기에서 증발한 냉매는 응축기에서 냉각수와 열교환하여 응축이 된다. 이 부분에는 응축열전달 현상이 발생된다.
이와 같은 작용을 하는 전열관은 전체적인 크기를 작게 차지하면서도 열전달 효율이 높아야만 냉동(냉장)장치를 컴팩트하게 제조할 수 있고, 그 제조단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 소비되는 전력을 절감할 수 있게 된다.
이에 종래에 평관 형태로 제조되었던 전열관은 기계적 성형을 가한 성형관 형태로서 많은 개발이 이루어지고 있다. 이러한 성형 전열관으로서 넓은 증발면적을 확보하기 위하여 마이크로 핀을 형성하고, 여기에 3차원 형태의 가공을 통하여 동공(reentarant cavity)을 형성한 전열촉진관(enhanced tube)이 있다.
전열촉진관은, 중대형 압축식 냉동기의 증발기용 전열관을 보여주는 도 1에서와 같이, 동파이프에 기계적 가공을 통하여 인위적으로 돌기나 동공을 형성하여 냉매의 풀 비등(Pool Boiling) 열전달이 잘 이루어지게 형성된다. 즉, 임계열유속(CHF)을 고려하여 가열면 표면에서 발생되는 냉매 증기가 가열면에서 골고루 빠르게 이탈하여 효율적으로 열전달이 이루어지도록 한 것이다.
도 2는 기존 증발기용 전열관의 외 표면과 내 표면에 형성된 핀과 동공의 형상을 보여주기 위한 사진으로, 도 1의 확대도이다. 도 2의 (a)는 기존 전열관의 외표면을, 도 2의 (b)는 기존 전열관의 횡단면을, 그리고 도 2의 (c)는 기존 전열관의 내 표면을 각각 보여준다. 증발기용 전열관은 냉매가 비등하기 유리하게 전열관 표면에 동공이 형성되게끔 미세한 형상으로 전열관이 가공되어있다. 또한 냉각수 측의 전열성능을 향상시키기 위해서 전열관 내부에는 구르브 및 돌기가 가공되어 있다.
이때, 대부분의 전열촉진관은 증발기 내에서의 압력과 기계적인 가공 여유를 고려하여 약 1.3~1.4㎜ 정도의 다소 두꺼운 소재를 적용한다. 하지만 이는 전열관의 가공비와 동관 자체의 소재비가 매우 고가이기 때문에 제조원가의 상승을 초래하는 요인으로 작용하였다.
이러한 증발기 및 응축기에서 사용되는 종래의 전열관은 다음과 같은 문제점이 있었다.
1) 기계적인 표면 가공만을 통하여 전열효과를 얻기 때문에 그 열효율을 향상시키데 한계가 있었다.
2) 이러한 기계 가공을 하기 위해서는 상대적으로 전열관의 두께가 두꺼워져야 하는데, 이는 제조원가를 향상시키는 요인으로 작용하였다.
3) 원하는 열효율을 얻기 위해서는 열교환기의 크기가 상대적으로 커져야 하기 때문에, 결국 냉방(냉동)장치의 전체 크기가 커지고, 중량이 무거워 졌다.
4) 중대형의 건물/산업용으로 이용되는 냉동기의 경우 전체 시스템에서 증발기와 응축기가 차지하는 부분이 크기 때문에, 결과적으로 전열관의 가격은 전체 시스템에서 상당 비중을 차지하였다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 전열관의 내면, 외면, 또는 내외면에 금속나노입자?친수성 나노입자 또는 비등촉진입자가 선택적으로 혼합된 탄소나노튜브 코팅층을 형성함으로써, 전열관의 표면 거칠기 및 기공도를 증가시켜 열에 의해 가열되는 유체의 비등(Boiling) 열전달 성능을 향상시켜 컴팩트하면서도 열전달 효율을 높여 에너지 절감 효과를 동시에 얻을 수 있는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관, 그 제조방법 및 그 이용방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제1제조방법은, 전열관의 표면에 샌드블래스트 처리하는 제1단계; 탄소나노튜브 및 상기 전열관과 동질금속의 나노입자가 혼합된 나노복합파우더의 코팅액을 상기 전열관의 표면에 분사 또는 도포하는 제2단계; 및 전열관의 표면에 탄소나노튜브 코팅층을 형성하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제2제조방법은, 전열관의 표면에 샌드블래스트 처리하는 제1단계; 탄소나노튜브 및 친수성 나노입자를 혼합하여 나노복합파우더를 제조하는 제2단계; 및 전열관의 표면에 나노복합파우더를 이용하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제3제조방법은, 전열관의 표면에 샌드블래스트 처리하는 제1단계; 탄소나노튜브 및 비등촉진용 나노입자를 혼합하여 나노복합파우더를 제조하는 제2단계; 및 전열관의 표면에 탄소나노튜브 코팅층을 형성하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제4제조방법 및 제5조방법은 기계적 결합방식으로 제조된 나노복합파우더를 이용하여 전열관을 제조한다.
마지막으로, 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제6제조방법은 기계적 결합방식으로 제조된 나노복합파우더를 용사코팅방법으로 전열관을 제조한다.
본 발명의 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관, 그 제조방법 및 그 이용방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
1) 열전도성이 구리보다 5~10배 우수한 탄소나노튜브를 이용하여 비등열전달 현상을 증가시키기 때문에 그만큼 열전달 성능을 향상시킬 수 있게 되어 고효율의 전열관을 얻을 수 있다.
2) 탄소나노튜브에 전도성과 기공성이 우수한 나노입자를 추가함으로써, 전열관의 열전달 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
3) 고효율의 전열관을 이용하기 때문에 냉동기, 에어컨과 같은 냉동 및 냉방장치의 크기를 줄여 컴팩트하게 제작하는 것이 가능하다.
4) 열전도율의 향상으로 효율을 높일 수 있기 때문에 에너지 소비량을 줄일 수 있다. 즉, 냉동(냉방)기의 효율 향상으로 열교환기의 고 효율화를 통해 에너지 절감을 효과를 얻을 수 있다.
5) 응축기, (만액식)증발기용 전열관, 중대형 압축식 냉동기뿐만 아니라 흡수식 냉동기용, 가정용 에어컨의 열교환기에도 적용 가능하다.
6) 중대형급 압축식 냉동기용 열교환기뿐만 아니라 흡수식 냉동기용, 가정용에어컨의 열교환기, 기타 산업체에서 열교환기의 효율을 높이기 위한 곳에 응용하여 사용될 수 있다.
7) 전열관에 탄소나노튜브를 혼입하면 전열관의 내부식성을 증가시키기 때문에 전열관의 항부식 특성을, 특히 강관의 경우 물과 접촉면의 항부식 특성 얻을 수 있을 뿐만 아니라 탄소나노튜브 입자의 구조가 크랙 전파를 감소시켜서 전열관의 강도가 개선될 수 있다. 따라서, 전열관의 열전달 증가와 항부식성 그리고 강도문제를 한번에 해결할 수 있게 된다.
도 1은 기존 증발기용 전열관의 형상을 보여주기 위한 사진.
도 2는 기존 증발기용 전열관의 외 표면과 내 표면에 형성된 핀과 동공의 형상을 보여주기 위한 사진.
도 3은 본 발명의 제1제조방법의 제1실시예에 따른 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
도 4는 나노복합파우더의 형성단계를 보여주기 위한 플로우챠트.
도 5는 코팅액의 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
도 6은 본 발명의 제2제조방법에 따른 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
도 7은 본 발명의 제3제조방법에 따른 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
도 8은 본 발명의 제4제조방법에서 이용되는 기계적 결합방식으로 나노복합파우더를 제조하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
도 9는 본 발명의 제5제조방법에서 이용되는 기계적 결합방식으로 나노복합파우더를 제조하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
도 10은 소결하기 전에 분산제 종류 따른 각 시편의 박막표면을 보여주는 FESEM 사진.
도 11은 소결하기 전에 분산제의 종류에 따른 시편의 박막표면에 대한 라만분광(Raman spectroscopy) 결과를 보여주는 그래프.
도 12는 소결하기 전에 분산제 종류에 따른 시편 박막의 DSC 그래프.
도 13은 소결하기 전에 분산제 종류 따른 박막의 TGA 그래프.
도 14는 소결한 후에 분산제의 종류에 따른 시편 박막표면의 FESEM 사진.
도 15는 소결한 후에 분산제의 종류에 따른 시편 박막표면의 라만 분광(Raman spectroscopy) 결과.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
(제1제조방법의 제1실시예 )
도 3은 본 발명의 제1제조방법의 제1실시예에 따른 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
본 발명의 제1제조방법의 제1실시예에 따른 제조방법은, 전열관의 전처리로서 표면처리를 하고 여기에 탄소나노튜브와 금속나노입자가 함유된 코팅액을 이용하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성하는 소결법을 이용한다. 특히, 이 금속나노입자는 전열관과 동질의 재질을 이용하는 것이다.
이러한 제조방법은 다음의 3단계에 따라 수행된다.
제1단계(S100)는 전열관의 표면을 샌드블래스트처리하는 단계이다. 이는 전열관의 표면에 붙어있는 불순물을 제거하면서 탄소나노튜브가 원활하게 부착될 수 있게 하기 위한 것이다. 이러한 샌드블래스트는 전열관의 표면을 거칠게 가공하기 위한 것으로서, 그리트 블라스팅 및 숏피닝을 통해서도 동일?유사한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 전열관은 동관이나 강관, 알루미늄관 그리고 스테인레스강으로 제조된 관을 이용한다.
제2단계(S200)는 샌드블래스트 처리된 전열관의 표면에 코팅액을 도포 또는 분사하는 단계이다. 이때의 코팅액은 열전도율이 우수한 탄소나노튜브와, 전열관과의 접착효과를 높이기 위하여 전열관과 동질의 금속나노입자가 함유된 나노복합파우더를 이용하여 제작한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 코팅액은 전열관의 외부에만 도포 또는 분사하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성할 수도 있으나, 바람직하게는 전열관의 내면과 외면에 각각 도포 또는 코팅하여 전열관의 열전달 효과를 더욱 높일 수 있게 하는 것이 바람직하다.
또한, 탄소나노튜브는 구리보다 5~10배 이상 높은 열전도율을 갖기 때문에 가열면 표면에서 열전달 효율이 더욱 향상 된다(3000~6000W/m2K). 특히, 탄소나노튜브는 경제성이 우수하고 저순도이며 저가인 다중벽 탄소나노튜브를 이용하는 것이 바람직하다.
그리고, 코팅액은 전열관을 코팅액에 잠기게 하여 도포할 수도 있고 분사기를 이용하여 분사할 수도 있다. 이때의 분사 및 도포횟수와 건조의 횟수는 코팅막의 두께를 고려하여 결정한다.
이러한 코팅액의 제조방법에 대해서는 후술하기로 한다.
제3단계(S300)는 코팅액을 가열 소결하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성하는 단계이다. 여기서 소결공정은 통상의 당업자가 쉽게 알 수 있는 것으로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
이와 같이 이루어진 전열관은 샌드블래스트 처리된 표면에 미세 입자인 탄소나노튜브와 금속나노입자를 혼합한 나노복합파우더를 이용하여 코팅층이 형성되기 때문에 그 표면의 거칠기가 증가하게 되고, 특히 전열관과 동질의 금속나노입자의 사용으로 탄소나노코팅층과 전열관 사이의 접착력을 높일 수 있게 된다.
또한, 이처럼 전열관의 거칠기가 증가하면 열에 의해 가열되는 유체의 비등(Boiling) 열전달 성능은 크게 향상된다. 또한, 표면 거칠기로 인한 비등 열전달이 증가뿐만 아니라 탄소나노튜브에 의하여 전열관의 표면 위의 미세한 공동이 비등열전달에서 기포핵을 유발시키는 자리가 되기 때문에 표면의 거칠기가 더욱 증가하면 대류 및 비등열전달은 크게 증가하여 열전달 성능을 향상시키게 되는 것이다.
<코팅액의 제조를 위한 나노복합파우더의 제조>
도 4는 나노복합파우더의 형성단계를 보여주기 위한 플로우챠트이고, 도 5는 코팅액의 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
본 발명에 따른 코팅액은 먼저 나노복합파우더를 제조한 다음, 이를 이용하여 코팅액을 제조하게 된다. 이에 여기서는 나노복합파우더의 제조단계와, 이를 이용하여 코팅액을 제조하는 단계로 나누어 설명한다. 그리고, 전열관은 구리로 제조된 동관을 이용하는 것으로 가정한다.
나노복합파우더는 다음의 8단계에 걸쳐 수행된다.
제1단계(S10)는 탄소나노튜브를 산처리하는 단계이다. 탄소나노튜브는 1~100nm 범위의 직경을 가지면서 길이가 최대 수십cm까지 합성될 수 있다. 이러한 탄소나노튜브는 합성과정에서 입자 사이에 응집 현상이 발생하여 서로 얽혀 응집되게 된다.
이 때문에 응집된 탄소나노튜브를 분산시켜주어야 하는데, 분산방법으로는 기계적 분산(초음파, 볼밀링) 용매와 분산제 이용(DMF, NMP, 계면활성제), 강산에 의한 표면 기능기화, 고분자에 의한 분산 등이 있다. 본 발명에서는 강산에 의한 표면 기능기화와 초음파 처리를 적절히 사용하여 분산 효과를 얻게 된다.
이때 사용되는 산은 질산이나 황산 등 혼합산을 이용하여 탄소나노튜브의 팁부분과 표면을 화학적으로 산화시킴으로써 탄소나노튜브 표면에 -C=O, -COOH, -OH 등의 산소를 함유하는 기능기를 도입함으로써 탄소나노 튜브사이의 반 데르 발스(van der Walals)힘에 의해 의한 응집을 억제시켜 다양한 용매에 분산 시킬 수 있다. 즉, 탄소나노튜브에 형성된 카르복실기(-COOH) 등은 물 또는 에탄올에서 이온화되어 탄소나노튜브 사이에 정전기적 반발력을 형성하기 때문에 탄소나노튜브가 균일하게 분산된다.
이러한 산처리는 탄소나노튜브를 산에 일정시간 담궈 둠에 따라 이루어진다.
제2단계(S20)는 산처리 중인 탄소나노튜브를 초음파처리하는 단계이다. 탄소나노튜브를 산용액에 오랫동안 끓이거나 담가두면 탄소나노튜브에 붙어있는 불순물인 촉매금속이 용해되면서 제거된다. 이때, 초음파 처리는 산에 담긴 탄소나노튜브가 골고루 분산되도록 도와주는 역할을 한다. 이러한 초음파 처리는 초음파 분산기를 이용하여 40~60Hz로 분산 처리한다.
제3단계(S30)는 분산된 탄소나노튜브와 금속나노입자를 혼합하는 단계이다. 금속나노입자는 전열관의 재질과 유사하여 흡착이나 분자의 배향이 잘 이루어질 수 있는 금속을 선택한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 금속나노입자로는 전열관의 구리재질과 동일한 구리입자를 혼합하여 사용한다. 즉, 상기 금속나노입자로는 상술한 바와 같이 전열관과 동질의 재질을 이용한다.
제4단계(S40)는 탄소나노튜브와 금속나노입자의 혼합물을 초음파처리하는 단계이다. 초음파 처리는 탄소나노튜브가 분산된 용액에 금속염, 예를 들어, (Cu(CH3COO)2)을 용해시킨 다음에 이루어짐으로써, 탄소나노튜브와 금속나노입자의 이온을 혼합시킨다. 이때 탄소나노튜브 표면의 카르복실기가 금속나노입자의 금속이온과 이온결합을 하여 화학 결합을 이룸으로써 탄소나노튜브와 금속기지 사이의 계면이 분자수준에서 결합된 탄소나노튜브/금속 전구체가 형성된다.
제5단계(S50)는 탄소나노튜브와 금속나노입자의 혼합물을 건조시키는 단계이다. 이때의 건조조건은 80~100℃ 온도로 8시간 가열하여 혼합물을 건조시킨다.
제6단계(S60)는 하소공정(Calcination)을 수행하여 탄소나노튜브와 금속나노입자의 산화물을 얻는 단계이다. 하소공정은 불필요한 유기용매를 제거하고 충분한 산소공급을 하여 안정된 산화물을 제조하기 위한 것이다. 이러한 하소공정은 대기 중에서 300~350℃의 온도에서 4시간 동안 수행한다.
제7단계(S70)는 상기 산화물을 환원시켜 나노복합파우더를 얻는 단계이다. 이때의 환원반응공정은 수소(10%)와 아르곤(90%)으로 이루어진 포밍가스 분위기의 전기로에서 200 ℃ 로 2시간 동안 수행한다.
<나노복합파우더를 이용한 코팅액의 제조>
도 5는 코팅액의 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 나노복합파우더를 이용한 코팅액의 제조는 다음의 3단계에 걸쳐 수행된다.
제1단계(S10')는 나노복합파우더를 분산용액에 분산시키는 단계이다. 분산용액으로는 물이나 알콜을 이용한다. 이때, 나노복합파우더는 분산용액에 대하여, 5~30무게%만큼 분산시킨다.
제2단계(S20')는 상기 나노복합파우더가 분산된 분산용액에 점착제를 혼합하는 단계이다. 이때 사용되는 점착제로는 통상적으로 계면활성제와 점착제 기능을 갖는 폴리비닐알콜(PVA)을 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 점착제는 상기 분산용액 에 대하여 2무게% 만큼 혼합시켜 사용한다.
제3단계(S30')는 초음파처리단계이다. 초음파처리는 나노복합파우더의 분산과 점착제가 골고루 잘 섞이도록 하기 위함이다. 이때 점착제에 나노파우더의 분산을 돕기 위하여 SDS(Sodium Dodecy Sulfate), SDBS(Sodium Dodecybenzenesulfate), THF(Tetrahydrofuian), PVP(Polyvinylpyrrolidone) 등의 분산제(계면활성제)를 넣어 분산을 돕는다. 이러한 분산제(계면활성제)는 소결시 안정성 확보와 탄소나노튜브의 구조를 파손시키지 않으면서 균일하게 분포되게 하는 역할을 한다. 이에 대해서는 후술하는 실험예를 통해 보다 구체적으로 설명한다.
이와 같이 이루어진 코팅액은, 상기 제1제조방법의 제1실시예에서 설명한 바와 같이, 전열관의 표면에 코팅액을 분사 또는 도포한 다음 가열 소결하게 된다.
(제1제조방법의 제2실시예 )
본 발명의 제1제조방법에 따른 제2실시예는 바인더를 이용한 부착법을 통하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성하게 된다.
이를 위하여, 상기 제1실시예에서 설명한 바와 동일한 방법으로 나노복합파우더를 제조한 다음, 이를 전열관에 코팅하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성한다. 이때의 코팅은 드롭핑(dropping)을 이용한 오메가본드(Omegabond) 101와 메틸-에틸-켑톤으로 수행된다.
그리고, 이와 같이 전열관에 코팅 후에는 전열관을 전기로에서 가열하여 용매인 메틸-에틸-켑톤를 제거하는 단계를 더 수행하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 바인더로는 이외에도 폴리머 계열의 에폭시를 포함한 폴리머 계열의 유무기 바인더를 이용할 수도 있다.
(제2제조방법)
도 6은 본 발명의 제2제조방법에 따른 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 여기서, 상기 제1제조방법에서 이미 설명한 부분에 대해서는 설명의 편의상 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 제2제조방법은, 제1제조방법과 마찬가지로, 전열관의 샌드블래스트처리하는 제1단계(S100'), 나노복합파우더를 제조하는 제2단계(S200'), 그리고 이 나노복합파우더로 탄소나노튜브 코팅층을 형성하는 제3단계(S300')로 수행된다. 여기서, 본 발명의 제2제조방법은, 제1제조방법과 비교해 볼 때, 나노복합파우더의 구성성분과 그 제법에서 차이가 있어, 여기서는 이들 차이에 대해서만 설명한다.
제1단계(S100')는 제1제조방법과 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
제2단계(S200')는 나노복합파우더를 제조하는 단계이다. 여기서, 나노복합파우더는 탄소나노튜브와 친수성 나노입자를 혼합하여 형성한다.
특히, 본 발명에 따른 친수성 나노입자는 코팅 후에 나노 기공성(Porous)을 증가시켜 액체 접촉각을 더욱 줄일 수 있도록 하기 위한 것으로, TiO2, SiO2, SnO2, ZnO, ZrO2, WO3 및 V2O5 중에서 적어도 하나를 탄소나노튜브와 혼합?사용한다.
제3단계(S300')는 전열관에 친수성 나노입자가 함유된 나노복합파우더를 이용하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성하는 단계이다. 이러한 탄소나노튜브의 코팅층 형성방법은 아래의 바인더를 이용한 부착법, 용사코팅방법 그리고 저온분사코팅방법에 따라 형성된다.
<바인더를 이용한 부착법>
바인더를 이용하는 부착법에 대해서는 상기 제1제조방법에서 이미 설명하였기 때문에 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
< 용사코팅방법 >
용사 코팅(metal spray) 기술은 모재(전열관)에 열변형없이 코팅할 수 있는 냉간코팅기술의 하나로, 분말이나 선 또는 봉 형태의 코팅재료를 화염?전기 아크 또는 플라즈마 화염속으로 이송?용융시켜 모재에 고속으로 분사?충돌시켜 코팅하는 기술을 말한다.
용사 코팅 기술은 기존의 도금법, CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), 스퍼터링(Sputtering), 이온 주입법 등과 같이 소재나 공정의 제한성이 크고 공정비용이 높거나 환경오염을 야기하는 여타 표면 처리 개질 방법과 달리 재료의 선택폭이 넓고, 모재의 조직변화 및 열 변형 분해가 작다. 금속입자와 세라믹 소재 등을 혼합하여 분사할 수 있기 때문에 탄소나노튜브와 Cu, Al, 기타 소재(Al2O3, TiO2) 등을 혼합하여 전열관에 융착이 가능하다. 아울러 코팅의 두께를 용이하게 제어할 수 있다.
<저온분사코팅방법>
저온분사(Cold spray) 기술은 1-200㎛, 바람직하기로는 1~50㎛의 크기의 금속, 복합재료 또는 고분자 입자를 N2, Air, He 혹은 혼합가스와 같은 압축가스를 이용하여 가속된 가스 기류에 입자를 혼합한 후 라발(Laval) 형상의 노즐을 통하여 초음속으로 가속하여 대상물에 분사함으로써 입자의 용융에 의한 코팅이 아닌 운동에너지에 의한 소성변형으로 고상 상태로 코팅된다.
특히, 입자를 고온으로 용융시키지 않고 입자를 고착시킬 수 있으므로 플라즈마 코팅법을 포함한 기존 용사코팅 공정에서 문제될 수 있는 산화에 의한 물성변화, 상변화, 상분해, 결정립 성장 등 단점들을 극복할 수 있어 준안정, 나노 결정 소재및 이들의 복합소재 코팅 제조법으로 유용하다.
(제3제조방법)
도 7은 본 발명의 제3제조방법에 따른 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 여기서, 상기 제2제조방법에서 이미 설명한 부분에 대해서는 설명의 편의상 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 제3제조방법은, 제2제조방법과 마찬가지로, 전열관의 샌드블래스트처리하는 제1단계(S100"), 나노복합파우더를 제조하는 제2단계(S200"), 그리고 이 나노복합파우더를 이용하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성하는 제3단계(S300")로 수행된다. 여기서, 본 발명의 제3제조방법은, 제2제조방법과 비교해 볼 때, 나노복합파우더의 구성에 있어서 차이가 있다.
즉, 제2단계(S200")에서, 코팅액을 제조하기 위한 나노복합파우더를 제조함에 있어서, 탄소나노튜브와 비등촉진용 나노입자를 혼합하여 제조하게 되는 것이다. 비등촉진용 나노입자는 탄소나노튜브 코팅층의 거칠기와 기공도를 증가시켜 비등열전달 특성을 높여주기 위한 것이다. 이러한 비등촉진용 나노입자로는 비등특성이 우수하다고 알려진 Al2O3, TiO2, 구리, 및 알루미늄을 이용할 수 있다.
제1단계(S100") 및 제3단계(S300")는 상기 제2단계와 동일하기 때문에 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 나노복합파우더를 전열관에 코팅하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성함에 있어서, 형성제법으로서 여러 가지 유기물이나 무기물 성분 바인더(binder)를 이용하여 부착하는 방법, 소결법, 저온분사코팅법, 및 용사법을 예로 들어 설명하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 이외에도 스퍼터링, 열용사코팅법(프라즈마, 전기, 연료), 및 화학증착법(CVD)을 이용할 수도 있다.
(제4제조방법)
도 8은 본 발명의 제4제조방법에서 이용되는 기계적 결합방식으로 나노복합파우더를 제조하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 여기서, 탄소나노튜브는 상기 실시예와 동일한 것을 사용한다.
본 발명의 제4제조방법은 기계적 결합방식으로 나노복합파우더를 제조하고, 이 나노복합파우더로 코팅액을 제조하여 전열관에 코팅한 다음 전열관에 소결코팅하는 방법이다. 여기서, 나노복합파우더를 이용한 코팅액의 제조방법과 제조된 코팅액을 전열관에 코팅하는 방법은 상술한 제조방법에서 이미 설명한 것이다. 따라서, 여기서는 설명의 편의상 나노복합파우더의 제조방법과, 소결코팅에 대해서만 설명하기로 한다.
우선, 3단계에 걸쳐 수행되는 나노복합파우더의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. 여기서는 탄소나노튜브에 산화금속파우더를 혼합하여 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
제1단계(S1)는 탄소나노튜브를 초음파처리와 침지처리하는 단계이다. 이때, 사용되는 산은 황산과 질산을 3:1의 비율로 혼합하여 사용한다. 그리고, 초음파처리는 탄소나노튜브를 산에 침지시킨 상태에서 24시간 동안 수행된다. 그리고, 탄소나노튜브의 초음파처리와 침지처리 후에는 증류수로 중화시킨다.
제2단계(S2)는 제1단계(S1)를 수행한 탄소나노튜브에 산화금속파우더를 혼합하는 단계이다. 이때, 탄소나노튜브는 혼합파우더 100부피%에 대하여 1.0~30.0부피%의 비율로 혼합한다.
그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 산화금속파우더는 거칠기를 고려하여 입자의 직경이 1~200㎛인 것을 이용한다. 또한, 이러한 산화금속파우더로는 CuO, FeO, Al2O3, 및 TiO2를 이용할 수 있다.
제3단계(S3)는 탄소나노튜브와 산화금속파우더가 혼합된 혼합파우더를 마멸분쇄기로 분쇄하여 나노복합파우더를 제조하는 단계이다. 상기 혼합파우더는 마멸분쇄기에서 900rpm의 속도로 1~6시간 동안 분쇄하여 균일한 입도를 갖는 나노복합파우더로 제조되게 된다.
이와 같이 이루어진 나노복합파우더를 이용한 코팅액은 상술한 제1제조방법의 "<나노복합파우더를 이용한 코팅액의 제조>"와 동일하게 이루어지고, 이처럼 제조된 코팅액은 전열관에 코팅된다. 이때의 코팅은 전열관을 코팅액에 잠기게 하여 도포할 수도 있고, 분사기로 코팅액을 분사하여 전열관을 코팅할 수도 있다. 물론, 분사횟수 및 도포횟수 그리고 건조횟수를 통해 코팅막의 두께를 결정한다.
마지막으로, 소결코팅은 나노복합파우더 코팅액이 코팅된 전열관을 전기로에 서 소결처리하여 얻게 된다.
우선, 코팅된 전열관을 전기로 안에 집어넣고 전기로 내에 공기를 주입하면서 온도를 상승시켜 250℃에서 30분간 유지하여 점착액(PVA)을 산화시킨다. 이어, 점착액이 산화가 완료되면, 수소와 질소가스를 전기로에 주입하면서 온도를 상승시켜 1시간 정도 유지하였다가 상온까지 하강시켜 전열관의 코팅을 마치게 된다. 이때의 온도 상승은, CuO를 예로 들면, 800~900℃에서 수행된다.
(제5제조방법)
도 9는 본 발명의 제5제조방법에서 이용되는 기계적 결합방식으로 나노복합파우더를 제조하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 여기서, 제5제조방법은 제4제조방법과 비교하여 그 차이에 대해서만 설명하기로 한다.
제5제조방법은 제1단계(S1')~제3단계(S3')에 따라 수행되나 제1단계(S1') 및 제3단계(S3')는 제4제조방법과 동일하게 수행되기 때문에 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 그리고, 제5제조방법의 제2단계(S2')에서는 제4제조방법의 제2단계(S2)와 동일하나 혼합하는 금속파우더의 종류에 있어서 차이가 있다.
즉, 제2단계(S2')에서는 침지처리된 탄소나노튜브에 대하여 순수금속파우더 또는 합금파우더를 혼합하게 된다. 이때, 순수금속파우더 또는 합금파우더는 입자의 직경이 1~200㎛인 것을 사용하고, 탄소나노튜브는 혼합된 파우더 100부피%에 대하여 1.0~30.0부피%로 혼합한다.
마지막으로, 순수금속파우더는 Cu, Fe, Al, 및 Ti를 이용할 수 있다. 그리고, 합금파우더로는 Al 및 스테인레스 스틸을 이용할 수 있다.
(제6제조방법)
본 발명에 따른 전열관의 제6제조방법은 상술한 제4제조방법과 제5제조방법에 의해 제조된 나노복합파우더를 이용하여 용사코팅방법으로 전열관의 표면에 탄소나노코팅층을 형성하는 것이다. 이러한 용사코팅방법은 전술한 것과 동일한 것으로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
(제7제조방법)
본 발명에 따른 전열관의 제7제조방법은 상술한 제4제조방법과 제5제조방법에 의해 제조된 나노복합파우더를 이용하여 콜드 스프레이(Cold Spray) 코팅방법으로 전열관의 표면에 탄소나노코팅층을 형성하는 것이다. 이러한 콜드 스프레이 코팅방법은 전술한 것과 동일한 것으로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
( 전열관 )
본 발명은 상술한 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법뿐만 아니라 상술한 각각의 제조방법에 의해 제조된 전열관을 포함한다.
즉, 본 발명에 따른 전열관은 표면에 탄소나노튜브와 금속나노입자?친수성 나노입자 및 비등촉진용 나노입자가 선택적으로 함유된 코팅액을 이용하여 탄소나노튜브 코팅층이 형성된 전열관을 포함한다. 특히, 이러한 탄소나노튜브 코팅층은 전열관의 내면, 외면 또는 내 외면에 형성하게 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전열관은 탄소나노튜브의 우수한 열전도도와 함께 표면 거칠기 및 기공도를 증가시켜 비등열전달 특성을 높일 수 있게 한 것이다.
( 전열관의 이용방법)
본 발명에 따른 전열관은 압축식 냉동기, 만액식 증발기?응축기, 중대형 압축식 냉동기, 난방장치, 냉난방장치의 증발기 및 응축기용으로 사용되는 전열관으로 이용할 수 있다.
( 실험예 )
1. 코팅분말 제조
코팅 분말은 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 30부피%를 함유한 탄소나노튜브/구리 산화 복합파우더(Applied carbon nano technology Co.Ltd)를 볼밀(ball milling)을 이용하여 제조하였다. 이때, 구리금속 시편위에 코팅하기 위해 PVA(Junsei Chemical Co.,Ltd )와 증류수를 이용하여 농도 2wt% 의 PVA용액 제조하였다. 분산성을 향성시키기 위해 분산제로는 Tetrahydrofuian(Junsei Chemical Co.,Ltd), Sodium Dodecylbenzenesulfonic acid salt (Junsei Chemical Co.,Ltd), Sodium Dodecy Suifate(GenDEPOT)를 사용하였다.
2. 시편제작
시편은 구리 웨이퍼(Copper Wafer)를 사용하였으며, 그 표면에 코팅되는 분산제를 달리하여 제조한 다음 스프레이 코팅방법으로 코팅하였다. 이때의 코팅용액은 분산제의 종류에 따라 4가지로 제작하였다.
(1) a시편은 THF용액에 CNT/CuO 파우더를 넣은 후 초음파로 1시간 분산 처리한 후 150℃에서 건조시킨 다음, PVA용액에 놓고 초음파로 1.5시간 처리한 농도 30weight%의 용액을 스프레이 코팅하여 제조.
(2) b, c 시편은 PVA용액에 CNT/CuO 파우더와 분산제 SDBS, SDS를 1%를 넣은 후 초음파로 1.5시간 처리한 농도 30weight%의 용액을 스프레이 코팅하여 제조.
(3) d시편은 PVA용액에 CNT/CuO 파우더를 넣은 후 초음파로 1.5시간 처리한 농도를 30weight%의 용액을 스프레이 코팅하여 제조.
이들 4가지 시편은 전기로에서 350℃에서 120분 정도 건조시키고 수소가 10%함유된 질소분위기에서 900℃에서 2시간 동안 환원 소결하여 최종 시편을 완성하였다.
3. 소결전 시편의 표면특성
제작된 각 시편에 대하여 소결 전의 표면특성에 대하여 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 10은 소결하기 전에 분산제 종류 따른 각 시편의 박막표면을 보여주는 FESEM 사진이다. 그림에서 보는 바와 같이 전체적이 탄소나노튜브의 표면구조는 완전하고 어느 정도 분산되어 큰 덩어리가 없어진 것을 관찰할 수 있다.
도 11은 소결하기 전에 분산제 종류 따른 시편의 박막표면에 대한 라만분광(Raman spectroscopy) 결과를 보여주는 그래프 결과이다. 탄소나노튜브의 관찰시 나타나는 대표적인 피크로는 ~1350㎝-1에서 나타나는 D-모드(Disorder mode)가 있으며, ~1580㎝-1에서 나타나는 G-모드(Tangential mode)가 있다. 탄소나노튜브가 개질되면 일반적으로 Id/Ig비가 증가하게 된다. 그래프에서, THF-CNT/Cu, SDBS-CNT/C, SDS-CNT/CuO, Pristine CNT/Cuo의 Id/Ig비가 각각 1.67, 1.67, 1.65, 1.60이다. 따라서, 탄소나노튜브가 개질된 것을 확인할 수 있다.
도 12는 소결하기 전에 분산제 종류에 따른 시편 박막의 DSC(Differential Scanning Calorimeters) 그래프이다. 각 시편은 공기분위기에서 20℃/분의 속도로 가열하여 100℃~600℃까지 측정하였다. 그래프에서 2번 발열을 관찰할 수 있다. 그래프를 통해서 아래의 [표 1]과 같이 PVA와 CNT의 산화 시작온도를 얻을 수 있다.
Figure pat00001
도 13은 소결하기 전에 분산제 종류 따른 박막의 TGA(Thermogravimetric Analyzer) 그래프이다. 각 시편은 공기분위기에서 20℃/분의 속도로 가열하여 100℃~600℃까지 측정하였다. 그래프를 통해서 2번 열분해 발생한 것을 판단할 수 있다. 첫 번째 열분해는 PVA고분자가 200℃정도에서 열분해가 일어나고 두 번째 열분해는 CNT가 약 420℃정도에서 열분해가 일어나는 것을 알 수 있다. 그래프를 통해 다음의 [표 2]에서와 같은 PVA와 CNT의 분해온도를 얻었다.
Figure pat00002
THF, SDBS, SDS첨가한 것과 미첨가한 것의 PVA 완전 분해온도와 CNT의 산화가 시작되는 온도의 온도차가 각각 40℃, 53℃, 41℃, 47℃이다. 따라서 SDBS첨가한 것은 소결시 안정성이 제일 좋은 것을 판단할 수 있다.
4. 소결에 의한 탄소나노튜브의 변화
도 14는 소결한 후에 분산제의 종류에 따른 시편 박막표면의 FESEM 사진이다. 그림에서 보는 바와 같이 구리박막표면에 탄소나노튜브들이 관입된 것을 알 수 있다. 그리고 소결 과정 중 탄소나노튜브 표면에 구리입자가 코팅되며 조직이 조대하게 되는 것을 관찰될 수 있다. 또한, 건조 소결한 후에 THF, SDS첨가한 것과 분산제 첨가하지 않은 것이 작은 덩어리 생기는 것을 관찰할 수 있다. SDBS 첨가한 것은 균일하게 분포하는 것을 관찰할 수 있다. 이것으로SDBS 첨가시 표면의 분산이 잘되는 것으로 판단된다.
도 15는 소결한 후에 분산제의 종류에 따른 시편 박막표면의 라만 분광(Raman spectroscopy) 결과이다. 소결하기 전에 분산제의 종류에 따른 시편 박막표면의 라만 분광(Raman spectroscopy)결과(도 11 참조)와 비교해 보면 탄소나노튜브의 구조 조직을 파손되지 않고 다른 물질 생기지 않았다는 것을 알 수 있다.
5. 결론
이상에서와 같이 열전달 성능이 우수한 탄소나노튜브의 특성을 이용할 수 있도록 열전달 표면인 구리 웨이퍼에 열전달 촉진을 위하여 탄소나노튜브를 코팅하기 위해서 탄소나노튜브/CuO를 소결 코팅하였다. 탄소나노튜브의 분산을 위하여 첨가된 첨가제 종류에 따라, 소결하기 전후에 박막표면의 변화를 관찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 분산제를 적용한 경우에서 탄소나노튜브를 분산성을 증가시킨다. SDBS첨가한 것은 소결시 안정성이 제일 좋은 것을 판단할 수 있다.
2) 탄소나노튜브를 소결하기 전후에 탄소나노튜브의 형태가 변화된 것을 볼 수 있다. 소결한 후에 탄소나노튜브 구리박막표면에 관입되어 있음을 알 수 있다. 탄소나노튜브 표면에 구리 입자가 서로 소결되어 그 형성이 조대해진다.
3) 건조 소결한 후에 THF, SDS첨가한 것과 분산제 첨가하지 않은 것이 작은 덩어리 생기는 것을 관찰할 수 있다. SDBS 첨가한 것은 소결 후 탄소나노튜브가 균일하게 분포하는 것을 관찰할 수 있다.
4) SDBS첨가시 소결 과정 중 탄소나노튜브의 구조를 파손되지 않고 다른 물질 생기지 않은 것을 판단할 수 있다.
이상에서 본 바와 같이 본 발명은 전열관의 표면에 열전도성이 우수한 탄소나노튜브에 금속나노입자?친수성 나노입자 및 비등촉진용 나노입자를 선택적으로 혼합하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성함으로써 열전달특성이 우수한 전열관 제작이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 전열관은 탄소나노튜브의 열전도성과 더불어 코팅층의 거칠기 및 기공도를 증가시켜 비등열전달 특성을 더욱 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

Claims (28)

  1. 전열관의 표면에 샌드블래스트 처리하는 제1단계(S100);
    탄소나노튜브 및 상기 전열관과 동질금속의 나노입자가 혼합된 나노복합파우더의 코팅액을 제조하는 제2단계(S200); 및
    상기 전열관의 표면에 탄소나노튜브 코팅층을 형성하는 제3단계(S300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  2. 전열관의 표면에 샌드블래스트 처리하는 제1단계(S100');
    탄소나노튜브 및 친수성 나노입자를 혼합하여 나노복합파우더를 제조하는 제2단계(S200'); 및
    상기 전열관의 표면에 상기 나노복합파우더를 이용하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성하는 제3단계(S300');를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  3. 전열관의 표면에 샌드블래스트 처리하는 제1단계(S100");
    탄소나노튜브 및 비등촉진용 나노입자를 혼합하여 나노복합파우더를 제조하는 제2단계(S200"); 및
    상기 전열관의 표면에 상기 나노복합파우더를 이용하여 탄소나노튜브 코팅층을 형성하는 제3단계(S300");를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전열관은 동관, 알루미늄 또는 스테인레스 강관인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 코팅층은 상기 전열관의 내면, 외면 또는 내 외면에 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브를 이용하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노복합파우더는,
    탄소나노튜브를 산처리하는 제1단계(S10);
    산처리 중인 상기 탄소나노튜브를 분산시키기 위한 초음파처리하는 제2단계(S20);
    상기 탄소나노튜브와 나노입자를 혼합하는 제3단계(S30);
    상기 혼합물을 초음파처리하는 제4단계(S40);
    상기 혼합물을 건조하는 제5단계(S50);
    상기 혼합물을 불순물 제거 및 반응촉진을 위한 하소공정을 통해 산화물 나노복합파우더를 얻는 제7단계(S60); 및
    상기 산화물 나노복합파우더를 환원시켜 나노복합파우더를 얻는 제7단계(S70);로 제조된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2단계(S20)는 초음파 분산기를 이용하여 40~60Hz로 분산 처리하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제5단계(S50)는 80~100℃ 온도로 8시간 가열?건조하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제6단계(S60)는 대기 중에서 300~350℃의 온도에서 4시간 동안 하소(calcination)공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제7단계(S70)는 수소(10%)와 아르곤(90%)으로 이루어진 포밍가스 분위기의 전기로에서 200℃로 2시간 동안 환원공정을 수행하여 나노복합파우더를 얻는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅액은 분산용액(물 또는 알콜)에 대하여, 5~30무게%의 나노복합파우더와 점착제로서 2무게%의 폴리비닐알콜(PVA)를 혼합하고, 여기에 계면 활성제로서 SDS?SDBS?THF 그리고 PVP 중에서 어느 하나를 함께 혼합하여 초음파 처리하여 제조된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 코팅층은 소결법 또는 바인더를 이용하여 코팅하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  14. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 코팅층은 저온분사코팅법, 용사코팅법, 또는 바인더 이용부착법을 이용하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 저온분사코팅법은 입경 1-200㎛의 금속, 복합재료 또는 고분자 입자를 N2, He, 공기 또는 그 혼합물인 압축가스의 가속된 기류에 혼합한 후 노즐을 통하여 초음속으로 가속?분사하여 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 바인더 이용부착법은 탄소나노튜브에 나노입자의 금속과 오메가본드 101, 그리고 메틸-에틸-켑톤을 이용한 드롭핑 방식을 이용하여 혼합입자를 코팅한 다음, 전기로에서 가열하여 상기 메틸-에틸-켑톤을 제거하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  17. 제 2 항에 있어서,
    상기 친수성 나노입자는 TiO2, SiO2, SnO2, ZnO, ZrO2, WO3 및 V2O5 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  18. 제 3 항에 있어서,
    상기 비등촉진용 나노입자는 Cu, Al, Al2O3, 및 TiO2 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  19. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노복합파우더는,
    탄소나노튜브를 산에 집어넣어서 24시간 동안 초음파처리하면서 침지처리하는 제1단계(S1);
    침지처리된 탄소나노튜브를 100부피%에 대하여 1.0~30.0부피%로 산화금속파우더?순수금속파우더 또는 합금파우더를 혼합하는 제2단계(S2); 및
    상기 혼합파우더를 마멸분쇄기로 900rpm의 속도에서 1~6시간 분쇄하는 제3단계(S3);를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 산은 황산:질산=3:1의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 산화금속파우더는 입자의 직경이 1~200㎛인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 산화금속파우더는 CuO, FeO, Al2O3, 또는 TiO2인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 순수금속파우더 또는 합금파우더는 입자의 직경이 1~200㎛인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 순수금속파우더는 Cu, Fe, Al, 또는 Ti인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 합금파우더는 Al 또는 스테인레스 스틸인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 나노복합파우더를 이용한 탄소나노튜브 코팅층은 저온분사코팅법 또는 용사코팅법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 제조방법.
  27. 제1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 의해 제조된 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관.
  28. 제1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 전열관을 압축식 냉동기, 만액식 증발기?응축기, 중대형급 압축식 냉동기, 난방장치, 냉난방장치의 증발기 및 응축기용으로 사용되는 전열관으로 이용하는 탄소나노튜브를 이용한 고효율 전열관의 이용방법.
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