KR20140121185A - Fabrication system of CNT filter using electro-aerodynamic jet printing, method for fabricating the same, and CNT filter manufactured with said method - Google Patents

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KR20140121185A KR1020130037631A KR20130037631A KR20140121185A KR 20140121185 A KR20140121185 A KR 20140121185A KR 1020130037631 A KR1020130037631 A KR 1020130037631A KR 20130037631 A KR20130037631 A KR 20130037631A KR 20140121185 A KR20140121185 A KR 20140121185A
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황정호
박규태
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention provides a fabrication system of a CNT filter using electro-aerodynamic jet printing, a fabrication method thereof, and a CNT filter manufactured thereby. The fabrication system of a CNT filter using electro-aerodynamic jet printing is able to conveniently and rapidly perform a fabrication process when compared to a CNT filter manufacture using a conventional chemical vapor deposition (CVD), and to prevent a durability degradation of the filter as the entire fabrication processes are performed at room temperature and normal pressure. The fabrication system of a CNT filter of the present invention comprises: a compressed air supply device to supply compressed air carrying CNT particles; a vaporizing device to flow in the compressed air supplied from the compressed air supply device, and spraying a CNT solution including the CNT particles to vaporize into a CNT gas form; a drying device to remove moisture contained in the CNT gas vaporized through the vaporizing device; a charging device to charge the CNT particles with moisture removed through the drying device to a specific polarity; and a jet nozzle to spray CNT particles onto a filter placed on an electrode substrate applied with a voltage of a polarity opposite to the polarity of the charged CNT particles in a jet flow form to vertically align and print the CNT particles on a textile substrate of a filter by the electric field.

Description

전자 공력 제트 프린팅 기법을 이용한 CNT필터 제작 시스템 및 CNT필터 제작 방법, 이 제작 방법에 의해 제작된 CNT필터{Fabrication system of CNT filter using electro-aerodynamic jet printing, method for fabricating the same, and CNT filter manufactured with said method}Technical Field [0001] The present invention relates to a CNT filter manufacturing system and an CNT filter manufacturing method using an electro-aerodynamic jet printing technique, and a CNT filter fabricated by the CNT filter manufacturing method said method}

본 발명은 각종 항균 탈취 필터에 사용되는 CNT 필터를 제작하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 화학기상증착(CVD)을 이용한 CNT 필터 제작 공정에 비해 간단하고 신속하게 CNT 필터를 제작할 수 있고, CNT 필터의 제작을 위한 모든 공정이 상온 상압 조건 하에서 이루어져 기존의 고온 열처리 작업으로 인한 필터의 내구성 저하를 방지할 수 있는 전자 공력 제트 프린팅 기법을 이용한 CNT 필터 제작 시스템 및 그 제작 방법과, 그 제작 방법에 의해 제작된 CNT 필터에 관한 것이다.The present invention relates to a system for manufacturing a CNT filter used in various antibacterial and deodorizing filters, and more particularly, to a CNT filter manufacturing method that can be manufactured more simply and quickly than a CNT filter manufacturing process using a conventional chemical vapor deposition A CNT filter manufacturing system using an electronically-assisted jet printing technique capable of preventing the durability of a filter from being deteriorated due to a conventional high-temperature heat treatment operation because all the processes for manufacturing the CNT filter are performed under normal temperature and normal pressure conditions, And a CNT filter manufactured by a manufacturing method.

실내 공기에는 박테리아, 곰팡이, 바이러스와 같은 다양한 미생물이 부유하고 있으며, 이러한 부유 미생물은 공기 감염 및 환경성 질병을 유발하여 건강에 나쁜 영향을 미친다. 이와 같은 실내 부유 미생물은 1차적으로 먼지를 제거하는 필터에 의해 여과될 수 있지만, 미생물이 지닌 생명성으로 인해 필터 기재 표면에서 증식하여 다시 실내로 유입되는 문제가 상존한다.Indoor air is flooded with various microorganisms such as bacteria, fungi, and viruses, and these floating microorganisms cause air infections and environmental diseases, which adversely affect health. Such indoor floating microorganisms can be filtered by a filter for primarily removing dust, but there is a problem that the microorganisms multiply on the surface of the filter substrate due to the life property of microorganisms and then flow into the room again.

이러한 문제에 대응하기 위해 최근에는 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), TiO2와 같은 무기계 항균제 또는 카데킨, 키토산, 피톤치드, 은행잎 추출물, 허브 추출물, 솔잎 추출물, 단풍잎 추출물과 같은 유기계 항균제를 메쉬(mesh) 구조를 갖는 필터 기재 표면에 도포하여 미생물의 증식을 방지하는 기술이 제시되고 있다.In order to cope with such a problem, an inorganic antibacterial agent such as silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), and TiO2 or an organic antimicrobial agent such as cadecin, chitosan, phytoncide, ginkgo leaf extract, herb extract, Is applied to the surface of a filter substrate having a mesh structure to prevent the growth of microorganisms.

그러나, 이와 같은 기술들 대부분은 무기계 또는 유기계 항균제를 액상으로 만든 후 필터 기재를 그 속에 담갔다가 꺼내는 과정을 통해 필터 기재 표면에 항균 물질을 도포하는 방식을 택함에 따라, 많은 양의 항균제가 필요하며 항균 물질이 필터 기재 표면에 불균일하게 부착되는 문제점과 건조 공정이 추가적으로 요구되는 단점이 있다.However, most of these techniques require a large amount of antimicrobial agent because the antibacterial agent is applied to the surface of the filter substrate through the process of making the inorganic or organic antimicrobial agent into a liquid phase, then immersing and removing the filter substrate therein There is a disadvantage that the antibacterial substance is unevenly adhered to the surface of the filter substrate and a drying process is additionally required.

한편, 최근 들어서는 큰 장경비와 비표면적을 갖는 CNT(carbon nano tube) 물질이 새로운 필터 재료로써 주목받고 있다. 이러한 CNT는 전기전도성이 우수하고 항균력과 탈취력이 매우 뛰어나기 때문에 각종 항균 탈취 필터 시스템에 많이 적용되고 있다.On the other hand, recently, a CNT (carbon nano tube) material having a large aspect ratio and a specific surface area is attracting attention as a new filter material. These CNTs are widely applied to various antibacterial and deodorizing filter systems because they have excellent electrical conductivity and excellent antibacterial and deodorizing power.

이러한 CNT를 이용한 종래의 항균 탈취 필터 제조방법은, 먼저, CNT seed 입자를 필터에 증착시킨 후, CNT seed 입자가 증착된 필터를 CVD(Chemical vapor deposition) 챔버에 넣고 CVD 공정을 통해 CNT의 성장을 유도하여 CNT 필터를 제작하는 방법이 주로 사용되어 왔다. 이러한 CVD 공정을 이용한 CNT 필터 제조방법과 관련해서는 선출원된 한국 공개특허 제2009-0090773호에도 상세하게 기재된 바 있다.The conventional method of manufacturing the antibacterial deodorization filter using CNT is such that CNT seed particles are first deposited on a filter and CNT seed particles are deposited on a filter into a CVD (Chemical Vapor Deposition) chamber. And a CNT filter is produced. The CNT filter manufacturing method using such a CVD process has been described in detail in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-0090773.

그러나, 상기와 같은 종래의 CNT 필터 제조방법은, CNT seed 입자가 증착된 필터를 CVD 챔버 내에 넣고 CNT를 성장시키는 과정에서 촉매와 함께 약 650~1000 ℃ 정도의 고온의 열이 투입되어야만 하기 때문에, 이러한 고열의 영향으로 인해 필터의 내구성이 현저하게 떨어지게 되는 문제점이 있었다. 아울러, 상기와 같은 CVD 공정을 이용한 종래의 CNT 필터 제조방법은 필터의 제작공정이 매우 복잡하고, 필터의 제작에 3시간 이상의 긴 시간이 소요되어 제품 생산성이 저하되는 문제가 있었다However, in the conventional CNT filter manufacturing method described above, since a filter having CNT seed particles deposited therein is placed in a CVD chamber and CNTs are grown, high temperature heat of about 650 to 1000 ° C must be supplied together with the catalyst, There has been a problem that the durability of the filter is remarkably lowered due to the influence of such high temperature. In addition, the conventional CNT filter manufacturing method using the CVD process has a problem that the manufacturing process of the filter is very complicated and the production of the filter takes a long time longer than 3 hours

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 CNT 입자가 분산된 CNT 용액을 기화기를 통해 액적 상태로 기화시킨 후 하전기를 통해 하전시켜 특정 극성의 전하를 띄게 만든 다음, 필터가 올려진 전극기판에 상기 하전된 전하와 반대 극성의 전압을 인가하여 발생되는 전기장에 의해 CNT 입자가 필터의 섬유기재상에 수직으로 부착 정렬되어 코팅되도록 함으로써, 별도의 열처리 과정 없이 간단한 공정을 통해 CNT 입자를 필터에 직접 코팅해주어 필터의 내구성을 증대시킬 수 있고, 필터의 제작시간을 단축시켜 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 전자 공력 제트 프린팅 기법을 이용한 CNT 필터 제작 시스템 및 그 제작 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a CNT solution in which a CNT solution in which CNT particles are dispersed is vaporized in a droplet state through a vaporizer, And the CNT particles are vertically adhered and aligned on the fiber substrate of the filter by the electric field generated by applying a voltage of the opposite polarity to the charged electric charge on the electrode substrate on which the filter is mounted, CNT filter manufacturing system using electro-aerofoil jet printing technique which can increase the durability of filter by coating CNT particles directly on the filter through simple process without heat treatment process and can shorten filter manufacturing time and improve productivity And a manufacturing method thereof.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자 공력 제트 프린팅 기법을 이용한 CNT 필터 제작 시스템은, CNT 입자를 운반할 압축공기를 공급하는 압축공기 공급장치와; 상기 압축공기 공급장치에서 공급된 압축공기가 유입되고, CNT 입자가 포함된 CNT 용액을 분무하여 CNT 기체 형태로 기화시키는 기화장치와; 상기 기화장치를 거쳐 기화된 CNT 기체 중에 포함된 수분을 제거하는 건조장치와; 상기 건조장치를 통해 수분이 제거된 CNT 입자를 특정 극성으로 하전시키는 하전장치와; 상기 하전된 CNT 입자의 극성과 반대되는 극성의 전압이 인가된 전극기판 위에 올려진 필터로 상기 하전된 CNT 입자를 제트 유동(jet flow) 형태로 분사하여 전기장에 의해 상기 CNT 입자를 필터의 섬유기재상에 수직 정렬(vertical align)시켜 프린팅하는 분사노즐;을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a system for manufacturing a CNT filter using an electro-aerodynamic jet printing technique, comprising: a compressed air supply device for supplying compressed air for transporting CNT particles; A vaporizer for introducing the compressed air supplied from the compressed air supply device and spraying a CNT solution containing CNT particles into a CNT gas; A drying device for removing water contained in the vaporized CNT gas via the vaporizer; A charging device for charging the CNT particles having moisture removed through the drying device to a specific polarity; The charged CNT particles are injected in a jet flow form by a filter placed on an electrode substrate to which a voltage of a polarity opposite to the polarity of the charged CNT particles is applied, And a spray nozzle for vertically aligning the nozzles.

여기서, 상기 분사노즐은, 상기 하전된 CNT 입자가 유입되는 직선형태의 제1유로와; 상기 제1유로와 동심축을 가지며 상기 제1유로의 주위를 감싸는 형태로 형성되고, 상기 압축공기 공급장치에서 발생된 압축공기의 일부가 유입되어 시스 유동(sheath flow)을 발생시키는 제2유로와; 상기 제1유로를 통해 분사되는 CNT 입자가 상기 제2유로를 통해 분사되는 시스 유동과 함께 만나 상기 필터로 분사되는 노즐공;을 포함하여 구성될 수 있다.Here, the injection nozzle may include: a first flow path having a linear shape into which the charged CNT particles flow; A second flow path formed concentrically with the first flow path and surrounding the first flow path, the second flow path forming part of the compressed air generated by the compressed air supply device to generate a sheath flow; And a nozzle hole through which the CNT particles injected through the first flow path are injected into the filter together with the sheath flow injected through the second flow path.

그리고, 상기 압축공기 공급장치와 기화장치, 그리고 상기 압축공기 공급장치와 분사노즐 사이에는 각각 압축공기의 유량 및 속도를 측정할 수 있는 유량계가 설치될 수 있다.A flow meter capable of measuring a flow rate and a velocity of compressed air may be installed between the compressed air supply device and the vaporizer, and between the compressed air supply device and the spray nozzle.

또한, 상기 건조장치와 하전장치 사이에는 CNT 입자를 하전 중성(charge neutral) 상태로 유지시키도록 하는 연질 X-선(Soft X-ray) 발생장치가 더 설치될 수 있다.Further, a soft X-ray generating device may be further provided between the drying device and the charging device to maintain the CNT particles in a charge neutral state.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자 공력 제트 프린팅 기법을 이용한 CNT 필터 제작 방법은, (a)기화장치를 통해 CNT 입자가 포함된 CNT 용액을 분무하여 CNT 기체 형태로 기화시키는 단계와; (b)상기 기화된 상태의 CNT 기체 중에 포함된 수분을 건조장치를 이용하여 제거하는 단계와; (c)상기 수분이 제거된 CNT 입자를 하전장치를 이용하여 특정 극성을 갖도록 하전시키는 단계와; (d)상기 하전된 CNT 입자의 극성과 반대되는 극성의 전압이 인가된 전극기판 위의 필터로 상기 하전된 CNT 입자를 분사노즐을 통해 제트 유동(jet flow) 형태로 분사하여 전기장에 의해 상기 CNT 입자를 필터의 섬유기재상에 수직 정렬(vertical align)시켜 프린팅하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a CNT filter manufacturing method using an electro-aerodynamic jet printing technique, comprising the steps of: (a) vaporizing a CNT solution containing CNT particles through a vaporizer to form CNT gas; ; (b) removing moisture contained in the vaporized CNT gas by using a drying device; (c) charging the water-removed CNT particles to have a specific polarity using a charging device; (d) injecting the charged CNT particles in a jet flow form through a filter on an electrode substrate to which a voltage of a polarity opposite to the polarity of the charged CNT particles is applied, And printing the particles by vertically aligning the particles on the fiber substrate of the filter.

이때, 상기 CNT 입자의 운반을 위해 제공되는 압축공기의 일부는 상기 분사노즐로 유입되도록 하여 CNT 입자를 감싸는 시스 유동(sheath flow)을 제공할 수 있다.At this time, a portion of the compressed air provided for transporting the CNT particles may be introduced into the injection nozzle to provide a sheath flow surrounding the CNT particles.

또한, 상기 (b)단계와 (c)단계 사이에는 상기 (b)단계를 통해 수분이 제거된 상태의 CNT 입자를 하전 중성(charge neutral) 상태로 유지시키도록 하는 CNT 입자 하전 중화 단계를 더 포함할 수 있다.Between the steps (b) and (c), a CNT particle charge neutralization step may be performed to maintain the CNT particles in a state of charge neutral state through the removal of moisture through the step (b) can do.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 전자 공력 제트 프린팅(electro-aerodynamic jet printing)을 이용한 CNT 필터 제작 방법에 따르면, CNT 입자가 포함된 CNT 용액을 기화시킨 후 건조기를 통해 수분을 제거한 다음, 하전기를 통해 하전시켜 전하를 띄게 만든 후에, 필터가 올려진 전극기판에 상기 하전된 전하와 반대 극성의 전압을 인가하여 발생된 전기장에 의해 필터의 섬유기재상에 CNT 입자가 수직으로 정렬되어 코팅되도록 함으로써, 기존의 CVD 공정을 이용한 제작 방법에 비해 간단하고 신속하게 CNT 필터를 제작할 수 있다. 아울러, 기존 CVD 공정을 이용한 제작 방법과 달리 CNT 성장을 위한 고온의 열처리 과정이 필요 없이 CNT 입자를 필터에 직접 코팅하는 것이 가능해지고, 모든 공정이 상온 상압 조건에서 이루어짐으로써 기존과 같은 고온의 열처리 과정으로 인한 필터의 내구성 저하 현상을 방지할 수 있으며, 필터의 제작시간을 단축시켜 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 우수한 장점이 있다.According to the CNT filter manufacturing method using the electro-aerodynamic jet printing of the present invention, CNT solution containing CNT particles is vaporized, moisture is removed through a dryer, The CNT particles are vertically aligned and coated on the fiber substrate of the filter by an electric field generated by applying a voltage of the opposite polarity to the charged electric charge on the electrode substrate on which the filter is mounted, The CNT filter can be manufactured more simply and quickly than the conventional CVD process. In addition, unlike the conventional CVD process, CNT particles can be directly coated on the filter without the need for a high-temperature heat treatment process for CNT growth, and all processes are performed under normal temperature and pressure conditions. Thus, It is possible to prevent the durability of the filter from being degraded due to the shortage of the filter, and it is possible to shorten the production time of the filter, thereby greatly improving the productivity.

도 1은 본 발명에 따른 전자 공력 제트 프린팅 방법을 이용한 CNT 필터 제작 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 CNT 필터 제작 방법을 순차적으로 보여주는 공정도.
도 3은 본 발명의 CNT 필터 제작 시스템을 이용하여 제작된 CNT 필터의 SEM 이미지 사진.
도 4는 본 발명에 따른 CNT 필터의 코팅효율을 보여주는 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 CNT 필터의 탈착 평가 결과를 보여주는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 CNT 필터의 차압 측정결과를 보여주는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 CNT 필터의 필터 효율을 측정한 결과를 보여주는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 CNT 필터에 의한 바이러스 포집실험과 이론적 계산을 통해 코팅시간에 따른 포집효율을 확인 및 예측 결과를 보여주는 그래프.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a CNT filter manufacturing system using an electro-aerodynamic jet printing method according to the present invention. FIG.
FIG. 2 is a process chart sequentially showing a CNT filter manufacturing method according to the present invention. FIG.
3 is a SEM photograph of a CNT filter manufactured using the CNT filter manufacturing system of the present invention.
4 is a graph showing the coating efficiency of the CNT filter according to the present invention.
5 is a graph showing the results of the desorption evaluation of the CNT filter according to the present invention.
6 is a graph showing a result of measurement of differential pressure of the CNT filter according to the present invention.
7 is a graph showing the results of measuring the filter efficiency of the CNT filter according to the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the collection efficiency and the prediction result according to the coating time by the virus collection experiment and the theoretical calculation by the CNT filter according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 전자 공력 제트 프린팅 방법을 이용한 CNT 필터 제작 시스템의 전체 구성을 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 CNT 필터 제작 방법을 순차적으로 보여주는 공정도이다.FIG. 1 is a block diagram showing the entire construction of a CNT filter manufacturing system using an electro-aerodynamic jet printing method according to the present invention, and FIG. 2 is a process diagram sequentially showing a CNT filter manufacturing method according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전자 공력 제트 프린팅(Electro-aerodynamic jet printing) 기법을 이용한 CNT 필터 제작 시스템(100)은, 크게 압축공기 공급장치(110), 기화장치(120), 건조장치(130), 연질 X-선 발생장치(140), 하전장치(150), 전압인가장치(152)(182), 분사노즐(160), 필터(170), 전극기판(180)으로 구성된다.Referring to FIG. 1, a CNT filter manufacturing system 100 using an electro-aerodynamic jet printing technique according to the present invention includes a compressed air supply device 110, a vaporizer 120, A flexible X-ray generator 140, a charging device 150, voltage application devices 152 and 182, an injection nozzle 160, a filter 170, and an electrode substrate 180.

압축공기 공급장치(110)는 CNT 입자를 운반하기 위한 운반기체(carrier gas), 즉 압축공기를 발생시켜 기화장치(120) 내부로 공급한다. 그리고, 상기 압축공기 공급장치(110)에서 발생된 압축공기 중 일부는 후술되는 분사노즐(160) 측으로 공급된다.The compressed air supply unit 110 generates a carrier gas for conveying CNT particles, that is, compressed air, and supplies the compressed air to the inside of the vaporizer 120. A part of the compressed air generated in the compressed air supply device 110 is supplied to the injection nozzle 160, which will be described later.

이때, 상기 압축공기 공급장치(110)에는 압축공기 속에 포함된 미세 입자 불순물을 여과해 주는 헤파필터(HEPA Filter)(112)가 구비되고, 또한, 압축공기의 압력, 유량, 속도 등을 조절하기 위한 레귤레이터(regulator)(114)가 구비된다.At this time, the compressed air supply device 110 is provided with a HEPA filter 112 for filtering the fine particle impurities contained in the compressed air, and also controls the pressure, flow rate, and speed of the compressed air A regulator 114 is provided.

기화장치(120)는 CNT 입자가 분산된 CNT 용액을 일정 압력을 가해 안개 형태로 분무함으로써 액적 상태의 CNT 기체로 기화시키게 된다. 이 후, 상기 액적 상태로 기화된 CNT 기체는 운반가스인 압축공기와 함께 건조장치(130) 내부로 유입된다. The vaporizer 120 vaporizes the CNT solution in which the CNT particles are dispersed by spraying the CNT solution in the form of mist by applying a predetermined pressure to the CNT gas in the droplet state. Thereafter, the CNT gas vaporized in the droplet state flows into the drying apparatus 130 together with compressed air as a carrier gas.

이때, 상기 기화장치(120)로 유입되기 전 단계의 압축공기 이동 통로상에는 상기 기화장치(120)로 유입되는 압축공기의 유량을 측정할 수 있도록 유량계(116)가 설치된다.At this time, a flow meter 116 is installed on the compressed air moving passage before entering the vaporizer 120 to measure the flow rate of the compressed air flowing into the vaporizer 120.

건조장치(130)는 기화장치(120)를 거쳐 액적 상태로 기화된 CNT 기체 중에 포함된 수분을 제거한다.The drying apparatus 130 removes moisture contained in the vaporized CNT gas through the vaporizer 120 in a droplet state.

여기서, 상기 건조장치(130)로는 확산 건조기(Diffusion dryer)가 사용될 수 있는데, 이러한 확산 건조기에는 액적을 모을 수 있는 교체 가능한 건조제가 내장된다. 이 건조제는 확산 포집(diffusional capture) 방식을 이용하여 압축공기의 유동(flow)를 따라 이동되는 CNT 기체 내의 물기를 제거하게 된다. 이러한 건조제는 CNT 기체(aerosol)와 접촉하지 않으면서 습기를 제거할 수 있기 때문에 CNT의 입자 손실(particle loss)을 최소화할 수 있다.Here, as the drying device 130, a diffusion dryer may be used. In such a diffusion dryer, a replaceable drying agent capable of collecting droplets is incorporated. The desiccant removes moisture in the CNT gas that is moved along the flow of the compressed air using a diffusional capture method. This desiccant can minimize the particle loss of the CNT because it can remove moisture without contacting the CNT gas (aerosol).

연질 X-선(Soft X-ray) 발생장치(140)는 CNT 입자가 하전장치(150)로 유입되기 전 단계에서 CNT 입자를 하전 중화(charge neutral) 상태로 만들어준다.The soft X-ray generator 140 turns the CNT particles into a charge neutral state before the CNT particles are introduced into the charging device 150.

즉, CNT 입자가 하전장치(150)로 유입되기 전에 CNT 입자를 특정 극성으로 하전을 정확히 시키기 위해서 CNT 입자를 하전 중성 상태로 만들 필요가 있는데, 연질 X-선 발생장치(140)는 기화장치(120)에서 발생된 CNT 입자가 볼츠만(Boltzmann) 하전분포를 갖는 하전 중화 상태가 되도록 보조해 주는 장치이다. That is, before the CNT particles are introduced into the charging device 150, it is necessary to make the CNT particles into a charge neutral state in order to accurately charge the CNT particles to a specific polarity. The soft X- 120) to a charged neutralized state having a Boltzmann charge distribution.

하전장치(150)는 건조장치(130)를 거쳐 수분이 제거된 상태의 CNT 입자를 특정 극성(+ 또는 -)으로 하전시켜 전하를 띄게 만든다. 본 실시 예에서는 전압인가장치(152)를 통해 하전장치(150)에 (-)전압을 인가하여 CNT 입자가 (-)극성으로 하전되도록 되어 있다. 이러한 하전 과정을 거쳐 하전된 CNT 입자는 그 양 끝단 부분이 (-)극성으로 집중적으로 하전된다.The charging device 150 charges the CNT particles in a state in which water is removed through the drying device 130 to a specific polarity (+ or -) to make the electric charge. In this embodiment, negative (-) voltage is applied to the charging device 150 through the voltage applying device 152 so that the CNT particles are charged with (-) polarity. The CNT particles charged through this charging process are intensively charged at both ends with a negative polarity.

하전장치(150)를 통해 하전된 CNT 입자는 분사노즐(160)로 유입된 후 전극기판(180) 위에 올려진 필터(170)로 분사됨으로써 필터(170)상에 CNT 입자를 코팅하게 된다.The CNT particles charged through the charging device 150 are injected into the injection nozzle 160 and then sprayed onto the filter 170 mounted on the electrode substrate 180 to coat the CNT particles on the filter 170.

여기서, 상기 필터(170)가 올려지는 전극기판(180)에는 전압인가장치(182)를 통해 CNT 입자의 하전된 극성과 반대되는 (+)극성의 전압이 인가되고, 이러한 전압 인가를 통해 필터(170)가 올려진 전극기판(180) 표면은 (+)극으로 대전된다.A voltage of positive polarity opposite to the polarity of the charged particles of the CNT particles is applied to the electrode substrate 180 on which the filter 170 is mounted through the voltage application device 182, The surface of the electrode substrate 180 on which the electrodes 170 are mounted is charged to the positive polarity.

이렇게 전극기판(180)상에 상기 하전된 CNT 입자와 반대되는 극성(+)의 전압이 인가되면, CNT 입자가 방출되는 분사노즐(160)의 하부측 노즐공(163) 주변으로는 "A"에서 보는 것과 같은 전기장이 형성되고, 이렇게 형성된 전기장에 의해 상기 분사노즐(160)을 통해 분사된 CNT 입자들이 필터(170)의 섬유기재상에 수직 정렬(vertical algn)된 상태로 부착됨으로써 필터(170)상에 CNT 입자의 코팅이 이루어지게 된다. 이때, 상기 CNT 입자는 하전장치(150)를 통해 양단 끝 부분이 (-)극성으로 집중적으로 하전된 상태이기 때문에, (+)극성으로 대전된 필터(170)의 섬유 가닥에 수직으로 정렬되어 견고하게 부착될 수 있다. When a voltage (+) opposite to the charged CNT particles is applied to the electrode substrate 180 in this manner, the nozzle hole 163 of the lower part of the injection nozzle 160, in which the CNT particles are emitted, And the CNT particles injected through the injection nozzle 160 are adhered in a state of being vertically aligned on the fiber substrate of the filter 170 by the thus formed electric field so that the filter 170 ) Is coated with CNT particles. At this time, since the CNT particles are intensively charged at negative ends through the charging device 150, they are vertically aligned with the fibers of the filter 170 charged with positive polarity, As shown in FIG.

한편, 분사노즐(160)은 하전장치(150)를 거쳐 특정 극성(-)으로 하전된 CNT 입자를 전기장이 인가된 상태의 필터(170)에 제트 유동(jet flow) 형태로 분사하여 CNT 입자를 필터(170)에 코팅한다.Meanwhile, the injection nozzle 160 injects the CNT particles charged with a specific polarity (-) via the charging device 150 into a filter 170 in a state where an electric field is applied, in the form of a jet flow, The filter 170 is coated.

구체적으로, 상기 분사노즐(160)은 하전장치(150)를 거쳐 하전된 CNT 입자가 유입되는 직선형의 제1유로(161)와, 상기 제1유로(161)와 동심축을 가지며 제1유로(161)의 주위를 둘러싸는 형태로 형성되어 압축공기 공급장치(110)로부터 발생된 압축공기 중 일부가 유입되는 제2유로(162)와, 상기 제1유로(161)와 제2유로(162)의 출구 부분이 서로 합쳐져 만나는 부분으로서 상기 제2유로(162)를 통과한 CNT 입자가 최종 배출 분사되는 노즐공(163)로 구성된다.Specifically, the injection nozzle 160 includes a linear first flow path 161 through which charged CNT particles flow through the charging device 150, a first flow path 161 having a concentric axis with the first flow path 161, A second flow path 162 in which a part of the compressed air generated from the compressed air supply device 110 flows into the first flow path 161 and the second flow path 162, And a nozzle hole 163 through which the CNT particles having passed through the second flow path 162 are finally discharged.

이때, 상기 제2유로(162)의 종단면 형상은 하부로 갈수록 외경이 점차 줄어드는 형태로 형성된다. 이러한, 제2유로(162)는 압축공기 공급장치(110)로부터 발생된 압축공기의 일부가 유입되어 제1유로(161)를 통해 방출되는 CNT 입자의 유동 주위를 둘러싸는 시스 유동(sheath flow)을 만들어준다. At this time, the longitudinal shape of the second flow path 162 is formed such that the outer diameter gradually decreases toward the bottom. The second flow path 162 includes a sheath flow surrounding the flow of the CNT particles introduced through the first flow path 161 and a part of the compressed air generated from the compressed air supply device 110, .

따라서, 상기 제1유로(161)를 통해 분사되는 CNT 입자는 상기 제2유로(162)를 통해 분사되는 시스 유동과 함께 합쳐진 후 하단의 노즐공(163)를 통해 필터(170)로 분사된다.Accordingly, the CNT particles injected through the first flow path 161 are combined with the sheath flow injected through the second flow path 162, and then injected into the filter 170 through the nozzle hole 163 at the lower end.

상기 시스 유동은 필터(170)에 코팅되는 CNT 입자의 코팅 면적(patterning area)을 조절해주는 역할을 하게 되는데, 이러한 시스 유동은 분사노즐(160)의 제2유로(162) 내부로 압축공기의 유입이 이루어지면 발생되고, 압축공기의 유입이 이루어지지 않으면 발생되지 않게 된다. The sheath flow regulates the patterning area of the CNT particles coated on the filter 170. The sheath flows the inflow of compressed air into the second flow path 162 of the injection nozzle 160, Is generated, and is not generated unless the inflow of compressed air is performed.

예를 들어, 분사노즐(160)의 제2유로(162) 내부로 압축공기의 유입이 없을 경우, 즉, 시스 유동이 발생되지 않을 경우에는 제1유로(161)를 통과하여 나온 CNT 입자만이 노즐공(163)을 통해 필터(170)로 방출되기 때문에 CNT 입자를 더 넓은 면적으로 패터닝(patterning) 할 수 있다. For example, when there is no inflow of compressed air into the second flow path 162 of the injection nozzle 160, that is, when no sheath flow occurs, only the CNT particles passing through the first flow path 161 And is discharged to the filter 170 through the nozzle hole 163, so that the CNT particles can be patterned with a wider area.

반대로, 제2유로(162) 내부로 압축공기의 유입이 이루어져 시스 유동이 발생될 경우에는 제1유로(161)를 통과하여 나온 CNT 입자가 제2유로(162)에서 나온 시스 유동에 의해 감싸진 형태로 노즐공(163)을 통해 방출되기 때문에, 시스 유동에 의해 둘러싸여 CNT 입자의 유동 단면 폭이 줄어들게 됨으로써 CNT 입자를 필터(170)에 더 좁은 면적으로 집중적으로 패터닝할 수 있다. On the contrary, when compressed air is introduced into the second flow path 162 and a sheath flow is generated, the CNT particles passing through the first flow path 161 are surrounded by the sheath flow from the second flow path 162 The CNT particles are surrounded by the sheath flow to reduce the width of the flow cross section of the CNT particles, so that the CNT particles can be intensively patterned on the filter 170 with a smaller area.

이때, 제2유로(162) 내부로 유입되는 압축공기의 유량 및 속도를 증가시켜 시스 유동을 증가시키게 되면 노즐공(163)을 통해 분사되는 CNT 입자의 유동 단면 폭이 한층 더 줄어들게 되어 CNT 입자의 패터닝 면적을 더욱 좁고 협소하게 집중적으로 패터닝할 수 있다. If the sheath flow is increased by increasing the flow rate and velocity of the compressed air flowing into the second flow path 162, the flow cross-sectional width of the CNT particles injected through the nozzle hole 163 is further reduced, The patterning area can be further narrowed and patterned intensively in a narrow manner.

이와 같이, 압축공기 공급장치(110)로부터 분사노즐(160)의 제2유로(162)로 공급되는 압축공기의 흐름을 선택적으로 개폐함으로써 제2유로(162) 내에서 시스 유동을 발생하거나 발생을 억제하여 필터(170)상에 패터닝되는 CNT 입자의 패터닝 면적을 조절할 수 있다. 아울러, 제2유로(162)로 유입되는 압축공기의 유량 및 속도를 조절하여 시스 유동의 유량 및 속도를 조절함으로써 필터(170)상에 패터닝되는 CNT 입자의 패터닝 면적을 자유롭게 조절하는 것도 가능하다. As described above, by selectively opening and closing the flow of the compressed air supplied from the compressed air supply device 110 to the second flow path 162 of the injection nozzle 160, a sheath flow is generated or generated in the second flow path 162 And the patterning area of the CNT particles to be patterned on the filter 170 can be controlled. In addition, it is also possible to freely adjust the patterning area of the CNT particles patterned on the filter 170 by adjusting the flow rate and speed of the sheath flow by controlling the flow rate and speed of the compressed air flowing into the second flow path 162.

이때, 상기 압축공기 공급장치(110)와 분사노즐(160) 사이에는 상기 분사노즐(160)로 공급되는 압축공기의 유량을 측정할 수 있도록 유량계(118)가 추가로 설치될 수 있다.A flow meter 118 may be further provided between the compressed air supply device 110 and the spray nozzle 160 to measure the flow rate of the compressed air supplied to the spray nozzle 160.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 전자 공력 제트 프린팅 방법을 이용한 CNT 필터 제작 공정을 도 2의 공정도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The CNT filter manufacturing process using the electro-aerodynamic jet printing method of the present invention having the above-described configuration will be described with reference to the process chart of FIG.

먼저, 압축공기 공급장치(110)를 구동시켜 CNT 입자의 운반을 위한 압축공기를 발생시킨 상태에서, CNT 입자가 분산된 CNT 용액을 기화장치(120)를 통해 분무하여 액적 상태로 기화시킨다.(S210)First, the compressed air supply device 110 is driven to generate compressed air for transporting CNT particles, and the CNT solution in which the CNT particles are dispersed is sprayed through the vaporizer 120 to vaporize it into a droplet state. S210)

그런 다음, 상기 액적 상태로 기화된 CNT 기체를 운반가스인 압축공기와 함께 건조장치(130) 내부로 유입하여 CNT 기체 중에 포함된 수분(습기)을 제거함으로써 건조시킨다.(S220) Then, the CNT gas vaporized in the droplet state is introduced into the drying apparatus 130 together with the compressed air as a carrier gas to remove moisture (moisture) contained in the CNT gas to dry it (S220)

이어서, 상기와 같이 건조장치(130)를 통해 수분이 제거된 상태의 CNT 입자를 연질 X-선 발생장치(140)로 투입하여 하전 중성(charge neutral) 상태로 만들게 된다.(S230)Next, the CNT particles in a state in which water is removed through the drying device 130 are charged into the soft X-ray generator 140 to be in a charge neutral state (S230)

그리고, 상기 X-선 발생장치(140)를 거쳐 하전 중성 상태로 만들어진 CNT 입자를 하전장치(150)를 통해 (-)극으로 하전시켜 CNT 입자가 전하를 띄도록 만들어주게 된다.(S240)Then, the CNT particles, which have been charged to a neutral state via the X-ray generator 140, are charged to the negative (-) pole through the charging device 150 to make the CNT particles charge (S240)

이때, 상기 하전장치(150)를 통해 하전된 CNT 입자는 그 양 끝단 부분이 (-)극으로 집중적으로 하전된 상태를 유지하게 된다.At this time, both ends of the CNT particles charged through the charging device 150 are intensively charged to the negative (-) pole.

그런 다음, 상기 하전된 CNT 입자의 극성과 반대되는 극성(+)으로 대전된 필터(170) 위에 상기 하전된 상태의 CNT 입자를 분사노즐(160)을 통해 분사하게 되면, 상기 하전된 CNT 입자가 필터(170) 주변에 형성된 전기장을 따라 필터(170)의 섬유기재상에 수직으로 정렬되어 부착됨으로써 최종적으로 CNT가 코팅된 CNT 필터(170)가 완성된다.(S250)Then, when the CNT particles in the charged state are injected onto the charged filter 170 with the polarity (+) opposite to the polarity of the charged CNT particles through the injection nozzle 160, the charged CNT particles The CNT filter 170 is finally aligned on the fiber substrate of the filter 170 along the electric field formed around the filter 170 to finally complete the CNT filter 170. [

도 3은 상술한 본 발명의 CNT 필터 제작 방법을 통해 제작된 CNT 필터의 SEM(scanning electron microscop) 이미지를 나타낸 것으로서 필터 기재를 유리 섬유(Glass fiber)로 하여 제작한 경우의 사진이다.FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) image of a CNT filter fabricated by the CNT filter manufacturing method of the present invention. FIG. 3 is a photograph of a filter substrate made of glass fiber.

여기서, 도 3의 SEM 이미지 중 우측의 (b)는 좌측의 (a)의 일부분을 확대하여 나타낸 것이다.Here, (b) on the right side of the SEM image of FIG. 3 is an enlarged view of a part of the left side (a).

도 3의 SEM 이미지 사진에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 전자 공력 제트 프린팅 방법을 통해 제작된 CNT 필터의 유리 섬유(Glass fiber) 가닥마다 CNT 입자가 수직 정렬(vertical align)된 상태로 부착되어 성공적인 코팅이 이루어진 것을 확인할 수 있다.As shown in the SEM image of FIG. 3, CNT particles are vertically aligned with each other on the glass fiber strands of the CNT filter manufactured by the electro-aerosol jet printing method of the present invention, .

그리고, 도 4는 본 발명의 CNT 필터 제작 시스템을 이용하여 제작된 CNT 필터의 코팅효율을 보여주는 그래프이다.4 is a graph showing the coating efficiency of the CNT filter fabricated using the CNT filter manufacturing system of the present invention.

여기서, CNT 필터의 코팅효율은 필터로 투입된(inlet) CNT 입자 수 대비 필터에서 방출된(outlet) CNT 입자 수의 비를 입자측정장치인 SMPS(scanning mobility particle sizer)를 통해 측정하였다. 이때, 그래프의 가로축은 CNT 입자의 직경(nm)을 나타내고 세로축은 단위 부피당 CNT 입자의 개수(N/㎤)를 나타낸다.Here, the coating efficiency of the CNT filter was measured by using a scanning mobility particle sizer (SMPS), which measures the ratio of the number of CNTs discharged from the filter to the number of CNTs injected into the filter. Here, the abscissa of the graph represents the diameter (nm) of CNT particles and the ordinate represents the number of CNT particles per unit volume (N / cm 3).

도 4의 그래프를 통해 알 수 있듯이, 필터로 투입된 CNT 입자의 개수를 100이라 가정할 때 필터에 부착되지 않고 방출된 CNT 입자의 개수는 10 이하로서, 약 90% 이상의 CNT 코팅효율을 보이는 확인할 수 있다.As can be seen from the graph of FIG. 4, when the number of the CNT particles injected into the filter is assumed to be 100, the number of the CNT particles that are not attached to the filter is less than 10 and the CNT coating efficiency of about 90% have.

또한, 도 5는 본 발명을 통해 제작된 CNT 필터의 CNT 입자 탈착 평가 결과를 보여주는 그래프이다. 5 is a graph showing the CNT particle desorption evaluation results of the CNT filter manufactured through the present invention.

이 실험은 필터(170)에 일정 압력으로 공기(air)를 통과시킬 경우 시간(sec)의 경과에 따른 필터(170)로부터 탈리되는 CNT 입자의 개수를 측정한 것이다. 이때, 필터(170)를 통과하는 공기의 면속도는 0.2 m/s로 고정하여 측정하였다.This experiment is a measurement of the number of CNT particles desorbed from the filter 170 with passage of time (sec) when air is passed through the filter 170 at a constant pressure. At this time, the surface velocity of the air passing through the filter 170 was fixed at 0.2 m / s.

도 5의 실험결과에서 볼 수 있듯이, CNT 입자의 코팅량(개수)에 변화를 주며 일정시간 동안 공기를 필터(170)에 통과시켜도 필터(170)로부터 탈리되는 CNT 입자 개수가 거의 변하지 않음을 확인할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 CNT 필터 제작 시스템을 이용하여 제작된 CNT 필터는 CNT 입자가 필터(170)의 섬유기재상에 견고하게 부착되어 코팅되는 것을 확인할 수 있다.As can be seen from the experimental results of FIG. 5, it is confirmed that the number of CNT particles to be removed from the filter 170 is almost unchanged even if air is passed through the filter 170 for a predetermined time, . As described above, it can be confirmed that the CNT filter fabricated by using the CNT filter manufacturing system of the present invention is firmly attached to the fiber substrate of the filter 170 and coated thereon.

한편, 도 6은 본 발명에 의해 제작된 CNT 필터의 차압(pressure drop) 측정결과를 보여주는 그래프이다.6 is a graph showing pressure drop measurement results of the CNT filter manufactured according to the present invention.

여기서, 필터(170)의 차압 측정실험은 CNT를 10분간 코팅한 것을 기준으로 측정하였으며, CNT 필터의 면밀도는 3.7ㅧ107 N/㎤으로 코팅한 것을 사용하였다. Here, the differential pressure measurement test of the filter 170 was performed based on the coating of CNT for 10 minutes, and the CNT filter was coated with a surface density of 3.7 ㅧ 10 7 N / cm 3.

그래프의 가로축은 공기(air)가 통과되는 면속도(m/s)를 나타낸 것이고, 세로축은 필터(170)의 입,출구 간의 차압(Pa)을 나타낸 것이다.The abscissa of the graph represents the surface velocity (m / s) at which the air passes, and the ordinate represents the differential pressure Pa between the inlet and outlet of the filter 170.

도 6의 차압 측정결과를 통해 확인할 수 있듯이, 필터(170) 양단 간의 차압은 CNT 코팅된 필터의 경우 다소 증가하기는 하나, 필터(170)를 통과하는 공기의 면속도를 증가시키는 경우 거의 같은 비율로 증가되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 CNT 코팅이 필터 차압 변화에 미치는 영향은 극히 미미하다는 것을 알 수 있다.As can be seen from the differential pressure measurement result of FIG. 6, the differential pressure between the both ends of the filter 170 is slightly increased in the case of the CNT coated filter. However, when the surface velocity of the air passing through the filter 170 is increased, As shown in Fig. Therefore, it can be seen that the effect of the CNT coating according to the present invention on the filter differential pressure change is negligible.

한편, 도 7은 본 발명에 의해 제작된 CNT 필터의 필터효율 측정을 위해 사용된 바이러스 입자의 입자 분포 프로파일(profile)을 나타낸 것이고, 도 8은 도 7과 같은 입자 분포 프로파일을 갖는 바이러스 입자를 이용하여 바이러스 포집실험 및 이론적 계산을 통해 코팅시간에 따른 바이러스 포집효율을 확인 및 예측한 결과를 보여주는 그래프이다.7 shows the particle distribution profile of the viral particles used for the measurement of the filter efficiency of the CNT filter fabricated by the present invention, and Fig. 8 shows the distribution profile of viral particles using the viral particles having the particle distribution profile shown in Fig. 7 This is a graph showing the results of confirming and predicting the virus collection efficiency according to the coating time through the virus collection experiment and theoretical calculation.

여기서, 필터효율(Filtration efficiency) 측정실험에서 사용된 바이러스의 종류는 Bacteriophage MS2 virus가 사용되었고, 이때, 필터를 통해 포집된 바이러스 입자의 mode diameter는 37.2nm, 바이러스 입자의 총 개수농도는 8.646 N/cc로 측정되었다.Bacteriophage MS2 virus was used in the filtration efficiency measurement experiment. At this time, the mode diameter of the virus particles collected through the filter was 37.2 nm and the total number concentration of virus particles was 8.64 6 N / cc.

일반적으로 필터는 3가지의 원리(Interception, Impaction, Diffusion)에 의해 입자를 걸러내게 되고,Generally, filters filter particles by three principles (Interception, Impaction, Diffusion)

이때, 바이러스 입자의 포집효율예측(calculation 부분)은 아래의 식(1)을 이용하여 계산된다.At this time, the collection efficiency of the virus particles is calculated by using the following equation (1).

Figure pat00001
---(1)
Figure pat00001
---(One)

여기서 Interception(ER)은,
Here, Interception (E R )

Figure pat00002
이며,
Figure pat00002
Lt;

이때

Figure pat00003
이고,
Figure pat00004
이다.
At this time
Figure pat00003
ego,
Figure pat00004
to be.

그리고 Impaction(EI)은,And Impaction (E I )

Figure pat00005
이며,
Figure pat00005
Lt;

이때

Figure pat00006
이다.
At this time
Figure pat00006
to be.

또한 Diffusion(ED)은,Diffusion (E D )

Figure pat00007
이며,
Figure pat00007
Lt;

이때

Figure pat00008
이다.At this time
Figure pat00008
to be.

Figure pat00009
에서
Figure pat00010
이며,
Figure pat00009
in
Figure pat00010
Lt;

Figure pat00011
를 통해 구해질 수 있다.
Figure pat00011
. ≪ / RTI >

위 식에서 사용되는 매개 변수들은 아래와 같다.The parameters used in the above equation are as follows.

Figure pat00012

Figure pat00012

위에 나타낸 필터의 입자 포집효율 계산식은 필터 제조분야에서는 널리 알려진 계산식이기 때문에, 상기 식을 구성하는 각각의 인자들에 대한 상세한 언급은 생략하기로 한다.Since the calculation formula of the particle trapping efficiency of the above filter is a well-known calculation formula in the field of filter manufacturing, detailed description of each factor constituting the above formula will be omitted.

위의 계산식을 통해 이론적으로 계산된 필터의 포집효율과 실험을 통해 측정된 필터의 포집효율은 도 8의 그래프 결과를 통해 확인할 수 있다. 즉, 도 8의 그래프에서 보는 것과 같이, 본 발명에 의해 제작된 CNT 필터가 CNT를 코팅하지 않은 일반 필터에 비해 높은 바이러스 입자 포집효율을 보이는 것을 확인할 수 있다. (최대상승효율 : 50nm 에서 50%) The collection efficiency of the theoretically calculated filter and the collection efficiency of the filter measured through the experiment can be confirmed by the graphical result of FIG. 8 through the above calculation formula. That is, as shown in the graph of FIG. 8, it can be seen that the CNT filter fabricated by the present invention exhibits higher virus particle collection efficiency than the CNT-uncoated filter. (Maximum lift efficiency: 50% at 50 nm)

상술한 바와 같이 본 발명의 CNT 필터를 제작함에 있어, CNT 입자가 분산된 CNT 용액을 기화시켜 수분을 제거한 후, 하전장치(150)를 통해 하전시켜 전하를 띄게 만든 다음, 필터(170)가 올려진 전극기판(180)에 상기 하전된 전하와 반대 극성의 전압을 인가하여 발생된 전기장에 의해 필터(170)의 섬유기재상에 CNT 입자가 수직 정렬된 형태로 부착시켜 코팅되도록 함으로써, CNT 필터를 간단한 공정을 통해 빠르게 제작할 수 있고, 필터의 제작시간을 단축시켜 생산성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 기존의 CVD 공정을 이용한 제작 방식과 달리 별도의 고온 열처리 과정이 필요 없이 CNT 입자를 필터에 직접 코팅해줄 수 있고, 모든 공정이 상온 상압 조건 하에서 이루어지기 때문에 기존처럼 고온의 열처리 과정이 요구되지 않아 필터의 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, in manufacturing the CNT filter of the present invention, the CNT solution in which the CNT particles are dispersed is vaporized to remove moisture, and then charges are charged through the charging device 150. Then, the filter 170 is lifted up By applying a voltage having a polarity opposite to that of the charged electric charge to the donor electrode substrate 180, the CNT particles are vertically aligned on the fiber substrate of the filter 170 by applying an electric field, It is possible to rapidly produce the filter through a simple process, and the production time can be shortened to improve productivity. In addition, CNT particles can be coated directly on the filter without the necessity of a separate high-temperature heat treatment process unlike the conventional CVD process. Since all processes are performed under normal temperature and pressure conditions, a high temperature heat treatment process is required There is an advantage that the durability of the filter can be improved.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limited to the embodiments set forth herein. Will be possible.

110 : 압축공기 공급장치 112 : 헤파필터
114 : 레귤레이터 116,118 : 유량계
120 : 기화장치 130 : 건조장치
140 : 연질 X-선 발생장치 150 : 하전장치
152,182 : 전압인가장치 160 : 분사노즐
161 : 제1유로 162 : 제2유로
163 : 노즐공 170 : 필터
180 :전극기판
110: Compressed air supply device 112: Hepa filter
114: regulator 116,118: flow meter
120: vaporizer 130: drying device
140: Soft X-ray generator 150: Charging device
152, 182: voltage applying device 160: injection nozzle
161: first flow path 162: second flow path
163: nozzle hole 170: filter
180: electrode substrate

Claims (8)

CNT 입자를 운반할 압축공기를 공급하는 압축공기 공급장치와;
상기 압축공기 공급장치에서 공급된 압축공기가 유입되고, CNT 입자가 포함된 CNT 용액을 분무하여 CNT 기체 형태로 기화시키는 기화장치와;
상기 기화장치를 거쳐 기화된 CNT 기체 중에 포함된 수분을 제거하는 건조장치와;
상기 건조장치를 통해 수분이 제거된 CNT 입자를 특정 극성으로 하전시키는 하전장치와;
상기 하전된 CNT 입자의 극성과 반대되는 극성의 전압이 인가된 전극기판 위에 올려진 필터로 상기 하전된 CNT 입자를 제트 유동(jet flow) 형태로 분사하여 전기장에 의해 상기 CNT 입자를 필터의 섬유기재상에 수직 정렬(vertical align)시켜 프린팅하는 분사노즐;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 공력 제트 프린팅 기법을 이용한 CNT 필터 제작 시스템
A compressed air supply device for supplying compressed air for conveying the CNT particles;
A vaporizer for introducing compressed air supplied from the compressed air supply device and spraying a CNT solution containing CNT particles into a CNT gas;
A drying device for removing water contained in the vaporized CNT gas via the vaporizer;
A charging device for charging the CNT particles having moisture removed through the drying device to a specific polarity;
The charged CNT particles are injected in a jet flow form by a filter placed on an electrode substrate to which a voltage of a polarity opposite to the polarity of the charged CNT particles is applied, A spray nozzle for vertically aligning the nozzles;
A CNT filter manufacturing system using an electro-aerodynamic jet printing technique
제1항에 있어서, 상기 분사노즐은,
상기 하전된 CNT 입자가 유입되는 직선형태의 제1유로와;
상기 제1유로와 동심축을 가지며 상기 제1유로의 주위를 감싸는 형태로 형성되고, 상기 압축공기 공급장치에서 발생된 압축공기의 일부가 유입되어 시스 유동(sheath flow)을 발생시키는 제2유로와;
상기 제1유로를 통해 분사되는 CNT 입자가 상기 제2유로를 통해 분사되는 시스 유동과 함께 만나 상기 필터로 분사되는 노즐공;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 공력 제트 프린팅 기법을 이용한 CNT 필터 제작 시스템
The ink jet recording head according to claim 1,
A first flow path having a linear shape into which the charged CNT particles flow;
A second flow path formed concentrically with the first flow path and surrounding the first flow path, the second flow path forming part of the compressed air generated by the compressed air supply device to generate a sheath flow;
A nozzle hole in which the CNT particles injected through the first flow path are injected into the filter together with a sheath flow injected through the second flow path;
A CNT filter manufacturing system using an electro-aerodynamic jet printing technique
제1항에 있어서, 상기 압축공기 공급장치와 기화장치, 그리고 상기 압축공기 공급장치와 분사노즐 사이에는 각각 유량계가 설치된 것을 특징으로 하는 전자 공력 제트 프린팅 기법을 이용한 CNT 필터 제작 시스템
The CNT filter manufacturing system according to claim 1, wherein a flow meter is installed between the compressed air supply device and the vaporizer, and between the compressed air supply device and the spray nozzle.
제1항에 있어서, 상기 건조장치와 하전장치 사이에는 CNT 입자를 하전 중성(charge neutral) 상태로 유지시키도록 하는 연질 X-선(Soft X-ray) 발생장치가 더 설치된 것을 특징으로 하는 전자 공력 제트 프린팅 기법을 이용한 CNT 필터 제작 시스템
The apparatus of claim 1, further comprising a soft X-ray generator between the drying device and the charging device to maintain the CNT particles in a charge neutral state. CNT filter manufacturing system using jet printing technique
(a) 기화장치를 통해 CNT 입자가 포함된 CNT 용액을 분무하여 CNT 기체 형태로 기화시키는 단계와;
(b) 상기 기화된 상태의 CNT 기체 중에 포함된 수분을 건조장치를 이용하여 제거하는 단계와;
(c) 상기 수분이 제거된 CNT 입자를 하전장치를 이용하여 특정 극성을 갖도록 하전시키는 단계와;
(d) 상기 하전된 CNT 입자의 극성과 반대되는 극성의 전압이 인가된 전극기판 위의 필터로 상기 하전된 CNT 입자를 분사노즐을 통해 제트 유동(jet flow) 형태로 분사하여 전기장에 의해 상기 CNT 입자를 필터의 섬유기재상에 수직 정렬(vertical align)시켜 프린팅하는 단계;
를 포함하는 전자 공력 제트 프린팅 기법을 이용한 CNT 필터 제작 방법.
(a) spraying a CNT solution containing CNT particles through a vaporizer to vaporize it in a CNT gas form;
(b) removing moisture contained in the vaporized CNT gas by using a drying device;
(c) charging the water-removed CNT particles to have a specific polarity using a charging device;
(d) injecting the charged CNT particles in a jet flow form through a filter on an electrode substrate to which a voltage of a polarity opposite to the polarity of the charged CNT particles is applied, Printing the particles in a vertical alignment on the fiber substrate of the filter;
A method for fabricating a CNT filter using an electro-aerodynamic jet printing technique.
제5항에 있어서, 상기 CNT 입자의 운반을 위해 제공되는 압축공기의 일부는 상기 분사노즐로 유입되어 시스 유동(sheath flow)을 제공하는 것을 특징으로 하는 전자 공력 제트 프린팅 기법을 이용한 CNT 필터 제작 방법.
6. The CNT filter manufacturing method according to claim 5, wherein part of the compressed air provided for transporting the CNT particles flows into the injection nozzle to provide a sheath flow. .
제5항에 있어서, 상기 (b)단계와 (c)단계 사이에는 상기 (b)단계를 통해 수분이 제거된 상태의 CNT 입자를 하전 중성(charge neutral) 상태로 유지시키도록 하는 CNT 입자 하전 중화 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 공력 제트 프린팅 기법을 이용한 CNT 필터 제작 방법.
[7] The method of claim 5, wherein between step (b) and step (c), CNT particles charged with CNTs having moisture removed therefrom are maintained in a charge neutral state, The method of claim 1, wherein the CNT filter is fabricated using an electro-aerosol jet printing technique.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 CNT 필터 제작 방법을 통해 제작된 CNT 필터A CNT filter manufactured by the CNT filter manufacturing method according to any one of claims 5 to 7,
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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