KR20140148158A - 나노 입자 형성 방법 및 나노 입자 형성 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노 사이즈의 입자를 생성하기 위한 재료로 형성되는 와이어를 마련하는 단계; 상기 와이어를 제1 전극 및 제2 전극에 연결하는 단계; 상기 와이어를 예열 장치를 이용하여 예열하는 단계; 및 상기 와이어에 전원을 이용하여 에너지를 인가하여 나노 사이즈 입자를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 예열하는 단계를 수행한 후, 상기 와이어의 표피 깊이가 상기 와이어의 반경보다 큰 것을 특징으로 하는 나노 입자 형성 방법에 관한 것이다.

Description

나노 입자 형성 방법 및 나노 입자 형성 장치{Method for forming nano paticle and nano particle forming device}
본 발명은 크기가 일정한 나노 입자 형성 방법 및 나노 입자 형성 장치에 관한 것이다.
산업의 고집적화로 소자 및 부품은 작고 가벼우면서도 강도가 높은 방향으로 기술이 진화되고 있는 추세이다.
이러한 기능을 충족시킬 수 있는 대안 중의 하나가 나노 크기의 직경을 가지고 있는 입자로 소자 및 부품을 제조하는 것이다.
일반적으로 나노 입자는 1 내지 수백 nm의 직경을 가지며, 나노 입자로 제조된 소재는 동일한 화학적 조성 및 물리적 결정 구조로 되어 있더라도, 기존 소재에서 나타나지 않았던 특이한 물성을 나타내는 경우가 많다.
나노 입자의 특이한 물성으로 인해 전자 부품, 생활 소재, 의료, 국방, 에너지, 환경 소재 등의 분야에서 나노 입자는 큰 산업적 잠재력이 있으며, 일부는 상업화되어 가치가 확인되는 것들도 있다.
이러한 긍정적 측면과는 달리, 나노 입자라는 매우 작은 사이즈로 인해 해결해야할 문제점도 있다.
그 대표적인 예로 매우 큰 비표면적으로 인한 분산의 어려움, 입자의 산화에 관련된 화학적 안정성 문제, 제조 과정에서 균일한 크기의 입자를 수득하기 어렵다는 것 등이 있다.
나노 입자의 합성법은 크게 물리적 방법과 화학적 방법으로 나눌 수 있다.
물리적 방법으로는 탑 다운(top-down) 방식으로 벌크에서 작은 분말로 진행하는 기계적 분쇄법과 버텀 업(bottom-up) 방식으로 열 또는 전자빔으로 대상 금속을 녹인 후 응축하여 만드는 응축법이 있다.
기계적 분쇄법은 여러 성분으로 구성된 합금 나노 분말을 제조하기에 용이하지만, 공정 중 발생할 수 있는 볼과 용기와의 마찰에 의한 불순물 혼입, 높은 전위 밀도를 갖는 나노 분말의 합성으로 물성이 변하게 된다.
또한 나노 입자 제조시 표면이 산소에 노출되어 원하지 않는 산화물이 만들어질 위험이 있으므로, 불활성 분위기를 유지시켜야 한다.
응축법의 대표적인 예로는 플라즈마 기상법이 있다.
플라즈마 기상법은 모든 재료에 적용할 수 있으며, 특히 다른 방법에서는 구현하기 어려운 고융점, 저증기압의 재료에도 적용이 가능하다.
상기한 플라즈마 기상법은 플라즈마 건에서 만들어진 약 수만도의 고온 플라즈마 불꽃을 분출하여 원료를 가열, 증발하는 방법이며 전원 장치의 종류에 따라 DC 플라즈마와 RF 플라즈마로 분류된다.
일반적으로 RF 플라즈마는 무전극형이며 바깥쪽에 코일을 감은 석영관의 내부에 방전부가 존재하여 오염도가 없으나, 상용화에는 설비 및 토치의 가격이 비싸다는 어려움이 존재한다.
이와는 달리 DC 플라즈마는 양극, 음극의 전극을 사용하여 아크를 발생시켜 원재료를 녹이는 방법으로 전극에 의한 오염 발생의 가능성이 있다.
하지만 설비 비용 면에서는 DC 플라즈마가 RF 플라즈마보다 유리하다.
하지만 전체적으로 플라즈마 기상법은 제조 장치 및 소모품의 가격이 고가이고, 생성된 입자의 분포가 불균일하여 분급이 필요하며, 매우 낮은 에너지 소비 효율을 나타내는 단점이 있다.
화학적인 방법은 화학 반응에서 수반되는 에너지를 활용하므로 투입되는 에너지의 양이 적고, 합성의 속도가 빠르고 균일한 반응 제어가 가능하다는 장점이 있으나, 불순물에 의한 오염, 화학물질의 위험성, 환경문제 유발이라는 단점을 내포하고 있다.
화학적 방법은 반응이 일어나는 영역에 따라 기상반응, 액상반응, 고상반응으로 나눌 수 있다.
기상법으로는 에어로졸법이 대표적이며, 이것은 기체-기체간 또는 액적을 기체와 반응시키는 반응법으로 연소합성법 또는 화염합성법이라고도 한다.
액상합성법은 가장 널리 사용되는 방법으로 공칭법, 솔-젤법, 수열법 등이 대표적 예이다.
이러한 방법은 액상에서 다른 방법보다 반응 관찰 및 제어가 용이하고, 균일하고 높은 순도를 갖는 분말을 제조할 수 있지만, 입자의 응집성이 강하고, 형상이 다소 불규칙하다는 단점이 있다.
특히 침전법은 금속염의 수용액에 침전제나 환원제를 첨가하여 금속이나 산화물 분말을 제조하거나, 용융염에서 화학적 방법으로 금속이나 산화물을 얻는 방법으로 생성조건에 따라 분말의 특성이 달라진다.
침전법에 의해 생성되는 입자의 크기와 모양은 용액의 고포화도에 의해 결정된다.
과포화도가 작으면, 조대한 크기의 다면체 형상을 가지는 결정상 구조를, 과포화도가 크면, 입자의 크기가 작고 결정상의 구조를가지며 불규칙한 형성을 나타낸다.
종래의 경우, 나노 입자의 대량 생산시에 나노 입자를 합성하는 방법은 주로 화학적 합성법을 사용하고 있는 실정이다.
하지만 산업의 고도화와 환경 오염 측면에서 보면, 화학적 합성법은 불순물에 의한 오염, 폐용액과 같은 화학적 부산물의 발생, 화학 물질 취급의 위험성 등과 같은 단점이 있는 실정이다.
따라서 이를 대체하기 위해 기상법을 이용한 친환경적이면서 나노 분말을 대량 생산이 가능한 시스템의 개발이 필요하다.
화학적 합성법을 대체할 수 있는 방법으로 플라즈마 가열법이나 펄스 와이어 방전법(PWD; Pulsed Wire Discharge) 등을 이용한 물리적 방법이 있다.
특히 펄스 와이어 방전법은 캐패시터에 충전된 전류를 고전압, 대전류로 순간적으로 방출하여 와이어를 증발, 응축하여 나노 입자를 제조하는 방법으로 50 내지 150 nm 크기의 나노 분말을 제조하기에 적당하다.
펄스 와이어 방전법은 와이어 사용이 가능한 모든 금속 및 합금에 대해서 응용이 가능하다는 장점이 있으나, 불균일한 와이어의 폭발, 나노 입자 수가 증가함에 따라 수반되는 생성된 입자의 응축(agglomeration) 현상, 폭발시 수반되는 열에 의한 분위기 기체의 온도 상승, 용매 온도 변화로 인한 불균일 핵 생성, 및 생성 속도에 기안한 넓은 입도 분포를 갖는 나노 입자 생성 등의 문제점이 있다.
따라서 이러한 펄스 와이어 방전법이 가지는 문제점을 해결하여, 와이어에 균일한 전기 에너지를 가함으로써 균일한 입도 분포를 갖는 나노 입자 형성 장치가 필요한 실정이다.
하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌 1은 나노파우더 합성을 위한 반지름 방향 펄스형 아크 방전건에 관한 발명이다.
상기 특허문헌 1은 본 발명과 같이 예열하는 단계에 대해서 개시하고 있지 아니하고, 와이어의 표피 깊이가 상기 와이어의 반경보다 큰 것에 대해서 개시하고 있지 아니하다.
한국 공개특허공보 제2005-0023301호
본 발명은 입자의 분포가 균일한 나노 입자 형성 방법 및 나노 입자 형성 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 나노 입자 형성 방법은 나노 사이즈의 입자를 생성하기 위한 재료로 형성되는 와이어를 마련하는 단계; 상기 와이어를 제1 전극 및 제2 전극에 연결하는 단계; 상기 와이어를 예열 장치를 이용하여 예열하는 단계; 및 상기 와이어에 전원을 이용하여 에너지를 인가하여 나노 사이즈 입자를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 예열하는 단계를 수행한 후, 상기 와이어의 표피 깊이가 상기 와이어의 반경보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 예열하는 단계는, 상기 와이어의 반경이 0.15 mm 일 때, 상기 와이어의 온도를 0.8 Tm 로 예열하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 예열하는 단계는, 상기 와이어의 반경이 0.10 mm 일 때, 상기 와이어의 온도를 0.3 Tm 내지 0.8 Tm으로 예열하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 나노 사이즈 입자를 형성하는 단계는 1MHz의 주파수를 갖는 에너지를 인가하여 수행될 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 나노 사이즈 입자를 형성하는 단계는 질소, 산소, 또는 불활성 기체 분위기 하에서 수행될 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 와이어는 금속 또는 반도체일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따른 나노 입자 형성 장치는 나노 사이즈의 입자를 생성하기 위한 재료로 형성되며 와이어; 상기 와이어와 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 와이어에 에너지를 인가하는 전원; 및 상기 와이어를 예열하는 예열 장치;를 포함하고, 상기 와이어의 표피 깊이가 상기 와이어의 반경보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 와이어의 반경이 0.15 mm 일 때, 상기 와이어의 온도는 0.8 Tm 인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 와이어의 반경이 0.10 mm 일때, 상기 와이어의 온도는 0.3 Tm 내지 0.8 Tm인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 예열 장치는 레이저, 적외선, 코일 및 저항기 중 적어도 하나일 수 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 전원에서 인가되는 에너지는 1MHz의 주파수를 갖는 에너지가 인가될 수 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 와이어는 금속 또는 반도체일 수 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 와이어를 밀폐하는 가스 챔버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 나노 입자 제조 방법은 와이어의 표피 깊이가 와이어의 반경보다 크기 때문에 와이어 전체에 인가되는 에너지의 분포를 균일하게 할 수 있다.
따라서 와이어가 폭발하여 나노 입자가 형성될 때, 와이어 전체에 균일한 에너지가 인가되므로 나노 입자의 사이즈가 일정하게 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 나노 입자 형성 방법의 개략적인 플로우 차트 도시한 것이다.
도 2는 와이어의 단면을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 나노 입자 형성 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 발명의 명세서에 기재된 표피 효과(skin effect)는 전기가 도체의 표면을 타고 흐르는 것을 의미하며, 도체의 표면부터 전기가 흐르는 깊이를 표피 깊이(skin depth)라고 한다.
본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호가 사용될 것이며, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 나노 입자 형성 방법의 개략적인 플로우 차트 도시한 것이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 다른 나노 입자 형성 방법에 대해서 살펴보면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 나노 입자 형성 방법은 나노 사이즈의 입자를 생성하기 위한 재료로 형성되는 와이어를 마련하는 단계(S110); 상기 와이어를 제1 전극 및 제2 전극에 연결하는 단계(S120); 상기 와이어를 예열 장치를 이용하여 예열하는 단계(S130); 및 상기 와이어에 전원을 이용하여 에너지를 인가하여 나노 사이즈 입자를 형성하는 단계(S140);를 포함하고, 상기 예열하는 단계를 수행한 후, 상기 와이어의 표피 깊이가 상기 와이어의 반경보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
먼저 나노 입자 형성 방법은 나노 사이즈의 입자를 생성하기 위한 재료로 형성되는 와이어를 마련하는 단계(S110)에 대하여 살펴보도록 한다.
상기 와이어는 얇은 원통형으로 지름에 비해 길이가 매우 긴 형상을 갖는 것을 의미한다.
상기 와이어는 전기가 흐를 수 있는 물질이면 충분하고, 구체적으로 구리, 은, 금 등의 물질일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
특히, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 나노 입자 형성 방법은 반도체 재료를 이용하여 반도체 재료의 나노 입자의 제조가 가능하다.
펄스 와이어 방전법으로 나노 입자를 형성하기 위해서는 와이어를 통해 전기가 흐를 수 있어야만, 순간적으로 매우 큰 에너지를 와이어에 인가하여 나노 입자를 형성할 수 있다.
반도체 재료의 경우, 상온에서는 부도체에 가까운 성질을 가지고 있으므로, 일반적인 펄스 와이어 방전법으로는 반도체 재료의 나노 입자를 형성할 수 없다.
하지만, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 나노 입자 형성 방법은 와이어를 예열하는 단계를 포함하고 있기 때문에, 반도체 재료를 와이어 형태로 제작하여, 나노 입자를 형성하는 것이 가능하다.
일반적으로 금속의 경우, 온도가 증가할수록 결정 격자의 진동이 커져 전자의 흐름을 방해하게 되어 저항이 증가하지만, 반도체의 경우에는 일정 온도 이상에서는 열에너지에 의해 전도띠로 올라가는 전자가 많아지기 때문에 저항이 감소하게 된다.
즉, 본 발명의 나노 입자 형성 방법의 경우, 와이어를 예열하는 단계를 포함하기 때문에 반도체 재료의 나노 입자를 형성할 수 있다.
따라서, 상기 와이어는 금속 또는 와이어 일 수 있다.
상기 와이어가 금속일 경우, 상기 와이어는 구리, 알루미늄, 은, 금 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 와이어가 반도체인 경우, 상기 와이어는 실르콘, 비소화 갈륨, 인화 인듐 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 와이어의 반경을 r이라 할 때, r은 0.1 mm 내지 1.5 mm 일 수 있다.
다음으로, 상기 와이어를 제1 전극 및 제2 전극에 연결하는 단계(S120)를 수행할 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극은 캐패시터가 연결된 전원장치에 연결될 수 있다.
상기 캐패시터는 상기 캐패시터에 고전압, 고전류를 충전하였다가 순간적으로 상기 와이어에 흘려주기 위한 것이다.
상기 와이어를 상기 전극에 연결한 뒤, 상기 와이어를 예열 장치를 이용하여 예열하는 단계(S130)를 수행한 뒤, 상기 와이어에 전원을 이용하여 에너지를 인가하여 나노 사이즈 입자를 형성하는 단계(S140)가 수행될 수 있다.
상기 예열하는 단계(S130)은 레이져, 적외선, 코일 및 저항기 등을 이용하여 상기 와이어를 예열할 수 있다.
와이어를 통해 흐르는 전기는 도체의 표면을 타고 흐리게 된다.
이렇게 전기가 도체의 표면을 타고 흐르는 것을 표피 효과(skin effect)라고 하며, 도체의 표면부터 전기가 흐르는 깊이를 표피 깊이(skin depth)라고 한다.
도 2를 참조하면, 와이어에 전기가 흐르게 되면, 상온에서는 와이어의 표면부터 t1에 해당하는 깊이까지 전기가 흐르게 된다.
즉, 상기 에너지를 인가하는 단계(S140)에서 대부분의 에너지가 상기 와이어의 t1의 깊이를 통해 흐르게 되므로, 에너지가 인가되어 와이어에서 폭발이 발생할 때, 주로 와이어의 표면에서 폭발이 발생하게 된다.
와이어의 깊이에 따라서 인가되는 에너지의 차이가 매우 크기 때문에, 이로 인해 형성된 나노 입자의 크기 분포가 매우 넓고, 사용한 와이어의 질량 대비 획득할 수 있는 나노 입자의 양도 매우 작다.
하지만, 와이어를 예열하여 와이어의 온도를 올리게되면, 와이어를 따라 흐르는 전기가 상기 와이어의 표면부터 t2의 깊이까지 흐르게 된다.
즉, 상온에 비해서 와이어의 깊이에 따른 인가되는 에너지의 차이가 적어지게 되며, 상용한 와어의 질량 대비 획득 할 수 있는 나노 입자의 양도 증가된다.
결론적으로, 와이어의 표면부터 중심까지 일정한 에너지가 인가되기 위해서는 와이어의 반경에 비해 와이어의 표피 깊이가 더 크도록 만들어줘야 한다.
즉, 도 2의 t3과 같이 표피 깊이가 증가되는 경우, 상기 에너지를 인가하는 단계(140)에서 전기가 와이어 전체를 타고 흐르게 되므로, 나노 사이즈의 입자가 균일하게 되며, 획득할 수 있는 나노 입자의 양도 급격히 증가하게 된다.
이에 대해서 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
금속의 경우, 온도가 증가함에 따라서 비저항 값이 증가되며, 비저항 값은 표피 깊이에 영향을 준다.
온도에 따른 비저항 값은 하기의 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
수학식 1에서 ρ는 비저항, ρ0 는 상온에서의 비저항, T는 측정 온도, T0는 상온, α는 저항 온도 계수를 의미한다.
일반적으로 금속의 α는 0보다 크기 때문에, 금속은 온도가 증가함에 따라서 비저항이 증가하게 된다.
금속이 온도가 증가함에 따라 비저항이 증가하는 이유는 온도가 증가함에 따라 격자의 진동이 커지게 되고, 이러한 격자의 진동이 자유 전자의 움직임을 방해하기 때문이다.
다음으로, 비저항에 따른 표피 깊이는 하기의 수학식 2와 같이 결정된다.
Figure pat00002
수학식 2에서 δ는 표피 깊이, ρ는 비저항, μ0는 진공의 투자율, μr은 상대 투자율, f는 전류의 진동수를 의미한다.
수학식 2에서 μr은 실직적으로 재료에 의해서 결정되는 값이기 때문에, 표피 깊이는 비저항과 진동수에 의해서 결정되게 된다.
수학식 1에서 볼 수 있듯이 비저항은 온도에 비례하여 증가하게 되고, 표피 깊이는 비저항이 증가하게 됨에 따라서 이에 비례하여 증가하게 된다.
즉, 표피 깊이는 와이어의 온도가 증가함에 따라 증가하는 것을 알 수 있다.
하기 표 1은 f가 1MHz일 때, 구리(Cu)의 온도에 따른 표피 깊이의 변화와 그에 따른 나노 입자의 사이즈의 분포를 나타낸 것이다.
온도
(℃)		 절대 온도(K) 비저항
(ohm·m, 10-8)		 표피
깊이(mm)		 입자
분포
(r: 0.1mm)		 입자
분포
(r: 0.15mm)
상온 20 293 1.68 0.0652 X X
0.1 Tm 108.5 381.5 2.96 0.0825 X X
0.3 Tm 325.5 598.5 5.17 0.114 O X
0.5 Tm 542.5 815.5 7.65 0.139 O X
0.8 Tm 868.0 1141.0 11.37 0.170 O O
0.9 Tm 976.5 1249.5 12.6 0.179 - -
1.0 Tm 1085 1385 - - -
Tm: 녹는 점 r: 와이어 반지름
입자 분포는 형성하고자 한 나노 입자 크기를 갖는 입자가 80% 이상 형성된 경우에는 O로, 80% 미만인 경우에는 X로 표시하였다.
표 1에서 볼 수 있듯이, 와이어의 반지름(r)이 0.1 mm일 때, 0.3 Tm 이상일 때, 와이어의 반지름(r)에 비해 표피 깊이가 깊어지는 것을 알 수 있다.
이에 따라, 와이어에 전기가 깊이에 따라 균일하게 흐르므로, 0.3 Tm 이상으로 예열한 후, 에너지를 가하면 형성된 입자의 입자 분포가 균일한 것을 알 수 있다.
다만, 0.9 Tm 부터는 와이어의 상변화로 인해 펄스 와이어 방전법을 수행하기 어렵다.
그러므로 입자 분포가 균일한 나노 입자를 형성하기 위해서, 와이어의 반지름(r)이 0.1 mm인 경우에는 와이어를 0.3 Tm 이상, 0.8 Tm 이하로 예열한 뒤, 와이어에 전원을 이용하여 에너지를 인가하는 단계(S140)를 수행함으로써, 균일한 입자를 갖는 나노 입자를 형성할 수 있다.
또한 와이어의 반지름(r)이 0.15 mm일 때에는, 0.8 Tm 이상일 때, 와이어의 반지름(r)에 비해 표피 깊이가 깊어지는 것을 알 수 있다.
이에 따라, 와이어에 전기가 깊이에 따라 균일하게 흐르므로, 0.8 Tm 이상으로 예열한 후, 에너지를 가하면 형성된 입자의 입자 분포가 균일한 것을 알 수 있다.
다만, 0.9 Tm 부터는 와이어의 상변화로 인해 펄스 와이어 방전법을 수행하기 어렵다.
또한, 녹는 점인 1.0 Tm에서는 상이 변화하여, 비저항을 측정하기 어렵다.
그러므로 입자 분포가 균일한 나노 입자를 형성하기 위해서, 와이어의 반지름(r)이 0.15 mm인 경우에는 와이어를 0.8 Tm 으로 예열한 뒤, 와이어에 전원을 이용하여 에너지를 인가하는 단계(S140)를 수행함으로써, 균일한 입자를 갖는 나노 입자를 형성할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 나노 사이즈 입자를 형성하는 단계(S140)는 질소, 산소, 또는 불활성 기체 분위기 하에서 수행될 수 있다.
즉, 산화물, 질화물 등을 만들기 위해 해당하는 기체 분위기를 형성한 뒤, 에너지를 인가함으로써 형성되는 나노 입자가 산화물 또는 질화물이 될 수 있다.
도 3는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 나노 입자 형성 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 나노 입자 형성 장치의 구성에 대하여 살펴보면, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 나노 입자 형성 장치는 나노 사이즈의 입자를 생성하기 위한 재료로 형성되며 와이어(10); 상기 와이어(10)와 전기적으로 연결되는 제1 전극(21) 및 제2 전극(22); 상기 제1 전극(21) 및 상기 제2 전극(22)과 전기적으로 연결되고, 상기 와이어에 에너지를 인가하는 전원(30); 및 상기 와이어를 예열하는 예열 장치(40);를 포함하고, 상기 와이어(10)의 표피 깊이가 상기 와이어(10)의 반경보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전원(30)은 큰 용량의 캐패시터를 이용하여, 고전압, 고전류의 전기를 와이어에 매우 짧은 시간동안 인가할 수 있도록 할 수 있다.
상기 예열 장치(40)는 레이저, 적외선, 코일 및 저항기 중 적어도 하나일 수 있다.
또한 상기 예열 장치(40)는 상기 전원부보다 작은 용량을 갖는 캐패시터를 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따른 나노 입자 형성 장치는 상기 와이어(10)를 밀폐하는 가스 챔버(50)를 더 포함할 수 있다.
상기 가스 챔버(50)는 질소, 산소 등의 기체분위기를 유지하거나, 비활성 기체를 채워 불필요한 산화물이나 질화물이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 가스 챔버(50)는 상기 예열 장치(40)가 상기 와이어(10)를 예열할 때, 상기 가스 챔버(50) 내의 온도를 일정하게 유지하여 상기 와이어(10)의 온도가 균일하도록 도와줄 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
10: 와이어
21: 제1 전극 22: 제2 전극
30: 전원
40: 예열 장치
50: 가스 챔버

Claims (13)

  1. 나노 사이즈의 입자를 생성하기 위한 재료로 형성되는 와이어를 마련하는 단계;
    상기 와이어를 제1 전극 및 제2 전극에 연결하는 단계;
    상기 와이어를 예열 장치를 이용하여 예열하는 단계; 및
    상기 와이어에 전원을 이용하여 에너지를 인가하여 나노 사이즈 입자를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 예열하는 단계를 수행한 후, 상기 와이어의 표피 깊이가 상기 와이어의 반경보다 큰 것을 특징으로 하는 나노 입자 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 예열하는 단계는,
    상기 와이어의 반경이 0.15 mm 일 때,
    상기 와이어의 온도를 0.8 Tm 로 예열하는 것을 특징으로 하는 나노 입자 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 예열하는 단계는,
    상기 와이어의 반경이 0.10 mm 일 때,
    상기 와이어의 온도를 0.3 Tm 내지 0.8 Tm으로 예열하는 것을 특징으로 하는 나노 입자 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서.
    상기 나노 사이즈 입자를 형성하는 단계는 1MHz의 주파수를 갖는 에너지를 인가하여 수행되는 나노 입자 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나노 사이즈 입자를 형성하는 단계는 질소, 산소, 또는 불활성 기체 분위기 하에서 수행되는 나노 입자 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 와이어는 금속 또는 반도체인 나노 입자 형성 방법.
  7. 나노 사이즈의 입자를 생성하기 위한 재료로 형성되며 와이어;
    상기 와이어와 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 와이어에 에너지를 인가하는 전원; 및
    상기 와이어를 예열하는 예열 장치;를 포함하고,
    상기 와이어의 표피 깊이가 상기 와이어의 반경보다 큰 것을 특징으로 하는 나노 입자 형성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 와이어의 반경이 0.15 mm 일 때,
    상기 와이어의 온도는 0.8 Tm 인 것을 특징으로 하는 나노 입자 형성 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 와이어의 반경이 0.10 mm 일때,
    상기 와이어의 온도는 0.3 Tm 내지 0.8 Tm인 것을 특징으로 하는 나노 입자 형성 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 예열 장치는 레이저, 적외선, 코일 및 저항기 중 적어도 하나인 나노 입자 형성 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 전원에서 인가되는 에너지는 1MHz의 주파수를 갖는 에너지가 인가되는 나노 입자 형성 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 와이어는 금속 또는 반도체인 나노 입자 형성 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 와이어를 밀폐하는 가스 챔버를 더 포함하는 나노 입자 형성 장치.
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