KR20180009623A - 나노소재, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 나노유체 - Google Patents

나노소재, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 나노유체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노소재, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 나노유체에 관한 것으로, 상기 나노유체는 상변화 물질과 나노다이아몬드를 포함하는 나노소재를 포함하기 때문에 열전도도 및 열용량이 우수하다.

Description

나노소재, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 나노유체{NANOMATERIAL, METHOD FOR FABRICATING THE SAME, AND NANOFLUID COMPRISING THE SAME}
본 발명은 나노소재, 상기 나노소재를 제조하는 방법, 및 상기 나노소재를 포함하는 나노유체에 관한 것이다.
일반적으로, 냉각을 위해 사용되는 유체는 그 방열량을 계산할 때 유체의 유량, 유체의 비중, 유체의 비열, 유체의 입출구 온도차를 고려하며, 이들 값들이 클수록 유체의 방열량이 우수한 것을 의미한다.
상기 유체의 비열은 유체로 사용되는 물질의 열용량이 클수록 높아지고, 상기 유체의 입출구 온도차는 유체로 사용되는 물질의 열전도도가 높을수록 커지게 된다. 이와 관련하여 물은 열전도도 및 비열이 높아 냉각을 위한 유체로써의 좋은 조건을 가지고 있다. 이에 따라 종래에는 냉각을 위한 유체로 물을 주로 사용하였다.
그런데 물은 어는점이 높아 온도가 낮은 환경에서는 냉각을 위한 유체로써 그 기능을 수행하는데 한계가 있었다. 이에 따라 물의 어는점을 낮추기 위해 물과 에틸렌글리콜이 혼합된 유체가 제안된 바 있다. 그러나 물과 에틸렌글리콜이 혼합된 유체는 물을 단독으로 사용하는 경우에 비해 열전도도가 낮아 냉각 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
이에 따라 물과 에틸렌글리콜이 혼합된 유체에 나노소재를 혼합하여 유체의 열전도도를 개선하고자 하는 시도가 다양하게 이루어지고 있다. 구체적으로, 탄소나노튜브, 또는 그래핀으로 이루어진 나노소재가 혼합된 나노유체를 사용함으로써 유체의 열전도도를 향상시켜 냉각 효율을 개선한 것이다. 그런데 탄소나노튜브 및 그래핀은 열전도도가 높은 반면, 열용량이 낮아 이들이 혼합된 나노유체는 높은 열용량을 나타내는데 한계가 있었다. 또한 탄소나노튜브 및 그래핀은 자유전자를 가지고 있어, 이들이 금속과 접촉할 경우 금속의 부식 반응이 일어나기 때문에 이들이 혼합된 나노유체는 그 사용환경에 많은 제약이 있었다.
한편 상변화를 나타내는 상변화 물질(Phase Change Material, PCM)은 일정한 온도 변화에 따라 상변화를 일으키면서 열을 흡수하거나 방출하는 기능을 가지고 있어 높은 열용량을 나타낸다. 이에 따라 상변화 물질은 마이크로 크기의 입자로 제조되어 건축용 자재, 섬유 등 다양한 곳에 적용되고 있다.
그러나 마이크로 크기의 입자로 제조된 상변화 물질은 용액 시스템 내에 적용 시 펌핑 과정에서 깨지는 문제점이 있었다. 또한, 입자로 제조되는 과정에서 표면이 실리카로 코팅되는데, 이러한 실리카 코팅에 의해 열전달이 잘 이루어지지 않음에 따라 열전도도가 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서 나노유체의 열전도도와 열용량을 모두 향상시킬 수 있는 나노소재의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2012:110:1127-1131
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해, 나노유체의 열전도도 및 열용량을 높일 수 있는 나노소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 나노소재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 상기 나노소재를 포함하는 나노유체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상변화 물질(Phase Change Material)을 포함하는 코어부; 및 상기 코어부를 둘러싸며, 나노다이아몬드를 포함하는 쉘부를 포함하는 나노소재를 제공한다.
또한, 본 발명은, a) 상변화 물질(Phase Change Material)을 포함하는 코어부를 형성하는 단계; b) 나노다이아몬드 입자 및 실리카 전구체를 포함하는 코팅액을 제조하는 단계; 및 c) 상기 코어부에 상기 코팅액을 도포하여 쉘부를 형성하는 단계를 포함하는 나노소재의 제조방법을 제공한다.
또, 본 발명은, 용매; 및 상기 용매에 분산된 상기 나노소재를 포함하는 나노유체를 제공한다.
본 발명의 나노소재는 상변화 물질을 포함하는 코어부와 나노다이아몬드를 포함하는 쉘부를 포함하기 때문에 열용량이 크고 열전도도가 높으며, 금속과의 반응성이 최소화된다. 따라서 본 발명의 나노소재를 포함하는 나노유체를 냉각이 요구되는 분야(예를 들어, 열교환기, 자동차의 냉각수, 원자로의 냉각시스템 등)에 사용할 경우, 우수한 냉각 효율을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노소재를 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예 및 실험예를 설명하기 위한 참고도이다.
이하 본 발명을 설명한다.
1. 나노소재
본 발명의 나노소재는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가지는 것으로, 이에 대해 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 나노소재는 코어부(10), 및 쉘부(20)를 포함한다.
본 발명의 나노소재에 포함되는 코어부(10)는 상변화 물질(Phase Change Material)을 포함한다.
상기 상변화 물질은 온도에 따라 물질의 상(고체, 액체, 기체)이 변화하는 물질로, 큰 열용량(heat capacity)을 가진다.
이러한 상변화 물질의 녹는점은 특별히 한정되지 않으나, 나노유체의 냉각 효율을 높이기 위해 35 내지 120 ℃인 것이 바람직하다. 구체적으로, 상변화 물질은, 소듐 아세테이트 트리하이드레이트(Sodium acetate trihydrate), n-옥타코산, n-옥타데칸, n-테트라데칸, n-헵타코산, n-헥사코산, n-펜타코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-아이코산, n-노나데칸, n-헵타데칸, n-헥사데칸, n-펜타데칸, 및 n-트리데칸으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
상기 코어부(10)의 직경은 상변화 물질의 표면적 및 기계적 강도를 고려할 때, 100 ㎚ 이하인 것이 바람직하다. 즉, 코어부(10)의 직경은 상변화 물질의 입경을 의미하는 것으로, 상변화 물질의 입경이 나노 크기가 아닌 마이크로 크기일 경우, 외부 압력에 대한 기계적 강도가 상대적으로 저하될 수 있다. 따라서 상변화 물질의 기계적 강도를 높이기 위해 상변화 물질의 입경, 즉, 코어부(10)의 직경은 100 ㎚ 이하(구체적으로, 50 내지 100 ㎚)인 것이 바람직하다. 더불어, 상변화 물질의 입경을 100 ㎚ 이하로 함에 따라 마이크로 크기의 상변화 물질에 비해 상대적으로 표면적이 넓어져 나노소재의 열용량 및 열전달 효율을 높일 수 있다. 또, 100 ㎚ 이하의 입경을 가지는 상변화 물질로 나노소재를 제조함에 따라 나노유체에서 나노소재의 분산성(이동성)을 높일 수 있다.
본 발명의 나노소재에 포함되는 쉘부(20)는 상기 코어부(10)를 둘러싸며, 나노다이아몬드를 포함한다.
상기 나노다이아몬드는 마찰계수가 낮고 경도가 높기 때문에 내마모성, 내스크래치성 등이 우수하다. 또한, 화학적으로 안정하기 때문에 부식성 및 내산·내염기성 등이 우수하다. 또, 열전도도가 높은 반면, 열팽창 계수는 작고, 전기적으로는 높은 저항값을 가진다.
이러한 나노다이아몬드를 포함하는 쉘부(20)는 코어부(10)를 둘러싸는 실리카 매트릭스(21), 및 상기 실리카 매트릭스(21)에 분산된 나노다이아몬드 입자(22)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 실리카 매트릭스(21)는 실리카(silica)가 주성분으로, 실리카 매트릭스(21)가 코어부(10)를 둘러싸고 있음에 따라 나노소재의 열안정성을 높일 수 있다.
상기 나노다이아몬드 입자(22)는 실리카 매트릭스(21) 내에 분산된 것으로, 코어부(10)의 표면, 쉘부(20)의 내부 및 표면측에 걸쳐 자유롭게 분산(분포)되어 있다. 이러한 나노다이아몬드 입자(22)의 크기는 특별히 한정되지 않으나, 코어부(10)의 직경 및 나노소재의 제조효율 등을 고려할 때, 2 내지 10 ㎚인 것이 바람직하다.
또한, 나노다이아몬드 입자(22)는, 나노소재가 물 또는 글리콜계 용매를 포함하는 나노유체에서 분산이 잘 이루어지도록 표면에 COOH기(카르복실기)가 활성화되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로, 나노다이아몬드 입자(22)의 표면에는 COOH기, C-H기, N-H기, C-0-C기 등의 작용기가 존재하는데, COOH기가 활성화(COOH기의 존재비율 증가)되어 있을 경우, 나노유체에 포함된 물 또는 글리콜계 용매와 분자 구조가 유사해져, 나노소재의 분산성을 높일 수 있다.
이러한 쉘부(20)의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 나노소재의 열전도도 및 쉘부(20)의 안정성 등을 고려할 때, 20 내지 30 ㎚인 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명의 나노소재는 열용량이 큰 상변화 물질을 포함하는 코어부(10)와, 열전도도가 높은 나노다이아몬드(22)를 포함하는 쉘부(20)를 포함하기 때문에 열용량이 크면서도 열전도도가 우수하다. 또한 본 발명의 나노소재는 화학적으로 안정하여 금속과 반응이 일어나지 않는 나노다이아몬드(22)가 쉘부(20)에 포함되어 있기 때문에 나노소재가 금속과 접촉하더라도 금속의 부식반응을 일으키지 않을 수 있다. 따라서 금속관을 따라 나노유체를 흘려 사용하는 시스템의 적용에서 내구 안정성을 확보할 수 있다.
2. 나노소재의 제조방법
본 발명은 상기에서 설명한 나노소재의 제조방법을 제공하는데, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
a) 코어부 (10) 형성
상변화 물질(Phase Change Material)을 포함하는 코어부(10)를 형성한다. 구체적으로, 상변화 물질을 포함하는 용액으로 현탁 중합을 진행하여 입자상의 코어부(10)를 형성한다. 상기 용액에는 상변화 물질, 용매(예를 들어, 물), 및 상변화 물질의 분산성을 높이기 위한 계면활성제 등이 포함될 수 있다. 상기 용액을 현탁 중합하는 조건은 특별히 한정되지 않으나, 입자상의 코어부(10)가 나노크기로 형성될 수 있도록 약 50 ℃의 온도에서 180 rpm 이상의 교반속도로, 8 시간 이상 현탁 중합시키는 것이 바람직하다.
b) 코팅액 제조
나노다이아몬드 입자(22) 및 실리카 전구체를 포함하는 코팅액을 제조한다. 구체적으로, 용매에 나노다이아몬드 입자(22)를 투입하고, 초음파를 이용하여 나노다이아몬드 입자(22)를 용매 내에 분산시킨 후, 실리카 전구체를 첨가하여 코팅액을 제조한다.
상기 나노다이아몬드 입자(22)는 용매에 투입되기 전에, 그 크기(직경)를 특정 범위로 조절하는 단계를 거치는 것이 바람직하다. 즉, 코어부(10)의 직경 및 쉘부(20)의 두께를 고려하여 나노다이아몬드 입자(22)의 크기를 특정 범위로 조절하는 것으로, 이로 인해 나노소재의 제조효율 및 열전도도를 향상시킬 수 있다. 상기 나노다이아몬드 입자(22)의 크기는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 10 ㎚인 것이 바람직하다. 상기 나노다이아몬드 입자(22)의 크기가 상기 범위보다 클 경우, 볼밀 등의 물리적인 방법으로 나노다이아몬드 입자(22)의 크기를 조절할 수 있다.
또한, 나노다이아몬드 입자(22)는 용매에 투입되기 전에 열처리하는 단계를 거치는 것이 바람직하다. 즉, 나노다이아몬드 입자(22)의 표면에 COOH기가 활성화되도록 나노다이아몬드 입자(22)를 열처리하는 것으로, 이로 인해 나노소재의 분산성을 향상시킬 수 있다. 여기서 나노다이아몬드 입자(22)를 열처리하는 조건은 특별히 한정되지 않으나, COOH기의 활성화가 충분히 이루어질 수 있도록 500 ℃ 이하(구체적으로, 400 내지 500 ℃)의 온도에서 1 내지 2 시간 동안 열처리하는 것이 바람직하다.
이러한 나노다이아몬드 입자(22)의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 코팅액 100 중량%를 기준으로, 0.1 내지 0.5 중량%인 것이 바람직하다. 나노다이아몬드 입자(22)의 함량이 0.1 중량% 미만이면 쉘부(20)에 나노다이아몬드 입자(22)가 고르게 분산되지 않아 나노소재의 열전도도가 저하될 수 있으며, 0.5 중량%를 초과하면 코팅액의 점도가 높아져 쉘부(20)의 형성이 어려울 수 있다.
상기 실리카 전구체는 염기성 촉매(base-catalyst) 및 가수분해(hydrolysis) 반응에 의해 실리카를 형성한다. 이러한 실리카 전구체는 특별히 한정되지 않으나, 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane), 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane), 테트라부톡시실란(tetrabuthoxysilane), 및 트리에톡시(에틸)실란(triethoxy(ethyl)silane)으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
상기 용매는 나노다이아몬드 입자(22)와 실리카 전구체의 분산성을 높이기 위한 것으로, 당 업계에 공지된 유기 용매라면 특별히 한정되지 않는다.
c) 쉘부 (20) 형성
상기 코어부(10)에 상기 코팅액을 도포하여 쉘부(20)를 형성한다. 구체적으로, 코팅액에 입자상으로 형성된 코어부(10)를 투입하고 염기성 촉매 존재 하에 가수분해 반응을 진행하여 코어부(10)의 표면에 실리카 매트릭스(21)와 나노다이아몬드 입자(22)를 포함하는 쉘부(20)를 형성한다.
상기 염기성 촉매는 당 업계에 공지된 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 암모니아수, 수산화나트륨, 또는 수산화칼륨 등을 사용할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 상변화 물질을 포함하는 코어부(10)의 표면에 코팅액을 도포하여 쉘부(20)를 형성함에 따라 열용량이 큰 코어부(10)와 열전도도가 우수한 쉘부(20)를 가지는 나노소재를 용이하게 제조할 수 있다.
3. 나노유체
본 발명은 용매 및 상기 용매에 분산된 상기 나노입자를 포함하는 나노유체를 제공한다.
상기 용매는 나노소재를 용해시키지 않으면서 균일하게 분산시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 물, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 디프로필렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 용매에 분산되는 나노소재는 상기 '1, 나노소재'에 대한 설명과 동일하므로 생략하도록 한다.
이러한 본 발명의 나노유체는 큰 열용량 및 높은 열전도도를 가지기 때문에 냉각이 요구되는 분야(예를 들어, 열교환기, 자동차의 냉각수, 원자로의 냉각시스템 등)에서 효율적으로 사용될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1] 나노소재 제조
1) 코어부 형성
콘덴서와 교반기가 연결된 500 ㎖ 삼구 플라스크 반응기에 계면활성제로 무수 스티렌 말레산 공중합체 5% 수용액을 투입하고 80 ℃로 유지시킨 후, 상변이 물질로 옥타코산(octacosan) 2 g을 서서히 첨가하여 분산시켰다. 다음, 호모지나이저(Homogenizer, IKA T-50 basic)를 이용하여 200 rpm의 속도로 현탁 중합을 진행하여 코어부(옥타코산 입자)를 형성하였다.
2) 코팅액 제조
에탄올 800 ㎖에 나노다이아몬드 입자(평균 입자 크기 8 ㎚)(도 2의 TEM 이미지 참조) 0.2 질량%를 투입하고 초음파를 이용하여 분산시켰다. 다음, 테트라에톡시실란(TEOS) 2 ㎖을 넣고, 혼합하여 코팅액을 제조하였다.
3) 쉘부 형성
플라스크에 상기 코어부와 상기 코팅액을 투입하고 염기성 촉매로 Al(OH)3 25 ㎖을 첨가한 후, 상온에서 12 시간 동안 스터링하면서 반응시켜 코어부의 표면에 쉘부를 형성시켰다. 이때, 광학 폴리머화 반응이 일어나지 않도록 플라스크를 알루미늄 호일로 감싼 상태에서 반응을 진행하였다. 이후, 반응이 종료되면 수득물을 에탄올로 세척한 후, 글로브 박스 안에 투입하고 N2 분위기 하에서 건조시키는 과정을 거쳐 나노소재를 제조하였다.
[ 실험예 1] 나노소재의 평가
실시예 1에서 제조된 나노소재의 크기(직경)을 Laser scattering 입도분석 장비로 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3을 참조하면, 나노소재의 크기가 약 80 ㎚인 것을 확인할 수 있다.
[ 제조예 1]
실시예 1에서 제조된 나노소재 0.1 부피%를 물과 에틸렌글리콜이 50:50의 부피비로 혼합된 용매에 투입하고, 분산 안정성이 유지되도록 초음파를 이용하여 분산시켜 나노유체를 제조하였다.
[ 비교제조예 1]
물과 에틸렌글리콜이 50:50의 부피비로 혼합된 용매를 유체로 사용하였다.
[ 비교제조예 2]
나노소재 대신에 나노다이아몬드 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나노유체를 제조하였다.
[ 실험예 2] 열전도도 평가
제조예 1 및 비교제조예 1, 2의 나노유체 및 유체의 열전도도를 비정상 열선법(transient hot wire method)을 이용하여 측정하였다(도 4 참조). 이때, 물과 에틸렌글리콜이 혼합된 비교제조예 1의 유체의 열전도도를 기준값 1로 정하고, 제조예 1 및 비교제조예 2의 열전도도와 비교하여 비율로 환산하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5를 참조하면, 동일한 양의 입자를 분산시켜 나노유체를 제조했을 때, 나노다이아몬드 입자를 단독으로 사용한 비교제조예 2에 비해 본 발명의 나노소재를 사용한 제조예 1의 상대적인 열전도도 값이 전체적인 온도 범위에서 우수한 것을 확인할 수 있다.
10: 코어부
20: 쉘부
21: 실리카 매트릭스
22: 나노다이아몬드 입자

Claims (15)

  1. 상변화 물질(Phase Change Material)을 포함하는 코어부; 및
    상기 코어부를 둘러싸며, 나노다이아몬드를 포함하는 쉘부를 포함하는 나노소재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 쉘부는,
    실리카 매트릭스에 나노다이아몬드 입자가 분산되어 이루어진 것인 나노소재.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 나노다이아몬드 입자의 크기가 2 내지 10 ㎚인 나노소재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 쉘부의 두께가 20 내지 30 ㎚인 나노소재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어부의 직경이 100 ㎚ 이하인 나노소재.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 상변화 물질의 녹는점이 35 내지 120 ℃인 나노소재.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 상변화 물질이 소듐 아세테이트 트리하이드레이트, n-옥타코산, n-옥타데칸, n-테트라데칸, n-헵타코산, n-헥사코산, n-펜타코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-아이코산, n-노나데칸, n-헵타데칸, n-헥사데칸, n-펜타데칸 및 n-트리데칸으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 나노소재.
  8. a) 상변화 물질(Phase Change Material)을 포함하는 코어부를 형성하는 단계;
    b) 나노다이아몬드 입자 및 실리카 전구체를 포함하는 코팅액을 제조하는 단계; 및
    c) 상기 코어부에 상기 코팅액을 도포하여 쉘부를 형성하는 단계를 포함하는 나노소재의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 b) 단계의 나노다이아몬드 입자는 입자의 크기가 조절된 것인 나노소재의 제조방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 b) 단계의 나노다이아몬드 입자는 열처리된 것인 나노소재의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 열처리는, 상기 나노다이아몬드 입자를 500 ℃ 이하의 온도에서 1 내지 2 시간 동안 열처리하는 것인 나노소재의 제조방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 b) 단계의 나노다이아몬드 입자의 함량이 코팅액 100 중량%를 기준으로 0.1 내지 0.5 중량%인 나노소재의 제조방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 b) 단계의 실리카 전구체가 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라부톡시실란 및 트리에톡시(에틸)실란으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 나노소재의 제조방법.
  14. 용매; 및
    상기 용매에 분산된 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항의 나노소재를 포함하는 나노유체.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 용매가 물, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 디프로필렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 나노유체.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109175396A (zh) * 2018-11-15 2019-01-11 中南大学 一种纳米包覆复合粉末的制备方法
KR102346473B1 (ko) * 2021-05-31 2022-01-03 주식회사 우림테크 Pcm 코어-메조다공성 실리카쉘 유무기 하이브리드 마이크로캡슐 및 그 제조방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102093135B1 (ko) * 2019-01-14 2020-03-25 경기대학교 산학협력단 적외선 차폐 마이크로 튜브 및 이를 이용한 적외선 차폐 시트

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100715455B1 (ko) * 2005-12-28 2007-05-09 (주)선한엠엔티 유기 및 무기 이중 코팅층을 갖는 마이크로캡슐 형태의잠열축열재 및 그 제조방법
US8348409B2 (en) 2008-11-17 2013-01-08 Xerox Corporation Ink jet inks containing nanodiamond black colorants
KR101202740B1 (ko) 2010-05-25 2012-11-19 한국기계연구원 나노유체를 이용한 파이프 내벽 표면의 박막 다공층의 선택적 코팅 방법 및 이를 이용하여 제작된 파이프

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109175396A (zh) * 2018-11-15 2019-01-11 中南大学 一种纳米包覆复合粉末的制备方法
CN109175396B (zh) * 2018-11-15 2021-07-06 中南大学 一种纳米包覆复合粉末的制备方法
KR102346473B1 (ko) * 2021-05-31 2022-01-03 주식회사 우림테크 Pcm 코어-메조다공성 실리카쉘 유무기 하이브리드 마이크로캡슐 및 그 제조방법

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