KR20180072982A - Manufacturing device of hybrid droplets and method of preparing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 하이브리드 액적 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.The present application relates to an apparatus and a method for manufacturing a hybrid droplet.
미립화(Atomization)란 일정 체적의 액체가 수많은 미세 액적으로 분열되는 현상으로, 이러한 원리를 통해 미세한 입자를 발생시키는 분무 장치는 그 장치의 효율성으로 인해 연료 분사, 분무 도장, 농약 살포 등 실생활과 의학 분야, 용융 금속의 금속 분말의 제조 등 전반적인 산업 현장을 포함한 여러 분야에 폭 넓게 사용되고 있다.Atomization is a phenomenon in which a certain volume of liquid is divided into many fine droplets. Through this principle, the atomizing device that generates fine particles can not be used in real life, such as fuel spraying, spray painting, , The manufacture of metal powders of molten metals, and so on.
한편, 의학 분야에서, 이중 에멀션(Double Emulsion) 액적 생성기술은 다양한 샘플을 각 층에 포함할 수 있어 여러 가지 응용을 할 수 있는 중요한 기술이다. 종래의 두 단계 교반 이중 에멀션 액적의 생산 방법으로는 균일한 액적을 얻기 힘들고 이중 구조가 되는 확률이 낮은 문제점이 있었다.On the other hand, in the medical field, the double emulsion droplet generation technique is an important technology for various applications because various samples can be contained in each layer. Conventional two-stage stirring double-emulsion droplets have a problem in that it is difficult to obtain a uniform droplet and a low probability of becoming a double structure.
따라서, 액적 크기 분포 조절 및 샘플링에 유용하게 활용될 수 액적 제조 기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for development of a droplet manufacturing technique that can be usefully used for droplet size distribution control and sampling.
본 출원은 액적 크기 분포를 조절할 수 있고, 샘플링에 유용하게 활용될 수 있는 하이브리드 액적 제조장치 및 그 제조방법을 제공한다.The present application provides a hybrid droplet production apparatus and a manufacturing method thereof that can control a droplet size distribution and can be usefully used for sampling.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 코어 입자를 생성하는 코어 입자 생성부; 상기 코어 입자와 액체가 각각 유입되는 복수 개의 유입 포트와, 각각의 유입 포트를 통해 유입된 상기 코어 입자와 액체의 2종 물질이 분사되는 분사 포트를 갖는 챔버; 분사 포트를 통해 분사된 2종 물질이 하이브리드 액적을 형성하도록 상기 2종 물질 유동에 전기장을 인가하기 위한 제1 전원부; 및 생성된 상기 하이브리드 액적이 수집되는 수집부; 를 포함하는 하이브리드 액적 제조장치를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for producing a core particle, comprising: a core particle generator for generating core particles; A chamber having a plurality of inflow ports through which the core particles and liquid respectively flow, and a jet port through which the core particles and the liquid second material introduced through the respective inlet ports are injected; A first power source for applying an electric field to the bipolar material flow so that the bipolar material injected through the injection port forms a hybrid droplet; And a collector for collecting the generated hybrid droplet; The present invention provides a hybrid droplet producing apparatus including:
또한, 상기 하이브리드 액적은, 내부에 상기 코어 입자가 형성되고, 외부에 상기 액체가 둘러싸는 구조를 이룰 수 있다.In addition, the hybrid droplet may have a structure in which the core particles are formed inside and the liquid surrounds the outside.
또한, 상기 코어 입자는 금(Au)을 포함한 전이금속(Transition Metals), 희토류금속(Rare-Earth Metals), 및 비금속(Non-Metals)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.The core particles may include at least one selected from the group consisting of Transition Metals including gold (Au), rare earth metals (Rare-Earth Metals), and non-metals.
또한, 상기 액체는 물, 알코올, 탄화수소, 산-염기 및 오일로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, the liquid may include at least one member selected from the group consisting of water, alcohol, hydrocarbon, acid-base and oil.
또한, 상기 챔버는, 정전 분무 방식으로 상기 코어 입자와 액체를 분무할 수 있다.Further, the chamber may spray the core particles and the liquid by an electrostatic spraying method.
또한, 상기 챔버는, 동일한 분사 포트를 통해 상기 코어 입자와 액체를 함께 분사하도록 마련될 수 있다.In addition, the chamber may be provided to jet the liquid together with the core particle through the same jet port.
또한, 상기 챔버는, 동축 상에 마련된 서로 다른 분사포트를 통해 상기 코어 입자와 액체를 각각 분사하도록 마련될 수 있다.In addition, the chamber may be provided so as to inject the core particles and the liquid, respectively, through different ejection ports provided coaxially.
또한, 상기 코어 입자 생성부는, 화염, 고온로 및 분사 건조 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The core particle generator may be any one selected from the group consisting of a flame, a high temperature furnace, and a spray dryer.
또한, 상기 코어 입자 생성부는, 압축가스가 흐르는 채널부; 소정 간격을 두고 이격 배치되는 한 쌍의 전도성 전극을 포함하며, 스파크 방전에 의해 상기 전도성 전극의 간극으로부터 코어 입자를 발생시키는 방전부; 및 상기 전도성 전극에 전원을 인가하는 제2 전원부; 를 포함할 수 있다.The core particle generator may further include: a channel portion through which the compressed gas flows; A discharge unit including a pair of conductive electrodes spaced apart at a predetermined interval, the discharge unit generating core particles from a gap of the conductive electrode by a spark discharge; And a second power source for applying power to the conductive electrode; . ≪ / RTI >
또한, 상기 압축가스는 질소, 수소, 아르곤, 헬륨, 산소 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.Further, the compressed gas may include at least one selected from the group consisting of nitrogen, hydrogen, argon, helium, oxygen, and mixtures thereof.
또한, 상기 제2 전원부의 전압은 0.5 내지 20.0 kV이고, 전류량은 0.05 내지 500 mA으로 인가될 수 있다.Also, the voltage of the second power source may be 0.5 to 20.0 kV, and the amount of current may be 0.05 to 500 mA.
또한, 상기 수집부는, 상기 하이브리드 액적이 가이드 링을 통과하면서 기 설정된 패턴 형상에 따라 수집될 수 있다.In addition, the collector may collect the hybrid droplet according to a predetermined pattern shape while passing through the guide ring.
또한, 상기 수집부는, 회전하는 포집수단을 이용하여 섬유 또는 막대 형상으로 수집될 수 있다.In addition, the collecting part can be collected in the form of fibers or rods using rotating collecting means.
또한, 상기 수집부는, 메쉬(Mesh)구조체를 포함할 수 있다.In addition, the collecting unit may include a mesh structure.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 코어 입자를 생성하는 단계; 각각의 유입 포트를 통해 유입된 상기 코어 입자와 액체의 2종 물질이 분사 포트로 이동하는 단계; 상기 2종 물질이 전원부로부터 인가된 전기장에 의해 분사되며 하이브리드 액적을 형성하는 단계; 및 상기 하이브리드 액적이 수집되는 단계; 를 포함하는 하이브리드 액적의 제조방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, Moving the core particle and the liquid secondary material introduced through each of the inlet ports to the injection port; The second material is sprayed by an electric field applied from a power source to form a hybrid droplet; And collecting the hybrid droplet; The present invention also provides a method for producing a hybrid droplet.
또한, 상기 하이브리드 액적을 형성하는 단계는, 정전 분무 방식으로 상기 코어 입자와 액체를 분무할 수 있다.Further, in the step of forming the hybrid droplet, the core particles and the liquid may be sprayed by an electrostatic spraying method.
또한, 상기 하이브리드 액적을 형성하는 단계는, 동일한 분사 포트를 통해 상기 코어 입자와 액체가 함께 분사할 수 있다.Further, in the step of forming the hybrid droplet, the core particle and the liquid may be injected together through the same injection port.
또한, 상기 하이브리드 액적을 형성하는 단계는, 동축 상에 마련된 서로 다른 분사포트를 통해 상기 코어 입자와 액체를 각각 분사할 수 있다.In addition, the step of forming the hybrid droplet may spray the core particle and the liquid respectively through different ejection ports provided on the coaxial plane.
또한, 상기 하이브리드 액적은, 내부에 상기 코어 입자가 형성되고, 외부에 상기 액체가 둘러싸는 구조를 이룰 수 있다.In addition, the hybrid droplet may have a structure in which the core particles are formed inside and the liquid surrounds the outside.
예시적인 본 출원의 하이브리드 액적 제조장치 및 제조방법에 의하면 액적 크기 분포를 조절할 수 있고, 샘플링에 유용하게 활용될 수 있는 하이브리드 액적을 제조할 수 있다.Exemplary hybrid droplet production apparatus and manufacturing method of the present application can prepare a hybrid droplet that can control droplet size distribution and can be usefully used for sampling.
도 1은 본 발명의 하이브리드 액적 제조 장치를 나타낸 모식도 이다.
도 2는 본 발명의 코어 입자 생성부의 일 구현예인 스파크 방전을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 코어 입자 생성부의 일 구현예인 스파크 방전을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 챔버를 도시한 사시도 이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 반응 챔버 및 수집부의 일 구현예를 나타낸 모식도 이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 하이브리드 액적 구조를 나타낸 모식도 이다. 1 is a schematic view showing an apparatus for producing a hybrid droplet according to the present invention.
2 is a view showing a spark discharge which is an embodiment of the core particle generator of the present invention.
3 is a photograph showing a spark discharge, which is an embodiment of the core particle generator of the present invention.
4 is a perspective view illustrating a reaction chamber according to an embodiment of the present invention.
5 to 7 are schematic views showing one embodiment of a reaction chamber and a collecting portion of the present invention.
8 is a schematic diagram showing a hybrid droplet structure manufactured according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.In addition, the same or corresponding reference numerals are given to the same or corresponding reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. For convenience of explanation, the size and shape of each constituent member shown in the drawings are exaggerated or reduced .
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 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
본 출원은 하이브리드 액적 제조장치에 관한 것이다. 예시적인 본 출원의 하이브리드 액적 제조장치에 의하면 액적의 크기 분포를 조절할 수 있고, 샘플링에 유용하게 활용될 수 있는 하이브리드 액적을 제조할 수 있다. The present application relates to an apparatus for producing a hybrid droplet. According to the hybrid droplet producing apparatus of the present application, the size distribution of the droplet can be adjusted, and a hybrid droplet that can be usefully used for sampling can be manufactured.
본 출원에서 사용되는 용어 「스파크 방전」은 상압에서 kV-mA 모드로 수행되는 kHz 이상의 고주파 방전 방식을 의미한다. 또한, 본 출원에서 용어 「간극」 또는 「간격」은 움직이거나 고정된 두 부품 사이의 틈을 의미하며, 예를 들어, 상기 간격은 각각 이격 배치되어 있는 한 쌍의 전도성 전극 사이의 틈을 의미한다. 또한, 본 출원에서 용어 「나노」는 나노미터(nm) 단위의 크기로서, 예를 들면, 1 nm 내지 1000 nm의 크기를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 출원에서 용어 「에어로졸 입자」 또는 「코어 입자」「나노 입자」는 나노미터(nm) 단위의 크기, 예를 들면, 1nm 내지 1000 nm의 평균 입경을 갖는 입자를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The term " spark discharge " as used in the present application means a high-frequency discharge method of kHz or more, which is performed in the kV-mA mode at normal pressure. The term " gap " or " gap " in this application means a gap between two parts that are moved or fixed, for example, the gap means a gap between a pair of conductive electrodes . The term " nano " in this application is meant to indicate a size in nanometers (nm), for example, a size of 1 nm to 1000 nm, but is not limited thereto. The term " aerosol particles " or " core particles ", " nanoparticles " in the present application may mean particles having a size in nanometers (nm), for example an average particle diameter of 1 nm to 1000 nm, But is not limited to.
도 1은 본 출원의 예시적인 하이브리드 액적 제조장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing an exemplary hybrid droplet producing apparatus of the present application.
도 1과 같이, 본 출원의 하이브리드 액적 제조장치(10)는 코어입자를 생성하는 코어 입자 생성부(100), 상기 코어 입자와 액체가 각각 유입되는 복 수개의 유입 포트와, 각각의 유입 포트를 통해 유입된 상기 코어 입자와 액체의 2종 물질이 분사되는 분사 포트를 갖는 챔버(200), 상기 분사 포트를 통해 분사된 2종 물질이 하이브리드 액적을 형성하도록 상기 2종 물질 유동에 전기장을 인가하기 위한 제1 전원부(300) 및 생성된 상기 하이브리드 액적이 수집되는 수집부(400)를 포함한다.1, the hybrid droplet production apparatus 10 of the present application includes a core
여기서, 본 발명은 상기 하이브리드 액적 제조장치(10)를 통해 내부는 상대적으로 단단한 입자(Hard Particle)로 구성되는 코어 입자와 그 표면은 상대적으로 연성(Soft)인 액적으로 둘러싸여 액적 표면이 정전기적으로 대전(Electrostatic Charging)된 구조를 이루는 하이브리드 액적을 생성할 수 있다.Here, the hybrid droplet producing apparatus 10 according to the present invention includes core particles composed of relatively hard particles inside and a surface of the core particles surrounded by relatively soft droplets so that the surface of the droplet is electrostatically It is possible to generate a hybrid droplet having a structure of electrostatic charging.
보다 구체적으로, 상기 코어 입자 생성부(100)는, 본 발명의 하이브리드 액적의 내부 입자를 발생시키기 위한 부분으로서, 내부가 상대적으로 단단한 입자(Hard Particle)로 구성되도록 코어 입자를 생성 할 수 있다.More specifically, the
일 예로, 상기 코어 입자는 나노 입자인 에어로졸 입자(Aerosol Particle)일 수 있으며, 상기 에어로졸 입자는 스파크 방전 또는 용발(Spark Ablation), 화염(Flame), 고온 로(Furnace) 및 분사-건조 장치로 생성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one example, the core particles may be aerosol particles, which are nanoparticles, and the aerosol particles are generated by spark ablation, flame, high temperature furnace and spray-drying apparatus But is not limited thereto.
도 2 및 도 3을 참조하면, 하나의 예시에서, 상기 코어 입자 생성부(100)는, 스파크 방전(Spark Ablation)에 의해 코어 입자를 생성할 수 있으며, 질소(N2), 수소(H2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 산소(O2) 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 압축가스가 흐르는 채널부(110)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 압축가스로 산소(O2)를 포함시킴으로써 산화물 입자를 제조 할 수 있다. Referring to FIGS. 2 and 3, in one example, the
이에 더하여, 상기 코어 입자 생성부(100)는, 소정 간격을 두고 이격 배치되는 한 쌍의 전도성 전극(121)을 포함하며, 스파크 방전에 의해 상기 전도성 전극의 간극(Gap)으로부터 코어 입자를 발생시키는 방전부(120), 및 상기 전도성 전극에 전원을 인가하는 제2 전원부(130)를 포함할 수 있다.In addition, the core
보다 구체적으로, 상기 코어 입자 생성부(100)에서는, 상기 압축가스가 공급되는 분위기에서 제2 전원부(130)로부터 인가된 전원에 의해 상기 전도성 전극(121)에 스파크 방전(Spark Ablation)이 발생할 수 있다. More specifically, in the core
여기서, 상기 스파크 방전에 의해 높은 전기장에서 분자들이 전리되어 이온이나 라디칼이 생성되고 전자와 이온은 빠른 속도로 전기장을 이동하여 전도성 전극 표면에 충돌한다. 이때, 국부적으로 전도성 전극 표면의 온도가 녹는점 이상으로 높아지면 전도성 전극의 일부가 기화되고, 기화된 직후 응축됨으로써 에어로졸 입자, 즉 코어 입자가 생성된다.Here, due to the spark discharge, molecules are ionized in a high electric field to generate ions or radicals, and electrons and ions move at high speed and collide against the surface of the conductive electrode. At this time, when the temperature of the surface of the conductive electrode locally becomes higher than the melting point, a part of the conductive electrode is vaporized and condensed immediately after vaporization, thereby generating aerosol particles, that is, core particles.
상기 전도성 전극(121)을 구성하는 재료로는, 전도성 물질이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 전이금속(Transition Metals), 희토류금속(Rare-Earth Metals), 및 비금속(Non-Metals)일 수 있으며, 상기 전도성 전극(121)으로부터 발생된 코어 입자는 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag) 등 상기 전도성 전극에 속하는 전이금속(Transition Metals), 희토류금속(Rare-Earth Metals), 및 비금속(Non-Metals)의 원소들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.The
또한, 상기 한 쌍의 전도성 전극에 인가되는 전압은 0.5 내지 20.0 kV이고, 전류량은 0.05 내지 500 mA으로 정량 제어 될 수 있다. The voltage applied to the pair of conductive electrodes may be 0.5 to 20.0 kV, and the amount of current may be controlled to be 0.05 to 500 mA.
비록 도시되지는 않았지만, 상기 본 출원의 하이브리드 액적 제조장치(10)의 코어 입자 생성부(100)는 캐리어 기체 공급 시스템(Carrier Air Supply System) 등의 기체 공급 장치와, MFC(Mass Flow Controller) 등의 유량계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기체 공급 장치 및 유량계에 의해 질소, 수소, 아르곤, 헬륨, 산소 및 이들의 혼합으로 이루어진 기체가 상기 전도성 전극(121) 사이의 간격으로 정량적으로 공급될 수 있다.Although not shown, the
보다 구체적으로, 상기 전도성 전극(121)에 고전압을 인가하면 스파크 방전에 의해 전도성 전극(121)이 기화 또는 입자화되어 상기 전도성 전극(121) 사이의 간격을 통해 흐르는 비활성 기체, 산소 및 질소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 기체 흐름을 따라 후술할 챔버(200)로 유출될 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 전극이 금속으로 이루어진 경우, 상기 코어 입자 생성부의 전도성 전극(121)에 전압이 인가되면, 상기 한 쌍의 전도성 전극(121) 사이의 간격에서 금속이 승화되며, 비활성 기체 또는 질소, 수소, 산소 등의 캐리어 기체를 따라 이동한 승화된 금속은, 상기 간격을 벗어남에 따라, 응축되고, 이에 따라, 에어로졸 금속 입자가 형성될 수 있다.More specifically, when a high voltage is applied to the
상기 코어 입자 생성부(100)로부터 생성되는 에어로졸 입자의 입경은, 상기 비활성 기체 또는 질소의 유량 또는 유속에 따라, 수 나노미터 단위에서 수백 나노미터 단위로 광범위하게 조절될 수 있다.The particle size of the aerosol particles generated from the
예를 들어, 상기 공급되는 비활성 기체 또는 질소 등의 유량 또는 유속이 증가되는 경우, 상기 금속 에어로졸 입자의 농도가 감소됨에 따라 입자간의 응집현상 또한 감소하게 되며, 이러한 과정을 통해 금속 에어로졸 입자의 크기가 감소될 수 있다. 또한, 상기 에어로졸 입자의 입경, 형상 및 밀도는, 인가전압, 주파수, 전류, 저항, 커패시턴스 값 등의 스파크 생성 조건, 상기 비활성 기체의 종류 및 유량, 또는 스파크 전극의 형상 등에 의해 변경될 수 있다.For example, when the flow rate or the flow rate of the supplied inert gas or nitrogen is increased, as the concentration of the metal aerosol particles decreases, the agglomeration phenomenon between the particles also decreases. Through this process, Can be reduced. The particle size, shape and density of the aerosol particles can be changed by spark generation conditions such as applied voltage, frequency, current, resistance, and capacitance value, kind and flow rate of the inert gas, shape of the spark electrode, and the like.
상기에서 전술한 바와 같이, 상기 코어 입자 생성부(100)로부터 생성된 코어 입자는 상기 압축가스에 부유(Suspended)된 상태로 챔버(200)의 복수 개의 유입 포트(210,220)로 각각 유입될 수 있다.As described above, the core particles generated from the
한편, 도 4를 참조하면, 상기 챔버(200)는 상기 코어 입자가 유입되는 코어 입자 유입 포트(210)과 상기 코어 입자의 표면을 둘러싸기 위한 액체가 유입되는 액체 유입 포트(220)로 각각의 개별 유로를 형성할 수 있다. 4, the
이에 더하여, 상기 챔버 내부에 상기 코어 입자와 액체가 유동할 수 있는 유동공간이 형성되어, 상기 코어 입자와 액체가 분사되기 전에 혼합될 수 있도록 마련될 수 있다.In addition, a fluid space in which the core particles and the liquid can flow may be formed in the chamber so that the core particles can be mixed with the liquid before the liquid is injected.
여기서, 상기 액체는 물, 알코올, 탄화수소, 산-염기 및 오일로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.Here, the liquid may include at least one selected from the group consisting of water, alcohol, hydrocarbon, acid-base and oil.
또한, 상기 코어 입자 유입 포트(210)은 전압이 인가되는 정전분무 헤드(Electrospray Head, 211)와 연결되는 정전분무 노즐일 수 있다.In addition, the core
상기 코어 입자 생성부(100)에서 생성된 코어 입자 유동이 코어 입자 유입 포트(210)로 유입되고, 액적 제조를 위한 액체는 액체 유입 포트(220)로 유입되어, 전원부(300)로부터 인가된 전기장에 의해 정전분무(Electrospray) 방식으로 분사 포트(230)를 통해 상기 2종 물질이 분사되며 내부에 상기 코어 입자가 형성되고, 외부에 상기 액체가 둘러싸는 구조의 하이브리드 액적을 제조할 수 있다.The core particle flow generated in the
여기서, 상기 액체 유입 포트(220)는 도 5의 (A)와 같이, 코어 입자 유입 포트(210)의 측면에 형성되는 싱글 노즐 타입(Single-Nozzle Type)으로 구성될 수 있다.Here, the
즉, 동일한 분사 포트(230)를 통해 상기 코어 입자와 액체가 분사되기 전 혼합되어 함께 분사됨으로써 하이브리드 액적을 생성할 수 있다. That is, the core droplets can be mixed with each other before the liquid is injected through the
또한, 도 5의 (B)와 같이, 상기 액체 유입 포트(220)는 코어 입자 유입 포트(210)과 분리된 동축으로 형성되는 동축 노즐 타입(Coaxial-Nozzle Type)으로 구성될 수 있다.5 (B), the
즉, 동축 상에 마련된 서로 다른 분사 포트(231,232)를 통해 상기 코어 입자와 액체를 각각 분사함으로써 하이브리드 액적을 생성할 수 있다.That is, the hybrid droplets can be generated by jetting the core particles and the liquid through the
이에 더하여, 도 5를 참조하면, 상기 챔버(200)로부터 분사된 하이브리드 액적은 수집부(400)에 의해 수집될 수 있다.In addition, referring to FIG. 5, the hybrid droplet ejected from the
상기 수집부(400)는, 하나의 구현예에서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 가이드 링(Ring, 410)을 포함할 수 있으며, 상기 하이브리드 액적은 상기 가이드 링(410)을 통과하면서 기 설정된 패턴 형상에 따라 수집 될 수 있다.5, the collecting
또 다른 구현예에서, 상기 수집부(400)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 회전형 포집부(Collector, 420)를 포함할 수 있으며, 상기 하이브리드 액적은 상기 회전형 포집부(420)에 의해 방사(Spinning) 효과를 얻게 되어 섬유나 막대 형태로 수집될 수 있다.In another embodiment, the
또 다른 구현예에서, 상기 수집부(400)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 메쉬(Mesh) 구조체를 포함할 수 있다.In another embodiment, the
본 출원의 하이브리드 액적 제조 장치를 통해 생성된 하이브리드 액적(Hybrid Droplet)은 도 8과 같이 액적 표면이 정전기적으로 대전(Electrostatic Charging) 됨으로써, 액적의 크기분포 조절 및 샘플링에 유용하게 활용 될 수 있다.The hybrid droplet generated through the hybrid droplet producing apparatus of the present application can be effectively utilized for adjusting the size distribution and sampling of the droplet by electrostatically charging the surface of the droplet as shown in FIG.
또한, 다양한 조합의 하이브리드 액적 또는 젯(Jet)을 구현할 수 있게 된다.In addition, various combinations of hybrid droplets or jets can be implemented.
일 구현예로, 상기 하이브리드 액적의 내부가 금(Au), 그 표면이 약제로 구성되도록 제조하여, 생체 의료 공학 분야 중 약물 전달 및 조절 방출에 이용할 수 있다. 예를 들어, 외부 자극(자기장, 초음파, 빛, 온동 등) 또는 목표 부위의 pH 등에 의해 상기 하이브리드 액적이 목표 부위에서 약물을 방출하도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the interior of the hybrid droplet is made of gold (Au), the surface of which is composed of a drug, and can be used for drug delivery and controlled release in biomedical engineering. For example, the hybrid droplet may be configured to release the drug at the target site by an external stimulus (magnetic field, ultrasonic, light, warm, etc.) or by the pH of the target site.
이에 더하여, 상기 하이브리드 액적의 내부를 에어로졸 입자로 활용함에 따라, 운전조건 조절에 따라 내부에 미세기포(Fine Bubble)가 존재하는 하이브리드 액적 및 섬유를 제조 할 수 있게 된다.In addition, by utilizing the interior of the hybrid droplet as aerosol particles, it is possible to produce hybrid droplets and fibers having fine bubbles therein according to the control of the operating conditions.
상기에서 서술한 바와 같이 제조된 하이브리드 액적은 의료 및 미용 등에 적용될 수 있는 생기능성 하이브리드 입자를 제조 할 수 있으며, 섬유의 제조에서부터 에너지 저장, 환경정화 및 섬유소재에 이르는 광범위하게 활용 가능한 하이브리드 입자를 제조할 수 있다.The hybrid liquid droplets prepared as described above can be used to produce bio-functional hybrid particles that can be applied to medical and cosmetic applications, and can produce widely used hybrid particles ranging from fiber production to energy storage, environmental purification, and fiber materials can do.
본 발명은 또한, 하이브리드 액적 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of producing a hybrid droplet.
예를 들어, 상기 하이브리드 액적 제조방법은, 전술한 하이브리드 액적 제조장치를 통해 하이브리드 액적을 제조하는 방법에 관한 것이다. For example, the hybrid droplet manufacturing method relates to a method of manufacturing a hybrid droplet through the above-described hybrid droplet manufacturing apparatus.
따라서, 후술하는 하이브리드 액적에 대한 구체적인 사항은 하이브리드 액적 제조장치에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.Therefore, details of the hybrid droplet to be described later can be applied equally to those described in the hybrid droplet production apparatus.
예시적인 본 발명의 하이브리드 액적 제조방법은, 코어 입자를 생성하는 단계; 각각의 유입 포트를 통해 유입된 상기 코어 입자와 액체의 2종 물질이 분사 포트로 이동하는 단계; 상기 2종 물질이 전원부로부터 인가된 전기장에 의해 분사되며 하이브리드 액적을 형성하는 단계; 및 상기 하이브리드 액적이 수집되는 단계; 를 포함한다.An exemplary hybrid droplet manufacturing method of the present invention includes the steps of: generating core particles; Moving the core particle and the liquid secondary material introduced through each of the inlet ports to the injection port; The second material is sprayed by an electric field applied from a power source to form a hybrid droplet; And collecting the hybrid droplet; .
보다 구체적으로, 상기 하이브리드 액적을 형성하는 단계는 정전 분무 방식으로 상기 코어 입자와 액체를 분무함으로써, 상기 하이브리드 액적을 형성할 수 있다.More specifically, the step of forming the hybrid droplet may form the hybrid droplet by spraying the core particle and the liquid with an electrostatic spraying method.
또한, 유동공간이 마련된 상기 챔버(200) 내에 상기 코어 입자와 액체가 혼합되어 동일한 분사 포트를 통해 상기 코어 입자과 액체가 함께 분사됨으로써 상기 하이브리드 액적을 형성할 수 있다.In addition, the core particles and the liquid are mixed in the
이에 더하여, 동축 상에 마련된 서로 다른 분사포트를 통해 상기 코어 입자와 액체를 각각 분사됨으로써, 상기 하이브리드 액적을 형성할 수 있다.In addition, the hybrid droplets can be formed by jetting the core particles and the liquid through different injection ports provided on the coaxial, respectively.
상기 하이브리드 액적은, 내부에 상기 코어 입자가 형성되고, 외부에 상기 액체가 둘러싸는 구조를 이루도록 형성될 수 있다.The hybrid droplet may be formed such that the core particle is formed therein and the liquid surrounds the core particle.
10: 하이브리드 액적 제조 장치
100: 코어 입자 생성부
110: 채널부
120: 방전부
121: 전도성 전극
130: 제2 전원부
200: 챔버
210: 코어 입자 유입 포트
211: 정전분무 헤드
220: 액체 유입 포트
230, 231, 232: 분사 포트
300: 제1 전원부
400: 수집부10: Hybrid droplet production device
100: Core particle generator
110:
120: discharge unit
121: Conductive electrode
130:
200: chamber
210: core particle inlet port
211: Electrostatic spray head
220: liquid inlet port
230, 231, 232: jet port
300: first power supply unit
400: collecting unit
Claims (19)
상기 코어 입자와 액체가 각각 유입되는 복수 개의 유입 포트와, 각각의 유입 포트를 통해 유입된 상기 코어 입자와 액체의 2종 물질이 분사되는 분사 포트를 갖는 챔버;
상기 분사 포트를 통해 분사된 2종 물질이 하이브리드 액적을 형성하도록 상기 2종 물질 유동에 전기장을 인가하기 위한 제1 전원부; 및
생성된 상기 하이브리드 액적이 수집되는 수집부; 를 포함하는 하이브리드 액적 제조장치.A core particle generator for generating core particles;
A chamber having a plurality of inflow ports through which the core particles and liquid respectively flow, and a jet port through which the core particles and the liquid second material introduced through the respective inlet ports are injected;
A first power source for applying an electric field to the second material flow so that the second material injected through the injection port forms a hybrid droplet; And
A collector for collecting the generated hybrid droplet; And a second droplet generating device.
상기 하이브리드 액적은,
내부에 상기 코어 입자가 형성되고, 외부에 상기 액체가 둘러싸는 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액적 제조장치.The method according to claim 1,
Wherein the hybrid droplet comprises:
Wherein the core particles are formed inside and the liquid surrounds the outside.
상기 코어 입자는 금(Au)을 포함한 전이금속(Transition Metals), 희토류금속(Rare-Earth Metals), 및 비금속(Non-Metals)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 하이브리드 액적 제조장치.3. The method of claim 2,
Wherein the core particle comprises at least one selected from the group consisting of Transition Metals including Au, Rare-Earth Metals, and Non-Metals.
상기 액체는 물, 알코올, 탄화수소, 산-염기 및 오일로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 하이브리드 액적 제조장치.3. The method of claim 2,
Wherein the liquid comprises at least one selected from the group consisting of water, alcohol, hydrocarbon, acid-base and oil.
상기 챔버는,
정전 분무 방식으로 상기 코어 입자와 액체를 분무하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액적 제조장치.The method according to claim 1,
The chamber may comprise:
Wherein the core particles and the liquid are sprayed by an electrostatic spraying method.
상기 챔버는,
동일한 분사 포트를 통해 상기 코어 입자와 액체를 함께 분사하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액적 제조장치.The method according to claim 1,
The chamber may comprise:
Wherein the core particles and the liquid are injected together through the same injection port.
상기 챔버는,
동축 상에 마련된 서로 다른 분사포트를 통해 상기 코어 입자와 액체를 각각 분사하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액적 제조장치.The method according to claim 1,
The chamber may comprise:
Wherein the plurality of ejection ports are provided to eject the core particles and the liquid through different ejection ports provided on the coaxial phase.
상기 코어 입자 생성부는,
화염, 고온로 및 분사 건조 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 하이브리드 액적 제조장치.The method according to claim 1,
Wherein the core particle generator comprises:
A flame, a high temperature furnace, and a spray drying device.
상기 코어 입자 생성부는,
압축가스가 흐르는 채널부;
소정 간격을 두고 이격 배치되는 한 쌍의 전도성 전극을 포함하며, 스파크 방전에 의해 상기 전도성 전극의 간극으로부터 코어 입자를 발생시키는 방전부; 및
상기 전도성 전극에 전원을 인가하는 제2 전원부; 를 포함하는 하이브리드 액적 제조장치.The method according to claim 1,
Wherein the core particle generator comprises:
A channel portion through which compressed gas flows;
A discharge unit including a pair of conductive electrodes spaced apart at a predetermined interval, the discharge unit generating core particles from a gap of the conductive electrode by a spark discharge; And
A second power source for applying power to the conductive electrode; And a second droplet generating device.
상기 압축가스는 질소(N2), 수소(H2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 산소(O2) 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 하이브리드 액적 제조장치. 10. The method of claim 9,
Wherein the compressed gas comprises at least one selected from the group consisting of nitrogen (N2), hydrogen (H2), argon (Ar), helium (He), oxygen (O2), and mixtures thereof.
상기 제2 전원부의 전압은 0.5 내지 20.0 kV이고, 전류량은 0.05 내지 500 mA으로 인가되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액적 제조장치.10. The method of claim 9,
Wherein the voltage of the second power source is 0.5 to 20.0 kV and the amount of current is 0.05 to 500 mA.
상기 수집부는,
상기 하이브리드 액적이 가이드 링을 통과하면서 기 설정된 패턴 형상에 따라 수집되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액적 제조장치.The method according to claim 1,
Wherein,
And the hybrid droplet is collected according to a predetermined pattern shape while passing through the guide ring.
상기 수집부는,
회전하는 포집수단을 이용하여 섬유 또는 막대 형상으로 수집되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액적 제조장치.The method according to claim 1,
Wherein,
And the collected droplets are collected in the form of fibers or rods using rotating collecting means.
상기 수집부는, 메쉬(Mesh) 구조체를 포함하는, 하이브리드 액적 제조장치.The method according to claim 1,
Wherein the collecting portion includes a mesh structure.
상기 하이브리드 액적을 형성하는 단계는, 정전 분무 방식으로 상기 코어 입자와 액체를 분무하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액적 제조방법.16. The method of claim 15,
Wherein the step of forming the hybrid droplet comprises spraying the core particle and the liquid by an electrostatic spraying method.
상기 하이브리드 액적을 형성하는 단계는, 동일한 분사 포트를 통해 상기 코어 입자와 액체가 함께 분사되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액적 제조방법.16. The method of claim 15,
Wherein the step of forming the hybrid droplet is such that the core particle and the liquid are injected together through the same injection port.
상기 하이브리드 액적을 형성하는 단계는, 동축 상에 마련된 서로 다른 분사포트를 통해 상기 코어 입자와 액체를 각각 분사되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액적 제조방법.16. The method of claim 15,
Wherein the step of forming the hybrid droplet is such that the core particle and the liquid are respectively injected through different ejection ports provided on the coaxial phase.
상기 하이브리드 액적은,
내부에 상기 코어 입자가 형성되고, 외부에 상기 액체가 둘러싸는 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액적 제조방법.16. The method of claim 15,
Wherein the hybrid droplet comprises:
Wherein the core particles are formed inside and the liquid surrounds the outside.
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|---|---|---|---|
| KR1020160176326A KR101896810B1 (en) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Manufacturing device of hybrid droplets and method of preparing the same |
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