KR20210129288A - 탄소나노튜브 분산 통합 장치 - Google Patents

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Abstract

탄소나노튜브 분산 통합 장치에 관한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 탄소나노튜브 분산 통합 장치는: CNT 용액을 수용하는 탱크부; 탱크부에 수용되는 CNT 용액을 회전시켜서 CNT 용액을 교반하는 제1교반부; 제1교반부의 내측을 관통하고, 탱크부에 수용되는 CNT 용액을 회전시켜서 CNT 용액을 교반하는 제2교반부; 탱크부에 연통되고, 제1교반부 또는 제2교반부에 의해 교반되는 CNT 용액을 공급받는 제1매니폴드부; 및 제1매니폴드부로부터 CNT 용액을 공급받아 CNT 용액을 분산하는 상기 탄소나노튜브 분산 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

탄소나노튜브 분산 통합 장치{INTEGRATED SYSTEM OF DISPERSING CARBON NANO TUBE}
본 발명은 탄소나노튜브 분산 통합 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브에 손상을 주지 않으면서 빠르게 탄소나노튜브 다발을 분산시킬 수 있는 탄소나노튜브 분산 통합 장치에 관한 것이다.
리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery)는 양극, 음극 별 활물질 분체를 용액에 분산시킨 슬러리를 만들고, 이를 극판에 코팅하여 건조한 후 분리막을 사이에 두고 제조한 양극, 음극판을 겹친 다음, 용기에 넣고 전해액을 주입하는 공정으로 만들어진다. 이 슬러리를 만들 때 활물질 분체 사이에서 전기를 원활하게 흘려 주는 역할을 하는 도전제를 섞어서 제조하면 전지의 성능을 개선할 수 있다.
탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)는 직경 대비 길이가 수 천 배에 이르는 선 형태이고, 전기 전도도가 구리와 비슷하고, 도전제로서의 기능이 뛰어나다. 탄소나노튜브를 사용하게 되면 기존 도전제를 사용했을 때 보다 전지 안에 공간이 확보되며 이 남은 공간에 활물질을 더 넣어서 전지 용량을 늘릴 수 있다.
그러나 탄소나노튜브는 여러 가닥이 다발로 얽혀 있으므로, 이를 사용하기 위해서는 용액에 고루 분산시켜야 한다. 종래 기술에서 사용되고 있는 탄소나노튜브 분산 방법은 초음파나 비즈밀을 이용한 물리적인 분산 방법과, 계면 활성제 등을 이용한 화학적인 분산 방법이 있다.
물리적인 방법 중 초음파 분산 방법은 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone, N-메틸피롤리돈)나 DMF(Dimethylformamide) 등의 유기 용매에 탄소나노튜브 분말을 넣은 후에 초음파를 가하여 분산하는 방법이나, 이 방법은 용액의 안정성이 떨어지는 문제점이 있다.
한편 물리적인 방법 중 비즈밀이나 고전단 분산기 등을 이용한 방법은 탄소나노튜브의 가닥을 끊어서 길이가 짧아지는 문제점이 있다.
화학적인 방법은 전지에 필요한 성분 이외의 화학물질을 첨부하고 이를 제거하는 추가 공정을 필요로 하는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0091833호(2019.08.07 공개, 발명의 명칭: 탄소나노튜브 분산액의 제조방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브에 손상을 주지 않으면서 빠르게 탄소나노튜브 다발을 분산시킬 수 있는 탄소나노튜브 분산 통합 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 분산 통합 장치는: CNT 용액을 수용하는 탱크부; 상기 탱크부에 수용되는 상기 CNT 용액을 회전시켜서 상기 CNT 용액을 교반하는 제1교반부; 상기 제1교반부의 내측을 관통하고, 상기 탱크부에 수용되는 상기 CNT 용액을 회전시켜서 상기 CNT 용액을 교반하는 제2교반부; 상기 탱크부에 연통되고, 상기 제1교반부 또는 상기 제2교반부에 의해 교반되는 상기 CNT 용액을 공급받는 제1매니폴드부; 상기 제1매니폴드부로부터 상기 CNT 용액을 공급받아 상기 CNT 용액을 분산하는 상기 탄소나노튜브 분산 장치를 포함한다.
본 발명에서 상기 탄소나노튜브 분산 장치는, 용액수용몸체부; 상기 용액수용몸체부의 내부에 관통 형성되고, 상기 CNT 용액이 유동되는 유동관부; 및 상기 유동관부의 내벽에 형성되어 상기 CNT 용액이 나선형으로 유동되게 가이드하는 나선가이드부를 포함하는 용액수용부; 및 상기 용액수용몸체부의 외벽에 장착되고, 상기 CNT 용액에 초음파를 제공하는 초음파 진동자부를 포함하고, 상기 나선가이드부는 상기 유동관부의 내벽에 적어도 2회 이상 회전 방향이 변경되도록 오른나선형과 왼나선형이 교호되게 형성된다.
본 발명에서 상기 탄소나노튜브 분산 장치의 상기 유동관부에 연통되어 상기 CNT 용액를 공급받는 제2매니폴드부를 더 포함하고, 상기 탄소나노튜브 분산 장치는 상기 제1매니폴드부와 상기 제2매니폴드부 사이에 적어도 하나 이상이 설치된다.
본 발명에서 상기 탱크부와 상기 제1매니폴드부사이에 배치되고, 상기 CNT 용액을 설정 온도로 냉각하는 열교환부를 더 포함한다.
본 발명에서 상기 탱크부와 상기 제1매니폴드부사이에 배치되고, 상기 CNT 용액을 설정 온도로 가열하는 열교환부를 더 포함한다.
본 발명에서 상기 제2매니폴드부는 상기 탱크부와 연통되고, 상기 제2매니폴드부에서 토출되는 상기 CNT 용액을 상기 탱크부로 유동되게 하는 펌프부를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, CNT 용액이 용액수용부의 나선가이드부에 의해 나선으로 유동되면서 층류로 형성되고, 초음파 진동자부의 초음파 진동에 의해 분산시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 용액수용부의 출구부에 설치되는 원추형 분산부에 의해 CNT 용액의 덩어리부를 풀어줄 수 있다.
또한 본 발명의 의하면, 탄소나노튜브 분산 장치가 복수개로 병렬 배치되어, 탱크부로 CNT 용액을 순환시키면서, CNT 가닥의 손상, CNT 덩어리 분리의 어려움, 전체 용액의 고른 분산의 어려움, 높은 제조 비용, 분산 시간 증대 등의 문제를 해결하고, CNT를 용액에 고루 분산시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 분산 장치를 개략적으로 나타내는 조립 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 분산 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 분산 장치를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 4는 도 1의 "A"를 개략적으로 나타내는 부분 확대도이다.
도 5는 도 2의 "B"를 개략적으로 나타내는 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원추분사부에서 CNT 용액에서 CNT 덩어리부를 푸는 과정을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 분산 통합 장치를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1교반부와 제2교반부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 탄소나노튜브 분산 장치 및 이를 구비하는 탄소나노튜브 분산 통합 장치의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 분산 장치를 개략적으로 나타내는 조립 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 분산 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 분산 장치를 개략적으로 나타내는 정면도이고, 도 4는 도 1의 "A"를 개략적으로 나타내는 부분 확대도이고, 도 5는 도 2의 "B"를 개략적으로 나타내는 부분 확대도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원추분사부에서 CNT 용액에서 CNT 덩어리부를 푸는 과정을 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 분산 통합 장치를 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1교반부와 제2교반부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 분산 장치(1)는 용액수용부(100)와 초음파 진동자부(200)를 포함한다.
용액수용부(100)는 CNT 용액(10)을 수용하는 것이다. CNT 용액(10)은 CNT(Carbon Nano Tube, 탄소나노튜브)를 포함하는 용액이다. 용액수용부(100)는 용액수용몸체부(110), 유동관부(120), 나선가이드부(130)를 포함한다.
용액수용몸체부(110)는 일면(도 1 기준 우측)이 평면으로 형성되는 반원기둥 형상으로 형성된다. 유동관부(120)는 용액수용몸체부(110)의 내부에 관통 형성되는 것으로, CNT 용액(10)이 유동되는 경로를 제공한다. 유동관부(120)는 일측(도 1 기준 상측)이 입구부(121)이고, 타측(도 1 기준 하측)이 출구부(123)이다.
설정 내경(D)을 구비하는 유동관부(120)에서 유동되는 CNT 용액(10)을 층류로 형성하기 위해, 설정된 속도로 CNT 용액(10)이 유동되면, CNT 용액(10) 안의 개별 CNT는 유동관부(120)의 길이 방향으로 배열되면서 유동관부(120)로 흘러가게 된다.
CNT 용액(10)에서 구형 알갱이 모양의 덩어리부(15)를 분리할 때는 CNT 용액(10)에 강한 난류를 줄수록 유리하지만, 본 발명에서는 길다란 선형구조를 가지는 CNT를 CNT 용액(10)의 흐름에 평행하게 배치하기 위하여 층류를 만들어 주는 것이다. 층류를 만들어서 CNT 가닥을 CNT 용액(10)의 유동에 평행하게 배치하면, 난류에 의한 전단력에 의해 CNT 가닥이 손상되는 현상을 방지할 수 있다.
유동관부(120)를 흐르는 CNT 용액(10)이 층류(Laminar Flow)인지 난류(Turbulent Flow)인지 알아보기 위해서는 다음 수식에서 레이놀즈 수(Reynolds Number, Re)를 계산한다.
[수식]
Figure pat00001
여기에서, μ는 CNT 용액(10)의 점성계수(Viscosity), V는 CNT 용액(10)의 속도(Velocity), D는 유동관부(10)의 내경(Inner Diameter), ρ는 CNT 용액(10)의 밀도(Density)이다.
유동관부(120) 안에서 흐르는 CNT 용액(10)의 경우, 위 수식에 의해 계산된 레이놀즈 수(Re)가 약 2,100 이하일 때 층류를 형성하고, 4,000 이상에서는 난류를 형성한다. Re가 2,000 ~ 4,000 사이는 천이 영역(T/ransition Zone)이라 부른다. 따라서 사용하는 CNT 용액(10)의 점성계수와 밀도를 알면 관로의 직경과 유체의 흐르는 속도를 조절하여 층류 유동을 얻을 수 있다.
본 발명에서 유동관부(120)의 내경(D)은 레이놀즈 수(Re)는 4,000 이하가 나오도록 설정한다. 따라서 유동관부(120)를 흐르는 CNT 용액(10)은 천이 영역 내지 층류로 형성된다.
나선가이드부(130)는 유동관부(120)의 내벽에 형성되어 CNT 용액(10)이 나선형으로 유동되게 가이드한다. 나선가이드부(130)는 유동관부(120)의 내벽에 적어도 2회 이상 회전 방향이 변경되도록 왼나선형과 오른나선형이 교호되게 형성된다.
나선가이드부(130)는 유동관부(120)의 내벽에 오목한 홈 또는 돌기로 돌출 형성된다. 나선가이드부(130)는 유동관부(120)의 내벽에 홈이나 돌기로 나선형으로 형성되어, 총신 내부를 진행하는 총알이 총신 내부에 마련된 강선에 의하여 회전하듯이 CNT 용액(10)이 유동관부(120)의 내벽을 흘러가면서 회전력을 받게 된다.
유동관부(120)의 내벽에 형성되는 나선가이드부(130)는 설정 길이마다 회전 방향을 바꾸도록, 왼나선형과 오른나선형이 교호되게 형성된다. 나선가이드부(130)는 제1나선가이드부(131), 제2나선가이드부(133), 제3나선가이드부(135)를 포함한다.
제1나선가이드부(131)는 입구부(121)에서 시작되어 일방향으로 꼬인 나선형(도 1 기준 오른나선형)으로 형성된다. 제2나선가이드부(133)는 제1나선가이드부(131)의 일측(도 1 기준 하측)에서 연장 형성되어 타방향으로 꼬인 나선형(도 1 기준 왼나선형)으로 형성된다. 제3나선가이드부(135)는 제2나선가이드부(133)의 일측(도 1 기준 하측)에서 연장 형성되어 일방향으로 꼬인 나선형(도 1 기준 오른나선형)으로 형성된다.
본 발명에서 상술한 제1나선가이드부(131), 제2나선가이드부(133), 제3나선가이드부(135)를 포함하는 나선가이드부(130)는 유동관부(120)에 2회 회전방향이 변경되게 형성된다. 입구부(121)로 들어간 CNT 용액(10)은 제1나선가이드부(131)를 지나변서 시계방향(CW)으로 회전하며 움직이다가, 1번 회전 방향 변화점인 제2나선가이드부(133)를 지나면서 반시계방향(CCW)으로 회전한다. 그러다가 2번 회전 방향 변화점인 제3나선가이드부(135)부터는 다시 시계방향(CW)으로 회전방향이 변하게 된다.
나선가이드부(130)는 상술한 나선형이 계속적으로 왼나선형과 오른나선형이 교호 형성되어 회전 방향의 변경이 증가될 수 있다.
CNT 용액(10)은 유동관부(120) 내벽에서 나선가이드부(130)를 따라 길게 늘어서서 왼나선형과 오른나선형으로 번갈아 가면서 비틀림을 받게 된다. 따라서 CNT 용액(10)은 손으로 비비는 것과 같이 CNT 다발이 풀어지게 된다.
유동관부(120)의 홈 또는 돌기의 단면의 형상이 반구형, 원형, 다각형 중에서 가공의 편이성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 유동관부(120)의 내벽에 형성된 홈 또는 돌기는 유동관부(120)를 흐르는 CNT 용액(10)을 회전시킨다.
유동관부(120)에서 나선가이드부(130)를 따라 흐르는 CNT 용액(10)은 난류가 발생되기 직전까지 고속으로 흐르므로, 상술한 회전 방향의 변화는 CNT 용액(10) 안의 CNT 다발에 큰 비틀림 운동 에너지를 가하게 된다.
유동관부(120)는 직관부(120a)를 구비한다. 직관부(120a)는 유동관부(120)의 하측에 출구부(123) 측을 향해 직선으로 형성된다. 직관부(120a)는 CNT 용액(10)이 출구부(123) 측을 향해 직선으로 유동되게 가이드한다. 직관부(120a)의 길이는 유동관부(120)의 내경(D)을 기준으로 1D 내지 20D로 이루어지게 형성된다.
초음파 진동자부(200)는 용액수용몸체부(110)의 외벽에 장착되고, CNT 용액(10)에 초음파를 제공한다. 초음파 진동자부(200)는 용액수용몸체부(110)의 길이방향을 따라 복수개가 배치된다.
초음파 진동자부(200)는 유동관부(120)와 나선가이드부(130)에서 CNT 용액(10)의 회전 방향의 변화로 발생된 비틀림으로도 CNT 가닥 사이의 반데르발스 인력(Van der Waals Force)에 의해 분산되지 않은 CNT의 덩어리부(15)를 분산시킨다.
나선가이드부(130)를 타고 흐르는 CNT 용액(10)은 시계방향과 반시계방향으로 교번되면서 비틀림 힘을 받게 된다. 이때 초음파 진동자부(200)에 의해 유동관부(120)에 초음파 진동을 CNT 용액(10)이 받게 된다. 이 초음파 진동은 반데르발스 인력으로 뭉쳐 있는 CNT 용액(10)의 CNT 가닥들을 떼어 놓는다.
즉, 초음파 진동자부(200)는 유동관부(120)와 나선가이드부(130)의 내부의 층류 흐름에 일직선으로 배치되어 흐르고 있는 CNT 다발들에 뭉쳐 있는 방향의 수직 방향으로 초음파 진동이 가해져서 반데르발스 인력을 이기는 힘을 받아 CNT 가닥과 가닥이 떨어지게 된다. 이때 이 분리된 CNT를 포함하는 CNT 용액(10)가 시계방향과 반시계방향으로 계속 비틀림 힘을 교번으로 받으며 이동하기 때문에 일단 분리된 CNT 가닥은 더욱 멀리 떨어지게 된다.
초음파 진동자부(200)는 초음파 진동자몸체부(210)와 접촉부(230)를 포함한다. 초음파 진동자몸체부(210)는 내부에 초음파 진동 발생장치(미도시)를 수용한다. 접촉부(230)는 초음파 진동자몸체부(210)의 일면(도 1 기준 좌측)이 용액수용몸체부(110)의 외벽에 접촉된다.
접촉부(230)는 초음파 진동자를 CNT 용액(10)이 흐르는 유동관부(120) 측을 향해 용액수용몸체부(110)의 외벽에 부착될 때, 초음파 진동을 유동관부(120)에만 집중적으로 조사하기 위하여 CNT 용액(10)이 흐르는 방향(도 1 기준 상하방향)으로 좁고 길게 형성된다.
접촉부(230)가 용액수용몸체부(110)의 외벽에 접촉되는 폭(W)은 유동관부(120)의 내경(D)보다 작거나, 유동관부(120)의 내경(D)의 2배 이하로 형성된다.
초음파 진동자부(200)는 유동관부(120)를 흐르는 CNT 용액(10)에 초음파를 가하여, 유동관부(120)를 흐르는 전체 CNT 용액(10) 안의 CNT는 모두 고른 초음파 힘을 받게 되므로, 기존의 초음파 분산 방법인 용기 내에 초음파 프로브를 이용하여 초음파를 조사하여 프로브 주위의 용액에 대해서 분산을 실시하는 방법과 달리, 유동관부(120)을 통과하는 유체의 전체 부피에 통하여 초음파를 고르게 조사할 수 있으므로, 단순히 초음파 프로브 하나를 사용하는 기존 초음파 분산기보다 뛰어난 초음파 분산 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 분산 장치(1)는 원추형 분산부(300)를 더 포함한다. 원추형 분산부(300)는 유동관부(120)의 출구부(123)의 내측에 장착된다. CNT 용액(10)은 원추형 분산부(300)와 충돌하게 되면서 출구부(123)의 외부로 배출된다.
원추형 분산부(300)는 원추형 분산몸체부(310)와 첨단부(320)를 포함한다. 원추형 분산몸체부(310)는 원추형으로 형성되는 것으로, 출구부(123)에 장착되어 출구부(123)의 하측(도 5 기준)으로 하향 경사진 경사면을 구비한다. 원추형 분산몸체부(310)는 용액수용몸체부(110)에서 연장 형성되는 지지대(미도시) 등에 의해 고정된다.
첨단부(320)는 원추형 분산몸체부(310)의 단부(도 1 기준 상단부)에 뾰족하게 형성된다. 첨단부(320)는 출구부(123)를 통해 배출되기 전의 CNT 용액(10)에 충돌하여 CNT 용액(10)의 덩어리부(15)를 풀게 한다.
유동관부(120)를 따라 내려오는 CNT 용액(10)은 초음파 진동자부(200)의 초음파 진동과, 나선가이드부(130)에 의한 교번 비틀림 힘에 의해 평행으로 덩어리부(15)로 붙어 있던 CNT 가닥이 풀어지나, 일부 풀어지지 않은 덩어리부(15)는 직관부(120a)를 통해 내려오면서 첨단부(320)와의 충돌되고 강한 유속에 의하여 덩어리부(15) 자체가 당겨져서 풀어지거나 CNT 가닥이 끊어지면서 풀러지게 된다.
또한 첨단부(320)의 뾰족한 끝이 CNT 용액(10)이 경로 안 쪽에 있기 때문에, CNT 용액(10)이 출구(123)를 나오기 전에 첨단부(320)에서 압력이 높아지고 유속이 빨라진 상태로 출구부(123)를 빠져 나가게 되는데, 이 때 유체의 압력과 유속이 급격하게 줄어들게 되어서 CNT 덩어리부(15)가 서로 흩어지므로 분산 효과를 얻을 수 있다.
덩어리부(15)가 풀어진 CNT 용액(10)은 원추형 분산몸체부(310)의 경사면을 따라 내려가게 된다.
도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 분산 통합 장치는 탱크부(20), 제1교반부(30), 제2교반부(40), 제1매니폴드부(50), 탄소나노튜브 분산 장치(1)를 포함한다.
탱크부(20)는 CNT 용액(10)을 수용한다. 제1교반부(30)는 탱크부(10)에 수용되는 CNT 용액(10)을 회전시켜서 CNT 용액(10)을 교반한다. 제2교반부(40)는 제1교반부(30)의 내측을 관통하고, 탱크부(20)에 수용되는 CNT 용액(10)을 회전시켜서 CNT 용액(10)을 교반한다.
제1교반부(30)는 제1회전축부(31), 원판부(33), 교반용봉부(35), 제1모터부(37)를 포함한다. 제1회전축부(31)는 단부(도 7 기준 하단부)가 탱크부(20)에 잠기고, 제1모터부(37)로부터 동력을 전달받아 회전된다. 제1회전축부(31)는 중공형으로 형성되어, 내부에 제2교반부(40)의 제2회전축부(41)가 회전 가능하게 삽입된다.
원판부(33)는 탱크부(20)에 잠긴 제1회전축부(31)의 단부에 설치되는 원판 형상으로 형성된다. 원판부(33)는 제1회전축부(31)의 회전에 따라 회전된다.
교반용봉부(35)는 원판부(33)에 원판부(33)의 원주방향을 따라 복수개가 장착된다. 즉 교반용봉부(35)는 회전하는 원판부(33)의 회전 방향에 수직으로 복수개가 기립 배치된다.
제1모터부(37)는 제1회전축부(31)에 동력을 전달하여 제1회전축부(31)를 회전시킨다.
상술한 구성으로 이루어진 제1교반부(30)의 제1회전축부(31)가 회전됨에 따라 교반용봉부(35)가 CNT 용액(10)에 있는 덩어리를 잘게 부수게 된다.
제2교반부(40)는 제2회전축부(41), 교반팬부(43), 제2모터부(35)를 포함한다. 제2회전축부(41)는 제1회전축부(31)의 내측에 삽입되고, 단부(도 7 기준 하단부)가 탱크부(20)에 잠기고, 제2모터부(35)로부터 동력을 전달받아 회전된다.
교반팬부(43)는 탱크부(20)에 잠긴 제2회전축부(41)의 단부에 설치되는 복수개의 블레이드로 이루어진다. 교반팬부(43)는 제2회전축부(41)의 회전에 따라 회전된다.
제2모터부(35)는 제2회전축부(41)에 동력을 전달하여 제2회전축부(41)를 회전시킨다.
상술한 구성으로 이루어진 제2교반부(40)의 제2회전축부(41)가 회전됨에 따라 교반팬부(43)가 회전되면서 제1교반부(30)의 교반용봉부(35)와 함께 CNT 용액(10)에 있는 덩어리를 잘게 부수게 된다.
또는 제1교반부(30)와 제2교반부(40)는 같이 작동될 수 있으나, 선택적으로 작동되어 제1교반부(30)와 제2교반부(40) 중 어느 하나가 작동될 수 있다.
제1매니폴드부(50)는 탱크부(20)에 연통되고, 제1교반부(30) 또는 제2교반부(40)에 의해 교반되는 CNT 용액(10)을 공급받는다.
탄소나노튜브 분산 장치(1)는 제1매니폴드부(50)로부터 CNT 용액(1)을 공급받아 CNT 용액(10)을 분산한다. 탄소나노튜브 분산 장치(1)의 구조 및 작동을 상술한 설명으로 갈음한다.
제2매니폴드부(60)는 유동관부(120)에 연통되어 분산된 CNT 용액(10)을 공급받는다. 제1매니폴드부(50)는 탄소나노튜브 분산 장치(1)의 상측(도 7 기준)에 배치되고, 제2매니폴드부(60)는 탄소나노튜브 분산 장치(1)의 하측(도 7 기준)에 배치된다.
본 발명에서 탄소나노튜브 분산 장치(1)는 제1매니폴드부(50)와 제2매니폴드부(60) 사이에 적어도 하나 이상이 설치된다. 제1매니폴드부(50)와 제2매니폴드부(60) 사이에 복수개의 탄소나노튜브 분산 장치(1)가 배치되어, 제1매니폴드부(50)에서 공급되는 CNT 용액(10)은 복수개의 탄소나노튜브 분산 장치(1)를 거치면서 하나로 분산했을 때보다 많은 CNT 용액(10)이 분산될 수 있다.
탄소나노튜브 분산 장치(1)의 출구부(123)는 제2매니폴드부(60)에 연결되고, 분산된 CNT 용액(10)은 제2매니폴드부(60)에서 합쳐져서 다시 탱크부(20)로 돌아간다.
제2매니폴드부(60)는 탱크부(20)와 관으로 연통되고, 해당 관 중간에 펌프(70)이 배치되어, 제2매니폴드(60)에서 토출되는 CNT 용액(10)을 탱크부로 전송한다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 분산 통합 장치는 열교환부(80)를 더 포함한다. 열교환부(80)는 탱크부(20)와 제1매니폴드부(50)사이에 배치되고, CNT 용액(10)을 설정 온도로 냉각한다. 제1교반부(30)의 제1회전축부(31), 또는 제2교반부(40)의 제2회전축부(41)의 회전에 의해 CNT 용액(10)이 발열할 수 있기 때문에 냉각수가 흐르는 열교환기(80)에 의해 CNT 용액(10)을 냉각시켜 줄 수 있다.
또는 열교환부(80)는 탱크부(20)와 제1매니폴드부(50)사이에 배치되고, CNT 용액(10)을 설정 온도로 가열한다. 열교환기(80)는 냉각수 외에 온수 또는 스팀도 공급이 가능한 것으로 장착되는 순환되는 CNT 용액(10)을 설정 온도로 가열할 수 있다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 분산 통합 장치는 펌프부(70)를 더 포함한다. 펌프부(70)는 제2매니폴드부(60)에서 토출되는 CNT 용액(10)을 탱크부(20)로 유동되게 한다. 펌프부(70)의 작동에 의해 분산된 CNT 용액(10)이 탱크부(20)로 유동된다. 탱크부(20)로 돌아간 CNT 용액(10)은 상술한 작동을 반복하면서 설정 조건에 맞제 교반 및 분산이 이루어진다.
본 발명에 의하면, CNT 용액이 용액수용부의 나선가이드부에 의해 나선으로 유동되면서 층류로 형성되고, 초음파 진동자부의 초음파 진동에 의해 분산시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 용액수용부의 출구부에 설치되는 원추형 분산부에 의해 CNT 용액의 덩어리부를 풀어줄 수 있다.
또한 본 발명의 의하면, 탄소나노튜브 분산 장치가 복수개로 병렬 배치되어, 탱크부로 CNT 용액을 순환시키면서, CNT 가닥의 손상, CNT 덩어리 분리의 어려움, 전체 용액의 고른 분산의 어려움, 높은 제조 비용, 분산 시간 증대 등의 문제를 해결하고, CNT를 용액에 고루 분산시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 탄소나노튜브 분산 장치 10: CNT 용액
15: 덩어리부 20: 탱크부
30: 제1교반부 31: 제1회전축부
33: 원판부 35: 교반용봉부
37: 제1모터부 40: 제2교반부
41: 제2회전축부 43: 교반팬부
45: 제2모터부 50: 제1매니폴드부
60: 제2매니폴드부 70: 펌프부
71: 펌프팬부 73: 펌프모터부
80: 열교환부 100: 용액수용부
110: 용액수용몸체부 120: 유동관부
120a: 직관부 121: 입구부
123: 출구부 130: 나선가이드부
131: 제1나선가이드부 133: 제2나선가이드부
135: 제3나선가이드부 200: 초음파 진동자부
210: 초음파 진동자몸체부 230: 접촉부
300: 원추형 분산부 310: 원추형 분산몸체부
320: 첨단부

Claims (6)

  1. CNT 용액을 수용하는 탱크부;
    상기 탱크부에 수용되는 상기 CNT 용액을 회전시켜서 상기 CNT 용액을 교반하는 제1교반부;
    상기 제1교반부의 내측을 관통하고, 상기 탱크부에 수용되는 상기 CNT 용액을 회전시켜서 상기 CNT 용액을 교반하는 제2교반부;
    상기 탱크부에 연통되고, 상기 제1교반부 또는 상기 제2교반부에 의해 교반되는 상기 CNT 용액을 공급받는 제1매니폴드부; 및
    상기 제1매니폴드부로부터 상기 CNT 용액을 공급받아 상기 CNT 용액을 분산하는 탄소나노튜브 분산 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분산 통합 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 분산 장치는,
    용액수용몸체부; 상기 용액수용몸체부의 내부에 관통 형성되고, 상기 CNT 용액이 유동되는 유동관부; 및 상기 유동관부의 내벽에 형성되어 상기 CNT 용액이 나선형으로 유동되게 가이드하는 나선가이드부를 포함하는 용액수용부; 및
    상기 용액수용몸체부의 외벽에 장착되고, 상기 CNT 용액에 초음파를 제공하는 초음파 진동자부를 포함하고,
    상기 나선가이드부는 상기 유동관부의 내벽에 적어도 2회 이상 회전 방향이 변경되도록 오른나선형과 왼나선형이 교호되게 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분산 통합 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 분산 장치의 상기 유동관부에 연통되어 상기 CNT 용액을 공급받는 제2매니폴드부를 더 포함하고,
    상기 탄소나노튜브 분산 장치는 상기 제1매니폴드부와 상기 제2매니폴드부 사이에 적어도 하나 이상이 설치되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분산 통합 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 탱크부와 상기 제1매니폴드부사이에 배치되고, 상기 CNT 용액을 설정 온도로 냉각하는 열교환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분산 통합 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 탱크부와 상기 제1매니폴드부 사이에 배치되고, 상기 CNT 용액을 설정 온도로 가열하는 열교환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분산 통합 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2매니폴드부는 상기 탱크부와 연통되고,
    상기 제2매니폴드부에서 토출되는 상기 CNT 용액을 상기 탱크부로 유동되게 하는 펌프부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 분산 통합 장치.
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