KR20220114293A - 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템 및 항균 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자 스핀을 제어하는 스핀트로닉스 기술을 적용하여 다양한 자성체의 자기 성질을 필요에 따라 설정하고, 전기나 자기적 성질을 가지는 물질소재와 항균소재를 조합하여 원하는 대상과 사용자 취향을 반영함으로써 반자성 특징을 가지는 유해 세균, 바이러스, 비말과 같은 유해 물질을 차단하고 항균 성능을 개선하며 사용자 취향에 맞는 맞춤형 항균 조성물을 신속하게 제공할 수 있도록 한 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템 및 항균 조성물에 관한 것으로, 스핀트로닉스 제어 기술을 기반으로 원하는 목적에 맞는 자기장 특성을 가지도록 강자성체, 상자성체, 반자성체 소재의 스핀을 제어하고, 이들을 조합하여 반자성체에 해당하는 바이러스, 세균, 비말 등에 대한 척력을 제공하도록 하되, 가변적인 항균 대상과 항균 조성물 적용 대상에 적합한 특성을 가지는 맞춤형 항균 조성물을 신속하게 구성할 수 있는 효과가 있다. 또한, 자성소재 외에 미량동, 미세전류, 정전기 흡수, 항균 특성 등을 제공하는 도체, 반도체, 부도체 중 적어도 하나를 포함하는 물질소재를 더 선택하여 항균 기능성을 더 부가하거나, 항균, 항박테리아, 항공팡이, 방충, 향기 부가, 냄새 제거에 대한 기능성을 가지는 천연 항균소재나 광물 항균소재를 더 선택하여 항균과 취향 및 폭넓은 활용성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템 및 항균 조성물에 관한 것으로, 전자 스핀을 제어하는 스핀트로닉스 기술을 적용하여 다양한 자성체의 자기 성질을 필요에 따라 설정하고, 전기나 자기적 성질을 가지는 물질소재와 항균소재를 조합하여 원하는 대상과 사용자 취향을 반영함으로써 반자성 특징을 가지는 유해 세균, 바이러스, 비말과 같은 유해 물질을 차단하고 항균 성능을 개선하며 사용자 취향에 맞는 맞춤형 항균 조성물을 신속하게 제공할 수 있도록 한 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템 및 항균 조성물에 관한 것이다.
에볼라, 사스, 신종 플루, 메르스에 이어 코로나 바이러스에 이르기까지 계속하여 반복되며 점차 확산의 정도가 심해지는 감염병, 각종 세균에 따른 질병, 중금속이 함유된 미세먼지와 초미세먼지까지 현대인은 수 많은 미세한 유해 물질에 대한 위협에 노출되어 있다.
그에 따라 각종 항균 제품이나 소재에 대한 관심이 높아지고 있지만 단순히 필터를 통해서 미세한 유해물질의 유입을 차단하거나, 구리 필름이나 항균 특성을 가진다고 알려져 있는 몇몇 소재들을 일부 활용하는 수준에 머물고 있다.
특정 세균에 대한 항균성을 가지는 물질, 미량동 작용에 의해 박테리아나 바이러스를 사멸시키는 물질을 각각 이용하고 있지만, 천연 항균 물질이나 미량동 작용을 유도하는 물질의 경우 살균에 필요한 시간이 오래 걸린다는 문제와 목적으로 하는 정확한 표적 물질들을 효과적으로 차단하기 어렵다는 한계가 있다.
특히, 수 많은 항균과 제균에 대한 기술과 이론들이 난립하고 있으나, 실질적으로 적용되는 것은 이들 중 극히 일부의 단편적인 기술만 활용되고 있어, 다양한 유해 물질들에 효과적으로 대응하기가 어려운 실정이다.
최근 재확산되고 있는 코비드 19의 경우에도 바이러스 변이에 따라 그 특성이 달라지고 있어 이와 같은 표적 물체의 변화에 신속하게 대응하여 효과적으로 표적 물체를 차단, 살균할 수 있는 맞춤식 항균소재나 항균 조성물에 대한 요구는 높지만 이를 효과적으로 해결하기 위한 수단은 제시되지 못하고 있는 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반자성체에 해당하는 바이러스, 세균, 비말 등을 스핀트로닉스 제어 기술을 기반으로 원하는 자성 특성을 가지도록 설정한 강자성, 상자성, 반자성 소재의 조합으로 항균 조성물을 구성함으로써, 자기적 속성을 통해서 항균 및 비말 차단 효과를 얻을 수 있도록 한 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템 및 항균 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 스핀트로닉스 제어 방식으로 전자의 스핀이 설정된 자성체 조합과 더불어 도체, 반도체, 절연체 소재를 목적에 따라 선택 조합하는 것으로 전기적 효과나 항균 특성을 더 부가한 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템 및 항균 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 스핀트로닉스 제어 방식으로 전자의 스핀이 설정된 자성체 조합과 더불어 전기적 특성을 제공하는 압전 세라믹이나 전기석 분말을 적용하여 미세 전류에 따른 살균 효과를 더하고, 바이러스가 인체에 결합할 때 필요한 정전기력을 흡수하도록 함으로써 항균 효과를 더 개선하도록 한 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템 및 항균 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 스핀트로닉스 제어 방식으로 전자의 스핀이 설정된 자성체 조합과 더불어 천연 항균소재나 광물 항균소재를 더 부가함으로써 항균 성능을 개선함과 아울러 맞춤형 항균 조성물을 적용할 용도에 맞추어 입 냄새 제거, 향기 제공, 곰팡이나 박테리아 서식 차단, 곤충 접근 차단을 포함하는 추가 기능을 더 제공할 수 있도록 한 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템 및 항균 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 스핀트로닉스 제어 방식으로 전자의 스핀이 설정된 자성체 조합, 필요에 따라 부가되는 도체, 반도체, 절연체 소재 및 천연이나 광물 항균소재들을 적층, 혼합, 용융, 3D 프린팅, 도포, 코팅 등의 방식을 통해서 적용 대상에 맞추어 제공할 수 있도록 한 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템 및 항균 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템은, 항균 대상 정보를 포함하는 수신된 사용자 요구사항 정보를 기반으로 맞춤 항균 조성물의 조성물 생성 조건을 결정한 후 강자성, 상자성, 반자성을 포함하는 자성소재 중 적어도 하나 이상을 선택하고, 선택된 자성소재에 대한 스핀트로닉스 기반 스핀 제어 정보를 생성하는 맞춤 항균 조성물 구성부와, 맞춤 항균 조성물 구성부로부터 스핀 제어 정보를 수신하여 선택된 자성소재에 스핀 제어 정보에 따른 자기장을 가하여 스핀 방향을 설정하는 스핀 제어부와, 스핀 제어부를 통해 스핀 설정된 자성소재를 상기 맞춤 항균 조성물 구성부로부터 수신한 조성물 생성 조건에 따라 생성하는 조성물 생성부를 포함한다.
일례로서, 자성소재는 주기율표상의 원소, 이들의 합금, 이들의 산화물을 포함하는 자성 재료 중에서 선택되며, 적어도 하나의 강자성 소재와 적어도 하나의 반자성 소재를 포함하여 강자성 소재의 자기장 반대 방향의 전자스핀이 이루어지는 반자성소재가 자기 쌍극자 모멘트의 자기력선을 확장하도록 구성될 수 있다.
일례로서, 맞춤 항균 조성물 구성부는 자성소재 외에 도체, 반도체, 부도체 중 적어도 하나를 포함하는 물질소재를 더 선택하며 선택된 물질소재를 맞춤 항균 조성물의 일부로 결합하기 위한 조성물 생성 조건을 결정할 수 있다.
일례로서, 맞춤 항균 조성물 구성부는 자성소재 외에 선택 가능하도록 미리 준비된 천연 항균소재나 광물 항균소재를 더 선택하며 선택된 항균소재를 맞춤 항균 조성물의 일부로 결합하기 위한 조성물 생성 조건을 결정할 수 있다.
일례로서, 스핀 제어부는 스핀 제어 정보에 따른 전력으로 자기장을 생성하여 해당 자기장 내에 배치된 선택 자성소재의 전자스핀 방향을 설정된 방향으로 전환시킬 수 있다.
일례로서, 맞춤 항균 조성물 구성부는 자성소재 외에 도체, 반도체, 부도체 중 적어도 하나를 포함하는 물질소재를 더 선택하거나, 천연 항균소재나 광물 항균소재를 더 선택할 수 있으며, 조성물 생성부는 스핀 설정된 하나 이상의 자성소재, 물질소재, 천연 항균소재, 광물 소재 중 선택된 일부를 적층, 혼합, 용융, 3D 프린팅, 도포, 코팅 중 적어도 하나의 방식으로 결합 또는 조형하여 맞춤 항균 조성물을 생성할 수 있다.
일례로서, 자성소재 외에 적용되는 소재는 천연 비타민, 카올린나이트클레이, 압전 세라믹, 백수정, 전기석, 계면활성제, 포비돈, 칼륨, 규조토, 아로마 오일 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일례로서, 맞춤 항균 조성물 구성부는 자성소재 외에 도체, 반도체, 부도체 중 적어도 하나를 포함하는 물질소재를 더 선택하되, 압전 세라믹이나 전기석 중 적어도 하나를 물질소재로서 포함하여 미세 전류 발생 및 정전기력 제거 기능을 적용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스핀트로닉스 기반 맞춤형 항균 조성물은, 항균 특성을 가지는 것으로 알려져 있는 항균 조성물 재료들 중 사용자 요구사항에 따라 선택된 재료와, 강자성, 상자성, 반자성을 포함하는 자성소재 중 선택된 하나 이상의 자성소재에 스핀트로닉스 기반 스핀 제어 정보에 따라 생성된 자기장을 가하여 마련한 하나 이상의 스핀 설정된 자성소재를 포함하는 항균 조성물 재료들을 사용자 요구사항에 따라 미리 설정된 항균 조성물 형상으로 적층, 혼합, 용융, 3D 프린팅, 도포, 코팅 중 적어도 하나의 방식으로 결합 또는 조형한 것이다.
일례로서, 선택된 자성소재는 주기율표상의 원소, 이들의 합금, 이들의 산화물을 포함하는 자성 재료 중에서 선택되며, 적어도 하나의 강자성체 소재와 적어도 하나의 반자성체 소재를 포함하여 강자성체 소재의 자기장 반대 방향의 전자스핀이 이루어지는 반자성체 소재가 자기 쌍극자 모멘트의 자기력선을 확장하도록 구성될 수 있다.
일례로서, 항균 조성물 재료는 자성소재 외에 도체, 반도체, 부도체 중 적어도 하나를 포함하는 물질소재를 더 포함하되, 압전 세라믹이나 전기석 중 적어도 하나를 물질소재로서 포함하여 미세 전류 발생 및 정전기력 제거 기능을 적용할 수 있다.
일례로서, 항균 조성물 재료는 자성소재 외에 천연 비타민, 카올린나이트클레이, 압전 세라믹, 백수정, 전기석, 계면활성제, 포비돈, 칼륨, 규조토, 아로마 오일 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일례로서, 항균 조성물 재료는 반자성 특성을 가지는 유해물질에 척력을 제공하는 자기장 생성을 위해 강자성, 상자성, 반자성을 포함하는 자성소재 중 선택되어 스핀 설정된 강자성과 반자성을 포함하는 복수의 자성소재와, 유해물질에 미량동, 미세전류, 정전기 흡수, 항균 특성 제공을 위해 도체, 반도체, 부도체 중 적어도 하나를 포함하는 물질소재를 포함할 수 있다.
일례로서, 항균 조성물 재료는 항균, 항박테리아, 항공팡이, 방충, 향기 부가, 냄새 제거에 대한 기능성을 가지는 천연 항균소재나 광물 항균소재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템 및 항균 조성물은 스핀트로닉스 제어 기술을 기반으로 원하는 목적에 맞는 자기장 특성을 가지도록 강자성, 상자성, 반자성 소재의 스핀을 제어하고, 이들을 조합하여 반자성체에 해당하는 바이러스, 세균, 비말 등에 대한 척력을 제공하도록 함으로써 가변적인 항균 대상과 항균 조성물 적용 대상에 적합한 특성을 가지는 맞춤형 항균 조성물을 신속하게 구성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 스핀 제어된 자성소재를 구성하되, 강자성 소재와 반자성 소재를 결합하여 반자성 소재가 자기 쌍극자 모멘트의 자기력선을 확장하도록 함으로써 유해성 반자성체에 적절한 척력을 제공할 수 있도록 하는 효과가 있다.
나아가, 자성소재 외에 미량동 공급, 미세전류 발생, 정전기 흡수, 항균 특성 등을 제공하는 도체, 반도체, 부도체 중 적어도 하나를 포함하는 물질소재를 더 선택하여 항균 기능성을 더 부가하거나, 항균, 항박테리아, 항공팡이, 방충, 향기 부가, 냄새 제거에 대한 기능성을 가지는 천연 항균소재나 광물 항균소재를 더 선택할 수 있도록 함으로써 항균과 취향 및 폭넓은 활용성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
그 외에, 물질소재로서 압전 세라믹이나 전기석 중 적어도 하나를 포함하여 미세 전류 발생 및 정전기력 제거 기능을 적용함으로써 항균, 항바이러스 성능을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 스핀트로닉스 제어 방식으로 전자의 스핀이 설정된 자성체 조합, 필요에 따라 부가되는 도체, 반도체, 절연체 소재 및 천연이나 광물 항균소재들을 적층, 혼합, 용융, 3D 프린팅, 도포, 코팅 등의 방식을 통해서 사용자의 요구사항 및 적용 대상에 맞추어 신속하게 제공할 수 있어 급변하는 환경 변화와 개인의 취향에 대응할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 자력 발생을 설명하기 위한 전자의 궤도 운동 개념도.
도 2는 자력 발생을 설명하기 위한 전자의 스핀 운동 개념도.
도 3은 스핀트로닉스 제어를 통해 설정되는 전자의 업스핀과 다운스핀의 개념도.
도 4는 강자성, 상자성, 반자성 소재의 특성을 설명하기 위한 개념도.
도 5는 반자성체의 특징을 설명하기 위한 개념도.
도 6은 본 발명의 실시예에서 선택 가능한 주기율표상의 자성소재 특징을 보인 원소표.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물 제공 시스템의 구성을 보인 구성도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물 구성부를 보인 기능 블록도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물의 구성예.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물 중 미세전류 발생이나 정전기 제전 기능을 부가하기 위한 구성의 개념도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물의 기능을 설명하기 위한 개념도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물 제공 과정을 보인 순서도.
도 2는 자력 발생을 설명하기 위한 전자의 스핀 운동 개념도.
도 3은 스핀트로닉스 제어를 통해 설정되는 전자의 업스핀과 다운스핀의 개념도.
도 4는 강자성, 상자성, 반자성 소재의 특성을 설명하기 위한 개념도.
도 5는 반자성체의 특징을 설명하기 위한 개념도.
도 6은 본 발명의 실시예에서 선택 가능한 주기율표상의 자성소재 특징을 보인 원소표.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물 제공 시스템의 구성을 보인 구성도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물 구성부를 보인 기능 블록도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물의 구성예.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물 중 미세전류 발생이나 정전기 제전 기능을 부가하기 위한 구성의 개념도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물의 기능을 설명하기 위한 개념도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물 제공 과정을 보인 순서도.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
본 발명은 다양한 종류의 유해성 유기물인 바이러스와 세균, 감염 수단이 되는 비말 등을 효과적으로 차단하기 위한 수단으로서, 이러한 유해 물질이 반자성을 가진다는 점에 착안하여 자기장 영역에 침입하는 반자성체가 척력에 의해 멀어지는 효과를 적극적으로 활용하기 위한 구성, 미량동, 미세전류, 제전 특성을 가지는 물질소재를 부가하여 원하는 대상에 대한 적절한 항균 특성을 개선하기 위한 구성 및 입 냄새 제거, 향기 제공, 곰팡이나 박테리아 서식 차단, 곤충 접근 차단을 포함하는 천연 및 광물 항균 재료를 사용자 취향에 맞추어 부가하는 구성을 적용하되, 이들을 사용자 요구에 따라 최적 상태로 조합하여 제공함으로써 용도에 적합한 뛰어난 항균 조성물을 신속하게 맞춤식으로 제공할 수 있도록 하는 것이다. 특히, 다양한 변이나 환경 변화에 따른 차단 대상의 변경에 신속하게 대응하고, 마스크, 필터, 접촉부 커버 등 다양하게 확대되어 가는 용도에 맞춘 항균 조성물을 신속하게 제공함으로써 감염병 확산을 방지하여 개인 및 공중보건에 기여할 수 있도록 한 것이다.
먼저, 맞춤형 항균 조성물의 핵심 구성이 되는 스핀트로닉스 기술을 적용한 자성소재에 관하여 설명한 후, 추가적으로 적용될 수 있는 물질소재를 설명하고, 각종 취향과 부가 기능 적용을 위한 천연 및 광물 항균소재의 부가에 대해서 설명한다.
도 1 내지 6은 본 발명의 실시예에 따른 스핀트로닉스 제어 기술을 적용한 자성소재의 항균 원리와 본 발명의 실시예에 따른 자성소재의 특징을 설명하기 위한 것이다.
도 1은 자력 발생을 설명하기 위한 전자의 궤도 운동 개념도이고, 도 2는 자력 발생을 설명하기 위한 전자의 스핀 운동 개념도이다.
도시된 바와 같이 원자핵 둘레를 도는 전자의 궤도 운동에 따라 전자의 회전 방향과 반대 방향으로 전류가 발생하고 그에 따라 자기장이 발생하며, 전자가 자신의 회전축을 기준으로 자전하는 스핀에 의해 자기장이 발생한다.
도 1의 경우와 같이 전자가 원자핵 둘레를 시계반대 방향으로 회전하면 전류는 시계방향으로 흐르게 되고, 앙페르 법칙에 따라 자기장의 방향은 전자의 궤도면에서 수직 아래 방향이 된다.
도 2의 경우 전자의 스핀 방향이 시계 반대 방향일 때 전류는 시계방향으로 흐르므로 자기장의 방향은 아래가 되고(다운 스핀), 스핀 방향이 시계 방향일 때 전류는 시계 반대 방향으로 흐르므로 자기장 방향은 위가 된다(업스핀).
대부분의 물질에서 전자들의 궤도 운동과 전자들의 스핀 운동에 의한 자기장은 매우 작고, 물질을 이루는 복수의 전자들이 서로 반대 방향으로 궤도 운동을 하거나 서로 반대 방향의 스핀을 가지는 전자들이 짝을 이루게 되어 생성되는 자기장이 상쇄된다. 물질을 이루는 원자 내에 짝을 이루지 않는 전자들이 있으면 강자성이나 상자성이 나타나며, 물질의 종류에 따라 반자성이 나타나기도 한다.
도 3은 스핀트로닉스 제어를 통해 전자의 스핀 방향을 설정하는 방법을 보인 개념도이다.
스핀트로닉스는 전자의 자전 스핀 현상을 이용한 전자공학으로서, 스핀과 일렉트로닉스가 결합된 것으로, 전자가 서로 다른 방향으로 회전하는 것을 0과 1의 디지털 신호로 인지하여 정보를 기억하도록 제어하는 기술이다. 즉, 전자의 전하뿐 아니라 업스핀·다운스핀과 같은 형태로 스핀 정보를 이용해 전자를 구분함으로써 전자의 이동을 제어하는 새로운 개념의 전자공학이다.
이러한 스핀트로닉스 기반 제어는 자기장을 이용해 전자 스핀 방향을 위와 아래로, 즉 업스핀 전자와 다운스핀 전자로 구분해 전자의 이동을 제어함으로써 각종 정보를 처리할 수 있다. 1980년대 말에 이미 초보적인 단계의 기술이 완성되었고, 현재에는 다양한 메모리와 정보 처리, 양자 컴퓨팅에 적용되고 있다.
하지만, 이러한 스핀트로닉스 기술 분야는 스핀 메모리, 스핀 트랜지스터, 스핀 광메모리, 양자 컴퓨터 등과 같은 정보처리 기능에 집중하고 있을 뿐, 이를 정밀한 자계 형성 자체를 위한 용도로 활용하고 있지는 않다.
이와 같은 스핀트로닉스 기술에서, 복수의 소재들이 혼합된 다중구조 입자의스핀 자기 모멘트와 스핀 궤도 상호작용은 입자의 결정 크기, 패킹 밀도, 입자의 구성 및 이들 사이의 자기 터널링 현상과 같은 복수의 매개 변수에 따라 달라진다. 이와 같은 다중구조 결합에서 자기 모멘트는 입자의 유효 자기 모멘트 벡터의 합이 된다.
다양한 다중구조 입자에서 자기 모멘트는 자기장에 의존하며, 외부 자기장 제어를 통해서 다중 구조 입자에 대해서 원하는 자기 모멘트를 제공하도록 구성할 수 있다.
결국, 자성체에 스핀트로닉스 제어 방식으로 활성화되는 자기장을 가하면 원하는 자계를 제공하도록 자성체 전자 스핀 방향을 제어할 수 있게 되며, 그에 따라 원하는 수준의 자계(자기장)를 가지는 자성체 소재를 마련할 수 있게 된다.
한편, 코로나 바이러스를 포함하는 대부분의 바이러스와 세균, 이들을 운반하는 비말은 반자성체(Diamagnetism)로서, 반자성체는 외부 자기장이 작용하면 그 에너지를 상쇄하는 반대 방향으로 자화된다.
따라서, 이러한 반자성체는 외부 자계에 노출될 경우 반자성 특성에 의해 척력이 발생하므로 적절한 자성체를 선정한 후 효과적으로 자기장을 설정할 경우 반자성 특성을 가지는 유해 물질을 밀어낼 수 있게 된다.
도 4는 강자성, 상자성, 반자성 소재의 특성을 설명하기 위한 개념도이다. 강자성 소재는 외부 자계를 가했을 때 물질 내부의 원자 자석들이 외부 자기장 방향으로 강하게 자화되어 외부 자기장을 제거해도 자석의 효과가 오래 유지되는 것으로, Fe, Co, Ni이 대표적이다. 조금 더 범위를 확장하면, 강자성 소재는 실질적으로는 Fe, Ni, Co, Gd, Tb, Dy 및 이들의 합금(퍼멀로이 포함), 페라이트계 재료(Fe, Ni, Co 산화물), Cr, Mn, Nd, Sm, Eu 등 전이 원소를 포함한다.
상자성 소재는 외부 자기장에 의해 물질 내부 원자 자석들이 외부 자기장 방향으로 약하게 자기화되었다가 외부 자기장이 제거되면 자석의 효과가 즉시 사라지는 것으로서, 대표적으로 Al, Mg, W(텅스텐)이 있고, Pt, Rh, Pd 외에 la족(Li, Na, K 등)이 포함된다.
반자성 소재는 외부 자기장을 가했을 때 물질 내부 원자 자석들이 외부 자기장 방향과 반대 방향으로 자화되어 자석에 붙지 않거나 약한 척력이 발생되는 것으로, 대표적으로 Cu, Ag, Au, He, Ne, Si, S, Te, N 등이 있으며, 유리, 플라스틱, 물 등도 이들의 반자성 특성이 널리 알려져 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 강자성체(도4c)는 외부 자기장에 의해 강하게 자화되고, 상자성체(도 4b)는 외부 자기장에 의해 약하게 자화되었다가 자기장을 제거하면 자력이 없어지며, 반자성체(도 4a)는 외부 자기장에 의해 자기장 반대 방향으로 자화되고, 자기장을 제거하면 자력이 없어진다.
한편, 이러한 자성체의 자기력은 전자의 자기 모멘트 때문으로 스핀 상태를 자기장 유도 방식을 통해 측정할 수 있고, 자기장을 가하여 변형할 수 있다.
한편, 자성체의 자기력은 터널링 효과를 통해서 여러 입자들이 혼입되거나 절연층이 구성되어 있다고 하더라도 강자성체의 스핀 편극된 전자는 절연층이나 인접 입자들을 통과할 수 있으므로 맞춤형 항균 조성물에 스핀 편극된 자성소재들을 재료로 사용하면 원하는 자기장 영역을 구성할 수 있게 된다.
도 5는 반자성체의 특징을 설명하기 위한 개념도이다. 도시된 바와 같이 반자성체는 외부 자기장이 가해지는 경우 해당 자기장의 극성과 반대로 자화되어 해당 외부 자기장에서 멀어지는 방향으로 척력이 발생한다.
반자성은 외부 자기장이 작용하면 폐전류를 관통하는 자기력선속의 증가를 상쇄 및 반대하도록 유도 기전력이 발생되는 물리적인 현상으로서, 전류의 세기는 약해지고 전자스핀 자석의 자기 모멘트도 외부 자기장에 대해서 변화를 싫어하는 반대 방향쪽으로 저항 상쇄되어 자화된다.
따라서, 이러한 반자성 소재를 강자성 소재와 함께 적용할 경우 스핀트로닉스 제어에 따라 스핀 편극된 강자성 소재의 자계에 의해 반자성 소재는 강자성 소재 자계의 반대 방향의 전자스핀이 이루어지며, 그에 따라 반자성 소재가 자기 쌍극자 모멘트의 자기력선을 확장하는 역할을 하게 된다.
한편, 반자성 특징은 본 발명의 실시예에 따른 스핀 편극된 자성 재료를 활용한 맞춤형 항균 조성물이 유해 물질을 차단하는 이론적 배경이 된다.
반자성은 모든 물질에 작용하는 양자역학적 현상으로서, 전이 금속이 아닌 금속(Cu, C, Au, Ag, Pb 등)과 대부분의 유기물(바이러스, 세균 등), 불활성 기체, 물(H2O)이 반자성 물질에 해당한다.
반자성은 매우 일반적인 물리현상으로서 외부 에너지를 상쇄하는 약한 반발력이다. 이는 외부 자기장에 반대되는 자기장을 형성하고 밀어내는 현상을 보이며, 간단하게는 자석을 물방울에 인접시킬 때 물방울이 반대 방향으로 이동하는 것을 통해 확인할 수 있다.
반자성의 자기 투자율은 1보다 작거나 같고, 자화율은 0 이하로서, 자기장의 유도된 형태이며 자기 모멘트는 인가된 자기장에 비례한다.
다만, 이러한 유해 물질의 반자성 척력 효과만을 높이기 위해서 강하게 자화된 강자성체만 맞춤형 항균 조성물에 적용할 경우 철분이 포함된 먼지를 흡착하는 등의 의도하지 않은 문제가 발생할 수 있으므로, 극미세한 무게와 크기를 가지는 바이러스(약 10-16g, 100nm), 미세한 비말, 불활성 기체 등을 대상으로 할 경우 해당 수준에 적절한 자기장을 원하는 목표 범위로 구성해야 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 선택 가능한 주기율표상의 자성소재 특징을 보인 원소 표를 보인 것이다. 도시된 바와 같이 기존 원소의 경우도 강자성, 상자성, 반자성 물질들이 포함되어 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 맞춤형 항균 조성물 제조 시 이러한 원소들 중 적어도 일부를 자성 재료로 활용할 수 있으며, 이들의 합금, 산화물 등을 이용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물 제공 시스템의 구성을 보인 구성도이다.
도시된 바와 같이, 맞춤형 항균 조성물을 제공하기 위하여 사용자로부터 다양한 요구사항 정보를 수신한다. 이러한 요구사항 정보는 관리자 단말을 통해서 입력될 수 있으며, 사용자 단말을 통해 입력된 정보를 다양한 통신 수단을 통해서 원격 수신할 수도 있다.
이러한 요구사항 정보에는 사용자의 인적 정보(나이, 성별, 거주지 등)나 취향 정보(향기, 부가 기능, 방충, 항산화, 색상, 촉감 등)와 같은 해당 맞춤형 항균 조성물을 사용할 사용자에 대한 사용자 정보와, 해당 맞춤형 항균 조성물을 통해서 차단하거나 제균하기 위한 대상(코로나 바이러스, 감기 바이러스, 세균, 비말 등)에 대한 대상 정보와, 해당 맞춤형 항균 조성물을 이용할 용도(마스크 필터, 마스크 부착 구성물, 접촉부 항균 커버, 스티커, 벽지, 마감재, 내장재 등)에 따른 재질과 특성(통기성, 두께, 연성, 가공성 등) 및 형상에 대한 용도 정보를 포함할 수 있다. 물론, 이러한 기본적인 요구사항 정보 외에 좀 더 구체적인 수율, 가격, 포장 타입 등의 정보가 더 포함될 수도 있다.
이러한 요구사항 정보를 수신하여 맞춤형 항균 조성물을 제공하는 맞춤형 항균 조성물 제공 시스템은 도시된 바와 같이 항균 대상 정보를 포함하는 수신된 사용자 요구사항 정보를 기반으로 맞춤 항균 조성물의 조성물 생성 조건을 결정한 후 강자성, 상자성, 반자성을 포함하는 자성소재 중 적어도 하나 이상을 선택하고, 선택된 자성소재에 대한 스핀트로닉스 기반 스핀 제어 정보를 생성하는 맞춤 항균 조성물 구성부(100)와, 맞춤 항균 조성물 구성부(100)로부터 스핀 제어 정보를 수신하여 선택된 자성소재에 스핀 제어 정보에 따른 자기장을 가하여 스핀 방향을 설정하는 스핀 제어부(200)와, 스핀 제어부(200)를 통해 스핀 설정된 자성소재를 맞춤 항균 조성물 구성부(100)로부터 수신한 조성물 생성 조건에 따라 생성하는 조성물 생성부(300)를 포함한다.
도시된 맞춤 항균 조성물 구성부(100)는 맞춤 항균 조성물을 생성하기 위한 재료를 구성할 소재들에 대한 정보를 포함하는 소재 데이터베이스(190)와 연동할 수 있는데, 필요한 경우 해당 데이터베이스(190)를 내부에 구비할 수도 있다.
이러한 맞춤 항균 조성물 구성부(100)는 요구사항 정보를 데이터로서 수신하여 요구사항에 맞는 적절한 자성소재를 선택하고 해당 자성소재에 대한 스핀 편극 제어를 위한 스핀트로닉스 기반 제어 정보를 생성하며, 다양한 선택 소재들을 원하는 목표에 맞추어 조성하도록 하는 구체적인 제어 정보나 적어도 해당 조성을 위한 필요 정보를 산출할 수 있는데, 이를 위해서 맞춤 항균 조성물 구성부(100)는 요구사항을 분석하고 소재를 선택하며 스핀 제어 정보를 생성하기 위한 다양한 알고리즘이 동작하는 제어부 구성을 가질 수 있다.
이러한 제어부는 단말이나 서버 구성 및 소프트웨어 구성을 가질 수 있다. 예컨대 개인용 컴퓨터, 서버, 웹서버, 클라우드 서버 등의 구성을 가질 수 있으며, 소프트웨어적으로는 C, C++, C#, Java, Visual Basic, Visual C, 파이선, 자바 스크립트, PHP, 펄, GO, Swift, Ruby 등과 같은 언어를 통하여 구현되는 프로그램 모듈(Module)을 포함할 수 있다.
스핀 제어부(200)는 맞춤 항균 조성물 구성부(100)와 통신하기 위한 통신부, 수신된 스핀트로닉스 기반 제어 정보에 따라 선택된 자성소재 각각, 이들의 조합 혹은 항균 조성물을 대상으로 원하는 유효 자기 모멘트를 얻기 위한 자기장(자계)을 가하는 자력 발생 장치를 포함할 수 있다. 이러한 자력 발생 장치는 스핀 제어 정보에 따른 전력으로 자기장을 생성하여 해당 자기장 내에 배치된 선택 자성소재의 전자 스핀 방향을 설정된 방향으로 전환시킬 수 있다.
조성물 생성부(300)는 선택된 소재들을 목표에 맞추어 적층, 혼합, 용융, 3D 프린팅, 도포, 코팅 중 적어도 하나를 수행하기 위한 공정 장비를 포함할 수 있다. 다만, 이러한 복수의 공정 장비와 소재 전처리 구성을 포괄하기 어려운 경우, 해당 시스템에 구성된 조성물 생성부(300)는 적어도 이러한 공정 진행을 위한 정보를 정리하여 출력하는 출력부를 포함할 수 있다. 해당 출력부의 공정 진행도를 참조하여 선택되어 전처리된 소재들을 직접 혹은 위탁하여 복수 공정을 통해 가공함으로써 최종 맞춤형 항균 조성물을 제공할 수 있도록 한다.
맞춤 항균 조성물 구성부(100)는 기본적으로 자성소재를 선택하여 스핀 제어하는 구성을 포함하고 있지만, 항균 성능을 높이기 위하여 자성소재 외에 도체, 반도체, 부도체 중 적어도 하나를 포함하는 물질소재를 더 선택하며 선택된 물질소재를 맞춤 항균 조성물의 조성물로 결합하기 위한 조성물 생성 조건을 결정하도록 하는 구성을 포함할 수 있고, 미리 준비된 천연 항균소재나 광물 항균소재를 더 선택하며 선택된 항균소재를 맞춤 항균 조성물의 조성물로 결합하기 위한 조성물 생성 조건을 결정할 수 있다.
나아가, 맞춤 항균 조성물 구성부(100)에서 선택하는 자성소재는 주기율표상의 원소, 이들의 합금, 이들의 산화물을 포함하는 자성 재료 중에서 선택되며, 적어도 하나의 강자성 소재와 적어도 하나의 반자성 소재를 포함하여 상기 강자성 소재의 자기장 반대 방향의 전자스핀이 이루어지는 상기 반자성 소재가 자기 쌍극자 모멘트의 자기력선을 확장하도록 구성될 수 있다.
이러한 구성을 통해서 맞춤 대상에 대해 효과적인 자기장을 넓게 형성할 수 있다.
도 8은 맞춤 항균 조성물 구성부(100)의 기능 블록을 보인 구성도로서, 도시된 바와 같이 사용자 요구사항에 따라 사용자 정보와 대상 정보를 분석하여 용도에 맞는 재질과 특성 및 형상을 결정한 후, 그에 맞는 소재 조합을 구성하는 요구사항 분석부(100)와, 소재 데이터베이스(190)의 자성소재 데이터베이스로부터 강자성, 상자성, 반자성 소재 중 요구사항 분석부(100)의 분석 결과에 따른 적합 소재를 하나 이상 선택하는 자성소재 선택부(120)와, 요구사항 분석부(100)의 분석 결과에 따라 추가 기능 제공을 위해 소재 데이터베이스(190)의 물질소재 데이터베이스로부터 도체, 반도체, 부도체 중 적절한 물질소재를 선택하는 물질소재 선택부(130)와, 요구사항 분석부(100)의 분석 결과에 따라 취향과 추가 기능 제공을 위해 소재 데이터베이스(190)의 항균소재 데이터베이스로부터 천연 및 광물 항균소재에서 적절한 항균소재를 선택하는 항균소재 선택부(140)와, 자성소재 선택부(120)에서 선택한 자성소재 각각이나 이들의 조합 혹은 물질소재 선택부(130) 및 항균소재 선택부(140)에서 선택된 소재의 조합을 대상으로 목표 자기장 형성을 위한 스핀트로닉스 기반 제어 정보(스핀 제어부(200)에 구성된 자력 발생 장치를 제어하기 위한 설정 및 제어 정보)를 생성하는 스핀 정보 생성부(150)와, 조성물 생성부(130)를 통해 선택 재료들을 가공하기 위한 공정 진행도 정보나 해당 재료들을 적층, 혼합, 용융, 3D 프린팅, 도포, 코팅 중 적어도 하나의 방식으로 결합 또는 조형하기 위한 공정 제어 정보를 생성하는 조성 정보 생성부(160)를 포함할 수 있다.
이와 같은 방식으로 생성되는 맞춤형 항균 조성물은 도 9에 도시된 바와 같이, 복수 소재들이 혼합/용융/소결되어 배열된 구성(도 9a), 복수 소재들이 소정의 형상으로 혼합 조형된 구성(도 9b), 복수 소재들 각각이 적층되거나 복수 소재들이 혼합/코팅/도포/용융된 시트가 적층된 적층 구성(도 9c), 복수 소재들이 시트에 각각 적용(코팅, 도포, 3D 프린팅)된 조합 구성(도시된 스트립이 아닌 도트형이나 패턴형 등도 가능)(도 9d)일 수 있다. 이들은 롤 형태로 제공되거나, 가공 소재 형태로 제공되거나 혹은 반제품/완제품 형태(마스크, 마스크용 필터, 스티커, 내장재, 외장재, 항균 필름, 커버 등)로 제공될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 물질소재 선택부(130)는 미세 전류를 발생시키며 정전기를 제전(제거)하는 압전 세라믹이나 전기석을 포함할 수 있으며, 이러한 미세 전류를 전달하기 위한 도체 소재를 더 적용할 수 있다.
여기서 선택되는 물질소재로서의 도체는 자성소재로서의 기능이 아닌 미세 전류를 확산시키기 위한 용도일 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물 중 미세전류 발생이나 정전기 제전 기능을 부가하기 위한 구성의 개념도로서, 도시된 바와 같이 선택된 다른 맞춤형 항균 조성물 재료(501) 사이나 표면에 압전 세라믹이나 전기석과 같이 미세 전류를 발생시키는 물질소재(502)를 적용할 수 있다. 물론, 도시된 적층형이 아닌 혼합 방식으로도 적용될 수 있다. 예컨대 압전 세라믹의 경우 복수 소재들을 조합하기 위한 훌륭한 중간 소재로서, 다양한 선택 소재들에 의해 입자의 비대칭성이 발생하더라도 전자스핀 궤도 상호작용에 의한 융합 입자들의 비대칭성은 스핀 분할 및 스핀 분극을 유도하여 더욱 압전성을 높일 수 있는 구성이 가능하고, 여러 입자들을 분산시켜 고용화하는데 필요한 용매와 용질의 고용체로서의 역할을 수행할 수 있다.
이와 같은 압전 세라믹(예컨대 티탄산염 기반 미세 파우더)은 외부의 미세한 물리적 압력이 가해지면 분극 현상으로 터널링 효과와 함께 수직적인 전류가 발생하며, 반대로 외부의 전류에 의해 물리적 진동을 발생시키면서 해당 전류를 제거한다.
미세 전류는 바이러스와 세균을 제균하는데 탁월한 효과가 있고, 이러한 세균의 제균에 의해 상처 회복에 도움을 주는 것으로 알려져 있다. 따라서, 마찰력에 의한 미세전류로 세균을 제균하는 미세전류 반창고 등이 개발되어 그 효과가 입증되고 있다.
이와 같은 압전 세라믹을 맞춤 항균 조성물에 적용할 경우 그 용도에 따른 물리적 압력(마스크의 호흡, 접촉 구성의 터치 압력, 공기 유동, 다양한 진동 등)에 의해 발생되는 미세 전류가 인접한 세균이나 바이러스를 살균하게 된다.
한편, 바이러스의 경우 10-16eV 수준의 미약한 정전기에 의해 인체에 결합하게 되는데, 이러한 정전기가 없을 경우 인체와 결합할 수 없어 감염력이 상실되고 사멸되게 된다.
압전 세라믹은 다양한 전기력을 물리 운동으로 제거하기 때문에 정전기 제전 용도로도 사용되고 있어, 이러한 압전 세라믹을 통해서 바이러스의 정전기를 제거하여 바이러스의 감염력을 제거한 후 사멸시킬 수 있게 된다. 물론, 이러한 기능을 더욱 확장하기 위하여 도체 구성을 부가할 경우 바이러스의 미약한 정전기를 더 효괴적으로 제거할 수 있다.
이러한 압전 세라믹 외에도 전기석(토르마린)을 적용할 수 있다. 이러한 전기석은 광물 중 유일하게 전기 분극의 특성을 띄며 비대칭 쌍극자를 가진 유극성 자성 광물질로서, 외부 마찰이나 열에 의해서 생체 전류와 같은 미세한 전류가 발생한다. 즉, 이러한 전기석 역시 압전기와 열전기를 띄는 붕소규산염 광물로서 이를 적용할 경우 미세 전류에 의한 살균 효과와 더불어 바이러스의 미세한 정전기를 제거할 수 있다.
따라서, 스핀 제어되어 반자성 유해물질을 밀어내는 자성체 소재와, 바이러스나 세균을 살균하고 정전기력을 제거하여 감염성을 상실하게 하는 물질소재를 적절하게 조합할 경우 원하는 대상과 용도에 적합한 맞춤형 항균 조성물을 제공할 수 있게 된다.
그 외에, 사용자의 취향(향기, 부가 기능, 방충, 항산화)을 반영하기 위하여 입 냄새 제거, 향기 제공, 항산화 기능 제공, 곰팡이나 박테리아 서식 차단, 곤충 접근 차단 등을 위한 항균소재를 더 적용할 수 있다. 천연 소재나 광물 소재 중에서 항균이나 방충 기능, 향기나 항산화 등의 기능이 있다고 알려져 있는 비타민(브로콜리, 황칠나무, 솔잎, 피톤치드, 감귤, 합성 등), 요오드(다시마 분말), 포비돈, 카올린나이트클레이, 백수정, 계면활성제, 규조토, 칼륨, 아로마 오일(유칼립투스, 티트리, 레몬, 레몬글라스, 타임 등) 등이 항균소재로 선택될 수 있다. 이를 통해서 항균, 항박테리아, 항공팡이, 방충, 향기 부가, 냄새 제거에 대한 기능성을 더 제공할 수 있으며 항산화 등의 미용적 효과도 부가할 수 있다.
따라서, 조성물 생성부(300)는 스핀 설정된 하나 이상의 자성소재, 물질소재, 천연 항균소재, 광물 항균소재 중 선택된 일부를 적층, 혼합, 용융, 3D 프린팅, 도포, 코팅 중 적어도 하나의 방식으로 결합 또는 조형하여 맞춤 항균 조성물을 생성할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물의 기능을 설명하기 위한 개념도이다.
도시된 바와 같이 스핀 설정된 자성체 조합(바람직하게는 강자성체와 반자성체 소재 포함)과 물질소재 및 항균소재가 혼합 구성된 맞춤형 항균 조성물(500)은 스핀트로닉스 제어에 의해 적절한 자기장이 구성된 자성체 조합에 의해 반자성체에 해당하는 물과 바이러스, 세균 등의 유해 유기물, 불활성 유해 기체가 접근할 경우 반자성 척력에 의해 밀려나게 된다.
만일, 일부 유해 물질이 접근하더라도 물질소재 구성 중 도체 구성이나 미세 전류 발생/제전을 위한 압전 세라믹/전기석 등이 구성된 경우 적극적으로 살균되며, 바이러스의 경우 정전기력을 상실하게 되어 전염력을 잃고 사멸하게 된다.
반면에, 통기성 구성 등을 적용할 경우 자기장 설정에 따라 2개의 홀 전자가 존재하는 산소에 대해서는 인력이 작용(상자기성 물질)하여 마스크 등에 적용할 경우 호흡 유지에 도움이 될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 조합 구성들 중 일부를 다음과 같이 예시한다.
(1) 반자성(Cu) + 강자성(퍼멀로이) + 반자성(Zn)
위 구성의 경우 Cu에 의한 미량동 효과를 기대할 수 있고, 도전체 구성에 의해 바이러스의 정전기력 제거 기능도 기대할 수 있으면서, 스핀트로닉스 제어에 의해 강자성체의 자기장을 넓게 확장할 수 있다.
이러한 구성에 추가적으로 물질소재나 항균소재를 더 부가할 수 있다.
(2) 강자성(자성 분말(Cu-Fe-B-Si-Nb))+상자성(압전 세라믹)+반자성(Ag)
위 구성의 경우 스핀트로닉스 제어에 의해 스핀 설정된 강자성체의 자기장은 터널 효과를 통해 상자성체를 투과하여 제공될 수 있으며, 압전 세라믹은 미세 전류를 발생시키고 정전기력을 제거하며, Ag는 미세 전류를 확산시키고 반자성 특성에 의해 강자성의 자기장을 넓게 확장하며, 정전기력을 제거하고 항균 효과도 제공한다. 이와 같은 자성소재 구성 외에 추가적으로 다른 종류의 물질소재나 항균소재를 더 적용할 수 있다.
(3) 강자성(페라이트) + 상자성(전기석) + 반자성(Cu)
위 구성의 경우 스핀트로닉스 제어에 의해 스핀 설정된 강자성체의 자기장은 터널 효과를 통해 상자성체를 투과하여 제공될 수 있으며, 전기석은 미세 전류를 발생시키고 정전기력을 제거하며, Cu는 미세 전류를 확산시키고 반자성 특성에 의해 강자성의 자기장을 넓게 확장하며, 정전기력을 제거하고 미량동에 의한 항균 효과도 제공한다. 이와 같은 자성소재 구성 외에 추가적으로 다른 종류의 물질소재나 항균소재를 더 적용할 수 있다.
(4) 강자성(퍼멀로이) + 상자성(Mg) + 반자성(Cu) + 천연/광물 항균소재(비타민 + 카올린나이트클레이)
위 구성의 경우 스핀트로닉스 제어에 의해 스핀 설정된 강자성체의 자기장은 터널 효과를 통해 상자성체를 투과하여 제공될 수 있으며, 마그네슘은 상온에서 높은 스핀 열진동으로 약하게 자화되는 특성이 있어 소재에 가해지는 호흡/체온 등에 의해 발생되는 열에 의해 약하게 자화되어 자기장을 발생시킨다. Cu는 도체로서 정전기를 확산시켜 제거하며 미량동에 의한 항균 효과를 제공하고, 강자성체 및 마그네슘의 자기장을 넓게 확장한다. 비타민과 카올린나이트클레이는 항균, 미용의 기능을 가진 것으로 이를 통해 사용자 취향을 만족시킬 수 있다.
이와 같이 자성소재 중에서 강자성 소재와 반자성 소재를 선택한 후 스핀트로닉스 제어를 통해 원하는 수준의 자기장을 형성하도록 하고, 물질소재와 천연 항균소재를 필요에 따라 결합하는 것으로 다양한 항균 기능을 복합적으로 활용할 수 있게 된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 맞춤 항균 조성물 제공 과정을 보인 순서도이다.
도시된 바와 같이 용도와 대상에 대한 정보를 포함하는 사용자 요구사항 정보를 수신한다. 이는 관리자에 의해 직접 입력될 수도 있다.
이와 같은 요구사항 정보를 기반으로 맞춤 항균 조성물의 종류를 결정하게 되는데, 사용자 요구사항에 따라 사용자 정보와 대상 정보를 분석하여 용도에 맞는 재질과 특성 및 형상을 결정한 후, 그에 맞는 소재 조합을 구성하게 된다.
먼저, 자성체 소재를 선정하는데, 소재 데이터베이스의 자성소재 데이터베이스로부터 강자성, 상자성, 반자성 소재 중 요구사항 분석 결과에 따른 적합 소재를 하나 이상 선택한다. 바람직하게는 강자성 소재와 반자성 소재를 적어도 하나씩 선택하는 것이 바람직하다. 특히, 반자성체 소재의 경우는 자체적으로 항균 특징을 가진 구성(Cu, Ag 등)도 있으므로 복합 항균 기능을 유도할 수 있다.
이렇게 자성소재가 선택되는 경우 해당 자성소재 각각이나 이들의 조합에 대한 스핀트로닉스 기반 스핀 제어 정보를 생성한다. 이러한 스핀트로닉스 기반 제어 정보는 스핀 제어부에서 선택 소재를 대상으로 원하는 유효 자기 모멘트를 얻기 위한 자기장을 발생시키는 자력 발생 장치를 제어하기 위한 설정 및 제어 정보를 포함할 수 있다. 이러한 스핀 제어 정보는 도시된 바와 같이 자성체 소재를 선정한 후 생성될 수 있으나, 경우에 따라서는 물질소재나 항균소재까지 모두 선정한 다음 과정에서 수행될 수도 있다.
이후, 요구사항 분석 결과에 따라 추가 기능 제공을 위해 도체, 반도체, 부도체 중 적절한 물질소재를 선택해야 하는 것으로 판단되면, 물질소재 적용 방식과 소재를 선정한다. 물질소재로서 도체, 반도체, 부도체 중 하나 이상이 선택될 수 있으며, 자성소재와 별도로, 추가적인 항균 기능을 제공하기 위하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 압전 세라믹 분말이나 전기석 분말이 선택될 수 있다. 나아가, 이러한 선택 전에 어떠한 방식으로 해당 물질소재를 적용할 것인지(적층, 혼합, 용융, 3D 프린팅, 도포, 코팅 등의 적용 방식과 조형 방식 등)를 고려하여 필요한 기능을 반영한 물질소재를 선택할 수 있다.
이후, 요구사항 분석 결과에 따라 취향과 추가 기능 제공을 위한 천연 및 광물 항균소재 데이터베이스에서 적절한 항균소재를 선택한다. 이 역시 어떠한 방식으로 해당 물질소재를 적용할 것인지(적층, 혼합, 용융, 3D 프린팅, 도포, 코팅 등의 적용 방식과 조형 방식 등)를 고려하여 필요한 기능을 반영한 천연 또는 광물 소재를 선택할 수 있다.
이와 같이 모든 소재에 대한 선정이 완료되면, 해당 선정된 소재를 기반으로 어떠한 공정을 통해서 맞춤 항균 조성물을 제공할 것인지에 대한 공정 진행도나 공정 제어 정보를 생성하며, 앞서 설정된 스핀 제어 정보를 기반으로 선정된 자성체 소재(필요한 경우 물질소재나 항균소재 조합 후)에 자기장을 가하여 스핀 제어를 수행한다. 생성된 공정 진행도나 공정 제어 정보에 따라 선택 소재를 적층, 혼합, 용융, 3D 프린팅, 도포, 코팅 중 적어도 하나의 방식으로 결합 또는 조형한다.
최종적으로 필요한 용도에 맞추어 분류, 포장 등의 과정을 거쳐 맞춤 항균 조성물을 제공한다.
이러한 본 발명의 맞춤 항균 조성물 제공 방법은 대상의 변이나 환경의 변화에 신속하게 대응할 수 있으며, 다양한 취향과 복합적 항균 필요성에 따라 스핀 편향된 자성소재 외에 물질소재와 항균소재를 부가함으로써 신속하게 원하는 목적을 달성할 수 있다.
전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 맞춤 항균 조성물 구성부
110: 요구사항 분석부
120: 자성소재 선택부 130: 물질소재 선택부
140: 항균소재 선택부 150: 스핀 제어 정보 생성부
160: 조성 정보 생성부 190: 소재 데이터베이스
200: 스핀 제어부 300: 조성물 생성부
120: 자성소재 선택부 130: 물질소재 선택부
140: 항균소재 선택부 150: 스핀 제어 정보 생성부
160: 조성 정보 생성부 190: 소재 데이터베이스
200: 스핀 제어부 300: 조성물 생성부
Claims (14)
- 항균 대상 정보를 포함하는 수신된 사용자 요구사항 정보를 기반으로 맞춤 항균 조성물의 조성물 생성 조건을 결정한 후 강자성, 상자성, 반자성을 포함하는 자성소재 중 적어도 하나 이상을 선택하고, 선택된 자성소재에 대한 스핀트로닉스 기반 스핀 제어 정보를 생성하는 맞춤 항균 조성물 구성부와;
상기 맞춤 항균 조성물 구성부로부터 스핀 제어 정보를 수신하여 선택된 자성소재에 스핀 제어 정보에 따른 자기장을 가하여 스핀 방향을 설정하는 스핀 제어부와;
스핀 제어부를 통해 스핀 설정된 자성소재를 상기 맞춤 항균 조성물 구성부로부터 수신한 조성물 생성 조건에 따라 생성하는 조성물 생성부를 포함하는 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 자성소재는 주기율표상의 원소, 이들의 합금, 이들의 산화물을 포함하는 자성 재료 중에서 선택되며, 적어도 하나의 강자성 소재와 적어도 하나의 반자성 소재를 포함하여 상기 강자성 소재의 자기장 반대 방향의 전자스핀이 이루어지는 상기 반자성 소재가 자기 쌍극자 모멘트의 자기력선을 확장하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 맞춤 항균 조성물 구성부는 자성소재 외에 도체, 반도체, 부도체 중 적어도 하나를 포함하는 물질소재를 더 선택하며 선택된 물질소재를 맞춤 항균 조성물의 일부로 결합하기 위한 조성물 생성 조건을 결정하는 것을 특징으로 하는 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 맞춤 항균 조성물 구성부는 자성소재 외에 선택 가능하도록 미리 준비된 천연 항균소재나 광물 항균소재를 더 선택하며 선택된 항균소재를 맞춤 항균 조성물의 일부로 결합하기 위한 조성물 생성 조건을 결정하는 것을 특징으로 하는 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 스핀 제어부는 스핀 제어 정보에 따른 전력으로 자기장을 생성하여 해당 자기장 내에 배치된 선택 자성소재의 전자스핀 방향을 설정된 방향으로 전환시키는 것을 특징으로 하는 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 맞춤 항균 조성물 구성부는 자성소재 외에 도체, 반도체, 부도체 중 적어도 하나를 포함하는 물질소재를 더 선택하거나, 천연 항균소재나 광물 항균소재를 더 선택할 수 있으며, 상기 조성물 생성부는 스핀 설정된 하나 이상의 자성소재, 물질소재, 천연 항균소재, 광물 소재 중 선택된 일부를 적층, 혼합, 용융, 3D 프린팅, 도포, 코팅 중 적어도 하나의 방식으로 결합 또는 조형하여 맞춤 항균 조성물을 생성하는 것을 특징으로 하는 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템.
- 청구항 6에 있어서,
상기 자성소재 외에 적용되는 소재는 천연 비타민, 카올린나이트클레이, 압전 세라믹, 백수정, 전기석, 계면활성제, 포비돈, 칼륨, 규조토, 아로마 오일 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 맞춤 항균 조성물 구성부는 자성소재 외에 도체, 반도체, 부도체 중 적어도 하나를 포함하는 물질소재를 더 선택하되, 압전 세라믹이나 전기석 중 적어도 하나를 물질소재로서 포함하여 미세 전류 발생 및 정전기력 제거 기능을 적용하는 것을 특징으로 하는 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템.
- 항균 특성을 가지는 것으로 알려져 있는 항균 조성물 재료들 중 사용자 요구사항에 따라 선택된 재료와, 강자성, 상자성, 반자성을 포함하는 자성소재 중 선택된 하나 이상의 자성소재에 스핀트로닉스 기반 스핀 제어 정보에 따라 생성된 자기장을 가하여 마련한 하나 이상의 스핀 설정된 자성소재를 포함하는 항균 조성물 재료들을 사용자 요구사항에 따라 미리 설정된 항균 조성물 형상으로 적층, 혼합, 용융, 3D 프린팅, 도포, 코팅 중 적어도 하나의 방식으로 결합 또는 조형한 스핀트로닉스 기반 항균 조성물.
- 청구항 9에 있어서,
상기 선택된 자성소재는 주기율표상의 원소, 이들의 합금, 이들의 산화물을 포함하는 자성 재료 중에서 선택되며, 적어도 하나의 강자성체 소재와 적어도 하나의 반자성체 소재를 포함하여 상기 강자성체 소재의 자기장 반대 방향의 전자스핀이 이루어지는 상기 반자성체 소재가 자기 쌍극자 모멘트의 자기력선을 확장하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀트로닉스 기반 항균 조성물.
- 청구항 9에 있어서, 상기 항균 조성물 재료로서 상기 자성소재 외에 도체, 반도체, 부도체 중 적어도 하나를 포함하는 물질소재를 더 포함하되, 압전 세라믹이나 전기석 중 적어도 하나를 물질소재로서 포함하여 미세 전류 발생 및 정전기력 제거 기능을 적용하는 것을 특징으로 하는 스핀트로닉스 기반 맞춤형 항균 조성물.
- 청구항 9에 있어서, 상기 항균 조성물 재료로서, 상기 자성소재 외에 천연 비타민, 카올린나이트클레이, 압전 세라믹, 백수정, 전기석, 계면활성제, 포비돈, 칼륨, 규조토, 아로마 오일을 포함하는 항균 및 방충 소재 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀트로닉스 기반 항균 조성물.
- 청구항 9에 있어서, 상기 항균 조성물 재료로서, 반자성 특성을 가지는 유해물질에 척력을 제공하는 자기장 생성을 위해 상기 강자성, 상자성, 반자성을 포함하는 자성소재 중 선택되어 스핀 설정된 강자성과 반자성을 포함하는 복수의 자성소재와, 유해물질에 미량동, 미세전류, 정전기 흡수, 항균 특성 제공을 위해 도체, 반도체, 부도체 중 적어도 하나를 포함하는 물질소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀트로닉스 기반 항균 조성물.
- 청구항 13에 있어서, 상기 항균 조성물 재료로서, 항균, 항박테리아, 항공팡이, 방충, 향기 부가, 냄새 제거에 대한 기능성을 가지는 천연 항균소재나 광물 항균소재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀트로닉스 기반 항균 조성물.
Priority Applications (2)
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| KR1020210017608A KR20220114293A (ko) | 2021-02-08 | 2021-02-08 | 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템 및 항균 조성물 |
| KR1020230191625A KR20240004185A (ko) | 2021-02-08 | 2023-12-26 | 스핀트로닉스 기반 항균 조성물 제공 시스템 및 항균 조성물 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR102150562B1 (ko) | 2020-05-27 | 2020-09-01 | 김영도 | 항균-항바이러스 원단 및 그의 제작 방법, 이를 이용하여 제작된 항균-항바이러스 방호 제품 |
| KR20200113184A (ko) | 2019-03-20 | 2020-10-06 | 선전 캉펑 인바이론먼털 테크놀로지 디벨롭먼트 컴퍼니 리미티드 | 보호 기구, 살균소독 복합 시트재 및 그의 제조방법 |
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| KR102150562B1 (ko) | 2020-05-27 | 2020-09-01 | 김영도 | 항균-항바이러스 원단 및 그의 제작 방법, 이를 이용하여 제작된 항균-항바이러스 방호 제품 |
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