KR20230003770A - 액체 금속 합금을 포함하는 온도 제어 장치 - Google Patents
액체 금속 합금을 포함하는 온도 제어 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230003770A KR20230003770A KR1020210085272A KR20210085272A KR20230003770A KR 20230003770 A KR20230003770 A KR 20230003770A KR 1020210085272 A KR1020210085272 A KR 1020210085272A KR 20210085272 A KR20210085272 A KR 20210085272A KR 20230003770 A KR20230003770 A KR 20230003770A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- liquid metal
- metal alloy
- control device
- temperature control
- indium
- Prior art date
Links
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 111
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 103
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 103
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 5
- -1 Ga) Chemical compound 0.000 claims description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 claims description 3
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 229910001084 galinstan Inorganic materials 0.000 description 20
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 7
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 6
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 5
- 231100000647 material safety data sheet Toxicity 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 3
- OKISBDHRUPZLOC-UHFFFAOYSA-N gallin Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1C1C2=CC=C(O)C(O)=C2OC2=C(O)C(O)=CC=C21 OKISBDHRUPZLOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 206010015946 Eye irritation Diseases 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007799 dermal corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 231100000013 eye irritation Toxicity 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N indium tin Chemical compound [In].[Sn] RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 231100000330 serious eye damage Toxicity 0.000 description 2
- 231100000108 skin corrosion Toxicity 0.000 description 2
- 231100000475 skin irritation Toxicity 0.000 description 2
- 230000036556 skin irritation Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ONHLADAAONREIV-UHFFFAOYSA-N [In].[Sn].[In] Chemical compound [In].[Sn].[In] ONHLADAAONREIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- IYNWNKYVHCVUCJ-UHFFFAOYSA-N bismuth Chemical compound [Bi].[Bi] IYNWNKYVHCVUCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 231100000206 health hazard Toxicity 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N tin(ii) oxide Chemical class [Sn]=O QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K5/00—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material
- G01K5/02—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a liquid
- G01K5/04—Details
- G01K5/12—Selection of liquid compositions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K5/00—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material
- G01K5/02—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a liquid
- G01K5/025—Manufacturing of this particular type of thermometer
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K5/00—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material
- G01K5/02—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a liquid
- G01K5/04—Details
- G01K5/08—Capillary tubes
Abstract
본 발명은 액체 금속 합금이 저장되고, 온도를 감지하는 감지부; 상기 감지부에 연결되고, 상기 온도의 변화에 따라 상기 액체 금속 합금이 이동하는 모세관; 및 상기 모세관에 연결된 다이어프램을 포함하고, 대상 제품에 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 스위치부; 를 포함하고, 상기 액체 금속 합금은 갈륨(Gallium, Ga), 인듐(Indium, In), 주석 (Tin, Sn) 및 비스무트(Bismuth, Bi)를 포함하는 것인, 온도 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명의 액체 금속 합금을 포함하는 온도 제어 장치는 비스무트를 포함하는 액체금속 합금을 적용함으로써, 액체금속 합금의 녹는점이 현저히 낮아져 저온부터 고온의 온도에서도 정확하게 사용할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 액체 금속 합금을 포함하는 온도 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비스무트를 포함하는 액체 금속 합금을 적용함으로써, 액체 금속 합금의 녹는점이 현저히 낮아져 영하권의 저온부터 고온의 온도에서도 정확하게 사용할 수 있는 온도 제어 장치에 관한 것이다.
온도계는 물체나 어떠한 공간에서의 온도를 측정하는 기구이다. 1714년 파렌하이트(Fahrenheit)는 수은을 이용한 온도계로 물의 어는점(32℉)과 끓는점(212℉) 사이를 180 등분한 화씨온도계를 만들었으며, 1742년 셀시우스(Celsius)는 물의 어는점(0℃)과 끓는점(100℃) 사이를 100 등분한 온도계를 제작하여 전세계 사람들이 오늘날 공통적으로 사용하는 섭씨온도계를 만들어 내었다.
주위의 온도변화에 따른 부피팽창률과 수축률이 큰 액체 온도계로 알코올 온도계와 수은 온도계가 만들어졌다. 알코올 온도계에는 주로 에틸 알코올이 사용되는데 에틸알코올은 끓는점이 78.4 ℃, 녹는점이 -114.5 ℃로 저온에서의 측정 범위가 수은 온도계보다 넓다는 장점이 있다. 반대로 수은의 끓는 점이 356.9℃이고, 녹는점이 -38.87℃이므로 에틸 알코올이 비등점인 78.4℃가 넘어도 끓지 않고 액체로 남아 있으므로 수은 온도계는 고온에서의 측정에 유리하다.
그러나 알코올 온도계는 열팽창 계수가 온도에 따라 일정하지 않아 다소 부정확한 온도값을 도출해내는 문제점이 있으며, 수은 온도계는 수은의 안전성이 문제가 되어 더 이상 널리 사용되지 않고 법에 저촉될 수 있다. 따라서 영하권의 저온부터 고온까지 정확한 온도값을 도출할 수 있고 사용하기에 안전한 온도 계측 또는 온도 제어 장치가 필요하다.
본 발명의 목적은 비스무트를 포함하는 액체 금속 합금을 적용함으로써, 액체 금속 합금의 녹는점이 현저히 낮아져 영하권의 저온부터 고온의 온도에서도 정확하게 사용할 수 있는 온도 제어 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 비스무트를 포함하는 액체금속 합금을 적용함으로써, 고온으로 승온해도 일정하게 팽창하고, 폭발의 위험성 및 독성이 거의 없는 온도 제어 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액체 금속 합금이 저장되고, 온도를 감지하는 감지부; 상기 감지부에 연결되고, 상기 온도의 변화에 따라 상기 액체 금속 합금이 이동하는 모세관; 및 상기 모세관에 연결된 다이어프램을 포함하고, 대상 제품에 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 스위치부; 를 포함하고, 상기 액체 금속 합금은 갈륨(Gallium, Ga), 인듐(Indium, In), 주석 (Tin, Sn) 및 비스무트(Bismuth, Bi)를 포함하는 것인, 온도 제어 장치가 제공된다.
상기 액체 금속 합금이 상기 갈륨(Ga) 60 내지 89 중량부; 상기 인듐(In) 7 내지 25 중량부; 상기 주석 (Sn) 4 내지 15 중량부; 및 상기 비스무트(Bi) 1 내지 10 중량부;를 포함할 수 있다.
상기 액체 금속 합금이 상기 갈륨(Ga) 60 내지 70 중량부; 상기 인듐(In) 15 내지 25 중량부; 상기 주석 (Sn) 10 내지 15 중량부; 및 상기 비스무트(Bi) 2 내지 6 중량부;를 포함할 수 있다.
상기 액체 금속 합금의 녹는점이 -50 내지 30℃ 일 수 있다.
상기 액체 금속 합금의 녹는점이 -40 내지 0℃ 일 수 있다.
상기 액체 금속 합금이 무독성 또는 저독성일 수 있다.
상기 다이어프램은 상기 온도의 상승에 따라 상기 액체 금속 합금의 공급에 의해 팽창하여 상기 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
상기 다이어프램은 상기 온도의 하강에 따라 상기 액체 금속 합금의 배출에 의해 복원되어 상기 전류의 흐름을 발생시킬 수 있다.
상기 온도 제어 장치가 외부와 차단된 시스템(closed system)일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, (a) 갈륨(Gallium, Ga), 인듐(Indium, In), 주석 (Tin, Sn) 및 비스무트(Bismuth, Bi)를 포함하는 액체 금속 합금을 제조하는 단계; (b) 감지부와, 상기 감지부에 연결된 모세관과, 및 상기 모세관에 연결된 다이어프램을 포함하는 스위치부를 포함하고, 상기 액체 금속 합금이 공급되지 않은 온도 제어 장치를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 액체 금속 합금이 공급되지 않은 온도 제어 장치의 내부에 상기 액체 금속 합금을 공급하여 온도 제어 장치를 제조하는 단계; 를 포함하는 온도 제어 장치의 제조방법이 제공된다.
단계 (a)가 (a-1) 갈륨(Gallium, Ga), 인듐(Indium, In) 및 주석 (Tin, Sn)을 포함하는 액체 금속 조성물을 제조하는 단계; 및 (a-2) 상기 액체 금속 조성물에 비스무트(Bismuth, Bi)를 추가하여 갈륨, 인듐, 주석 및 비스무트를 포함하는 액체 금속 합금을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
단계 (c)가 (c-1) 상기 액체 금속 합금이 주입되지 않은 온도 제어 장치의 내부 공간을 감압시켜 진공상태를 생성하는 단계; 및 (c-2) 상기 진공상태의 내부 공간에 상기 액체 금속 합금을 공급하여 온도 제어 장치를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 온도 제어 장치가 외부와 차단된 시스템(closed system)일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 온도 제어 장치를 사용한 대상 제품의 온도 조절 방법이 제공된다.
본 발명의 액체 금속 합금을 포함하는 온도 제어 장치는 비스무트를 포함하는 액체금속 합금을 적용함으로써, 액체금속 합금의 녹는점이 현저히 낮아져 저온부터 고온의 온도에서도 정확하게 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 비스무트를 포함하는 액체 금속 합금을 적용함으로써, 고온으로 승온해도 일정하게 팽창하고, 폭발의 위험성 및 독성이 거의 없는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 온도 제어 장치를 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 2a는 액체 금속 합금의 온도에 따른 부피를 측정하기 위한 장비를 나타내는 이미지이고, 도 2b는 실시예 1, 2 및 비교예 1에 따른 액체 금속 합금의 온도에 따른 부피를 나타내는 그래프이다.
도 3a 내지 3e는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 따른 액체 금속 합금의 DSC 분석 그래프이다.
도 2a는 액체 금속 합금의 온도에 따른 부피를 측정하기 위한 장비를 나타내는 이미지이고, 도 2b는 실시예 1, 2 및 비교예 1에 따른 액체 금속 합금의 온도에 따른 부피를 나타내는 그래프이다.
도 3a 내지 3e는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 따른 액체 금속 합금의 DSC 분석 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, 어떤 구성요소가 “다른 구성요소 상에,” "다른 구성요소 상에 형성되어," "다른 구성요소 상에 위치하여," 또는 " 다른 구성요소 상에 적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어, 위치하여 있거나 또는 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 온도 제어 장치를 개략적으로 나타낸 개략도이다. 이하 도 1을 참조하여, 본 발명의 액체금속 합금을 포함하는 온도 제어 장치에 대해 설명하도록 한다.
본 발명은 액체 금속 합금이 저장되고, 온도를 감지하는 감지부(A); 상기 감지부에 연결되고, 상기 온도의 변화에 따라 상기 액체 금속 합금이 이동하는 모세관(B); 및 상기 모세관에 연결된 다이어프램을 포함하고, 대상 제품에 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 스위치부(C);를 포함하고, 상기 액체 금속 합금은 갈륨(Gallium, Ga), 인듐(Indium, In), 주석 (Tin, Sn) 및 비스무트(Bismuth, Bi)를 포함하는 것인, 온도 제어 장치를 제공한다.
상기 액체 금속 합금이 상기 갈륨(Ga) 60 내지 89 중량부; 상기 인듐(In) 7 내지 25 중량부; 상기 주석 (Sn) 4 내지 15 중량부; 및 상기 비스무트(Bi) 1 내지 10 중량부;를 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 갈륨(Ga) 60 내지 70 중량부; 상기 인듐(In) 15 내지 25 중량부; 상기 주석 (Sn) 10 내지 15 중량부; 및 상기 비스무트(Bi) 2 내지 6 중량부;를 포함할 수 있다.
상기 액체 금속 합금이 상기 비스무트(Bi)를 1 중량부 미만이면, 영향이 미미하여 액체 금속 합금의 녹는점이 낮아지는데 영향을 주지 않아 바람직하지 않고, 10 중량부를 초과하면, 액체 금속 합금의 녹는점이 다시 높아져 바람직하지 않다.
상기 액체 금속 합금의 녹는점이 -50 내지 30℃ 일 수 있고, 바람직하게는 -40 내지 0℃, 더욱 바람직하게는 -30 내지 -10℃, 보다 더 바람직하게는 -30 내지 -20℃ 일 수 있다.
상기 액체 금속 합금이 무독성 또는 저독성일 수 있다.
상기 다이어프램은 상기 온도의 상승에 따라 상기 액체 금속 합금의 공급에 의해 팽창하여 상기 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
상기 다이어프램은 상기 온도의 하강에 따라 상기 액체 금속 합금의 배출에 의해 복원되어 상기 전류의 흐름을 발생시킬 수 있다.
상기 온도 제어 장치가 외부와 차단된 시스템(closed system)일 수 있다.
상기 온도 제어 장치가 캐필러리 써모스탯(Capillary thermostat)일 수 있다.
또한 본 (a) 갈륨(Gallium, Ga), 인듐(Indium, In), 주석 (Tin, Sn) 및 비스무트(Bismuth, Bi)를 포함하는 액체 금속 합금을 제조하는 단계; (b) 감지부와, 상기 감지부에 연결된 모세관과, 및 상기 모세관에 연결된 다이어프램을 포함하는 스위치부를 포함하고, 상기 액체 금속 합금이 공급되지 않은 온도 제어 장치를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 액체 금속 합금이 공급되지 않은 온도 제어 장치의 내부에 상기 액체 금속 합금을 공급하여 온도 제어 장치를 제조하는 단계; 를 포함하는 온도 제어 장치의 제조방법을 제공한다.
단계 (a)가 (a-1) 갈륨(Gallium, Ga), 인듐(Indium, In) 및 주석 (Tin, Sn)을 포함하는 액체 금속 조성물을 제조하는 단계; 및 (a-2) 상기 액체 금속 조성물에 비스무트(Bismuth, Bi)를 추가하여 갈륨, 인듐, 주석 및 비스무트를 포함하는 액체 금속 합금을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
단계 (c)가 (c-1) 상기 액체 금속 합금이 주입되지 않은 온도 제어 장치의 내부 공간을 감압시켜 진공상태를 생성하는 단계; 및 (c-2) 상기 진공상태의 내부 공간에 상기 액체 금속 합금을 공급하여 온도 제어 장치를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 온도 제어 장치가 외부와 차단된 시스템(closed system)일 수 있다.
또한 본 발명은 상기 온도 제어 장치를 사용한 대상 제품의 온도 조절 방법을 제공한다.
[실시예]
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
[액체 금속 합금의 제조]
실시예 1: Galinstan + Bi 3wt%
갈륨(Gallium, Ga) 3.35g, 인듐(Indium, In) 1.025g, 주석 (Tin, Sn) 0.625g를 합성하여 갈륨: 인듐: 주석의 조성이 67 wt%: 20.5 wt%: 12.5 wt% 인 갈린스탄(Galinstan)을 제조하였다. 이후, 상기 갈린스탄(Galinstan)의 3 wt%에 해당하는 비스무트(Bismuth, Bi) 0.15g을 합성하여 갈륨 67.0 중량부, 인듐 20.5 중량부, 주석 12.5 중량부, 비스무트 3 중량부를 포함하는 액체금속 합금(갈린스탄(Galinstan) + Bi 3wt%)을 제조하였다.
구체적으로 갈륨, 인듐, 주석, 비스무트 각각을 정밀저울(Ohaus사)에 정량하여 무게를 측정하여 준비하고, 먼저 갈륨과 인듐을 자재 도가니에 넣어 퍼니스에서 100℃의 온도로 10분간 녹여주었다. 이후 상온에서 식혀 갈륨과 인듐을 혼합하여 제1 혼합물을 제조하였다. 그리고 제1 혼합물이 들어있는 도가니에 주석을 추가하여 150℃의 온도로 10분간 퍼니스에 넣어 녹이고 상온에서 식힌 후, 상온에서 유리막대로 저어 갈린스탄(Galinstan, Ga 67wt%: in 20.5wt%: Tin 12.5wt%)을 제조하였다.
이어서, 비스무트를 상기 갈린스탄에 추가하여 300℃의 온도로 10분간 퍼니스에 녹인 후, 상온에서 식혀 갈린스탄(Galinstan) + Bi 3wt%인 액체 금속 합금을 제조하였다.
액체 금속 합금 제조 시, 100 ℃ 미만의 중온에서도 갈륨과 인듐이 합금되어 액체금속이 되므로 제조가 가능하나, 유동성을 높여서 보다 수월하게 제조하고자 임의의 고정된 온도까지 가열하여 제조하였다.
실시예 2: Galinstan + Bi 5wt%
갈륨(Gallium, Ga) 70.35g, 인듐(Indium, In) 21.525g, 주석 (Tin, Sn) 13.125g를 합성하여 갈륨: 인듐: 주석의 조성이 67 wt%: 20.5 wt%: 12.5 wt% 인 갈린스탄(Galinstan)을 제조하였다. 이후, 상기 갈린스탄(Galinstan)의 5 wt%에 해당하는 비스무트(Bismuth, Bi) 5.25 g을 합성하여 갈륨 67.0 중량부, 인듐 20.5 중량부, 주석 12.5 중량부, 비스무트 5 중량부를 포함하는 액체금속 합금(갈린스탄(Galinstan) + Bi 5wt%)을 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 3: Galinstan + Bi 1wt%
갈륨(Gallium, Ga) 65.3752g, 인듐(Indium, In) 19.9993g, 주석 (Tin, Sn) 12.1969g를 합성하여 갈륨: 인듐: 주석의 조성이 67 wt%: 20.5 wt%: 12.5 wt% 인 갈린스탄(Galinstan)을 제조하였다. 이후, 상기 갈린스탄(Galinstan)의 1 wt%에 해당하는 비스무트(Bismuth, Bi) 0.975g을 합성하여 갈륨 67.0 중량부, 인듐 20.5 중량부, 주석 12.5 중량부, 비스무트 1 중량부를 포함하는 액체금속 합금(갈린스탄(Galinstan) + Bi 1wt%)을 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 4: Galinstan + Bi 10wt%
갈륨(Gallium, Ga) 3.35g, 인듐(Indium, In) 1.025g, 주석 (Tin, Sn) 0.625g를 합성하여 갈륨: 인듐: 주석의 조성이 67 wt%: 20.5 wt%: 12.5 wt% 인 갈린스탄(Galinstan)을 제조하였다. 이후, 상기 갈린스탄(Galinstan)의 10 wt%에 해당하는 비스무트(Bismuth, Bi) 0.5g을 합성하여 갈륨 67.0 중량부, 인듐 20.5 중량부, 주석 12.5 중량부, 비스무트 10 중량부를 포함하는 액체금속 합금(갈린스탄(Galinstan) + Bi 10wt%)을 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 1
갈륨(Gallium, Ga) 65.3752g, 인듐(Indium, In) 19.9993g, 주석 (Tin, Sn) 12.1969g를 합성하여 갈륨: 인듐: 주석의 조성이 67 wt%: 20.5 wt%: 12.5 wt% 인 갈린스탄(Galinstan)을 제조하였다.
구체적으로 갈륨, 인듐, 주석, 비스무트 각각을 정밀저울(Ohaus사)에 정량하여 무게를 측정하여 준비하고, 먼저 갈륨과 인듐을 자재 도가니에 넣어 퍼니스에서 100℃의 온도로 10분간 녹여주었다. 이후 상온에서 식혀 갈륨과 인듐을 혼합하여 제1 혼합물을 제조하였다. 그리고 제1 혼합물이 들어있는 도가니에 주석을 넣고 150℃의 온도로 10분간 퍼니스에 넣어 녹이고 상온에서 식힌 후, 상온에서 유리막대로 저어 갈린스탄(Galinstan, 67wt%: in 20.5wt%: Tin 12.5wt%)을 제조하였다.
[온도 제어 장치의 제조]
소자실시예 1
모세관 온도조절기(capillary thermostat)의 내부의 빈 공간에 진공감압을 통해 실시예 1에 따른 액체 금속 합금을 주입하고, 끝단을 용접하여 온도 제어 장치인 모세관 온도조절기를 제조하였다.
소자실시예 2
소자실시예 1에서 실시예 1에 따른 액체 금속 합금을 주입하는 대신에 실시예 2에 따른 액체 금속 합금을 주입하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 모세관 온도조절기를 제조하였다.
소자실시예 3
소자실시예 1에서 실시예 1에 따른 액체 금속 합금을 주입하는 대신에 실시예 3에 따른 액체 금속 합금을 주입하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 모세관 온도조절기를 제조하였다.
소자실시예 4
소자실시예 1에서 실시예 1에 따른 액체 금속 합금을 주입하는 대신에 실시예 4에 따른 액체 금속 합금을 주입하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 모세관 온도조절기를 제조하였다.
소자비교예 1
소자실시예 1에서 실시예 1에 따른 액체 금속 합금을 주입하는 대신에 비교예 1에 따른 액체 금속 합금을 주입하는 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 모세관 온도조절기를 제조하였다.
[시험예]
시험예 1: 액체 금속 합금의 부피 측정
도 2a는 액체 금속 합금의 온도에 따른 부피를 측정하기 위한 장비를 나타내는 이미지이고, 도 2b는 실시예 1, 2 및 비교예 1에 따른 액체 금속 합금의 온도에 따른 부피를 나타내는 그래프이다. 도 2a와 같이 온도에 따른 부피를 측정하기 위하여 제작된 장비를 이용하여 부피를 측정하였다. 석영관 하부에 온도제어장치를 이용하여 600℃까지 가열 할 수 있도록 하여, 가열하는 동안 액체 금속이 팽창하여 모세관으로 늘어나게되며 설정한 각 온도에서의 팽창길이를 구해 이를 환산하여 부피를 구하게 된다. 구체적으로 석영관에 실시예 1, 2 및 비교예 1에 따른 액체금속 합금을 각각 주입하고, 상기 석영관의 하부를 측정하고자 하는 온도로 가열하였다. 이때 온도는 25 ℃의 간격으로 설정하고, 온도 안정화를 위해 10분간 유지하며 부피를 측정하였다.
도 2에 따르면, 실시예 1과 2에 따른 액체 금속 합금은 600 ℃까지 부피를 측정했을 때 일정한 팽창률을 보이는 것을 알 수 있었다. 즉, 본 발명에 따른 액체금속합금은 고온을 견딜 수 있고, 일정하게 팽창률을 가짐으로써, 높은 온도에서도 온도조절을 쉽게 할 수 있다.
시험예 2: 액체 금속 합금의 DSC 측정
도 3a 내지 3e는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 따른 액체 금속 합금의 DSC 분석 그래프이다. 또한 도 3a 내지 3e의 결과를 이용하여 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 따른 액체 금속 합금의 녹는점을 하기 표 1에 기재하였다.
DSC 분석은 DSC 200 F3, NETZSCH 장비를 사용하였고, 각각의 범위는 -50 ~ 50 ℃로 측정하였으며, 10 K/min으로 승온하였다. 대기 분위기는 질소(N2)가스 50ml를 흘려주었다. 시료를 담는데 사용한 크루시블은 alumina crucible을 사용하였다.
| 액체금속 합금 | 녹는점 |
| 실시예 1 | -25.2 ℃ |
| 실시예 2 | -25.7 ℃ |
| 실시예 3 | 15.1 ℃ |
| 실시예 4 | 18.3 ℃ |
| 비교예 1 | 16.7 ℃ |
도 3a 내지 3e 및 표 1에 따르면, 실시예 2에 따른 액체 금속 합금의 녹는점이 -25.7 ℃까지 낮게 나타났으며, 비교예 1에 따른 액체 금속 합금의 녹는점보다 현저히 낮은 것을 알 수 있었다. 이로 인해 추운 날씨와 같은 작업환경에 구애받지 않고 활용이 가능할 수 있다.
시험예 3: 액체 금속 합금의 유해성(MSDS) 분석
하기 표 2는 실시예 1 내지 4에 따른 액체 금속 합금에 대한 MSDS (Material Safety Data Sheet) 분석결과이고, Gallium Indium Tin eutectic - 제조사: Alfa Aesar, Gallium - 제조사: Alfa Aesar, CAS 번호: 7440-55-3, Indium - 제조사: Alfa Aesar, CAS 번호: 7440-74-6, Tin - 제조사: Alfa Aesar, CAS 번호: 7440-31-5, Bismuth - 제조사: Alfa Aesar, CAS 번호: 7440-69-9의 시약별 MSDS 검토를 통해 하기와 같은 결과를 얻었다.
| Gallium Indium Tin eutectic (갈린스탄) | Gallium (갈륨) |
Indium (인듐) |
Tin (주석) |
Bismuth (비스무트) |
|
| 물리적 위험성 | 금속 부식성 (H290) |
금속 부식성 (H290) |
- | - | - |
| 건강 유해성 | 피부 부식성 또는 자극성, (H314) 심한 눈 손상성/눈 자극성 (H318) |
피부 부식성 또는 자극성, (H314) 심한 눈 손상성/눈 자극성 (H318) |
- | - | - |
| 환경 유해성 | - | - | - | - | - |
| 화학적 안정성 | 일반 조건하에서 안정 | 인화성 가스 | 일반 조건하에서 안정 | 일반 조건하에서 안정 | 일반 조건하에서 안정 |
| 분해 시 생성되는 유해물질 | Tin oxides, Gallium oxide, Indium oxide | - (일반적인 조건에서는 없음) |
- (일반적인 조건에서는 없음) |
- (일반적인 조건에서는 없음) |
- (일반적인 조건에서는 없음) |
표 2에 따르면, 실시예 1 내지 4에 따른 액체 금속 합금은 독성이 거의 없는 것을 확인할 수 있고, 이로 인해 수작업을 요구하는 작업 현장과 환경 문제에 대한 인식이 높아짐에 따라 인체 및 환경에 무해한 물질로 다양한 곳에서 활용성이 높을 것으로 보인다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (14)
- 액체 금속 합금이 저장되고, 온도를 감지하는 감지부;
상기 감지부에 연결되고, 상기 온도의 변화에 따라 상기 액체 금속 합금이 이동하는 모세관; 및
상기 모세관에 연결된 다이어프램을 포함하고, 대상 제품에 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 스위치부; 를 포함하고,
상기 액체 금속 합금은
갈륨(Gallium, Ga), 인듐(Indium, In), 주석 (Tin, Sn) 및 비스무트(Bismuth, Bi)를 포함하는 것인, 온도 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 액체 금속 합금이
상기 갈륨(Ga) 60 내지 89 중량부;
상기 인듐(In) 7 내지 25 중량부;
상기 주석 (Sn) 4 내지 15 중량부; 및
상기 비스무트(Bi) 1 내지 10 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치. - 제2항에 있어서,
상기 액체 금속 합금이
상기 갈륨(Ga) 60 내지 70 중량부;
상기 인듐(In) 15 내지 25 중량부;
상기 주석 (Sn) 10 내지 15 중량부; 및
상기 비스무트(Bi) 2 내지 6 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 액체 금속 합금의 녹는점이 -50 내지 30℃인 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치. - 제4항에 있어서,
상기 액체 금속 합금의 녹는점이 -40 내지 0℃인 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 액체 금속 합금이 무독성 또는 저독성인 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 다이어프램은 상기 온도의 상승에 따라 상기 액체 금속 합금의 공급에 의해 팽창하여 상기 전류의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 다이어프램은 상기 온도의 하강에 따라 상기 액체 금속 합금의 배출에 의해 복원되어 상기 전류의 흐름을 발생시키는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 온도 제어 장치가 외부와 차단된 시스템(closed system)인 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치. - (a) 갈륨(Gallium, Ga), 인듐(Indium, In), 주석 (Tin, Sn) 및 비스무트(Bismuth, Bi)를 포함하는 액체 금속 합금을 제조하는 단계;
(b) 감지부와, 상기 감지부에 연결된 모세관과, 및 상기 모세관에 연결된 다이어프램을 포함하는 스위치부를 포함하고 상기 액체 금속 합금이 공급되지 않은 온도 제어 장치를 제조하는 단계;
(c) 상기 액체 금속 합금이 공급되지 않은 온도 제어 장치의 내부에 상기 액체 금속 합금을 공급하여 온도 제어 장치를 제조하는 단계; 를
포함하는 온도 제어 장치의 제조방법. - 제10항에 있어서,
단계 (a)가
(a-1) 갈륨(Gallium, Ga), 인듐(Indium, In) 및 주석 (Tin, Sn)을 포함하는 액체 금속 조성물을 제조하는 단계; 및
(a-2) 상기 액체 금속 조성물에 비스무트(Bismuth, Bi)를 추가하여 갈륨, 인듐, 주석 및 비스무트를 포함하는 액체 금속 합금을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치의 제조방법. - 제10항에 있어서,
단계 (c)가
(c-1) 상기 액체 금속 합금이 주입되지 않은 온도 제어 장치의 내부 공간을 감압시켜 진공상태를 생성하는 단계;
(c-2) 상기 진공상태의 내부 공간에 상기 액체 금속 합금을 공급하여 온도 제어 장치를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 온도 제어 장치가 외부와 차단된 시스템(closed system)인 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치의 제조방법. - 제1항에 따른 온도 제어 장치를 사용한 대상 제품의 온도 조절 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210085272A KR20230003770A (ko) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 액체 금속 합금을 포함하는 온도 제어 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210085272A KR20230003770A (ko) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 액체 금속 합금을 포함하는 온도 제어 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230003770A true KR20230003770A (ko) | 2023-01-06 |
Family
ID=84924000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210085272A KR20230003770A (ko) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 액체 금속 합금을 포함하는 온도 제어 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230003770A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020075976A (ko) | 2001-03-26 | 2002-10-09 | 한국표준과학연구원 | 플라스틱 액체 온도계 |
-
2021
- 2021-06-30 KR KR1020210085272A patent/KR20230003770A/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020075976A (ko) | 2001-03-26 | 2002-10-09 | 한국표준과학연구원 | 플라스틱 액체 온도계 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Thurmond | Equilibrium thermochemistry of solid and liquid alloys of germanium and of silicon. I. The solubility of Ge and Si in elements of groups III, IV and V | |
| Thurmond et al. | Germanium and silicon liquidus curves | |
| Ambrose et al. | Thermodynamic properties of organic oxygen compounds XXXVII. Vapour pressures of methanol, ethanol, pentan-1-ol, and octan-1-ol from the normal boiling temperature to the critical temperature | |
| CN104593656B (zh) | 一种具有低温流动性的镓基液态合金、制备工艺及体温计 | |
| KR20230003770A (ko) | 액체 금속 합금을 포함하는 온도 제어 장치 | |
| JP2016135733A (ja) | 無鉛ガラス及び封着材料 | |
| CN107267833B (zh) | 抑制镓基室温液态合金凝固预相变的方法、合金及温度计 | |
| Grønvold et al. | Heat capacity and thermodynamic properties of bismuth in the range 300 to 950 K. Fusion characteristics | |
| Billington | Some measurements of the time dependence of the viscosity of thixotropic fluids | |
| CN107513654A (zh) | 一种低熔点液态金属合金及其制备方法 | |
| Wang et al. | Electrical resistivity study on homogenization process of liquid immiscible Bi-Ga-Sn alloy in melting process | |
| CN106967916B (zh) | 可替代水银的液态合金及其制备方法与应用 | |
| US3468752A (en) | Hermetically sealed body of ceramic,metal and glass and method therefor | |
| US2741598A (en) | Heat transfer, hydraulic and thermoregulator fluids | |
| Buehler et al. | Solubilities of InP and CdS in Cd, Sn, In, Bi, and Pb | |
| JPWO2006112015A1 (ja) | 可溶栓用合金および可溶栓 | |
| Ghamri et al. | Thermodynamic modeling of the Eu–Te and Te–Yb systems | |
| Hawkins et al. | High-Temperature Heat Content of Hafnium. | |
| US3574655A (en) | Method for preparing foamed silicate glass | |
| Raghavan | Al-Li-Mg (Aluminum-Lithium-Magnesium) | |
| Alchagirov et al. | Experimental Investigation of the Surface Tension of Liquid Lead and Bismuth in the Vicinity of the Melting Point. | |
| KR20240051930A (ko) | 압력 매체 및 압력 매체의 사용 방법 | |
| JPS5929625A (ja) | フツ素化炭化水素系組成物 | |
| Öztürk et al. | The measurement of interfacial energies for solid Sn solution in equilibrium with the Sn–Bi–Ag liquid | |
| Wilson et al. | Virial coefficients of ethanol from 373.07 to 473.15 K |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X601 | Decision of rejection after re-examination |