WO2015152563A1 - 나노입자 생성장치 - Google Patents

나노입자 생성장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2015152563A1
WO2015152563A1 PCT/KR2015/002912 KR2015002912W WO2015152563A1 WO 2015152563 A1 WO2015152563 A1 WO 2015152563A1 KR 2015002912 W KR2015002912 W KR 2015002912W WO 2015152563 A1 WO2015152563 A1 WO 2015152563A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
main body
nanoparticle
insulating tube
generating device
local heating
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/002912
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
지준호
Original Assignee
주식회사 에코픽쳐스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 에코픽쳐스 filed Critical 주식회사 에코픽쳐스
Priority to US15/123,219 priority Critical patent/US10139165B2/en
Publication of WO2015152563A1 publication Critical patent/WO2015152563A1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
    • F27B17/0016—Chamber type furnaces
    • F27B17/0083—Chamber type furnaces with means for circulating the atmosphere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/12—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from gaseous material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00—Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/02—Supplying steam, vapour, gases, or liquids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0266—Investigating particle size or size distribution with electrical classification
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/045—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by other means than ball or jet milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0038—Investigating nanoparticles

Definitions

  • the present invention relates to a nanoparticle generator, and more particularly, to a nanoparticle generator capable of generating high concentration non-aggregated nanoparticles with low energy.
  • Nanoparticles refer to solid and liquid particles of about 1 nm to 100 nm in size, and are known to exhibit unique physicochemical properties that do not appear in conventional mass materials as their size decreases.
  • nanoparticles can be applied to samples that exhibit sterilization properties, such as silver or copper, or nanoparticles can be used for photocatalytic samples such as titanium dioxide or zinc oxide, or carbon materials such as carbon nanotubes or graphene. Efforts have been made to produce samples with better properties than black carbon and carbon fiber, and gold nanoparticles have been used in various fields such as nanobio research, cancer diagnosis research, and sensor devices. have.
  • a vaporization-condensation method of heating a sample by vaporizing a sample and then condensing the vaporized gas to produce nanoparticles is used.
  • Conventional nanoparticle generating apparatus uses an electric heating furnace capable of generating a temperature at a high temperature, the sample to be produced by vaporization-condensation to produce nanoparticles is placed in the high temperature region inside the tube passing through the electric heating furnace.
  • the sample is vaporized and flows with the fluid.
  • Some of the vaporized samples are cooled and condensed by contact with the air flowing inside the tube to form a particulate state, and grow into nanoparticles having a constant size distribution through agglomeration between the samples in the particulate state.
  • the method of generating nanoparticles by the conventional gas condensation method has to use excessive energy in the nanoparticle generating apparatus, the size of the apparatus is too large, it takes a long time to change the operating conditions.
  • nanoparticle generator of this type is difficult to generate nanoparticles uniformly for a long time, and since the nanoparticles are diluted after passing out of the tube after a certain time, it is necessary to produce high concentration nanoparticles. Nanoparticles with a high proportion of aggregated forms are made.
  • KR10-0857596 discloses a method in which air can be directly diluted with air when flowing air under conditions of heating a lump sample contained in a flat plate heater.
  • the size distribution of the produced nanoparticles can be largely affected by the change in the dilution air concentration by the change in the flow pattern, the change in the residence time of the particles, and the loss of the wall. In this case, the problem of inconsistency also occurred.
  • the KR10-0857596 technology was able to be miniaturized compared to the existing electric heating method, but in order to make a microstructure that can be composed of parts or devices, to achieve two purposes of stable nanoparticle generation and miniaturization. There was a difficult problem.
  • an object of the present invention in view of the above point is to produce high concentration and large-capacity nanoparticles, while absorbing high-temperature radiant heat with an inner heat insulating tube to enable a microminiaturized structure, and the inside and outside of the heat insulating tube By controlling the flow rate, it is to provide a nanoparticle generating apparatus that can make nanoparticles of non-aggregated single particles stably and uniformly in a micro structure.
  • the internal space is formed, and the electrical insulator is inserted into the internal space from one side, the local part is inserted into the body, provided in the electrical insulator Insulation tube with an electric insulator and local heating device inserted therein so that the heating device is located along the central axis, a first inlet provided in the main body to introduce external air into the insulation tube, and external air between the insulation tube and the main body.
  • the present invention provides a nanoparticle generator including a second inlet provided in the main body and a nanoparticle generator provided in the main body for discharging air introduced into the main body through the insulating tube to the outside of the main body.
  • the mixed air uniform distribution unit for uniformly inducing the flow of external air introduced into the main body through the first inlet in the heat insulating tube, the mixed air uniform distribution unit local heating device
  • the upper and lower holes may be formed to guide the outside air to the upper side and the lower side around the center, and in order to uniformly guide the flow of external air introduced into the main body through the second inlet to the end of the insulating tube, the insulating tube and the main body Dilution air uniform distribution portion may be provided between the ring-shaped dilution air uniform distribution portion, the dilution air uniform distribution portion may be perforated at regular intervals to form an annular shape.
  • the length of the local heating device may be the same or shorter than the length of the heat insulation tube
  • the heat dissipation window may be provided in an annular shape along the body, the heat dissipation tube in the axial length of the heat dissipation window
  • an end portion of the local heating device the heat dissipation window may be formed of a transparent material such as quartz or tempered glass, and the local heating device may have a cylindrical shape.
  • the local heating device may be provided with an ion generating device, the ion generating device is located closer to the first inlet than the sample applied to the local heating device for gasification through the local heating device
  • An electrical mobility analyzer (DMA, DIFFERENTIAL MOBILITY ANALYZER) capable of separating only nanoparticles of a certain size may be provided in the adiabatic tube, and the electrical mobility analyzer is a nanometer than a sample coated on a local heating device. It may be located close to the particle generator outlet.
  • an electrical mobility analyzer capable of separating only a certain size of nanoparticles
  • the electrical mobility analyzer is the end of the insulation tube Can be placed in.
  • the nanoparticle generating device outlet is formed in the main body to face the direction of gravity Can be.
  • the nanoparticle generating apparatus According to the nanoparticle generating apparatus according to the present invention, it can be configured in a very small, can easily control the concentration of large-capacity nanoparticles from a high concentration to a medium concentration, it is possible to make a non-aggregated non-aggregated single nanoparticles to a high concentration It has an effect.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a nanoparticle generating device of a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective cross-sectional view of the nanoparticle generating device of Figure 1
  • FIG 3 is a cross-sectional view of the nanoparticle generator of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the nanoparticle generator of the first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective cross-sectional view of the nanoparticle generator of FIG.
  • the nanoparticle generating device of the present invention the inner space, the main body 100 and the main body 100, the electrical insulator 110 is inserted into the inner space from one side, Insulated tube 200, which is inserted therein and has an electrical insulator 110 and a local heating unit 210 is inserted therein so that the local heating device 210 provided in the electrical insulator 110 is located along the central axis,
  • the first inlet 300 provided at one side of the main body 100 to introduce external air into the tube 200, and the main body 100 to introduce external air between the heat insulation tube 200 and the main body 100.
  • the nano-particle generator outlet provided on the other side of the main body 100 to discharge the air introduced into the main body 100 through the heat insulating tube 200 and the outside of the main body 100 provided in the main body 100.
  • the local heating device 210 may have a rectangular pillar shape or a cylindrical shape.
  • One side of the heat insulating tube 200 is provided with a uniform air mixing portion 310 for uniformly inducing the flow of external air introduced into the main body 100 through the first inlet (300).
  • a uniform air mixing portion 310 for uniformly inducing the flow of external air introduced into the main body 100 through the first inlet (300).
  • upper and lower holes may be formed so that external air is guided to the upper and lower sides of the local heating device 210.
  • a plurality of through holes may be formed in the mixed air uniform distribution unit 310 so that external air is guided, and the plurality of through holes may be arranged in an annular shape around the local heating device 210.
  • Air uniform distribution unit 410 is provided. Dilution air uniform distribution unit 410 is perforated at regular intervals to form an annular shape.
  • the length L1 of the local heating device 210 is equal to the length L2 of the heat insulation tube 200 or is shorter than the length L2 of the heat insulation tube 200 (see FIG. 3).
  • the insulation tube 200 is a structure that can effectively shield the radiant heat generated from the surface of the high temperature local heating device 210, the structure that can cover the whole or part of the upper and lower portions of the high temperature local heating device 210. Is produced.
  • the local heating device 210 may be manufactured in a cylindrical shape.
  • the first embodiment of the present invention further includes a gas supply source connected to the first inlet 300 and the second inlet 400, and the gas supply source is externally introduced into the first inlet 300 or the second inlet 400.
  • a device capable of adjusting the amount of air is provided, and the nanoparticle generating device outlet 500 is formed in the main body 100 so as to face the direction of gravity.
  • the inlet into which the external air flows into the main body 100 includes a first inlet 300 connected to the insulating tube 200 so as to pass through a local heating device 210 for heating the sample to generate nanoparticles, and an insulating tube and the main body ( It is separated into a second inlet 400 connected to the flow path of the dilution gas flowing between 100).
  • the flow of the generated nanoparticles and the flow of the dilution gas is met and mixed with each other at the end of the insulator tube, the gas containing the mixed and diluted nanoparticles are delivered to the desired target through the nanoparticle generator outlet 500.
  • the first inlet 300 and the second inlet 400 are provided.
  • the flow rate of the external air introduced into the 400 may be varied.
  • the insulation tube 200 absorbs radiant energy generated from the surface of the heating unit of 1500 degrees or more, thereby preventing heat from being transferred to the main body 100, thereby preventing excessive increase in temperature of the main body 100. Through this, the size of the main body 100 can be miniaturized.
  • the length of the insulation tube 200 is adjustable. To increase the condensation time of the gasified sample, the length of the insulation tube is increased, and the condensation time of the gasified sample is shortened to reduce the basic particle size of the nanoparticles. The length of the tube 200 may be shortly adjusted.
  • 3 is a cross-sectional view of the nanoparticle generator of the second embodiment of the present invention. 3 shows the length L1 of the local heating device 210, the length L2 of the heat insulation tube 200, the length L3 of the main body 100, and the axial length L4 of the heat dissipation window 120. It became.
  • the nanoparticle generator of the second embodiment is characterized in that the heat dissipation window 120 is provided in the main body 100.
  • the heat dissipation window 120 is formed at a position adjacent to the other end of the heat insulation tube 200, and is formed in an annular shape along the main body 100. More precisely, the heat dissipation window 120 is positioned so that the ends of the heat insulation tube 200 and the local heating device 210 are positioned within the axial length L4 of the heat dissipation window 120.
  • the heat dissipation window 120 is formed of a transparent material such as quartz or tempered glass.
  • the nanoparticle generating device according to the second embodiment is characterized in that a part of the main body 100 is formed of a transparent material such as quartz or tempered glass.
  • the radiant energy is partially transmitted to the main body 100 by shortening the length of the insulating tube 200, since the radiant energy may be transferred to the outside through the transparent window to consume some of the radiant energy, the gas containing nanoparticles is included. The effect of lowering the temperature of is generated.
  • the high concentration of the nanoparticles produced is instantaneously lowered in concentration to suppress aggregation to the maximum.
  • the nanoparticle generator of the third embodiment is characterized in that the length of the heat insulation tube 200 is longer than the length of the localized heating device (210).
  • the length of the insulation tube 200 is formed longer than that of the localized heating device 210, so that radiant energy is transmitted to the ceramic tube, thereby being transmitted to the main body 100. Energy is minimized.
  • the produced nanoparticles can control the residence time in high concentration conditions before meeting the dilution air, thereby controlling the condensation or condensation characteristics according to the sample.
  • the shape of the nanoparticles can be controlled.
  • the nanoparticle generating device of the fourth embodiment is characterized in that the local heating device 210 is provided with an ion generating device.
  • the ion generating device is mounted on the local heating device 210, and is located closer to the first inlet 300 than the sample coated on the local heating device 210 so as to be gasified through the local heating device 210.
  • the nanoparticle generator according to the fourth embodiment has a structure that can be charged with a single polarity in the process of generating a large amount of ions before the nanoparticles are generated to generate nanoparticles.
  • Nanoparticles smaller than 10 nanometers are mostly neutral and are difficult to separate from the gas stream.
  • the particles are charged, they are expected to be used in a variety of applications because they can be easily separated from the gas stream when present in the electric field.
  • an electrical mobility analyzer capable of classifying nanoparticles of a predetermined size is provided on the outlet side of the adiabatic tube 200 or the nanoparticle generator outlet 500 It may be provided on one side.
  • DIFFERENTIAL MOBILITY ANALYZER can classify nanoparticles by size using the principle that ELECTRICAL MOBILITY is different for each particle size as it passes between electrode plates to which a certain voltage is applied. Device.
  • the nanoparticle generating device is configured to separate only certain nanoparticles of a desired size by installing a simple electrophoretic separation device at the rear end where the nanoparticles are generated.
  • the particles are mostly neutral or present as (+) 1 or (-) 1.
  • the electrical mobility analyzer is provided to separate nanoparticles having a constant concentration of high concentration.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

본 발명은 나노입자 생성장치에 관한 것으로, 내부공간을 형성하며, 전기 절연체가 일측면으로부터 내부공간으로 삽입된 본체와, 본체 내부에 삽입되며, 전기 절연체에 구비된 국부가열장치가 중심축을 따라 위치되도록 전기 절연체 및 국부가열장치가 내부에 삽입된 단열튜브와, 단열튜브 내부로 외부공기를 유입시키기 위해 본체 일측에 구비된 제1입구와, 단열튜브 외부로 외부공기를 유입시키기 위해 본체 일측에 구비된 제2입구와, 단열튜브를 통해 본체 내부로 유입된 공기를 본체 외부로 배출하기 위해 본체 타측에 구비된 출구를 포함하며, 초소형으로 구성할 수 있으면서, 대용량의 나노입자의 농도를 고농도로부터 중농도까지 쉽게 제어할 수 있으며, 응집하지 않는 비응집 단일 나노입자를 고농도로 만들 수 있는 효과가 있는 나노입자 생성장치를 제공한다.

Description

나노입자 생성장치
본 발명은 나노입자 생성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고농도 비응집 나노입자를 낮은 에너지로 생성할 수 있는 나노입자 생성장치에 관한 것이다.
나노입자는 약 1nm에서 100nm 크기의 고체상, 액체상 입자를 의미하고, 크기가 작아짐에 따라 기존의 덩어리 물질에서 나타나지 않은 독특한 물리 화학적 특성을 나타낸다고 알려져 있다.
최근에는 은이나 구리 등과 같이 살균특성을 보이는 시료를 나노입자로 응용하거나 이산화티탄이나 산화아연 등과 같이 광촉매 특성의 시료를 나노입자로 효율을 높이는 연구, 혹은 탄소나노튜브나 그래핀 등 같은 탄소물질인 블랙카본이나 탄소섬유보다 좋은 특성의 시료를 만들려는 노력이 진행되어 왔고, 금 나노입자는 나노바이오 연구, 암진단 연구, 센서소자 등 다양한 분야에 활용되고 있고, 일부 나노물질은 산업화 단계에 진입하고 있다.
이와 같은 나노입자를 생성하는 방법으로 시료를 가열하여 기화시킨 후 기화된 기체가 응축하여 나노입자를 생성하는 기화-응축 방법이 주로 사용되는데, 종래의 방식을 설명하면 다음과 같다.
종래의 나노입자 생성장치는 고온으로 온도를 생성할 수 있는 전기가열로를 사용하여, 기화-응축하여 나노입자를 만들어내고자 하는 시료를 전기가열로를 관통하는 튜브 내부의 고온영역에 위치시킨다.
튜브를 통해 공기 등의 유체가 흐르도록 한 상태에서 전기가열로를 가동시켜 고온영역의 온도를 상승시키면, 시료는 기화되 유체와 함께 흐르게 된다.
기화된 시료 중 일부는 튜브 내부에 흐르는 공기와 접촉하므로써 냉각되고 응축되어 미립자 상태가 되고, 미립자 상태의 시료 간 응집과정을 통해 일정한 크기 분포를 갖는 나노입자로 성장하게 된다.
그러나, 종래 기체 응축법으로 나노입자를 생성하는 방식은 나노입자 생성장치에 과도한 에너지를 사용해야 하고, 장치의 크기가 지나치게 크고, 운전조건을 바꾸는데 많은 시간이 걸리는 문제가 있다.
또한, 이와 같은 방식의 나노입자 생성장치는 장기간 나노입자를 균일하게 발생시키기 어렵고, 만들어진 나노입자가 일정시간이 경과하여 튜브로를 빠져 나온 후 희석되는 시스템이기 때문에, 고농도 나노입자를 생성하고자 할 경우 높은 비율의 응집된 형태를 갖는 나노입자가 만들어진다.
최근에 간단한 방식의 나노입자 생성 방법이 제안되었는데, 평판 히터에 수용된 덩어리 시료를 가열하는 조건에서 공기를 흘리게 되면, 만들어진 나노입자가 바로 공기와 희석될 수 있도록 하는 KR10-0857596 방식이 개시되었다.
그렇지만, 고온의 가열유닛이 공기 중에 개방된 상태이므로 생성장치의 제어가 쉽지 않고, 소형으로 구성하기에 어렵다는 문제점이 있었다.
특히, 주위 공기와 희석되는 과정에서 유동 패턴이 복잡해 지기 때문에, 장치 내부에 많은 양의 나노입자가 벽면에 부착되어 손실되는 문제가 있었다.
특히, 유입 공기의 유량을 변경할 때, 희석공기의 농도 비율이 유동패턴의 변화와 이에 의한 입자의 체류시간 변화, 그리고 벽면의 손실 등에 의해 크게 영향을 받을 수 있기 때문에, 생성된 나노입자의 크기분포에 있어서, 일관성이 유지하지 못하는 문제 또한 발생 되었다.
상기 KR10-0857596 기술은 기존의 전기가열로 방식에 비해서는 소형화가 가능하였지만, 부품이나 장치로 구성할 수 있는 초소형 구조를 만들기에는, 안정적인 나노입자 생성의 제어와 초소형화의 두 가지 목적을 달성하기 어려운 문제가 있었다.
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 고농도, 대용량의 나노입자를 생성하면서도, 초소형화 구조가 가능하도록 내부 단열재 튜브로 고온의 복사열을 흡수하고, 단열재 튜브의 내부와 외부의 유량을 제어함으로써, 초소형 구조에서 안정적으로 균일한 비응집 단일입자의 나노입자를 만들 수 있는 나노입자 생성장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나노입자 생성장치에 따르면, 내부공간을 형성하며, 전기 절연체가 일측면으로부터 내부공간으로 삽입된 본체와, 본체내부에 삽입되며, 전기 절연체에 구비된 국부가열장치가 중심축을 따라 위치되도록 전기 절연체 및 국부가열장치가 내부에 삽입된 단열튜브와, 단열튜브 내부로 외부공기를 유입시키기 위해 본체에 구비된 제1입구와, 단열튜브와 본체 사이로 외부공기를 유입시키기 위해 본체에 구비된 제2입구와, 단열튜브를 통해 본체 내부로 유입된 공기를 본체 외부로 배출하기 위해 본체에 구비된 나노입자 생성장치 출구를 포함하는 나노입자 생성장치를 제공한다.
본 발명의 하나의 측면에 의하면, 단열튜브에 제1입구를 통해 본체로 유입된 외부공기의 흐름을 균일하게 유도하기 위한 혼합공기균일분배부가 구비될 수 있으며, 혼합공기균일분배부에는 국부가열장치를 중심으로 상측과 하측으로 외부공기가 유도되도록 상부공과 하부공이 형성될 수 있으며, 제2입구를 통해 본체로 유입된 외부공기의 흐름을 단열튜브의 끝단으로 균일하게 유도하기 위해서, 단열튜브와 본체 사이에 링형상의 희석공기균일분배부가 구비될 수 있으며, 희석공기균일분배부는 환형을 이루도록 일정간격으로 천공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 국부가열장치의 길이는 단열튜브의 길이와 같거나 짧을 수 있으며, 본체에 열방출창이 본체를 따라 환형으로 구비될 수 있으며, 열방출창의 축방향 길이 구간 내에 단열튜브 및 국부가열장치의 단부가 위치될 수 있으며, 열방출창은 석영 또는 강화유리 등의 투명한 재질의 물질로 형성될 수 있으며, 국부가열장치는 원기둥형상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 국부가열장치에 이온발생장치가 구비될 수 있으며, 이온발생장치는, 국부가열장치를 통해 기체화되기 위해서 국부가열장치에 도포된 시료보다 제1입구에 가깝게 위치될 수 있으며, 일정한 크기의 나노입자만을 분리할 수 있는 전기적이동도 분석장치(DMA, DIFFERENTIAL MOBILITY ANALYZER)가 단열튜브에 구비될 수 있으며, 전기적이동도 분석장치는 국부가열장치에 도포된 시료보다 나노입자 생성장치 출구에 가깝게 위치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 일정한 크기의 나노입자만을 분리할 수 있는 전기적이동도 분석장치(DMA, DIFFERENTIAL MOBILITY ANALYZER)가 단열튜브에 구비될 수 있으며, 전기적이동도 분석장치가 단열튜브의 단부에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 제1입구 또는 제2입구로 유입되는 외부공기의 양을 조절할 수 있는 장치가 구비될 수 있으며, 나노입자 생성장치 출구는 중력방향과 반대를 향하도록 본체에 형성될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 나노입자 생성장치에 의하면, 초소형으로 구성할 수 있으면서, 대용량의 나노입자의 농도를 고농도로부터 중농도까지 쉽게 제어할 수 있으며, 응집하지 않는 비응집 단일 나노입자를 고농도로 만들 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 나노입자 생성장치의 단면도,
도 2는 도 1의 나노입자 생성장치의 사시 단면도,
도 3은 본 발명의 제2 실시예의 나노입자 생성장치의 단면도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예는 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 나노입자 생성장치의 단면도이고, 도 2는 도 1의 나노입자 생성장치의 사시 단면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 나노입자 생성장치는, 내부공간을 형성하며, 전기 절연체(110)가 일측면으로부터 내부공간으로 삽입된 본체(100)와, 본체(100) 내부에 삽입되며, 전기 절연체(110)에 구비된 국부가열장치(210)가 중심축을 따라 위치되도록 전기 절연체(110) 및 국부가열장치(210)가 내부에 삽입된 단열튜브(200)와, 단열튜브(200) 내부로 외부공기를 유입시키기 위해 본체(100) 일측에 구비된 제1입구(300)와, 단열튜브(200)와 본체(100) 사이로 외부공기를 유입시키기 위해 본체(100) 일측에 구비된 제2입구(400)와, 단열튜브(200)를 통해 본체(100) 내부로 유입된 공기를 본체(100) 외부로 배출하기 위해 본체(100) 타측에 구비된 나노입자 생성장치 출구(500)를 포함한다. 상기 국부가열장치(210)는 사각기둥형상이거나 원기둥형상일 수 있다.
단열튜브(200)의 일측에 제1입구(300)를 통해 본체(100)로 유입된 외부공기의 흐름을 균일하게 유도하기 위한 혼합공기균일분배부(310)가 구비된다. 혼합공기균일분배부(310)에는 국부가열장치(210)를 중심으로 상측과 하측으로 외부공기가 유도되도록 상부공과 하부공이 형성될 수 있다. 또는, 혼합공기균일분배부(310)에는 외부공기가 유도되도록 복수 개의 통공이 형성될 수도 있으며, 상기 복수 개의 통공은 상기 국부가열장치(210)를 중심으로 환형으로 배치될 수도 있다.
제2입구(400)를 통해 본체(100)로 유입된 외부공기의 흐름을 단열튜브(200)의 끝단으로 균일하게 유도하기 위해서, 단열튜브(200)와 본체(100) 사이에 링형상의 희석공기균일분배부(410)가 구비된다. 희석공기균일분배부(410)는 환형을 이루도록 일정간격으로 천공된다.
국부가열장치(210)의 길이(L1)는 단열튜브(200)의 길이(L2)와 같거나, 단열튜브(200)의 길이(L2)보다 짧은 것을 특징으로 한다(도 3 참조).
단열튜브(200)는 고온의 국부가열장치(210)의 표면에서 생성되는 복사열을 효과적으로 차폐할 수 있는 구조로, 고온의 국부가열장치(210)의 상부와 하부의 전체 또는 일부를 가릴수 있는 구조로 제작된다.
또한, 국부가열장치(210)가 원기둥형상으로 제작될 수도 있다.
본 발명의 제1 실시예는 제1입구(300) 및 제2입구(400)와 연결된 기체공급원을 더 포함하며, 기체공급원에는 제1입구(300) 또는 제2입구(400)로 유입되는 외부공기의 양을 조절할 수 있는 장치가 구비된 것을 특징으로 하며, 나노입자 생성장치 출구(500)는 중력방향과 반대를 향하도록 본체(100)에 형성된다.
외부공기가 본체(100)로 유입되는 입구는 나노입자를 생성하기 위해서 시료를 가열하는 국부가열장치(210)를 지나도록 단열튜브(200)와 연결된 제1입구(300)와 단열 튜브와 본체(100) 사이를 흐르는 희석 기체의 유로로 연결된 제2입구(400)로 분리된다.
생성된 나노입자의 유동과 희석 기체의 유동이 단열재 튜브의 끝 단에서 서로 만나 섞이게 되고, 섞여 희석된 나노입자를 포함한 기체는 나노입자 생성장치 출구(500)를 통해 원하는 목표 대상으로 전달된다.
또한, 제1입구(300) 및 제2입구(400)에 단일 장치를 사용하여 외부공기를 공급하고, 두 유로로 전달되는 외부공기의 압력차를 발생시키면 제1입구(300)와 제2입구(400)로 유입되는 외부공기의 유량을 달리할 수 있다.
단열튜브(200)는 1500도 이상의 가열유닛의 표면에서 발생하는 복사에너지를 흡수하여, 본체(100)에 열이 전달되는 것을 막아줌으로써, 본체(100)의 온도의 지나친 상승을 막게 된다. 이를 통해서, 본체(100)의 크기가 소형화될 수 있다.
또한, 나노입자가 생성되는 공간인 단열튜브(200) 내부 즉, 국부가열장치(210) 주변의 기체 유동 패턴을 항상 일정하게 유지할 수 있는 조건을 구현할 수 있으며, 제2입구(400)를 통해 단열튜브(200)와 본체(100) 사이로 유입된 희석 기체의 유량을 바꿀 수 있으므로, 생성된 나노입자의 농도를 제어할 수 있게 된다.
단열튜브(200)의 길이는 조절가능한데, 기체화된 시료의 응축 시간을 증가시키려면 단열재 튜브의 길이를 길게 하고, 기체화된 시료의 응축시간을 단축시켜 나노입자의 기본입자 크기를 작게 하려면 단열튜브(200) 길이를 짧게 조절하여 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예의 나노입자 생성장치의 단면도이다. 도 3에는 국부가열장치(210)의 길이(L1), 단열튜브(200)의 길이(L2), 본체(100)의 길이(L3), 열방출창(120)의 축방향 길이(L4)가 도시되었다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 나노입자 생성장치는 본체(100)에 열방출창(120)이 구비된 것을 특징으로 한다.
열방출창(120)은 단열튜브(200)의 타단과 인접한 위치에 형성되며, 본체(100)를 따라 환형으로 형성된다. 좀더 정확히는 열방출창(120)의 축방향 길이(L4) 구간 내에 단열튜브(200) 및 국부가열장치(210)의 단부가 위치되도록 열방출창(120)이 위치된다.
또한, 열방출창(120)은 석영 또는 강화유리 등의 투명한 재질의 물질로 형성된다.
앞서 기술한 바와 같이, 제2 실시에 따른 나노입자 생성장치는 본체(100)의 일부가 쿼츠나 강화유리 등의 투명한 재질의 물질로 형성된 것을 특징으로 한다.
단열튜브(200)의 길이를 짧게 하여 복사에너지가 본체(100)에 일부 전달되어도, 투명한 창을 통해 외부로 복사에너지를 전달시켜 복사에너지의 일부를 소모할 수 있기 때문에, 나노입자가 포함된 기체의 온도가 상대적으로 낮아지는 효과가 발생된다.
또한, 부수적으로 장치 내의 반응이 문제없이 진행되고 있는지 육안으로 확인할 수 있기 때문에, 문제가 발생한 경우 신속한 대응이 가능하다.
동시에 생성된 나노입자가 희석공기와 빠른 시간에 섞이기 때문에, 생성된 고농도의 나노입자가 순간적으로 농도가 낮아져 응집을 최대한으로 억제할 수 있다.
제3 실시예의 나노입자 생성장치는, 단열튜브(200)의 길이가 국부가열장치(210)의 길이보다 긴 것을 특징으로 한다.
제3 실시예에 따른 나노입자 생성장치는 단열튜브(200)의 길이가 국부가열장치(210)의 길이에 비하여 길게 형성됨으로써, 복사에너지가 세라믹 튜브에 전달되도록 하여, 본체(100)에 전달되는 에너지가 최소화된다.
단열튜브(200)의 외부를 지나는 희석공기가 내부를 지나는 나노입자를 포함한 공기와 혼합될 때, 국부가열장치(210)와의 표면과의 접촉 또는 복사를 통한 열전달이 최소화되기 때문에, 항상 일정한 양의 에어로졸 입자를 공급할 수 있고, 희석비에 따라 농도변화를 쉽게 제어할 수 있게 된다.
본체(100) 내부에 삽입된 단열튜브(200)의 길이를 조절하면 생성된 나노입자가 희석공기와 만나기 전의 고농도 조건에서 체류시간을 제어할 수 있으므로, 시료에 따라 응축이나 응결 특성을 제어하여 생성되는 나노입자의 형상을 제어할 수 있다.
제4 실시예의 나노입자 생성장치는, 국부가열장치(210)에 이온발생장치가 구비된 것을 특징으로 한다.
이온발생장치는 국부가열장치(210)에 장착되며, 국부가열장치(210)를 통해 기체화되기 위해서 국부가열장치(210)에 도포된 시료보다 제1입구(300)에 가깝게 위치된다.
제4 실시예에 따른 나노입자 생성장치는 나노입자가 생성되는 지점 이전에 다량의 이온을 발생시켜 나노입자가 생성되는 과정에서, 단일 극성으로 높게 하전될 수 있는 구조이다.
10나노미터보다 작은 크기의 나노입자는 대부분 중성으로 존재하기 때문에, 기체의 흐름에서 분리하기가 쉽지 않다.
입자가 하전되어 있다면 전기장에 존재하는 경우 기체의 흐름에서 쉽게 분리할 수 있기 때문에 다양한 응용 분야에 사용될 수 있을 것으로 예상된다.
제5 실시예의 나노입자 생성장치는, 일정한 크기의 나노입자를 분류할 수 있는 전기적이동도 분석장치(DMA, DIFFERENTIAL MOBILITY ANALYZER)가 단열튜브(200) 출구측에 구비되거나 나노입자 생성장치 출구(500) 일측에 구비될 수도 있다. 전기적이동도 분석장치(DMA, DIFFERENTIAL MOBILITY ANALYZER)는 일정 전압이 인가된 전극판 사이를 통과할 때 입자의 크기마다 전기적 이동도(ELECTRICAL MOBILITY)가 다른 원리를 이용하여 나노입자를 크기 별로 분류할 수 있는 장치이다.
제5 실시예에 따른 나노입자 생성장치는 나노입자가 생성된 후단에 간이 전기이동도 분리장치를 설치하여 원하는 크기의 일정한 나노입자만을 분리할 수 있도록 구성된다.
대략 10nm 주변 혹은 10nm 작은 나노입자의 경우, 입자는 대부분 중성으로 존재하거나 (+)1가 혹은 (-)1가로 존재하게 된다.
특히, 고온에서 생성된 나노입자의 경우 (+)와 (-)로 대전된 입자의 분율이 높으므로, 전기적이동도 분석장치(DMA, Differential Mobility Analyzer)를 통과시켜 생성할 수 있는 입자의 농도를 획기적으로 높일 수 있는 장점이 있다.
그러므로, 입자에 전기장을 걸어주고, 일정한 거리에서 입자를 분리하는 시스템을 적용하면 같은 크기의 입자를 분리할 수 있다.
즉, 제5 실시예는 전기적이동도 분석장치가 구비됨으로써 고농도의 일정한 크기의 나노입자를 분리할 수 있게 된다.

Claims (18)

  1. 내부공간을 형성하며, 전기 절연체가 일측면으로부터 상기 내부공간으로 삽입된 본체;
    상기 본체 내부에 삽입되며, 상기 전기 절연체에 구비된 국부가열장치가 중심축을 따라 위치되도록 상기 전기 절연체 및 상기 국부가열장치가 내부에 삽입된 단열튜브;
    상기 단열튜브 내부로 외부공기를 유입시키기 위해 상기 본체에 구비된 제1입구;
    상기 단열튜브와 상기 본체 사이로 외부공기를 유입시키기 위해 상기 본체에 구비된 제2입구; 및
    상기 단열튜브를 통해 상기 본체 내부로 유입된 공기를 상기 본체 외부로 배출하기 위해 상기 본체에 구비된 나노입자 생성장치 출구;
    를 포함하는 나노입자 생성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단열튜브에 상기 제1입구를 통해 상기 본체로 유입된 외부공기의 흐름을 균일하게 유도하기 위한 혼합공기균일분배부가 구비된 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 혼합공기균일분배부에는 상기 국부가열장치를 중심으로 상측과 하측으로 외부공기가 유도되도록 상부공과 하부공이 형성된 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2입구를 통해 상기 본체로 유입된 외부공기의 흐름을 상기 단열튜브의 끝단으로 균일하게 유도하기 위해서, 상기 단열튜브와 상기 본체 사이에 링형상의 희석공기균일분배부가 구비된 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 희석공기균일분배부는 환형을 이루도록 일정간격으로 천공된 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 국부가열장치의 길이는 상기 단열튜브의 길이와 같거나 짧은 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 본체에 열방출창이 본체를 따라 환형으로 구비된 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열방출창의 축방향 길이 구간 내에 상기 단열튜브 및 상기 국부가열장치의 단부가 위치된 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 열방출창은 석영 또는 강화유리인 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 국부가열장치가 원기둥형상인 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 국부가열장치에 이온발생장치가 구비된 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 이온발생장치는, 상기 국부가열장치를 통해 기체화되기 위해서 상기 국부가열장치에 도포된 시료보다 상기 제1입구에 가깝게 위치된 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  13. 제12항에 있어서,
    일정한 크기의 나노입자를 분류할 수 있는 전기적이동도 분석장치(DMA, DIFFERENTIAL MOBILITY ANALYZER)가 상기 단열튜브에 구비된 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전기적이동도 분석장치는 상기 국부가열장치에 도포된 시료보다 상기 나노입자 생성장치 출구에 가깝게 위치된 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  15. 제1항에 있어서,
    일정한 크기의 나노입자를 분류할 수 있는 전기적이동도 분석장치(DMA, DIFFERENTIAL MOBILITY ANALYZER)가 상기 단열튜브에 구비된 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전기적이동도 분석장치가 상기 단열튜브의 단부에 배치된 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1입구 또는 상기 제2입구로 유입되는 공기의 양을 조절할 수 있는 장치가 구비된 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자 생성장치 출구는 중력방향과 반대를 향하도록 상기 본체에 형성된 것을 특징으로 하는 나노입자 생성장치.
PCT/KR2015/002912 2014-04-01 2015-03-25 나노입자 생성장치 WO2015152563A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/123,219 US10139165B2 (en) 2014-04-01 2015-03-25 Apparatus for producing nanoparticles

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2014-0038761 2014-04-01
KR1020140038761A KR20150114290A (ko) 2014-04-01 2014-04-01 나노입자 생성장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015152563A1 true WO2015152563A1 (ko) 2015-10-08

Family

ID=54240820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2015/002912 WO2015152563A1 (ko) 2014-04-01 2015-03-25 나노입자 생성장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10139165B2 (ko)
KR (1) KR20150114290A (ko)
WO (1) WO2015152563A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060075893A (ko) * 2004-12-29 2006-07-04 삼성전자주식회사 나노입자생성장치
KR20070023137A (ko) * 2005-08-23 2007-02-28 삼성전자주식회사 나노입자 생성장치
KR20070023138A (ko) * 2005-08-23 2007-02-28 삼성전자주식회사 나노입자 생성장치
KR20080102268A (ko) * 2006-03-03 2008-11-24 바텔리 메모리얼 인스티튜트 고농도 나노입자를 생성하기 위한 방법 및 장치
KR100896260B1 (ko) * 2005-07-29 2009-05-08 삼성전자주식회사 나노입자 생성장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003287801A1 (en) * 2002-11-15 2004-06-15 Mgill University Method for producing carbon nanotubes using a dc non-transferred thermal plasma torch
US7750270B2 (en) * 2004-12-28 2010-07-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Nanoparticle generator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060075893A (ko) * 2004-12-29 2006-07-04 삼성전자주식회사 나노입자생성장치
KR100896260B1 (ko) * 2005-07-29 2009-05-08 삼성전자주식회사 나노입자 생성장치
KR20070023137A (ko) * 2005-08-23 2007-02-28 삼성전자주식회사 나노입자 생성장치
KR20070023138A (ko) * 2005-08-23 2007-02-28 삼성전자주식회사 나노입자 생성장치
KR20080102268A (ko) * 2006-03-03 2008-11-24 바텔리 메모리얼 인스티튜트 고농도 나노입자를 생성하기 위한 방법 및 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US10139165B2 (en) 2018-11-27
KR20150114290A (ko) 2015-10-12
US20170074587A1 (en) 2017-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7393385B1 (en) Apparatus and method for electrostatically depositing aerosol particles
Biskos et al. Generation and sizing of particles for aerosol-based nanotechnology
CN109709006B (zh) 一种耐温型超细颗粒物粒径分级检测装置及其检测方法
US20090056535A1 (en) Particle separation
Modesto-Lopez et al. Role of the effective electrical conductivity of nanosuspensions in the generation of TiO2 agglomerates with electrospray
DE60225548T2 (de) Staubfreier ionisierer des typs mit strömungsentladungsionisierter luft
Li et al. Performance study of a DC-corona-based particle charger for charge conditioning
WO2016153231A1 (ko) 수소 검출 센서 및 이의 제조방법
US6004375A (en) Process and apparatus to treat gasborne particles
US20080011876A1 (en) Particle generator
Svensson et al. Validation of an air–liquid interface toxicological set-up using Cu, Pd, and Ag well-characterized nanostructured aggregates and spheres
US5824137A (en) Process and apparatus to treat gas-borne particles
WO2015152563A1 (ko) 나노입자 생성장치
Liu et al. An electrospray aerosol generator with X-ray photoionizer for particle charge reduction
WO2018012876A1 (ko) 카본나노튜브 제품 건조 및 회수 장치와 이를 이용한 카본나노튜브 제조방법
US9032905B2 (en) Apparatus and method for coating glass substrate
WO2013058429A1 (ko) 입자 분리 장치 및 이를 이용한 섬유형상 입자의 분리방법
CN107364134A (zh) 一种电流体动力学同轴打印聚合物金属复合超材料的喷头
JP2007149371A (ja) エアロゾル荷電中和装置
Lenggoro et al. Colloidal nanoparticle analysis by nanoelectrospray size spectrometry with a heated flow
Jung et al. Generation of nonagglomerated airborne bacteriophage particles using an electrospray technique
KR101322689B1 (ko) 섬유형상 입자의 분리 방법 및 시스템
CN100398192C (zh) 用于使用电晕放电制造粒子的装备
Liu Ultrafine particle generation and measurement
Feng Scalable spark ablation synthesis of nanoparticles: Fundamental considerations and application in textile nanofinishing

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15772504

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15123219

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15772504

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1