KR20180042701A - 나노초 펄스방전을 이용한 나노분말 제조 장치 및 방법 - Google Patents

나노초 펄스방전을 이용한 나노분말 제조 장치 및 방법 Download PDF

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KR20180042701A
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Abstract

나노분말 제조 장치 및 방법이 개시된다. 나노분말 제조 장치는, 나노분말로 제조될 물질의 전극을 포함하고 미리 설정된 거리만큼 서로 이격된 복수의 전극, 및 복수의 전극 사이에 인가되고 미리 설정된 펄스폭보다 작은 펄스 전압을 발생하는 펄스 발생부를 포함하며, 펄스 발생부는 미리 설정된 주파수 이상으로 반복하여 펄스 전압을 발생한다. 이러한 구성에 의하면, 전극 표면 물질이 나노 입자화하여 전극이 소모되면서 나노 입자로 변하기 때문에, 나노분말 제조 물질을 와이어 형태로 제작하거나 제작된 와이어를 나노분말 장치 내로 공급(피딩)이 필요가 없어 보다 간편하고 효과적으로 나노분말을 생산할 수 있게 된다. 또한, 생산된 나노분말의 입도가 훨씬 작고 균일할 뿐만 아니라, 이종의 전극물질에 의한 불순물 생성을 방지할 수 있게 되어 더욱 고품질의 나노 입자를 생산할 수 있게 된다.

Description

나노초 펄스방전을 이용한 나노분말 제조 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR PRODUCING NANOPOWDER BY NANOSECOND PULSE DISCHARGE}
본 발명은 나노분말 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 방전을 이용하여 나노분말을 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근에 신소재로서 극미세 분말 재료(Nanostructured Powder Materials)의 기술 개발은 나노 디바이스를 포함하는 새로운 분야의 기반 기술로 응용될 수 있기 때문에 매우 중요하게 인식되고 있다.
극미세분말 재료는 재료 구조의 미세화(100nm 이하)와 이에 따른 표면적의 증가로 인하여 기존의 재료에서는 얻을 수 없는 특이한 전ㆍ자기적, 기계적 및 촉매 특성을 나타낼 수 있으므로, 초고강도 부품, 자성 부품, 열전, 센서, 필터, 촉매 등의 차세대 기능성 소재로서 산업 전반에 걸쳐 새로운 수요를 창출할 것임에 틀림없다.
첨단산업의 발전에 따라 부품 및 시스템의 고성능화 및 소형화가 진행되고 있으며, 현재는 물리/화학/생물학적 특성을 결정하는 현상학적 길이가 마이크론 또는 서브 마이크론인 구성인자가 사용되고 있다.
이에, 나노 기술의 중요성은 부품 및 시스템의 고성능화 및 소형화에 대한 기존 기술의 한계성을 극복할 수 있는 기술이며, 또한 현상학적 길이가 감소함에 따라 새로운 성능이 발현될 수 있기 때문에 미래기술의 전형이면서 첨단제품의 개발에 필수적인 요소라 할 것이다.
현재, 대표적인 나노분말 제조법으로 펄스파워를 이용한 기중 및 액중 전기 폭발법이 널리 보급되고 있다. 도 1은 액중 전기 폭발법의 사용 상태의 예를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전기폭발법은 소재를 와이어로 만들고 피딩에 의해서 전극간에 접촉을 시키는 방법이다. 그런데, 이와 같은 방법은 와이어 소재의 가공에 기술적으로 어려움이 있을 뿐만 아니라 많은 비용이 드는 문제점이 있다.
또한, 와이어 직경이 작을수록 더 작은 입자 생산 가능하지만, 작은 직경의 와이어는 제조와 피딩이 어렵기 때문에 대량생산에 한계가 있다. 또한, 와이어 소재의 특성으로 인해 전극으로 와이어 소재와 다른 종류의 금속을 사용하는 경우 전극으로부터 불순물이 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 와이어 형태로 제작이 어렵거나 번거로운 재료(소결된 합금 등)를 간편하고 효과적으로 나노입자화 할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 나노분말에 사용되는 전기 에너지를 감소시킴으로써, 기존 전기폭발법에 비해서 안전하고, 크기와 구조를 단순화하여 저렴하고 사용이 간편한 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 나노분말 제조 장치는, 나노분말로 제조될 물질의 전극을 포함하고 미리 설정된 거리만큼 서로 이격된 복수의 전극, 및 복수의 전극 사이에 인가되고 미리 설정된 펄스폭보다 작은 펄스 전압을 발생하는 펄스 발생부를 포함하며, 펄스 발생부는 미리 설정된 주파수 이상으로 반복하여 펄스 전압을 발생한다.
이러한 구성에 의하면, 전극 표면 물질이 나노 입자화하여 전극이 소모되면서 나노 입자로 변하기 때문에, 나노분말 제조 물질을 와이어 형태로 제작하거나 제작된 와이어를 나노분말 장치 내로 공급(피딩)할 필요가 없어 보다 간편하고 효과적으로 나노분말을 생산할 수 있게 된다.
또한, 생산된 나노분말의 입도가 훨씬 작고 균일할 뿐만 아니라, 이종의 전극물질에 의한 불순물 생성을 방지할 수 있게 되어 더욱 고품질의 나노 입자를 생산할 수 있게 된다.
이때, 펄스 전압은 복수의 전극 사이에서 절연 파괴에 의한 방전을 발생시키도록 설정될 수 있으며, 펄스 전압은 1kV 이상 50kV 이하일 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 대용량 커패시터와 스위치를 이용하는 전원 대신 소형 세라믹 커패시터와 소형 스파크갭 스위치를 이용함으로써, 더욱 안전하게 나노분말을 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 크기와 구조를 단순화하여 널리 보급 가능한 저렴하고 사용이 간편한 장치를 제공할 수 있게 된다.
이를 위해, 펄스폭은 복수의 전극 사이에서 절연 파괴가 발생하도록 미리 설정될 수 있으며, 펄스폭은 10나노초 이상 500나노초 이하일 수 있다. 이러한 구성에 의하며, 이온화 물질이 이동에 의한 전류의 흐름으로 인해 전극 사이의 전압이 하락하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 빠른 반복 펄스 방전을 통해 대량 생산이 가능하게 된다.
또한, 미리 설정된 거리를 유지시키기 위한 거리 제어부를 포함할 수 있으며, 거리는 생성된 나노분말에 의해 복수의 전극 사이에 전류가 흐르지 못하도록 미리 설정될 수 있으며, 거리는 0.5mm 이상 2mm 이하일 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 생성된 나노분말에 의해 전극이 단락되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 나노분말의 생성으로 인해 전극 사이의 거리가 멀어지는 것을 방지하여 지속적으로 안정된 나노분말의 생성이 가능하게 된다.
또한, 펄스 발생부는 복수의 인덕터와 커패시터를 조합하여 형성한 막스 제너레이터(Marx Generator)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 인덕터와 커패시터의 조합 조건에 따라 더욱 단순하면서도 안정적인 펄스를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 저항 대신 인덕터를 사용함으로써, 더욱 고속으로 펄스 방전을 반복 수행할 수 있게 된다.
또한, 나노 분말 제조 장치는 복수의 전극 및 미리 설정된 유체를 내부에 포함하는 챔버부를 더 포함하고, 유체는 제조될 나노분말에 따라 설정될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 제조될 나노물질에 따라 다양한 액체 및 기체를 챔버 내에 주입하여 보다 효과적인 나노분말의 제조를 수행할 수 있게 된다.
이때, 제조될 나노분말은 유체로부터 해리된 탄소가 코팅된 금속 나노분말, 또는 유체로부터 해리된 탄소가 코팅된 실리콘 나노분말일 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 유체로부터 해리된 탄소 원자를 이용하여 효과적으로 탄소가 코팅된 나노분말을 제조할 수 있게 된다.
또한, 유체는 냉각액일 수 있으며, 특히 제조될 나노분말이 탄소가 코팅된 금속 나노분말이고, 유체는 엔진 오일일 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 나노분말이 분산된 고효율의 냉각액을 효과적으로 제조할 수 있게 된다.
또한, 유체의 성분 또는 이동을 제어하는 유체 제어부를 더 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 유체의 제어를 통해 다양한 성분이나 성질의 나노분말을 제조할 수 있게 된다.
아울러, 상기 장치를 방법의 형태로 구현한 발명이 함께 개시된다.
본 발명에 의하면, 전극 표면 물질이 나노 입자화하여 전극이 소모되면서 나노 입자로 변하기 때문에, 나노분말 제조 물질을 와이어 형태로 제작하거나 제작된 와이어를 나노분말 장치 내로 공급(피딩)할 필요가 없어 보다 간편하고 효과적으로 나노분말을 생산할 수 있게 된다.
또한, 생산된 나노분말의 입도가 훨씬 작고 균일할 뿐만 아니라, 이종의 전극물질에 의한 불순물 생성을 방지할 수 있게 되어 더욱 고품질의 나노 입자를 생산할 수 있게 된다.
또한, 대용량 커패시터와 스위치를 이용하는 전원 대신 소형 세라믹 커패시터와 소형 스파크갭 스위치를 이용함으로써, 더욱 안전하게 나노분말을 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 크기와 구조를 단순화하여 널리 보급 가능한 저렴하고 사용이 간편한 장치를 제공할 수 있게 된다.
또한, 이온화 물질이 이동에 의한 전류의 흐름으로 인해 전극 사이의 전압이 하락하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 빠른 반복 펄스 방전을 통해 대량 생산이 가능하게 된다.
또한, 생성된 나노분말에 의해 전극이 단락되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 나노분말의 생성으로 인해 전극 사이의 거리가 멀어지는 것을 방지하여 지속적으로 안정된 나노분말의 생성이 가능하게 된다.
또한, 인덕터와 커패시터의 조합 조건에 따라 더욱 단순하면서도 안정적인 펄스를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 저항 대신 인덕터를 사용함으로써, 더욱 고속으로 펄스 방전을 반복 수행할 수 있게 된다.
또한, 제조될 나노물질에 따라 다양한 액체 및 기체를 챔버 내에 주입하여 보다 효과적인 나노분말의 제조를 수행할 수 있게 된다.
또한, 유체로부터 해리된 탄소 원자를 이용하여 효과적으로 탄소가 코팅된 나노분말을 제조할 수 있게 된다.
또한, 나노분말이 분산된 고효율의 냉각액을 효과적으로 제조할 수 있게 된다.
또한, 챔버내로 주입된 유체의 제어를 통해 다양한 성분이나 성질의 나노분말을 제조할 수 있게 된다.
도 1은 액중 전기 폭발법의 사용 상태의 예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노분말 제조 장치의 개략적인 블록도.
도 3은 도 2의 나노분말 제조 장치를 실제 구현 예의 개략적인 도면.
도 4는 전극 표면의 SEM 사진.
도 5는 전극 사이에 인가되는 전압과 전류의 방전 상태를 도시한 도면.
도 6은 전기폭발법(Electrical Explosion Wires; EEW)과 나노초 펄스 방전법(Nanosecond Pulsed Discharge; NPD)을 비교하기 위한 표.
도 7은 제조된 은 나노분말의 TEM 사진.
도 8은 나노분말 샘플의 XRD 분석 그래프.
도 9는 방전 전압에 따른 여러 가지 특성이 도시된 표
도 10은 막스 제너레이터의 각 단(stage)에서의 방전의 반복을 도시하는 그래프.
도 11은 증류수 중에서 제조된 은 나노분말 콜로이드를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노분말 제조 방법의 개략적인 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노분말 제조 장치의 개략적인 블록도이고, 도 3은 도 2의 나노분말 제조 장치를 실제 구현 예의 개략적인 도면으로서, 나노초 펄스 방전에 의한 나노분말 제조 장치의 구체적인 예가 도시되어 있다. 도 2에서, 나노분말 제조 장치(100)는, 복수의 전극(110), 거리 제어부(120), 펄스 발생부(130), 챔버부(140), 및 유체 제어부(150)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 전극(110)은 나노분말로 제조될 물질의 전극을 포함하며, 미리 설정된 거리만큼 서로 이격되어 있다. 또한, 전극 사이에 와이어가 불필요하고 전극의 형태도 와이어 또는 마이크로 분말과 같이 제한된 형태가 아니라 다양한 벌크 형태로 구현될 수 있다.
이에 따라, 와이어 형상으로 제조가 불가능한 물질도 나노분말로 제조가 가능해 지기 때문에, 금속 나노분말은 물론, 소결법으로 만들어진 합금의 나노분말, 실리콘이나 게르마늄과 같은 반도체 물질 등의 나노분말 제조가 가능해 진다. 또한, 와이어 피딩이 필요 없어 장치가 간단해 진다.
더 나아가서는, 카본이 코팅된 금속 나노분말, 카본이 코팅된 실리콘 나노분말, 리튬이온전지의 음극활물질용 실리콘 나노분말과 같이 특수한 나노분말의 제조도 가능해 진다.
전극 사이의 거리는 생성된 나노분말에 의해 복수의 전극 사이에 전류가 흐르지 못하도록 미리 설정될 수 있으며, 거리는 0.5mm 이상 2mm 이하일 수 있다. 즉, 전극은 1mm 내외로 이격되도록 배치하는 것이 바람직하다.
이보다 짧은 거리로 이격되는 경우 생성된 나노분말에 의해 전극이 단락될 수 있고, 긴 거리로 이격되는 경우 방전을 일으키기 위한 전압이 증가되어야 하기 때문이다.
또한, 계속해서 나노분말을 효율적으로 생산하기 위해서는 전극 사이의 거리 유지가 필요하며, 이를 위해 거리 제어부(120)는 전극 사이의 거리를 유지시킨다.
본 발명에서는 전극 사이의 방전에 의해 100A 내지 10KA의 전류가 흐르며, 이 전류에 의해서 증발하는 전극 표면의 물질이 나노 입자화하는 현상을 이용하여 나노분말을 생산하기 때문에 전극이 소모되면서 전극 사이의 거리가 멀어질 수 있어, 거리 제어부(120)가 전극 사이의 거리가 멀어지는 것을 방지하여 지속적으로 안정된 나노분말의 생성이 가능하도록 한다.
도 4는 전극 표면의 SEM 사진이다. 도 4에서, 펄스 방전에 의해 은(Ag) 전극 표면에 용융 영역이 형성된 상태를 확인할 수 있다. 이때 용융 영역의 크기는 일반적으로 방전 에너지에 비례한다.
펄스 발생부(130)는 복수의 전극(110) 사이에 인가되고 미리 설정된 펄스폭보다 작은 펄스 전압을 발생한다. 이때, 펄스폭은 복수의 전극(110) 사이에서 절연 파괴가 발생하도록 미리 설정된 것으로서, 펄스폭은 10나노초 이상 500나노초 이하일 수 있다.
도 5는 전극 사이에 인가되는 전압과 전류의 방전 상태를 도시한 도면이다. 도 5에서 초기에는 전기영동(eletorphoresis)에 의한 전류의 작은 증가와 함께 전압이 급격하게 상승하지만, 절연 파괴(break down) 이후에는 전류는 급증하면서 전압이 급감하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 펄스 발생부(120)는 미리 설정된 주파수 이상으로 반복하여 펄스 전압을 발생한다. 이에 따라, 펄스방전의 높은 에너지 효율성을 유지하면서 고반복 펄스방전을 통해서 대량생산이 가능하게 된다.
전기폭발법에서 1회 방전에 사용하는 에너지를 1/100 ~ 1/10000로 나누어 방전하는 것으로서, 전기폭발법에 비해 에너지는 1/1000 이하 방전시간은 1/100 이하가 된다. 또한, 이와 같이, 1회 방전에 큰 에너지를 사용하지 않고 나노초의 빠른 펄스를 수백 Hz로 방전하므로 장치가 기계적으로 간편화되어 장치가 소형화되고 안전하게 된다.
도 6은 종래의 전기폭발법(Electrical Explosion Wires; EEW)과 본 발명에 따른 나노초 펄스 방전법(Nanosecond Pulsed Discharge; NPD)을 비교하기 위한 표이다. 도 6에서 1회 방전시의 에너지를 비교할 수 있다.
또한, 이러한 구성에 의하면, 기존의 방전에 의한 나노분말 제조법에 비해 입자 사이즈가 10nm 내지 100nm로 감소하여 마이크로미터 사이즈 입자 발생이 최소화될 뿐만 아니라 전극 또는 기타 오염물질로부터 자유로워지기 때문에, 고분산 고순도 나노분말이 제조 가능하여 고가의 귀금속 등의 촉매제 생산에 유리하다.
도 7은 제조된 은 나노분말의 TEM 사진이고, 도 8은 나노분말 샘플의 XRD 분석 그래프이다. 도 7에서, 생성된 입자의 평균 크기가 22nm 이하인 것을 확인할 수 있다.
이때, 펄스 전압은 복수의 전극(110) 사이에서 절연 파괴(electrical breakdown)에 의한 방전(discharge)을 발생시키도록 설정될 수 있으며, 펄스 전압은 1kV 이상 50kV 이하일 수 있다. 이에 따라, 대용량 커패시터와 스위치를 이용하는 전원 대신 소형 세라믹 커패시터와 소형 스파크갭 스위치를 이용한 고반복 펄스 전원이 사용 가능해 진다. 도 9는 방전 전압에 따른 여러 가지 특성이 도시된 표이다. 도 9에서 방전 전압(dischatge voltage)에 따른 생산성(procuctivity)을 확인할 수 있다.
도 3에서 펄스 발생부(130)는 복수의 인덕터와 커패시터를 조합하여 형성한 막스 제너레이터를 포함하여 구현되어 있다. 도 3에는 저항대신 인덕터가 포함된 작은 규모(2nF, 10kV, 5 stage)의 막스 제너레이터의 예가 도시되어 있다. 하지만, 펄스 발생부(130)는 반도체 소자를 이용한 펄스전원장치와 같이, 방전을 일으키기 위한 나노초 펄스를 발생시킬 수 있는 다른 어떠한 형태의 장치로도 구현될 수 있다.
도 10은 막스 제너레이터의 각 단(stage)에서의 방전의 반복을 도시하는 그래프이다. 도 10에서 각 단에서의 충전은 8kV까지이고 반복율은 15pps 이하인 것을 확인할 수 있다. 각 단에서의 충전이 8kV이므로, 막스 제너레이터가 5단으로 구성되는 경우 40kV의 전압이 충전될 수 있다.
챔버부(140)는 복수의 전극(110) 및 미리 설정된 유체를 내부에 포함한다. 이때, 유체는 제조될 나노분말에 따라 설정될 수 있으며 기체나 액체 모두 가능하다. 따라서, 나노초 펄스 방전에 의한 나노분말의 제조는 액중 및 기중 제조 모두 가능하다. 액체의 종류로는 증류수, 에탄올, 메탄올, 에틸렌글리콜 등을 예로 들 수 있다. 도 11은 증류수 중에서 제조된 은 나노분말 콜로이드를 도시한 도면이다.
또한, 제조된 나노분말은 전극물질만으로 이루어진 형태뿐만 아니라 전극물질에 다른 물질이 코팅된 형태로 제조될 수 있다. 예를 들어, 나노분말은 유체로부터 해리된 탄소가 코팅된 금속 나노분말, 또는 실리콘 나노분말의 형태로 제조될 수 있다.
이는 방전시 액체 중에 포함된 탄소 원자가 해리되어 금속 또는 실리콘 나노입자의 표면에 층을 형성하는 현상을 이용하는 것으로서, 코팅되는 층의 두께는 에탄올, 메탄올 등의 유기용매 또는 에틸렌글리콜 등의 오일류 및 당류와 같이 액체의 종류에 따라 달라질 수 있다. 또한, 이와 같이 제조된 탄소 코팅된 실리콘 나노분말의 경우 리튬이온 전지의 음극활물질 재료로서 활용될 수 있다.
또한, 유체는 일반 냉각수 또는 오일류와 같이 냉각효율을 높이기 위해 사용되는 냉각액일 수 있으며, 이 경우, 냉각액에 나노입자를 첨가함으로써 냉각효율을 향상시킬 수 있는 나노입자가 분산된 나노유체를 제조할 수 있게 된다.
특히, 엔진오일 중에서 곧바로 탄소 코팅된 금속 나노입자를 제조함으로써, 엔진오일에 나노입자를 분산시켜 엔진성능을 향상시키고 연비를 개선하는 목적으로 사용할 수 있다.
유체 제어부(150)는 유체의 성분 또는 이동을 제어한다. 예를 들어, 유체 제어부(150)는 분위기 가스 제어에 의해 산화물 혹은 질화물을 제조할 수 있다. 이때, 나노분말 장치는 유체 제어부(150)의 유체의 순환 제어 기능만을 별도로 분리하여 액체 또는 기체를 순환시키는 순환부(미도시)의 구성을 별도로 포함하도록 구현될 수도 있으며, 생성된 입자를 회수하는 회수부(미도시)의 구성을 더 포함하도록 구현될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노분말 제조 방법의 개략적인 흐름도이다. 도 12에서, 먼저 나노분말로 제조될 물질의 전극을 포함하는 복수의 전극을 미리 설정된 거리만큼 서로 이격시켜 배치한다(S110).
전극 사이에는 와이어가 불필요하고 전극의 형태도 와이어 또는 마이크로 분말과 같이 제한된 형태가 아니라 다양한 벌크 형태로 구현될 수 있다. 또한, 전극 사이의 거리는 0.5mm 이상 2mm 이하일 수 있다. 즉, 전극은 1mm 내외로 이격되도록 배치하는 것이 바람직하다.
이어서, 미리 설정된 펄스폭보다 작은 펄스 전압을 미리 설정된 주파수 이상으로 반복하여 발생하고(S120), 발생된 펄스 전압을 복수의 전극 사이에 인가한다(S130). 이때, 펄스폭은 10나노초 이상 500나노초 이하일 수 있다.
전기폭발법에서 1회 방전에 사용하는 에너지를 1/100 ~ 1/10000로 나누어 방전하는 것으로서, 전기폭발법에 비해 에너지는 1/1000 이하 방전시간은 1/100 이하가 된다. 또한, 펄스 전압은 1kV 이상 50kV 이하일 수 있다.
이러한 반복 펄스 전압은 막스 제너레이터를 이용하여 발생시킬 수 있으며, 반도체 소자를 이용한 펄스전원장치와 같이, 나노초 펄스를 발생시킬 수 있는 다른 어떠한 형태의 장치를 이용하여 발생시킬 수도 있다.
다음으로, 복수의 전극이 내부에 포함된 챔버 내의 유체의 성분 또는 이동을 제어한다(S140). 챔버는 복수의 전극 및 미리 설정된 유체를 내부에 포함하며, 유체는 제조될 나노분말에 따라 설정될 수 있다.
챔버 내에 포함되는 유체는 기체나 액체 모두 가능하며, 따라서 나노초 펄스 방전에 의한 나노분말의 제조는 액중 및 기중 제조 모두 가능하다. 유체로 사용되는 액체의 종류로는 증류수, 에탄올, 메탄올, 에틸렌글리콜 등을 예로 들 수 있다. 또한, 유체 제어의 예로, 분위기 가스 제어, 유체의 순환 제어, 및 생성된 입자의 회수 제어 등을 들 수 있다.
마지막으로, 복수의 전극 사이를 미리 설정된 거리만큼만 이격되도록 제어한다(S150). 본 발명에서는 전극 사이의 방전에 의해 100A 내지 10KA의 전류가 흐르며, 이 전류에 의해서 증발하는 전극 표면의 물질이 나노 입자화하는 현상을 이용하여 나노분말을 생산하기 때문에 전극이 소모되면서 전극 사이의 거리가 멀어질 수 있어, 전극 사이의 거리가 멀어지는 것을 방지하도록 지속적으로 제어하는 것이다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.
100: 나노분말 제조 장치
110: 전극
120: 거리 제어부
130: 펄스 발생부
140: 챔버부
150: 유체 제어부

Claims (18)

  1. 나노분말로 제조될 물질의 전극을 포함하고 미리 설정된 거리만큼 서로 이격된 복수의 전극; 및
    상기 복수의 전극 사이에 인가되고 미리 설정된 펄스폭보다 작은 펄스 전압을 발생하는 펄스 발생부를 포함하며,
    상기 펄스 발생부는 미리 설정된 주파수 이상으로 반복하여 펄스 전압을 발생하는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 미리 설정된 거리를 유지시키기 위한 거리 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 펄스폭은 상기 복수의 전극 사이에서 절연 파괴가 발생하도록 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 펄스폭은 10나노초 이상 500나노초 이하인 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 거리는 생성된 나노분말에 의해 상기 복수의 전극 사이에 전류가 흐르지 못하도록 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 거리는 0.5mm 이상 2mm 이하인 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 펄스 전압은 상기 복수의 전극 사이에서 절연 파괴에 의한 방전을 발생시키도록 설정되는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 펄스 전압은 1kV 이상 50kV 이하인 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 펄스 발생부는 복수의 인덕터와 커패시터를 조합하여 형성한 막스 제너레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 전극 및 미리 설정된 유체를 내부에 포함하는 챔버부를 더 포함하고,
    상기 유체는 상기 제조될 나노분말에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제조될 나노분말은 상기 유체로부터 해리된 탄소가 코팅된 금속 나노분말인 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제조될 나노분말은 상기 유체로부터 해리된 탄소가 코팅된 실리콘 나노분말인 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 유체는 냉각액인 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제조될 나노분말은 탄소가 코팅된 금속 나노분말이고,
    상기 유체는 엔진 오일인 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 유체의 성분 또는 이동을 제어하는 유체 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 장치.
  16. 나노분말로 제조될 물질의 전극을 포함하는 복수의 전극을 미리 설정된 거리만큼 서로 이격시켜 배치하는 단계;
    미리 설정된 펄스폭보다 작은 펄스 전압을 미리 설정된 주파수 이상으로 반복하여 발생하는 단계; 및
    상기 펄스 전압을 상기 복수의 전극 사이에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수의 전극 사이를 상기 미리 설정된 거리만큼만 이격되도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 분말 제조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 복수의 전극이 내부에 포함된 챔버 내의 유체의 성분 또는 이동을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조 방법.

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KR102570924B1 (ko) 2022-08-29 2023-08-28 한국전기연구원 스위치, 펄스 발생 장치 및 펄스 제어 장치의 제어 방법

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