KR20190132135A - 3-dimension hemin structure and process for preparing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 헤민 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기장 내에서 헤민 입자가 전기적 인력에 의해 인접 배열되어 형성되는 전기전도성 3차원 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a three-dimensional hemin structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an electrically conductive three-dimensional structure and a method of manufacturing the hemin particles are arranged adjacent to each other by the electrical attraction in the electric field.
높은 전기적 특성을 활용한 초고속 반도체, 휘어지는 디스플레이, 높은 전도도를 이용한 고효율 태양전지 등과 같이 전기전자 디바이스의 성능이 향상됨에 따라 전기전도성 소재 물질에 대한 관심이 증가하고 있다. 차세대 전기소자용 물질로서 주목받고 있는 것 중 하나가 탄소 기반 재료인데, 현재 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 다이아몬드(diamond), 그라파이트(graphite), 그래핀(graphene) 등이 다양한 분야에서 활용되고 있다. 그 중에서도 가장 대표적인 소재 물질인 그래핀은 탄소 원자들이 그물처럼 모여 2차원 평면을 이루는 2차원 탄소 구조체이다. 이러한 그래핀은 높은 강도와 열전도성, 전기전도성을 가지고 신축성 및 유연성도 우수하여 늘리거나 접어도 전기전도성을 잃지 않으므로 전자소재 분야의 차세대 물질로 각광받고 있다. 2차원 구조의 탄소체는 탄소 원자들이 수평으로 연결된 구조를 가지는데, 수직으로 적층되어 3차원 구조체를 형성하는 경우 2차원 구조체와 다르거나 개선된 특성이 생긴다. 일례로 하기 선행기술문헌의 특허문헌에는 집적도 및 소자 성능의 한계를 극복하기 위한 방안으로서 3차원 그래핀 구조체를 제조하는 방법이 개시되어 있다.As the performance of electric and electronic devices, such as ultrafast semiconductors using high electrical characteristics, curved displays, and high efficiency solar cells using high conductivity, has been improved, interest in electroconductive material materials is increasing. One of the things that is attracting attention as a material for next-generation electric devices is carbon-based materials, and carbon nanotubes, diamonds, graphite, graphenes, etc. are currently being used in various fields. . Graphene, the most representative material among them, is a two-dimensional carbon structure in which carbon atoms gather together in a two-dimensional plane. Such graphene is in the spotlight as the next-generation material in the field of electronic materials because it has high strength, thermal conductivity, electrical conductivity, and excellent elasticity and flexibility, and thus does not lose electrical conductivity even when it is expanded or folded. The carbon body of the two-dimensional structure has a structure in which carbon atoms are horizontally connected, and when stacked vertically to form a three-dimensional structure, different or improved characteristics of the two-dimensional structure may occur. For example, the patent document of the following prior art document discloses a method for manufacturing a three-dimensional graphene structure as a method for overcoming the limitations of integration and device performance.
한편, 또 다른 탄소체로서 헤민(hemin)이 있다. 헤민은 포르피린(protoporphyrin)의 철의 착염으로, 혈액 내 헤모글로빈을 분해하여 입자 형태로 얻을 수 있다. 이러한 헤민을 이용하여 3차원 구조체를 형성할 수 있다면, 종래의 2차원 구조의 탄소체를 대체할 수 있는 새로운 친환경 전기전도성 소재를 제공할 수 있다. 또한, 도축되거나 살처리되는 동물의 혈액으로부터 헤민을 추출하여 사용할 수 있으므로, 폐기물 자원화 방안으로도 활용 가능할 것이다.On the other hand, hemin is another carbon body. Hemin is a complex salt of porphyrin (protoporphyrin), which can be obtained in the form of particles by breaking down hemoglobin in the blood. If it is possible to form a three-dimensional structure using such a hemin, it is possible to provide a new eco-friendly conductive material that can replace the carbon body of the conventional two-dimensional structure. In addition, since hemin can be extracted from the blood of the slaughtered or slaughtered animal, it may be used as a waste resource.
본 발명의 일 측면은 전기장 내에서 헤민 입자끼리 연결되어 3차원 입체 형상의 구조체를 형성하는 3차원 헤민 구조체를 제공하기 위한 것이다.One aspect of the present invention is to provide a three-dimensional hemin structure that is connected to hemin particles in the electric field to form a three-dimensional solid structure.
또한, 본 발명의 다른 측면은 전기장의 세기에 따라 배열 및 형태가 제어되는 3차원 헤민 구조체를 제공하는 데 있다.Another aspect of the present invention is to provide a three-dimensional hemin structure in which the arrangement and shape are controlled according to the strength of the electric field.
본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체는 전기장을 형성하는 양극과 음극 사이에 배치되는 분산매; 및 상기 분산매에 분산된 헤민 입자(hemin particle);를 포함하고, 상기 전기장이 형성될 때에, 상기 전기장 방향을 따라 상기 헤민 입자끼리 인접 배열되면서 전기전도성 3차원 구조체를 형성한다.Three-dimensional hemin structure according to the present invention is a dispersion medium disposed between the anode and the cathode to form an electric field; And hemin particles dispersed in the dispersion medium, and when the electric field is formed, the hemin particles are arranged adjacent to each other along the electric field direction to form an electrically conductive three-dimensional structure.
또한, 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체에 있어서, 상기 분산매는, 실리콘 오일(silicone oil), 대두유(soybean oil), 미네랄 오일(mineral oil), 및 코코넛 오일(coconut oil)로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 포함한다.In addition, in the three-dimensional hemin structure according to the present invention, the dispersion medium is selected from the group consisting of silicone oil, soybean oil, mineral oil, and coconut oil. At least one or more.
또한, 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체에 있어서, 상기 3차원 구조체는, 상기 양극에서부터 상기 음극을 향하는 기둥 형상으로 형성된다.In the three-dimensional hemin structure according to the present invention, the three-dimensional structure is formed in a columnar shape from the anode toward the cathode.
또한, 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체에 있어서, 상기 3차원 구조체는, 다수 개로, 서로 나란하게 이격 배열된다.In addition, in the three-dimensional hemin structure according to the present invention, the three-dimensional structure is arranged in a plurality, spaced apart from each other side by side.
또한, 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체에 있어서, 상기 3차원 구조체는, 상기 전기장의 세기가 커질수록, 두께가 증가한다.In addition, in the three-dimensional hemin structure according to the present invention, the three-dimensional structure, the thickness increases as the intensity of the electric field increases.
한편, 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체 제조방법은 (a) 헤민 입자(hemin particle)가 분산매에 분산된 헤민 서스펜션(hemin suspension)을, 양극과 음극 사이의 공간에 제공하는 단계; 및 (b) 상기 양극과 음극 사이의 공간에 전기장을 형성하는 단계;를 포함한다.On the other hand, the three-dimensional hemin structure manufacturing method according to the present invention comprises the steps of (a) providing a hemin suspension (hemin suspension) in which hemin particles (hemin particles) dispersed in the dispersion medium, the space between the positive electrode and the negative electrode; And (b) forming an electric field in the space between the anode and the cathode.
또한, 또한, 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체 제조방법에 있어서, (c) 상기 전기장의 세기를 조절하는 단계;를 더 포함한다.In addition, in the method of manufacturing a three-dimensional hemin structure according to the present invention, (c) adjusting the intensity of the electric field; further includes.
또한, 또한, 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체 제조방법에 있어서, 상기 전기장의 세기는, 30 ~ 10,000 V/㎜이다.In addition, in the three-dimensional hemin structure manufacturing method according to the present invention, the intensity of the electric field is 30 ~ 10,000 V / mm.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, the terms or words used in this specification and claims are not to be interpreted in a conventional and dictionary sense, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
본 발명에 따르면, 분산매에 분산된 헤민 입자가 전기장에 의해 3차원 구조의 전기전도성 구조체를 형성하고, 전기장의 세기에 따라 구조체의 배열 및 형태가 제어되므로, 다양한 분야에서 응용될 수 있는 새로운 전기전도성 소재 물질로 활용 가능하다.According to the present invention, since hemin particles dispersed in the dispersion medium form an electrically conductive structure having a three-dimensional structure by an electric field, and the arrangement and shape of the structure are controlled according to the strength of the electric field, new electroconductivity that can be applied in various fields. It can be used as a material material.
또한, 혈액으로부터 헤민 입자를 얻을 수 있으므로, 폐기되는 동물의 혈액을 고부가가치 소재 물질로 전환하여 새로운 수익을 창출할 수 있고 기존 폐기물질의 활용 측면에서 환경문제 해결에 기여할 수 있다.In addition, hemin particles can be obtained from the blood, thereby converting the animal's blood to high value-added material to generate new revenue and contribute to solving environmental problems in terms of utilization of existing waste materials.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 헤민 구조체를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 헤민 구조체 제조방법의 공정도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 제조된 3차원 헤민 구조체의 현미경 이미지이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 제조된 3차원 헤민 구조체의 전단속도(Shear rate)에 따른 전단응력(Shear stress) 값을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 생성된 헤민 서스펜션(Hemin suspension)의 교류전압에 따른 유전상수(Dielectric constant) 값을 나타내는 그래프이다.1 and 2 are cross-sectional views schematically showing a three-dimensional hemin structure in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a process diagram of a method of manufacturing a three-dimensional hemin structure in accordance with an embodiment of the present invention.
4 is a microscopic image of a three-dimensional hemin structure prepared according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating shear stress values according to shear rates of the three-dimensional hemin structure manufactured according to the first embodiment of the present invention.
6 is a graph showing a dielectric constant value according to an alternating voltage of a hemin suspension generated in accordance with a second embodiment of the present invention.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.The objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments associated with the accompanying drawings. In the present specification, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components as possible, even if displayed on different drawings have the same number as possible. In addition, terms such as “first” and “second” are used to distinguish one component from another component, and the component is not limited by the terms. In the following description, detailed descriptions of related well-known techniques that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 헤민 구조체를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 and 2 are cross-sectional views schematically showing a three-dimensional hemin structure in accordance with an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 헤민 구조체는 전기장(E)을 형성하는 양극(1)과 음극(3) 사이에 배치되는 분산매(10); 및 분산매(10)에 분산된 헤민 입자(hemin particle, 20);를 포함하고, 전기장(E)이 형성될 때에, 전기장(E) 방향을 따라 헤민 입자(20)끼리 인접 배열되면서 전기전도성 3차원 구조체(100)를 형성한다.As shown in Figures 1 and 2, the three-dimensional hemin structure according to an embodiment of the present invention comprises a
본 발명은 혈액 내 헤모글로빈으로부터 얻을 수 있는 헤민(hemin)을 기반으로 형성되는 3차원 입체 형상의 구조체에 관한 것이다. 최근 들어 그래핀(graphene) 등과 같은 탄소 기반 소재의 전기전도성 물질에 대한 관심이 증가하면서, 새로운 소재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 본 발명에서는 친환경 바이오 소재로서 헤민을 이용하여 전기전자 소자에 적용 가능한 소재 물질을 안출하였다.The present invention relates to a three-dimensional solid structure formed based on hemin obtained from hemoglobin in blood. Recently, as interest in carbon-based materials such as graphene and other electrically conductive materials increases, research on new materials is being actively conducted. Accordingly, the present invention devised a material material applicable to electric and electronic devices using hemin as an eco-friendly bio material.
구체적으로, 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체는, 분산매(10), 및 헤민 입자(20)를 포함한다.Specifically, the three-dimensional hemin structure according to the present invention includes a
분산매(10)는 헤민 입자(20)가 분산되는 액상 물질로서, 양극(1)과 음극(3) 사이의 공간에 배치된다. 여기서, 양극(1)과 음극(3)은 서로 마주보는 전극으로서, 그 사이에 소정의 전압이 인가되면, 분산매(10) 내에 전기장(E)을 형성한다. 이때 전기장(E)의 방향은 고전위인 양극(1)에서 저전위인 음극(3)을 향하는 방향이다. 이러한 2개의 전극(1, 3)은 분산매(10)를 수용하는 용기(도시되지 않음) 내에 배치되거나, 또는 그 용기를 구성하는 벽체(wall)로 형성될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만 전기장(E)이 통하는 재질로 용기를 형성하고 그 용기 외측에 배치되어도 무방하다.The
한편, 분산매(10)는 전기장(E)에 영향을 받지 않는 물질, 즉 전기장(E)에 대한 반응도가 낮고, 유전상수가 낮은 유체 중에서 선정된다. 따라서, 전기장(E)이 형성되더라도, 분산매(10)에 전기적 극성이 발생하지 않으며, 유동하지도 않는다. 이러한 특성을 가지는 분산매(10)로는, 예를 들어 실리콘 오일(silicone oil), 대두유(soybean oil), 미네랄 오일(mineral oil), 및 코코넛 오일(coconut oil)로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. On the other hand, the
헤민 입자(20)는 헤민(hemin)으로 이루어진 고상의 작은 물질이다. 헤민은 포르피린(porphyrin)의 철(Fe)의 착염, 즉 페리(FeⅢ) 포르피린 염화물이다. 헤민 입자(20)는 혈액 내 헤모글로빈을 분해하여 얻을 수 있다. 이러한 헤민 입자(20)는 탄소체이다. 이에 본 발명에서는 헤민 입자(20)를 소정의 입체 형태로 구조화함으로써, 탄소나노튜브, 그래핀 등과 같은 기존의 탄소체를 대체하고자 한다. 본 발명에 따른 헤민 입자(20)는 분산매(10)에 분산되어 존재하는데, 전기장(E)이 가해지면 그 전기장(E)에 반응하여 전기적 극성이 유도된다. 따라서, 헤민 입자(20)들은 양극(1)과 음극(3) 사이의 전기장(E) 방향을 따라 이동하게 되고, 전기적 인력에 의해 서로 결합하면서 소정의 입체적 형태인 3차원 구조체(100)를 형성하게 된다. 이렇게 형성된 3차원 구조체(100)는, 탄소체인 헤민 입자(20)에 기반하므로, 전기전도성을 가지게 되는데, 나아가 헤민 입자(20)의 중심 금속인 철이온에 의해 전도성의 향상을 기대할 수 있다.The
여기서, 3차원 구조체(100)의 형태는, 헤민 입자(20)의 분극이 전기장(E) 방향에 영향을 받기 때문에, 양극(1)에서부터 음극(3)을 향하는 방향으로 헤민 입자(20)들이 인접 배열되면서 기둥 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 분산매(10)와 전극(1, 3)이 접하는 경우, 기둥 형상의 3차원 구조체(100)의 말단은 각각 양극(1)과 음극(3)에 결합된다. Here, the shape of the three-
한편, 기둥 형상의 3차원 구조체(100)는 적어도 하나 이상 형성된다. 여기서, 다수의 3차원 구조체(100)는 서로 나란하게 이격되어 배열될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체는, 하나의 기둥 형상 3차원 구조체(100)만으로 형성되거나, 다수 개의 기둥 형상 3차원 구조체(100)가 나란하게 배열된 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 기둥 형상 3차원 구조체(100)의 개수는 전기장(E)의 세기에 비례하여 결정될 수 있다. 즉, 전기장(E)의 세기가 커질수록 그 3차원 구조체(100)의 개수도 증가한다. 전기장(E)의 세기는 양극(1)과 음극(3)에 인가되는 전원의 세기로 조절될 수 있는데, 이때 전원은 직류 또는 교류 전압원일 수 있다.On the other hand, at least one columnar three-
전기장(E)의 세기는 기둥 형상 3차원 구조체(100)의 개수뿐만 아니라, 그 3차원 구조체(100)의 두께를 조절하는 요인으로 작용할 수도 있다. 양극(1)과 음극(3)에 더 높은 전압이 인가되면, 이미 형성된 3차원 구조체(100)를 통해 전류가 흐르게 되므로, 두께 방향으로도 헤민 입자(20)가 전기적 인력에 의해 결합되어 두꺼워진다. 여기서, 3차원 구조체(100)의 두께 방향은 양극(1)과 음극(3)을 향하는 길이 방향에 대해 수직한 방향을 의미한다.The intensity of the electric field E may act as a factor controlling the thickness of the three-
한편, 적어도 하나 이상의 3차원 구조체(100)를 포함하는 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체는, 전기장(E) 존재 하에서만 형성되고, 전기장(E)을 제거하면 헤민 입자(20)가 흩어지면서 소멸한다. 따라서, 전기장(E) 인가를 통해, 3차원 헤민 구조체의 형성 및 소멸을 제어할 수 있다. 여기서, 전기장(E) 인가뿐만 아니라, 교류 전압원의 주파수 제어를 통해서도 3차원 헤민 구조체의 형성과 소멸을 제어할 수 있는데, 이에 대해서는 후술한다.On the other hand, the three-dimensional hemin structure according to the present invention including at least one or more three-
종합적으로, 본 발명에 따르면, 분산매(10)에 분산된 헤민 입자(20)가 전기장(E)에 의해 3차원 구조의 전기전도성 구조체를 형성하고, 전기장(E)의 세기에 따라 구조체의 배열 및 형태가 제어되므로, 다양한 분야에서 응용될 수 있는 새로운 전기전도성 소재 물질로 활용될 수 있다. 또한, 혈액으로부터 헤민 입자(20)를 얻을 수 있으므로, 폐기되는 동물의 혈액을 고부가가치 소재 물질로 전환하여 새로운 수익을 창출할 수 있고 기존 폐기물질의 활용 측면에서 환경문제 해결에 기여할 수도 있다.Overall, according to the present invention, the
이하에서는 3차원 헤민 구조체의 제조방법에 대해 설명한다. 여기서, 3차원 헤민 구조체에 대해서는 상술하였는바, 중복되는 내용에 대해서는 설명을 생략하거나 간단하게만 기술한다.Hereinafter, a method of manufacturing a three-dimensional hemin structure will be described. Here, since the three-dimensional hemin structure has been described above, overlapping contents will be omitted or simply described.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 헤민 구조체 제조방법의 공정도로, 이를 참로로, 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체 제조방법은 (a) 헤민 입자(hemin particle, 20)가 분산매(10)에 분산된 헤민 서스펜션(hemin suspension, HS)을, 양극(1)과 음극(3) 사이의 공간에 제공하는 단계(S100); 및 (b) 양극(1)과 음극(3) 사이의 공간에 전기장(E)을 형성하는 단계(S200);를 포함한다. Figure 3 is a process diagram of a three-dimensional hemin structure manufacturing method according to an embodiment of the present invention, indeed, the three-dimensional hemin structure manufacturing method according to the present invention (a) hemin particles (hemin particles, 20) is a dispersion medium (10) (H100) providing a hemin suspension (HS) dispersed in the space between the
본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체를 제조하기 위해서, 먼저 분산매(10)에 헤민 입자(20)를 분산시켜 헤민 서스펜션(HS)을 준비한다. 이때, 분산매(10)로 실리콘 오일(silicone oil), 대두유(soybean oil), 미네랄 오일(mineral oil), 코코넛 오일(coconut oil) 등을 사용할 수 있다. 다음, 준비된 헤민 서스펜션(HS)을 양극(1)과 음극(3) 사이의 공간에 제공한다(S100). In order to manufacture the three-dimensional hemin structure according to the present invention, first, the
양극(1)과 음극(3) 사이에 헤민 서스펜션(HS)이 배치되면, 양극(1)과 음극(3) 사이에 소정의 전압을 인가한다(S200). 이때, 양극(1)에서부터 음극(3) 방향으로 헤민 서스펜션(HS)을 통과하는 전기장(E)이 발생하고, 이에 따라 헤민 입자(20)에 분극이 일어나면서 헤민 입자(20)들이 이동하여 기둥 형상의 3차원 구조체(100)를 형성하게 된다. 여기서, 기둥 형상의 3차원 구조체(100)는 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. When the hemin suspension HS is disposed between the
한편, 기둥 형상의 3차원 구조체(100)의 개수 및 두께를 제어하기 위해서, 추가적으로 전기장(E)의 세기를 조절할 수 있다(S300). 이때, 전기장(E)의 세기는, 전원으로부터 인가되는 전압 값을 변경하여 조정할 수 있는데, 30 ~ 10,000 V/㎜ 범위가 적합하다. 다만, 전기장(E)의 세기가 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 공정 조건을 고려하여 그 범위를 달리하여도 무방하다. 전기장(E)의 세기가 커지면, 3차원 구조체(100)의 개수는 증가하고, 그 두께는 두꺼워진다. 따라서, 적어도 하나 이상의 3차원 구조체(100)를 포함하는 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체는 전기장(E)이 세기에 따라 그 구조 및 형태가 제어되고, 이로 인해 구조체 전체의 전단강도(shear strength)도 변하게 된다. 구체적으로, 3차원 헤민 구조체의 구조 및 형태는, 기둥 형상의 3차원 구조체(100)의 개수, 이격되어 배열되는 3차원 구조체(100)들의 위치, 그리고 그 3차원 구조체(100)의 두께에 의해 결정되는데, 3차원 구조체(100)의 개수가 증가하고 두께가 두꺼워짐에 따라서 전체 3차원 헤민 구조체의 전단강도도 증가하게 된다.On the other hand, in order to control the number and thickness of the columnar three-
또한, 전기장(E) 세기를 조절하여, 3차원 구조체(100)의 생성속도를 제어할 수도 있다. 여기서, 직류 또는 교류 전압원으로부터 인가되는 전압의 크기가 커질수록, 헤민 입자(3)가 배열되는 속도가 증가하므로 3차원 구조체(100)의 생성속도가 빨라진다. 다만, 교류 전압원을 이용하는 경우, 주파수를 높이면 헤민 서스펜션(HS)에서의 헤민 입자(20)의 유전율이 작아지므로, 분극 정도가 약해져 3차원 구조체(100)의 생성속도는 느려지고, 일정 수준 이상으로 주파수가 증가하면 헤민 입자(20)의 배열이 흐트러지면서 3차원 구조체(100)가 소멸하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체는 전압의 인가 및 주파수 조절을 통해 그 형성과 소멸, 그리고 생성속도가 제어될 수 있다.In addition, by controlling the intensity of the electric field (E), it is possible to control the generation speed of the three-dimensional structure (100). Here, as the magnitude of the voltage applied from the direct current or alternating current voltage source increases, the speed at which the
이하에서는 구체적 실시예 및 평가예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples and evaluation examples.
실시예 1: 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체 제조Example 1 Preparation of 3D Hemin Structures According to the Present Invention
용기 내에 2개의 구리 전극을 서로 마주보도록 이격시켜 상하방향으로 배치하고, 전극을 직류 전압원에 연결하였다. 실리콘 오일에 헤민 입자를 첨가하여 헤민 서스펜션을 준비하고, 2개의 전극 사이의 공간에 배치하였다. 다음에, 직류 전압원을 통해 직류 전압을 인가하였다. 이렇게 헤민 서스펜션에 전기장이 형성되자, 수 초(sec)만에 헤민 입자가 이동하면서 상하방향으로 적층되어 기둥 형상의 3차원 구조체가 형성되기 시작하였다.The two copper electrodes in the vessel were spaced apart from each other to face each other, and the electrodes were connected to a DC voltage source. Hemin particles were added to the silicone oil to prepare a hemin suspension and placed in the space between the two electrodes. Next, a DC voltage was applied through a DC voltage source. When the electric field is formed in the hemin suspension, hemin particles move in a few seconds and are stacked in the vertical direction to form a columnar three-dimensional structure.
실시예 2: 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체 제조Example 2 Preparation of 3D Hemin Structures According to the Present Invention
본 실시예에서는 실시예 1의 직류 전압원만을 교류 전압원으로 교체하여, 전극에 교류 전압을 인가하였다. 이 경우에도 기둥 형상의 3차원 구조체가 형성되었다.In this embodiment, only the DC voltage source of Example 1 was replaced with an AC voltage source, and an AC voltage was applied to the electrode. Also in this case, a columnar three-dimensional structure was formed.
평가예 1: 인가되는 전압 크기에 따른 3차원 헤민 구조체의 형태 분석Evaluation Example 1: Analysis of the Shape of a Three-Dimensional Hemin Structure According to the Size of an Applied Voltage
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 제조된 3차원 헤민 구조체의 현미경 이미지이다. 4 is a microscopic image of a three-dimensional hemin structure prepared according to the first embodiment of the present invention.
실시예 1에서, 전기장의 세기를 변경하면서 3차원 구조체의 형태를 현미경으로 통해 관찰하고, 그 이미지를 도 4에 나타냈다. 도 4의 이미지 중 하부의 검정색 부분은 양극을, 상부의 검정색 부분은 음극을, 그 사이의 유색(청색) 부분은 실리콘 오일을, 유색 부분에 섞여있는 검정색 부분은 헤민 입자 및 헤민 입자에 의해 형성된 기둥 형상의 3차원 구조체를 나타낸다. 여기서, 전기장 세기는 직류 전압값의 조절을 통해 제어하였다.In Example 1, the shape of the three-dimensional structure was observed through a microscope while changing the intensity of the electric field, and the image is shown in FIG. In the image of FIG. 4, the lower black portion is the anode, the upper black portion is the cathode, the colored (blue) portion therebetween is formed of silicone oil, and the black portion mixed with the colored portion is formed by hemin particles and hemin particles. A columnar three-dimensional structure is shown. Here, the electric field strength was controlled by adjusting the DC voltage value.
도 4의 (a)는 전기장이 인가되지 않은 상태에서의 이미지인데, 실리콘 오일 사이에 헤민 입자(검정색 부분)가 불규칙하게 분산되어 있다. 도 4의 (b) 내지 (d)는 전기장의 세기가 각각 100, 300, 800 V/㎜일 때에 촬영한 것으로, 실리콘 오일 사이에 양극에서부터 음극을 향하는 방향으로 길게 기둥 형상의 3차원 구조체가 발견되고, 전기장의 세기가 커질수록 그 3차원 구조체의 개수가 증가하며 두께가 두께어워지는 것을 확인할 수 있다. 이로써, 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체가 전기장에 의해 형성되고, 전기장 세기 제어를 통해 그 구조 및 형태가 제어된다는 사실을 알 수 있다.4A is an image in the state where no electric field is applied, and hemin particles (black portions) are irregularly dispersed between the silicone oils. 4 (b) to (d) are photographed when the electric field strength is 100, 300, and 800 V / mm, respectively, and a columnar three-dimensional structure is found between silicon oils in a direction from the anode to the cathode. As the intensity of the electric field increases, the number of the three-dimensional structures increases and the thickness becomes thicker. As a result, it can be seen that the three-dimensional hemin structure according to the present invention is formed by the electric field, and its structure and shape are controlled through the electric field intensity control.
평가예 2: 인가되는 전압 크기에 따른 3차원 헤민 구조체의 전단강도 분석Evaluation Example 2 Analysis of Shear Strength of Three-Dimensional Hemin Structure According to the Size of Voltage Applied
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 제조된 3차원 헤민 구조체의 전단속도(Shear rate)에 따른 전단응력(Shear stress) 값을 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating shear stress values according to shear rates of the three-dimensional hemin structure manufactured according to the first embodiment of the present invention.
평가예 1과 같이, 전기장의 세기를 변경하면서, 전단속도에 따른 전단응력을 측정하여 3차원 헤민 구조체의 전단강도를 평가하였다. 그 결과, 동일한 전단속도 하에서 전기장의 세기가 커질수록 전단응력 값이 증가하였다. 이로써 전기장에 의해 3차원 구조체가 형성되고, 전기장의 세기에 비례하여 3차원 헤민 구조체의 전단강도가 증가한다는 것이 확인되었다. 이는 3차원 헤민 구조체가 적어도 하나 이상의 3차원 구조체를 포함하는데, 전기장의 세기가 커지면서 3차원 구조체의 개수가 증가하고 두께가 두꺼워졌기 때문으로 사료된다.As in Evaluation Example 1, the shear strength of the three-dimensional hemin structure was evaluated by measuring the shear stress according to the shear rate while changing the intensity of the electric field. As a result, the shear stress value increased as the electric field strength increased under the same shear rate. As a result, it was confirmed that the three-dimensional structure was formed by the electric field, and the shear strength of the three-dimensional hemin structure increased in proportion to the intensity of the electric field. This is because the three-dimensional hemin structure includes at least one or more three-dimensional structures, because the number of three-dimensional structures increased and the thickness increased as the electric field intensity increased.
평가예 3: 교류 전압원의 주파수에 따른 헤민 서스펜션의 유전율 분석Evaluation Example 3 Analysis of Permittivity of Hemin Suspension According to Frequency of AC Voltage Source
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 생성된 헤민 서스펜션(Hemin suspension)의 교류전압에 따른 유전상수(Dielectric constant) 값을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing a dielectric constant value according to an alternating voltage of a hemin suspension generated in accordance with a second embodiment of the present invention.
본 평가예는, 실시예 2에서 교류 전압원의 주파수를 변화시키면서 헤민 서스펜션에 대한 유전상수 값을 측정하고, 그 결과를 도 6에 도시하였다. 도 6을 참고로, 실리콘 오일의 유전상수 값은 주파수 변화에 불구하고 일정한 반면, 헤민 서스펜션의 유전상수 값은 주파수가 커질수록 감소하는 경향을 보였다. 이는 주파수 증가에 따라 헤민 입자에 유도되는 분극이 약해지는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명에 따른 3차원 헤민 구조체를 제조함에 있어 교류 전압원의 주파수 조절을 통해 3차원 구조체의 생성 및 소멸, 그리고 생성속도를 제어할 수 있음을 알 수 있다.In this evaluation example, the dielectric constant value for the hemin suspension was measured while changing the frequency of the AC voltage source in Example 2, and the results are shown in FIG. Referring to FIG. 6, the dielectric constant value of the silicone oil was constant despite the frequency change, whereas the dielectric constant value of the hemin suspension tended to decrease with increasing frequency. This means that the polarization induced in the hemin particles is weakened with increasing frequency. Therefore, in manufacturing the three-dimensional hemin structure according to the present invention it can be seen that the generation and destruction of the three-dimensional structure, and the generation rate can be controlled by adjusting the frequency of the AC voltage source.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, it is intended to describe the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and it should be understood by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. It is obvious that modifications and improvements are possible.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All modifications and variations of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be apparent from the appended claims.
1: 양극
3: 음극
10: 분산매
20: 헤민 입자
100: 3차원 구조체
E: 전기장
HS: 헤민 서스펜션1: anode 3: cathode
10: dispersion medium 20: hemin particles
100: three-dimensional structure E: electric field
HS: Hemin Suspension
Claims (8)
상기 분산매에 분산된 헤민 입자(hemin particle);를 포함하고,
상기 전기장이 형성될 때에, 상기 전기장 방향을 따라 상기 헤민 입자끼리 인접 배열되면서 전기전도성 3차원 구조체를 형성하는 3차원 헤민 구조체.
A dispersion medium disposed between the cathode and the anode forming the electric field; And
It includes; hemin particles (hemin particles) dispersed in the dispersion medium,
When the electric field is formed, the hemin particles are arranged adjacent to each other along the electric field direction to form an electrically conductive three-dimensional structure.
상기 분산매는,
실리콘 오일(silicone oil), 대두유(soybean oil), 미네랄 오일(mineral oil), 및 코코넛 오일(coconut oil)로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 3차원 헤민 구조체.
The method according to claim 1,
The dispersion medium,
A three-dimensional hemin structure comprising at least one selected from the group consisting of silicone oil, soybean oil, mineral oil, and coconut oil.
상기 3차원 구조체는,
상기 양극에서부터 상기 음극을 향하는 기둥 형상으로 형성되는 3차원 헤민 구조체.
The method according to claim 1,
The three-dimensional structure,
Three-dimensional hemin structure formed in a columnar shape from the anode toward the cathode.
상기 3차원 구조체는,
다수 개로, 서로 나란하게 이격 배열되는 3차원 헤민 구조체.
The method according to claim 3,
The three-dimensional structure,
A three-dimensional hemin structure arranged in plurality, spaced apart from each other.
상기 3차원 구조체는,
상기 전기장의 세기가 커질수록, 두께가 증가하는 3차원 헤민 구조체.
The method according to claim 1,
The three-dimensional structure,
3D hemin structure, the thickness increases as the intensity of the electric field increases.
(b) 상기 양극과 음극 사이의 공간에 전기장을 형성하는 단계;
를 포함하는 3차원 헤민 구조체 제조방법.
(a) providing a hemin suspension in which hemin particles are dispersed in a dispersion medium, in a space between an anode and a cathode; And
(b) forming an electric field in the space between the anode and the cathode;
3D hemin structure manufacturing method comprising a.
(c) 상기 전기장의 세기를 조절하는 단계;
를 더 포함하는 3차원 헤민 구조체 제조방법.
The method according to claim 6,
(c) adjusting the intensity of the electric field;
Three-dimensional hemin structure manufacturing method further comprising.
상기 전기장의 세기는,
30 ~ 10,000 V/㎜인 3차원 헤민 구조체 제조방법.
The method according to claim 7,
The strength of the electric field is,
30 ~ 10,000 V / ㎜ three-dimensional hemin structure manufacturing method.
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|---|---|---|---|---|
| CN112371187A (en) * | 2020-10-14 | 2021-02-19 | 温州大学 | Bionic catalyst for lithium-sulfur battery and preparation method thereof, positive electrode material, positive electrode piece and preparation method thereof |
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| KR20180033159A (en) | 2018-03-26 | 2018-04-02 | 삼성전자주식회사 | 3-dimensional graphene structure and process for preparing and transferring the same |
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