KR20230163741A - 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치, 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치, 시스템 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예는 원형 또는 다각형상의 단면을 갖는 관으로 형성되며, 충격파의 영향을 측정할 수 있는 충격파관; 및 상기 충격파관의 타측단에 배치되어 끝벽을 형성하고, 일면에 아나타제 이산화티타늄 나노입자 시료가 부착되어 충격파의 노출횟수에 따라 상변화가 발생되는 테스트 모델을 포함하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치를 제공한다.
Description
본 발명은 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
극초음속 비행체를 개발하기 위해서는 실물 크기의 비행 실험이 요구되나, 개발 과정에서 실물 크기로 비행체를 제작하여 실험하려면 상당한 비용이 소요된다. 이에 따라, 기존에는 비행체 개발을 위하여 극초음속 영역의 공기열역학 현상을 포함한 고공환경을 모사할 수 있는 충동형 시험 장비가 사용되어 왔다.
충격파관은 충동형 시험 장비의 한 종류이며, 고압관과 저압관 사이의 압력차를 이용하여 격막을 순간적으로 파열시켜 충격파를 발생시키고, 압력 차이로 인해 충격파가 저압관으로 이동하게 되면 충격파에 의한 압력과 열을 실험 대상에 전달할 수 있다.
이와 같은, 충격파관은 다양한 공학 응용 분야에 적용 가능하지만, 초기 압력비나 격막의 파열과정 등이 충격파관 내부에서 발생하는 비정상 유동에 큰 영향을 미치게 된다. 이에, 다양한 방면의 적절한 활용을 위해 충격파관의 유동 특성에 관한 연구가 절실한 상태이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 초고속 비행체에 적용되는 열보호 소재의 특성 파악 및 개발을 위한 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치, 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 원형 또는 다각형상의 단면을 갖는 관으로 형성되며, 충격파의 영향을 측정할 수 있는 충격파관; 및 상기 충격파관의 타측단에 배치되어 끝벽을 형성하고, 일면에 아나타제 이산화티타늄 나노입자 시료가 부착되어 충격파의 노출횟수에 따라 상변화가 발생되는 테스트 모델을 포함하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 충격파관은, 상호 연결된 제1 관부, 전환부 및 제2 관부를 포함하되, 상기 제1 관부는 상기 충격파관의 일측단에 배치되고, 다이어프램을 통해 상기 전환부와 구분되며, 상기 전환부는 상기 제1 관부과 상기 제2 관부를 연결하고, 상기 제2 관부는 상기 전환부에 연결되고, 상기 제1 관부 보다 길면서 작은 내경으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 관부는, 상기 제1 관부보다 길게 형성되고, 상기 제1 관부보다 낮은 압력을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 산화티타늄 상변화 제조장치는, 상기 제1 관부의 일측 단부에 연결되어 상기 제1 관부의 내부로 고압의 드라이버 가스를 주입하는 제1 기체주입장치; 및 상기 전환부의 일측에 연결되어 상기 전환부의 내부로 테스트 가스를 주입하는 제2 기체주입장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 충격파관은, 상기 제1 관부에 상기 드라이버 가스가 충진된 후 상기 다이어프램이 파열될 경우, 상기 드라이버 가스가 상기 제2 관부로 팽창하여 입사충격파를 생성한 후 일정한 열역학적 특성 영역을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 기체주입장치는, 고압으로 가압된 용기로부터 헬륨을 포함하는 상기 드라이버 가스를 상기 제1 관부로 공급하는 레귤레이터일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 기체주입장치는, 산소와 불활성 기체가 혼합된 상기 테스트 가스를 상기 전환부로 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 테스트 모델은, 상기 제2 관부의 내경에 상응하는 내경을 갖는 아크릴관, 및 접착부재에 의해 상기 아크릴관의 내측 일면에 부착된 상기 아나타제 이산화티타늄 나노입자 시료를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 원형 또는 다각형상의 단면을 갖는 관으로 형성되며, 충격파의 영향을 측정할 수 있는 충격파관; 및 상기 충격파관의 타측단에 배치되어 끝벽을 형성하고, 일면에 아나타제 이산화티타늄 나노입자 시료가 부착되어 충격파의 노출횟수에 따라 상변화가 발생되는 테스트 모델을 포함하되, 상기 충격파관은, 상기 충격파관의 일측단에 배치되는 제1 관부; 상기 제1 관부 보다 길면서 작은 내경으로 형성되어 상기 충격파관의 타측단에 배치되는 제2 관부; 상기 제1 관부와 상기 제2 관부를 연결하고, 상기 제1 관부에 연결된 일측과, 상기 제2 관부에 연결된 타측 각각의 내경이 상이하게 형성되는 전환부;를 포함하고, 일측단 및 타측단이 상기 제1 관부와 상기 전환부의 단부 둘레에 밀착되어 상기 제1 관부와 상기 전환부에 체결되는 연결부재; 및 상기 제1 관부와 상기 전환부의 내부에 삽입되어 다이어프램을 배치하는 다이어프램 관부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연결부재는, 반원통으로 형성된 연결받침 및 연결덮개를 포함하되, 상기 연결받침 및 상기 연결덮개 각각은 길이 방향의 양측으로 돌출 확장되어 체결부재로 체결되는 리드 및 상기 리드의 길이 방향으로 형성된 슬라이딩 홈 및 슬라이딩 돌기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 다이어프램 관부재는, 상기 제1 관부 및 상기 전환부에 삽입되는 관형 몸체; 및 상기 관형 몸체의 일측단에 결합된 다이어프램을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 산화티타늄 상변화 제조장치; 및 상기 충격파관에 설치되어 상기 충격파관 내부의 압력을 측정하는 압력센서를 포함하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조시스템을 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 산화티타늄 상변화 제조장치, 및 상기 충격파관에 설치되어 상기 충격파관 내부의 압력을 측정하는 압력센서를 포함하는 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조시스템의 산화티타늄 상변화 제조방법에 있어서, (a) 상기 충격파관 내부로 드라이버 가스 및/또는 테스트 가스를 공급하는 단계; (b) 상기 제1 관부 내부의 압력을 상승시켜서 다이어프램을 파열시키는 단계; (c) 상기 다이어프램의 파열에 의해 발생된 충격파가 상기 충격파관의 제2 관부를 통해 전파된 후 상기 테스트 모델에 의해 반사되는 단계; (d) 상기 끝벽에서 반사하는 충격파에 의해 발생되는 고압 및/또는 고온을 이용하여 상기 테스트 가스의 산소 분자를 해리시켜서 산소 원자를 발생시키는 단계; 및 (e) 충격파의 노출횟수에 따라 상기 산소 원자와 아나타제 이산화티타늄 나노입자의 상호 작용으로 인한 상변화를 제조 및/또는 확인하는 단계를 포함하는, 산화티타늄 상변화 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서는, 상기 충격파관의 제1 관부에 연결된 제1 기체공급장치를 이용하여 상기 제1 관부에 드라이버 가스를 공급하고, 상기 충격파관의 전환부에 연결된 제2 기체공급장치를 이용하여 상기 제2 관부에 테스트 가스를 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서는, 상기 드라이버 가스의 공급을 통해 상기 제1 관부 내부의 압력을 상승시켜서 상기 다이어프램을 파열시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (e) 단계 이후, (f) 충격파관에서 파열된 다이어프램을 교체하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (f) 단계에서는, 충격파관에서 제1 관부와 전환부를 연결하는 연결부재에서 연결받침과 연결덮개에 체결된 체결부재를 분리하고, 연결덮개를 슬라이딩 이동시켜 제1 관부와 전환부 사이의 이격 공간을 노출시킨 후 다이어프램 관부재를 삽입하여 전환부의 내부에 다이어프램을 배치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 초고속 비행체의 비행에 따라 발생하는 충격파가 초고속 비행체의 외장에 가하는 영향을 확인할 수 있도록 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치, 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격파관의 구조를 나타내는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격파관에서 반사충격파의 전파를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 모델의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 모델에서 충격파의 노출횟수에 따라 상변화의 실험결과(XRD 분석 데이터)를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치의 연결 부재를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치의 다이어프램 관부재를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격파관의 구조를 나타내는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격파관에서 반사충격파의 전파를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 모델의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 모델에서 충격파의 노출횟수에 따라 상변화의 실험결과(XRD 분석 데이터)를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치의 연결 부재를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치의 다이어프램 관부재를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조방법을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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.
그동안 극한환경에서의 이산화티타늄(TiO2) 상에 대한 특성은 잘 알려져 있지 않았으며, 일반적으로 이산화티타늄(TiO2) 상은 3가지(아나타제 상, 루타일 상, 브루카이트 상) 결정상을 가지는 것으로 알려져 있다.
이에, 본 발명에서는 극초음속 열차폐 소재로 많이 사용되는 이산화티타늄(TiO2) 소재의 특성 파악 및 개발을 위하여, 아나타제 이산화티타늄 나노입자 시료에 충격파의 노출횟수에 따른 상변화를 관찰하여 상(phase)에 대한 특성 데이터를 확보할 수 있다.
특히, 소재의 상(phase)에 대한 특성 데이터는 물질합성 등과 같이 신소재 개발에 핵심요소로 작용하므로, 본 발명에서 관찰된 특성 데이터는 산소 조건의 충격파 노출횟수가 증가했을 때 이산화티타늄(TiO2) 소재의 상이 바뀔 수 있음을 나타내는 결과이며 차후 신소재 합성 및 개발 등에 중요 데이터로 활용될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조시스템의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격파관의 구조를 나타내는 도면들이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격파관에서 반사충격파의 전파를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 모델의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조시스템은 산화티타늄 상변화 제조장치(100) 및 압력센서(200)를 포함할 수 있다.
상기 산화티타늄 상변화 제조장치(100)는 원형 또는 다각형상의 단면을 갖는 관으로 형성되며, 충격파의 영향을 측정할 수 있는 충격파관(105) 및 상기 충격파관(105)의 타측단에 배치되어 끝벽을 형성하고, 일면에 아나타제 이산화티타늄 나노입자 시료가 부착된 테스트 모델(400)을 포함할 수 있다.
상기 충격파관(105)은 초고속 비행체에 적용되는 열보호 소재의 특성 파악 및 개발을 위하여 일방향으로 길게 이어진 일자형으로 형성 및/또는 구성될 수 있다. 이를 위하여, 상기 충격파관(105)은 원형 또는 다각형상의 단면을 갖는 관으로 형성된 제1 관부(110), 전환부(120) 및 제2 관부(130)를 포함할 수 있다. 이러한, 상기 충격파관(105)은 하부에 배치된 지지대(650)에 의해 바닥에서 이격 배치될 수 있다.
상기 제1 관부(110)는 상기 충격파관(105)의 일측단에 배치되고, 다이어프램(diaphragm)(115)을 통해 상기 전환부(120)와 구분될 수 있다. 또한, 상기 제1 관부(110)는 대기압 보다 높은 제1 압력을 갖는 바, 상기 제1 압력은 상기 다이어프램(115)을 파열시킬 수 있는 압력으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 관부(110)는 일측 단부에 제1 기체주입장치(500)가 연결되고, 고압의 기체(드라이버 가스)가 주입되어 내부가 드라이버 가스로 충진될 수 있다. 또한, 상기 제1 기체주입장치(500)는 고압 레귤레이터로서, 약 12Mpa로 가압된 용기로부터 고순도 헬륨(약 99.99%)을 드라이버 가스로 공급할 수 있다.
여기서, 상기 다이어프램(115)은 상기 충격파관(105)의 내부 공간을 구획하며, 상기 충격파관(105)에 비하여 강성이 낮은 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 다이어프램(115)은 폴리에틸렌 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 다이어프램(115)은 외력(외압)에 의해 파열될 경우, 상기 충격파관(105)의 타측 공간으로 진행하는 충격파를 발생시킬 수 있다.
상기 전환부(120)는 상기 제1 관부(110)과 상기 제2 관부(130)를 연결하고, 상기 다이어프램(115)을 경계로 하여 상기 제1 관부(110)과 구분될 수 있다. 여기서, 상기 전환부(120)는 일측(예컨대, 하부 및/또는 상부)에 제2 기체주입장치(600)가 연결되고, 상기 제2 기체주입장치(600)로부터 주입되는 테스트 가스를 상기 제2 관부(130)로 전달할 수 있다. 또한, 상기 테스트 가스는 상기 제2 관부(130)의 내부를 충진하도록 주입되되, 약 21%의 산소(O2)와 약 79%의 아르곤(Ar)의 혼합물로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 테스트 가스는 해리된 산소가 충분한 수준의 질량 분율을 달성하기 위하여 불활성 기체와의 혼합이 필요할 수 있다.
상기 제2 관부(130)는 상기 전환부(120)에 연결되고, 상기 제1 관부(110)보다 길게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 관부(130)는 상기 제1 관부(110) 보다 낮은 제2 압력을 갖는데, 상기 제2 압력은 대기압으로 이루어질 수 있다. 이러한 상기 제2 관부(130)는 상기 전환부(120)으로부터 전달된 상기 테스트 가스로 충진될 수 있다.
또한, 상기 제2 관부(130)는 내부에 접촉면이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 접촉면은 상기 다이어프램(115)의 파열에 의해 생성된 충격파가 전파되면서 상기 드라이버 가스와 상기 테스트 가스 사이에 형성되는 계면으로 설정(정의)될 수 있다.
상기와 같은, 상기 충격파관(105)에서 상기 제1 관부(110)에 고압의 기체(가스)를 충진된 후 상기 다이어프램(115)이 파열되면, 고압의 상기 드라이버 가스가 상기 제2 관부(130)으로 팽창하여 입사충격파(150)를 생성한 뒤에 일정한 열역학적 특성 영역(일정량의 해리된 원자를 생성할 수 있는 상승된 온도의 정체 영역)을 형성할 수 있다. 또한, 입사충격파(150)가 상기 충격파관(105)의 끝벽(end-wall)인 상기 테스트 모델(400)에 도달하면, 흐름의 방향에 대해 반사 및 전파되어 반사충격파(160)로 전환될 수 있다. 이것은 일정한 속성 영역의 생성으로 이어지며, 이에 의해 상기 드라이버 가스의 추가 압축 및 가열을 유발할 수 있다.
상기 반사충격파(160)의 하류 영역에서 테스트영역(170)이 형성될 수 있고, 상기 반사충격파(160) 자체는 이동하지만 상기 테스트영역(170) 내의 흐름은 거의 정지상태를 유지할 수 있다. 이러한 상기 테스트영역(170)에서는 상기 입사충격파(150)와 상기 반사충격파(160)가 만나게 되어 압력 및 엔트로피 값이 상당히 증가할 수 있다. 이로 인해, 상기 테스트영역(170)에서는 고압 및/또는 고온이 발생될 수 있다. 예를 들면, 상기 테스트영역(170)에서는 약 4000도 이상의 고온이 발생되어 상기 테스트 가스의 산소 분자를 해리하고, 상기 산소 분자의 해리로 인해 산소 원자가 발생될 수 있다.
한편, 상기 충격파관(105)은 상기 테스트 모델(400)에 인접한 일측단에서 내부를 확인할 수 있도록 설치된 윈도우(180)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 윈도우(180)는 상기 충격파관(105)의 둘레를 따라 형성될 수 있고, 내부 압력에 의해 손상되지 않으면서 내부를 확인할 수 있도록 사파이어로 형성될 수 있다.
상기 압력센서(200)는 상기 충격파관(105)에 설치되어 상기 제1 관부(110) 및/또는 상기 제2 관부(130)에서 발생되는 압력을 감지 및/또는 측정할 수 있다. 이를 위하여, 상기 압력센서(200)는 상기 제1 관부(110)에 설치되어 압력을 감지 및/또는 측정하는 제1 센서(210) 및 상기 제2 관부(130)에 설치되어 압력을 감지 및/또는 측정하는 복수의 제2 센서(220)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 센서(220)는 상기 반사충격파(160)가 전파되는 것을 정성적으로 파악하기 위해 상기 테스트 모델(400)로부터 복수개가 설정된 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 압력센서(200)는 상기 충격파관(105)에서 발생되는 압력 및 상기 반사충격파(160)의 전파 과정이 정성적으로 분석되도록, 감지 및/또는 측정된 압력 데이터를 데이터 프로세서(230) 및 데이터 분석장치(250)로 제공할 수 있다.
상기 테스트 모델(400)은 상기 충격파관(105)의 일측단에 설치되어 끝벽을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 테스트 모델(400)은 상기 제2 관부(130)의 내경에 상응하는 내경을 갖는 아크릴관(410), 및 접착부재에 의해 상기 아크릴관(410)의 내측 일면에 부착되어 충격파의 노출횟수에 따라 상변화가 발생되는 아나타제 이산화티타늄 나노입자 시료(420)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 아나타제 이산화티타늄 나노입자 시료(420)는 상기 충격파관(105)을 향하는 상기 아크릴관(410)의 일면에 배치될 수 있다. 또한, 상기 테스트 모델(400)은 상기 충격파관(105)의 내경에 대응하는 약 4.7cm의 내경으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 아나타제 이산화티타늄 나노입자 시료(420)는 도 7에 도시된 바와 같이 충격파의 노출횟수에 따라 이산화티타늄의 상변화(XRD 분석 데이터)를 나타낼 수 있다. 특히, 도 7에 도시된 바와 같이 충격파의 노출횟수가 0회인 초기(610)에서 15회(620)로 증가했을 때, 아나타제 상만 나타나는 초기 샘플과 비교하여 상기 아나타제 이산화티타늄 나노입자 시료(420)에서는 이산화티타늄의 루타일 상이 나타나기 시작한다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치(100)에서는 산소 조건의 충격파 노출횟수가 증가했을 때 이산화티타늄(TiO2) 소재의 상이 바뀔 수 있음을 나타내는 특성 데이터를 확보할 수 있다. 이러한 특성 데이터는 차후 신소재 합성 및 개벌 등에 중요 데이터로 활용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치의 연결 부재를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치의 다이어프램 관부재를 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치(100)는 도 8 및 도 9를 참조하여, 상기 충격파관(105)에서 파열된 다이어프램을 쉽게 교체할 수 있도록 상기 제1 관부(110)와 상기 전환부(120)를 연결하는 연결부재(700), 및 상기 제1 관부(110)와 상기 전환부(120)의 내부에 삽입되어 다이어프램(820)을 배치하는 다이어프램 관부재(800)를 더 포함할 수 있다.
상기 연결부재(700)는 일측단 및 타측단 각각이 상기 제1 관부(110) 및 상기 전환부(120)의 단부 둘레에 밀착되어 상기 제1 관부(110) 및 상기 전환부(120)에 체결될 수 있다. 이를 위하여, 상기 연결부재(700)는 반원통으로 형성된 연결받침(710) 및 연결덮개(720)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 연결받침(710) 및 상기 연결덮개(720) 각각은 일축 방향으로 연장되며, 수직 단면이 반원형으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 연결받침(710) 및 상기 연결덮개(720) 각각은 길이 방향의 양측으로 돌출 확장되어 볼트 등의 체결부재(740)로 체결되는 리드(730)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 연결받침(710) 및 상기 연결덮개(720) 각각은 상기 리드(730)의 길이 방향으로 슬라이딩 홈(750) 및 슬라이딩 돌기(760)가 형성될 수 있다.
상기 연결부재(700)는 상기 제1 관부(110) 및 상기 전환부(120)가 설정된 거리만큼 이격된 상태에서 상기 제1 관부(110) 및 상기 전환부(120)를 연결할 수 있다. 또한, 상기 연결부재(700)는 상기 연결받침(710)이 상기 제1 관부(110) 및 상기 전환부(120)에 체결된 상태에서 상기 연결덮개(720)를 슬라이딩 이동시켜 상기 제1 관부(110) 및 상기 전환부(120) 사이의 공간을 외부로 노출시킬 수 있다.
상기 다이어프램 관부재(800)는 상기 제1 관부(110) 및 상기 전환부(120)에 삽입되는 관형 몸체(810) 및 상기 관형 몸체(810)의 일측단에 결합된 다이어프램(820)을 포함할 수 있다.
상기 관형 몸체(810)는 상기 제1 관부(110)의 내경에 대응하는 외경과, 상기 제2 관부(130)의 내경보다 큰 내경으로 형성되며, 상기 충격파관(105)의 기밀을 위하여 상기 제1 관부(110) 및 상기 전환부(120) 사이의 이격 거리보다 길게 형성될 수 있다. 또한, 상기 관형 몸체(810)는 상기 전환부(120)의 내부에 삽입된 일측단이 내경이 가변되는 상기 전환부(120)의 내부에 접촉하여 지지되도록 기 설정된 두께로 형성되며, 일측단에 일정 높이의 림(815)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 관형 몸체(810)는 폴리에틸렌을 열가압 성형가공하여 약 5 ~ 15mm 두께로 형성될 수 있다.
상기 다이어프램(820)은 상기 관형 몸체(810)의 림(815)에 결합될 수 있다. 또한, 상기 다이어프램(820)은 전면의 중앙부가 오목 형상을 이루며, 이면이 첨봉 형상으로 형성되어 일정 압력 이상으로 가압될 경우 강하게 파열될 수 있다.
이러한 상기 다이어프램 관부재(800)는 상기 연결덮개(720)의 이동에 의해 노출되는 상기 제1 관부(110) 및 상기 전환부(120) 사이의 이격 공간으로 삽입되어 상기 제1 관부(110) 및/또는 상기 전환부(120)의 내부에 배치될 수 있다.
상기와 같은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치(100)는 파열된 상기 다이어프램(820)을 쉽게 교체할 수 있으므로, 신속하고 반복적으로 충격파를 생성할 수 있고, 상기 테스트 모델(400)에서 생성된 반사충격파로 인한 고압 및/고열을 이용하여 테스트 가스의 해리 및 아나타제 이산화티타늄 나노입자의 상변화를 제조 및/또는 확인할 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조방법을 설명한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 10을 참조하면, 충격파관 내부로 드라이버 가스 및/또는 테스트 가스를 공급하는 단계(S110), 제1 관부 내부의 압력을 상승시켜서 다이어프램을 파열시키는 단계(S120), 상기 다이어프램의 파열에 의해 발생된 충격파가 상기 충격파관의 제2 관부를 통해 끝벽으로 이동하여 반사하는 단계(S130), 상기 끝벽에서 반사하는 충격파에 의해 발생되는 고압 및/또는 고온을 이용하여 상기 테스트 가스의 산소 분자를 해리시켜서 산소 원자를 발생시키는 단계(S140), 및 충격파의 노출횟수에 따라 산소 원자와 아나타제 이산화티타늄 나노입자의 상호 작용으로 인한 상변화를 제조 및/또는 확인하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.
단계 S110에서는, 충격파관의 제1 관부에 연결된 제1 기체공급장치를 이용하여 제1 관부에 드라이버 가스를 공급하고, 충격파관의 전환부에 연결된 제2 기체공급장치를 이용하여 제2 관부에 테스트 가스를 공급할 수 있다. 여기서, 드라이버 가스와 테스트 가스에 대해서는 이미 설명하였으므로, 설명의 편의상 중복 설명을 생략한다.
단계 S120에서는, 드라이버 가스의 공급을 통해 제1 관부 내부의 압력을 상승시켜서 다이어프램을 파열시킬 수 있다. 이때, 다이어프램의 파열에 의해 전환부에서는 충격파가 발생될 수 있다.
단계 S130에서는, 전환부에서 발생된 충격파에 의해 제2 관부로 테스트 가스가 이동하게 되고, 제2 관부에 입사된 충격파가 제2 관부의 일단부인 끝벽에서 반사될 수 있다.
단계 S140에서는, 반사충격파의 하류 영역인 테스트영역에서 입사충격파와 반사충격파가 만나게 되어 고압 및/또는 고온을 발생시키고, 고온에서 테스트 가스의 산소 분자를 해리하고, 산소 분자의 해리로 인해 산소 원자가 발생될 수 있다.
단계 S150에서는, 충격파의 노출횟수에 따라 제2 관부의 테스트영역에서 발생된 산소 원자와, 테스트 모델에 부착된 아나타제 이산화티타늄 나노입자 시료가 고압 및/또는 고온에서 상호 작용으로 반응하여 아나타제 이산화티타늄 나노입자의 상변화를 제조 및/또는 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조방법은 단계 S150 이후, 충격파관에서 파열된 다이어프램을 교체하는 단계(S160)를 더 포함할 수 있다. 여기서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치를 이용하여 단계 S160를 보다 상세하게 설명한다.
단계 S160에서는, 충격파관에서 제1 관부와 전환부를 연결하는 연결부재에서 연결받침과 연결덮개에 체결된 체결부재를 분리하고, 연결덮개를 슬라이딩 이동시켜 제1 관부와 전환부 사이의 이격 공간을 노출시킨 후 다이어프램 관부재를 삽입하여 전환부의 내부에 다이어프램을 배치할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화티타늄 상변화 제조방법은 파열된 다이어프램을 쉽게 교체할 수 있으므로, 신속하고 반복적으로 충격파를 생성할 수 있고, 테스트 모델에서 생성된 반사충격파로 인한 고압 및/고열을 이용하여 테스트 가스의 해리 및 아나타제 이산화티타늄 나노입자의 상변화를 제조 및/또는 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 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 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.
100: 산화티타늄 상변화 제조장치
105: 충격파관
110: 제1 관부
120: 전환부
130: 제2 관부
200: 압력센서
400: 테스트 모델
105: 충격파관
110: 제1 관부
120: 전환부
130: 제2 관부
200: 압력센서
400: 테스트 모델
Claims (17)
- 원형 또는 다각형상의 단면을 갖는 관으로 형성되며, 충격파의 영향을 측정할 수 있는 충격파관; 및
상기 충격파관의 타측단에 배치되어 끝벽을 형성하고, 일면에 아나타제 이산화티타늄 나노입자 시료가 부착되어 충격파의 노출횟수에 따라 상변화가 발생되는 테스트 모델;
을 포함하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치.
- 제1항에 있어서,
상기 충격파관은,
상호 연결된 제1 관부, 전환부 및 제2 관부를 포함하되,
상기 제1 관부는 상기 충격파관의 일측단에 배치되고, 다이어프램을 통해 상기 전환부와 구분되며,
상기 전환부는 상기 제1 관부과 상기 제2 관부를 연결하고,
상기 제2 관부는 상기 전환부에 연결되고, 상기 제1 관부 보다 길면서 작은 내경으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치.
- 제2항에 있어서,
상기 제2 관부는,
상기 제1 관부보다 길게 형성되고, 상기 제1 관부보다 낮은 압력을 갖는 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치.
- 제2항에 있어서,
상기 산화티타늄 상변화 제조장치는,
상기 제1 관부의 일측 단부에 연결되어 상기 제1 관부의 내부로 고압의 드라이버 가스를 주입하는 제1 기체주입장치; 및
상기 전환부의 일측에 연결되어 상기 전환부의 내부로 테스트 가스를 주입하는 제2 기체주입장치;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치.
- 제4항에 있어서,
상기 충격파관은,
상기 제1 관부에 상기 드라이버 가스가 충진된 후 상기 다이어프램이 파열될 경우, 상기 드라이버 가스가 상기 제2 관부로 팽창하여 입사충격파를 생성한 후 일정한 열역학적 특성 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제1 기체주입장치는,
고압으로 가압된 용기로부터 헬륨을 포함하는 상기 드라이버 가스를 상기 제1 관부로 공급하는 레귤레이터인 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제2 기체주입장치는,
산소와 불활성 기체가 혼합된 상기 테스트 가스를 상기 전환부로 공급하는 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치.
- 제2항에 있어서,
상기 테스트 모델은,
상기 제2 관부의 내경에 상응하는 내경을 갖는 아크릴관, 및 접착부재에 의해 상기 아크릴관의 내측 일면에 부착된 상기 아나타제 이산화티타늄 나노입자 시료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치.
- 원형 또는 다각형상의 단면을 갖는 관으로 형성되며, 충격파의 영향을 측정할 수 있는 충격파관; 및
상기 충격파관의 타측단에 배치되어 끝벽을 형성하고, 일면에 아나타제 이산화티타늄 나노입자 시료가 부착되어 충격파의 노출횟수에 따라 상변화가 발생되는 테스트 모델을 포함하되,
상기 충격파관은,
상기 충격파관의 일측단에 배치되는 제1 관부;
상기 제1 관부 보다 길면서 작은 내경으로 형성되어 상기 충격파관의 타측단에 배치되는 제2 관부;
상기 제1 관부와 상기 제2 관부를 연결하고, 상기 제1 관부에 연결된 일측과, 상기 제2 관부에 연결된 타측 각각의 내경이 상이하게 형성되는 전환부;를 포함하고,
일측단 및 타측단이 상기 제1 관부와 상기 전환부의 단부 둘레에 밀착되어 상기 제1 관부와 상기 전환부에 체결되는 연결부재; 및
상기 제1 관부와 상기 전환부의 내부에 삽입되어 다이어프램을 배치하는 다이어프램 관부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치.
- 제9항에 있어서,
상기 연결부재는,
반원통으로 형성된 연결받침 및 연결덮개를 포함하되,
상기 연결받침 및 상기 연결덮개 각각은 길이 방향의 양측으로 돌출 확장되어 체결부재로 체결되는 리드 및 상기 리드의 길이 방향으로 형성된 슬라이딩 홈 및 슬라이딩 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치.
- 제9항에 있어서,
상기 다이어프램 관부재는,
상기 제1 관부 및 상기 전환부에 삽입되는 관형 몸체; 및
상기 관형 몸체의 일측단에 결합된 다이어프램;
을 포함하는 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치; 및
상기 충격파관에 설치되어 상기 충격파관 내부의 압력을 측정하는 압력센서;
를 포함하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조시스템.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 산화티타늄 상변화 제조장치, 및 상기 충격파관에 설치되어 상기 충격파관 내부의 압력을 측정하는 압력센서를 포함하는 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조시스템의 산화티타늄 상변화 제조방법에 있어서,
(a) 상기 충격파관 내부로 드라이버 가스 및/또는 테스트 가스를 공급하는 단계;
(b) 상기 제1 관부 내부의 압력을 상승시켜서 다이어프램을 파열시키는 단계;
(c) 상기 다이어프램의 파열에 의해 발생된 충격파가 상기 충격파관의 제2 관부를 통해 전파된 후 상기 테스트 모델에 의해 반사되는 단계;
(d) 상기 끝벽에서 반사하는 충격파에 의해 발생되는 고압 및/또는 고온을 이용하여 상기 테스트 가스의 산소 분자를 해리시켜서 산소 원자를 발생시키는 단계; 및
(e) 충격파의 노출횟수에 따라 상기 산소 원자와 아나타제 이산화티타늄 나노입자의 상호 작용으로 인한 상변화를 제조 및/또는 확인하는 단계;
를 포함하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조방법.
- 제13항에 있어서,
상기 (a) 단계에서는,
상기 충격파관의 제1 관부에 연결된 제1 기체공급장치를 이용하여 상기 제1 관부에 드라이버 가스를 공급하고, 상기 충격파관의 전환부에 연결된 제2 기체공급장치를 이용하여 상기 제2 관부에 테스트 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조방법.
- 제13항에 있어서,
상기 (b) 단계에서는,
상기 드라이버 가스의 공급을 통해 상기 제1 관부 내부의 압력을 상승시켜서 상기 다이어프램을 파열시키는 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조방법.
- 제13항에 있어서,
상기 (e) 단계 이후,
(f) 충격파관에서 파열된 다이어프램을 교체하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조방법.
- 제16항에 있어서,
상기 (f) 단계에서는,
충격파관에서 제1 관부와 전환부를 연결하는 연결부재에서 연결받침과 연결덮개에 체결된 체결부재를 분리하고, 연결덮개를 슬라이딩 이동시켜 제1 관부와 전환부 사이의 이격 공간을 노출시킨 후 다이어프램 관부재를 삽입하여 전환부의 내부에 다이어프램을 배치하는 것을 특징으로 하는, 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220063408A KR20230163741A (ko) | 2022-05-24 | 2022-05-24 | 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치, 시스템 및 방법 |
| PCT/KR2023/006064 WO2023229253A1 (ko) | 2022-05-24 | 2023-05-03 | 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치, 시스템 및 방법과, 핸디 충격파관 장치, 이를 포함하는 소재특성실험시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220063408A KR20230163741A (ko) | 2022-05-24 | 2022-05-24 | 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치, 시스템 및 방법 |
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|---|---|
| KR20230163741A true KR20230163741A (ko) | 2023-12-01 |
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ID=89124513
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| KR1020220063408A KR20230163741A (ko) | 2022-05-24 | 2022-05-24 | 충격파 노출횟수를 이용한 산화티타늄 상변화 제조장치, 시스템 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20230163741A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117723261A (zh) * | 2024-02-18 | 2024-03-19 | 中国科学技术大学 | 激波驱动***、激波驱动方法和激波管 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100935658B1 (ko) | 2007-12-18 | 2010-01-07 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 충격파를 이용한 고온실험장치 |
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2022
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117723261A (zh) * | 2024-02-18 | 2024-03-19 | 中国科学技术大学 | 激波驱动***、激波驱动方法和激波管 |
| CN117723261B (zh) * | 2024-02-18 | 2024-05-03 | 中国科学技术大学 | 激波驱动***、激波驱动方法和激波管 |
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