난류 확산화염에서 체류시간이 실리카 나노 입자의 생성에 미치는 영향에 대한 연구

Abstract

나노 입자란 0.1μm 이하의 사이즈에서 제조되며 기존의 분말 재료보다 입자의 크기가 현저히 감소되어 체적 특성보다는 표면 특성이 증가하게 된다. 이러한 표면 특성의 증가로 인하여 새로운 물리적, 기계적 특성이 나타나게 되며 광범위하게 응용될 수 있다. 본 연구에서는 반도체, 접지력이 향상된 타이어, 색감 및 질감이 뛰어난 도료 등에서 사용되는 실리카 나노 입자를 생성하는 연구를 수행하였다. 이러한 나노 입자를 생성하는 방법에는 여러가지가 있지만 본 연구에서는 기체상태에서 입자를 생성하는 Gas to particle conversion 방법중의 하나인 화염 반응기법을 이용하였다. 이 중 다른 방법들에 비하여 비교적 안정적이며 유량 변화에 따른 효과를 쉽게 확인할 수 있는 확산 화염에서 생산성의 증대를 위하여 난류 조건에서 실험을 수행하였다. 실리카 입자를 생성하기 위하여 전구체로 TEOS(tetra-ethyl-ortho-silicate)를 사용하였으며 연료로는 메탄, 산화제로는 일대일 비율로 혼합한 산소와 질소를 사용하였다. 화염의 형상과 길이를 얻기 위하여 OH-Chemiluminescence를 OH-Filter가 부착된 ICCD를 이용하여 측정하였으며 화염 유동장 내의 속도 분포를 측정하기 위하여 LDV(Laser Doppler Velocimetry)를 이용하였으며 입자의 형상과 크기를 측정하기 위하여 전자 투과 현미경을 이용하였다. 이로부터 난류 확산화염의 특성에 따라 생성된 입자간에 기존의 알려진 파라미터들과 난류 효과가 어떠한 상관관계를 가지는지 알아보았다. 난류의 세기가 증가할수록 체류시간은 감소하며 이에 따라 생성된 입자의 직경은 감소되며 입자의 분포도 또한 좁아지게 된다.