(Nano glass) Scaling up of Nano-powder Collection in the Process of Ultrasonic Spray Pyrolysis

World of Metallurgy – ERZMETALL 70 (2017) No. 2 5

Gözde Alkan, Fabian Diaz, Greg Matula, Srecko Stopic, Bernd Friedrich

 

 

1. 서론

 

나노분말 합성은 지난 10년 동안 큰 주목을 받았지만, 산화물에 대해서만 그리고 화학적 경로를 통해서만 생산되었습니다. 금속 또는 금속/산화합물 시스템을 목표로 할 때는 레이저 절제 또는 초음파 스프레이 열분해(USP)와 같은 다양한 접근 방식을 사용해야 합니다. 

 

두 방법 모두 지금까지 실험실의 장비를 확장하는 일은 없었으며, 저자들은 DFG(Deutche Forschungsgesellschaft)의 독일 공적 자금을 활용하여 공정 품질을 일정하게 유지하면서 실험실의 성과를 이전함으로써 처음으로 시범 장비를 제작했습니다. 장비 내 가스 흐름과 온도 분포를 모델링하고 최적의 기하학에서 산출하도록 계산했습니다. 그림 1에서와 같이 스케일업 장비는 초음파 발생기, 가스 시스템, 가열/반응로, 정전기 침전기 및 진공 시스템으로 구성된 5개의 주요 부품으로 설계되었습니다.

 

초음파 발생기는 5개(2.5MHz)가 있으며, 자동으로 조절되고 연속 공정을 실행할 수 있습니다. 순수한 가스와 혼합 가스의 질량 흐름이 제어되는 가스 시스템을 통해 초음파 발생기에서 생성된 에어로졸을 가열 구역으로 운반할 수 있습니다. 각 에어로졸 발생기는 개별 반응 튜브에 연결됩니다. 이 5개의 반응 튜브는 벽면 가열로에 위치하며, 4개의 가열 구역(최대 1,000°C)이 별도로 조절됩니다. 반응 구역의 끝에서, 운반 가스와 나노 입자가 포함된 흐름이 분말 수집 영역으로 운반됩니다. 두 개의 정전기 침전기가 있습니다(하나는 3개의 반응 튜브에 연결되고, 다른 하나는 나머지 2개의 튜브에 연결됨). 12개의 응답으로 구성됩니다. 8개의 전극과 아래에 있는 용기에 분말을 분리하기 위한 공압 진동 시스템이 장착되어 있습니다. 마지막으로, 정전 침전기를 포함한 USP 장치 전체를 통해 스트림/반송 가스 혼합물을 흡입하는 진공 시스템이 있습니다. 장비에 대한 자세한 내용은 [1]에서 확인할 수 있습니다.

 

초기에는 실버 기반 나노/마이크로 구조에 전념하는 데모 장비를 36시간 연속 실험으로 먼저 테스트했습니다. 제품 특성화 결과 단상 구조의 이상적인 구형 은 입자(수백 나노미터)가 합성된 것으로 나타나 데모 스케일로의 공정 전달이 성공적으로 합성되었음을 알 수 있습니다. 그러나 장비에서 가장 민감한 부분은 정전기 침전기로서 더욱 최적화되어야 한다는 것이 명백해졌습니다. 이에 ESP의 개선과 분말 채집 효율성에 초점을 맞춘 집중적인 연구가 이루어졌으며, 본 논문은 본 연구의 주요 결과를 제시합니다.