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표제지

요약

목차

1. 서론 14

2. 실험 재료 및 과정 18

2-1. 사용한 재료 18

2-2. PNIPAm 수용액 합성 19

2-3. PNIPAm 나노 입자 정제 과정 23

2-4. PNIPAm 나노 입자의 특성 분석 24

2-5. 미세유체채널 제작 방법 26

2-6. 실험 방법 및 과정 27

3. 결과 및 토의 30

3-1. PNIPAm 나노의 입자의 특성 분석 30

3-2. PNIPAm 용액의 유변학적 특성 37

3-3. PNIPAm 용액의 농도와 유량에 따른 입자의 거동 45

4. 결론 52

5. 참고문헌 54

Abstract 61

표목차

[표 1] 시간에 따른 DI water의 전기 전도도와 원심분리를 9회 실시하는 동... 25

[표 2] 온도 변화에 따른 PNIPAm 나노 입자의 수력학적 직경... 35

[표 3] 질량 분율과 영 전단(zero-shear) 점도의 상관 관계. 영 전단 점도와... 42

[표 4] Carreau model 식을 이용하여 구한 인자들을 기술한 표. 44

[표 5] 유량과 PNIPAm 용액의 농도에 따른 무차원수. 48

그림목차

[그림 1] PNIPAm[Poly(N-isopropylacrylamide마이크로 겔 입자의 모식도.... 21

[그림 2] PNIPAm 나노 입자 분산액을 합성하기 위한 반응기 모식도. 22

[그림 3] 미세유체 실험을 위한 실험 모식도와 미세유체채널의 개략도. 입구... 29

[그림 4] 합성한 PNIPAm 나노 입자를 정제한 후 100ppm의 농도에서 웨이... 33

[그림 5] 온도 변화에 따른 PNIPAm 나노 입자의 수력학적 직경... 34

[그림 6] PNIPam 분산액의 농도에 따른 강도 상관 함수(intensity... 36

[그림 7] PNIPAm 나노 입자의 부피 분율을 결정하기 위해 저농도에서 측정... 40

[그림 8] [그림7]에서 측정한 전단 점도의 값과 식(3)을 이용하여 계산한 유... 41

[그림 9] 미세유로에서 사용한 PNIPAm 겔 분산액의 전단율에 따른 전단... 43

[그림 10] PNIPAm 9.8vol% 용액의 유량에 따른 4.3μm의 직경을 가지는... 49

[그림 11] PNIPAm 14.4vol% 용액의 유량에 따른 입자의 분포(입구로부터... 50

[그림 12] PNIPAm 17.7vol% 용액의 유량에 따른 입자의 분포(입구로부터... 51

초록보기

콜로이드 분산액은 브라운 운동의 영향을 받는 작은 입자가 용매에 분산된 것으로 물질의 한 상태이다. 콜로이드 분산액은 자연계 및 생명 현상은 물론 식품, 페인트, 화장품 및 전자 재료와 같은 산업적으로 관련된 광범위한 제품에서 발견 및 적용될 수 있으며, 콜로이드 분산액의 적절한 응용을 위해서는 유변학적 특성을 분석하고 예측하는 것이 제품의 품질을 향상시키고 생산성을 높이는데 중요하다. 콜로이드 분산액에서는 특정 부피 분율 이상에서 전단 박화나 전단 농화 현상 같은 비선형적 유변물성이 관찰된다. 이러한 유변학적 특성을 예측하기 위해 많은 연구가 이루어지고 있으며, 많은 실험적 연구와 이론적 예측이 이루어지고 있다. 이전 연구에서 전단 점도가 전단율에 상관없이 일정한 나노 입자로 구성된 콜로이드 분산액에서 수직 응력 차이에 의해 마이크론 크기의 입자가 채널 중앙으로 집속되는 현상이 보고되었다. 본 연구에서는 전단 박화 현상을 보이는 콜로이드 분산액에서 입자의 수직 이동 현상을 연구하였다.

연구에 사용한 콜로이드 입자는 온도감응성 고분자의 일종인 PNIPAm[Poly(N-isopropylacrylamide)]이다. PNIPAm은 하한 임계 온도 이하에서는 내부에 물을 머금어 팽윤된 상태가 된다. 또한 hairy 구조를 가지고 있어 short range에서는 steric hindrance로 인한 반발력으로 응집을 막아 주어 분산 안정화되는 것으로 알려져 있다. 단분산의 PNIPAm 입자를 합성 및 정제하여 얻은 입자를 물에 분산시킨 후, 분산액의 전단 유변 물성을 분석하였다. 또한 전단 박화 현상을 보이는 PNIPAm 수용액에 소량의 마이크론 크기의 폴리스티렌 입자를 첨가한 후, 미세 유체 채널에서 콜로이드 입자 농도와 유량에 따른 폴리스티렌 입자의 수직 이동 특성을 관찰하였다. 본 연구에서는 전단 박화 현상을 보이는 콜로이드 분산액에서 단면이 사각형인 미세채널에서 마이크론 크기를 가지는 입자가 유량 조건에 따라 채널의 중앙과 벽 사이의 공간으로 이동하는 것을 관찰하였다. 이상의 결과는 콜로이드 분산액이 가지는 유변 물성에 대한 이해를 높이고, 특히 콜로이드 분산액의 전단 박화가 입자의 수직 이동에 대한 이해를 높일 것으로 기대한다. 또한 생체 고분자 분산액과 같은 물질에서 입자를 집속 시키거나 분리하는 공정 조건을 개발하는데 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

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