소개글
"electrospinning"에 대한 내용입니다.
목차
1. 전기방사법의 개요
1.1. 전기방사법의 발전과 원리
1.2. 전기방사법의 주요 구성요소
1.3. 전기방사에 영향을 미치는 변수
2. 나노섬유 제조를 위한 전기방사법
2.1. 용액 전기방사
2.2. 용융 전기방사
2.3. 용액 전기방사와 용융 전기방사의 비교
3. 전기방사 나노섬유의 응용
3.1. 필터 소재
3.2. 방호 기능 소재
3.3. 생체 및 조직공학용 소재
3.4. 촉매 및 전극 적용
4. 전기방사 기술의 발전 방향
4.1. 나노섬유 직경 제어 기술
4.2. 새로운 재료의 전기방사 적용
4.3. 전기방사 공정 모델링 및 최적화
5. 참고 문헌
본문내용
1. 전기방사법의 개요
1.1. 전기방사법의 발전과 원리
전기방사법(electrospinning)은 1882년 Raleigh가 액체의 낙하 시 정전기력이 표면장력을 극복할 수 있다는 계산이 과학적 토대가 되어, 1934년에 독일의 엔지니어인 Formhals에 의해 특허를 받은 방법이다. 전기방사는 electrostatic force에 의해 낮은 점도 상태의 polymer를 사용하여 순간적으로 섬유형태로 방사하여 product를 얻는 방법이다. 전기방사법은 micrometer단위의 직경을 갖는 물질을 이용하여 nanometer단위의 섬유를 만들 수 있다는 중요한 특징을 가지고 있다. 그리하여, 약 10여년 전부터, 이러한 기술은 직경 20nm-1μm의 나노 파이버를 만드는데 사용되며 각광을 받고 있는 신기술이다. 나노 파이버의 장점은 극세 크기의 직경을 갖기 때문에 기존 섬유에 비해 큰 표면적을 갖기 때문에 나노 파이버를 필터용으로 사용할 수 있게 하는 재질로서 효과를 갖게 한다. 하지만 이러한 나노 파이버의 단점은 그 제조방법이 전기방사법만을 통하여 가능하고, 전기방사를 통하여 얻어진 나노 파이버가 고분자 자체의 molecular orientation을 통한 강도 향상을 얻기 어렵기 때문에 mechanical property가 낮다는데 있다.
1.2. 전기방사법의 주요 구성요소
전기방사법의 주요 구성요소는 다음과 같다.
고전압 전원 공급 장치, 주사기, 노즐, 집전판 등이 전기방사 공정의 주요 구성 요소이다. 고전압 전원 장치는 일반적으로 10-30 kV 범위의 직류 전압을 생산하며, 이를 통해 주사기와 집전판 사이에 강력한 전기장을 형성한다. 주사기에는 고분자 용액이나 용융액이 담겨있으며, 이 액체는 전기장의 작용으로 노즐을 통해 방출된다. 노즐은 보통 금속으로 이루어져 있으며, 고분자 액체가 분사되는 지점이 된다. 집전판은 접지되어 있는 금속 판으로, 대전된 고분자 섬유가 모여 쌓이게 된다. 이 밖에도 용액을 일정하게 공급하기 위한 주사기 펌프, 온도와 습도 등의 환경을 조절하기 위한 장치 등이 추가적으로 필요하다.""
1.3. 전기방사에 영향을 미치는 변수
전기방사에 영향을 미치는 변수는 크게 재료상의 변수와 공정상 변수로 구분할 수 있다"
재료상의 변수로는 첫째, 고분자의 분자량, 분자량 분포도, 분자 구조 등 고분자 내부의 특성이 영향을 미친다. 둘째, 용액의 점도, 이온전도도, 표면장력과 같은 용액의 물리화학적 특성이 중요한 변수이다"
공정상 변수로는 첫째, 고분자 용액의 농도, 용액의 토출 속도, 인가 전압 등이 해당된다. 둘째, 노즐과 집전판 사이의 거리가 변수로 작용한다. 셋째, 온도, 습도, 공기의 속도와 같은 환경적 요인도 전기방사에 영향을 미친다"
이러한 변수들은 상호 작용하며 전기방사 거동에 복합적으로 작용한다. 예를 들어 용액 농도가 증가하면 점도가 높아져 섬유 직경이 증가하고, 전압이 증가하면 섬유 직경이 감소하는 등의 상관관계가 있다"
2. 나노섬유 제조를 위한 전기방사법
2.1. 용액 전기방사
용액 전기방사는 고분자 용액을 활용하여 나노섬유를 제조하는 방법이다. 전기장을 이용하여 고분자 용액에서 고분자 섬유를 추출하는 이 방법은 매우 간단하지만 복잡한 물리화학적 과정이 동반된다.
고분자 용액은 전기장에 노출되면 용기 끝 부분에서 테일러 콘(Taylor cone) 형태로 변형된다. 이때 전기장의 힘이 표면장력을 극복하면 용액이 액체 분사물(jet)로 분출된다. 이 분출된 고분자 액적은 급격한 stretch와 whipping 현상을 거쳐 마이크로미터에서 나노미터 직경의 섬유로 축소된다. 최종적으로 이 섬유들은 접지된 컬렉터에 무질서하게 쌓여 나노섬유 매트를 형성한다.
용액 전기방사에서 주요한 변수로는 고분자 용액의 물성(점도, 농도, 전도도, 표면장력 등), 전기장의 세기, 방사 노즐과 컬렉터 사이의 거리, 용액 공급 속도 등이 있다. 이들 변수를 적절히 조절함으로써 나노섬유의 직경, 형태, 배열 등을 제어할 수 있다. 예를 들어 고분자 용액의 농도가 낮으면 구형 비드가 섬유 표면에 형성...
참고 자료
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용융전기방사와 멜트블론(김한성, 조경제)
용융전기방사를 이용한 두꺼운 미세섬유 매트의 제작(김정화, 신광준, 전병국, 정영훈)
용융전기 방사장치 및 이를 이용한 고분자 나노섬유의 제조방법(천진호, 이영우, 조완진)
다양한 응용을 위해 폴리카프로락톤(PCL)폴리머를 사용한 용융전기방사 : 실험적 및 이론적 분석(고정혁)
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