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지식나눔

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다공 막 제작 과 장점?

2014-06-22 org.kosen.entty.User@107a51 정선용(grace5655)
  • 2
예로써 연료전지나 이온 고분자 금속 복합 만들때 종종
폴리머 다공성 구조 막을 사용하는데
다공성 기질의 홀이 큰것보다 작은 것이 유리한점이 뭘까요?

그리고, 폴리머로 제작된 다공성 구조 막 제작할때 전기방사나 가스주입 또는 리칭 법 이외에 또다른것이 있을까요?
이런거 알려면 포괄적인 책 이나 문헌같은것도 알려주시면 감사하겠습니다.
  • 다공
  • 장점
  • 연료전지
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답변 2
  • 답변

    안길홍님의 답변

    2014-06-22
    • 0

    첨부파일

    다공질로 만들면 비표면적이 넓다는 이점을 가지고 있습니다.
    멤브레인을 만드는 방법은 여러가지가 있으므로 어떤것이 가장 좋다라고 할 수는 없습니다.
    먼저 어떤 type의 연료전지를 만들 것인지에 대하여 결정하여 특성에 적합한 멤브레인을 선정합니다.
    서점에 가시면 연료전지 공학 또는 개론에 대한 서적이 많이 있습니다. 참고하시면 됩니다.
    답변수정
    다공질로 만들면 비표면적이 넓다는 이점을 가지고 있습니다.
    멤브레인을 만드는 방법은 여러가지가 있으므로 어떤것이 가장 좋다라고 할 수는 없습니다.
    먼저 어떤 type의 연료전지를 만들 것인지에 대하여 결정하여 특성에 적합한 멤브레인을 선정합니다.
    서점에 가시면 연료전지 공학 또는 개론에 대한 서적이 많이 있습니다. 참고하시면 됩니다.
    정선용(grace5655) 2014-06-22

    제가 핵심을 잘못 적은듯 합니다. 이온 전도되는 멤브레인 중 예로 연료전지를 든것인데 질문의 핵심은 폴리머로 된 다공성 구조 막 제작이었는데, 이부분에 대해서 궁금했었습니다. 첨부해주신 파일을 잘 살펴보도록 하겠습니다. 도움주셔서 감사합니다.

  • 답변

    최승학님의 답변

    2014-06-23
    • 0
    장점의 경우 윗분이 이미 설명하셨기에 넘어가고...
    고분자를 이용하여 다공성 분리막을 만드는 경우 가장 보편적으로 사용되는 방법은 상전이 (phase inversion)을 사용하는 경우입니다. 상전이 유도 방법에 따라 크게 NIPS (또는 NIPS)와 TIPS로 나눌 수 있습니다.
    현재 상용되는 대부분의 고분자 분리막이 위의 두 방법중 하나라고 보셔도 무방합니다. 
    가장 보편적인 방법은 고분자를일반 용제에 녹여 homogeneous polymer solution을 만든 후 비용매 (non-solvent)에 접촉시켜 용매-비용매간의 상호 확산을 유도하여 solidification시키는 Nonsolvent Induced Phase Separation (NIPS, 비용매 유도 상전이) 혹은 Diffusion Induced Phase Separation (DIPS, 확산 유도 상전이, NIPS와 같은 의미) 이라고 불리는 방법으로 제작됩니다. 여기에는 고분자의 용제의 선정이나 고분자 용액 제조시 첨가제되는 첨가제 (additives)의 형태와 분자량 등의 특징과 상전이 유도 온도 등의 많은 변수가 최종 분리막의 기공 크기나 분포도에 큰 영향을 끼칩니다. 
    한편, 연료전지등에서 많이 사용되는 PTFE와 같은 과불소계열, PE, PP등의 다공성 분리막의 경우 아시다 시피 고분자가 일반적인 용제에 용해되지 않고 녹는다고 해도 매우 toxic한 용제에 제한적으로 녹기때문에 DIPS/NIPS를 사용해서 제막이 쉽지 않습니다.  때문에 열 유도 상전이 방법 (TIPS, Thermally Induced Phase Separation)로 제조 됩니다. 이 방법에서는 문자 그대로 고분자에 열을 주어 융해 시키고 고분자 용액을 식히면서 solidification 시키고 연신 (stretching) 공정을 통해 기공을 형성시킵니다. 현재 시중에 시판되는 Gore-Tex, 또는 GEOX라는 회사에서 판매되는 땀은 방출되고 비는 막아주는 신발이나 의류등의 제품들은 이 공정을 사용합니다. 물론 열을 이용하여 고분자 용액을 제조하는 과정에 첨가제 (diluents라고 함)를 첨가하여 고분자 용액을 만들고 이 diluent를 제막 후에 제거 하여 diluent가 있던 자리에 기공을 형성하는 방법도 있습니다.
    마찬가지로 사용되는 diluents의 종류와 특성에 따라 그리고 연신의 정도, 냉각시키는 온도구배등을 통해 다공성 분리막의 기공 크기, 분포도가 매우 다양하게 제어 됩니다. 
    간단하게 설명드렸지만, 사실 너무 큰 분야라 제 짧은 지식으로 다 설명은 못드리겠고, 더 궁금하신 점은 연락 주시면 이메일로 답변 드리겠습니다.
    답변수정
    장점의 경우 윗분이 이미 설명하셨기에 넘어가고...
    고분자를 이용하여 다공성 분리막을 만드는 경우 가장 보편적으로 사용되는 방법은 상전이 (phase inversion)을 사용하는 경우입니다. 상전이 유도 방법에 따라 크게 NIPS (또는 NIPS)와 TIPS로 나눌 수 있습니다.
    현재 상용되는 대부분의 고분자 분리막이 위의 두 방법중 하나라고 보셔도 무방합니다. 
    가장 보편적인 방법은 고분자를일반 용제에 녹여 homogeneous polymer solution을 만든 후 비용매 (non-solvent)에 접촉시켜 용매-비용매간의 상호 확산을 유도하여 solidification시키는 Nonsolvent Induced Phase Separation (NIPS, 비용매 유도 상전이) 혹은 Diffusion Induced Phase Separation (DIPS, 확산 유도 상전이, NIPS와 같은 의미) 이라고 불리는 방법으로 제작됩니다. 여기에는 고분자의 용제의 선정이나 고분자 용액 제조시 첨가제되는 첨가제 (additives)의 형태와 분자량 등의 특징과 상전이 유도 온도 등의 많은 변수가 최종 분리막의 기공 크기나 분포도에 큰 영향을 끼칩니다. 
    한편, 연료전지등에서 많이 사용되는 PTFE와 같은 과불소계열, PE, PP등의 다공성 분리막의 경우 아시다 시피 고분자가 일반적인 용제에 용해되지 않고 녹는다고 해도 매우 toxic한 용제에 제한적으로 녹기때문에 DIPS/NIPS를 사용해서 제막이 쉽지 않습니다.  때문에 열 유도 상전이 방법 (TIPS, Thermally Induced Phase Separation)로 제조 됩니다. 이 방법에서는 문자 그대로 고분자에 열을 주어 융해 시키고 고분자 용액을 식히면서 solidification 시키고 연신 (stretching) 공정을 통해 기공을 형성시킵니다. 현재 시중에 시판되는 Gore-Tex, 또는 GEOX라는 회사에서 판매되는 땀은 방출되고 비는 막아주는 신발이나 의류등의 제품들은 이 공정을 사용합니다. 물론 열을 이용하여 고분자 용액을 제조하는 과정에 첨가제 (diluents라고 함)를 첨가하여 고분자 용액을 만들고 이 diluent를 제막 후에 제거 하여 diluent가 있던 자리에 기공을 형성하는 방법도 있습니다.
    마찬가지로 사용되는 diluents의 종류와 특성에 따라 그리고 연신의 정도, 냉각시키는 온도구배등을 통해 다공성 분리막의 기공 크기, 분포도가 매우 다양하게 제어 됩니다. 
    간단하게 설명드렸지만, 사실 너무 큰 분야라 제 짧은 지식으로 다 설명은 못드리겠고, 더 궁금하신 점은 연락 주시면 이메일로 답변 드리겠습니다.
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