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청소년과학창의연구(학술지)

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광산란 기법을 이용한 구형과 비구형 입자계 현탁액의 건조 거동 비교 연구

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  • 연번 2-06 
  • 제목(국문) 광산란 기법을 이용한 구형과 비구형 입자계 현탁액의 건조 거동 비교 연구 
  • 제목(영문) Comparison of Drying Dynamics for Spherical and Non-spherical Particulate Suspensions via Light Scattering Method 
  • 학술지명 청소년과학창의연구 
  • 호수 Vol.2 
  • 발간일 2017-03-31 
  • 저자 한상혁,이승윤,이승현,차준우 
  • 분야 화학 
  • 페이지 구간 pp.113-126 
  • 총 페이지 수 13 
  • 키워드(국문) 현탁액 건조, 비구형 입자, 커피링 효과, 광산란 기법, Correlation function 
  • 키워드(영문) suspension drying, non-spherical particulate, coffee-ring effect, Correlation function 
  • 초록(국문)
    현탁액 코팅은 작은 입자들이 들어있는 현탁액에서 용매를 건조시켜 입자들만을 남기는 형태로 코팅시키는 기술로 발전 가능성이 크
    다. 현탁액을 이용한 코팅 과정에서 용매의 흐름으로 인한 불균일성은 건조 이후 코팅막의 물성에 큰 영향을 끼치게 되어 제어가 필요하
    다. 본 연구에서는 비구형 입자 또는 구형 입자가 포함된 현탁액 건조 시 나타나는 커피링 효과를 정량적으로 분석하고 그에 따른 커피링
    현상이 얼마나 차이가 있는지에 대한 실험을 진행하였다. 현탁액은 각각 aspect ratio가 1인 구형 입자와 aspect ratio가 4인 비구형 입
    자로 이루어져 있으며, 농도는 질량비로 1%와 2%로 분산시킨 용액을 사용하였다. 해당 현탁액의 건조 거동은 카메라(LSC, CCD)가 연
    결된 MSDWS를 이용하여 분석하였다. 두 카메라는 현탁액 속 입자들의 움직임으로 인하여 나타나는 산란광을 촬영하였다. 각각 0, 3,
    6, 9, 12분일 때의 모습을 촬영하여 correlation function 그래프로 그렸고 데이터들을 같은 시간대별로 묶어 각 현탁액에 대한 그래프
    로 비교를 하였다. 추가로 촬영 시점에 따른 relaxation time을 구하였다. 또한 커피링의 정량적인 해석을 확인하기 위해 각 현탁액의
    표면 및 단면을 SEM으로 찍어 입자의 모습과 커피링 효과를 시각적으로 확인하였다.
  • 초록(영문)
    Suspension coating, a coating technique where a suspension containing small particles is poured onto a surface and the solvent is dried
    to coat the surface only with the particles, promises to be significantly enhanced in the future. However, the technique requires extensive
    control because the flow of the solvent in the coating process causes unevenness which influences the physical properties of the coating
    film after desiccation. In this study, we quantitatively analyzed the amount of coffee ringing effect after desiccation of the suspension
    while varying the type and concentration of the particles in the suspension. We compared the suspensions containing spherical particles
    (aspect ratio = 1) and non-spherical particles (aspect ratio = 4) and each suspension was prepared at 1% and 2% concentration by mass.
    Drying behavior of the suspensions were analyzed using multi-speckle diffusing-wave spectroscopy (MSDWS) powered by a LSC
    -based camera and a CCD -based camera. Both cameras captured speckle variation of the light scattered back from the moving particles.
    The drying process was monitored at baseline and after 3, 6, 9, and 12 minutes of drying time. The correlation function was plotted and
    grouped together at the same time for comparison among different suspensions. The relaxation time was calculated from the time-series
    of the correlation function. In order to test the validity of MSDWS -based quantitative analysis of the coffee ringing effect, the surface
    and cross-section of each suspension were photographed by SEM to correlate the visual appearance of the particles and MSDWS -based
    quantification.

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