극성이 서로 다른 나노입자인 Al2O3와 SiO2나노유체를 제조하여 분산안정성 측정연구를 수행하였다. 기존의 연구는 분산안정성의 주요 인자를 유체의 pH와 계면활성제의 첨가유무로 구분하였지만 본 논문에서는 콜로이드 안정성을 다룬 DLVO이론과 전기이중층 이론을 적용하여 분산안정성에 영향을 끼치는 주요 인자들을 분석하였다. 본 연구에서 제시한 분산안정성의 주요인자로는 입자의 등전점(IEP)에 따른 유체의 pH와 전해질 농도에 따른 전기이중층의 두께인 Debye length, 입자 극성에 따른 계면활성제의 영향, 계면활성제 첨가 농도에 다른 theta-temperature의 영향 그리고 초음파 분산기 종류에 따른 영향으로 구분하였다. 분산안정성은 나노입자의 크기와 ...
극성이 서로 다른 나노입자인 Al2O3와 SiO2나노유체를 제조하여 분산안정성 측정연구를 수행하였다. 기존의 연구는 분산안정성의 주요 인자를 유체의 pH와 계면활성제의 첨가유무로 구분하였지만 본 논문에서는 콜로이드 안정성을 다룬 DLVO이론과 전기이중층 이론을 적용하여 분산안정성에 영향을 끼치는 주요 인자들을 분석하였다. 본 연구에서 제시한 분산안정성의 주요인자로는 입자의 등전점(IEP)에 따른 유체의 pH와 전해질 농도에 따른 전기이중층의 두께인 Debye length, 입자 극성에 따른 계면활성제의 영향, 계면활성제 첨가 농도에 다른 theta-temperature의 영향 그리고 초음파 분산기 종류에 따른 영향으로 구분하였다. 분산안정성은 나노입자의 크기와 제타전위로 제시하였고 측정은 광산란을 이용한 측정장비인 ELS-Z를 사용하였다. 나노유체 분산에 사용한 계면활성제는 양이온 계면활성제인 CTAB과 음이온 계면활성제인 SDS, 그리고 비교 분산안정제로 Gum Arabic(GA)을 사용하였다.
pH에 따른 Al2O3와 SiO2나노유체는 나노입자의 등전점에서 먼 pH일수록 분산안정성이 향상되었고 같은 pH라도 전해질 농도가 높으면 분산안정성은 감소하였다. 나노입자의 극성이 양극인 Al2O3나노입자는 양이온 계면활성제인 CTAB을 사용하는 것이 분산안정성 측면에서 유리하였고 반대로 음의 극성인 SiO2나노입자는 음이온 계면활성제인 SDS의 사용이 분산안정성 향상에 유리하였다.
높은 농도의 계면활성제를 첨가한 샘플인 CTAB3는 20℃~17℃에서 입자간의 응집이 일어나는 Theta-temperature가 나타났으며 SDS3는 10℃~7℃에서 Theta-temperature가 나타났다. 초음파 분산기 팁에서 발생한 합금입자는 SEM/EDX측정 결과 대부분 티타늄합금이었고 분산기 출력이 높을수록 티타늄합금의 유입량이 증가하였다.
Al2O3나노유체를 Bath- type초음파 분산기와 Horn-type초음파 분산기로 각각 분산한 샘플의 평균입경과 제타전위를 비교한 결과 티타늄합금이 유입되는 Horn-type초음파 분산기로 분산한 샘플의 제타전위가 Bath-type분산기를 사용한 샘플의 제타전위보다 낮게 나타났다.
극성이 서로 다른 나노입자인 Al2O3와 SiO2나노유체를 제조하여 분산안정성 측정연구를 수행하였다. 기존의 연구는 분산안정성의 주요 인자를 유체의 pH와 계면활성제의 첨가유무로 구분하였지만 본 논문에서는 콜로이드 안정성을 다룬 DLVO이론과 전기이중층 이론을 적용하여 분산안정성에 영향을 끼치는 주요 인자들을 분석하였다. 본 연구에서 제시한 분산안정성의 주요인자로는 입자의 등전점(IEP)에 따른 유체의 pH와 전해질 농도에 따른 전기이중층의 두께인 Debye length, 입자 극성에 따른 계면활성제의 영향, 계면활성제 첨가 농도에 다른 theta-temperature의 영향 그리고 초음파 분산기 종류에 따른 영향으로 구분하였다. 분산안정성은 나노입자의 크기와 제타전위로 제시하였고 측정은 광산란을 이용한 측정장비인 ELS-Z를 사용하였다. 나노유체 분산에 사용한 계면활성제는 양이온 계면활성제인 CTAB과 음이온 계면활성제인 SDS, 그리고 비교 분산안정제로 Gum Arabic(GA)을 사용하였다.
pH에 따른 Al2O3와 SiO2나노유체는 나노입자의 등전점에서 먼 pH일수록 분산안정성이 향상되었고 같은 pH라도 전해질 농도가 높으면 분산안정성은 감소하였다. 나노입자의 극성이 양극인 Al2O3나노입자는 양이온 계면활성제인 CTAB을 사용하는 것이 분산안정성 측면에서 유리하였고 반대로 음의 극성인 SiO2나노입자는 음이온 계면활성제인 SDS의 사용이 분산안정성 향상에 유리하였다.
높은 농도의 계면활성제를 첨가한 샘플인 CTAB3는 20℃~17℃에서 입자간의 응집이 일어나는 Theta-temperature가 나타났으며 SDS3는 10℃~7℃에서 Theta-temperature가 나타났다. 초음파 분산기 팁에서 발생한 합금입자는 SEM/EDX측정 결과 대부분 티타늄합금이었고 분산기 출력이 높을수록 티타늄합금의 유입량이 증가하였다.
Al2O3나노유체를 Bath- type초음파 분산기와 Horn-type초음파 분산기로 각각 분산한 샘플의 평균입경과 제타전위를 비교한 결과 티타늄합금이 유입되는 Horn-type초음파 분산기로 분산한 샘플의 제타전위가 Bath-type분산기를 사용한 샘플의 제타전위보다 낮게 나타났다.
The suspension stabilities of Al2O3 and SiO2 nanoparticles with different polarity in water are investigated. The stability of water base nanofluids is mainly affected by the particle surface charging state, zeta potential, and the effective range of electrostatic force, Debye length.
The pH, surfa...
The suspension stabilities of Al2O3 and SiO2 nanoparticles with different polarity in water are investigated. The stability of water base nanofluids is mainly affected by the particle surface charging state, zeta potential, and the effective range of electrostatic force, Debye length.
The pH, surfactant type and electrolyte concentration are found to affect the particle charging state. Further away from the isoelectric point, the suspension become stabler. The surfactant of the same polarity with particles in water should be selected. If the particles charge positively in water, the cationic surfactant, e.g., CTAB, is the right choice, whereas the anionic surfactant, e.g., SDS, is preferred for negatively charged particles. There is an optimum amount of surfactant to yield the best stability. Since the surfactant and stabilizer coils at low temperature, it is found that the suspension stability deteriorates with the temperature decrease.
The ion concentration is found to affect the suspension stability. The effective range of electrostatic repulsion shrinks with the amount of ions dissolved in the suspension. Under the same pH conditions, the particle size increases with the increase of electric conductivity, hence the ion concentration.
The entrained particles from the horn tip of a ultra-sonicator are mainly composed of titania of which the isoelectric point is different from alumina and silica. The zeta-potentials of the titania particles entrained alumina suspensions are found to be lower than the pure alumina suspensions, which is believed to be the effect of mitigation of overall particle charge due to the different polarity of titania from that of alumina in water.
The suspension stabilities of Al2O3 and SiO2 nanoparticles with different polarity in water are investigated. The stability of water base nanofluids is mainly affected by the particle surface charging state, zeta potential, and the effective range of electrostatic force, Debye length.
The pH, surfactant type and electrolyte concentration are found to affect the particle charging state. Further away from the isoelectric point, the suspension become stabler. The surfactant of the same polarity with particles in water should be selected. If the particles charge positively in water, the cationic surfactant, e.g., CTAB, is the right choice, whereas the anionic surfactant, e.g., SDS, is preferred for negatively charged particles. There is an optimum amount of surfactant to yield the best stability. Since the surfactant and stabilizer coils at low temperature, it is found that the suspension stability deteriorates with the temperature decrease.
The ion concentration is found to affect the suspension stability. The effective range of electrostatic repulsion shrinks with the amount of ions dissolved in the suspension. Under the same pH conditions, the particle size increases with the increase of electric conductivity, hence the ion concentration.
The entrained particles from the horn tip of a ultra-sonicator are mainly composed of titania of which the isoelectric point is different from alumina and silica. The zeta-potentials of the titania particles entrained alumina suspensions are found to be lower than the pure alumina suspensions, which is believed to be the effect of mitigation of overall particle charge due to the different polarity of titania from that of alumina in water.
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