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원적외선 방사 세라믹의 소결공정 최적화
Optimization of sintering process of the far-infrared radiation ceramic 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.26 no.1, 2016년, pp.28 - 34  

박재화 (한양대학교 신소재공학부) ,  김현미 (한양대학교 신소재공학부) ,  강효상 (한양대학교 신소재공학부) ,  최재상 (한양대학교 신소재공학부) ,  최봉근 (한양대학교 신소재공학부) ,  남기웅 ((주)한빛나노의료기) ,  남한우 ((주)한빛나노의료기) ,  심광보 (한양대학교 신소재공학부)

초록
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원적외선 방사세라믹은 인체의 피부 안쪽으로 깊숙이 적외선을 침투시켜 온열 및 치료환경을 주는 매력적인 재료로써, 열적 치료 장치, 온열 매트, 히터 등과 같은 분야에 많은 응용이 되고 있다. 본 연구에서는 소결 온도와 시간을 변화시킴으로써 높은 방사율을 가지는 원적외선 방사세라믹의 소결 조건을 최적화하고자 하였다. 원적외선 방사체의 상 분석은 XRD로, 그 파단면의 미세구조는 SEM을 이용하여 분석하였다. 원적외선 방사율의 측정은 FT-IR으로 행하여, 결과를 종합적으로 해석하여 소결체의 최적 공정 조건을 확립하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Far-infrared radiation ceramic is an attractive material that provides thermal therapy by permeating the infrared rays into the deep inside of the human skin. Therefore, it is currently used for thermal therapy devices, thermal mat, heating equipment and so on. This work aims to optimize the sinteri...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 동일한 조성에서 다양한 공정 변수를 적용하여 원적외선 방사 세라믹을 제조하여, 구조적 특성 비교 및 원적외선 방사율을 측정함으로써, 원적외선 방사 세라믹의 제조 공정을 최적화하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 여러 가지 분석 장비를 활용하여 온도와 시간을 변수로 원적외선 방사체 소결의 최적공정을 확인하였다. 1100℃ 미만의 소결 조건에서는 미소결 된 형태임을 확인하였고, 1100℃ 이상의 온도에서는 시편의 용융이 시작됨을 확인하였고, 이를 바탕으로 최적의 소결공정 온도를 1100℃임을 확인할 수 있었다.

가설 설정

  • 1000℃ (a), 1050℃ (b)에서 소성한 시편의 경우 내부의 파단면은 1050ºC에서 소결하였을 때, grain의 크기가 더 증가하였다. 이는 좀 더 고온의 영역에서 소결로 인하여 입자의 성장이 진행되어, 1050℃ (b) 시편의 결정립이 더 조밀한 구조를 가짐을 알 수 있다. 1100℃ (c), 1150℃ (d), 1200℃ (e) 에서 1시간 동안 소결한 시편의 경우 표면에 기공들이 발생하였는데, 1100℃ (c)에서 소성시킨 sample의 기공의 크기는 약 10 µm, 1150℃ (d)에서는 약 15 µm의 기공의 크기를 보였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
원적외선이 특히 효과가 있는 의료분야는? 원적외선은 1800년경 최초로 발견된 이 후, 의료뿐만 아니라 국방, 에너지 등 다양한 분야에서 그 기능이 사용되고 있다[1-3]. 특히, 의료분야에서는 혈액순환촉진, 심혈관계치료, 피부질환, 암세포억제, 대사기능 촉진 등에서 많은 효과가 있다[3-8]. 이는 지구의 생명체가 흡수하는 에너지 파의 파장대가 6~12 µm에 집중되어 있고, 원적외선의 파장대가 3~1000 µm 범위 내에 있으므로 공명흡수 작용이 일어나 유기물의 내 · 외부에 온도상승을 통해 세포를 활성화시키기 때문으로 보고하고 있다[1, 8, 9].
원적외선 방사 세라믹에서 필수적인 것은? 이러한 이유로 원적외선 방사 세라믹에 관한 많은 연구가 이루어지고 있는데[15], 맥반석, 토르말린, 금강석, 화산석, 적철석, 방해석 등은 원적외선을 방사한다고 알려진 광물이며, 이는 원적외선 방사체 제조에 흔히 혼합되어 사용되는 재료이다[13-17]. 원적외선 방사 세라믹이란 가열 시 3 µm 이상의 원적외선을 방출하는 물질을 일컫는데, 이 세라믹 원료는 순도 및 조성의 편차를 보이게 되어, 이에 대한 원적외선 방사 제품의 소결 조건의 최적화가 필수적이다[16].
원적외선 방사 세라믹이란? 이러한 이유로 원적외선 방사 세라믹에 관한 많은 연구가 이루어지고 있는데[15], 맥반석, 토르말린, 금강석, 화산석, 적철석, 방해석 등은 원적외선을 방사한다고 알려진 광물이며, 이는 원적외선 방사체 제조에 흔히 혼합되어 사용되는 재료이다[13-17]. 원적외선 방사 세라믹이란 가열 시 3 µm 이상의 원적외선을 방출하는 물질을 일컫는데, 이 세라믹 원료는 순도 및 조성의 편차를 보이게 되어, 이에 대한 원적외선 방사 제품의 소결 조건의 최적화가 필수적이다[16].
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참고문헌 (24)

  1. F. Vatansever and M.R. Hamblin, "Far infrared radiation (FIR): its biological effects and medical application", Photon Laser Med. 4 (2012) 255. 

  2. J.M. Kim, "Radiation measurement of the far-infrared and efficacy evaluation", Kor. Ins. Illuminating Elect. Installation Eng. 15 (2001) 23. 

  3. L. Jinsheng, W. Kuhyab, X. Gangke, M. Junping and D. Yan, "Far Infrared Radiation Property of Rare Earth Mineral Composite Materials", J. Rare Earth 24 (2006) 281. 

  4. D. Zhang, J. Liang, Y. Ding, J. Meng and G. Zhang, "Inhibition of water activated by far infrared functional ceramics on proliferation of hepatoma cells", J. Nanosci. Nanotechno. 14 (2014) 3817. 

  5. Y.-C. Chen, L.-C. Lai, Y.-P. Tu, S.-D. Wu, C.-F. Chen and B. Li, "Far infrared ray irradiation attenuates apoptosis and cell death of cultured keratinocytes stressed by dehydration", J. Phtochem. Phtobiol. B: Biology 106 (2012) 61. 

  6. C.-Y. Huang, K.-H. Hsu, J.-H. Chen and R.-S. Yang, "Treating severe phantom limb pain by applying far infrared ray to 'phantom limb'", J. Formos. Med. Assoc. (2015) 1. 

  7. Y. Hamada, F. Teraoka, T. Matsumoto, A. Madachi, F. Toki, E. Uda, R. Hase, J. Takahashi and N. Matsuura, "Effect of far infrared ray on Hele cells and WI-38 cells", Int. Congr. Ser. 1255 (2003) 339. 

  8. H.K. Lee, S.G. Kang, C.K. Lee, Y.H. Jang, S.D. Min, S.J. Kim and M.H. Lee, "Physiological influences caused by warming effect of far-infrared radiation in body temperature", Kor. Inst. Elect. Eng. (2003) 21. 

  9. L. Jie, M. Junping, L. Jinsheng and H. Xiaoli, "Effect of far infrared radiation ceramics containing rare earth additives on surface tension of water", J. Rare Earth 32 (2014) 890. 

  10. J.Y. Ju, Y.D. Shin, T.H. Ko and J.H. Lee, "Development of far infrared ray-ceramic dryer", Kor. Inst. Elec. Eng. (2008) 171. 

  11. J.S. Park, "The application and producing of high-bio full fat activated soybean flour by electron wave drying soybean with far-infrared", J. Kor. Soc. Ind. Info. Syst. 7 (2002) 32. 

  12. J. Meng, J. Liang, J. Liu, Y. Ding and K. Gan, "Effect of heat treatment on the far-infrared emission spectra and fine structures of black tourmaline", J. Nanosci. Nanotechnol. 14 (2014) 3607. 

  13. W.S. Park, "Effects and radiation of far infrared ray", Proceedings of Kor. Jungshin Sci. Symposium 18 (2003) 124. 

  14. S.W. Jung, "Anion generation and far-infrared radiation materials", Kor. Inst. Illumination Elect. Installation Eng. 19 (2005) 16. 

  15. H.K. Lee and K.M. Lee, "Far infrared radiation characteristics of germanium compounds", J. Kor. Ind. Eng. Chem. 17 (2006) 597. 

  16. B.H. Cho, "Manufacture of the far infrared ray emission materials and analysis of the characterization of materials", J. Analytical Sci. Tech. 21 (2008) 279. 

  17. D. Zhu, A. Xu and J. Liang, "Effect of morphology of dispersed nano-CeO2 on far infrared emission property of natural tourmaline", J. Nanosci. Nanotechnol. 11 (2011) 9594. 

  18. J. Liu, J. Meng, J. Liang, X. Duan, X. Hua and Q. Tang, "Effect of rare earth Ce on the far infrared radiation property of iron ore tailings ceramics", MRS Bull. 66 (2015) 26. 

  19. S. Music, N. Filipovic-Vincekovic and L. Sekovanic, "Precipitation of amorphous $SiO_2$ particles and their properties", Braz. J. Chem. Eng. 28 (2011) 89. 

  20. U.S. Lee, and K. Kim, "The effect of the surface activation treatment on the crtstallization of amorphous silicon thin film", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 9 (1999) 173. 

  21. D.S Kim, S.J. Kim, K. Rahno, S.B. Park, S.S. Park, H.J. Lee, S.W. Lee, K.S. Cho, H.S. Woo and J.H. Ahn, "Fabrication and sintering of nano TiNx and its composites", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 16 (2006) 101. 

  22. K.S. Kim, K.Y. Song, S.Y. Park, S. Kim, S.J. Kim and S.O. Yoon, "Properties of low temperature sintered porous ceramics from alumina-zinc borosilicate glass", J. Kor. Ceram. Soc. 46 (2009) 609. 

  23. T.S. Choi and C.S. Han, "Far-infrared radiation characteristics using the FT-IR", Ceramist 11 (1996) 30. 

  24. C.M. Lee, J.O. Park and T.S. Choi, "Far infrared radiation characteristics by temperature conversion of translation element oxides", Kor. Inst. Illumination Elect. Installation Eng. (1991) 18. 

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