선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 기존의 습식 공정을 채택하되, 보다 세밀하게 반응시간을 검토함으로써 체계적인 실험 변수를 설정하여 습식 합성을 시도하였고, 최종합성물의 결정 현상을 조절할 수 있는 조건을 도출해보고자 하였다. 특히 핵심 용매인 디에틸에테르를 분리하고, 제거하는 단계에서 제3의 용매(anti-solvent)를 적용하면서 수소화물의 결정 형태 및 안정성을 고찰해 보았다.
- 실제로 용액의 불안정도(과포화도)가 높을수록 결정을 석출하고자 하는 구동력은 높으며, 60℃에서 4 시간 반응시켰을 때 기화되어 얻은 에테르 양이 90% 이상이 되었다. 즉, 이러한 불안정도(과포화도)로 인하여 SEM 이미지상에서 감마 타입의 매우 미세한 입자들이 산재하고 있는 것을 관찰하였다.
제안 방법
- 2 단계 결정화 공정에서는 핵 성장을 유도하면서 반응 시간에 따라 alane 형상을 구체화시켰다. 결정화 과정에 가장 적합한 반응시간을 확립하기위하여 85℃에서 시간에 따라 결정 형성을 관찰하였다. 예비실험 과정에서 반응온도를 65, 75, 85, 95℃로 변화를 주어가며 진행하였다.
- 고체 추진체로서 추진기관의 사거리를 증대시킬 수 있는 추진제 원료 및 수소를 다량 함유한 수소저장체의 연구 토대를 마련하기 위하여 무수용매를 이용한 이온교환반응을 통하여 합성하였으며, 반용매 결정화 과정을 적용하여 γ-type의 alane을 추출하였다.
- 반용매 결정화는 석출시키고자 하는 용질이 녹아있는 용액에 제 3의 용매를 첨가하여 용액의 과포화를 유도함으로써 결정을 석출하는 방법이다[22]. 따라서 본 연구에서는 톨루엔이 반용매 역할을 하여, 에테르와 원활히 혼합되면서 동시에 alane 결정의 용해도를 감소시켜 결정상 alane을 석출하였다. 결정의 석출에 중요한 인자인 결정화 반응 시간에 따라 결정상이 생성되기도 하지만, 결정화를 하는 데에 있어서 시간에 따라 생성된 결정이 녹기도 하고, 수소 방출 및 미정질 alane의 생성으로 인해 성장률이 저하되었다.
- 반응공정의 1 단계는 무수용매(anhydrous solvent) 상의 이온교환 단계이고, 2 단계는 결정화 과정으로서 반용매(anti-solvent)인 톨루엔을 적용하면서 60-85℃의 범위에서 조건별로 고형상의 화합물을 추출하였다.
- 따라서 약간의 반응조건차이에 따라서도 다양한 alane 이성질체가 형성될 수 있다. 본 연구에서는 2 단계로 이루어진 결정화 공정을 도입하였다.
- 본 연구에서는 급격한 발열 반응을 제어하기 위하여 저온반응기의 반응 온도를 –10℃로 유지시켰다.
- 본 연구에서는 합성과 결정화의 2단계 반응공정으로 구성하였으며, Fig. 1에 전체 과정을 요약하였다.
- 톨루엔을 가하면서 산화반응을 억제하기 위하여 99% 이상의 고순도 질소가스를 공급하였다. 생성되는 결정의 응집을 촉진시켜 고형상의 삼수소알루미늄을 추출하기 위해 추가적인 결정첨가제로서 수소화알루미늄리튬과 PDMS 등을 첨가하여 관찰하였다. 추후 85℃ 에서 2시간의 단계별 결정화 반응으로 다형질의 삼수소알루미늄 화합물을 추출하였다 [14].
- 결정화 과정에 가장 적합한 반응시간을 확립하기위하여 85℃에서 시간에 따라 결정 형성을 관찰하였다. 예비실험 과정에서 반응온도를 65, 75, 85, 95℃로 변화를 주어가며 진행하였다. 예비실험에서는 60℃에서 결정화를 지속하며, 결정 형상을 고찰해보았다.
- 예비실험 과정에서 반응온도를 65, 75, 85, 95℃로 변화를 주어가며 진행하였다. 예비실험에서는 60℃에서 결정화를 지속하며, 결정 형상을 고찰해보았다. 그 결과, 10시간 이상 반응시켰음에도 불구하고, γ-type 결정은 5-10 μm 크기에 머물렀고, 85℃에서는 1 시간만 결정화를 지속하여도 100-200 μm의 결과를 획득하였다.
- 식 (2)는 삼수소알루미늄-에테레이트 혼합용매로부터 고체상 삼수소알루미늄 화합물을 추출하는 과정이다. 톨루엔을 가하면서 산화반응을 억제하기 위하여 99% 이상의 고순도 질소가스를 공급하였다. 생성되는 결정의 응집을 촉진시켜 고형상의 삼수소알루미늄을 추출하기 위해 추가적인 결정첨가제로서 수소화알루미늄리튬과 PDMS 등을 첨가하여 관찰하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 기존의 습식 공정을 채택하되, 보다 세밀하게 반응시간을 검토함으로써 체계적인 실험 변수를 설정하여 습식 합성을 시도하였고, 최종합성물의 결정 현상을 조절할 수 있는 조건을 도출해보고자 하였다. 특히 핵심 용매인 디에틸에테르를 분리하고, 제거하는 단계에서 제3의 용매(anti-solvent)를 적용하면서 수소화물의 결정 형태 및 안정성을 고찰해 보았다.
- 한편, 본 연구에서 사용한 디에틸에테르 용매는 결정상의 삼수소알루미늄을 추출하는 과정에 영향을 주는 인자로서 결정화 촉진제의 종류, 반응온도 및 반응시간 등의 직접적인 요소를 확인하였다. 반용매로서는 방향족 화합물 가운데 끓는점이 결정화에 영향을 미치지 않으며, 독성이 비교적 적은 톨루엔을 사용하였다.
- 합성한 삼수소알루미늄의 입자 형태와 크기는 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM, GENESIS 2000, Carl Zeiss, Germany)으로 관찰하였으며, X선 회절분석기(XRD, D8, Bruker, UK)를 통해 alane의 화학결정상을 살펴보았다. 합성된 물질의 열특성은 열중량분석기(TG/DSC, Q5000, TA, USA)를 이용하여 온도 증가에 따른 질량변화량을 관찰하였다.
- 합성한 삼수소알루미늄의 입자 형태와 크기는 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM, GENESIS 2000, Carl Zeiss, Germany)으로 관찰하였으며, X선 회절분석기(XRD, D8, Bruker, UK)를 통해 alane의 화학결정상을 살펴보았다. 합성된 물질의 열특성은 열중량분석기(TG/DSC, Q5000, TA, USA)를 이용하여 온도 증가에 따른 질량변화량을 관찰하였다.
대상 데이터
- A) 제품을 사용하였다. 결정화를 위한 용매인 톨루엔(C6H5CH3)과 결정첨가물질로서 PDMS((CH3)3SiO(Si(CH3)2O)nSi(CH3)3)도 고순도 제품으로 Sigma-Aldrich로부터 준비하였다. 합성반응 후의 추출액 여과에 사용한 필터는 porafil membrane filter(47 mm∅, 3.
- 한편, 본 연구에서 사용한 디에틸에테르 용매는 결정상의 삼수소알루미늄을 추출하는 과정에 영향을 주는 인자로서 결정화 촉진제의 종류, 반응온도 및 반응시간 등의 직접적인 요소를 확인하였다. 반용매로서는 방향족 화합물 가운데 끓는점이 결정화에 영향을 미치지 않으며, 독성이 비교적 적은 톨루엔을 사용하였다. 톨루엔의 혼합용매를 가하면서 alane의 결정을 합성하는 반용매결정화법은 톨루엔에 대한 삼수소알루미늄-에테레이트 혼합용액의 용해도를 극대화시켜 생성물입자를 상대적으로 높은 순도를 유지하며 간편하게 석출해 낼 수 있는 장점이 있다 [20].
- )에 용해시켜 합성하였다. 반응에 필요한 시료와 시약은 각각 99.999% 이상의 고순도 시 약급(Sigma-Aldrich, U.S.A) 제품을 사용하였다. 결정화를 위한 용매인 톨루엔(C6H5CH3)과 결정첨가물질로서 PDMS((CH3)3SiO(Si(CH3)2O)nSi(CH3)3)도 고순도 제품으로 Sigma-Aldrich로부터 준비하였다.
- 본 연구의 시작 물질인 리튬알루미늄수소화물(LiAlH4)은 염화알루미늄(AlCl3)을 디에틸에테르(C2H5OC2H5)에 용해시켜 합성하였다. 반응에 필요한 시료와 시약은 각각 99.
- 그럼에도 불구하고 추진체 등의 에너지 물질로서의 가능성이 대두되면서 꾸준한 관심과 품질향상이 이루어지고 있다 [17]. 본 연구의 출발 물질로 사용하는 염화알루미늄과 수소화알루미늄리튬을 우선적으로 용해시키기 위해 디에틸에테르를 용매로 사용하였다. 시작물질로서 수소화알루미늄리튬을 사용한 이유는 삼수소알루미늄을 얻어내기 위한 전구물질로서 합성 시 리튬(Li)을 분리해내는 메커니즘이 상대적으로 용이하고, 불순물의 함량이 가장 낮은 시약을 확보할 수 있으며, 비용적인 측면에서 여타 전구체인 나트륨알루미늄수소화물(NaAlH4)보다 훨씬 저렴하기 때문이다 [18].
성능/효과
- 1 wt.% 가량 무게 감소가 이루어지는 것으로 보고되고 있으나, 본 연구의 시료 분석결과, 단계별 분해 현상이 나타났다. 즉, 합성된 alane 시료에는 α, α‘, β, γ-type 등의 다양한 입자 형상이 혼재하고, 1 차 반응의 최종 생성물인 삼수소알루미늄-에테레이트를 완전하게 형성하지 못한 채 중간생성물인 클로로알란(AlH2Cl), 디클로로알란(AlHCl2) 및 반응에 참여하지 못한 염화알루미늄, 수소화알루미늄리튬과 같은 불순물들이 온도상승에 따라 다양한 범위에서 분해되는 현상이 발생되었다 [28].
- %의 수소방출량이 확인되었고, 결정화 반응시간이 증가하면서 불안정한 형태의 β-type alane이 형성되고 있었다.
- γ-type의 alane의 열분석 특징 중 하나인 100℃ 이하에서의 흡열반응은 결정화 반응시간이 2시간에서 가장 높은 값을 나타냈지만, 이후 시간이 지날수록 더욱 낮은 온도에서 흡열반응이 나타나, 열적 불안정성을 보이는 것으로 나타났다.
- 2 시간의 반응에서 γ-type alane의 형상이 뚜렷해지는 결정이미지와 안정화된 X-ray 패턴 및 열분석 결과를 획득하였으나, 이후 반응이 지속되면서 오히려 결정이 분해되는 현상이 관찰되었다.
- DSC의 결과를 살펴보면, 100℃ 이하에서 흡열반응 후에 발열반응이 나타나므로 γ-alane 형태의 뚜렷한 peak를 보였다.
- SEM 이미지에 나타나있는 50-100 μm 크기의 바늘모양의 결정들이 XRD 분석(주 peak: 26°, 31°, 38°, 44°)으로부터 γ-type alane인 것으로 확인되었다.
- XRD 패턴의 27°, 37°, 43° 영역의 결정들은 alane화합물에서의 불순물로서, 결정화 시간이 길어지면서 peak가 안정화되고, 균질한 alane이 형성되어가고 있음을 확인하였다.
- 결국 본 연구에서는 γ-type alane을 얻어냈지만, α, α'-type alane 및 일부 β-type의 alane이 동시에 합성되었으며, 미반응 물질과 부산물의 분해손실로 인해 이상적인 peak형태를 나타내지 못하는 모습을 확인하였다.
- 그 결과, 10시간 이상 반응시켰음에도 불구하고, γ-type 결정은 5-10 μm 크기에 머물렀고, 85℃에서는 1 시간만 결정화를 지속하여도 100-200 μm의 결과를 획득하였다.
- %의 수소방출량이 확인되었고, 결정화 반응시간이 증가하면서 불안정한 형태의 β-type alane이 형성되고 있었다. 따라서 alane과 혼합되어 있는 염화리튬이나 alane 이성질체의 중간생성물과 기타 불순물의 생성 및 열분해에 의한 소멸현상이 있는 것으로 결론지을 수 있다.
- 본 연구에서는 합성된 화합물의 물리화학적 분석으로 고에너지 물질의 기초공정을 확립할 수 있었으며, 결정화 반응 공정에서의 적정 온도와 시간이 결정의 성장 및 안정화에 중대한 영향을 미친다는 사실을 입증하였다. SEM 이미지에 나타나있는 50-100 μm 크기의 바늘모양의 결정들이 XRD 분석(주 peak: 26°, 31°, 38°, 44°)으로부터 γ-type alane인 것으로 확인되었다.
- 즉, 형상의 변이를 방지해 줄 수 있는 반응이 적절한 시간동안 진행된다면 γ-type alane의 합성 가능성을 높여줄 수 있음을 확인하였다.
- SEM 이미지에 나타나있는 50-100 μm 크기의 바늘모양의 결정들이 XRD 분석(주 peak: 26°, 31°, 38°, 44°)으로부터 γ-type alane인 것으로 확인되었다. 합성시료의 열분석결과, 73℃에서 흡열반응이 일어나고, 160℃에서 발열반응이 시작되면서 175℃에서 가장 높은 24 mW의 발열량 값을 보였다. 그러나 이론적인 수소방출량보다 상대적으로 높은 수준인 약 25 wt.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.