보고서 정보
주관연구기관 |
경희대학교 Kyung Hee University |
연구책임자 |
박범준
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-05 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201800005067 |
과제고유번호 |
1711036363 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2018-05-05
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키워드 |
야누스 나노입자.상전이 촉매반응.마이크로 에멀전 반응기.계면현상.분리/정제.상호작용.회합구조.안정성.고체 계면활성제.Janus particle.phase transfer catalysis.microemulsion reactor.interface phenomena.separation/purification.interaction.assembly.stability.solid surfactant.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800005067 |
초록
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연구의 목적 및 내용
○ 본 연구에서는 두 개의 서로 다른 표면을 동시에 가지는 다양한 야누스 나노입자들을 고체 계면활성제와 동시에 상전이 촉매로 활용하여 효율적인 마이크로 에멀전을 구현하고자 함.
○ 이를 위한 기초연구로서, 야누스 나노 입자의 크기, 모양, 표면의 화학적 성질 등이 유체 계면에서 이들의 배향, 회합 현상, 표면 공극, 그리고 계면의 안정성에 미치는 영향을 조사하고, 동시에 미세하게 제어된 입자들의 계면현상에 따라 상전이 촉매 활성에 미치는 영향을 정량적으로 연구하고자 함.
○ 이러한 정량적 선행연
연구의 목적 및 내용
○ 본 연구에서는 두 개의 서로 다른 표면을 동시에 가지는 다양한 야누스 나노입자들을 고체 계면활성제와 동시에 상전이 촉매로 활용하여 효율적인 마이크로 에멀전을 구현하고자 함.
○ 이를 위한 기초연구로서, 야누스 나노 입자의 크기, 모양, 표면의 화학적 성질 등이 유체 계면에서 이들의 배향, 회합 현상, 표면 공극, 그리고 계면의 안정성에 미치는 영향을 조사하고, 동시에 미세하게 제어된 입자들의 계면현상에 따라 상전이 촉매 활성에 미치는 영향을 정량적으로 연구하고자 함.
○ 이러한 정량적 선행연구를 기반으로, 궁극적으로는 마이크로 에멀전 반응기의 제조부터 상전이 촉매 반응, 그리고 최종 물질의 정제와 회수까지 단일공정으로 구현할 수 있는 신개념 마이크로 에멀전 반응기의 제조 및 최적화에 대한 원천 기술 확보를 최종 목표로 함.
연구결과
○ 개별 야누스 나노입자의 모양 및 표면 성질에 따른 입자의 배향에 대한 실험적 연구
○ 입자의 흡착에너지 계산을 통한 평형 배향과 준안정 배향에 대한 예측과 실험값과의 비교
○ 입자의 배향에 따른 입자간 상호작용과 다중입자간 회합구조 분석
○ 에멀전 표면에서 입자의 흡착에 의해서 형성된 표면 공극에 대한 연구
○ 야누스 입자의 유체 계면으로의 흡착 및 계면 배향 연구
○ 미세유체 장치를 이용한 마이크로 에멀전 반응기 제조 및 촉매 반응 연구
○ 야누스 입자를 이용한 에멀전 촉매반응기의 최적화
○ 촉매 입자의 회수 및 최종 생성물의 분리/정제 공정의 최적화
○ 미세유체 장치를 활용한 연속 촉매공정 연구
연구결과의 활용계획
○ 콜로이드는 가장 단순한 soft matter의 하나로, 다양한 유기합성 방법이나 표면처리를 통해서 모양이나 성질을 손쉽게 변형시킬 수 있고, 따라서 이러한 유연성을 바탕으로 종종 원자나 분자들, 혹은 좀 더 복잡한 형태의 soft matter (단백질, 세포, 액정, 폴리머 등)의 거동에 대한 모델시스템으로 활용될 수 있음.
○ 다양한 종류의 야누스 입자를 사용함으로써 이들의 계면활성제로의 효율성을 미세하게 컨트롤 할 수 있음. 입자의 크기, 종횡비, 그리고 표면 성질에 따라 계면에서 입자의 배향을 열역학적, 속도론적으로 제어할 수 있음. 더 나아가 좀 더 복잡한 형태의 입자를 계면활성제로 활용하거나 두 개 이상의 상으로 구성된 계면의 안정화제로 사용될 경우, 본 연구는 입자들의 마이크로구조 (microstructures)와 유체의 유변학적 성질 (rheological properties)을 제어하기 위한 기본 지침서로 활용될 수 있음.
○ 본 연구진은 야누스 나노입자의 계면현상 분야에 있어서 탄탄한 실험적/이론적인 지식을 기반으로 세계에서 선도적인 연구를 진행하고 있기 때문에 최근에 새롭게 조명되고 있는 야누스 입자의 계면현상과 상전이 촉매 반응에 대한 연구를 선두지휘 할 수 있다고 기대됨. 결과적으로 해당 분야의 원론적 이해 및 응용에 대한 차세대 지식을 창출하고, 이 분야에 있어서 후속적으로 생겨날 수 있는 과제를 미리 인식하고 선도적으로 제시할 수 있음.
(출처 : 한글요약문 4p)
Abstract
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Purpose& contents
○ Development of efficient microemulsion reactor systems using Janus particles acting as solid surfactants and phase transfer catalysts
○ Investigation of the effect of size, shape, surface properties of various Janus particles on interfacial configuration, assemblies, interf
Purpose& contents
○ Development of efficient microemulsion reactor systems using Janus particles acting as solid surfactants and phase transfer catalysts
○ Investigation of the effect of size, shape, surface properties of various Janus particles on interfacial configuration, assemblies, interface porosity, and stabilization
○ Development of new technology of microemulsion reactors that can integrate the fabrication of micoemulsions, phase transfer catalysis, purification/separation of final products
Result
○ Experimental investigation of interfacial configuration of individual Janus particles depending on their shape and surface properties
○ Comparison of theoretical and experimental results for equilibrium and metastable configurations of Janus particles at fluid-fluid interfaces based on calculations of attachment energy
○ Analysis of interparticle interactions and assembly behaviors of multiparticles depending on particles’ configurations
○ Investigation of interfacial porosity formed by particle adsorption to the emulsion surface
○ Investigation of adsorption behaviors of Janus particles to fluid-fluid interfaces
○ Investigation of catalytic reactions in microemlusion reactors fabricated using microfluidic devices
○ Optimization of microemulsion catalytic systems using Janus particles
○ Optimization of recovery of catalytic particles and purification/separation process of final products
○ Investigation of continuous flow reaction system based on microfluidic devices
Expected Contribution
○ Colloids are one of the simplest soft matters and their chemical/structural properties can be readily tuned by various organic synthesis methods and surface treatments. Based on these flexibility, colloids can be applied for a good model system for complex soft matters’ behaviors (e.g., proteins, cells, liquid crystals, polymers).
○ It is possible to control the efficiency of surface activity using various kinds of Janus particles. Depending on the size, aspect ratio, and surface properties, the configurations of individual Janus particles can be tuned thermodynamically and kinetically. Furthermore, this work can offer a fundamental guideline for investigating microstructures and rheological properties in complex.
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 21
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 25
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 26
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 26
- 8. 참고문헌 ... 26
- 9. 연구성과 ... 27
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 27
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 28
- 12. 기타사항 ... 28
- 별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 29
- 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 37
- 끝페이지 ... 45
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