응축 증발법을 이용한 은 입자의 균일 하전 특성 연구

Abstract

균일 하전 특성을 가지는 응축 하전기의 성능을 검증하고 이를 단분산 입자 분류 및 입경 분포 측정 장치에 응용해 보았다. 은 입자는 응축을 통해 마이크로 액적으로 성장하며 초기 입경에 상관없이 거의 동일한 크기를 갖는다. 이 응축 입자들은 간접 코로나 하전기로 하전되는데, 이 하전기는 액적 하전에 필요한 이온을 생성하는 이온 생성부와 액적을 하전시키는 입자 하전부로 구성되어 있다. 액적의 하전량은 액적의 크기, 이온 발생량, 하전기내 전기장의 세기에 따라 조절된다. 하전된 액적의 용매는 증발기를 통과하면서 증발한다. 증발된 입자의 입경은 원래 입자 입경보다 약간 큰 값을 갖는데 이는 재응축에 의해 증발기 이후 입자가 약간 성장하였기 때문이다. 응축 액적과 증발된 입자의 하전량은 입경과 측정 방법에 상관없이 동일한 값을 갖는다. 16.9nm 이상의 입자의 하전 분포 또한 동일한 분포를 가진다. 본 연구에서는 하전된 액적의 증발과정에서 이온 증발현상이 발견되지 않았다. 응축 하전기의 경우가 중화기 대신에 DMA를 통한 단분산 입자 분류 시 사용되는 경우, 분류된 입자는 중화기의 경우보다 더 넓은 입경 분포를 가진다. 하지만 응축 하전기는 중화기보다 하전 효율이 높기 때문에 높은 분류 효율을 갖는다. 입자의 입경 분포를 측정함에 있어 기존의 중화기를 사용하는 SMPS는 입자의 입경 분포를 입자의 전기적 이동도 분포로부터 정확히 계산할 수 없지만 응축 하전기를 사용하면 입자의 하전분포가 균일하므로 정확한 분포를 계산할 수 있다. 실제 측정된 결과와 계산한 결과를 비교해 보면 계산된 결과다 더 큰 평균 입경과 GSD를 갖는다. 또한 중화기 대신 응축 하전기를 이용하여 입경 분포를 측정하면 더 넓은 범위의 입경을 쉽게 측정할 수 있다.