주관|2019년 3월-2022년 2월
|300,000,000원 충격관을 이용한 코팅된 보론 입자의 점화성능 향상 연구
1차년도 내용 : 입자 점화장치 설계/제작/셋업과 보론의 입도 조절, 보론 표면 산화막 제거/억제
◦ Task 1 – 보론 입자 점화장치(충격관) 설계/제작/셋업
- 충격관장치 설계/제작, 입자로딩장치 설계/제작
◦ Task 2 – 보론 분말의 산화막 제거/억제 기술 연구개발
- 습식 밀링 방법을 이용한 산화막 제거/억제
- 보론과 산화보론의 물 용해도 차이를 이용하는 방법
◦ Task 3 – 보론 분말의 입도 조절 기술 연구개발
- 볼밀링 공정을 통한 입도 조절
◦ Task 4 – 충격관을 이용한 코팅이 되지 않은 보론 입자의 점화 실험
2차년도 내용 : 보론 입자 표면 코팅 및 예비 점화 실험
◦ Task 5 – 보론 입자 표면 코팅 기술 연구개발
- 보론 파우더(100 nm ~ 30 ㎛)를 PTFE, PVDF, 또는 TTIP 용매와 함께 습식 밀링하여 PTFE, PVDF, 또는 TiO2 레이어가 코팅된 보론 입자를 제조할 것임.
- 보론 파우더(100 nm ~ 30 ㎛)를 PTFE 입자, PVDF 입자, TiO2 나노 입자, 또는 Ni 나노입자와 함께 습식 밀링하여 PTFE, PVDF, 또는 TiO2 입자가 장식된 보론 입자를 제조할 것임.
- 보론 파우더(100 nm ~ 30 ㎛)와 PTFE 입자, PVDF 입자, TiO2 나노 입자, 또는 Ni 나노입자가 혼합되어 있는 용액을 분무건조하여 PTFE, PVDF, 또는 TiO2 입자가 코팅된 보론 입자를 제조할 것임.
◦ Task 6 – 코팅된 보론 입자의 물리화학적 분석
- XPS, XRD, SEM, TEM, EDS, FT-IR, Raman 등 다양한 분석기법을 활용
◦ Task 7 – 코팅된 보론 입자의 예비 점화 실험 수행
- 보론 입자의 크기(100 nm ~ 30 ㎛), 보론 입자 표면의 산화막 존재 유무 및 코팅 형상/코팅 두께(수십 nm ~ 수 ㎛)/코팅 물질의 종류(PTFE, PVDF, Ni, TiO2)를 고려하여 예비 점화 실험 수행
3차년도 내용 : 코팅된 보론 입자 점화 실험/평가 및 점화 메커니즘(모델) 도출
◦ Task 8 – 코팅된 보론 입자의 점화 실험/평가
- 보론 입자의 크기(100 nm ~ 30 ㎛), 보론 입자 표면의 산화막 존재 유무, 코팅 두께, 코팅 종류(예: F를 포함한 물질로서 PVDF, PTFE, 금속으로서 Ni, 금속 산화물로서 TiO2), 가스 조성 별 실험 매트릭스 설정 후 입자 점화 실험 수행
- 점화 온도(압력), 점화 지연 시간 및 연소 시간에 대한 정량적인 데이터를 확보함.
◦ Task 9 – 코팅된 보론의 물리화학적 특성과 점화특성의 연관성 파악
- 본 연구에서는 코팅 물질이 코팅된 보론의 점화 및 연소 성능에 미치는 영향 비교 분석함.
- 또한, 보론과 코팅 물질의 결합형태가 보론의 점화 및 연소에 미치는 영향을 연구할 것임. 구체적으로 (1)보론과 혼합물의 형태로 있는 경우 (2)나노입자(NP) 형태로 장식이 되어있는 경우 (3)레이어 형태로 코팅되어 있는 경우를 비교 분석함. (2)의 경우 NP/보론의 중량비가 고정된 경우 NP의 크기가 보론의 점화 및 연소에 미치는 영향 연구. (3)의 경우 보론의 크기가 고정되어 있을 때 레이어의 두께가 보론의 점화 및 연소에 미치는 영향과 레이어의 두께가 고정되어 있을 때 보론의 크기가 점화 및 연소에 미치는 영향 연구
- 점화 특성 향상을 위한 보론의 코팅 조건 제시
◦ Task 10 – 코팅된 보론의 점화 메커니즘(모델) 도출
- 실험데이터에 기반하여 기존에 연구되지 않았던 코팅된 보론의 점화 메커니즘(모델)을 연구함.