[신소재공학] Aerogel을 이용한 이상적인 단열효과의 구현

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레포트 > 공학계열
2009.06.15
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소개글

[신소재공학] Aerogel을 이용한 이상적인 단열효과의 구현에 대한 자료입니다.

Ⅰ. Aerogel의 정의
Ⅱ. Aerogel의 구조와 제조 공정
Aerogel 제조 공정의 개요
Aerogel의 세부 제조 과정
Ⅲ. Aerogel의 특성
Ⅳ. Aerogel의 이용
Ⅴ. Aerogel의 특성을 통한 장점
Ⅵ. 단열재 분야의 시장동향 분석
Ⅶ. 결론

본문내용

※ Aerogel이란?

1. Aerogel의 정의
에어로젤은 솔-젤 반응에 의하여 제조된 습윤젤을 기-액 계면이 존재하지 않는 초임계 조건에서 수축없이 건조하여 젤의 기공구조를 그대로 유지할 수 있도록 함으로써 높은 표면적과 기공도, 낮은 밀도를 가지는 물질이다.

2. Aerogel의 구조와 제조 공정

∎ Aerogel 제조 공정의 개요

솔-젤 반응에 의해 습윤젤이 생성되면 젤 구조 내에 함유되어 있는 용매를 제거하는 건조 과정이 필요하다, 일반적인 건조 과정에서는 젤의 기공 내에 액체와 증기가 공존하게 되고 액체가 증발함에 따라 기체-액체 계면에 표면장력에 의한 meniscus가 형성된다. 이때 기공 내부에 기체-액체 계면에서의 모세관압력(capillary pressure)은 매우 크며, 이 힘은 젖은 기공 벽과 meniscus가 만나는 매우 좁은 지역에 작용하므로 이러한 국부적인 힘에 의하여 젤이 수축하고 그 원래 구조가 파괴될 가능성이 높다. 따라서 기체-액체 계면이 존재하지 않는 임계온도, 임계압력 이상의 초임계 조건에서 용매를 제거하여 젤을 건조한다면 습윤젤의 구조를 거의 그대로 유지할 수 있다. 따라서 이러한 방법으로 제조되는 에어로젤은 초다공성 구조를 지니게 되어 여러 가지 특이한 물성을 보이게 된다.

∎ Aerogel의 세부 제조 과정
공정1. 솔-젤 공정
1> 알콕사이드계 솔-젤 공정
기본적으로 솔-젤 반응은 전구체(precursor)의 가수분해(hydrolysis)에 이은 3차원적 구조를 형성하는 중합(condensation)으로 이루어진다. 대부분의 솔-젤 공정에서는 친핵(nucleophilic) 반응성이 좋고 적절한 용매의 선택이 용이한 금속 알콕사이드가 전구체로서 가장 널리사용되는데, 이때 가수분해 및 중합에 의한 솔-젤 반응은 다음과 같이 표시할 수 있다.

여기서 M은 금속 또는 Si, R은 알킬기를 나타낸다. 위의 식은 솔-젤 과정에서의 중간 생성물이나 최종 생성물의 올바른 분자 구조식을 나타내고 있지도 않고 두 기본 반응의 동시 진행을 설명하고 있지도 않으나, 실제 매우 복잡하며 아직도 완전히 정립되어 있지 않은 솔-젤 공정을 기본적으로 가장 잘 표시한 형태이다. 위의 식에서 보듯이 금속 알콕사이드 단량체 분자들이 가수분해, 중합 과정을 거치면서 -M-O-M-의 고분자 형태가 되어 젤이 형성된다.

이러한 두 기본 반응에 있어서 산과 염기가 촉매작용을 하지만 중성조건하에서도 반응은 진행된다. 산성 촉매하에서는 중간물질로서 선형 사슬 구조를 가진 고분자 형태의 젤을 형성하며 염기성 촉매는 콜로이드 젤 형성을 촉진시켜 콜로이드 입자의 가교(cross-linking)에 의해 젤화가 진행되는 것으로 알려져 있다. 가수분해 및 중합반응에 영향을 미치는 인자는 다음과 같다.
1> 솔-젤 공정과정에서 가수분해 및 중합반응에 영향을 미치는 인자
- 알콕사이드에 대한 물의 양 : 일반적으로 h가 증가할수록 가수분해 속도가 증가하여 젤화 시간이 감소하나 계속 증가하면 금속 전구체를 희석하는 효과에 의하여가수분해 및 중합 속도가 느려져 젤화 시간이 증가한다.

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