인가전압 변화에 따른 스프레이 특성

일반적인 공압 스프레이에서는 노즐 끝단에서 액적이 크게 형성되는 매니스커스 형태 를 가지게 되지만 노즐 표면에 전기장을 인가할 경우 Cone 타입의 매니스커스가 형성이 되게 된다. 듀얼 노즐에서의 전기장에 따른 매니스커스의 변화를 계측하기 위해 실제 시 스템을 구성하고 노즐 끝단을 카메라를 통해 측정하였다. Fig. 4.12는 하이브리드 스프레 이 노즐에서 고전압 인가에 따른 매니스커스 형상을 예측한 개념도이다. 하이브리드 스 프레이 공정 기술에서는 듀얼 노즐 표면에 전기장을 인가함으로써 노즐의 끝단의 매니 스커스 변화가 나타나며 이러한 현상은 실제 100um 크기의 노즐보다 직경이 좁은 노즐 을 사용 하는 경우의 효과로 나타날 것이다. 따라서 좁은 직경의 노즐 효과는 스프레이

에 기술에서는 보다 미세한 입자를 생성 할 수 있는 하나의 조건을 충족 시킬 수 있다.

Fig. 4.12 Concept of meniscus transition in the dual nozzle

Fig. 4.13 Nozzle and measurement camera of hybrid spray coating system

Fig. 4.13은 이를 실제 측정해 보기 위한 모니터링 시스템으로 노즐 끝단의 약 1cm 부 근에서 측정을 하였으며 노즐 끝단에 카메라를 장착하여 다양한 조건에서 스프레이 되 는 현상을 관측 하였다. 첫 번째 실험에서는 듀얼 노즐에서 고전압에 따른 전기력 집중 현상과 그에 따른 매니스커스의 변화를 관찰하기 위해 순수 고전압 인가에 따른 특성을 분석 하였다.

3kV 4kV (a) DoD mode in dual nozzle

5kV 6kV

7kV 10kV (b) Cone Jet mode in dual nozzle

12kV 25kV (c) Spray and multi Cone Jet mode in dual nozzle

Fig. 4.14 Dual nozzle spray transition according to the electronic force

Fig. 4.14는 공압이 0 bar 일 때 전기장을 0~25kV까지 변화시켰을 때의 실험 결과이 다. 이 때 사용한 듀얼노즐 구조의 경우 3~4kV에서는 DoD 분사 모드, 5~11kV에서는 Cone Jet 모드, 12kV 이상에서는 스프레이 혹은 멀티 Jet 모드로 분사가 가능하였다. 이

는 내부 노즐의 직경이 약 100um로 듀얼 노즐 뿐만이 아니라 100um급의 단일 노즐에서 도 같은 현상을 보일 것으로 예측된다. 최대 25kV에서의 전기장만을 인가 했을 때 용액 은 멀티 Jet 모드로 분사가 됨이 확인 되었다. 본 실험에서 사용된 용액은 물이며 높은 표면 장력을 가지는 물질 중의 하나이다. 이러한 높은 표면 장력의 물질은 정전기력 스 프레이 분사에서는 스프레이 보다는 멀티 Jet의 형상이 나타난다. 따라서 스프레이 분사 모드를 적용하기 위해서는 더 작은 직경을 가지는 노즐을 사용하여 전기장 집중 현상을 극대화 하면 스프레이 분사가 가능하지만 이와 함께 작은 노즐에서 발생 할 수 있는 노 즐 막힘 현상, 노즐 관리의 어려움 등이 존재한다. 이런 문제점들은 하이브리드 스프레 이 노즐 구조를 통해 공압에 의해 전기장에 따른 용액 집중 현상을 개선할 수 있으며, 마치 미세 노즐을 사용하여 공압 스프레이 하는 형상과 같은 효과를 가져온다. 또한, 물 리적인 노즐 직경은 100um를 사용함으로서 노즐의 막힘 현상을 최소화 시킬 수 있다