나노입자의 반데르발스 힘에 의한 응집화를 방지 할 수 있는 예

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나노입자의 반데르발스 힘에 의한 응집화를 방지 할 수 있는 예를 자세히 적은 레포트입니다.

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입자의 크기가 나노스케일로 작아질수록, 표면에 존재하는 입자의 비율이 증가하고 표면자유에너지가 증가함과 함께 입자자표면의 곡률이 분자간 거리, 분자구조에 영향을 준다. 예를 들면, 실리카 표면의 Si-OH기간의 거리가 나노입자로 되면 표면곡률의 영향에 의하여 증가하기 때문에 수소 결합하는 OH기의 비율이 저하되므로 수지나 유기용매에의 분산을 용이하게 해 주는 실란커플링제 등의 반응성이 저하된다.
또 계면전기이중층에 의한 정전반발작용이, 입자 지름이 작아짐에 따라 약해진다. 예를 들어, DLVO이론으로부터 계산된 포텐셜의 입자경 의존성의 계산결과로부터 peak 값이 kT의 10~20배 이상에서는 입자는 잘 분산된다. 동일한 62mV의 표면전위에서 sub-micron 입자는 충분히 분산되지만, 20 nm의 나노입자에서는 peak가 작아서 응집된다. 이를 분산시키는 데에는 150mV 정도의 매우 높은 표면전위가 필요하다.
그리고 입자 표면 간 거리가 나노입자로 될수록 짧아진다. DLVO의 포텐셜이 peak가 되는 수 nm정도의 표면거리보다 실제의 표면간거리가 짧아지면 아무리 표면전위를 높히더라도 응집이 야기된다. 기하학적 모델을 통해 계산해 보면 입자 간 표면 거리가 수 nm 이하로 되는 입자농도는 100nm의 입자에서는 50~60vol%정도이지만, 20nm에서는 20~30 vol%에 달한다. 서브-마이크론 입자의 분산에 유효한 고분자분산제의 분자사이즈가 나노입자와 같은 정도로 되기 때문에, 입자간 가교를 만들기 쉽게 되므로 분산효과를 발현할 수 없게 된다.

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