Silicone Rubber Membrane의 제조 및 성능평가

이승범 檀國大學校 大學院 1996 국내석사

본 연구는 초임계유체 추출원리를 이용하여 기공분포가 조절된 고분자 membrane을 제조하여 그 성능을 시험하여 기상이나 액상의 혼합물로부터 특정성분의 분리가능성을 평가하는데 그 목적이 있다. Silicone rubber-CaCO_(3) 시편내에시 초임계 이산화탄소의 압력과 온도를 변수로 하여 탄산칼슘을 추출하였다. 탄산칼슘의 추출량에 따라 기공의 분포를 조절할 수 있었으며, SEM을 이용하여 실험 전·후 silicone rubber내의 입자들의 분포특성과 기공분포를 관측하고, BET 비표면적 측정장치를 이용하여 표면적을 측정하였다. 기공의 분포가 조절된 silicone rubber membrane을 제조하여 산소와 이산화탄소에 대해 기체 투과 실험을 한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. Silicone rubber-CaCO_(3)의 초임계유체 추출 실험에서 온도 범위(308.15K, 323.15K, 343.15K)중 308.15K에서 추출특성이 뛰어나고, SEM 분석 결과 silicone rubber의 기공을 많이 관찰할 수 있었다. 2. 초임계 이산화탄소 특성중 압력 의존성은 온도 308.15K에서 압력이 증가함에 따라 탄산칼슘의 추출량이 증가한다. 172~277bar까지는 증가율이 급격하나, 277bar이상에서는 추출량의 변화가 미소하였으므로 최적 조건은 277bar로 추천할 수 있다. 323.15K, 343.15K의 경우는 308.15K경우보다 동일 압력에서 추출량이 적었으며 압력 의존성은 유사한 경향을 보였다. 3. 탄산칼슘 추출량의 추출 시간에 대한 의존성은 압력 범위 172~277bar까지는 시간 증가에 따라 추출량이 증가하였으며 312bar의 경우는 증가 경향이 미소하였다. 4. 비표면적 측정장치를 이용하여 BET 표면적을 측정한 결과, 308.15K에서 다른 두 온도에 비해 표면적이 많이 증가함을 알 수 있었으며, 동일 온도에서 압력이 증가할수록 표면적도 역시 증가함을 알 수 있었다. 5. 기체투과장치를 이용하여 산소와 이산화탄소의 투과계수를 측정한 결과 308.15K에서 제조한 membrane의 경우 제조 압력이 증가할수록 투과계수도 증가함을 알 수 있었으며, 산소에 비해 이산화탄소가 더 큰 증가율을 가짐을 알 수 있었다. 이상의 결론으로부터 초임계유체 추출원리를 이용하여 membrane을 제조할 수 있었으며 초임계 이산화탄소의 밀도조절에 의해 membrane의 기공분포를 조절할 수 있었다. 향후 다공성 표면의 기공을 통한 물질전달 특성실험을 계속해서 수행하므로써 기체의 선택적 투과 및 폐수처리 공정등에 이용가능성을 제시할 수 있을 것으로 사료된다. In this study, polymeric membrane was prepared by using supercritical fluid extaction. CaCO_(3) particles impregnated in silicone rubber network were extracted by using supercritical carbon dioxide. Pore distribution of silicone rubber-CaCO_(3) composite sheet was controlled, varying amounts of extracted CaCO_(3). Pore distribution and shape are observed by SEM and specific surface area of membrane is analyzed by BET surface area analyzer. Gas permeability coefficients of carbon dioxide and oxygen are obtained by gas permeation apparatus. The results as following; 1. The optimum condition of CaCO_(3) extraction temperature (308.15 K, 323.15 K, 343.15 K) in silicone rubber network was 308.15 K. At that condition, high porosity of silicone rubber was observed by SEM. 2. In constant temperature, amount of extracted CaCO_(3) was increased as pressure increased. In the range of pressure less than 277bar, it was increased largely more than 277bar. Therefore, 277bar was suggested as an optimum pressure in SFE process. 3. The amount of extracted CaCO_(3) with time increasing were depended on the extraction pressure. As pressure increased, the amount of extracted CaCO_(3) increased exponentially. 4. Specific surface area of porous membrane was increased as pressure increased. This trend is similar to the variations of weight of extracted CaCO_(3) with pressure. 5. Gas permeability coefficients of carbon dioxide and oxygen were measured by using gas permeation apparatus. Silicone rubber membranes were employed as one of prepared at 308.15K to test gas permeation performance. As extraction pressure increased, gas permeability coefficient of carbon dioxide was more increased than that of the oxygen. According to these results, pore ,and mass transfer characteristics of membrane suggest the possibilities that the membrane can be used for process of gas mixture separation and wastewater treatment.

Preparation of chitosan membrane immobilized enterobacter aerogenes and hydrogen gas production by fermentation of the waste water in the fruit market

남궁현희 Graduate School, Yonsei University 2006 국내석사

키토산은 생체적합성과 항생물성의 특성을 가지는 친환경소재로서 수처리, 화장품제조, 크로마토그래피, 항생물성 직물제조, 약물전달시스템 등 다양한 산업분야에 적용할 수 있는 천연고분자이다. 본 연구에서는 폴리에틸렌글리콜을 기공형성제로 사용하여 다공성의 키토산막을 제조하고, H2SO4 후처리(가교)와 실리콘 코팅을 통해 미생물 생장과 수소분리가 동시에 가능토록 하여 농산폐수 발효반응기에 적용, 고농도의 수소를 생산하는데 목적을 두었다.실리콘 코팅 전, PEG 함량에 따라 FTIR spectrum, morphology, water uptake capacity, 순수 투과측정으로 막 특성을 분석하였다. FTIR측정으로 PEG를 추출한 모든 막은 H2SO4가 도입되면서 가교가 이루어졌음을 확인할 수 있었다. 또한 SEM 측정으로는 PEG 함량이 키토산 함량의 30 wt.%, 50 wt.%, 70 wt.%로 증가함에 따라 표면에 기공이 많아짐을 확인할 수 있었으며 가교를 한 막의 표면구조는 가교를 하지 않은 막의 표면구조와 큰 차이가 없는 것을 알 수 있었다. 반면, 단면구조에 있어서는 가교를 한 막이 가교를 하지 않은 막에 비해 좀더 단단한 구조를 보였다. Water uptake capacity는 H2SO4로 가교하지 않은 막, 가교한 막의 경우 모두 PEG 함량이 커짐에 따라 증가하였다. 또한, 가교한 막의 경우 가교하지 않은 막에 비해 water uptake capacity가 증가하는 것은 pore size 뿐만 아니라 porosity가 water uptake에 큰 영향을 끼치기 때문이라고 사료되었다. 순수투과실험을 통해 가교한 막이 가교하지 않은 막에 비해 flux가 더 크다는 결과를 도출할 수 있었다. 이는 H2SO4 가교가 막의 형태를 유지하여 막의 다공 구조를 통해 물이 쉽게 투과된 것으로 평가되었다.실리콘으로 치밀하게 코팅된 PEG 50 다공질 키토산막의 기체투과는 Gas Permeation Analyzer로 투과도와 확산계수가 측정되었다. 키토산-실리콘 복합막의 이산화탄소 투과도는 압력에 따라 조금 증가하였으며 온도는 투과도에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있었다. 또한 키토산-실리콘 복합막에 있어 이산화탄소 확산계수는 0.7222[ 108(cm2/s)]로 일정함을 확인 할 수 있었다.이렇게 제조, 평가된 키토산-실리콘 복합막을 Enterobacter aerogene가 배양된 액체배지에 30분간 담지한 후, 발효반응기에 모듈형태로 투입하여 4일 동안 수소발생 거동을 살펴본 결과 발효 시작 후인 3일 후에 가장 많은 수소(204.56 ml)가 생산됨을 확인 할 수 있었다.본 연구에서 친환경소재 멤브레인 제조를 통해 생물학적으로 수소를 생산할 수 있었으며 앞으로 이를 바탕으로 수소에너지를 필요로 하는 여러 산업분야에서 유용하게 활용할 수 있을 것이라 생각된다. Chitosan is biocompatible and environment-friendly polyelectrolyte with a variety of applications including water treatment, chromatography, additives for cosmetics, textile treatment for antimicrobial activity, novel fibers for textiles, photographic papers, biodegradable films, biomedical devices, and microcapsule implants for controlled release in drug delivery.In this study, after porous chitosan membranes were prepared by extracting PEG, i.e. porogen, hydrogen was generated and separated via chitosan-silicone composite membranes prepared through both 0.5 M H2SO4 post treatment (cross-linking) and silicone coating in fermentation reactor.Before porous membranes were coated with silicone, they had been characterized by FTIR spectrum, morphology, water uptake capacity and water flux measurement. FTIR spectrum demonstrated that the membranes already extracted PEG were cross-linked by 0.5 M H2SO4. On the SEM microscopy, it were identified that the more PEG ratio was contained, the more pores were generated; and that cross-linking did not affect to the surface of the porous membranes. In the other hand, for the cross-section of porous membranes, cross-linked membranes were more porous than the uncross-linked membranes. For the water uptake capacity, both uncross-linked porous membranes and cross-linked porous membranes had more incremental water uptake capacity according to the PEG ratio. In addition, the fact that the water uptake capacity of cross-linked porous membrane was larger than the uncross-linked porous membrane identified that pore size and porosity influenced water uptake capacity. The result of water flux measurement showed that the fluxes of cross-linked membranes were larger than the fluxes of uncross-linked membranes. The result demonstrated that post treatment with H2SO4 maintained the structure of the membrane and helped water to permeate easily.Chitosan-silicone composite membranes were cast by silicone coating onto the porous chitosan membranes (PEG50 membranes) and tested for its CO2 permeability and diffusion coefficients with gas permeation analyzer. CO2 permeability through chitosan-silicone composite membrane slightly increased according to feed pressure, but it was not affected by temperature. In addition, for chitosan-silicone composite membrane, CO2 diffusion coefficient was constant as a value, 0.7222[ 108 (cm2/s)].After chitosan-silicone composite membranes were immersed into the liquid culture medium with Enterobacter aerogenes for 30 minutes, they were applied onto the dark fermentation reactor for hydrogen production. Hydrogen was generated with having the value, 204.56 ml per 11 of whole gas three days after.In this study, hydrogen was generated via the preparation of environmentally friendly membrane and it will be useful in many industries.

Bulk silicon membrane operated radio frequency switch and its wafer level package using gold compressive bonding

김종석 Graduate School, Korea University 2010 국내박사

고주파용 초소형 기계 구조물 스위치는 그 구동 방식에 따라 정전방식, 전자기방식, 가열 방식, 피에조 방식등이 있다. 대부분의 연구 기관에서는 정전구동 방식을 선호하는데 이는 전력 소모가 작고, 공정방식이 비교적 간단하며 고주파 특성이 좋기 때문이다. 하지만 이 정전 구동방식은 가열방식이나 피에조 구동방식에 비해 구동 전압이 높은 편이다. 이 구동 전압에 가장 크게 영향을 미치는 것은 평판 구조물(멤브레인)의 휨 때문인데 이는 내부 스트레스 구배력에 기인한 것이다. 이러한 문제점들을 풀기 위해서 이 논문에서는 두껍고 단단한 평판 구조물이 동작하는 고주파 스위치를 개발하였다. 이 평판 구조물은 저 전압에서도 상하 움직임에서 구부러 지기 쉬운 스프링과 시소방식으로 스위치를 켜고 끌 수 있도록 한 구조물 하부의 돌기로 구성되어 있다. 이러한 새로운 방식의 고주파 스위치를 제작한 뒤 고주파 특성을 측정하였다. 이들의 최소 동작 전압은 1012V이고 2GHz에서 반사 손실은 50dB, 삽입 손실은 0.25dB이다. 평판 구조물의 휨정도는 모아레 간섭 효과를 이용하여 광학적으로 높낮이를 정밀 측정하는 비코사의 광학 3차원 측정기를 이용하여 측정하였고 측정 결과 800m의 구조물 길이에서 0.2 m의 휨만 발생함을 알 수 있었다. 이러한 휨정도는 4인치 웨이퍼 내에서 매우 균일하게 분포되어 있었다. 이 고주파 스위치의 반복 접촉 수명은 5106 회 이상으로 측정 되었고 스위치 켜는 속도는 1.54 msec., 끄는 속도는 2.44 msec.로 측정이 되었다. 반복적인 구동에서도 바닥에 붙는 현상이나 접촉 부위의 붕괴 현상은 관찰되지 않았고 신호 외곡 현상도 나타나지 않았다. 다른 초소형 기계 구조물 소자들과 같이 고주파 스위치 또한 밀봉을 위한 패키징이 필요하다. 그래서 이 논문에서는 이러한 스위치를 위한 패키징을 디자인하고 제작하였고 주름 형상이 있는 밀봉 부위에 금과 금을 이용한 직접적인 접합 방식을 이용하였다. 패키징의 기본적인 성능은 고주파용 전송 선로 패턴을 밀봉하여 측정하였다. 접합 온도는 350 °C, 압력은 63MPa이고, 30분간 유지 하였다. 접합력은 스카치 테이프와 트위져를 이용한 분리 정도 측정 방식을 이용하여 확인하였고, 밀봉력은 헬륨 누수 검출장비를 이용하여 측정하였다. 측정된 값은 1.010−9 Pa m3/s으로 나타났다. 고주파 및 전기적 특성을 측정하기 위해서 전송 선로 패턴을 패키징 하였는데 측정된 삽입 손실은 2 GHz에서 0.074dB이였고, 전기 저항값은 0.019에서 0.046로 나타났다. 이러한 실험적인 결과를 바탕으로 해서 실제 고주파 스위치를 패키징하고 고주파 특성값을 측정하였다. 1µm 두께의 스팟터링 방식으로 증착된 금 박막이 접합층으로 사용되었고 열과 압력을 주는 접합 공정이 사용되었다. 스위치의 전기 전송로와 패키징용 캡 웨이퍼의 상부 전송로와의 연결은 직선 구멍을 뚫고 금 박막을 스팟터링 하여 형성하였다. 완전히 패키징된 고주파 스위치의 전체 사이즈는 2.2mm × 1.85mm이고 고주파 특성은 휴랫 팩커드사의 8510C 네트웍 분석기를 이용하여 측정하였다. 구동 전압은 16V, 2GHz에서 반사 손실은 38.4dB, 삽입 손실은 0.43dB로 나타났다. Radio frequency (RF) switches can be divided into electrostatic, magnetic, thermal, and piezoelectric types by their actuation mechanisms. Most research activities have been focused on the electrostatic actuation type because of its low power consumption, simple fabrication methods, and good RF characteristics. However, these types of switches operate at high voltages as compared with the thermal and piezoelectric types. One of the main problems concerning these operating voltages is the bending phenomena of the membrane due to an internal stress gradient. To solve this problem, a stiff 30mm thick membrane operated RF switch is developed and presented in this thesis. The most popularly used membrane material is an Au or Au alloy metal with a thickness in the 1-2mm range. The proposed bulk membrane consists of a flexible spring for an up-down actuation mode at a low voltage and a pivot under the membrane for a seesaw mode on-off switch operation. This novel RF switch is fabricated, and its RF characteristics are measured. Their minimum actuation voltage is approximately 10-12V, the isolation approximately -50dB, and the insertion loss is approximately -0.25dB at 2GHz, respectively. The bending range of the membrane is measured by using an optical three-dimensional (3D) profiler; the height is within 0.2 mm across the 800 mm length membrane. This bending range is uniform across all the samples of an entire 4 inch wafer. The switching lifetime of the fabricated proto-type exceeds 5´106 cycles with a switching speed of 2.44 msec and an open speed of 1.54 msec, respectively. In spite of the repeated mechanical actuation of the membrane, no aging phenomena, such as a degradation of the contact layer or stiction, are observed and the output signal transmitted from input line is not changed. The RF switch requires a hermetic package to preserve the microstructure. So, this thesis also presents the design, fabrication and evaluation of a wafer level encapsulation method using a gold (Au) to gold direct bonding with a wrinkle patterned layer. The bonding temperature is 350 °C, the bonding pressure is 63 MPa, and the duration time is limited to 30 minutes. The bonding strength is evaluated by using the Scotch tape and tweezers detaching method and the hermeticity is evaluated by using a helium leak detection work station. The measured hermeticity is 1.0´10-9 Pa m3/s. The fundamental performances of the package are evaluated using the coplanar wave guide (CPW) line package. The insertion loss of the packaged CPW line is -0.074 dB at 2 GHz and the dc resistance is from 0.019 W to 0.046 W. Based on these experimental results, the RF switch is packaged and its RF performance is examined. A sputtered 1 mm thick Au layer is used as an intermediate bonding material and a thermo-compressive bonding process is used. The electrodes of the switch and the electrical contact pads on the cap wafers are interconnected through a via-hole and the sputtered Au metal layer. The total size of the completed packaged RF switch is 2.2mm × 1.85mm, and its RF characteristics are measured using a Hewlett-Packard (HP) 8510C network analyzer. The measured driving voltage is approximately 16V, the isolation is approximately -38.4dB, and the insertion loss is approximately -0.43dB at 2GHz.

Breathable membrane용 PU 수지의 합성 및 이를 이용한 Polyurethane membrane의 특성에 관한 연구

양정한 경북대학교 대학원 2012 국내박사

So far, already developed waterproof and breathable membranes with hydrophilic non porous and microporous type have advantages and disadvantages, each of them depend on their structure, morphology and polymers which were composed their. Therefore, in the first study, hydrophilic polyurethane of non swelling type was synthesized with reactive silicone oil of a mono-terminal and a bi-terminal type for the hydrophilic non porous membrane with improved performance & property. The non swelling membranes were prepared on a release paper using by synthesized polyurethane resin through dry coating process. The properties and performance of membranes were analyzed compared with existing products. The conclusion is as follow on its test result. Hydrophilic polyurethane (PU) was synthesized by one shot process to get good non swelling effect and to keep high breathability using reactive silicone oil of mono terminal type and bi-terminal type. We also blended non reactive silicone oil with pure hydrophilic PU to compare non swelling effect and breathability with hydrophilic PU synthesized by above mentioned 2 types of reactive silicone oils. The hydrophilic films were analyzed by nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), scanning electron microscope (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray photo electron spectroscopy (XPS), energy dispersive spectrometry (EDS), breathability, water proofness, tensile strength, contact angle and swelling effect. The results showed that the film made by hydrophilic PU which was synthesized with mono terminal type silicone oil provided good non swelling effect and acceptable water vapor permeability due to surface properties its modified. In the second study, to improve limitations of hydrophilic non porous membranes such as high swelling problem and non air permeability, Tried research about electrospun nanofiber mat improved strength and durability for practical applications. For the this purpose, hydrophobic polyurethane for electrospinning was synthesized by one-shot process with PPG/PEA/MEG/MDI and the PU nanofiber was prepared by electrospinning. In this study, electrospun PU multi-membranes were prepared with various coating thickness ratio of base resin to top resin, where the base resin contains melamine curing agent and acid catalyst and the top resin contains water-repellent agent of fluoro-carbon compounds. The PU nanofiber multi-membranes were analyzed by field-emission scanning electron microscopy, differential scanning calorimeter, breathability, tensile strenth, air permeability and water resistance. The results showed that the PU multi-membrane provided excellent waterproof and water vapor permeability. In the final study, synthesized solvent free type water based polyurethane(WBPU) with TMXDI(META-tetramethylxylyne diisocyanate) as aliphatic isocyanate to prepare more environmental friendly membranes, This TMXDI based WBPU does not need any kinds of solvents in the manufacturing process as well as final product. Unfortunately, electrospinnability of only TMXDI based WBPU was not good due to too low viscosity and small molecular weight. Although many types of PVA nanofibers were prepared using electrospinning technique, PVA nanofibers blends with PU, especially WBPU, have not been reported yet. In this study, the PVA nanofiber mates containing different amounts of WBPU were successfully prepared using electrospinning technique. The effects of WBPU on PVA nanofiber formation and the properties were studied. Ultrafine PVA/WBPU submicron fibers were produced by the electrospinning method in aqueous solution. The nanofibers were characterized by FE-SEM, XRD, TGA, and tensile strength testing machine. The polymer concentration and mass ratios were the important factors influencing the electrospinnability and the morphology of the electrospun nanofiber mats. The elongation of PVA/WBPU nanofibers was improved as much as about 60-260% comparing to the pure PVA nanofibers. The results suggested that the optimum fabrication conditions for PVA/WBPU nanofiber are 15wt.% of total solid concentration with a mass ratio from 7/3 to 5/5. At these conditions, higher strength of and enhanced elasticity of electrospun nanofiber was obtained. Furthermore, higher thermal properties could be obtained with a higher mass ratio of PVA in the PVA/WBPU blend nanofiber mats. The electrospun PVA/WBPU membranes could have potential applications in wound dressings because of their higher water uptake. Besides, blended PVA/WBPU nanofiber mat was obtained excellent WVR(water vapor resistance) and WVP(water vapor resistance), AP(air permeability) at the optimum condition above mentioned. Therefore the electrospun PVA/WBPU membranes could have another potential applications in high breathable garment for spring and summer season, high performance filter, medical patch because of their excellent breathability and air permeability.

기체크로마토그래피-질량분석기의 분리막 인터페이스의 유용성 연구

강길선 연세대학교 대학원 2009 국내석사

Agilent 5973 GC-MS instrument was modified so that the capillary direct interface was removed and that a silicone membrane was installed between GC and MS. Feasibility study of the membrane interface GC-MS has been carried out. Vacuum of the mass spectrometer was not affected by the carrier gas flow rate up to 4.7 mL/min. As the carrier flow rate was increased, peak tailing was reduced and chromatogram peaks appeared earlier. Chromatogram peaks showed better separation and higher sensitivity as the membrane thickness was reduced from 127 μm to 75 μm, and also as the interface temperature was increased. However, the membrane interface GC-MS had drawbacks such as background ions at 73 and 147 m/z and poor peak separation due to peak tailing.Rhenium and iridium filaments were coated with three different kinds of oxide materials by the electrophoretic deposition method, and electron emission characteristics of the filaments have been studied. Among the three oxide materials tested in this work, yttrium oxide and lanthanum oxide coated filaments enhanced the electron emission of rhenium and iridium filaments. There was an optimum range of the yttrium oxide coating thickness which was somewhere between 20 and 40 μm. Agilent 5973 GC/MS의 capillary direct interface를 떼어내고 GC와 질량분석기 사이에 실리콘 membrane을 장착하는 membrane interface GC/MS의 분석 유용성을 조사하였다. 최대 4.7ml/min까지 헬륨 운반기체유량을 올릴 때 질량분석기의 진공도는 거의 영향을 받지 않으며, 피크 끌림 현상이 줄어들고 머무른 시간이 줄어드는 빠른 분석을 보였다. Membrane 의 두께를 127μm에서 75μm으로 줄일 때 분리능이 향상되며, membrane interface의 온도를 올릴 때 분리능과 감도가 향상되었다. 그러나 membrane interface GC/MS는 질량대 전하비 73, 147에서 바탕이온이 발생하는 문제점이 있으며, 사용한 두께의 membrane에서는 기존의 capillary direct insertion interface보다 낮은 감도와 peak tailing에 의한 낮은 분리능을 보였다. 이러한 낮은 감도와 낮은 분리능은 더 얇은 두께의 membrane을 사용하면 개선될 것이다. GC-MS의 이온원 성능을 향상시키고자 필라멘트를 Y2O3, ZrO2, CeO2, La2O3 의 네 가지 산화물을 가지고 전기영동 증착 방법을 이용하여 코팅을 했다. 코팅된 필라멘트를 가지고 전자 방출 특성을 연구하였으며 가장 효과적인 산화물과 코팅 두께를 찾기 위한 최적화 연구를 수행하였다. 실험 결과 4가지 산화물 가운데 Y2O3, La2O3을 코팅했을 때 전자방출 효율이 향상되었으며, Y2O3 의 최적화된 코팅 두께는 20~ 40 μm 이었다. 그러나 ZrO2, CeO2로 코팅된 필라멘트는 오히려 코팅되지 않은 필라멘트보다 전자 방출 효율이 감소하였다.

고온 수소 분리용 세라믹 분리막에 관한 연구

송방근 연세대학교 대학원 2006 국내석사

수소에너지는 단위무게당 에너지가 높고, 대량 저장이 가능한 에너지이다. 21세기 내에 수소에너지를 일상화해야 하는 이유로는 다음과 같은 3 가지 이유를 들 수 있다.화석자원(석유, 천연가스)의 고갈이 60~70년 앞으로 전망되는 시점에서 전기를 직접 공급하기 곤란한 수송 분야(자동차), 원격지 등에 사용할 2차에너지이다. 또한, 고갈되기 전에 가격이 급등할 시점은 Hubbert 이론에 따르면 2020~2030년으로 예상된다.탄화수소와 석탄, 바이오매스(biomass; 목재, 알코올 등)의 사용은 온실가스의 3/4를 차지하는 이산화탄소를 방출한다.지구온난화를 경감하기 위해서는 에너지사용에 따른 열손실도 줄여야 한다. 디젤 자동차엔진의 경우 에너지효율이 35%인데 비해 수소연료전지 자동차의 경우에는 에너지효율이 47%이므로 연료사용에 따른 열방출도 디젤에 비해 0.6배로 줄게 된다.화석연료의 사용에서 문제되는 이산화탄소, SOx, NOx 등 각종공해물질이 수소연료에서는 전혀 방출되지 않으므로 공해가 전혀 없는 연료이므로 대기오염의 우려가 없다.이렇듯 전 세계적으로 증가하고 있는 수소에너지의 제조/저장/이용에 관한 연구는 수소가 21세기에 예상되는 에너지 자원 고갈과 환경문제를 해결할 수 있다는 점에서 시작되었다. 석탄, 석유 등의 1차에너지와는 달리 이차에너지이기 때문에 에너지 매개수단으로 보아 에너지매체(energy carrier)로 부르기도 한다. 에너지원으로의 수소는 다음과 같은 여러 가지 장점을 가지고 있어 미래의 에너지시스템에 가장 적합한 것으로 판단되고 있다.지금까지 기체나 액체를 분리하기 위한 여러 가지 막들이 개발되어 왔다.1)~4)막에 의한 기체 분리는 높은 에너지 효율과 낮은 조업 비용, 조업과 설치가 쉽다는 이점과 Scale-up 이 하기 쉬운 점, 모듈화가 쉽다는 점에 기인하여 상업적으로 이용되고 있다.5) 부분적으로 다공성 무기 막은 수 처리나 생체 기술, 음료나 음식의 제조를 위한 공정에서도 주목을 받아오고 있다. 고온 기체 분리나 촉매 반응기 같은 특정한 분야에서 무기 막은 유기 고분자 막이 사용될 수 없는 조건에서도 사용이 가능하다. 현재 무기막의 응용분야는 250~750oC의 고온에서 기체 혼합물 중 수소만을 분리해 내는데 초점이 맞춰지고 있는 상태이다6)~10) 이러한 형태를 분리를 하는 이유는 불포화된 탄화 수소를 생산하는데 중요한 반응식인의 반응에서 포화된 탄화 수소는 불포화된 탄화 수소보다 유용성이 떨어지기 때문이다. 이러한 형태의 반응에서의 첫 번째 문제점은 두 분자가 한 분자로부터 생성되기 때문에 반응에서의 첫 번째 단계의 열역학적으로 결정된 전환율이 너무 낮다는 것이다. 두 번째 문제는 -100oC 이하에서 냉각에 의해 심냉법으로 수소를 분리해내야 한다는 것이다. 이러한 문제점들은 기존에 개발된 공정들을 기술적으로나 경제적으로 매력이 없게 만들었다. 이러한 문제점들은 무기 분리막을 사용함으로써 해결될 수 있다. 분리는 높은 수소 선택성 막이 사용되는 온도와 같은 온도에서 행해진다. 촉매에서 형성된 수소는 반응의 일부에서 즉시 제거된다. 가능한 한 빠른 속도로 수소를 제거하기 위하여 막을 통한 수소의 투과도는 가능한 한 커져야 한다. 그렇지 않으면 전환율은 열역학적 평형에 의해 다시 제한을 받게 된다.8) 지금까지 개발된 막 중에서 팔라듐과 실리카 막이 고온에서 가장 큰 수소 선택도를 보이고 있다.11)~13) 그러나 팔라듐 막에서 수증기나 탄화수소의 존재 하에서는 수소의 투과도가 현저하게 감소한다고 보고 되었다.14)~15) 이에 따라 실리카 막이 탈수소 막 반응기에서 매우 매력적인 시스템이 되었다.기체의 분리를 위해 요구 되는 사항들을 살펴보면 첫 번째는 얇은 활성 층을 가져야 하고 두 번째는 결점이 없는 활성 층을 가져야 하며, 세 번째는 지지체를 통한 저항이 무시 가능할 정도로 작아야 하고 네 번째는 기계적으로나 화학적으로 안정해야한다. Figure 1.1 은 기체 분리를 위해 종종 사용되는 다층 구조의 비대칭 막을 보여주고 있다. 다공성 막을 만드는 전형적인 방법으로는 졸-겔 법과 화학 증기 증착법이 있다.미세 다공성 실리카 막은 졸-겔 법에 의해 제조된 폴리메릭 실리카 졸로 1-25nm 의 기공크기를 갖는 메조 포러스 막의 개질에 의해 생산된다. 이막을 통한 기체 투과 속도는 매우 높다. Burggraaf 등26),27) 은 폴리메릭 실리카 졸로 다공성 지지체를 개질하여 실리카 막을 제조하였다. 무정형 미세 다공성 표면층의 두께는 약 60~100nm 였고 기체들 간의 분리 선택도는 개질에 의해 개선되었다. 그들은 또한 졸-겔 법을 이용하여 수소, 이산화 탄소, 메탄에 대해 선택적인 실리카를 기본으로한 막을 제조하였다. 수소투과도는 200oC에서 10-6 mol?m-2?s-1?Pa-1 보다 높았다. 그러나 수소/질소 분리 선택도는 단지 10정도에 불과했다. 이와는 반대로 수소/메탄, 수소/이소부탄의 분리선택도는 200oC에서 약 50~200정도를 보였다. 한편 Raman과 Brinker18),19) 등은 다공성 알루미나 지지체 위에 메틸 트리 에톡시실란과 테트라에톡시 실란의 co-polymerization에 의해 제조된 유기-무기 복합 졸을 코팅하였다. 소성된 막은 희석된 TEOS 단량체의 열분해와 dip-coating에 의해 개질되었다. 이막의 이산화탄소 투과도는 10-7 mol?m-2?s-1?Pa-1 이었고 이산화탄소/메탄의 분리 선택도는 71.5였다.Gavalas20) 등은 화학증기 증착법에 의해 생성된 실리카를 대략 4nm정도의 기공을 가지는 Vycor glass tube에 plugging 시키는데 처음으로 성공하였다. 제조된 실리카 막은 투과 온도가 400~600oC에서 10-7 mol*m-2*s-1*Pa-1 정도의 투과도를 보였고, 수소/질소 분리도는 약 100-1000정도의 결과를 나타내었다.21),22) Jiang23) 등은 투과온도가 600oC에서 수소투과도와 수소/질소 분리 선택도를 각각 4*10-7 mol?m-2?s-1?Pa-1 과 1000으로 개선하였다. Wu24)등은 TEOS와 산소로 화학증기 증착 법에 의해 γ-Al2O3 지지체 위에 실리카로 개질된 막을 제조하였다. 그들이 제조한 막은 600oC에서 수소 투과도는 10-6mol?m-2?s-1?Pa-1,수소/질소 분리도는 26정도의 결과를 나타내었다. Morooka25),26) 등은 화학 증기 증착 법에 의해 개질하는 동안 다공성 벽을 통해 진공을 걸어줌으로써 증착의 범위를 현저하게 개선시킬 수 있음을 보여 주었다. 이 기술은 넓은 기공 분포를 가지는 마크로 pores를 가지는 지지체의 plugging에 효과적이다.현재 수소 분리 막 으로는 고분자막 또는 Pd 등의 dense한 막이 주로 사용되고 있으나, 고분자막은 150oC이상에서는 사용이 불가능하며 Pd 등 귀금속 막은 고가이면서도 CO 또는 Sulfur 존재 하에서는 피독 되어 기능을 상실하는 단점을 가지고 있다. Table 1에서 상용화 되고 있는 수소 분리 막에 특성을 살펴본 것이다 표에서 보여 지는 바와 같이 amorphous silica, Zeolite (silicalite-1) membrane등의 세라믹 분리 막 역시 수소를 선택적으로 투과하나 고온, 스팀 존재하에서는 막이 급격히 불안정하게 되어 선택도, 투과도 등에 변화를 초래한다.이 같은 이유는 다공성 세라믹막인 경우에는 surface 또는 Knudsen diffusion등 molecular diffusion에 의해 수소가 분리되므로 기공의 미세구조에 큰 영향을 받게 되므로 amorphous silica, Zeolite (silicalite-1) membrane, γ-Al2O3 등 세라믹 막은 고온, 스팀 존재 하에서 기공 의 크기 및 형태가 변화되어 수소에 대한 선택도, 투과도 등에 변화를 초래하는 것이다.본 연구에서 SiC 막은 고온에서 수소 분리를 목적으로 제조 되었다. 분리 선택도를 줄이는 희생을 통해 투과도와 분리 선택도 사이의 조화는 최적의 막 성능을 내기 위해 필수적이라고 할 수 있다. 지지체와 활성층 사이에서 중간층의 존재는 막의 투과도와 분리 선택도를 개선할 수 있는 것으로 기대된다. 중간층으로 사용되는 물질중 매력적인 물직은 γ-Al2O3 이다. 본 연구에서는 α-alumina 지지체에 γ-Al2O3 코팅한 후 화학 증기 증착법에 1.3-Disilabutane를 사용하여 SiC를 증착 시켰다. 막의 투과 실험은 수소와 질소를 이용하여 시행 하였다. 막의 안정성과 투과도는 200oC 와 400oC에서 수소/질소 로 측정하였다. Ceramic membranes having nano sized pores have great potential for gas separation at high temperature since they have a good stability at high temperature.Moreover, nanoporous silicon carbide membrane can be expected ti use under hydrothermal condition at high temperature as membranes reactor for conversion enhancement in steam reforming reaction of natural gas. The use of membrane allowed separating simultaneously hydrogen gas during the steam reforming reaction.In this research, nanoporous SiC membrane has been developed on the porous alumina plate for the hydrogen separation using preceramic polymers such as hydrodopolycarbosilane, polycarbosilane. The prepared SiC membrane was characterized with SEM, TEM, XRF and BET and so on.The nanoporous hydrogen selective SiC membranes show promise for application in membrane reactor for steam reforming reaction of nature gas and water gas shift reaction

고체산[CsHSO4]과 세라믹지지체로부터 만들어진 양성자전도성 복합막 제조

이상형 건국대학교 대학원 2015 국내석사

Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are becoming increasing popular from environmental consideration for various power needs. Current technology for PEMFCs is limited by its inability to operate at high temperature which is especially desirable for various application. Therefore considerable effort has been devoted to develop inorganic proton conductors which are able to be used as solid electrolyte for intermediate temperature fuel cells. CsHSO4 as a solid acid has high protonic conductivity at 150 ∼ 200 ℃, but its membrane shows solubility in water and poor mechanical strength. To overcome these problems, hybrid solid electrolytes supported by ceramics are needed. In this study, TiP2O7 and SiC are considered as supporting matrixes for protonic hybrid membranes. Accordingly, porous TiP2O7 and SiC filled with solid acid(cesium hydrogen sulfate) were fabricated as inorganic hybrid electrolyte for PEMFC working at intermediate temperature.(150∼200 ℃). CsHSO4 was successfully synthesized from aqueous solution of Cs2CO3 and H2SO4 in stoichiometric ratio. The hybrid membrane prepared from CsHSO4/TiP2O7(pure) showed the maximum conductivity of 2.38 × 10-3 S/cm at 190 °C, the relative density of 96.68 % and the flexural strength of 86.22 MPa. In the case of hybrid membrane using Al-doped TiP2O7 matrix, the second crystalline phase of Al(PO3)3 has appeared as Al contents increase, which results in the increase of overall resistance, relative density and flexural strength. On the other hand, hybrid membrane using Mg-doped TiP2O7 matrix showed low ion conductivity, relative density and flexural strength compared with CsHSO4/TiP2O7(pure), which is assumed due to the influence of amorphous second phase "shell". In the case of CsHSO4/SiC(added with Al2O3) hybrid membrane, the ion conductivity decreased from 3.86 × 10-3 to 1.39 × 10-3 S/cm as well as the relative density from 99.69 to 98.82 %, as Al2O3 contents increase from 10 to 30 wt.%, respectively. However, the flexural strength increased from 112.69 to 120.96 MPa due to the formation of secondary phase "mullite" and the blocking effect by Al2O3 particles between the pores. In conclusion, hybrid membranes from superprotonic solid acid CsHSO4 could be successfully fabricated using ceramic matrixes TiP2O7 and SiC. And the shortcomings of CsHSO4 such as water solubility and poor mechanical strength were definitely improved. Consequently, the results of the research are expected to be applied to inorganic solid electrolyte for the intermediate temperature(150∼200 ℃) PEMFC. 현재 사용되어지고 있는 PEMFCs는 고온에서 취약한 Nafion막을 사용하여, 미량의 CO에 의해서도 쉽게 Pt 촉매가 피독 되거나 정교한 수분 및 온도 관리를 위한 시스템이 요구되는 단점이 있는 등, 여러 문제점을 나타낸다. 특히, 80 ℃ 이하의 작동온도로 인한 문제점을 해결하고자 중온(150∼300 ℃)에서 뛰어난 이온전도성을 가지는 고체산(solid acid)을 중온형 PEMFC에 응용하고자 하는 다양한 연구가 진행되고 있다. 이온전도성 고체산인 CsHSO4은 141 ℃ 이상에서 superprotonic phase transition로 인해 10-2 S/㎝ 달하는 높은 이온전도도를 가지지만 기계적 물성이 약하고, 물에 쉽게 녹는 특성이 있어 단독으로 멤브레인을 제조하기 어려운 단점이 있다. 260 ℃에서 높은 이온전도도를 가지는 이온 전도체인 TiP2O7는 상대적으로 CsHSO4 보다 높은 물리적 강도를 가지며 400 ℃ 이하의 낮은 열처리 온도로 인해 다공성을 가지므로 고체산의 함침에 유리하다고 생각된다. 그리고 부도체이지만 물리적강도, 내식성, 내열성 등에서 훌륭한 물질인 SiC를 지지체로 선정하여 양성자 전도성 복합막을 제조 하였다. 이를 위해 지지체로 사용되어질 TiP2O7는 적절한 강도를 지니며 낮은 상대밀도를 위해 400 ℃에서 열처리를 하여 지지체로써 사용하였고 TiP2O7의 도핑 물질로는 Ti4+와 비슷한 이온반경을 가지는 Al과 Mg를 선정하여 동일하게 3, 6, 10 mol%씩 도핑하여 지지체를 제작해 실험을 수행 하였다. 비전도성 지지체인 SiC는 지지체의 소결성을 확보하기 위해 Al2O3를 각각 10, 20, 30 wt.%로 첨가한 성형체를 1500 ℃에서 소결한 시편으로 실험을 진행 하였다. 양성자전도성 복합막의 제조는 고체산 CsHSO4를 용융염 상태로 녹인 후 진공상태에서 지지체로 침투시킨 다음 완전히 담지 될 때 까지 오랜 시간을 유지하는 치밀화 과정을 거쳤다. 제조된 CsHSO4/TiP2O7 복합막은 최대 2.38 × 10-3 S/cm의 전도도를 나타내었고 상대 밀도는 64.90 % 에서 96.68 % 증가 하였으며, 굽힘 강도 또한 61.11 MPa에서 86.22 MPa로 증가 하였다. Al이 도핑된 복합막 CHS/ATPP(CsHSO4/Al doped TiP2O7)은 Al의 함량이 증가함에 따라, Al(PO3)3 2차상이 증가함을 XRD와 SEM을 통해 확인 하였고, 이온 전도도는 Al을 10 mol%까지 첨가 하였을때 6.23 × 10-4 S/cm 까지 감소 하였으며 상대밀도와 굽힘강도는 각각 97.35 %, 95.32 MPa로 증가 하였다. 한편으로 Mg이 도핑된 복합막 CHS/MTPP(CsHSO4/Mg doped TiP2O7) 분석결과는 Mg 함량이 증가함에 따라, 복합막의 이온전도도 및 밀도 그리고 강도가 감소하는 결과를 나타내었다. 이는 지지체의 비정질 상이 성장하여, 내부에 closed pore 생성을 유도, 표면으로 부터의 CHS 함침 효율을 떨어뜨려, 복합막의 물성 저하를 나타내었다. SiC를 지지체로써 사용한 CsHSO4/SiC 복합막의 경우, 첨가된 Al2O3의 wt.% 증가에 따라 이온 전도도는 3.86 × 10-3 S/cm에서 1.39 × 10-3 S/cm로 상대밀도는 99.69 %에서 98.82 % 까지 감소하였다. 하지만 굽힘강도는 112.69 MPa 에서 120.96 MPa.까지 증가하였다. 이런 결과들은 첨가된 Al2O3의 wt.% 증가에 따라, 2차상인 mullite가 증가 하였고 SiC 결정질로 이루어진 지지체의 기공 사이를 크기가 작은 Al2O3 입자들이 막게 되어 함침효율을 저하 시켰기 때문이다. 결과적으로, 고체산인 CsHSO4로부터 TiP2O7와 SiC를 지지체로 하여 성공적으로 복합막을 제조 할 수 있었고 CsHSO4의 단점인 수용성과 기계적 강도는 크게 개선 될 수 있었다. 따라서, 본 연구의 결과는 중온형(150∼200 ℃) PEMFC에 대한 무기 고체산 복합막의 실용화 가능성을 나타내었다.

Real time investigation of structural and chemical analysis of the nanoparticles in the liquid using custom-built liquid cell stage

안태영 서울대학교 대학원 2015 국내박사

As the range of applications of nanomaterials has expanded, the microstructural analysis of nanomaterials has become a major issue for interpreting the mechanisms of synthesis. Transmission electron microscopy (TEM)-based studies on nanoparticles have been widely used because of the superior lateral resolution and ability to analyze crystallographic, chemical, and electronic structural information. Even though ex-situ TEM analysis could help identify the material kinetics after the experiment, in-situ TEM analysis has an additional benefit of enabling direct observation of the dynamic nucleation, growth, and dissolution of nanoparticles. A variety of methods for preparing nanoparticles from solutions have been reported. In contrast to the bulk materials, properties of nanomaterials are significantly affected by size, distribution, aspect ratio, and faceting of the crystallographic surfaces. Because of the lack of information regarding the nanoparticle synthesis mechanism, many research groups attempted to control the specific morphology and size of nanoparticles by conducting numerous experiments empirically, with the aim to produce nanoparticles with specific properties. If the synthesis of nanoparticles is directly observed in a liquid with high spatial resolution, it could help in understanding the synthesis mechanism. In this thesis, we develop a custom-built in-situ liquid cell TEM stage, to directly observe growth and dissolution of nanoparticles, with a high spatial resolution. Recently, in-situ liquid cell TEM has been widely used to observe nanoparticle dynamics. However, in most liquid cell studies, only structural analysis is possible. Since a SiNx membrane is used to encapsulate the liquid in TEM, it causes multiple scattering of characteristic x-ray signals due to structural restrictions. In this thesis, we redesign the previously reported SiNx membrane by fabricating the asymmetrical SiNx membrane for structural and chemical analysis at the same time. The critical size of the window was confirmed by energy dispersive spectroscopy (EDS) peaks. From the experimental results, the critical escape angle of x-ray signals, which could reach the EDS detector, was calculated. By conducting the in- situ experiment in various solution systems, sufficient x-ray signals were successfully obtained in the redesigned SiNx membrane. Due to inelastic collisions, the energetic electrons used in TEM form images and diffraction patterns to generate radiolysis species while passing through the liquid. The variation in the electron number density inside the illumination area does not have a significant impact on the microstructure observation in the solid thin foil sample, if high resolution is not required. In the liquid sample, however, radiolysis species, generated with the illuminated electrons, could influence the reaction rates and product distribution. Inhomogeneous growth and dissolution of silver nanoparticles prior to stabilization were observed in the in situ liquid TEM. It is believed that the key player in this sequence of reactions is the inhomogeneous distribution of eaq-, originating from the non-uniform illumination intensity of electron beam. The inhomogeneous growth is the result of the diffusion of radiolysis species from a high concentration region to a lower concentration region.

Fabrication of Particulates for Detecting Trace Level Analytes in Water Using Optical Spectroscopy and for Developing Thermoelectric Materials

Ibnul, Mohammed Nayeem The University of Maine ProQuest Dissertations & T 2022 해외박사(DDOD)

The underlying concepts developed in this thesis involve particulate fabrication of known size using a bottom-up synthesis or a top-down milling process. This bottom-up approach was used for detection of analytes in water. Conventional UV-Vis spectroscopic based detection methods require target analytes to be soluble or have enough vapor pressure for analysis in the gas phase. We achieved an order in magnitude improvement in the detection limit over the standard molybdenum blue method for phosphate and arsenate by conversion of target analytes present in solution to a solid for quantification by UV-Vis and IR spectroscopy. Furthermore, by recording a visible and infrared spectrum on the same membrane, we were able to selectively determine both phosphate and arsenate. This is not possible using the standard molybdenum blue method.We also developed generalized approach involved the precipitation of polyatomic anions with simple monoatomic cations. We demonstrated this concept with the detection of free and weak acid dissociative (WAD) cyanide in water. In our method, cyanide ions are precipitated with silver ions and then captured on an IR transparent membrane. Key to our approach was the use of an 13CN spiked addition to achieve detection limits below the 0.2 mgL-1 level. Furthermore, we were able to distinguish between free and WAD cyanide by using a spiked addition of sodium sulfide. The sulfide freed the cyanide from the WAD compounds enabling detection of this fraction of cyanide by our method.Using a tops-down approach we generated bismuth telluride nanoparticles for thermoelectric power generation. The “as received” bismuth telluride ingots were ball milled in the presence of the cationic polymer PADAMAc which prevented particle aggregation during the milling process. By adjusting the milling conditions, we were able to control the particle size of the particulate to a small as 40 nm in diameter. Sintering pellets of the particulates below the melting point resulted in voids that scattered the thermal radiation. As a result, we show that adjusting particle size and sintering temperature could be viable strategies for developing TE material.

나노다공성 알루미나 막의 구조적 형상 제어 및 화학특성 연구

엄새란 연세대학교 대학원 2007 국내석사

In this study, alumina membrane was fabricated with general aluminum included considerable amount of silicon oxide and examined its formation mechanism, based on growth mechanism of nanoporous alumina membrane(PAM) utilized as template for production of nanostructures. Also, fabrication study of nanoporous alumina membrane(PAM) with controlled inner channel structure was carried out under the various anodic oxidation process.The results of inductively coupled plasma-mass spectrometer (ICP-MS) and mapping images of scanning electron micrscopy (SEM) were confirmed that general aluminum has considerable amount of silicon oxide(1.256×102 ppm).The shapes of pore and channel of alumina membrane which was fabricated at the place existed silicon oxide were a little differenced with nanoporous alumina membrane fabricated from high-purity aluminum because of unstable current density caused by silicon oxide, other space was not difference.Nanoporous alumina membrane(PAM) which was fabricated using general aluminum with plenty of silicon oxide has changed porosity as using of hydrofluoric electrolyte or not, there is difference the shape of the large pore was formed by existence of silicon oxide.Generally, pore diameter control of nanoporous alumina membrane(PAM) can possible by voltage gap. Morphology control of nanoporous alumina membrane with various pore diameter within one channel was fabricated through time control between anodic oxidation and chemical etching process. Fabricated nanoporous alumina membrane has pore diameter of 20 nm, 50 - 60 nm and 80 - 90 nm.However, there are limit of controlable pore diameter. Due to overcome this limit, nanoporous alumina membrane was fabricated under the various acid electrolytes and confirmed with pore diameters of 20 nm, 50 nm and 100 nm over. 본 연구에서는 나노구조물의 제조를 위해 주형틀로 널리 이용되고 있는 나노다공성 알루미나 막(PAM)이 형성되는 메카니즘을 참고로 하여, 실리콘 옥사이드가 다량 포함되어 있는 일반 알루미늄을 이용하여 알루미나 막을 제조하고 그 생성 메카니즘을 규명해 보았다. 또한 양극 산화 과정의 조건을 달리하여 제어된 내부 채널 구조를 갖는 나노다공성 알루미나 막(PAM) 제조 연구를 수행하였다.유도결합 플라즈마 질량분석계(ICP-MS)과 주사전자 현미경(SEM)의 Mapping을 통하여 일반 알루미늄에는 실리콘 옥사이드가 다량(1.256×102 ppm) 포함되어 있음을 확인하였다.실리콘이 존재하는 부분에서의 알루미나 막의 기공 및 채널 모양은 실리콘 입자로 인해 야기되는 전류밀도 차이로 인해, 고순도의 알루미늄에서 성장된 나노다공성 알루미나 막(PAM)에 비해 기공의 정렬성과 배열성이 다소 차이가 있으나 실리콘이 존재하지 않는 부분에서는 큰 차이를 보이지 않았다.실리콘이 다량 포함되어 있는 일반 알루미늄에서 성장된 나노다공성 알루미나 막(PAM)은 플루오르산 전해질의 사용유무에 따라 기공성이 달라지며 표면에서 실리콘 입자 존재로 인해 생성된 거대 기공의 모양이 차이가 난다.일반적으로 잘 알려진 단일 채널의 나노다공성 알루미나 막(PAM)은 그 기공 직경 크기를 달리하기 위해 전압차이를 이용한다. 본 연구에서는 일정한 전압 하에서 양극 산화 과정과 화학적 에칭 시간 조절만을 통하여 기공 직경 크기를 조절하여 한 채널 내부에 동시에 20 nm, 50 - 60 nm, 80 - 90 nm의 다른 직경 크기를 갖는 나노다공성 알루미나 막(PAM)을 제조하였다.또한 단일 전해질을 사용했을 때, 제어할 수 있는 직경 크기의 제한을 극복하기 위하여 각 단계마다 사용되는 전해질의 종류를 달리하여 제조된 나노다공성 알루미나 막은 20 nm, 50 nm, 100 nm 이상의 기공 크기를 갖는 것을 확인하였다.