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KR102232833B1 - Fluidized atomic layer deposition for functional coating of low density glass bubble microparticles and coating method using thereof - Google Patents

Fluidized atomic layer deposition for functional coating of low density glass bubble microparticles and coating method using thereof Download PDF

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KR102232833B1
KR102232833B1 KR1020180121093A KR20180121093A KR102232833B1 KR 102232833 B1 KR102232833 B1 KR 102232833B1 KR 1020180121093 A KR1020180121093 A KR 1020180121093A KR 20180121093 A KR20180121093 A KR 20180121093A KR 102232833 B1 KR102232833 B1 KR 102232833B1
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glass bubble
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fine particles
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권세훈
이우재
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기 및 이를 이용한 코팅방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 가볍고 낮은 밀도를 가지는 글라스 버블 미세 입자에 균일한 수 또는 수십 나노 두께의 코팅 박막을 형성할 수 있도록 반응 가스를 아래에서 위로 투입하여 글라스 버블 미세 입자를 유동화 시켜 반응 가스와 글라스 버블 미세 입자의 반응 확률을 동일하게 만들고, 낮은 밀도를 가지는 글라스 버블 미세 입자의 유실을 최소화함으로서, 균일한 기능성을 나타낼 수 있는 코어-쉘 구조의 미세 입자를 대량으로 생산하는 것이 가능한 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기 및 이를 이용한 코팅방법에 관한 것이다.The present invention relates to an atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles and a coating method using the same, and more specifically, to form a coating thin film of uniform number or tens of nanometers on light and low-density glass bubble fine particles By injecting reactive gas from bottom to top to make the glass bubble microparticles fluidized, the reaction probability of the reaction gas and the glass bubble microparticles is made equal, and by minimizing the loss of the glass bubble microparticles having a low density, uniform functionality The present invention relates to an atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles capable of mass-producing fine particles of a core-shell structure capable of representing, and a coating method using the same.

Description

저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기 및 이를 이용한 코팅방법 {Fluidized atomic layer deposition for functional coating of low density glass bubble microparticles and coating method using thereof}{Fluidized atomic layer deposition for functional coating of low density glass bubble microparticles and coating method using thereof}

본 발명은 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기 및 이를 이용한 코팅방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 가볍고 낮은 밀도를 가지는 글라스 버블 미세 입자에 균일한 수 또는 수십 나노미터(nm) 두께의 코팅 박막을 형성할 수 있도록 반응 가스를 아래에서 위로 투입하여 글라스 버블 미세 입자를 유동화 시켜 반응 가스와 글라스 버블 미세 입자의 반응 확률을 동일하게 만들고, 낮은 밀도를 가지는 글라스 버블 미세 입자의 유실을 최소화함으로서, 균일한 기능성을 나타낼 수 있는 코팅층이 쉘 구조의 글라스 버블 미세입자 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 쉘(Double Shell) 구조의 미세 입자를 대량으로 생산하는 것이 가능한 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기 및 이를 이용한 코팅방법에 관한 것이다.The present invention relates to an atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles and a coating method using the same, and more specifically, to a uniform number or tens of nanometers (nm) thick on light and low-density glass bubble fine particles. By injecting a reactive gas from the bottom up to form a coating thin film to fluidize the glass bubble fine particles, making the reaction probability of the reactive gas and the glass bubble fine particles equal, and minimizing the loss of the glass bubble fine particles having a low density. , Functionality of low-density glass bubble microparticles capable of mass-producing microparticles of double shell structure, characterized in that a coating layer capable of showing uniform functionality is formed on the surface of glass bubble microparticles of a shell structure. It relates to an atomic layer evaporator for coating and a coating method using the same.

글라스 버블(Glass Bubble) 미세 입자는 일반적으로 소다라임 보로실리케이트 글라스(Soda Lime Borosilicate Glass) 또는 실리카(SiO2)와 같은 물질로 구성되며, 수십 나노미터(nm) 또는 수십 마이크로미터(um)의 크기를 가지는 구형의 미세 입자로, 미세 입자 내부(코어; Core)가 비어있어 껍질부분만 남겨진 쉘(shell) 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 한다. 내부가 채워져 있는 구형의 SiO2 미세 입자의 밀도 (~ 2.65 g/cm3)에 비하여, 내부가 비어 있어 매우 낮은 밀도(< 0.2 g/cm3)를 가지므로, 단독 또는 폴리머, 금속, 세라믹 물질과 함께 사용되어 경량화가 필요하거나, 내부의 공기층을 이용한 단열특성이 필요하거나, 낮은 유전상수가 필요하거나, 또는 높은 표면적이 필요한 분야 등 다양한 소재 및 부품 제조를 위한 기초 소재로서 활용되고 있다.Glass bubble fine particles are generally composed of a material such as Soda Lime Borosilicate Glass or silica (SiO 2 ), and have a size of several tens of nanometers (nm) or tens of micrometers (um). It is a spherical fine particle having a, characterized in that it has a shell structure in which only the shell portion is left because the inside of the fine particle (core) is empty. Compared to the density of the spherical SiO 2 fine particles filled inside (~ 2.65 g/cm 3 ), since the inside is empty and has a very low density (< 0.2 g/cm 3 ), it is a single or polymer, metal, ceramic material It is used together with, and is used as a basic material for manufacturing various materials and parts, such as fields requiring weight reduction, insulation properties using an internal air layer, low dielectric constant, or high surface area.

글라스 버블 미세 입자를 활용하여 전기차 차폐소재 및 제품을 만드는데 활용될 수 있다. 최근 전자기기의 급격한 발전에 따라 실생활에 편의성 측면에서 상당한 혜택을 보고 있지만 전자파에 의한 인체 유해성, 성능 저하, 기기의 오작동 또한 크게 증가하였다. 즉, 전자파의 국제적인 규제와 함께 전자파를 막기 위한 연구가 진행되고 있으며, 전자파 차폐 소재로 좋은 전도성을 가져야하며 높은 표면적을 갖는 것이 유리하다. 따라서, 가볍고 다양한 적용이 가능한 수십 나노미터(nm) 또는 수십 마이크로미터(um) 크기의 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 표면에 전기적 전도성이 가장 높은 은(Ag)과 같은 물질을 코팅하여 활용하는 방법이 고안되어 활용되고 있다. It can be used to make electric vehicle shielding materials and products by utilizing glass bubble fine particles. Recently, according to the rapid development of electronic devices, there are significant benefits in terms of convenience in real life, but harmfulness to the human body due to electromagnetic waves, performance degradation, and malfunction of devices have also increased significantly. In other words, research is being conducted to block electromagnetic waves along with international regulation of electromagnetic waves, and it is advantageous to have good conductivity and high surface area as an electromagnetic wave shielding material. Therefore, a method of coating and utilizing a material such as silver (Ag) having the highest electrical conductivity on the surface of low-density glass bubble microparticles having a size of several tens of nanometers (nm) or tens of micrometers (um) that is light and capable of various applications is devised. It is being utilized.

일반적으로, 쉘 구조를 가지며 안이 비어 있는 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 표면에 전도성 물질을 코팅하기 위해서 기존에는 습식 방법을 이용해왔다. 습식 방식에 대한 많은 연구가 진행되어 있어 다양한 형식과 물질의 코팅은 가능하지만 습식 방식의 특성상 전처리, 후처리, 여과 및 건조 과정과 같은 다소 복잡한 공정이 요하게 된다. 따라서, 제작 과정에서 시간이 많이 소요되어 경제적 문제에 직결되게 된다. 뿐만 아니라, 습식에 의한 코팅은 형성된 코팅층이 균일하지 못하며 코팅층 응집이 발생하기도 하여 코팅된 미세 입자의 성능을 떨어뜨리기도 한다. 이러한 균일성 문제를 개선하기 위해서 좀 더 두꺼운 두께의 은을 습식법으로 코팅하므로, 제조 가격이 상승하게 되는 문제점을 가지고 있다.In general, a wet method has been used in the past to coat a conductive material on the surface of the low-density glass bubble fine particles having a shell structure and empty inside. Since many studies on the wet method are in progress, coating of various types and materials is possible, but due to the nature of the wet method, a rather complicated process such as pre-treatment, post-treatment, filtration and drying processes is required. Therefore, it takes a lot of time in the manufacturing process and is directly connected to economic problems. In addition, in the case of wet coating, the formed coating layer is not uniform, and coagulation of the coating layer may occur, thereby deteriorating the performance of the coated fine particles. In order to improve the uniformity problem, since a thicker silver is coated by a wet method, there is a problem in that the manufacturing price increases.

최근에 고직접화된 소자의 발달에 따라서 반도체 및 디스플레이 분야에서는 수 또는 수십 나노미터(nm) 수준의 기능성 코팅층 형성을 위해서 원자층 증착법(Atomic layer deposition; ALD)의 건식 코팅막 증착 공정이 많이 사용되고 있다. 원자층 증착법은 건식 코팅막 증착법의 종류로써 습식법에 비해 복잡한 공정이 다소 요하지 않기 때문에 대량 생산화에 의한 경제적인 절감에 기여할 수 있다. 뿐만 아니라, 원자층 증착법은 주기적으로 반응물을 공급과 배출 반복함으로써 코팅막이 형성되는 대상의 표면과 반응물 사이의 화학적 흡착 반응을 통하여 자기 포화 표면 반응을 일으키며 원자층 단위로 코팅층을 형성함으로써 우수한 균일성 코팅막을 형성할 수 있다.In recent years, with the development of highly direct devices, the dry coating film deposition process of atomic layer deposition (ALD) is widely used in the semiconductor and display fields to form a functional coating layer at the level of several or tens of nanometers (nm). . The atomic layer deposition method is a kind of dry coating film deposition method and does not require a more complicated process than the wet method, so it can contribute to economic savings due to mass production. In addition, the atomic layer deposition method generates a magnetic saturation surface reaction through a chemical adsorption reaction between the surface of the object on which the coating film is formed and the reactant by periodically supplying and discharging the reactant, and forming the coating layer in atomic layer units provides excellent uniformity. Can be formed.

기존에 다양한 크기와 형상을 가지는 미세 입자들의 표면에 코팅막을 원자층 증착법 방식으로 도입하기 위해서 여러 가지 종류의 원자층 증착 방법이 고안되어져 왔다. 먼저, 일반 평판 기판에 증착하는 법과 같이 미세 입자들을 홈이 파인 공간에 투입하여 정적인 상태에서 증착하는 방식을 통해 원자층 증착법 연구가 먼저 선행되었다. 이 방식은 미세 입자가 정적인 상태에 놓여져 있기 때문에 기판 표면에 있는 미세 입자에서 가장 아래쪽에 있는 미세 입자까지 균일하게 증착하기 위해서는 반응물들이 아래쪽의 미세 입자까지 충분히 확산될 수 있도록 오랜 시간 동안 주입해야 하는 문제점으로 인하여 균일한 코팅 층을 얻기가 어렵기 때문에 공정 시간이 길어지고 반응하지 못하는 반응물에 대한 낭비 및 특성 불균일로 인해 대량 생산시 활용하기 어렵다.Conventionally, various types of atomic layer deposition methods have been devised in order to introduce a coating film on the surface of fine particles having various sizes and shapes by the atomic layer deposition method. First, research on the atomic layer deposition method preceded by a method of depositing in a static state by injecting fine particles into a grooved space like a method of depositing on a general flat plate. In this method, since the fine particles are placed in a static state, in order to deposit evenly from the fine particles on the surface of the substrate to the fine particles at the bottom, it is necessary to inject for a long time so that the reactants can sufficiently diffuse to the fine particles below the substrate. Due to the problem, it is difficult to obtain a uniform coating layer, so the process time is lengthened, and it is difficult to utilize in mass production due to waste and non-uniformity of properties of reactants that cannot react.

따라서 미세 입자를 진공챔버 내에서 유동화를 시킴으로써 공정 시간을 줄이고 균일한 코팅층을 얻고자 하는 연구가 진행되어지고 있다. 예컨대, 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0006420호, 제10-2014-0128645호 또는 대한민국 공개실용신안공보 제20-2016-0004136호와 같이, 챔버 내부를 튜브형으로 만들어 회전을 통하여 내부의 미세 입자를 교반시키며 금속 소결 필터로 주입되어 반응물 가스는 그 몸체에 형성된 다수의 구멍을 통해서 배출하는 방식의 회전식 유동 방식이 고안되었다. 하지만 이러한 방식의 경우, 회전하는 튜브형 챔버와 반응물을 제공하는 부분이 연결되어 있으므로, 챔버를 분리해 코팅된 미세 입자를 회수하는 데 어려움이 있어서 전체적인 수율에 대한 문제점이 존재하며, 장치가 복잡해지는 문제점이 존재한다. 또한 회전식 유동층으로 균일한 코팅을 유도한다 하더라도 수평으로 주입되는 반응물 가스 주입구에 원통 면에서 가까운 위치에는 반응물과 파우더사이의 화학적 반응을 할 확률이 높지만 반응물 가스 주입구와 가장 멀리 떨어진 파우더에는 반응할 확률이 떨어지게 된다. 가장 큰 문제점 중 하나는, 원통면에 주입구 반대편의 다수의 구멍으로 가스가 배출되는 데, 배출구에서 파우더가 축척되어 막히게 되고, 이로 인해 가스 주입구 쪽에 주로 반응체가 원활하게 흐르게 되어서 배출구 쪽에 축적되어있는 미세 입자에 화학적 반응 확률이 떨어지게 된다. Therefore, research is being conducted to reduce the process time and obtain a uniform coating layer by fluidizing fine particles in a vacuum chamber. For example, as in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0006420, 10-2014-0128645, or Korean Utility Model Publication No. 20-2016-0004136, the inside of the chamber is made into a tubular shape, and fine particles inside the chamber are rotated through rotation. A rotary flow method was devised in which the reactant gas was injected through a metal sintering filter while stirring and discharged through a plurality of holes formed in the body. However, in this method, since the rotating tubular chamber and the part providing the reactant are connected, it is difficult to separate the chamber and recover the coated fine particles, so there is a problem with respect to the overall yield, and the device becomes complicated. Exists. In addition, even if a uniform coating is induced by a rotating fluidized bed, there is a high probability of a chemical reaction between the reactant and the powder at a position close to the cylinder surface to the reactant gas injection port injected horizontally, but the probability of reacting to the powder farthest from the reactant gas injection port. Will fall. One of the biggest problems is that gas is discharged through a number of holes opposite the injection port on the cylindrical surface, and the powder accumulates at the discharge port and becomes clogged. The probability of chemical reaction to the particles decreases.

이러한 회전식 유동층 방식 이외에도, 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0008667호와 같이, 반응기 내부에 교반 장치를 삽입하여 미세 입자를 유동시키는 교반식 유동 방식이 있다. 하지만, 교반 장치에 불구하고 파우더 입자가 충분히 부유되지 않는 문제점과 반응기 내 각진 모서리에 존재하는 파우더는 또한 반응 확률이 떨어지기 때문에 더 많은 반응물의 투입 및 균일한 코팅층을 형성하기 어렵다는 문제점이 있다.In addition to such a rotary fluidized bed method, there is a stirring flow method in which fine particles are flowed by inserting a stirring device into the reactor, as in Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2015-0008667. However, there is a problem in that the powder particles are not sufficiently suspended despite the stirring device, and the powder present at the angled corners in the reactor also has a low reaction probability, so that it is difficult to add more reactants and form a uniform coating layer.

특히, 상기에 언급된 회전식 유동방식 및 교반식 유동 방식의 원자층 증착기의 경우, 본 발명의 글라스 버블 미세 입자와 같이 가볍고 밀도가 낮은 입자를 적용하는 경우, 미세 입자의 유실이 매우 높은 문제점을 가진다.In particular, in the case of the above-mentioned atomic layer evaporator of the rotary flow method and the agitated flow method, when light and low-density particles such as the glass bubble fine particles of the present invention are applied, the loss of fine particles has a very high problem. .

따라서, 전술한 문제점을 보완하기 위해 본 발명가들은 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기 및 이를 이용한 코팅방법에 대한 개발이 시급하다 인식하여, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, in order to compensate for the above-described problems, the present inventors recognized that it is urgent to develop an atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles and a coating method using the same, and completed the present invention.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-0006420호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0006420 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0128645호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0128645 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0008667호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0008667 대한민국 공개실용신안공보 제20-2016-0004136호Republic of Korea Public Utility Model Publication No. 20-2016-0004136

본 발명의 목적은 가볍고 낮은 밀도를 가지는 글라스 버블 미세 입자에 균일한 수 또는 수십 나노미터(nm) 두께의 코팅 박막을 형성할 수 있는, 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기 및 이를 이용한 코팅방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is an atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles, capable of forming a coating thin film having a thickness of uniform number or tens of nanometers (nm) on light and low-density glass bubble fine particles, and It is to provide a coating method used.

본 발명의 다른 목적은 가볍고 낮은 밀도를 가지는 글라스 버블 미세 입자의 유실을 최소화하고, 균일한 기능성을 나타낼 수 있는 코팅층이 쉘 구조의 글라스 버블 미세입자 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 쉘(Double Shell)구조 미세 입자를 대량으로 생산이 가능한 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기 및 이를 이용한 코팅방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is a double shell, characterized in that a coating layer capable of minimizing the loss of light and low density glass bubble microparticles and exhibiting uniform functionality is formed on the surface of the glass bubble microparticles having a shell structure. To provide an atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles capable of mass-producing shell) structure fine particles and a coating method using the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기 및 이를 이용한 코팅방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles, and a coating method using the same.

이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present specification will be described in more detail.

본 발명은 하부면을 통해 반응물이 공급되며, 공급된 상기 반응물이 상부면을 통해 배출될 수 있는 공정 통로가 형성된 유동층 반응기; 상기 유동층 반응기 내부로 반응물을 공급하는 반응물 공급부; 상기 유동층 반응기 내에 반응 가스 및 퍼지 가스를 공급하기 위한 가스 공급부; 및 상기 유동층 반응기 내의 압력을 조절하기 위한 압력 제어부;를 포함하는 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기를 제공한다.The present invention is a fluidized bed reactor in which a reactant is supplied through a lower surface and a process passage through which the supplied reactant can be discharged through an upper surface is formed; A reactant supply unit for supplying a reactant into the fluidized bed reactor; A gas supply unit for supplying a reaction gas and a purge gas into the fluidized bed reactor; And a pressure control unit for controlling the pressure in the fluidized bed reactor; and an atomic layer evaporator for functional coating of fine particles of low-density glass bubbles.

본 발명에 있어서, 상기 유동층 반응기는, 상기 유동층 반응기를 탈부착 시키기 위해 상기 유동층 반응기의 외형과 대응되는 형상으로 형성되는 반응기 케이스; 상기 글라스 버블 미세 입자의 유실을 방지하기 위한 상부 메쉬; 및 상기 가스 공급부를 통해 공급된 상기 반응 가스를 균일하게 공급하기 위한 하부 메쉬;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the fluidized bed reactor comprises: a reactor case formed in a shape corresponding to the outer shape of the fluidized bed reactor in order to attach and attach the fluidized bed reactor; An upper mesh for preventing loss of the glass bubble fine particles; And a lower mesh for uniformly supplying the reactive gas supplied through the gas supply unit.

본 발명에 있어서, 상기 하부 메쉬 내부에 일체형으로 형성되고, 1 내지 10 g/cm3 밀도 및 0.1 내지 5 밀리미터(mm)의 입자 크기를 갖는 구슬 형태의 원형 비즈(bead); 및 상기 유동층 반응기 내의 상기 상부 메쉬에 부착된 글라스 버블 미세 입자를 탈착시키시 위해 규칙적인 진동을 공급하는 진동 공급부;를 추가적으로 포함할 수 있으며, 상기 진동 공급부는 기계적 진동, 공압 진동, 전자력 진동 또는 초음파 진동을 공급하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, circular beads in the form of beads integrally formed inside the lower mesh and having a density of 1 to 10 g/cm 3 and a particle size of 0.1 to 5 millimeters (mm); And a vibration supply unit for supplying regular vibrations to desorb the glass bubble fine particles attached to the upper mesh in the fluidized bed reactor, wherein the vibration supply unit may further include mechanical vibration, pneumatic vibration, electromagnetic vibration, or ultrasonic vibration. It is characterized in that to supply.

본 발명에 있어서, 상기 유동층 반응기는 상기 유동층 반응기 내부의 압력 저하를 유도할 수 있기 위해 상기 유동층 반응기 하부면의 폭이 상부면의 폭보다 상대적으로 좁게 형성(downwards tapering)되고, 상기 하부면은 상기 상부면에 상대적으로 좁은 폭으로 형성되어 있고, 수직 단면을 기준으로 하향 경사지게 형성되어, 상기 상부면과 하부면의 공간 격차로 인해 상기 유동층 반응기 내부에 유동하고 있는 상기 글라스 버블 미세 입자를 하강시킬 때 떨어 질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the fluidized bed reactor, the width of the lower surface of the fluidized bed reactor is relatively narrower than the width of the upper surface in order to induce a pressure drop in the fluidized bed reactor (downwards tapering), and the lower surface is the When lowering the glass bubble fine particles flowing in the fluidized bed reactor due to a space gap between the upper and lower surfaces that are formed with a relatively narrow width on the upper surface and inclined downward based on a vertical cross-section. It is characterized in that it can fall.

본 발명에 있어서, 상기 반응물 공급부는 상기 유동층 반응기에 금속 반응물을 공급하는 반응체 공급부; 및 상기 글라스 버블 미세 입자에 화학 흡착하기 위해 상기 금속 반응물을 산화시키는 전구체를 공급하는 전구체 공급부;로 구성된 것을 특징으로 한다.In the present invention, the reactant supply unit includes a reactant supply unit for supplying a metal reactant to the fluidized bed reactor; And a precursor supply unit supplying a precursor for oxidizing the metal reactant in order to chemically adsorb the glass bubble fine particles.

본 발명에 있어서, 상기 가스 공급부는 상기 글라스 버블 미세 입자의 쉘 부분을 코팅하기 위한 반응 가스를 공급하기 위한 제1 가스 공급부; 및 상기 반응 가스를 운반하기 위한 퍼지 가스를 상기 공정 통로에 공급하기 위한 제2 가스 공급부;로 구성되고, 상기 제1 가스 공급부 및 제2 가스 공급부는 상기 반응 가스 및 퍼지 가스의 흐름을 제어하기 위한 MFC(Mass Flow Controller, 질량 흐름 제어기);를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the gas supply unit comprises: a first gas supply unit for supplying a reaction gas for coating the shell portion of the glass bubble fine particles; And a second gas supply unit for supplying a purge gas for transporting the reaction gas to the process passage, wherein the first gas supply unit and the second gas supply unit control the flow of the reaction gas and the purge gas. It characterized in that it includes; MFC (Mass Flow Controller, mass flow controller).

본 발명에 있어서, 상기 압력 제어부는 상기 유동층 반응기 내부의 압력을 기저 상태로 제어하기 위한 로터리 펌프; 및 상기 유동층 반응기 내에 존재하는 글라스 버블 미세 입자를 균일하게 유동시키기 위해 상기 유동층 반응 내부의 압력을 조절하기 위한 스로플 밸브(throttle valve);로 구성된 것을 특징으로 한다.In the present invention, the pressure control unit includes a rotary pump for controlling the pressure inside the fluidized bed reactor to a ground state; And a throttle valve for adjusting the pressure inside the fluidized bed reaction in order to uniformly flow the glass bubble fine particles present in the fluidized bed reactor.

또한 본 발명은 상기 원자층 증착기를 이용하여, (S1) 글라스 버블 미세 입자 및 금속 전구체를 공급하는 단계; (S2) 퍼지 가스(purge gas)를 공급하는 단계; (S3) 반응 가스를 공급하는 단계; 및 (S4) 퍼지 가스를 공급하여 상기 글라스 버블 미세 입자에 기능성 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기를 이용한 코팅방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of: (S1) supplying fine glass bubble particles and a metal precursor using the atomic layer evaporator; (S2) supplying a purge gas; (S3) supplying a reaction gas; And (S4) supplying a purge gas to form a functional coating layer on the fine glass bubble particles; providing a coating method using an atomic layer evaporator for functional coating of the low-density glass bubble fine particles.

본 발명에 있어서, 상기 코팅방법은 상기 (S1) 내지 (S4) 단계로 구성된 원자층 증착 사이클을 원자층 증착법을 통해 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the coating method is characterized in that the atomic layer deposition cycle consisting of the steps (S1) to (S4) is repeated one or more times through the atomic layer deposition method.

본 발명에 있어서, 상기 글라스 버블 미세 입자는, 미세 입자 내부가 비어있는 쉘(Shell) 형태로서, 상기 쉘 내부(코어) 부분은 비어있으며, 상기 쉘 부분은 50 나노미터(nm) 내지 300 밀리미터(mm) 두께의 소다라임 보로실리케이트 글래스(Soda Lime Borosilicate Glass) 또는 실리카(SiO2)로 형성된 것을 특징으로 한다.In the present invention, the glass bubble microparticles are in the form of a shell in which the inside of the microparticles is empty, the inner (core) part of the shell is empty, and the shell part is 50 nanometers (nm) to 300 millimeters ( mm) is characterized in that it is formed of thick soda lime borosilicate glass (Soda Lime Borosilicate Glass) or silica (SiO 2 ).

본 발명의 원자층 증착기 및 이를 이용한 코팅방법에서 언급된 모든 사항을 서로 모순되지 않는 한 동일하게 적용된다.All matters mentioned in the atomic layer evaporator of the present invention and the coating method using the same are applied equally unless contradictory to each other.

본 발명의 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기 및 이를 이용한 코팅방법은 가볍고 낮은 밀도를 가지는 글라스 버블 미세 입자의 표면 상에 기능성 코팅의 두께 조절이 가능하며, 반응 가스를 아래서 위 방향으로 투입시켜 저밀도 글라스 버블 미세 입자에 균일하게 두께를 가지는 기능성 코팅층 형성을 보다 용이하게 할 수 있으며, 이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 동일한 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. 글라스 버블 미세 입자를 유동시켜 압력, 온도, 진동 등의 조절을 통해 가스를 균일하게 흐르게 하여 균일한 코팅층이 형성될 수 있다.The atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles of the present invention and a coating method using the same can adjust the thickness of the functional coating on the surface of the glass bubble fine particles having a light and low density, and the reaction gas is directed from the bottom to the top. It is possible to more easily form a functional coating layer having a uniform thickness on the low-density glass bubble microparticles by adding it, and with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described. The same reference numerals shown in each drawing indicate the same member. In describing the present invention, detailed descriptions of related known functions or configurations are omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention. A uniform coating layer may be formed by allowing the gas to flow evenly through control of pressure, temperature, vibration, etc. by flowing the glass bubble fine particles.

또한, 본 발명의 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기 및 이를 이용한 코팅방법은 낮은 밀도를 가지는 글라스 버블 미세 입자의 유실을 최소화하여 최종 수율을 높일 수 있고, 기존 습식 공정과 다르게 복잡한 공정 및 시간이 줄어들며 배치(batch) 형태 반응기를 제작하여 이용하므로 기능성 코팅층이 쉘 구조의 글라스 버블 미세 입자표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 쉘(Double Shell) 구조의 미세 입자를 대량으로 생산이 가능하다.In addition, the atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles of the present invention and a coating method using the same can increase the final yield by minimizing loss of glass bubble fine particles having a low density, and are complex different from the existing wet process. Since the process and time are reduced and batch-type reactors are manufactured and used, the production of fine particles of a double shell structure in large quantities, characterized in that the functional coating layer is formed on the surface of the glass bubble fine particles of the shell structure, is possible. It is possible.

도 1은 본 발명의 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기의 전체적인 장치 구성도이다.
도 2는 본 발명의 원자층 증착기의 구성인 유동층 반응기에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 원자층 증착기를 이용해 코팅층이 형성된 글라스 버블 미세 입자의 전자주사현미경(Scanning Electron Microscopy; SEM) 이미지이다.
도 4는 본 발명의 원자층 증착기를 이용해 코팅층이 형성된 글라스 버블 미세 입자의 조성 분포를 확인한 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy; TEM) 이미지이다.
1 is an overall device configuration diagram of an atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles of the present invention.
2 is a schematic diagram of a fluidized bed reactor, which is a configuration of the atomic layer deposition apparatus of the present invention.
3 is a scanning electron microscopy (SEM) image of glass bubble microparticles on which a coating layer is formed using the atomic layer deposition machine of the present invention.
4 is a Transmission Electron Microscopy (TEM) image confirming the composition distribution of fine particles of glass bubbles on which a coating layer is formed using the atomic layer evaporator of the present invention.

본 발명은 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기 및 이를 이용한 코팅방법을 제공한다.The present invention provides an atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles and a coating method using the same.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the implementation of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present invention, a description of a function or configuration that is already known will be omitted in order to clarify the gist of the present invention.

이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present specification will be described in more detail.

저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기Atomic Layer Evaporator for Functional Coating of Low Density Glass Bubble Fine Particles

도 1은 본 발명의 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기의 전체적인 장치 구성도이고, 도 2는 본 발명의 원자층 증착기의 구성인 유동층 반응기에 대한 모식도이다.FIG. 1 is an overall apparatus configuration diagram of an atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a fluidized bed reactor that is a configuration of an atomic layer evaporator of the present invention.

본 발명은 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기를 제공한다.The present invention provides an atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles.

보다 구체적으로, 본 발명의 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기(100)는, 하부면을 통해 반응물이 공급되며, 공급된 상기 반응물이 상부면을 통해 배출될 수 있는 공정 통로가 형성된 유동층 반응기(110); 상기 유동층 반응기(110) 내부로 반응물을 공급하는 반응물 공급부(120); 상기 유동층 반응기(110) 내에 반응 가스 및 퍼지 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(130); 및 상기 유동층 반응기(110) 내의 압력을 조절하기 위한 압력 제어부(140);를 포함하는 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기(100)를 제공한다.More specifically, the atomic layer evaporator 100 for functional coating of low-density glass bubble fine particles of the present invention has a process passage through which a reactant is supplied through a lower surface, and the supplied reactant can be discharged through an upper surface. The formed fluidized bed reactor 110; A reactant supply unit 120 for supplying a reactant into the fluidized bed reactor 110; A gas supply unit 130 for supplying a reaction gas and a purge gas into the fluidized bed reactor 110; And a pressure control unit 140 for controlling the pressure in the fluidized bed reactor 110; and an atomic layer deposition machine 100 for functional coating of fine particles of low-density glass bubbles.

본 발명에 있어서, 상기 유동층 반응기(110)는 길이 방향으로 연장된 형태로 형성될 수 있으며, 하부면을 통해 반응물 및 가스가 공급되며, 공급된 상기 반응물 및 가스가 상부면을 통해 배출될 수 있는 공정 통로로 형성될 수 있다. 또한, 상기 유동층 반응기(110)는 원자층 증착법에 의한 코팅 공정이 이루어지는 공정 챔버의 역할을 수행할 수 있다.In the present invention, the fluidized bed reactor 110 may be formed in a shape extending in the longitudinal direction, a reactant and gas are supplied through a lower surface, and the supplied reactant and gas can be discharged through an upper surface. It can be formed as a process passage. In addition, the fluidized bed reactor 110 may serve as a process chamber in which a coating process using an atomic layer deposition method is performed.

본 발명에 있어서, 상기 유동층 반응기(110)는 상기 유동층 반응기(110) 내부의 압력 저하를 유도할 수 있기 위해 상기 유동층 반응기(110) 하부면의 폭이 상부면의 폭보다 상대적으로 좁게 형성(downwards tapering)될 수 있다. 보다 구체적으로, 베르누이의 법칙(Bernoulli's theorem)에 따라 상기 유동층 반응기(110)의 하부면과 같이 상대적으로 폭이 좁게 형성되면 낮은 압력에서 높은 유동성을 갖는 상기 글라스 버블 미세 입자가 상대적으로 넓은 폭을 갖는 상기 유동층 반응기(110) 상부면으로 향하게 되고, 이 때 압력이 높아지면서 유속을 낮아져 상기 글라스 버블 미세 입자가 다시 가라앉게 되므로, 상기 글라스 버블 미세 입자의 유실 또는 손실 없이 우수한 유동성을 갖는 글라스 버블 미세 입자를 얻을 수 있다.In the present invention, in the fluidized bed reactor 110, the width of the lower surface of the fluidized bed reactor 110 is relatively narrower than the width of the upper surface in order to induce a pressure drop in the fluidized bed reactor 110 (downwards tapering). More specifically, according to Bernoulli's theorem, when the width is relatively narrow, like the lower surface of the fluidized bed reactor 110, the glass bubble fine particles having high fluidity at a low pressure have a relatively wide width. It is directed to the upper surface of the fluidized bed reactor 110, and at this time, as the pressure increases, the flow rate is lowered so that the glass bubble fine particles sink again, so that the glass bubble fine particles have excellent fluidity without loss or loss of the glass bubble fine particles. Can be obtained.

본 발명에 있어서, 상기 유동층 반응기(110)의 하부면은 상기 상부면에 상대적으로 좁은 폭으로 형성되어 있고, 수직 단면을 기준으로 하향 경사지게 형성될 수 있다. In the present invention, the lower surface of the fluidized bed reactor 110 is formed with a relatively narrow width on the upper surface, and may be formed to be inclined downward based on a vertical cross section.

본 발명에 있어서, 상기 상부면과 하부면의 공간 폭 격차로 인해 상기 유동층 반응기(110) 내부에 유동하고 있는 상기 글라스 버블 미세 입자를 하강시킬 때 탈착시킬 수 있으며, 상기 글라스 버블 미세 입자가 탈착되어 다시 가라앉을 경우 상기 유동층 반응기(110) 하부면의 하향 경사진 부분을 통해 다시 아래쪽으로 향해 유동성을 회복할 수 있게 된다.In the present invention, when the glass bubble fine particles flowing in the fluidized bed reactor 110 are lowered due to the gap in the space width between the upper surface and the lower surface, the glass bubble fine particles are desorbed. When it sinks again, it is possible to recover the fluidity toward the bottom again through the downwardly inclined portion of the lower surface of the fluidized bed reactor 110.

본 발명에 있어서, 상기 유동층 반응기(110)는 상기 유동층 반응기(110)를 탈부착 시키기 위해 상기 유동층 반응기(110)의 외형과 대응되는 형상으로 형성되는 반응기 케이스(116); 상기 글라스 버블 미세 입자의 유실을 방지하기 위한 상부 메쉬(111); 및 상기 가스 공급부(130)를 통해 공급된 상기 반응 가스를 균일하게 공급하기 위한 하부 메쉬(112);를 포함할 수 있다.In the present invention, the fluidized bed reactor 110 includes a reactor case 116 formed in a shape corresponding to the outer shape of the fluidized bed reactor 110 in order to attach and attach the fluidized bed reactor 110; An upper mesh 111 for preventing loss of the fine glass bubble particles; And a lower mesh 112 for uniformly supplying the reactive gas supplied through the gas supply unit 130.

본 발명에 있어서, 상기 반응기 케이스(116)는 상기 유동층 반응기(110)를 용이하게 탈부착 시키기 위해 상기 유동층 반응기(110)의 외형과 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 글라스 버블 미세 입자 제조 시 상기 유동층 반응기(110)를 고정시키기 위해 상기 반응기 케이스(116)에 부착시키고, 상기 글라스 버블의 주입 또는 제거 시 상기 유동층 반응기(110)를 상기 반응기 케이스(116)에서 용이하게 탈착 시킬 수 있다.In the present invention, the reactor case 116 may be formed in a shape corresponding to the outer shape of the fluidized bed reactor 110 in order to easily attach and detach the fluidized bed reactor 110. More specifically, when the glass bubble fine particles are manufactured, the fluidized bed reactor 110 is attached to the reactor case 116 to fix the fluidized bed reactor 110, and when the glass bubble is injected or removed, the fluidized bed reactor 110 is attached to the reactor case ( 116) can be easily removed.

본 발명에 있어서, 상기 상부 메쉬(111) 및 하부 메쉬(112)는 10 내지 100 마이크로미터(um)의 기공 크기를 가지며, 상기 글라스 버블 미세 입자의 무게, 밀도 또는 크기에 따라 조절될 수 있으므로, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the upper mesh 111 and the lower mesh 112 have a pore size of 10 to 100 micrometers (um), and can be adjusted according to the weight, density or size of the glass bubble fine particles, It is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 유동층 반응기(110)는 상기 하부 메쉬(112) 내부에 일체형으로 형성되고, 1 내지 10 g/cm3 밀도 및 0.1 내지 5 밀리미터(mm)의 입자 크기를 갖는 구슬 형태의 원형 비즈(bead)(113); 및 상기 유동층 반응기(110) 내의 상기 상부 메쉬(111)에 부착된 글라스 버블 미세 입자를 탈착시키시 위해 규칙적인 진동을 공급하는 진동 공급부(114);를 추가적으로 포함할 수 있다.In the present invention, the fluidized bed reactor 110 is integrally formed inside the lower mesh 112, and has a density of 1 to 10 g/cm 3 and a particle size of 0.1 to 5 millimeters (mm). Beads 113; And a vibration supply unit 114 for supplying regular vibrations to desorb the glass bubble fine particles attached to the upper mesh 111 in the fluidized bed reactor 110.

본 발명에 있어서, 상기 원형 비즈(113)는 상기 글라스 버블 미세 입자보다 높은 밀도와 큰 입자 크기를 가지며, 상기 원형 비즈(113)는 상기 하부 메쉬(112)의 길이보다 0.5 내지 3 센티미터(cm) 길게 형성되어 투입될 수 있다. 또한, 상기 원형 비즈(113)는 상기 하부 메쉬(112)을 통해 공급된 반응 가스를 균일한 가스 유로가 형성될 수 있다.In the present invention, the circular beads 113 have a higher density and a larger particle size than the glass bubble fine particles, the circular beads 113 is 0.5 to 3 centimeters (cm) than the length of the lower mesh 112 It is formed long and can be introduced. In addition, the circular beads 113 may have a uniform gas flow path for the reaction gas supplied through the lower mesh 112.

본 발명에 있어서, 상기 진동 공급부(114)는 상기 유동층 반응기(110)의 상부면에 일체형으로 부착되어 원자층 증착법에 의한 코팅 공정 시 진동을 가하게 할 수 있으며, 이로 인해 상기 글라스 버블 미세 입자를 골고루 섞으므로 유동성을 높일 수 있으며, 상기 상부 메쉬(111)에 부착될 수 있는 상기 글라스 버블 미세 입자를 일시적으로 탈착시킬 수 있다.In the present invention, the vibration supply unit 114 is integrally attached to the upper surface of the fluidized bed reactor 110 to apply vibration during the coating process by the atomic layer deposition method. By mixing, fluidity may be increased, and the fine glass bubble particles that may be attached to the upper mesh 111 may be temporarily desorbed.

본 발명에 있어서, 상기 진동 공급부(114)는 기계적 진동, 공압 진동, 전자력 진동 또는 초음파 진동을 공급할 수 있으며, 상기 상부 메쉬(111)에 부착된 글라스 버블 미세 입자를 탈착시키기 위해 공급되는 규칙적인 진동이라면 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the vibration supply unit 114 may supply mechanical vibration, pneumatic vibration, electromagnetic vibration, or ultrasonic vibration, and regular vibration supplied to detach the glass bubble fine particles attached to the upper mesh 111 If so, it is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 유동층 반응기(110)는 원자층 증착법에 의한 코팅 공정 시, 공정 온도를 조절 및 제어할 수 있는 온도 조절부(115)를 추가적으로 포함할 수 있다. In the present invention, the fluidized bed reactor 110 may additionally include a temperature controller 115 capable of controlling and controlling a process temperature during a coating process by an atomic layer deposition method.

본 발명에 있어서, 상기 온도 조절부(115)는 중앙에 열선이 존재하여 상기 열선 주위로 하여 단열 소재를 감싸는 형태로 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로 단열판으로 상기 열선 주위를 감싸는 형태일 수 있다.In the present invention, the temperature control unit 115 may be formed in a form in which a heat wire exists in the center to surround the heat wire to surround the heat insulating material, and more specifically, may be a form to wrap around the heat wire with an insulating plate.

본 발명에 있어서, 상기 유동층 반응기(110)의 상부 메쉬(111)는 센터링(117)과 일체형으로 형성될 수 있으며, 상기 하부 메쉬(112)는 상기 유동층 반응기(110)와 일체형으로 형성될 수 있다.In the present invention, the upper mesh 111 of the fluidized bed reactor 110 may be integrally formed with the centering 117, and the lower mesh 112 may be integrally formed with the fluidized bed reactor 110. .

보다 구체적으로, 일반적인 센터링은 중공형의 형태로 형성되어 관과 관의 통로를 이어주지만, 본 발명의 상기 센터링(117)은 상기 글라스 버블의 유실을 방지하기 위헤 상기 상부 메쉬(111)와 상기 센터링(117)이 일체형으로 형성되는 것이다. More specifically, the general centering is formed in a hollow shape to connect the passage between the tube and the tube, but the centering 117 of the present invention is the upper mesh 111 and the centering to prevent loss of the glass bubble. (117) is formed in one piece.

본 발명에 있어서, 상기 센터링(117)은 오링(118)으로 싸여 있으며, 상기 오링(118)은 원형 형태로, 탄성이 있는 소재로 제작될 수 있으며, 바람직하게는 바이톤일 수 있다. In the present invention, the center ring 117 is wrapped with an O-ring 118, and the O-ring 118 has a circular shape and may be made of a material having elasticity, and may be preferably a viton.

본 발명에 있어서, 상기 반응물 공급부(120)는 상기 유동층 반응기(110)에 금속 반응물을 공급하는 반응체 공급부(121); 및 상기 글라스 버블 미세 입자에 화학 흡착하기 위해 상기 금속 반응물을 산화시키는 전구체를 공급하는 전구체 공급부(122);로 구성된 것을 특징으로 한다.In the present invention, the reactant supply unit 120 includes a reactant supply unit 121 for supplying a metal reactant to the fluidized bed reactor 110; And a precursor supply unit 122 supplying a precursor for oxidizing the metal reactant in order to chemically adsorb the glass bubble fine particles.

보다 구체적으로, 상기 저밀도 글라스 버블에 금속 전구체를 코팅하고자 할 때, 상기 반응체 공급부(121)에서 공급되는 금속 반응물을 산화시키기 위해 상기 전구체 공급부(122)에서 전구체를 공급하여 금속 산화물이 형성되고, 상기 금속 산화물이 상기 저밀도 글라스에 코팅층을 형성하여 상기 저밀도 글라스 버블 미세 입자를 형성할 수 있다.More specifically, when a metal precursor is to be coated on the low-density glass bubble, a metal oxide is formed by supplying a precursor from the precursor supply unit 122 to oxidize the metal reactant supplied from the reactant supply unit 121, The metal oxide may form a coating layer on the low-density glass to form the low-density glass bubble fine particles.

본 발명에 있어서, 상기 반응물 공급부(120)는 상기 유동층 반응기(110)와 연결관을 통해 연결되어 있으며, 상기 연결관은 상기 반응물, 즉 글라스 버블 미세 입자 또는 금속 전구체보다 높은 온도를 유지하기 위해 중앙에 열선이 존재하여 상기 열선 주위로 하여 단열 소재를 감싸는 형태로 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로 단열판으로 상기 열선 주위를 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상기 연결관의 열선은 온도를 올려주거나, 쿨러로 차가운 온도를 유지하는 온도 조절 장치를 추가적으로 포함할 수 있다. In the present invention, the reactant supply unit 120 is connected to the fluidized bed reactor 110 through a connection pipe, and the connection pipe is a central part to maintain a higher temperature than the reactant, that is, glass bubble fine particles or metal precursors. The heating wire may be formed in a form surrounding the heating wire to surround the heat-insulating material, and more specifically, may be configured to surround the heating wire with a heat-insulating plate. In addition, the heating wire of the connection pipe may additionally include a temperature control device that raises a temperature or maintains a cool temperature with a cooler.

본 발명에 있어서, 상기 가스 공급부(130)는 상기 글라스 버블 미세 입자의 쉘 부분을 코팅하기 위한 반응 가스를 공급하기 위한 제1 가스 공급부(131); 및 상기 반응 가스를 운반하기 위한 퍼지 가스를 상기 공정 통로에 공급하기 위한 제2 가스 공급부(132);로 구성되고, 상기 제1 가스 공급부(131) 및 제2 가스 공급부(132)는 상기 반응 가스 및 퍼지 가스의 흐름을 제어하기 위한 MFC(Mass Flow Controller, 질량 흐름 제어기)(133);를 포함할 수 있다.In the present invention, the gas supply unit 130 includes a first gas supply unit 131 for supplying a reaction gas for coating the shell portion of the glass bubble fine particles; And a second gas supply unit 132 for supplying a purge gas for transporting the reaction gas to the process passage, wherein the first gas supply unit 131 and the second gas supply unit 132 are the reaction gas And a Mass Flow Controller (MFC) 133 for controlling the flow of the purge gas.

본 발명에 있어서, 상기 압력 제어부(140)는 상기 유동층 반응기(110) 내부의 압력을 기저 상태로 제어하기 위한 로터리 펌프(141); 및 상기 유동층 반응기(110) 내에 존재하는 글라스 버블 미세 입자를 균일하게 유동시키기 위해 상기 유동층 반응 내부의 압력을 조절하기 위한 스로플 밸브(throttle valve)(142);로 구성될 수 있다.In the present invention, the pressure control unit 140 includes a rotary pump 141 for controlling the pressure inside the fluidized bed reactor 110 to a ground state; And a throttle valve 142 for adjusting the pressure inside the fluidized bed reaction in order to uniformly flow the glass bubble fine particles present in the fluidized bed reactor 110.

본 발명에 있어서, 상기 로터리 펌프(141)는 초기 진공화를 이루며 코팅 공정 중에도 운전 압력의 진공도를 일정하게 유지시킬 수 있다.In the present invention, the rotary pump 141 performs initial vacuum and can maintain a constant vacuum degree of the operating pressure even during the coating process.

본 발명에 있어서, 상기 스로플 밸브(142)는 상기 유동층 반응기(110)와 상기 로터리 펌프(141)가 연결되는 연결관 중간에 위치할 수 있다. In the present invention, the throttle valve 142 may be located in the middle of a connection pipe to which the fluidized bed reactor 110 and the rotary pump 141 are connected.

본 발명에 있어서, 상기 유동층 반응기(110) 하부면을 통해 상기 반응 가스가 주입되어 유속이 감소될 때 상기 글라스 버블 미세 입자가 정지하게 되고, 유속이 다시 증가하게 되면 상기 글라스 버블 미세 입자에 가해지는 저항과 중력이 동일해져 유동성을 가지게 되지만 펌핑되는 과정에서 상기 유동층 반응기(110) 내부의 압력이 낮아져 유속이 다소 빠르게 되면 펌핑되는 방향으로 상기 글라스 버블 미세 입자가 빨려 들어가 유실되는 문제가 발생하게 되며, 상기 스로플 밸브(142)를 통해 압력을 조절하여 다양한 사이즈의 글라스 버블 미세 입자의 유실을 최소화하여 코팅막을 형성할 수 있다. In the present invention, when the reaction gas is injected through the lower surface of the fluidized bed reactor 110 and the flow rate decreases, the glass bubble fine particles stop, and when the flow rate increases again, the glass bubble fine particles are applied. The resistance and gravity become the same to have fluidity, but when the pressure inside the fluidized bed reactor 110 is lowered and the flow rate is slightly increased during the pumping process, the glass bubble fine particles are sucked and lost in the pumping direction. A coating film may be formed by controlling the pressure through the throttle valve 142 to minimize loss of glass bubble fine particles of various sizes.

저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기를 이용한 코팅방법Coating Method Using Atomic Layer Evaporator for Functional Coating of Low Density Glass Bubble Fine Particles

본 발명은 상기 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기를 이용한 코팅방법을 제공한다.The present invention provides a coating method using an atomic layer evaporator for functional coating of the low-density glass bubble fine particles.

도 3은 본 발명의 원자층 증착기를 이용해 코팅층이 형성된 글라스 버블 미세 입자의 SEM 이미지이고, 도 4는 본 발명의 원자층 증착기를 이용해 코팅층이 형성된 글라스 버블 미세 입자의 조성 분포를 확인한 TEM 이미지이다.FIG. 3 is a SEM image of fine glass bubble particles having a coating layer formed using the atomic layer evaporator of the present invention, and FIG. 4 is a TEM image confirming the composition distribution of fine glass bubble particles having a coating layer formed using the atomic layer vapor deposition device of the present invention.

본 발명은 상기 원자층 증착기를 이용하여, (S1) 글라스 버블 미세 입자 및 금속 전구체를 공급하는 단계; (S2) 퍼지 가스(purge gas)를 공급하는 단계; (S3) 반응 가스를 공급하는 단계; 및 (S4)퍼지 가스를 공급하여 상기 글라스 버블 미세 입자에 기능성 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기를 이용한 코팅방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of: (S1) supplying fine glass bubble particles and a metal precursor using the atomic layer deposition machine; (S2) supplying a purge gas; (S3) supplying a reaction gas; And (S4) supplying a purge gas to form a functional coating layer on the fine glass bubble particles; provides a coating method using an atomic layer evaporator for functional coating of the low-density glass bubble fine particles comprising.

본 발명에 있어서, 상기 코팅방법은 상기 (S1) 내지 (S4) 단계로 구성된 원자층 증착 사이클을 원자층 증착법을 통해 1회 이상 반복하는 것일 수 있다.In the present invention, the coating method may be to repeat the atomic layer deposition cycle consisting of the steps (S1) to (S4) one or more times through the atomic layer deposition method.

본 발명에 사용된 용어 “퍼지 가스”란, 상기 제조방법에서 미반응된 금속 전구체, 반응가스 또는 부산물을 효율적으로 제거하기 위한 가스를 의미하며, Ar 또는 N2 gas 등이 활용될 수 있다.The term "purge gas" used in the present invention means a gas for efficiently removing unreacted metal precursors, reaction gases or by-products in the above manufacturing method, and Ar or N2 gas may be used.

본 발명에 사용된 용어 “반응 가스”란, 상기 Zn 및 Ti 전구체와 반응하여 TiZnO 코팅 박막을 형성할 수 있는 가스를 의미한다.The term "reactive gas" used in the present invention means a gas capable of forming a TiZnO coating thin film by reacting with the Zn and Ti precursors.

본 발명에 사용된 용어 “원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)”이란, 원자층 하나하나를 조절 할 수 있는 증착법을 의미한다.The term “atomic layer deposition (ALD)” used in the present invention means a deposition method capable of controlling each atomic layer.

본 발명에 있어서, 상기 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기는 앞서 기재한 바와 같다.In the present invention, the atomic layer evaporator for functional coating of the low-density glass bubble fine particles is as described above.

본 발명에 있어서, 상기 글라스 버블 미세 입자는 쉘(shell) 형태로서, 상기 쉘 내부(코어) 부분은 비어있으며, 상기 쉘 부분은 50 나노미터(nm) 내지 300 밀리미터(mm) 두께의 소다라임 보로실리케이트 글래스(Soda Lime Borosilicate Glass) 또는 실리카(SiO2)일 수 있다.In the present invention, the glass bubble fine particles are in the form of a shell, the inner (core) portion of the shell is empty, and the shell portion is a soda lime borough having a thickness of 50 nanometers (nm) to 300 millimeters (mm). It may be silicate glass (Soda Lime Borosilicate Glass) or silica (SiO 2 ).

본 발명의 원자층 증착기 및 이를 이용한 코팅방법에서 언급된 모든 사항을 서로 모순되지 않는 한 동일하게 적용된다.All matters mentioned in the atomic layer evaporator of the present invention and the coating method using the same are applied equally unless contradictory to each other.

이상 설명으로부터, 본 발명에 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.From the above description, it will be understood that those skilled in the art belonging to the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. In this regard, the embodiments described above are illustrative in all respects, and should be understood as non-limiting.

원자층 증착기 : 100
유동층 반응기 : 110
상부 메쉬 : 111
하부 메쉬 : 112
원형 비즈(bead) : 113
진동 공급부 : 114
온도 조절부 : 115
반응기 케이스 : 116
센터링 : 117
오링 : 118
반응물 공급부 : 120
반응체 공급부 : 121
전구체 공급부 : 122
가스 공급부 : 130
제1 가스 공급부 : 131
제2 가스 공급부 : 132
MFC : 133
압력 제어부 : 140
로터리 펌프 : 141
스로플 밸브(throttle valve) : 142
Atomic Layer Evaporator: 100
Fluidized bed reactor: 110
Upper mesh: 111
Lower mesh: 112
Round beads: 113
Vibration supply: 114
Temperature control unit: 115
Reactor Case: 116
Centering: 117
O-ring: 118
Reactant supply: 120
Reactant supply unit: 121
Precursor supply unit: 122
Gas supply: 130
First gas supply unit: 131
Second gas supply unit: 132
MFC: 133
Pressure control: 140
Rotary pump: 141
Throttle valve: 142

Claims (9)

하부면을 통해 반응물이 공급되며, 공급된 상기 반응물이 상부면을 통해 배출될 수 있는 공정 통로가 형성된 유동층 반응기;
상기 유동층 반응기 내부로 반응물을 공급하는 반응물 공급부;
상기 유동층 반응기 내에 반응 가스 및 퍼지 가스를 공급하기 위한 가스 공급부; 및
상기 유동층 반응기 내의 압력을 조절하기 위한 압력 제어부;를 포함하고,
상기 유동층 반응기는,
상기 유동층 반응기 내부에 위치하는 글라스 버블 미세 입자의 유실을 방지하기 위한 상부 메쉬;
상기 가스 공급부를 통해 공급된 상기 반응 가스를 균일하게 공급하기 위한 하부 메쉬; 및
상기 하부매쉬의 길이보다 0.5 내지 3 센티미터(cm) 길게 형성되도록 투입되고, 1 내지 10 g/cm3 밀도 및 0.1 내지 5 밀리미터(mm)의 입자 크기를 갖는 원형비즈(bead);를 포함하며,
상기 반응물은 금속 전구체인 Zn 및 Ti 전구체이며,
상기 반응물은 상기 글라스 버블 미세 입자의 쉘(shell) 부분에 코팅되어 기능성 코팅층을 형성하며,
상기 기능성 코팅층은 TiZnO 코팅 박막인 것을 특징으로 하는 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기.
A fluidized bed reactor in which a reactant is supplied through a lower surface and a process passage through which the supplied reactant can be discharged through an upper surface is formed;
A reactant supply unit for supplying a reactant into the fluidized bed reactor;
A gas supply unit for supplying a reaction gas and a purge gas into the fluidized bed reactor; And
Includes; a pressure control unit for adjusting the pressure in the fluidized bed reactor,
The fluidized bed reactor,
An upper mesh for preventing loss of fine glass bubble particles located inside the fluidized bed reactor;
A lower mesh for uniformly supplying the reactive gas supplied through the gas supply unit; And
Including; is injected so as to be formed to be 0.5 to 3 centimeters (cm) longer than the length of the lower mesh, and having a density of 1 to 10 g/cm 3 and a particle size of 0.1 to 5 millimeters (mm); and,
The reactants are metal precursors Zn and Ti precursors,
The reactant is coated on the shell portion of the glass bubble fine particles to form a functional coating layer,
The functional coating layer is an atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles, characterized in that the TiZnO coating thin film.
제1항에 있어서,
상기 유동층 반응기는,
상기 유동층 반응기를 탈부착 시키기 위해 상기 유동층 반응기의 외형과 대응되는 형상으로 형성되는 반응기 케이스; 및
상기 유동층 반응기 내의 상기 상부 메쉬에 부착된 글라스 버블 미세 입자를 탈착시키시 위해 규칙적인 진동을 공급하는 진동 공급부;를 추가적으로 포함할 수 있으며,
상기 진동 공급부는,
기계적 진동, 공압 진동, 전자력 진동 또는 초음파 진동을 공급하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착기.
The method of claim 1,
The fluidized bed reactor,
A reactor case formed in a shape corresponding to the outer shape of the fluidized bed reactor in order to attach and detach the fluidized bed reactor; And
It may further include a vibration supply unit for supplying regular vibration to desorb the glass bubble fine particles attached to the upper mesh in the fluidized bed reactor,
The vibration supply unit,
Atomic layer deposition machine, characterized in that supplying mechanical vibration, pneumatic vibration, electromagnetic vibration, or ultrasonic vibration.
제1항에 있어서,
상기 유동층 반응기는,
상기 유동층 반응기 내부의 압력 저하를 유도할 수 있기 위해 상기 유동층 반응기 하부면의 폭이 상부면의 폭보다 상대적으로 좁게 형성(downwards tapering)되고,
상기 하부면은 상기 상부면에 상대적으로 좁은 폭으로 형성되어 있고, 수직 단면을 기준으로 하향 경사지게 형성되어,
상기 상부면과 하부면의 공간 격차로 인해 상기 유동층 반응기 내부에 유동하고 있는 상기 글라스 버블 미세 입자를 하강시킬 때 떨어 질 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착기.
The method of claim 1,
The fluidized bed reactor,
In order to induce a pressure drop inside the fluidized bed reactor, the width of the lower surface of the fluidized bed reactor is relatively narrower than the width of the upper surface (downwards tapering),
The lower surface is formed to have a relatively narrow width on the upper surface, and is formed to be inclined downward based on a vertical cross section,
An atomic layer evaporator, characterized in that when the glass bubble fine particles flowing in the fluidized bed reactor are lowered due to a space gap between the upper surface and the lower surface, the atomic layer deposition apparatus is characterized in that it can fall.
제1항에 있어서,
상기 반응물 공급부는,
상기 유동층 반응기에 금속 반응물을 공급하는 반응체 공급부; 및
상기 글라스 버블 미세 입자에 화학 흡착하기 위해 상기 금속 반응물을 산화시키는 전구체를 공급하는 전구체 공급부;로 구성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착기.
The method of claim 1,
The reactant supply unit,
A reactant supply unit for supplying a metal reactant to the fluidized bed reactor; And
Atomic layer deposition apparatus comprising; a precursor supply unit for supplying a precursor for oxidizing the metal reactant in order to chemically adsorb the glass bubble fine particles.
제1항에 있어서,
상기 가스 공급부는,
상기 글라스 버블 미세 입자의 쉘 부분을 코팅하기 위한 반응 가스를 공급하기 위한 제1 가스 공급부; 및
상기 반응 가스를 운반하기 위한 퍼지 가스를 상기 공정 통로에 공급하기 위한 제2 가스 공급부;로 구성되고,
상기 제1 가스 공급부 및 제2 가스 공급부는,
상기 반응 가스 및 퍼지 가스의 흐름을 제어하기 위한 MFC(Mass Flow Controller, 질량 흐름 제어기);를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착기.
The method of claim 1,
The gas supply unit,
A first gas supply unit for supplying a reaction gas for coating the shell portion of the glass bubble fine particles; And
Consisting of; a second gas supply unit for supplying a purge gas for transporting the reaction gas to the process passage,
The first gas supply unit and the second gas supply unit,
Atomic layer deposition apparatus comprising a; MFC (Mass Flow Controller, mass flow controller) for controlling the flow of the reaction gas and the purge gas.
제1항에 있어서,
상기 압력 제어부는,
상기 유동층 반응기 내부의 압력을 기저 상태로 제어하기 위한 로터리 펌프; 및
상기 유동층 반응기 내에 존재하는 글라스 버블 미세 입자를 균일하게 유동시키기 위해 상기 유동층 반응 내부의 압력을 조절하기 위한 스로플 밸브(throttle valve);로 구성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착기.
The method of claim 1,
The pressure control unit,
A rotary pump for controlling the pressure inside the fluidized bed reactor to a ground state; And
And a throttle valve for adjusting the pressure inside the fluidized bed reaction in order to uniformly flow the glass bubble fine particles present in the fluidized bed reactor.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 원자층 증착기를 이용하여, 
(S1) 글라스 버블 미세 입자 및 금속 전구체를 공급하는 단계;
(S2) 퍼지 가스(purge gas)를 공급하는 단계;
(S3) 반응 가스를 공급하는 단계; 및
(S4)퍼지 가스를 공급하여 상기 글라스 버블 미세 입자에 기능성 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 금속 전구체는 Zn 및 Ti 전구체이며,
상기 기능성 코팅층은 TiZnO 코팅 박막인 것을 특징으로 하는 저밀도 글라스 버블 미세 입자의 기능성 코팅을 위한 원자층 증착기를 이용한 코팅방법.
Using the atomic layer deposition machine according to any one of claims 1 to 6,
(S1) supplying fine glass bubble particles and a metal precursor;
(S2) supplying a purge gas;
(S3) supplying a reaction gas; And
(S4) supplying a purge gas to form a functional coating layer on the fine glass bubble particles; Including,
The metal precursor is a Zn and Ti precursor,
The functional coating layer is a coating method using an atomic layer evaporator for functional coating of low-density glass bubble fine particles, characterized in that the TiZnO coating thin film.
제7항에 있어서,
상기 코팅방법은,
상기 (S1) 내지 (S4) 단계로 구성된 원자층 증착 사이클을 원자층 증착법을 통해 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
The method of claim 7,
The coating method,
A coating method, characterized in that repeating the atomic layer deposition cycle consisting of the steps (S1) to (S4) at least once through the atomic layer deposition method.
제7항에 있어서,
상기 글라스 버블 미세 입자는,
쉘(shell) 형태로서,
상기 쉘 내부(코어) 부분은 비어있으며, 상기 쉘 부분은 50 나노미터(nm) 내지 300 밀리미터(mm) 두께의 소다라임 보로실리케이트 글래스(Soda Lime Borosilicate Glass) 또는 실리카(SiO2)로 형성된 것을 특징으로 하는 코팅방법.
The method of claim 7,
The glass bubble fine particles,
In the form of a shell,
The inner (core) portion of the shell is empty, and the shell portion is formed of Soda Lime Borosilicate Glass or silica (SiO 2 ) having a thickness of 50 nanometers (nm) to 300 millimeters (mm). The coating method.
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