Pioneering Graphene Breakthroughs with Silverson High Shear Mixing
그래핀 분산에 대한 문의 증가로 인해 Silverson은 최근 ‘How to Mix Graphene’ 영상을 공개했다.
그래핀 연구 초기 단계에서, Silverson 믹서는 전단 박리 (Shear Exfoliation) 를 통해 흑연에서 그래핀을 추출하는 성공적인 기술 중 하나로 사용되었다.
이 과정에서는 Rotor-Stator Mixer 의 강한 전단력을 활용하여 용매 시스템이나 특정 계면활성제 내에서 결함 없는 Few-layer Graphene 을 박리 (Exfoliate) 하는 방식이었다.
이제 연구가 더욱 발전한 현재에도, Silverson 믹서의 높은 전단 에너지는 실험실 규모에서 그래핀의 formulation 과정에 필수적인 역할을 하고 있다.
강한 전단 에너지는 그래핀이 혼합물 전체에 고르게 분산되도록 보장하여, 원하는 최종 물성을 얻을 수 있도록 한다.
이 영상은 맨체스터 대학교 (University of Manchester) 에 위치한 그래핀 엔지니어링 혁신 센터 (GEIC, Graphene Engineering Innovation Centre) 와의 협업을 통해 제작되었다.
GEIC 는 다양한 그래핀 formulation 을 현미경 분석을 통해 테스트한 결과, Silverson 실험실 믹서가 일반적인 실험실용 교반기보다 훨씬 우수한 분산 수준을 제공한다는 것을 확인했다.
Silverson 믹서는 그래핀을 효과적으로 분산시킬 뿐만 아니라, 제형 내의 안료 (Pigments), 분산제 (Dispersants), 수지 (Resins) 까지도 균일하게 혼합하여 전체 공정을 완성할 수 있다.
GEIC 의 주요 목표 중 하나는 실험실에서 개발된 기술을 산업에서 활용할 수 있도록 파일럿 생산 (Pilot Production) 단계로 확장하는 것이다.
이러한 목표를 달성하기 위해, GEIC 는 Silverson 의 production scale 의 Batch Mixer 를 도입했다.
이 믹서를 사용한 이후, 다양한 산업 분야의 파트너 기업들과 협력하는 방식이 완전히 바뀌었으며, 대량 샘플을 제공하는 것도 가능해졌다.
특히, 배치 믹서를 사용하면서 생산 시간이 며칠에서 몇 시간으로 대폭 단축되었다.
이 영상은 Silverson 믹서를 활용한 그래핀 분산의 주요 이점과 GEIC가 실험실 규모에서 대량 생산으로 공정을 성공적으로 확장한 과정을 요약하여 보여준다.
영상의 전체 버전에서는 GEIC 및 맨체스터 대학교에서 진행 중인 연구에 대한 추가 정보를 확인할 수 있다.
Engineered for Scalability
Silverson은 실험실용 믹서를 설계, 제작 및 조립할 때 생산용 장비와 동일한 정밀 공차 (Precision Tolerances) 를 적용한다.
사실, Silverson의 모든 믹서 제품군은 유사한 로터 팁 속도 (Rotor Tip Speeds) 와 전단율 (Shear Rates) 을 유지하도록 설계되어있다.
이러한 특성과 유사한 Rotor/Stator 구조 덕분에, Silverson 의 모든 장비는 실험실에서의 결과를 대량 생산에서도 그대로 재현할 수 있도록 설계되어 있다.
즉, 실험실 규모에서 얻은 결과를 생산 규모에서도 동일하게 구현하는 것이 가능하다.
이 점은 국제 학술지 Nature Materials 에 게재된 연구를 통해 입증되었다. 아일랜드 더블린의 트리니티 칼리지 (Trinity College Dublin) 내 적응형 나노구조 및 나노디바이스 연구센터
(Centre for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices, CRANN) 연구팀은 그래핀의 대량 생산이 가능하다는 사실을 실험적으로 확인했다.
이 연구에서 Silverson 믹서는 성공적인 그래핀 생산 실험에 사용되었으며, 미국 및 기타 국가에서도 그래핀 연구 및 기타 다양한 연구에 활용되고 있다.
대량 생산 (scale-up) 은 Silverson의 핵심 역량 중 하나로, 모든 믹서의 설계 및 제조 과정에서 중요한 요소로 고려된다.
그래핀 생산을 확대하는 데 있어 가장 중요한 요구사항 중 하나는 균일한 mixing 성능이다.
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