요약
본 발명은 산업화와 도시화로 인한 세계적인 미세먼지 문제에 대응하기 위해 개발된 새로운 필터 기술입니다. 이 기술은 두 가지 크기의 미세한 구멍을 가진 다층 구조로 구성된 폴리머 멤브레인을 사용하여 높은 기계적 강도와 화학적 안정성을 바탕으로 입자를 효과적으로 포착합니다. PDMS 패턴과 PUA를 이용해 제작되며, PFPE 재료를 사용하여 내구성이 보장됩니다. 실험 결과, 이중 다공성 구조는 뛰어난 필터링 효율성을 보이며, 세척 후에도 성능이 유지되는 것으로 확인되었습니다. 이 혁신적인 필터는 공기청정기, 의료용 마스크 등 다양한 분야에 적용 가능하며, 재사용 가능성과 친환경적인 제조 과정을 통해 환경 보호와 경제적 이점을 제공합니다. 이로 인해 공중 보건 개선과 환경 보호에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
기본 정보
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특허명: 이중 다공성 고분자막 적층 구조체 및 이를 포함하는 필터 및 마스크
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대표 발명자: 김상문 교수
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출원번호: 10-2023-0005578
발명의 배경 및 필요성
기술의 배경
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산업화와 도시화가 진행됨에 따라 미세먼지 문제가 전 세계적으로 심화되고 있으며, 이는 호흡기 및 심혈관 질환의 주요 원인으로 공중 보건에 부정적인 영향을 끼침
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기존의 필터 기술은 섬유나 나노 파이버를 이용한 기계적 여과에 의존하며, 내구성 문제와 함께 사용 후 폐기물로 인한 환경오염 문제를 야기함
새로운 필터 기술의 필요성
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고분자막을 활용한 새로운 필터 구조체 개발은 기존 필터의 한계를 극복하고, 높은 기계적 강도와 화학적 안정성을 바탕으로 미세먼지를 효과적으로 필터링할 수 있는 지속 가능한 솔루션을 제공함
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재사용 가능하고 친환경적인 제조 과정을 통해 공기청정기, 산업용 환기 시스템, 개인 보호 장비 등 다양한 분야에 응용이 가능하며, 미세먼지로 인한 건강 문제 감소 및 환경 보호에 기여할 수 있음
구현방법
기술의 원리 및 구현
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다공성 폴리머 멤브레인은 두 가지 크기의 미세한 구멍으로 구성되어, 다양한 층에서 입자를 효과적으로 포착함
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실리콘 웨이퍼 위에 PDMS 패턴을 만들고, PUA를 적용하여 다공성 폴리머 멤브레인을 형성함
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산소 억제 효과를 조절하여 다양한 크기의 구멍을 가진 멤브레인을 제작하고, 이를 겹치지 않게 층을 이루어 층상 구조를 완성함
기술의 장점
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높은 입자 포착 효율을 가진 필터링 시스템 구성이 가능하며, 세척 후에도 성능 유지됨
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화학적으로 안정적이고 내구성 있는 PFPE 재료 사용으로 필터의 성능과 내구성 보장됨
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멤브레인 사이의 간격을 조절하여 필터 혹은 마스크의 성능을 최적화할 수 있음
실험 및 결과
실험 목적 및 방법
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다공성 폴리머 멤브레인 층상 구조의 필터링 성능을 측정하고, 입자 크기와 유입 속도, 멤브레인 간 거리 등 다양한 조건에서 성능을 비교함
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입자 크기별 필터링 성능을 측정하고, 점차 작아지는 구멍 크기를 가진 층상 구조의 필터 효율성을 비교함
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물이나 에탄올로 세척한 후 필터의 성능 유지 여부를 확인함
실험 결과
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점차 작아지는 구멍을 가진 층상 구조가 높은 필터링 효율성을 보임
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'Quality factor'를 통해 필터의 입자 포집 능력과 압력 강하를 고려한 효율성이 높음을 확인함
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세척 후에도 필터의 성능이 초기와 유사하게 유지됨을 확인함
발명의 활용 방안
제품 적용 다양성
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고분자 막을 이용해 큰 입자와 작은 입자를 효과적으로 걸러내는 필터임
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투명하고 유연한 특성 덕분에 마스크 등 다양한 제품에 적용 가능함
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물이나 알코올로 세척하여 재사용이 용이함
산업 분야에서의 활용 가능성
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공기청정기 필터, 의료용 마스크 등 청결이 요구되는 분야에 적합함
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먼지, 오염물질, 바이러스, 박테리아 등을 효과적으로 걸러냄
기대효과
기술적 혁신
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효율적인 필터 구조로 높은 입자 제거 성능과 막힘 방지 기능을 제공함
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PFPE 재료 사용으로 필터의 성능을 더욱 향상시킬 수 있음
발명의 기대효과
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재사용이 가능해 환경 보호와 일회용 필터에 비해 비용을 절감할 수 있음
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공기와 물을 정화하는 기능으로 건강과 환경에 긍정적인 영향을 줄 수 있음
시장 동향
마스크 시장 동향
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기술 SWOT 분석
Strengths
높은 필터링 효율성
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다공성 폴리머 멤브레인을 사용하여 높은 입자 포착 효율을 자랑합니다.
재사용 가능성과 환경 친화성
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세척 후 재사용이 가능하며, 일회용 필터 대비 환경 오염을 줄일 수 있습니다.
화학적 안정성과 내구성
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PFPE 재료를 사용하여 화학적으로 안정적이고 내구성이 뛰어납니다.
Weaknesses
제조 과정의 복잡성
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다층 구조의 멤브레인을 제작하기 위한 공정이 복잡할 수 있습니다.
초기 투자 비용
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신기술 개발과 초기 생산 설비에 대한 투자 비용이 클 수 있습니다.
Opportunities
시장 확대 가능성
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공기청정기, 의료용 마스크 등 다양한 분야에 응용 가능성이 높습니다.
환경 규제 강화에 따른 수요 증가
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환경 보호에 대한 규제가 강화됨에 따라 친환경적인 필터에 대한 수요가 증가할 것입니다.
Threats
기존 필터 기술과의 경쟁
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시장에 이미 자리 잡은 기존 필터 기술과의 경쟁에서 밀릴 위험이 있습니다.
기술 모방 위험
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독창적인 기술이지만, 모방으로 인한 경쟁 압력이 존재할 수 있습니다.
Summary
Strengths
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고분자막을 활용한 필터는 높은 필터링 효율성과 재사용 가능성으로 환경 보호에 기여합니다.
Weaknesses
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복잡한 제조 과정과 초기 투자 비용이 높은 단점이 있습니다.
Opportunities
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다양한 산업 분야로의 확대와 환경 규제 강화에 따른 수요 증가가 기대됩니다.
Threats
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기존 필터 기술과의 경쟁과 기술 모방 위험이 존재합니다.
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