SilcoNert 2000: 초고순도 분석용 가스라인을 위한 최적의 내흡착 코팅 솔루션

초저농도 분석을 위한 가스 샘플링 시스템에서 가장 중요한 요소 중 하나는 시료 손실 방지와 응답 시간 개선입니다. 이를 해결하기 위한 최적의 기술로 SilcoNert® 2000 코팅이 널리 활용되고 있습니다. 본 포스팅에서는 SilcoNert 2000의 기술적 원리와 주요 성능 특성을 정리하여 소개합니다.

 

1. SilcoNert 2000 개요

SilcoNert® 2000은 기상 화학 증착(CVD) 방식으로 금속 표면에 적용되는 수소화 아모르포스 실리콘 기반의 기능성 코팅입니다. 이 코팅은 극도로 비활성이며, 다음과 같은 분야에 적합합니다:

• 황(Sulfur) 및 수은(Mercury) 분석
• 암모니아(Ammonia) 검출
• 초저농도(< ppm) 가스 정량분석

2. 주요 특성 및 사양

항목	사양
코팅 구조	기능화된 아모르포스 실리콘
적용 방식	Thermal CVD (비 플라즈마 방식)
적용 두께	100 ~ 500 nm
최대 사용 온도	450℃ (불활성 분위기), 400℃ (산화 분위기)
허용 pH 범위	0 ~ 8
접촉각 (정전수 기준)	약 65° (비습윤성)
호환 소재	스테인리스강, 세라믹, 특수 합금 등

SilcoNert 2000은 복잡한 구조물 내부까지 비직선 방향(non-line-of-sight) 으로도 균일한 코팅이 가능하여 정밀한 샘플링 환경을 제공합니다.

 

(좌)측 그림설명: SicoNert 2000 코팅의 화학적 장벽 구조

 

• SilcoNert 2000의 실리콘 구조는 약 2,200 Å 두께로 금속 표면을 완전히 덮고 있어,분석 대상 물질이 금속과 직접 접촉하지 못하도록 화학적 장벽 역할을 합니다.
• 흡착 및 반응을 원천적으로 차단함으로써, 초저농도 가스(황, 수은, 암모니아 등) 분석 시 오차를 획기적으로 줄일 수 있습니다.
• **확산영역(Diffusion Zone)**은 코팅과 기재의 완전한 결합을 의미하며, 이 영역에서도 실리콘 농도가 높아 내구성이 매우 우수함을 보여줍니다.

 

결론적으로, 이 그래프는 SilcoNert 2000 코팅이 금속 표면에 매우 두껍고 연속적인 실리콘 장벽을 형성하여, 화학적 비활성화와 분석 신뢰성 향상에 크게 기여함을 보여주는 데이터입니다.

(우)측 그림설명: 다양한 코팅의 소수성(hydrophobicity) 성능 비교

기술적 의의

• SilcoNert 2000은 물방울이 구형을 유지할 정도로 소수성이 향상되어, 수분 분석기기, 반도체 공정, 저수분 환경에서의 정밀 분석에 매우 적합합니다.
• 수분 흡착을 최소화함으로써:
  • 시료 간 오염 방지
  • 센서 반응속도 향상
  • 수분 측정 정밀도 개선

SilcoNert 2000은 기존 스테인리스강 대비 접촉각을 약 2배 향상시켜 뛰어난 비습윤성을 확보한 코팅입니다.
이로 인해 정밀 수분 분석, 반도체 가스 이송, 수분 민감 시료 분석 등에서 매우 효과적으로 사용됩니다.

 

 

 

(좌)측 그림설명: 황 성분에 대한 응답성 그래프

⬛ 실험 목적:

• 황 계열 성분인 **Methyl Mercaptan(메틸 메르캅탄)**의 응답 속도를 SilcoNert 2000 코팅 튜브와 비코팅 튜브 간에 비교합니다.

⬛ 그래프 구성:

• 세로축 (Y축): Methyl Mercaptan의 검출 신호 강도 (Signal)
• 가로축 (X축): Retention Time (분) – 시료가 튜브를 통과해 검출되기까지의 시간

⬛ 실험군별 결과:

🔴 SilcoNert Coated EPS	실리콘 코팅 전해연마 튜브	초기부터 높은 신호, 빠른 응답
🔵 Electropolished EPS	전해연마만 된 튜브	응답 지연 있음(약 70분이상)
🟣 Standard Stainless	무처리 스테인리스	응답 매우 느림, 흡착 발생(약 90분이상)

⬛ 해석 요점:

• SilcoNert 2000 코팅 튜브는 분석 시작 직후 높은 농도의 황 성분을 안정적으로 검출합니다.
• 반면, 무처리 및 전해연마 튜브는 초기 흡착으로 인해 일정 시간 이후에야 신호가 도달합니다.
• 이는 프라이밍(Priming) 과정이 필요 없으며, 시료 손실 없이 즉각적인 분석이 가능하다는 것을 보여줍니다.

(우)측 그림설명 : 수은 안정성 그래프

⬛ 실험 목적:

• 수은이 포함된 시료가 시간 경과에 따라 코팅 여부에 따라 농도 변화가 어떻게 다른지 측정합니다.

⬛ 그래프 구성:

• 세로축 (Y축): 평균 수은 농도 (mg/m³)
• 가로축 (X축): 샘플 충전 후 경과 일수 (Days)

⬛ 실험군:

🟪 분홍색 (Functionalized)	SilcoNert 2000 코팅된 실린더
🔵 파란색 (Untreated)	무처리 스테인리스 실린더

⬛ 해석 요점:

• 코팅되지 않은 실린더는 수은이 지속적으로 감소하며 흡착 또는 손실이 발생함을 보여줍니다.
• 반면, SilcoNert 2000이 코팅된 실린더는 50일 이상 안정적인 수은 농도 유지를 보입니다.
• 이는 장기간 샘플 보관 시에도 성분 변화 없이 안정성 확보가 가능함을 증명합니다.

 

이 두 그래프는 SilcoNert 2000이 고활성 가스 성분에 대해 뛰어난 비흡착성과 장기 안정성을 제공하는 코팅임을 명확하게 보여줍니다. 실험실 및 산업 현장에서 재현성 있는 분석 결과가 필수일 때, 매우 유용한 솔루션입니다

 

(좌)측 그림설명 : 암모니아에 대한 비활성성 평가 그래프

⬛ 목적:

• 다양한 금속 및 코팅 표면에 대해 암모니아(Ammonia) 성분의 응답 속도 및 반응성을 비교합니다.

⬛ 그래프 구성:

• 세로축 (Y축): 암모니아 흡착에 따른 반응 지연(숫자가 클수록 흡착에 의한 지연이 큼)
• 가로축 (X축): 표면 재질 종류
  (Silicon, EP 316L, Carboxysilane, 일반 316L)

⬛ 결과 해석:

재질	응답지연값	해석
🟦 Silicon (SilcoNert 2000)	5.7	응답 거의 즉시, 거의 완전 비활성
⚫ EP 316L	72	전해연마된 스테인리스, 중간 수준 흡착 있음
🟪 Carboxysilane	101	유기 실란 코팅, 흡착 다소 큼
⬜ 일반 316L	138	흡착 많음, 반응성 매우 큼

 

결론:
SilcoNert 2000은 일반 스테인리스강 대비 약 12배 빠른 응답속도를 제공하며, 암모니아에 대해 극도로 낮은 흡착성을 나타냅니다. 이는 암모니아가 주요 분석 대상인 환경에서 매우 유리합니다.

(우)측 그림설명 : 고온 안정성 그래프

⬛ 목적:

• SilcoTek의 다양한 코팅 제품의 열적 특성(물성 변화 온도 및 용융점)을 비교합니다.

⬛ 그래프 구성:

• 세로축 (Y축): 온도 (°C)
• 가로축 (X축): 코팅 종류 (1~6번으로 번호 표기)

번호	코팅명	온도	용융점
1	Dursan	약 450°C	약 1300°C
2	Dursox	약 600°C	약 1300°C
3	SilcoNert1000	약 400°C	약 1300°C
4	SilcoNert2000 & SilcoKlean	약 450°C	약 1300°C
5	Silcolloy & SilcoGuard	약 600°C	약 1300°C
6	Notak	약 200°C	약 600°C

 

결론:
SilcoNert 2000은 최대 450°C까지 비활성을 유지하며, PTFE (약 260°C 한계) 대비 훨씬 우수한 내열 성능을 가집니다. 고온 반응 환경에서도 물성이 변하지 않아 정밀 분석기 및 반응가스 시스템에 적합합니다.

 

두 그래프 모두 SilcoNert 2000이 고온, 고반응성 환경에서도 탁월한 안정성과 정밀성을 유지하는 코팅 솔루션임을 입증합니다. 이는 반도체, 환경 분석, 특수가스 분야에서 매우 중요한 기술적 요소입니다.

 

3. 실무적 적용 이점 요약

1. 초기 시료 손실 방지
   – 흡착 방지 효과로 “프라이밍(Priming)” 과정이 불필요합니다.
2. 응답 속도 향상
   – 시스템 교정 시간이 단축되며 실시간 응답이 가능합니다.
3. 장기 안정성 확보
   – 수은 등 민감 성분 분석 시 장기 저장 조건에서도 신뢰도 확보
4. 코팅 적용 범위가 넓음
   – 복잡한 튜브, 밸브, 실린더 내부까지 완전 코팅 가능

 

4. 적용 분야

• 반도체용 특수가스 분석 장비
• 환경 분석기기 (황화합물, 수은 분석기)
• 석유화학 및 정유공장용 가스 샘플링 시스템
• GC용 컬럼, 튜브, 핸들링 부품

 

5. 결론

SilcoNert® 2000은 극미량 가스 성분의 정밀 분석이 필요한 시스템에 있어 필수적인 표면처리 기술입니다. 뛰어난 비활성 특성과 내열성, 비습윤성은 분석 정밀도는 물론 시스템 신뢰성을 획기적으로 향상시킵니다. 특히 황, 수은, 암모니아와 같은 활성 성분 분석 환경에서 최고의 성능을 보장합니다.

 

SilcoNert2000-Data-Sheet_4-8-2016.pdf

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