갈륨 입자의 분산 및 상변화에 관한 연구

Study on the Dispersion and Phase Change of Gallium Particles

본 연구에서는 초음파 분산법을 이용하여 갈륨(Ga) 입자를 제조하고, 진공, 냉동, 액체질소 분위기에서 후처리를 수행하여 형상, 크기 및 상변화를 비교·분석하였다. 초음파 처리를 통해 갈륨은 회색 현탁액으로 분산되었으며, 후처리 조건에 따라 상이한 거동을 나타냈다. 진공 및냉동 후처리에서는 입자 간 응집이 발생하여 덩어리 형태가 관찰된 반면, 액체질소 후처리에서는 파우더 형태의 미세 입자가 안정적으로 유지되었다. 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM) 분석 결과, 모든 조건에서 분산된 갈륨입자는 구형 구조를 보였으며 평균 입자 크기는 후처리 조건에 따라 2.9–15.0 μm 범위로 변화하였다. 시차주사열량계(differential scanning calorimetry, DSC) 분석을 통해 진공 및액체질소 후처리 시편 모두 순수 갈륨과 유사한 용융 특성을 보였으나, 응고 과정에서는 액체질소 후처리 시편이 단일 발열피크를, 진공 후처리 시편은 다단계 발열피크를 나타내어 상변화 거동의 차이가 확인되었다. 본 연구는 초음파 분산된 갈륨입자의 상변화 거동이 후처리 조건및 입자 크기에 크게 의존함을 규명하였으며, 갈륨 기반 분산입자의 안정적 제조 및 응용을 위한 기초자료를 제공한다.

In this study, gallium (Ga) particles were fabricated using ultrasonic dispersion and subsequently subjected to post-treatment under vacuum, freezing, and liquid nitrogen environments to investigate their morphology, size, and phase transition behavior. Ultrasonic treatment dispersed gallium into a gray suspension, and the post-treatment conditions led to distinct outcomes. While vacuum and freezing post-treatments resulted in particle agglomeration into bulk-like structures, liquid nitrogen post-treatment maintained the particles in a stable powder form. Scanning electron microscope (SEM) analysis revealed that all dispersed gallium particles exhibited spherical morphologies, with average sizes ranging from 2.9 to 15.0 μm depending on the post-treatment condition. Differential scanning calorimetry (DSC) showed that both vacuum- and liquid nitrogen-treated samples exhibited melting behavior similar to bulk gallium; however, their solidification pathways differed. The liquid nitrogentreated samples displayed a single exothermic peak during solidification, whereas the vacuum-treated samples exhibited multiple exothermic peaks, indicating multi-step solidification. These results demonstrate that the phase transition behavior of ultrasonically dispersed gallium particles is strongly dependent on post-treatment conditions and particle size, and they provide fundamental insights for potential applications of gallium-based dispersed particles.