자동차 브레이크에서 발생하는 PM2.5 입자 내부 미세구조 TEM 분석

Abstract

최근 연구들에서는 배기가스 저감기술의 발전 등으로 비배기가스 먼지가 배기가스만큼 많이 나오고 있다고 보고하고 있다. 특히 자동차 브레이크 패드는 무려 35%가 먼지화 된다는 보고가 있다. 본 연구에서는 브레이크 초미세먼지(PM2.5)의 내부 구조 분석을 바탕으로 입자 발생의 원인을 규명하고자 하였다. 자동차의 관성질량과 주행환경을 재연하여 실제 브레이킹이 일어나는 환경을 재연한 동력계를 통해 실리카필터에 PM2.5 시료를 수집하였고 성분, 입자 크기, 결정구조 등을 분석하기 위해 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미경(TEM)을 사용하였다.TEM 분석 결과 PM2.5의 가장 많은 비율을 차지하고 있는 입자는 육티탄산칼륨(K2O6TiO2)으로, 임이 확인되었으며 이는 브레이크 패드의 마찰재로 사용되고 있는 재료이다. 브레이크 패드(NAO)의 미세구조도 SEM, TEM으로 분석 비교해본 결과 PM2.5와 브레이크 패드 내 복합재 형태로 들어간 육티탄산칼륨의 전체적인 크기와 형상은 비슷하였다. 그러나 브레이크 패드의 육티탄산칼륨은 기공이 포함된 결정질 입자인 반면 PM2.5 내부에 포함된 육티탄산칼륨은 비정질화 되었고 입자 내부에 Zr, Fe 등의 중금속이 나노입자로 박혀있음을 확인하였다. 이는 마찰에 의한 mechanical diffusion과 관계가 있을 것으로 추측된다.