• 한국음향학회지
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• 제42권5호
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• pp.452-459
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• 2023

음파의 힘을 이용하는 음향집게는 나노 단위의 세포외소포에서 밀리미터 단위의 대규모 다세포생 물체까지 다양한 생체 입자를 조작하는 데 사용되는 매우 유용한 도구이다. 해당 분야는 수십년간 점진적인 개발이 이루어지고 있으며, 단일 초음파 빔을 사용하는 단일 빔 음향 집게(Single Beam Acoustic Tweezers, SBAT)기술 또한 세포 및 생물체 정밀 이동 및 분석이 가능한 플랫폼으로 발전했다. 최근 혁신적인 발전으로 SBAT를 이용하여 입자/세포 분리, 단일 세포 변형 기술이 개발되었으며 이로 인해 의공학 분야에서 학문적인 관심을 모으고 있다. 본 종설에서 SBAT기술의 기초 원리와 작동 방법에 대해서 설명하며 그간의 연구를 요약하고 이를 바탕으로 향후 연구에 대해서 전망한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.304-304
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• 2011

열필라멘트 화학 기상 증착 공정(HWCVD, hot wire chemical deposition)은 낮은 기판 온도에서 다결정 실리콘 박막을 빠른 속도로 증착할 수 있는 방법이다. 이는 후처리가 없어도 전기적 특성이 우수한 박막을 저온에서 얻을 수 있기 때문에 녹는점이 낮은 기판에 증착을 할 수 있으며 공정비용 절감 효과가 있다. 이러한 박막 증착 공정 중 기상 핵생성에 의해 나노 입자가 생성되며, 새로운 관점에서는 그 농도와 크기가 박막 성장에 중요한 변수로 작용한다. 따라서 공정조건의 변화에 따라 생성되는 나노 입자의 크기 분포를 실시간으로 분석하여 박막 형성의 최적 조건을 찾는 연구가 필요하다. 하지만 이러한 입자 발생 특성에 관한 연구는 기존에 밝혀진 반응 메커니즘으로 인해 수치해석적 연구는 체계적으로 진행되었으나 실험적 연구의 경우 적합한 측정장비의 부재로 인해 제한이 있었다. 따라서 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 분포를 측정할 수 있는 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여 열필라멘트 화학 기상 증착 공정 중 발생하는 입자의 존재를 확인하고 특성을 분석하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 HWCVD 배기 라인에 연결하여 진행하였으며 반응기 내 샘플링 위치, 필라멘트 온도, 챔버 압력, 작동기체의 비율을 변수로 하여 진행하였다. 그 결과 실리콘 나노 입자는 양 또는 음의 극성을 가진 하전된 상태임을 확인 하였고, 측정 조건에 따라 일부 단일 극성으로 존재하였다. 한편, 필라멘트 온도가 증가할수록 하전된 나노입자의 최빈값은 감소하였다. 또한 반응 가스인 SiH4 농도가 증가할수록 최빈값은 농도에 비례하여 증가하였다. 이런 결과는 기존 HWCVD 실험에서 투과 전자 현미경(TEM)을 이용하여 분석한 실리콘 나노 입자의 크기 분포 결과와 경향이 일치함을 확인하였다. 본 연구를 통하여 확인된 하전된 나노 입자의 존재를 실험적으로 확인하였으며 추후 지속적 연구에 의해 이러한 하전된 나노 입자가 박막 형성에 기여 하는 것을 규명하고 박막 형성 조건을 최적화하는데 중요한 역할을 할 것을 기대할 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.75-75
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• 2010

단일벽 탄소나노튜브(SWNT)는 뛰어난 물리적 성질과 화학적 안정성을 가지고 있어서 다양한 분야의 응용이 기대되어 폭넓은 연구가 진행 되고 있다. 특히 SWNT의 전기적 및 기계적 특성들은 SWNT의 직경 및 뒤틀림도(chirality)에 의해 크게 좌우되기 때문에, 합성하는 단계에서 직경 또는 chirality를 제어에 관한 많은 이론적 연구가 진행되어 왔으며, 최근에는 초기 SWNT의 핵생성 단계에서의 촉매의 거동 및 상호 연관성 등에 관한 실험적인 연구결과들이 속속 보고되고 있는 실정이다. 하지만, 아직도 이에 관한 더욱 다양하고 활발한 연구 접근 및 결과들이 필요한 시점이다. 상기 배경을 바탕으로 본 연구에서는 균일한 직경을 갖는 SWNT의 합성을 위한 기초연구로서 SWNT의 직경과 촉매나노입자의 크기의 상호 연관성에 대해 체계적으로 조사하였다. 우선 SWNT합성을 위한 촉매나노입자를 얻기 위해 페리틴(ferritin)용액의 농도 및 스핀코팅 조건을 변화시킴으로써 기판 위에 분산농도를 제어한 후, 대기 열처리를 통하여 촉매나노입자의 농도를 제어하였다. 나노입자의 평균직경은 4 nm 정도로 비교적 균일하였으며, 고농도의 촉매입자는 SWNT의 다발화(bundling)를 유발하였다. 따라서, SWNT와 나노입자 직경의 상호연관성을 조사하기 위해서는 단분산(monodispersed) 된 나노입자를 이용하였으며, 아르곤 분위기에서 추가적으로 고온($900^{\circ}C$) 열처리를 실시함으로써 나노입자의 크기감소를 도모하였다. 실험결과, 열처리 시간의 증가에 따라 입자크기가 감소함을 확인하였으며, 이는 나노입자의 증발에 의한 것으로 예상된다. 다음으로는 열처리를 통하여 직경이 제어된 나노입자를 이용하여 SWNT를 합성한 후 SWNT와 촉매크기 사이의 크기 관계를 조사하였다. SWNT의 합성은 메탄을 원료가스로 열화학증기증착법을 이용하였고, 합성기판으로는 산화실리콘웨이퍼와 퀄츠기판을 이용하였다. 성장한 SWNT의 직경은 AFM을 이용하여 측정하였으며, 퀄츠기판에 수평배향 성장시킨 SWNT를 3차원 구조의 기판으로 전사(transfer)하여, 라만분석이 용이하도록 하였다.

• 공업화학
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• 제9권6호
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• pp.846-851
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• 1998

w/o 에멀젼 내에서 균일용액침전반응을 진행시켜 산화아연 미세 입자를 제조하는 실험적 연구를 수행하였다. 질산아연 수용액에 hexamethylene tetramine (HMTA)을 침전제로 첨가한 침전액은 유화제 Span 80에 의해 kerosine과 안정한 w/o 에멀젼을 형성하였다. 얻어진 w/o 에멀젼을 HMTA 분해온도 이상($85^{\circ}C$)으로 가열하여 w/o 에멀젼 내에서 균일용액 침전반응을 진행시키면 산화아연 입자들이 제조되는 것을 확인하였다. 이렇게 제조된 산화아연 입자들은 이중분산 (bi-modal distribution)을 갖는 영역이 존재하기도 하였으나, 균일용액침전법에 비하여 높은 초기 아연농도와 높은 수율에서도 입자가 작고 입도분포가 비교적 좁은 산화아연 입자들을 얻을 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제11권4호
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• pp.161-169
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• 2001

Kaolin, bentonite, starch 및 PMMA의 단일 또는 혼합 입자용액을 정밀여과막이 장착된 dead-end 형 Amicon 여과셀에서 투과 실험하였으며 그 결과는 오염 특성을 규명하기 위하여 등압여과 모델에 적용하였다. 동일한 양으로 혼합한 kaolin/starch 입자의 0.1 wt% 혼합용액에 경우, 각각 입자의 평균 투과유속보다 30% 정도 낮았다. 그러나 kaolin보다 훨씬 큰 PMMA와의 혼합 입자용액의 경우에 투과유속은 kaolin과 PMMA의 평균보다 10% 정도 높았다. Bentonite와 PMMA 또는 starch의 혼합 용액일 경우, 혼합 입자에 의한 투과유속 향상효과는 kaolin에 비하여 훨씬 적게 나타났다. 또한 동일 양으로 혼합한 kaolin/starch 용액의 농도를 변화시킬 경우, 막오염 저항은 0.05 wt%에서 최소이었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2004년도 하계학술대회 논문집 Vol.5 No.2
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• pp.1278-1282
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• 2004

수열처리법으로 nano-sized $CeO_2$ 입자를 $Al_3O_3$ 입자의 표면에 균일하게 코팅하여 $AL_2O_3/O_2$ composite 연마 입자를 제조하었다. 제조된 $Al_2O_3\CeO_2$ composite 입자의 뭍성을 TEM, XRD, zeta potential analyzer 및 particle size analyzer로 측징하였다. $Al_2O_3/CeO_2$ composite 입자와 구성된 슬러리와 비교 시료로서 $Al_2O_3$와 $CeO_2$ 입자를 혼합한 슬러리를 사용하여 thermal oxide film에 대한 연마특성을 평가하였다. 연마슬러리에 포함된 $A1_2O_3/CeO_2$ composite 입자와 $Al_2O_3$와 $CeO_2$ 혼합입자에서 나노 크기의 세리아 입자가 sub-micron 크기의 알루미나 입자의 표면에 균일하게 코팅되므로서 $Al_2O_3$ 단일 성분의 슬러리에 비해 removal rate(RR)는 106 nm/min, WIWNU는 $8\sim9%$, roughness는 $2.6{\AA}$의 향상된 연마 특성을 나타내었다. 알루미나 입자의 불규칙한 형상 때문에 $Al_2O3/CeO_2$ composite 슬러리와 $Al_2O_3$ 와 $CeO_2$ 혼합슬러리의 연마 특성이 비슷한 수준을 나타내었다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제35권4호
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• pp.1057-1072
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• 2018

세리아 입자의 합성을 위하여 분무열분해 시 유기 첨가제인 EG(ethylene glycol)과 CA(citric acid)를 첨가하여 중공성 및 다공성을 갖는 $CeO_2$ 마이크로 크기의 입자를 제조하였으며 첨가량에 따른 특성을 비교하였다. 분무열분해과정, 후소성 및 볼밀링 과정을 적절히 조합하여 만든 6가지 경로에 의해 나노 크기의 세리아 입자를 합성하였다. 6가지 경로 중 EG 및 CA가 0.05M 첨가된 Ce(III)가 전구체 수용액을 이용하여 분무열분해${\rightarrow}$후소성${\rightarrow}$볼밀링${\rightarrow}$후소성의 경로에 의해 얻어진 $CeO_2$ 입자에 대해 TEM 분석으로 측정한 입자의 평균 크기 24 nm(편차=3.8 nm)는 Debye-Scherrer식에 의해 계산된 1차 입자의 크기(20 nm)와 가장 유사한 크기를 나타내었다. 제조된 나노입자분말의 형태적 및 구조적 특성을 알아보기 위하여 SEM(Scanning Electron Microscopy), XRD(X-Ray Diffractometer) 및 TEM(Transmission Electron Microscopy)을 통하여 특성을 분석하였다.

• 전기화학회지
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• 제10권2호
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• pp.145-149
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• 2007

본 논문은 마이크로전극 측정시스템을 사용하여 니켈수소전지의 전극 소재로 사용되고 있는 수산화니켈의 단일 입자에 대해 전기화학적 평가를 수행 하였다. 즉 Carbon fiber 마이크로전극을 수산화니켈 입자 한개 위에 전기적인 접촉을 이루도록 조정하고 전기화학적 평가를 수행하였다. Cyclic Voltammetry 실험 결과 수산화니켈의 산화 환원 반응과 산소 발생 반응(OER)이 명확하게 분리 되고 있음을 확인하였으며, 전위주사속도를 증가 시킬 경우 환원 전하량은 주사 속도에 의존하지 않고 거의 일정한 수치를 보여 주고 있으나, 산화 전하량은 환원 전하량 보다 크고 주사속도 구간에서 부반응인 산소발생이 증가하고 있음을 확인했다. 그리고 Calvanostat에 의한 정전류 충방전 실험의 결과 수산화니켈 단일 입자의 방전용량은 이론용량 289 mAh/g에 근접한 수치(약 250 mAh/g)를 보여 주었으며 또한 Potential Step에 의해 단일 입자내의 수소이온 확산계수($D_{app}=3{\sim}4{\times}10^{-9}\;cm^2/s$)가 얻어졌다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권6호
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• pp.347-355
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• 2016

본 연구에서는 격자볼츠만 방법을 기반으로 유체-입자 상호작용에 대한 수치계산을 수행하였다. 유체 유동은 격자볼츠만 방법을 이용하였으며, 유동장 내에서의 고체입자 운동은 계산점(node) 기반의 가상영역으로 간주하여 해석하였다. 유체-입자의 상호작용은 격자볼츠만 방법의 지배방정식에 국부적으로 운동량 교환량을 추가하여 해석하며, 가상영역 내에 위치한 고체입자의 병진 및 회전 운동은 뉴턴 운동 방정식과 오일러(Euler) 방정식을 이용한다. 구성된 상호작용 모델의 유효성을 검증하기 위하여 중립상태에서의 부유 입자운동 및 단 입자의 침강에 대한 수치계산을 수행하였으며, 기존 연구들과의 비교를 통하여 본 연구의 유체-입자 상호작용 모델이 갖는 신뢰성과 효용성을 평가하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권1호
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• pp.66-71
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• 2012

본 연구에서는 크기가 다른 두 종류의 단단한 구형 입자들로 충전된 이분산(二分散) 충전층을 지나는 비압축성 유체 흐름의 투과도를 실험적으로 측정하고 이론적으로 예측하는 문제를 다룬다. 작은 입자에 대한 큰 입자의 크기 비 ${\lambda}$가 1.25와 2인 두 가지 경우에 대해 여러 가지 입자 혼합 비율로 충전층을 만들고 그 공극률과 유체 흐름의 투과도를 측정하였다. 이분산 충전은 입자 크기가 일정한 단분산 충전에 비해 공극률이 감소하고 투과율이 감소하나 입자들의 크기 비 ${\lambda}$나 혼합 비율 ${\gamma}$에 따라 다르게 나타난다. 두 가지 입자의 혼합 비율에 따른 공극률의 변화와 투과율의 변화 형태는 서로 일치하지 않는다. 개별 충전 입자에 걸리는 항력 계산에 기초한 모델을 고안하여 투과도를 예측하는 간단한 이론식을 유도하였고 이 식을 이용한 예측값을 실험 결과 및 선행 연구 결과들과 비교한 결과, 이 이론식에 의한 투과도 예측값이나 입자 혼합 비율에 따른 투과도 변화 경향이 실험값에 가장 근사하였다. 이 이론식을 이용해 이분산 충전층을 지나는 유체 흐름의 투과도를 간단하고 정확하게 예측할 수 있음을 보였다.