7년전 두 개의 그룹에 의해 강한 증폭된 자발 방출이 200.angs. 영역에서 관찰된 이래, 증폭도의 증가와 작동 파장영역의 확장등에서 세계적으로 많은 X-선 레이저 연구가 이루어져 왔다. X-선 레이저의 개발은 살아있는 생체조직을 고분해능으로 관찰할 수 있는 X-선 현미경 기술, 세포의 3차원 상을 가능케 하는 X-선 홀로그래피 기술, 고밀도 플라즈마의 진단 등의 여러 분야에 응용될 것이다. 국내에서도 기초적인 X-선 레이저 개발에 대한 연구가 과학기술원과 포항공과대학에서 시작되고 있어 곧 고무적인 연구결과가 나올 것으로 기대된다.
본 논문에서 XeF, KrF 엑시머레이저 펄스에 의해 금속에서 여기되는 광음향신호를 PZT 변환기로 검출하여 광음향 변환 메카니즘과 지향성패턴을 분석하였다. 고체에서 레이저펄스에 의한 광음향 변환 매카니즘은 조사되는 레이저의 에너지밀도에 따라 열탄성영역과 플라즈마영역으로 나뉘며 두영역에서 서로 다른 양상을 보인다. 열탄성영역에서는 표면과 수평방향의 변위가 크고 플라즈마영역에서는 반사력으로 인해 수직방향의 변위가 크게 나타나는 것으로 모델링되며 이를 중심파장 480nm의 XeF엑시머레이저와 248nm의 KrFdprtlajfp이저를 사용하여 실험적으로 증명하였다. 또한 열탄성 영역에서 최대종파에너지는 $60^{\circ}$, 최대횡파에너지는 $30^{\circ}$부른에서 나타났고 플라즈마영역에서는 최대 종파와 횡파에너지가 각각 $0^{\circ},\;30^{\circ}$부근에서 나타나는 지향특성을 보였다.
PLD 장치는 진공 또는 반응가스가 채워진 챔버안에 다층 박막을 증착시킬 수 있는 여러개의 타겟홀더와 기판홀더가 존재하고 물질을 기화시켜 박막을 증착시키기 위해 외부 에너지원으로 고출력 레이저가 사용되며, 일련의 광학장치들은 타겟표면에 레이저 빔을 접속시키고 주사하기 위해 사용된다. 타겟표면에 접속된 레이저 빔은 타겟표면 물질을 플라즈마 (또는 플룸) 상태로 만들고 이 플룸이 결정화에 알맞는 온도로 가열된 기판위에서 결정구조를 가진 박막을 형성한다. 진공장치와 기화에너지원의 분리는 PLD 시스템을 유연하게 해서 내부적으로 기화에너지원의 사용에 의한 제한없이 다른 동작 모드에 쉽게 적용할 수 있다.
본 연구에서는 기존의 할로겐 광과 보다 강한 강도와 짧은 조사시간을 갖는 아르곤 레이저와 플라즈마 광의 광중합도를 평가하기 위해 많은 양의 TEGDMA를 용출하는 치면열구전색제를 실험재료로 이용하여 각각의 중합시간과 용출시간에 따른 미반응 TEGDMA의 양을 측정, 비교 분석하여 중합도를 평가하였다. 광원에 따른 중합시간 당 각각 10개의 시편을 제작하여 3차 증류수에 넣은 후 바로 용출시킨 액을 0시간으로 하고 $37^{\circ}C$ 항 온기에서 10분, 1시간, 12시간, 24시간 동안 용출시켰다. 각 용출액의 $20{\mu}l$를 역상 크로마토그래피(RP-HPLC)에 적용시켜 미반응 모노머의 시간경과에 따른 용출양을 측정하였다. 이상의 실험을 통해 얻은 결과는 다음과 같다. 1 할로겐 광은 중합시간이 증가할수록 TEGDMA의 초기 용출량 감소를 보였다(p>0.05). 2. 플라즈마 광은 6초, 9초로 중합한 군에서는 TEGDMA의 용출량의 차이를 보이지 않았으나, 3초 중합 군에서는 6초와 9초 중합 군보다 초기 용출량이 크게 나타났다(p<0.05). 3. 아르곤 레이저는 전반적으로 할로겐 광과 플라즈마 광보다 TEGDMA의 초기 용출량이 컸으며 조사시간이 증가할수록 용출량은 감소되었다(p<0.05). 4. 광원의 제조회사에서 권장하는 최소 중합시간인 할로겐 광 20초, 플라즈마 광 3초, 아르곤 레이저 5초로 조사시 TEGDMA의 용출량은 할로겐 광, 플라즈마 광 아르곤 레이저 순으로 용출량이 적었다(p>0.05). 5. 제조회사의 권장 중합시간인 할로겐 광 40초, 플라즈마 광 6초, 아르곤 레이저 10초 조사시 할로겐 광 40초와 플라즈마 광의 6초의 TEGDMA의 용출량은 아르곤 레이저 보다 낮게 나타났다(p>0.05). 6. 권장시간 이상인 할로겐 광 60초와 플라즈마 광 9초, 아르곤 레이저 20초 중합시 나타나는 TEGDMA의 용출량 간에는 유의 할만한 차이가 없었다(p>0.05).
최근 경량 소재에 대한 수요 증가로 기존 금속과 복합재간 접합 관심이 지대하다. 리벳팅과 같은 볼트 체결인 기계적 결합의 경우 응력 집중, 균열 및 박리가 발생함에 따라 접착제를 사용한 화학적 결합이 주목받고 있다. 본 논문에서는 접착제의 접합강도 향상을 위해 레이저 및 플라즈마 표면처리를 진행하였으며, 이에 대한 접착특성을 평가하고자 한다. 접합강도 실험을 위해 흔히 자동차용 소재로 사용되는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), CR340(Steel)과 Al6061(Aluminum)을 실험 소재로 선정해 레이저 및 플라즈마 표면처리를 진행 후 단축전단강도를 측정하였다. 플라즈마 표면처리 후 CFRP-CR340 및 CFRP-Al6061 이종소재 시편에서 각각 접합강도가 7.3% 및 39.2% 향상되었다. CR340-Al6061 시편은 레이저 표면처리에서 기준 시편대비 56.2% 증가하였다. 플라즈마 표면처리 후 표면자유에너지(SFE)가 향상되었는데 이는 화학반응 메커니즘을 통해 손상을 최소화해 접합강도 향상을 나타낸 것으로 사료된다. 레이저 표면처리는 물리적 표면처리로 거친 접합 표면 생성으로 인해 mechanical interlocking 효과로 인해 접착 강도가 향상된 것으로 사료된다. 본 연구를 토대로 실제 구조물 파손의 대표적인 원인인 피로파손을 예방하기 위해 장기 피로시험을 진행 할 예정이다.
이차 추진제로 많이 쓰이는 알루미늄을 고출력 레이저를 이용하여 공기 중의 산소와 반응시켜 발생되는 rich 및 stoichiometric 상태의 알루미늄-산소 연소 현상에 대해 레이저 분광분석법을 이용하여 연구하였다. 7ns의 펄스 주기와 1064nm의 주파수를 가진 Q-switched Nd:YAG 레이저로 40 - 2500mJ의 에너지가 공급되었으며, 플라즈마 빛은 echelle 회절 분광기와 ICCD 카메라로 감지하였다. 레이저 분광분석을 통하여 연료인 알루미늄과 산화제인 산소의 원자 신호를 얻었을 뿐만 아니라, 현상이 일어나는 환경인 플라즈마 온도와 전자밀도가 계산되었다. 특정 전자 밀도비 비교를 통하여, 고출력 레이저를 통해 일어나는 알루미늄과 산소의 연소 및 폭발 현상 변화에 대한 분석이 가능하다는 것에 본 논문의 중요성이 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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