• 한국항공우주학회지
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• 제36권6호
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• pp.587-593
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• 2008

본 연구의 목적은 신체 조직의 손상을 최소화할 수 있는 경피(transdermal) 및 국부적인(topical) 약물전달을 가능하게 하는 마이크로 입자가속시스템 개발에 있다. Ballistic 역학을 기반으로 하는 본 방법을 통하여 체순환을 위한 경피 및 국부적 약물 전달이 가능하다. 얇은 금속 포일의 한 쪽 면에 마이크로 입자들을 얹어놓고 뒷면에 레이저를 조사하면 충격파가 발생하고, 이 충격파는 포일을 통과하며 포일의 끝에서 금속-공기간의 acoustic impedance 차이로 expansion wave로 반사되어 포일이 반대 방향으로 변형을 일으키게 한다. 이 순간적인 변형으로 인해 포일에 붙어있던 마이크로 입자들이 가속되어 튕겨 나가게 된다. 입자들이 가속되는 속도가 굉장히 크기 때문에 이들은 신체 조직을 침투할 만한 충분한 운동량을 갖고 있다. 입자들의 침투 여부를 확인하기 위해 우리는 5${\mu}m$ 크기의 코발트 입자들을 연조직을 묘사하는 젤라틴에 가속시켰으며, 주목할 만한 침투 깊이를 얻으며 실험에 성공하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.38.2-38.2
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• 2009

마이크로노즐은 우주공간에서 인공위성의 자세를 바로잡는 데 필요한 마이크로 로켓에 들어가는 필수적인 부품이다. 마이크로 노즐은 또한 나노입자 적층 시스템(nano-particle deposition system, NPDS)에 들어갈 수 있다. NPDS는 세라믹 또는 금속 나노분말 입자를 노즐을 통해 초음속으로 가속시킨 뒤 상온에서 이를 기판에 적층시키는 새로운 시스템이다. 본 연구의 목표는 NPDS에 쓰이는 노즐을 일반적인 반도체 공정을 이용하여 마이크론 스케일의 목을 갖도록 한 마이크로노즐을 제작하는 데 있다. 보쉬 공정은 이러한 마이크로노즐을 제작하는데 필수적인 공정으로, 유도결합플라즈마를 이용해 실리콘 웨이퍼를 식각시키는 기술을 말한다. 보쉬 공정에 사용되는 플라즈마 기체는 $SF_6$와 $C_4F_8$인데, 이 두 가지 기체를 번갈아가면서 사용하여 실리콘 웨이퍼를 이방성 식각하는 것이 그 특징이다. 보쉬 공정에는 다양한 변수가 존재하며 이를 적절히 통제하면 마이크로노즐에 적합한 프로파일을 실리콘 웨이퍼 내에 형성시킬 수 있다. 본 연구에서는 보쉬 공정을 이용하여 3차원 마이크로 노즐을 제작하였다. 기존에 반응성이온식각(deep reactive ion etching, DRIE) 공정을 통해 마이크로노즐을 제작한 사례가 많이 보고되었지만 이들은 모두 2차원적으로 마이크로노즐을 제작하였다. 2차원적으로 제작한 마이크로노즐은 마이크로 로켓에 주로 사용되었지만, 초음속으로 가속된 분말이 노즐의 형상으로 인한 유체 흐름의 불안정성 때문에 NPDS에서는 오래도록 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 그러므로 본 연구에서는 마이크로노즐을 3차원 형상으로 제작함으로써 이러한 문제점을 해결하고자 하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.37.2-37.2
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• 2009

다이렉트 프린팅 방식에 대한 수요가 높아지면서 마이크로 노즐에 대한 수요도 높아지고 있다. 마이크로 노즐은 Nano particle deposition system (NPDS)에서 가장 중요한 부분으로 금속이나 세라믹 분말을 음속으로 가속시키는 역할을 한다. 또한 마이크로 노즐은 마이크로 스페이스 셔틀과 주사바늘이 없는 약물 주사 시스템 등의 많은 분야에서 사용 가능하다. 이러한 마이크로 노즐은 대부분 기계적 절삭법을 이용하여 알루미늄으로 만들어져왔다. 하지만 알루미늄으로 만들어진 마이크로 노즐은 경도가 낮아 세라믹 나노 입자를 적층하는 것에 적절치 못하며 사용가능한 수명이 짧다는 단점을 가지고 있다. 또한 가장 큰 단점으로 노즐목을 1mm이하로 제작하는 것이 어렵다는 것이다. 따라서 본 연구에서는 Si wafer를 Deep RIE 방식을 이용하여 3차원적으로 제작하였다. Deep RIE 방식 중 BOSCH process를 이용하였다. 이렇게 만들어진 마이크로 노즐은 다이렉트 프린팅 방식중 하나인 NPDS에 적용하였다. Si wafer로 만들어진 마이크로 노즐이 적용된 NPDS를 이용하여 graphite 분말을 가속하여 적층 실험을 실시하였다 이와 함께 전산 유체 역학(CFD)를 이용하여 마이크로 노즐일 이용한 초음속 가속 가능 여부를 판단하였다. 전산 유체 역학은 유한 요소법을 이용하여 유체의 거동을 시뮬레이션을 통하여 예측하는 것으로 마이크로 노즐 내에서 유체의 흐름을 예상할 수 있다. 실제 실험의 결과와 전산 유체 역학을 이용한 시뮬레이션 결과dml 비교 분석을 실시하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.303-303
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• 2013

표면에 부착된 나노/마이크로 입자는 다양한 분야에서 오염물질로 작용한다. 특히 형상이 미세하고 공정 단계가 복잡한 반도체 및 디스플레이 등의 전자 소자 공정에서 미치는 영향이 크다. 따라서 입자상 오염물질의 제거에 관하여 상용화된 습식 세정 방법이 다양하게 존재하지만 표면 손상, 화학 반응, 부산물, 세정 효율 등 여러 가지 문제점이 있어 새로운 세정 방법이 요구된다. 이에 건식 세정 방법, 그 중에서도 입자의 충돌을 통해 제거하는 방법인 에어로졸 세정, 필렛 세정 등이 개발되었으나 마이크로 크기로 생성되는 입자로 인하여 형상의 손상이 크다. 따라서 본 연구에서는 나노 단위로 기체/고체 혼합물만 생성하여 세정하는 가스 클러스터 세정 방법을 이용하여 이러한 문제점을 해결하고자 하였다. 클러스터 세정 장비를 이용한 표면 처리는 충돌에 의한 제거에 기반한다. 따라서 생성 및 가속되는 클러스터로부터 대상으로 전달되는 운동량의 정도가 세정 특성에 영향을 미치며 이는 생성되는 클러스터의 크기에 종속적이다. 생성 클러스터의 크기 분포는 분사 거리, 유량, 분사 각도, 노즐 냉각 온도 등의 변수에 관한 함수이다. 따라서 본 연구에서는 $CO_2$ 클러스터를 이용한 세정 특성을 정의 및 제어하기 위하여 생성되는 클러스터 특성에 관하여 이론적, 수치 해석적, 실험적 연구를 수행하였다. 먼저, $CO_2$의 물리적 특성 및 이를 이용한 특정 크기 오염 물질을 제거하는데 요구되는 임계 클러스터 크기 계산을 이론적으로 구하였다. 이는 오염물질의 부착력과 클러스터의 운동량 전달에 의한 제거력의 비교를 통해 이루어졌다. 두 번째로 클러스터 크기분포를 수치 해석적으로 예측하기 위하여 각 조건에 대하여 유동해석을 수행하고 이를 통해 구해진 노즐 내 기체의 냉각 속도를 GDE (General Dynamic Equation) 계산에 대입하여 구하였다. 마지막으로 PBMS(Particle Beam Mass Spectrometer)를 이용하여 실험적으로 클러스터 크기분포를 각 조건에 대하여 구할 수 있었다. 또한 크기 분포 경향에 대한 간접적 확인을 위하여 포토레지스트가 코팅된 웨이퍼에 클러스터의 충격으로 생성된 크레이터 크기의 경향을 분석하였다. 이와 같은 방법에 의하여 생성되는 클러스터는 노즐의 유량 증가, 온도 상승에 각각 비례하여 작아지는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.197-197
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• 2017

본 연구에서는 입자성 오염물질을 다량 함유하고 있는 초기강우 유출수를 처리하기 위한 수처리 시설로 고속복합응집장치를 개발하였다. 고속응집복합장치의 요소기술은 마이크로 버블, 급속교반장치(인라인믹서), 전기촉매를 이용한 부상촉진장치, 볼텍스 흐름 등으로 구성되며, 기술 원리는 응집제에 의해 오염물질을 응결, 응집, 부상시켜 스컴을 제거하는 일반 응집 원리와 유사하다. 본 기술의 특징은 교반, 혼화조, 응집제를 1개의 조에 컴팩트하게 구성하여 체류시간을 10분 이내로 단축하였고, 볼텍스(voltex) 흐름을 이용한 선회류와 루버홀 형태의 스크린을 적용하여 응집효과를 극대화하였으며, 플럭에 의한 막힘이 없이 스크리닝이 이루어질 수 있도록 하였다. 또한, 부상촉진장치(전기유도)를 이용해 응집 플럭의 부상효과를 상승시켰고, 감속기와 일체화된 내통스크린이 선회류와 반대 방향으로 회전하면서 볼텍스 흐름의 가속효과에 의한 스크린 폐색 방지 및 응집부상 효율을 향상시킬 수 있도록 설계하였다. 부상슬러지는 별도의 플럭 제거 설비 없이 스크린 내통 회전에 이용되는 감속기에 부착된 스컴 제거기에 의해 동시 제거가 가능하며, 응집부상 처리수는 장치 가장 바깥 외곽에 충진된 필터층에서 최종 여과되어 방류되도록 구성함으로서 모든 처리공정이 단일 장치 내에서 이루어지도록 구성하였다. 본 고속복합응집장치는 전체 규격 ￠ $1000{\times}2,000mmH$의 시제품이 제작되어 현재 시흥소재 매화저수지에서 성능평가를 실시하고 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.233-233
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• 2011

ECR 이온원을 가볍고 작게 하면서 운전을 단순화함으로써 유지보수를 최소화하는 것은 특히 의료용 중입자 가속기에서 매우 중요한 조건 중 하나가 된다. 탄소 다가 이온을 만들어내기 위한 의료용 중입자가속기의 이온원으로 영구자석형 ECR 이온원을 개념 설계하였다. 영구자석은 이온원 입출구에서 강력한 축방향 자장을 만들기 위한 솔레노이드 자석 두 개와 반경방향 자장을 만들어 주기 6극 자석으로 구성된다. 또한 축방향 자장 흐름을 효과적으로 만들어주기 위한 두 개의 링 형 자석을 추가하여 자장의 강도를 높였다. 그러나 영구자석으로만 만들어진 자장 구조는 제작과 동시에 고정이 되어 수정이 불가능하기 때문에 제작 후 매우 제한적인 운전영역을 가질 뿐 만 아니라 최악의 경우에는 운전조건을 찾지 못하는 경우도 발생할 수 있다. 따라서 본 설계에서는 그림과 같이 두 개의 작은 보조 솔레노이드 전자석을 추가하여, 최소한의 운전조건으로 ECR 이온원의 공명영역을 결정하는 최소 자장의 구조뿐만 아니라 축방향 자장의 세기도 각각 능동적으로 제어할 수 있도록 하였다. 또한 마이크로파원으로는 TWT (Traveling Wave Tube)를 사용하여 10 GHz에서 14 GHz 까지 다양한 주파수에서 운전이 가능할 수 있도록 설계하였다. 이러한 설계를 통하여 다양한 운전조건을 가질 수 있는 안정된 ECR 이온원을 부피가 작으면서도 유지보수를 최소화하는 구조로 만들 수 있으며, 본 이온원은 탄소 다가 이온을 만들어내기 위한 목적뿐 만 아니라 다양한 중이온을 작은 규모로 만들어내기 위한 장치에서도 사용될 수 있다.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권5호
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• pp.84-90
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• 2004

양성자 가속기를 이용한 지상 실험에 기초하여 인공위성에서 사용할 마이크로프로세서의 SEE 발생률을 예측하였다. 우주 공간의 하전 입자 분포를 AP8, JPL91 그리고 CREME 모델을 사용하여 추정하고, 양성자 가속기를 통한 실험에서 얻어진 단면적 곡선들을 SEE 발생률 예측에 사용하였다. 약 685 km의 저궤도에 대해 고 경사각과 저 경사각이 고려되었다. 계산 결과는 후보 소자에 대한 SEE 발생률이 저 경사각에서는 수용할만한 것이었지만 고 경사각의 경우에는 최악의 조건에서 문제될 수 있음을 보여준다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권1호
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• pp.67-71
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• 2010

1 GW/$cm^2$ 이상의 고강도의 레이저 빔을 얇은 금속 호일의 한 점에 집중시키면, 레이저 삭마현상에 의해 발생된 충격파가 금속 호일 안으로 전파하게 된다. 이 충격파는 금속 호일의 반대 면에서 팽창파로 반사되고, 그 과정에서 금속 호일에 급격한 변형이 일어난다. 이 때, 금속 호일의 반대 면에 미세한 마이크로 단위 크기의 입자들을 코팅하면, 금속의 순간적인 변형으로 인해 입자들이 큰 운동량을 얻으며 가속되어 빠른 속도로 튕겨져 나가게 되는데 이것이 바이오리스틱 약물 전달의 원리이다. 이번 연구에서는 바이오리스틱 시스템의 제어성, 안정성, 효율을 향상시키고자 컨파인 조건을 변화시키며, 인체의 연한 조직을 모사하는 3% 젤라틴 용액으로의 침투 모습을 파악하였다. 사용한 컨파인 매질은 BK7 유리, 물, 그리고 초음파젤(RHAPAPHRM Co. Ltd)이다. 실험결과, 컨파인 매질과 그 두께를 조절함으로써 마이크로 입자들의 침투 양상을 제어할 수 있음을 확인하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권4호
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• pp.55-59
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• 2004

본 논문은 광 활성도가 가장 좋은 아나타제(anatase)상의 광촉매 $TiO_2$분말을 상온에서 aerosol deposition 법을 사용하여 박막을 제조하였다. 이런 제조 방법은 aerosol 분말을 초음속으로 분사하여 기판에 증착시키는 방법으로, 저온에서 박막증착이 가능하여 thermal stress를 줄일 수 있고, 공정 단가를 낮출 수 있다는 장점이 있다. 박막 제조시 aerosol bath의 압력은 500 torr이고, chamber의 압력은 0.4 torr 였다. 이런 압력차는 $0.4 mm{\times}10 mm$의 크기의 노즐을 통해 $TiO_2$ 나노 분말을 초음속으로 가속하여 기판에 증착시켰다. 박막 제조를 위해 사용한 기판은 수질정화에 응용하기 위해 직경 50 mm인 원판 SUS mesh를 사용하였다. $TiO_2$ 분말의 고른 분포를 위해 $TiO_2$ 분말에 함유되어 있는 수분을 제거하고 이차 입자의 생성을 억제하기 위해서 알코올 bath 속에서 90분간 초음파 세척을 한 후 건조하였다. SUS mesh 위에 증착되어 있는 $TiO_2$ 박막의 입자크기를 알아보기 위해 주사 현미경(SEM)으로 분석하였으며, $1 {\mu}m$정도의 입자 크기를 관찰 할 수 있었다. X-ray diffraction (XRD) 분석 결과 aerosol deposition 후에도 분말의 anatase상은 그대로 유지되었으며, 이런 결과는 광촉매 작용을 이용한 수처리용 필터로 활용이 가능하다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제23권2호
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• pp.65-71
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• 2016

본 연구에서는 나노 입자 적층 시스템(Nano Particle Deposition System, NPDS)을 이용하여 전기변색소자의 작동 전극을 적층하고 또한 염료 감응 태양전지의 반도체 층으로 사용되는 $TiO_2$층 및 전기변색소자의 이온 저장 층으로 사용되는 Antimony Tin Oxide(ATO) 층을 제작하였다. NPDS는 상온 건식 분말 적층법으로 노즐을 통하여 초음속으로 가속된 분말의 높은 에너지를 이용하여 기판에 적층하는 새로운 개념의 건식 적층 방법이다. 본 연구에서 코팅된 물질의 두께는 전기변색소자의 투과율에 영향을 끼치는데, 이는 표면 프로파일 측정법(surface profiling method)으로 측정하였으며, 적층된 $TiO_2$와 ATO 및 복합 층의 미세 구조를 확인하기 위해 SEM을 이용한 분석을 진행하였다. 한편 염료 감응 태양전지의 광 변환 효율은 솔라 시뮬레이터로 분석하였다. 또한 UV-visible spectrometer와 power source를 이용하여 630 nm 대역에서 전기 변색 소자가 갖는 투과도 변화와 낮은 전압에서의 작동 및 변색 횟수를 측정하였으며, 결과적으로 상기 과정을 거쳐 제작되고, 측정된 염료 감응 태양전지 - 전기 변색 통합 구조 소자를 자체 제작한 에너지 하베스팅 시스템과 연결하여 통합 구조 소자 내 태양전지의 전압 발생을 통해 자체 구동이 가능한 전기 변색 소자 시스템 제작에 성공하였다. NPDS를 통해 제작된 변색 소자의 경우, 최대 49%의 투과도 변화와 500회 작동에서 C-V curve를 유지함을 측정하여 성능과 내구성을 입증하였고, 통합 소자 내 태양 전지의 광 변환 효율은 최대 2.55%로 측정되었으며, 통합 소자 내 변색 소자의 경우 최대 26%의 투과도 변화를 보였다.