• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.298-298
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• 2013

플라즈마 전해산화기술은 알루미늄 소재에 대해 기존의 양극 산화막, 전해 경질크롬 도금 및 플라즈마 세라믹 용사기술 등에 의해 구현할 수 없는 고기능성을 부여하여 월등히 우수한 경도, 내부식, 내마모, 전기절연, 열저항, 피로강도 등을 얻을 수 있는 획기적인 기술이다. 또한 최근 환경에 대한 관심이 점차 높아지면서 친환경적 공정과정과 경금속 소재의 제품에 내구성을 향상시킬 필요성이 높아지고 있다. 이러한 요구에 부합하는 플라즈마 전해 산화기술은 알칼리 수용액 중에서 Al, Ti, Mg 등의 표면에 산화 피막을 형성시키는 기술로써 기존의 양극산화(Anodizing)을 대체 할 수 있다. 본 연구에서는 Al6061을 이용하여 플라즈마 전해산화 공정에 사용되는 전해액의 종류 및 농도, 시간의 변화에 따른 산화 피막의 변화를 내전압 측정 및 FE-SEM, EDS, XRD를 통해 분석하였다. 전해액에 sodium hexameta phosphate과 potassium phosphate를 이용하여 phosphate 종류의 변화에 따른 피막 특성의 변화를 연구하였다. 그로인해 phosphate의 종류 및 농도, 시간 변화를 이용하여 플라즈마 전해산화공정의 산화 피막 물성 제어를 할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.259-260
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• 2011

대기압 플라즈마는 멸균과 살균, 지혈, 피부재생, 치아 미백 등 여러 의학 분야를 대상으로 그 효과를 나타내고 있으며, 플라즈마 장비를 만들어 내기 위해 부피가 큰 진공 장비가 필요하지 않다는 점에서 대기압 플라즈마는 그 활용과 효과에 있어 큰 기대를 받고 있다. 대기압에서 플라즈마는 다양한 주파수를 이용하여 만들어져 왔으며, 본 연구실에서 연구하고 있는 수백 MHz-수 GHz 대역의 파워를 사용하는 플라즈마의 경우 대기압 플라즈마를 의학 분야에 사용할 때 만족해야 할 조건들에 만족하는 특성을 보여준다. 기존의 고주파를 사용하는 장비의 경우 추가적인 Matching 장비로 인해 플라즈마를 만들기 위해 큰 장비와 높은 파워가 필요한 단점이 있었다. 하지만 이 마이크로웨이브 장비는 전송선 이론을 기반으로 장비 자체가 구조적인 Matching이 이루어 지도록 설계되었다(그림 1). 즉, 추가적인 Matching 장비의 필요 없이 외부에서 파워를 주는 것만으로 플라즈마를 발생 시킬 수 있으며, 50% 이상의 파워 효율을 보여준다. 또한 그 크기도 손에 쥐고 사용할 수 있을 볼펜 정도의 크기이며, 3W의 정도의 저 전력으로 플라즈마를 발생 시켰다. 높은 에너지를 가지는 전자들은 공급되는 기체뿐만 아니라, 주변 공기와의 반응하여 여러 응용분야에 적합한 활성 종을 다량 만들어내게 된다. 본 연구실의 강점인 플라즈마 시뮬레이션으로 얻은 결과에서 주파수가 올라 갈수록 높은 에너지를 가지는 전자들이 많아지는 것을 보여준다. 그리고 발생시킨 플라즈마의 광학 특성에서도 생의학 분야에 적합한 많은 활성 종들이 발생 되는 것을 확인하였다. 일반적으로 의학 분야에 사용되는 플라즈마의 경우 플라즈마에서 발생하는 열에 의한 피해를 최소화 하는 것이 중요하다. 마이크로웨이브 플라즈마의 경우, 그 플라즈마의 온도가 50$50^{\circ}$C 미만으로 의학 분야에 사용하기 적합하다. 또한 구동 주파수가 올라갈수록 플라즈마를 유지하는데 필요한 전압이 상대적으로 낮아지게 되는데, 이는 전기적 쇼크 등 플라즈마 의용에서 발생하는 안전성 문제에 있어서도 마이크로 웨이브 장비가 좋은 점이다. 본 플라즈마 장비를 구동하기 위한 손바닥 크기 정도의 소형의 전용 파워 장치를 개발함으로써 저전력 소형 플라즈마 장치를 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 마이크로 웨이브 장비는 여러 가지 분야에서 그 효과를 검증 받았다. 혈액 응고 실험에서 30초 정도의 짧은 처리만으로도 자연 응고에 비해 탁월한 지혈 효과를 보여줬다 (그림 2). 충치를 발생시키는 대표적인 구강균인 S.mutans의 살균 실험에서 Ti02와의 복합적인 처리를 통해 30초 미만의 처리로 처리하지 않은 것에 비해 10-6 만큼의 줄어드는 살균 효과를 보여줬다. 뿐만 아니라 치아의 미백에 있어서도 탁월한 효과를 나타냈다. 현재 본연구실에서는 마이크로 웨이브 장비의 기본적인 구조를 응용하여, 좀더 넓은 영역을 처리할 수 있는 대면적 마이크로 웨이브 장비를 위한 연구를 수행 중이다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2010.07a
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• pp.283-284
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• 2010

소각로 배가스 탈황탈질 동시처리 시스템의 주요 장치인 나노 펄스 플라즈마 전원 장치(일명, Magnetic Pulse Compressor)의 상용화 성공과 향후 개선 방향에 대하여 논의한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.559-559
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• 2013

KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 장치는 차세대 에너지원 중의 하나인 핵융합로를 위한 과학기술 기반을 마련하기 위해 개발된 중형급 토카막 실험장치로서 토카막 운전 영역의 확장과 안정성 확보, 정상상태 운전 도달을 위한 방법 연구, 최적화된 플라즈마 상태와 연속 운전 실현 등을 주요 목표로 하고 있다. 이를 위해 핵융합 반응에 의한 점화조건과 가까운 상태로 플라즈마를 가열해주어야 하며, 토카막 장치의 저항가열 이외에도 외부에서 추가 가열이 반드시 필요하다. 중성 입자빔 입사 장치는 현재 토카막에서 사용되고 있는 가열장치 중 가장 신뢰성있는 추가 가열 장치라 할 수 있으며 한국 원자력연구원에서는 1997년부터 KSTAR 토카막 실험 장치에 사용될 중성 입자빔 입사 장치를 개발해왔었다. 중성빔 입사 장치는 크게 이온원, 진공함, 열량계, 진공 펌프, 중성화 장치, 이온덤프와 전자석으로 이루어져 있으며, 이중 이온원은 중성빔의 성능을 좌우하는 핵심적인 장치라 할 수 있다. 최근 한국원자력연구원에서는 2 MW 중성 입자빔 입사장치용 이온원 개발을 완료하여 KSTAR 토카막 장치에 설치하였으며, 2013년 현재 KSTAR에는 총 두 개의 이온원이 장착되어 최대 약 3 MW 이상의 중수소 중성 입자빔을 입사하여 KSTAR 토카막 실험의 H-mode 달성과 운전 시나리오 연구에 많은 기여를 하고 있다. 한국원자력연구원에서 최초로 개발된 이온원은 미국 TFTR 장치에서 사용되었던 US LPIS (Long Pulse Ion Source)를 기본으로 하여 국내 개발을 수행하였다. 이 온원은 크게 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부와 발생된 이온을 인출 및 가속시키는 가속부로 구성되는데, 개발과정에서 가장 먼저 KSTAR의 장주기 운전에 적합하도록 플라즈마 방전부와 가속부의 냉각회로를 요구되는 열부하에 맞게 설계 수정하였다. 그 후 플라즈마 방전부는 방전 시간과 안정성, 플라즈마 밀도의 균일도, 정격 운전, 방전 효율 등을 고려하여 수정 보완하며 개발을 진행하여왔다. 가속부의 경우 국내 제작기술의 한계를 극복하기 위해 빔 인출그리드를 TFTR의 US LPIS 모델의 슬릿형 그리드 타입에서 원형 인출구 타입으로 변경하였으며, 이후 가속 전극의 고전압 내전력 문제, 빔 인출 전류와 전력, 인출 빔의 광학적 질(quality), 빔 인출 시간 동안의 안정성 등을 위해 그리드의 크기와 간격, 모양 등을 변경하여 개발을 수 행하여 왔다. 이 논문은 한국원자력연구원에서 개발이 진행되어 왔던 이온원들을 시간적으로 되짚어 보면서 현재까지의 성과와 문제점, 그리고 앞으로의 개발 방향에 대해 논의하고자 한다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.5 no.1
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• pp.16-23
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• 1994

In an argon thermal plasma CVD system diamond of metastable state was synthesized on molydenum substrate and concentration ratio of methane to hydrogen. Diamond was relatively well obtained when surface temperature of substrate was $890^{\circ}C$ and concentration of methane ratio was 0.5 percents.

• Proceedings of the Korean Institute of Resources Recycling Conference
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• 2003.10a
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• pp.181-184
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• 2003

본 연구에서는 열 필라멘트 화학증착 방법에 의한 나노 다이아몬드 박막 증착을 위해 핵 생성 밀도를 증가시키기 위해서 다이아몬드 특성을 갖는 탄소(Diamond-Like Carbon)박막들을 연속 및 펄스 플라즈마를 이용한 화학 증착법에 의하여 증착하여 그 특성을 SEM, XPS, Raman 및 Nano-Tester를 이용하여 분석하였으며 열 필라멘트 화학 증착법에 의하여 나노 다이아몬드 박막 형성에 대한 핵 밀도와 다아이몬드 특성을 갖는 탄소 박막의 특성의 연관성을 관찰하여 공구(WC-Co)의 표면 사전 처리 없이 나노 다이아몬드 박막 형성을 용이하게 하는 실험을 수행하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.95-95
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• 2016

은나노와이어 투명전극은 높은 투과도와 높은 전도도를 가짐과 동시에 높은 유연성을 가지고 있어 차세대 투명전극으로 주목받고 있다. 많은 연구자들이 이를 이용하여 다양한 전자소자에 대한 적용 연구를 수행하고 있고, 터치스크린에 적용한 제품 등이 실제로 선보이고 있다. 하지만 ITO에 비해 높은 생산 단가와 낮은 열적, 환경적인 안정성은 이를 다양한 품목에서 실용화하는데에 있어 문제가 되고 있다. 은나노와이어에 장시간 열이 가해지거나, 습도에 노출되거나, 국소 부분에 높은 열/전류가 가해지게 되면 Rayleigh Instability 현상을 보이며 각각의 나노와이어가 끊어지는 현상이 발생한다. 또한, 공기 중의 수분에 의한 산화가 발생하는 문제도 존재한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 상부에 이종의 물질을 덮어 Passivation을 수행하지만, 이는 생산 단가의 상승으로 이어진다. 본 연구에서는 플라즈마 기술을 활용하여 은나노와이어의 특성을 강화시키는 연구를 수행하였고, 이종의 물질 형성 없이 전기적, 환경적 안정성을 향상시킬 수 있었다. 또한 전기적 특성의 향상으로 인해 더 적은 은나노와이어의 양으로도 같은 전기적 특성을 가질 수 있었고, 이를 통해 높은 투과도/재료소모 절감의 효과를 동시에 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.05a
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• pp.80-80
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• 2015

벌집 모양 격자 속에 배열된 탄소 원자들의 단일 층으로 구성되고, 매우 놀라운 특성들을 지니고 있는 차세대 물질인 그래핀을 생산하기 위해서 지금까지 많은 연구진이 다양한 합성법을 개발해 왔다. 본 연구에서는 Radio Frequency (RF) 열 플라즈마를 통해 고 순도의 그래핀 플레이크를 생산하고자 하였다. 이러한 방법을 통해 sulfur와 oxygen을 포함한 불순물이 다량 제거될 수 있었으며, 초고순도 그레핀 플레이크 제조를 통해 면저항을 낮출 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.218-218
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• 2016

실린더 형태의 유전체 관에 나선형으로 도전체 안테나를 설치하는 타입의 유도 결합 플라즈마원은 간단한 구조로 화학 조성 분석용부터 나노 분말 제조, 반도체용 식각/증착, 표면 처리, 자동차 및 일반 산업 부품용 증착 보조원등으로 널리 사용되고 있다. 고밀도 라디칼/이온의 공급을 위해서 투입 전력을 증가시키는 경우 높은 전력 밀도로 인해서 유전체 관에 인가되는 열응력이 대기압 및 관 고정용 구조물에 의한 구조 응력에 더해져서 파손에 이르는 경우가 발생될 수 있다. 실제 실린더 길이 전체를 안테나 코일로 감는 경우에도 플라즈마 발생 밀도가 높은 지역은 중심 일부 영역에 국한 되는 공정 영역도 있어서 이에 대한 분석이 필요하다. CFD-ACE+를 이용하여 플라즈마의 생성, 냉각수의 열전도, 외부 공냉식 팬의 역할등에 대해서 수치 모델을 작성하여 검토하였다. 나선형 냉각코일의 경우 냉각수량을 일정값 이상으로 증가시키는 경우 유속이 지나치게 빨라져서 열원이 있는 내경쪽 표면에서 열전도가 유속에 비례해서 증가하지 못하는 단점이 발생할 수 있으며 냉각팬의 경우 일반적으로 장치 내부에 대해서만 모델링을 하는 데 실제로 전체 시스템의 주변에서 공기의 흐름을 넓게 해석해야 실제 냉각 효과를 파악할 수 있다. 심한 경우 냉각용 공기 흡입구와 토출구의 간격이 좁아서 열원에 의해서 가열된 공기의 상당량이 다시 냉각용 공기 흡입구로 재순환 되는 경우도 발생하기 쉽다.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 1999.05a
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• pp.425-431
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• 1999

We develope plasma monitoring system which detect plasma signals and store them for Laser welding quality evaluation and analysis using photo detector. The most fundamental and important aspects in such a system are signal restoration fidelity, noise immunity and noise cancelation capability. In this paper, we propose implementation method using distribute processing structure and hybrid digital communication for high noise cancelation capability, immunity and signal fidelity which are poorly presented in other researches. Lab experimental results and welding experimental results show a effectiveness of proposed method and plasma data is stored with 256 kbps without any communication error. we are implementing various welding defect recognition algorithm in this system.