• 한국유체기계학회 논문집
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• 제11권4호
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• pp.7-13
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• 2008

The computational investigation is performed to find out the interaction of arc plasmas with surrounding materials and the thermal flow characteristics in a PASB (Puffer-Assisted Self-Blast) chamber, which is one of new breaking concepts in $SF_6$ switchgears. It is very important to define the flow and mass transfer happened during the full arcing history for further understanding complex physics inside the chamber. In this study, we have considered two diffusion processes by the hot arc plasma, one is PTFE nozzle ablation and the other is Cu electrode evaporation, simultaneously. It was found that the principle of the pressure-rise inside the chamber is confirmed by the computational results and the increase of the electrical conductivity of the residual gas near current zero is critical to the chamber design.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.500-500
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• 2012

플라즈마 디스플레이 패널(PDP)는 미소체적의 dielectric barrier discharge (DBD)를 이용한 한 예로 볼 수 있다. PDP 셀은 실험을 통하여 방전 특성을 분석하기에 아주 작은 크기이기 때문에 시뮬레이션을 이용하는 것이 방전 특성을 분석하기에 유용하다. 시뮬레이션 방법 중 유체 시뮬레이션은 높은 압력에서 기체 방전을 분석하기에 아주 유용한 방법이다. PDP 전극 각도를 바꿈으로써 발광 효율을 높일 수 있음이 논문으로 발표 되었다. 이 발표에서는 2차원 유체 시뮬레이션을 사용하여 전극의 각도 변화뿐만 아니라 전극 간격과 압력 변화에 따른 방전 특성 변화를 연구하였다. 평판 전극의 각도 변화에 따라 전기장 세기, 방전 공간 내 전하 및 여기된 입자수 및 분포, 방전 개시 전압 등의 진단을 통하여 결과를 분석하였다. 전극 간격이 길어질수록 convex 구조의 효율 증가가 크게 나타났으며 압력이 커질수록 concave 구조의 효율 증가가 크게 나타났다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.161-161
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• 2013

본 연구에서는 백금 나노입자의 크기, 형상, 분포도에 따른 전기 화학적 효율을 평가하기 위해 계면활성제 농도를 달리하여 백금 나노입자를 합성하였다. 계면활성제로는 CTAB(cetyltrimethylammonium bromide)이 사용되었으며, 0.5 mM의 $H_2PtCl_6$의 백금 염을 환원시키기 위하여 유체 플라즈마 공정을 이용하였다. 공정 시간은 UV-vis 스펙트럼 결과를 토대로, 262 nm의 파장대에서 관찰된 LMCT(ligand-to-metal charge transfer) peak이 사라지는 시간을 기준으로 하여 공정을 진행하였다. 합성된 나노입자는 순환 전류-전압곡선(CV), TEM이미지와 XRD 분석을 이용하여 전기화학적 특성, 입자의 평균 크기 및 형상 변화를 비교 분석 하였다. 그 결과 CTAB을 넣지 않은 백금나노입자의 경우, CTAB을 넣고 제조한 백금 나노입자와는 달리 구의 형태로 뭉쳐있음을 관찰하였고, 이러한 백금 나노입자의 구조는 보다 높은 전기화학적 활성 특성을 가짐을 보였다.

• 지질공학
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• 제30권4호
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• pp.557-575
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• 2020

유류오염 토양의 투수성 및 정화효율을 개선하기 위하여 고전압 아크 방전에 의한 플라즈마 블라스팅을 토양에 적용하였다. 이 연구를 위하여 고전압 발생장치를 새로 제작하였고, 실트질 모래인 토양시료, 토양시료에 소석회를 혼합한 시료와 토양시료에 시멘트를 혼합한 세 종류의 토양시료를 다져서 소형 토조와 대형 토조를 제작한 후 각각의 토조내에서 플라즈마 블라스팅을 시행하여 유체확산의 범위와 투수성의 변화를 측정하였다. 플라즈마 블라스팅이 시행된 토양시료에서는 플라즈마 블라스팅이 시행되지 않은 대조군에 비해 유체의 확산 부피가 약 11~71% 증가하였다. 낮은 전압하에서 플라즈마 블라스팅이 시행되면 토양 내에서는 구조적 취약면(다짐면)을 따라 수평적 확산이 우세하게 나타났으나 높은 전압에 의한 플라즈마 블라스팅은 토양 내에 구형의 입체적인 확산을 발생시켰다. 플라즈마 블라스팅은 투수성 또한 증가시켰으며, 소석회 및 시멘트가 혼합된 토양에서 더욱 뚜렷하게 관찰되어, 플라즈마 블라스팅이 시행된 시료들은 대조군 시료에 비해 투수계수가 450~1,052% 범위로 증가하였다. 플라즈마 블라스팅이 1회만 실시된 토양시료의 투수계수는 방전 전압이 높아질수록 증가하였으나 동일한 전압으로 여러 번의 블라스팅이 시행된 토양시료의 투수계수는 증가하거나 감소하였다. 토양시료에 경유를 이용하여 인위적으로 오염시킨 토양시료에 플라즈마 블라스팅을 실시하여 정화효율을 측정하였다. 플라즈마 블라스팅이 시행되면, 방전지점 근처의 토양에서는 평균 393%, 방전지점으로부터 20 cm 이상 이격된 하부 토양에서는 평균 239% 정도의 정화효율이 개선되었으나 방전 전압과 정화효율은 상관성을 보이지 않았다. 위의 결과는 플라즈마 블라스팅이 토양의 투수성과 정화효율을 상당히 개선하므로, 유류오염 토양의 원위치 정화에 효율적으로 이용될 가능성을 보여주었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.131.2-131.2
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• 2015

마이크로웨이브를 이용한 플라즈마는 효율적인 전자가열이 가능하며, 낮은 이온에너지를 가지는 고밀도 플라즈마를 생성시킬 수 있다는 장점이 있다. 최근 산화물 반도체 및 대화면 디스플레이 장치내 소자의 보호막 증착용으로 저온 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정 및 장치의 필요성에 따라 마이크로웨이브를 이용한 PECVD 장치가 주목 받고 있다. 본 연구에서는 실리콘 나이트라이드 공정 장치 개발을 위한 2차원 시뮬레이션 모델을 완성하였다. Global modeling을 이용하여 확보한 Chemical reaction data에 대한 검증을 하였다. Maxwell's equation, continuity equation, electromagnetic wave equation 등을 이용하여 Microwave의 파워 및 압력에 따른 전자 밀도, 전자 온도등의 플라즈마 변수의 변화를 관찰하였다. 또한 Navier Stokes equation을 추가하여 챔버 내의 Gas flow의 흐름을 고려한 시뮬레이션을 진행하여 분석하였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제19권4호
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• pp.68-74
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• 2014

This computational study features the transient compressible and inviscid flow analysis on a metallic plasma discharge from the opposing composite electrodes which is subjected to pulsed electric power. The computations have been performed using the flux corrected transport algorithm on the axisymmetric two-dimensional domain of electrode gap and outer space along with the calculation of plasma compositions and thermophysical properties such as plasma electrical conductivity. The mass ablation from aluminum electrode surfaces are modeled with radiative flux from plasma column experiencing intense Joule heating. The computational results shows the highly ionized and highly under-expanded supersonic plasma discharge with strong shock structure of Mach disk and blast wave propagation, which is very similar to muzzle blast or axial plasma jet flows. Also, the geometrical effects of composite electrodes are investigated to compare the amount of mass ablation and penetration depth of plasma discharge.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2003년도 추계 학술대회논문집
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• pp.212-218
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• 2003

In order to analyze the heat transfer phenomena in the plasma flames, a mathematical model describing heat and fluid flow in an electric arc has been developed and used to predict heat transfer from the arc to the steel bath in a DC Electric Arc Furnace. The arc model takes the separate contributions to the heat transfer from each involved mechanism into account, i.e. radiation, convection and energy transported by electrons. The finite volume method and a SIMPLE algorithm are used for solving the governing MHD equations, i.e., conservation equations of mass, momentum, and energy together with the equations describing a $\kappa-\epsilon$ model for turbulence. The model predicts heat transfer for different currents and arc lengths. Finally these calculation results can be used as a useful insight into plasma phenomena of the industrial-scale electric arc furnace. From these results, it can be concluded that higher arc current and longer arc length give high heat transfer.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 2002년도 춘계공동학술발표회요약집
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• pp.119-119
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• 2002

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.241-241
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• 2011

최근들어 저온플라즈마를 이용한 생물학적 응용분야가 각광을 받고 있다. 특히 전기전도도를 가진 전해질 내에서 형성된 액상 플라즈마는 열손상없이 암, 세균 및 비정상 장기조직의 제거가 가능하다는 점에서 기존 시술들이 가지는 문제를 해결할 수 있다. 허리통증을 유발하는 탈출 수핵을 대용량으로 제거하기위한 플라즈마발생 전극에 관한 연구가 수행되었다. 수핵 분해량을 늘리기 위해서는 플라즈마를 통하여 다량의 수산화기 라디컬을 형성, 수핵표면에 조사해야 한다. 이를 위하여 6개의 텅스텐 전극표면에서 기포를 발생시켜 플라즈마 발생면적을 넓힐 수 있었다. 텅스텐 전극들은 캡톤코딩과 세라믹 스페이서를 통하여 분리되었고, 전극의 후방에는 SUS 재질의 환형 접지전극을 배치하여 6개의 텅스텐 전극표면에서 모두 기포가 발생할 수 있도록 하였다. 시술적용시 플라즈마 및 전극이 가지는 제한 조건은 단백질 변성을 막기위한 섭씨 45도 이하의 온도 상승과 조직에 대한 기계적인 손상 방지를 위한 2.5 mm 이하의 전체 전극 굵기이다. 이를 만족하는 가운데 수산화기 라디컬 형성을 증대할 수 있는 전극의 구조를 결정하기 위하여 1-D 전기 열유체 모델 도입하였다. 모델에서 도출된 기포의 두께를 바탕으로 다중전극간의 거리 조절을 통하여 플라즈마 방전구조를 전극 - 전극 (기포두께${\times}2$ > 전극간 거리)과 전극 - 기포표면 (기포두께${\times}2$ < 전극간 거리)으로 통제하였다. 형성된 플라즈마의 소모전력, 전자 밀도및 수산화기 라디컬의 회전온도를 분석하기 위하여 0.9% 염화나트륨 수용액, 1.6 S/m, 전해질에서 플라즈마 형성를 형성하고 전기신호 및 광학신호를 관측하였다. 전극에 인가된 전압은 340 VRMS이며 운전주파수는 380 kHz이다. 실험 결과, 전극 - 기포표면 방전구조는 전극 -전극 방전구조에 비하여 전해질의 저항역할로 인하여 방전전류가 3.4 Ipp에서 1.6 Ipp로 감소하였으나, 기포표면에서의 물분자의 분해로 인하여 수산화기 라디컬에서의 발광세기는 약 4배 증가하였다. 또한 수산화기의 회전온도 분포상에서도 전극 - 기포표면 방전은 주변 물분자의 열교환으로 인하여 전극 -전극간 방전의 1500K 에 비하여 낮은 400K를 보였다. 이는 전극-기포표면 방전구조의 전극이 낮은 온도의 수산화기를 다량으로 형성할 수 있음을 시사하며, 카데바를 이용한 실험에서 220초에 걸쳐 약 87%의 수핵을 기계적 손상 및 단백질 변형없이 효과적으로 제거함을 확인하였다.

• 한국진공학회지
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• 제18권3호
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• pp.164-175
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• 2009

전산 유체 역학 코드를 사용하여 안테나 내장형 유도 결합 플라즈마 시스템의 가스 유동 특성, 전력 흡수, 전자 온도, 전자 밀도, 화학종의 분포에 대해서 살펴보았다. 복잡한 현실적 3차원 시스템에 대한 안정한 수치해의 도출을 위해서 최적화된 격자생성 전략을 구사하였으며, 이를 이용하여 플라즈마 질화 시스템을 한 예로 전력 흡수, 가스 유동, 전자 온도, 전자 밀도, 화학종의 분포를 분석하였다. 금속 노출형 안테나의 경우 전력 도입부 쪽에 전력 흡수의 불균형이 모델에서 예측되었으며 유전체피복 안테나의 한 예에서 전력 흡수 표피 깊이가 실제 보고된 값인 53 mm와 잘 일치하는 50 mm로 예측되었다. 또한 수소연료 전지 분리판을 위한 고속 질화 공정용 시스템의 모델링에서도 산업용 대량 처리 시스템에 적절한 다중 분리판의 장입 간격을 가스 유동, 활발한 질화종인 질소 원자와 질소 분자 이온의 농도를 근거로 예측하였다.