• 한국진공학회지
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• 제10권2호
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• pp.275-281
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• 2001

플라즈마 반응기 내에서 입자 전하 분포가 Gaussian형태로 표현될 때 전하 분포를 가지는 입자들의 충돌에 의한 입자 성장을 discrete-sectional 모델을 사용하여 이론적으로 고찰하였다. 플라즈마 반응기 내에서 입자 성장을 분석하기 위해 monomer크기, monomer생성 속도 등의 공정 변수들을 변화시켰다. 입자 크기가 40 m이상인 큰 입자들은 플라즈마 반응기내에서 대부분이 음으로 존재하였으며 40 m이하인 작은 입자들은 음성, 중성 혹은 양으로 존재하였다 입자 충돌에 의해 입자 크기가 증가함에 따라 입자 표면적의 증가와 더불어 입자가 가지는 평균 음전하수도 증가하였다. 입자 충돌에 의해 큰 입자들이 생성됨에 따라 입자크기분포는 2개의 모드로 양분화 됐다. 본 연구의 이론 결과와 Shiratani 등 [3]의 실험결과가 비교적 잘 맞았으며 본 연구에서 사용한 모델식은 플라즈마 반응기 내에서 수 나노 크기의 입자 성장 연구에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.218-218
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• 2010

유기물과 무기물이 결합한 유기물/무기물 나노복합체는 차세대 전자 소자 제작에 있어 저전력 및 높은 생산성으로 인해 유용한 소재로 각광받고 있다. 유기물/무기물 나노복합체에 사용되는 물질 중에서 코어-쉘 구조의 나노 입자를 사용한 나노복합체는 나노 입자의 쉘에 의한 메모리 특성의 변화로 인해 차세대 메모리 소자에 응용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 코어-쉘 나노 입자가 분산되어 삽입된 고분자 박막 구조를 사용한 비휘발성 메모리의 쉘에 의한 메모리 특성 변화에 대한 연구는 비교적 미미하다. 본 연구에서는 CdTe-CdSe 나노 입자가 Poly(9-vinylcarbazol) (PVK) 박막에 분산된 구조를 기억층으로 사용하는 비휘발성 메모리 소자의 제작과 CdSe 쉘 층에 의한 메모리 특성의 변화에 대한 관찰을 수행하였다. 코어-쉘 나노입자에서 쉘의 역할을 알기 위하여 CdTe-CdSe 나노 입자와 CdTe 나노 입자를 각각 PVK에 톨루엔을 사용하여 녹여 나노 입자가 분산된 용액들을 제작하였다. 두 용액을 p-Si 기판 위에 스핀 코팅으로 도포한 후에 열을 가해 나노복합체를 형성하고 Al을 게이트 전극으로 증착한다. 제작된 두 가지 Al/CdTe-CdSe나노 입자＋PVK/p-Si 소자와 Al/CdTe나노 입자＋PVK/p-Si 소자는 정전용량-전압 (C-V) 측정 결과 히스테리시스 특성이 관찰되었다. CdTe-CdSe 나노 입자를 포함한 소자의 C-V 곡선의 flatband voltage shift는 0.5 V이고, CdTe 나노입자를 포함한 소자의 C-V 곡선의 flatband voltage shift는 1.1 V이다. CdTe-CdSe 나노 입자가 포함된 소자와 CdTe 나노 입자가 포함된 소자의 flatband voltage shift의 차이가 나타나는 원인에 대하여 에너지 밴드 대역도를 사용하여 설명하였다. 본 연구결과는 코어-쉘 나노 입자를 사용하는 비휘발성 메모리 소자에서 쉘에 의한 메모리 특성 변화에 대한 정보를 제공할 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.198-198
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• 2011

단분산 결정질 실리콘 나노입자 (<10 nm)는 양자점 효과로 인한 선택적 파장 흡수가 가능하므로 태양전지 분야에 응용 가능성이 크다. 특히 입경의 크기가 작아지면 부피대비 표면적이 넓어지기 때문에 태양빛 흡수 면적이 증가한다. 따라서 입자의 크기는 태양전지에서 효율을 결정하는 중요한 요소 중 하나이다. 이러한 이유에서 plasma arc synthesis, laser ablation, pyrolysis 그리고 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등이 실리콘 나노입자를 합성하는데 연구되어 왔으며, 특히 PECVD는 입자 생성과 동시에 균일한 증착이 이루어질 수 있기 때문에 태양전지 제작 시 공정 효율을 높일 수 있다. PECVD를 이용한 나노입자 합성에서 입경을 제어하는데 중요한 전구물질은 Ar과 SiH4가스이다. Ar 가스는 ICP (Inductively Coupled Plasma) 챔버 내부에 가해준 전력을 통해 가속됨으로써 분해되어 Ar plasma가 생성된다. 이는 공급되는 SiH4가스를 분해시켜 핵생성을 유도하고, 그 주위로 성장시킴으로써 실리콘 나노입자가 합성된다. 이때 중요한 변수 중 하나는 핵생성과 입자성장시간의 조절을 통한 입경제어 이다. 또한 공급되는 가스의 유량은 입자가 생성될 때 필요한 화학적 구성비를 결정하므로 입경에 중요한 요소가 된다. 마지막으로 공정압력은 챔버내부의 plasma 구성 요소들의 평균 자유 행로를 결정하여 SiH4가 분해되어 입자가 생성되는 속도와 양을 제어한다. PECVD를 이용한 실리콘 나노입자 형성의 주요 변수는 RF pulse, 가스(Ar, SiH4, H2)의 유량, Plasma power, 공정압력 등이 있다. 본 연구에서는 RF (Radio Frequency) PECVD방법을 이용하여 실리콘 나노입자를 만드는데 필요한 여러 변수들을 제어함으로써 이에 따른 입경분포 차이를 연구하였다. 또한 SEM (Scanning Electron Microscopy)과 SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer)를 이용하여 각 변수에 따라 생성된 나노입자의 입경과 농도를 분석하였다. 이 중 plasma power에 따른 입경분포 측정 결과 600W에서 합성된 실리콘 나노입자가 상당히 단분산 된 형태로 나타남을 확인할 수 있었고 향후 다른 변수의 제어, 특히 DC bias 전압과 열을 가함으로써 나노입자의 결정성을 확인하는 추가 연구를 통해 태양전지 제작에 응용 할 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.113-113
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• 2012

플라즈마 내에서 발생하는 입자는 플라즈마 내 전기적 및 화학적 특성으로 인해 응집이 적고 균일한 특성을 가진다. 이에 따라 도포성이 좋으며 낮은 응력을 가지는 박막의 형성이 가능하다. 이러한 특성을 가지는 나노입자는 메모리, 고효율 박막형 태양전지 등에 이용될 수 있다. 특히, PECVD (Plasma enhanced chemical vapor deposition) 공정 중 플라즈마가 켜져있는 동안 수소 가스를 펄스형태로 추가 주입하는 방법은 실리콘 이온 사이의 결합을 통한 표면 성장을 일부 방해하여 이를 통해 최종적으로 생성되는 실리콘 입자의 크기제어를 가능하게 한다. 이러한 과정으로 PECVD내에서 생성된 입자의 입경 분포는 기존의 경우 공정 중 포집을 한 후 전자현미경을 이용하였지만 실시간 측정이 불가능한 한계가 있었고, 레이저를 이용한 실시간 측정은 그 측정범위의 한계로 인해 적용에 어려움이 있었다. 이에 따라 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 크기분포 측정이 가능한 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여 PECVD 내에서 수소가스 펄스를 이용하여 발생되는 실리콘 입자를 공정 변수별로 측정하여 각 변수에 따른 입자 생성 경향을 분석하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 PECVD 장치 내부에 연결하여 진행하였다. 수소 가스 펄스를 이용한 실리콘 입자 생성의 주요 변수는 RF pulse, $H_2$ pulse, 가스 유량 (Ar, $SiH_4$, $H_2$), Plasma power, 공정 압력 등이 있다. 이와 같이 주어진 변수들의 제어를 통해 생성된 나노입자의 입경분포를 PBMS에서 실시간으로 측정하고, 동일한 조건에서 포집한 입자를 TEM 분석 결과와 비교하였다. 측정 결과 각각의 변수에 대하여 생성되는 입자의 크기분포 경향을 얻을 수 있었으며, 이는 추후 생성 입자의 응용 분야에 적합한 크기 분포 특성을 가지는 실리콘 입자를 제조하기 위한 조건을 정립하는데 중요한 역할을 할 것을 기대할 수 있다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1998년도 제10회 학술강연회논문집
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• pp.10-10
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• 1998

본 연구에서는 제트 추진 기관의 터빈 익렬에서의 유동과 대기 중에 부유되어 있는 입자 또는 연소 생성물들이 제트엔진 내부로 유입될 경우 이에 따른 압축기 및 터빈 날개의 마모 및 충돌 부위를 예측하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 일반적으로 각종 항공기의 추진 기관용 가스 터빈 엔진은 대기중에 부유되어 있는 각종 입자들의 영향을 받게 된다. 특히, 확산 지역을 통과하는 항공기나 먼지 입자 부유물이 많은 공업지대 또는 사막지역을 비행하는 항공기의 경우는 모래 알갱이, 먼지 및 연소 입자의 직접적인 영향을 받아 각 요소들에 심각한 부식 및 마모가 발생됨으로써 성능 저하 및 냉각 통로의 막힘, 압축기와 터빈 날개의 손상 등이 예측되어진다. 특히 항공기용 추진 기관은 엔진 입구에 유입 공기를 정화하기 위한 여과장치의 설치가 불가능하며, 자동차용 가스터빈 엔진의 경우는 여과 장치를 부착하여도 미세한 입자들이 여과 장치에 여과되지 않고 엔진 내부로 침투하게 되므로 치명적인 손상이 예상된다. 이러한 손상들은 초기에는 미세하게 발생하지만, 손상 정도가 점점 누적됨에 따라서 항공기의 안전 운전에 심각한 위험 요소로서 작용할 수 있으며, 경제적으로도 기관의 유지 보수비용의 증가를 가져올 수 있다. 따라서 압축기에 화산재 또는 대기중에 부유되어 있는 금속 입자나 먼지입자 등이 유입되었을 경우, 압축기 날개의 손상 부위와 정도를 예측하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 Lagangian방법을 적용하여 압축기 날개위의 부유 입자 충돌 부위를 예측하고, 설계 시 이를 보완할 수 있는 기준을 제시하였다. 아울러 설계 입구각과 크게 벗어난 유동의 유입시에 발생되는 박리 현상과 이에 따른 입자의 유동 및 날개의 입자 접착 부위를 예측하였다. 본 연구에서는 여러 크기의 입자(다양한 Stokes 수)들을 주어진 속도에서 유선을 따라 압축기 입구에서 압축기 유로로 여러 위치에서 부유 시켜서 그 입자들의 궤적 및 충돌, 점착 위지를 고찰하고, 정량적인 충돌량을 해석하기 위하여 입자 충돌 계수를 정의하여 압축기 날개 표면의 충돌특성을 알아보았다. 이러한 예측을 통하여 압축기 날개 표면의 충돌 부위를 예측하고, 날개의 표면을 코팅하는 등 보호 개선책을 제시할 수 있고, 연소의 반응물 입자가 터빈 날개에 충돌하여 발생되는 날개 표면의 파손, 냉각 홀의 막임, 연소 입자의 점착 부위 등을 예측하여 보완책을 준비할 수 있도록 하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제19권3호
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• pp.9-19
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• 2015

초공동 수중운동체의 연료 및 산화제 분사기 설계를 위한 동축형 분사기를 이용한 입자 부상유동의 특성에 대한 실험적 연구가 수행되었다. 입자와 유동의 특성을 계측하기 위하여 $1{\mu}m$의 $42{\mu}m$의 입자를 동시에 분사하였다. 작은 입자($1{\mu}m$)와 큰 입자($42{\mu}m$)는 각각 유동장와 연료의 특성을 대표한다. 작은 입자는 PIV 기법을 사용하고 큰 입자는 PTV 기법을 통하여 속도장을 측정하였다. 이를 통하여 입자의 로딩비가 증가 할수록 유동의 축방향 속도 변화가 크다는 것을 알 수 있었고, 입자 분포는 높은 와도를 지니는 혼합영역 바깥 부분에 주로 분포한다는 것을 알 수 있다.

• 한국대기환경학회:학술대회논문집
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• 한국대기환경학회 2000년도 추계학술대회 논문집
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• pp.377-378
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• 2000

에어로졸 입자들의 물리적, 화학적 성질 및 인체에 미치는 영향 등은 입자의 크기분포에 밀접하게 관련되어 있다. 에어로졸 입자의 응집현상은 입자의 크기분포 변화를 일으키는 주된 메커니즘의 하나로서 여러 응용 및 기초 연구에 필수적으로 사용된다. 응집에 의한 입자크기분포의 변화는 다음 식으로 나타낼 수 있다. (중략)

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제16권10호
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• pp.33-38
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• 2015

본 논문에서는 물속에서의 조립입자 침강속도에 대한 특성을 파악하기 위해 다양한 재료 및 입자크기에 대한 실험적 관찰을 수행하고 그 결과들을 재료별로 비교함과 더불어 기존에 발표된 입자침강속도 예측을 위한 경험식들과 상호비교하였다. 본 연구에서는 폴리아세탈, 유리 및 스틸의 세 가지 서로 다른 재료 및 크기로 구성된 구모양의 입자를 이용하였으며, 입자의 직경은 1mm에서 20mm까지 다양한 직경을 고려하였다. 실험결과, 조립입자의 침강속도는 아주 작은 크기(약 $50{\mu}m$ 이하)의 입자에만 적용된다고 알려진 Stokes 식과는 상당한 차이를 나타냈으며, 또한 입자의 크기에 관계없이 침강속도를 예측하는 다른 연구자들의 경험식들과도 입자의 크기 및 재료의 종류(밀도)에 따라 서로 상이한 결과를 나타냈다. 실험에서 관찰된 조립입자의 침강속도는 재료의 종류에 관계없이 입자의 크기가 상대적으로 작을 때는(약 3mm 이하) 기존의 입자 침강속도에 대한 경험식들과 유사하였으나 그 이상에서는 입자의 크기가 증가할수록 기존 경험식들과의 차이도 더 크게 발생하였다. 본 연구를 통해서 조립입자의 침강속도는 입자의 크기 및 재료밀도에 따라 상당한 차이가 발생할 수 있다는 것을 알았으며 기존 경험식들은 실제로 발생하는 조립입자의 침강속도를 잘 예측하지 못해 향후 조립입자의 침강속도를 예측하기 위해 기존 경험식들을 있는 그대로 적용하지는 말아야 하고 실험 등을 통해 검증 및 확인하는 과정이 반드시 필요하다는 것을 파악하였다. 본 연구결과는 향후 물속에서의 조립입자의 침강속도를 이해하는 데 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국입자에어로졸학회지
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• 제12권3호
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• pp.95-102
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• 2016

본 연구에서는 호흡용 보호구 필터의 나노물질에 대한 여과특성을 측정하기 위해서 소금(NaCl)과 은나노입자(Ag)를 대상으로 입경별 집진효율을 평가하였다. 호흡용 보호구 필터는 특급 방진마스크와 1급 방진마스크의 두 가지 안면부 여과식 방진마스크인 사용하였고, 마스크의 배기밸브 부분을 제외한 필터 여재 부분을 직경 47 mm로 잘라내어 필터홀더에 부착하여 입경별 입자제거효율을 시험하였다. 시험입자는 일반적으로 시험 입자로 사용되는 소금입자는 분무형 입자발생장치를 사용하여 발생하였고 중화기를 통과시켜 입자의 하전특성을 볼츠만 분포로 만들어 공급하였다. 은나노입자의 경우, 기화-응축 방법을 이용한 금속나노입자 생성방법인 ISO10801 방법을 사용하였다. 작업장의 은나노입자의 고농도 노출을 모사하기 위해, 중화기를 통과하지 않은 나노입자를 시험입자로 사용하였다. 은나노입자의 경우 소금입자로 만들기 어려운 20nm 이하의 입자를 안정적으로 효과적으로 만들어 시험에 적용하였고, 나노 크기에서도 매우 안정적인 데이터를 확보할 수 있었다. 1급 마스크 필터와 특급 마스크 필터에 대한 소금입자의 평가에서, 입경별 최소효율이 30~50nm 사이에서 나타나는 특성은 기존 연구와 비슷한 결과를 얻었다. 반면, 은나노입자의 경우 1급 마스크 필터와 특급 마스크 필터 모두에서 비슷한 크기의 소금 입자와 비교할 때 높은 효율을 나타냈다. 이것은 소금 입자의 경우 중화기를 통과시켜 시험입자로 사 용한 반면, 은나노입자의 경우 중화기를 통과시키지 않았기 때문이다. 본 연구에서는 작업장에서 은나노 입자가 고농도로 노출될 경우를 모사하여, 기화-응축에 의한 방법의 은나노입자 발생장치를 사용하였는데, 이 때 상대적으로 높게 대전된 입자들이 많이 만들어진다(Jung et al., 2006). 이로 인해, 정전필터인 마스크 필터의 포집 효과가 상대적으로 크기 때문에, 입경별 효율이 높아진 것으로 생각된다. 본 연구에서 평가한 1급 및 특급 방진마스크 여재의 최소 포집효율은 유럽 EN 149 기준인 95 LPM 유량 기준을 만족하는 것으로 나타났지만, 이것은 여재에 대한 평가 결과로, 실제 마스크에 대해서는 여재의 구조적인 불균일성이나 마스크를 착용하는 과정에서 밀착이 되지 않아 누출될 가능성은 마스크 사용에 고려되어야 한다. 불시에 발생할 수 있는 작업장 내 안전사고의 예방을 위하여 적절한 보호구의 선택과 올바른 착용 및 유지관리가 필요할 것으로 생각된다.

• 한국결정성장학회지
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• 제9권2호
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• pp.224-230
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• 1999

콜로이드성 알루미나 분말 입자들의 현탁액에서 입자들의 응집현상을 시뮬레이션 하였다. 현탁액 속의 알루미나 분말 입자들은 입자간 포텐셜 에너지를 가지고 있으며 시간이 경과함에 따라 현탁액으 전체적인 에너지를 감소시키는 방향으로 시스템을 변화시킨다. 현탁액 속의 분말 입자들의 응집 현상을 입자간 포텐셜 곡선의 유형에 따라 관찰하였다. 단거리에서 강한 친화 포텐셜 에너지를 가지는 입자들은 무정형 망목 응집구조를 유도하며 응집체의 크기가 작아지고 단거리에서 강한 척력 포텐셜 에너지와 장거리에서 상대적으로 강한 친화 포텐셜 에너지를 가지는 분말 입자들이 밀집충진 응집구조에 접근하고 응집체의 크기가 상대적으로 커지게 된다. 입자간 에너지 분포에 강한 반발에너지 장벽이 존재하는 경우에 입자들이 응집함에 따라 이러한 에너지는 장벽이 사라지게 되며 이러한 현상은 입자의 응집패턴의 변화를 의미한다.