• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.156-156
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• 2013

대기압 저온 플라즈마는 간단한 구조 및 제작, 쉬운 조작성, 낮은 온도 특성, 높은 화학적 반응성과 같은 많은 장점에도 불구하고, 플라즈마의 에너지가 낮아 다양한 산업적 응용에 제약을 받아왔다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 대기압에서 저온 플라즈마의 에너지를 높이는 여러 시도가 있었으며, 그 중 가까이 인접해 있는 둘 이상의 플라즈마 젯들의 결합 현상(plasma jet-to-jet coupling)을 이용하여 플라즈마 강도를 높이려는 시도가 보고되었다. 본 연구에서는 플라즈마를 발생시키는 유리관을 서로 모아 벌집모양의 배열을 갖는 플라즈마 젯 어레이 장치를 만들어 플라즈마 젯 사이에 상호결합을 유도하여 강한 플라즈마 발광을 발생시켰다. 플라즈마 젯 어레이 장치 중 가운데 위치한 플라즈마 젯은 대기압 플라즈마 젯의 형태를 구현하는 역할을 하고, 가운데를 둘러싼 주변의 여러 플라즈마 젯들은 중앙의 플라즈마 젯에 많은 하전입자를 제공하여 플라즈마 젯의 발광강도를 높이는 역할을 하는 것을 확인했다. 헬륨기체를 사용한 이 플라즈마 젯은 $100^{\circ}C$ 이하의 온도임에도 불구하고 ITO 유리의 유리면을 식각할 만큼 높은 에너지를 가졌다. 이러한 대기압 저온플라즈마 장치에서 플라즈마의 강도를 더 높이기 위해서는 플라즈마 젯 간 결합이 더 많이 일어나는 것이 중요하므로, 이를 위해 주변의 플라즈마 젯의 개수를 높이는 시도를 하였다. 플라즈마 젯 어레이 소자의 중심에 위치한 유리관의 크기를 크게 하고, 주변부의 유리관의 크기를 상대적으로 작게 하여 벌집형태의 배열보다 더 많은 유리관을 주변부에 위치시킨 후 플라즈마를 발생시키고 전기 광학적 특성을 측정하였다. 그 결과, 실험조건에 따라 가운데 플라즈마 젯에서 3배에서 5배 이상 높은 플라즈마의 발광강도를 얻었으며, 플라즈마 젯도 더 안정적으로 발생하였다. 주변부의 유리관의 개수가 증가하면 더 많은 양의 하전 입자들이 플라즈마 결합 과정에 참여하게 되고 결과적으로 더 큰 플라즈마의 발광강도를 나타내는 것이다. 본 실험은 하전입자의 상호작용에 의해 발생하는 서로 인접한 플라즈마 젯 간의 결합이 대기압 저온 플라즈마 젯의 플라즈마 발광강도를 높이는 좋은 방법임을 보였다. 이러한 플라즈마 젯 간의 결합은 대기압 저온 플라즈마의 에너지를 높일 수 있는 쉽고 간단한 방법이며, 이 방법을 이용하여 대기압 저온 플라즈마를 표면처리, 표면개질은 물론, 식각 및 증착, 나아가서는 의료/바이오 분석 기술 등 다양한 학문적, 산업적 응용에도 적용할 수 있을 것으로 기대한다.

• 산업융합연구
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• 제21권7호
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• pp.83-92
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• 2023

유전체 전위장벽방전방식에 의한 플라즈마 젯의 블렛 형상은 인가되는 유량과 전기장의 크기에 따라 달라지고 이러한 변화는 DBD 플라즈마 젯의 밀도차이에 의한 스펙트럼 분포의 차이로 나타난다. 발생된 플라즈마 젯의 스펙트럼의 분석을 통한 활성종의 발생과 강도의 차이는 장치를 활용하는데 있어서 중요한 요소이다. 본 논문에서는 Ar가스를 이용한 대기압 볼륨 DBD방식의 플라즈마 젯 발생장치를 제안된 설계방법에 따라 구성하였다. 플라즈마 젯의 발생을 위한 유량의 의존도를 규명하기 위한 Ar가스의 유동해석을 시뮬레이션을 통해 확인하였고 프로토타입 시스템에서는 MFC를 통한 유량제어를 통해 최적의 플라즈마 젯 불렛형상을 발생시키고 발생된 플라즈마 젯의 특성을 분석하기 위해 스펙트로미터를 이용한 플라즈마 젯의 특성을 분석하였다. 제안된 시스템의 설계방법을 통한 장치에서 최적의 플라즈마 젯 형상 확립방법과 EOS 상에서 활성종에 대한 결과를 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.345-345
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• 2011

최근 대기압 플라즈마 젯을 이용한 바이오/메디컬의 활발한 응용연구가 진행 중이다. 박테리아 및 세균의 살균은 물론 암세포 세포예정사에 핵심적인 역할을 하는 활성산소종(Reactive Oxygen Species, ROS) 또는 다양한 라디칼들은 대기압 플라즈마의 다양한 변수를 이용하여 조절할 수 있다고 알려져 있다. 수십 kHz의 고전압에서 발생된 마이크로 헬륨 플라즈마 젯에서 질소종의 제어를 통해 같은 부피의 플라즈마 젯에서의 방출광을 살펴보았다. 또한 광섬유센서를 이용하여 플라즈마의 기체온도를 측정하고 Boltzmann plot method를 통해 전자의 여기온도 변화를 관찰하였다. 실험의 결과, 같은 부피의 플라즈마에서 질소종이 증가할 때 기체온도는 큰 변함이 없지만 여기온도가 증가하는 것을 관찰하였다. 시간분해 이미지 촬영으로 질소종의 양에 따른 플라즈마 불릿의 속도 변화를 분석을 하였고, 최종적으로 대기압 플라즈마 젯의 질소종 변화에 따른 대장균의 비활성화 정도를 관찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.194.2-194.2
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• 2016

저주파 (수십 kHz)와 고주파 (13.56 MHz)로 구동되는 대기압 플라즈마 젯을 발생시키고, 인가전압 (혹은 인가전력)과 기체 유량에 따른 대기압 플라즈마의 특성을 비교하였다. 고주파에서 발생된 플라즈마는 저주파의 경우보다 안정적이었으며, 인가전압 (혹은 인가전력)이 증가함에 따라 플라즈마 기체온도는 상승하였고, 고주파 젯의 기체온도는 저주파 젯 보다 높았으나 330 K이하인 것을 확인하였다. Optical Emission Spectroscopy (OES)를 이용하여 저주파와 고주파의 광 방출 특성을 측정하였다. 저주파에서는 $N_2{^+}$ (391.4 nm)의 intensity 증가가 두드러지게 나타났지만 고주파 젯에서는 $N_2$, $N_2{^+}$의 intensity는 감소하였으며, OH, NO, $H_{\alpha}$, O와 같은 활성 산소 종 (Reactive Oxygen Species)이 저주파 젯 보다 높게 측정되었다. Boltzmann plot method를 이용한 분석을 통해 저주파와 고주파 영역에서의 플라즈마 전자 여기 온도를 측정하였다. 또한 자외선 흡수분광법을 이용하여 플라즈마-액체 계면에서의 OH이 입자밀도를 측정하여 OES방법으로 측정한 OH 밀도와 비교하였다. 그리고 화학적 측정법 (terephtalic acid solution)을 이용하여 액체 내의 OH의 농도를 측정하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.228.1-228.1
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• 2016

기존 산업에서 많이 쓰여져오고 있는 저압 플라즈마에 비해 여러가지 장점을 지닌 대기압 플라즈마는 수년 전부터 많은 연구가 되어 왔으며 폭넓은 응용분야에 있어서 활발히 이용되고 있고, 특히 온도가 거의 상온과 비슷하다는 장점으로 대기압 저온 플라즈마는 바이오메디컬 분야에서 활발하게 응용되어지고 있다. 본 연구에서는 대기압 저온 플라즈마 젯 장치를 사용하여 치아 표면에 불소를 도포하고 법랑질 표면의 불소 원소를 검출함으로써 플라즈마가 치아표면 불소도포에 있어서 어떠한 효과가 있는지 정량적으로 비교분석하였다. 또한 대기압 플라즈마 젯 장치의 방전개시전압과 가스유량에 따른 플라즈마젯 길이의 변화 및 OES(Optical Emission Spectroscopy) 장치를 사용하여 플라즈마에 대한 광학적 진단을 진행하였다. 치아표면에서 검출된 불소량은 플라즈마를 사용했을때가 그렇지 않을때에 비해 더 높게 관찰 되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.339-339
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• 2011

진공 플라즈마와 달리 개방된 공간에서 방전되는 대기압 플라즈마는 진공상태에서 수행되는 에칭, 증착 등의 복잡한 플라즈마 공정을 경제적이고 신속하게 수행할 수 있어, 최근 들어 연구가 활발히 진행 중이다. 이와 관련하여 He, Ar, $N_2$, $O_2$, Air 등의 여러 종류의 기체를 50 kHz 고전압에서 방전하여 대기 중에서 저온 플라즈마 공정이 가능한 아크젯 타입의 플라즈마 소스를 개발하였다. 개발된 플라즈마 소스에서는 입력전압, 기체유량, 노즐의 구조와 크기 등의 여러 운전변수에 따라 플라즈마의 방전특성이 변화되었다. 특히 본 연구에서는 아크젯의 플라즈마 발생부의 물질성분(SUS, Aluminum, Cupper)에 따른 플라즈마의 기체온도 및 전자여기 온도의 변화를 광방출분광법(OES)를 이용한 Synthetic spectrum method와 Boltzmann plot method을 통해 살펴보았다. 전압-전류 특성곡선, 시간분해 이미지 촬영법, 기체온도 측정법 등을 이용하여 발생된 플라즈마의 물리적인 특성을 분석하였다. 특히 물질의 성분에 따라 발생되는 플라즈마의 기체 및 전자여기 온도가 이차 전자 방출계수 및 물질의 전도도와의 상관관계가 있는지 연구가 진행 중이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.263.1-263.1
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• 2014

현재 대기압 플라즈마는 신재생 에너지, 반도체, 표면처리, 바이오산업 등에서 다양하게 활용되고 있으며, 그에 대한 연구들이 진행되고 있다. 바이오산업에서의 플라즈마는 살균, 제독, 세포재생 등으로 연구되고 있으며, 이런 대기압 플라즈마의 응용은 꾸준히 증가하는 추세이다. 선행연구에 따라 멀티 플라즈마 젯 소스의 필요성이 제기되었으며, 플라즈마의 균일한 방전조건이 화두되어 왔다. 먼저 각 소스별 방전개시전압과 가스 유량에 따른 플라즈마의 전류와 전압 변화를 알아보았고, 이에 대한 문제점들을 보안하기 위해 앞서 연구한 멀티소스를 개선하여 플라즈마 방전 특성 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 기체유입방식이 다른 두 종류의 멀티 플라즈마 젯 소스를 이용하여 각 소스 채널별 유량변화에 따른 방전개시전압과 전류, OES (Optical Emission Spectroscopy)로 각 소스의 플라즈마 방전 특성을 측정하여 각 소스의 채널별 방전 균일도를 비교 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.452-452
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• 2012

저온 플라즈마를 발생시키는 대기압 마이크로-플라즈마 젯(Micro-plasma jet)을 이용하여 플라즈마와 세포와의 상호작용에 대한 연구를 진행하였다. 실험에 사용된 세포는 인체의 방광암 세포(Human bladder carcinoma cell, EJ)이며, 플라즈마 처리 후 bioassay를 통하여 세포 예정사 효과를 확인하였다. 수십 kHz (low frequency)의 펄스파 전압을 인가하여 발생시킨 플라즈마는 형성 기체로 헬륨을 사용하였고, 광 방출 분광법으로 산소의 첨가량에 따른 활성 종들의 변화를 비교해 보았다. 플라즈마 처리 후에는 DAPI staining을 통하여 세포 예정사에서 형성되는 apoptotic body를 확인하였고, 세포막 외부로 이동하는 Phosphatidic Serin (PS)과 결합하는 Annexin-V assay를 통하여 apoptosis rate를 측정하였다. 이를 바탕으로 암세포에 미치는 플라즈마 활성종의 영향을 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.192.1-192.1
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• 2016

최근 들어, 열악한 실내 공기 환경과 미세 먼지의 유입으로 아토피 피부염, 알레르기성 비염 및 천식 등의 감염성 질환이 증가하고 있다. 따라서, 공기 중 병원균(Airborne pathogens)을 친환경적으로 제거하는 기술이 요구되고 있는 추세이다. 본 연구에서 제안하는 시스템은 물을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 시스템이다. 기존 플라즈마를 이용한 공기 정화 장치는 공기를 사용하여 플라즈마를 발생시키므로 오존과 같은 인체에 유해한 물질들이 발생되는 문제점이 있다. 하지만, 본 연구에서는 물을 사용하여 플라즈마를 발생시키므로 활성 라디칼들이 포함된 물을 미스트 형태로 분사하여 인체에 무해하며, 대기 중 병원균 살균이 가능한 장점이 있다. 물 플라즈마 젯 분사장치는 전원 공급 장치, 플라즈마 전극 그리고 플라즈마 노즐로 이루어져 있으며 주입되는 물을 기반으로 플라즈마를 발생시킨다. 장치의 특성을 분석하기 위하여, 오실로스코프로 전압 및 전류를 측정하였고 적정법을 이용하여 생성되는 활성 라디칼들의 농도를 측정하였다. 또한 살균 능력을 평가하기 위하여 병원균 중 대표적으로 대장균을 배양하여 살균 실험을 수행하였으며, 결과적으로 90% 이상의 대장균이 사멸하는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.515-515
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• 2012

일반적으로 저온 대기압 플라즈마는 표면개질이나 의료도구, 식수등 살균장치에 많이 이용되고 있으며 현재에는 혈액응고, 치아 치료등의 바이오분야에도 활발한 연구가 진행되어지고 있다. 그러나 저온 대기압 플라즈마는 가스 유량, 전극간격, 물질, 모양에 따라 인가되어지는 전자기장이 특성이 상이하다. 본 연구에서는 시뮬레이션을 이용하여 저온 대기압 플라즈마 젯(jet) 소스에서 전극의 간격에 따른 전자기장의 세기를 계산하였고, 전극의 거리별 저온 대기압 플라즈마 젯(jet) 소스에서 인가되는 전압과 비교를 해보았다. 그 결과 시뮬레이션 값과 실험결과가 유사한 경향을 보이는 것을 본 연구에서 확인할 수 있었다.