• Korean Journal of Materials Research
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• v.25 no.11
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• pp.616-621
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• 2015

Atmospheric pressure plasma is used in the biological and medical fields. Miniaturization and safety are important in the application of apply atmospheric plasma to bio devices. In this study, we made a small, pocket-sized inverter for the discharge of atmospheric plasma. We used pulse power to control the neutral gas temperature at which the, when plasma was discharged. We used direct current of 5 V of bias(voltage). The output voltage is about 1 to 2 kilo volts the frequency is about 80 kilo hertz. We analyzsed the characteristics of the atmospheric plasma using OES(Optical emission spectroscopy) and the Current-Voltage characteristic of pulse power. By calculating of the current voltage characteristics, we were able to determine that, when the duty ratio increased, the power that actually effects the plasma discharge also increased. To apply atmospheric plasma to human organisms, the temperature is the most important factor, we were able to control the temperature by modulating the pulse power duty ratio. This means we can use atmospheric plasma on the human body or in other areas of the medical field.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.25 no.2
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• pp.174-180
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• 2014

A plasma hydrophobic coating on commercial fish feed was conducted to prolong the floating time of feed, thereby enhancing the feed consumption rate and reducing the contamination of water in fish farms. The hydrophobic coating on the fish feed was prepared using an atmospheric-pressure dielectric barrier discharge (DBD) plasma with hexamethyldisiloxane (HMDSO), toluene and n-hexane as the precursors. The effect of the parameters such as input power, precursor type and coating time on the coating performance were examined. The physicochemical properties of the coating layer were analyzed using a Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer and a contact angle (CA) analyzer. The water CA increased after the coating preparation, indicating that the surface changed from hydrophilic to hydrophobic. The FTIR characterization revealed that the hydrophobic layer was comprised of functional groups such as $CH_3$, Si-O-Si and Si-C. As a result of the hydrophobic coating, the floating time of the fish feed increased from several seconds to 3 minutes, which suggested that the plasma coating method could be a viable means for practical applications. Compared to the water CA measured as soon as the coating layer was prepared, the 6-day aged sample exhibited a substantial CA increase, confirming the aging effect on the improvement of the hydrophobicity.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.264-264
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• 2011

Poly [(N, N'-oxydiphenylene) pyromellitimide], polyimide (PI) film은 기계적 강도가 매우 우수하고 열적, 화학적 안정성이 뛰어난 재료로서 전자제품의 소형화, 경령화, 고성능화를 위한 차세대 flexible electronic device에 적용하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 PI의 특성상, 매우 낮은 표면에너지로 인해 금속과의 접촉력이 좋지 않은 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는, 금속박막과 PI film 과의 접촉력을 증가시키기 위해 remote-type modified dielectric barrier discharge (DBD) module을 이용하여 대기압 플라즈마 표면처리를 하였다. 실험에 사용된 gas composition은 각각 $N_2$/ He/ $SF_6$, $N_2$/ He/ $O_2$, $N_2$/ He/ $SF_6$/ $O_2$, $N_2$/ He/ $SF_6$/ $O_2$ 이다. $N_2$/ He/ $SF_6$/ $O_2$ gas composition을 이용하여 PI 표면을 플라즈마 처리한 경우, C=O 결합이 PI film 위에 생성됨으로써, 접촉각이 매우 낮게 형성됨을 관찰할 수 있었다. 이와는 반대로 $N_2$/ He/ $SF_6$ gas composition 을 사용하였을 경우에는 C-Fx 화학적 결합이 생성되기 때문에 가장 높은 접촉각이 형성됨을 관찰할 수 있었다. 특히, $N_2$ (40 slm)/ He (1 slm)/ $SF_6$ (1.2 slm) gas composition에 $O_2$ gas를 0.2 slm부터 1.0 slm까지 변화시켜가며 PI film 표면을 처리한 결과, $O_2$ gas를 0.9 slm 첨가하였을 때, 가장 낮은 $9.3^{\circ}$의 접촉각을 얻을 수 있었다. 이는 0.9 slm의 $O_2$ gas를 첨가하였을 때, 가장 많은 양의 $O_2$ radical이 생성되기 때문에 많은 양의 C=O 결합이 생성되기 때문이다. 최적화된 $N_2$ (40 slm)/ He (1 slm)/ $SF_6$ (1.2 slm)/ $O_2$ (0.9 slm) gas composition 조건에서 Ag film과 PI film과의 접촉력을 관찰할 결과, 111 gf/mm를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.20-20
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• 2011

It has been known that, under certain conditions, application of low-temperature atmospheric-pressure plasmas can enhance proliferation of cells. In this study, conditions for optimal cell proliferation were examined for various cells relevant for orthopaedic applications. Plasmas used in our experiments were generated by dielectric barrier discharge (DBD) with a helium flow (of approximately 3 litter/min) into ambient air at atmospheric pressure by a 10 kV~20 kHz power supply. Such plasmas were directly applied to a medium, in which cells of interest were cultured. The cells examined in this study were human synoviocytes, rat mesenchymal stem cells derived from bone marrow or adipose tissue, a mouse osteoblastic cell line (MC3T3-E1), a mouse embryonic mesenchymal cell line (C3H-10T1/2), human osteosarcoma cells (HOS), a mouse myoblast cell line (C2C12), and rat Schwann cells. Since cell proliferation can be enhanced even if the cells are not directly exposed to plasmas but cultured in a medium that is pre-treated by plasma application, it is surmised that long-life free radicals generated in the medium by plasma application stimulate cell proliferation if their densities are appropriate. The level of free radical generation in the medium was examined by dROMs tests and correlation between cell proliferation and oxidative stress was observed. Other applications of plasma medicine in orthopaedics, such as plasma modification of artificial bones and wound healing effects by direct plasma application for mouse models, will be also discussed. The work has been done in collaboration with Prof. H. Yoshikawa and his group members at the School of Medicine, Osaka University.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.519-519
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• 2013

본 연구에서는, 전기적 충격이 없고 넓은 면적을 동시에 처리할 수 있는 형태의 유전체 장벽 방전(DBD: Dielectric Barrier Discharge)을 이용한 대기압 저온 플라즈마 장치를 제작하고 이를 이용하여 빵 곰팡이(Neurospora crassa) 살균에 대한 기본 분석을 하였다. 실험에 사용한 저온 대기압 면방전 플라즈마의 파워는 사인파 교류전압을 인가하여, 방전전압은 1.4~2.3 kV, 방전전류는 20~30 mA의 값을 가지며, 전압과 전류의 위상차는 약 80도의 기울기 차이가 난다. 이때의 출력은 약 4 W를 가지며, 공랭식 쿨러를 이용하여 유전체의 열을 배출하였다. 시료대의 온도 측정결과 방전과 동시에 쿨러를 작동할 경우 최대 10분에서 37도를 넘지 않았다. 장치에서 발생하는 플라즈마에 의한 O3의 양은 플라즈마 발생부로부터 10 mm 이내에서 약 25~30 ppm 이 측정되었으며, NO나 NO2 는 거의 검지되지 않았다. 증류수(Deionized water)속에 담긴 빵 곰팡이(Neurospora crassa) 포자를 면방전 플라즈마 발생장치로 처리하였을 때, 포자의 발아율은 처리시간 및 출력파워가 증가함에 따라 급격히 감소하였으나 VM (Vogel's Minimal) 배양액에 넣고 플라즈마 처리를 한 경우에는, 증류수의 결과와 달리 살균효과가 미비함을 보였다. MTT 측정법 또한 같은 경향성을 보였으며, 이를 통해 포자를 둘러싸고 있는 환경이 플라즈마의 살균효과에 영향을 미치는 것으로 보인다. 본 실험을 통해, 유전체 장벽을 이용한 면방전 플라즈마 발생장치가 플라즈마 제트(jet)와 달리 직접적인 플라즈마 접촉 없이도 미생물 살균이 가능하다는 것을 보았으며, 처리대상의 생체용액과 같은 주변 환경에 영향을 받음을 알 수 있었다. 또한 면방전 플라즈마 장치로부터 발생하는 O3과 같은 활성종들이 빵 곰팡이의 비활성화에도 역할을 할 수 있음을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.39-39
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• 2018

최근 플라즈마 의학이 발달하면서 제트, 펜, 니들, 토치 등의 다양한 형태의 플라즈마 발생기가 개발되었으며 내부의 가스라인으로 가스의 종류, 유속, 조성 등을 조절하여 생물학적 효과를 극대화 할 수 있고 안정적으로 플라즈마 방전상태를 유지할 수 있으나 처리 면적이 좁아 실제 생물학적 시스템 (세포, 조직, 그리고 박테리아) 적용에 있어 한계점이 존재한다. 이러한 한계점을 극복하기 위해서 유전체격벽방전 (Dielectric barrier discharge, DBD) 방식을 이용한 플렉서블 활성종 발생기를 제작하고 생물학적 시스템에 적용하기 위한 방전 특성 평가를 진행하였으며, 간단한 in vitro 모델인 한천 젤을 이용하여 플라즈마 처리에 따른 전달물질의 침투거리를 확인하였다. 플라즈마 방전 시 생성되는 수산화기 [OH], 과산화수소 [$H_2O_2$], 초산소음이온 [$O_2{^-}$], 오존 [$O_3$], 그리고 산화질소 [$NO_x$]와 같은 산소 및 질소 활성종 (Reactive oxygen and nitrogen species, RONS)은 세포벽 또는 세포막의 주요 구성성분인 다당류와 인지질의 과산화 반응을 통해 구조를 변화시키고 생물학적 시스템의 표면의 pH를 낮춘다. 이러한 RONS의 작용은 살균, 소독 뿐만 아니라 약물의 침투를 돕는다. 일반적으로 한천 겔은 농도에 따라 생체 내 뇌 조직과 물리적 특성이 유사하고, 미생물학 기질, 방사선학 연구를 위한 조직모델로 사용되기 때문에 본 연구에서는 3%와 5% 농도의 한천 젤을 사용하여 침투거리를 확인하였다. 한천 젤은 $2.5{\times}2.5{\times}2.5cm^3$의 크기로 준비되었고 대조군으로 염료가 포함된 에멀젼을 0.01 g 도포하고, 실온에서 30분간 보존 후 단면을 잘라 현미경으로 침투거리를 확인하였으며, 실험군으로 플라즈마 전처리 후 에멀젼을 도포한 시표와 에멀젼 도포 후 플라즈마 처리한 시료에 대해 에멀젼 침투거리의 변화를 확인하였다. 본 연구의 플렉서블 활성종 발생기는 인체에 부착하여 사용되기 때문에 화상, 홍반을 유발을 방지하기위해 $40^{\circ}C$의 온도에서 실험을 진행하였고 이때에 플라즈마 방전조건은 $0.065W/cm^2$ 수준의 전력을 소모하는 1.7 kV의 전압, 16 kHz의 주파수로 10분간 처리하였다. 그 결과 3%의 한천 젤의 경우 침투거리 0.779 mm에서 0.826 mm, 0.942 mm까지 침투거리가 증가하였고 5%의 한천 젤의 경우 0.859 mm, 0.949 mm로 증가하였다. 이러한 침투거리 증가는 젤 표면의 다당류를 구성하고 있는 단량체가 플라즈마 처리시 화확적 구조가 끊어져 결론적으로 약물 침투가 증가된 것으로 판단된다.

• Clean Technology
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• v.25 no.1
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• pp.81-90
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• 2019

A dielectric barrier discharge (DBD) plasma reactor packed with $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$ catalyst was used for the dry ($CO_2$) reforming of propane (DRP) to improve the production of syngas (a mixture of $H_2$ and CO) and the catalyst stability. The plasma-catalytic DRP was carried out with either thermally or plasma-reduced $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$ catalyst at a $C_3H_8/CO_2$ ratio of 1/3 and a total feed gas flow rate of $300mL\;min^{-1}$. The catalytic activities associated with the DRP were evaluated in the range of $500{\sim}600^{\circ}C$. Following the calcination in ambient air, the ${\gamma}-Al_2O_3$ impregnated with the precursor solution ($Ni(NO_3)_2$ and $Ce(NO_3)_2$) was subjected to reduction in an $H_2/Ar$ atmosphere to prepare $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$ catalyst. The characteristics of the catalysts were examined using X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy dispersive X-ray spectrometry (EDS), temperature programmed reduction ($H_2-TPR$), temperature programmed desorption ($H_2-TPD$, $CO_2-TPD$), temperature programmed oxidation (TPO), and Raman spectroscopy. The investigation revealed that the plasma-reduced $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$ catalyst exhibited superior catalytic activity for the production of syngas, compared to the thermally reduced catalyst. Besides, the plasma-reduced $Ni-CeO_2/{\gamma}-Al_2O_3$ catalyst was found to show long-term catalytic stability with respect to coke resistance that is main concern regarding the DRP process.