• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.256.2-256.2
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• 2014

최근 고출력 펄스 스퍼터링, HPPMS (high power pulsed magnetron sputtering)을 개선한 기술이 개발되고 있다. High power impulse magnetron sputtering (HIPIMS)이라고도 불려지는 이 기술은 Kouznetsov1) 에 의해 개발되었으며, 짧은 주기 동안 높은 peak power 밀도를 얻을 수 있기 때문에, 스퍼터링시 높은 이온화율을 만들 수 있다. 스퍼터 된 종들의 높은 이온화는 다양한 분야에서 기존 코팅 물질의 특성 개선 및 self-assisted 이온 증착 공정을 통해 우수한 박막을 제조하는데 기여되고 있다. 그러나 HIPIMS는 순간 전력 밀도가 MW수준으로 높아서 고융점, 고열전도도의 물질에만 적용할 수 있다는 단점을 가지고 있다). 최근에 HIPIMS를 대체하기 위해 modulated pulse POWER (MPP)가 개발되었다. 이것은 스퍼터 된 종들의 이온화율을 높일 수 있음과 동시에 여러 가지 물질에 적용할 수 있다고 보고하고 있다. MPP와 HIPIMS와의 차이점은 HIPIMS는 간단한 하나의 초고출력 펄스를 이용하는 반면에, MPP는 펄스 길이 3 ms 안에서 다양하게 조절이 가능하며, 한 전체 펄스 주기 안에서 다중 세트 펄스와 micro 펄스를 자유롭게 조합하여 인가할 수 있다는 장점이 있다. 본 실험에서는 In2O3 : SnO2의 조성비 10:1 wt% target을 사용하였으며, Ar:O2의 유량비는 10:1의 비율로, 기판의 온도를 올려 주지 않는 상태에서 실험을 하였다. Ar 유량을 40 sccm으로 고정시킨 후 O2의 유량을 2~6 sccm에 대하여 비교를 하였다. 박막의 두께를 100 nm로 이하로 하였을 때 비저항은 $7.6{\times}10-4{\Omega}cm$의 값을, 80% 이상의 투과도와 10 cm2/Vs 이상의 mobility를 얻을 수 있었다. 또한 박막 두께 150 nm로 고정, substrate moving에 따른 ITO 박막의 차이를 알아보았다. 비저항의 값은 $5.6{\times}10-4{\Omega}cm$의 값을, 80% 이상의 투과도와 15 cm2/Vs의 값을 얻었다.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제13권1호
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• pp.48-52
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• 2009

Micro-hole targets are studied to generate energetic protons from laser-thin foil targets by using 2-dimensional particle-in-cell simulations. By using a small hole, the maximum energy of the accelerated proton is increased to 4 times higher than that from a simple planar target. The main proton acceleration mechanism of the hole-targets is the electrostatic field created between the fast electrons accelerated by the laser pulse ponderomotive force combined with the vacuum heating and the target rear surface. But in this case, the proton angular distribution shows double-peak shape, which means poor collimation and low current density. By using a small cone-shaped hole, the maximum proton energy is increased 3 times higher than that from a simple planar target. Furthermore, the angular distribution of the accelerated protons shows good collimation.

• 한국표면공학회지
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• 제54권4호
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• pp.200-208
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• 2021

This paper investigated generation behavior of micro-arcs and growth behavior of PEO films on the AA7050 disc specimen in 0.1 M NaAlO₂ solution under the application of 1200 Hz anodic pulse current. Morphologies, thickness and surface roughness of PEO films were examined at the edge part and central part separately. Micro-arcs were generated first at the edge part and then moved towards the central part with PEO treatment time, indicating lateral growth of PEO films. The lateral growth resulted in uniform PEO thickness of about 5 ㎛ and surface roughness of about 0.5 ㎛. Moving of the arcs from the edge towards the central part appeared only one time and large size arcs were generated at the edge before completing the central part with small size micro-arcs. This suggests that vertical growth starts before completing the lateral growth. Large size arcs generated at the edge resulted in the formation of relatively large size pores within the PEO films on the AA7050 disc specimen.

• Applied Science and Convergence Technology
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• 제25권6호
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• pp.138-144
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• 2016

The discharge characteristics of pulse-driven coplanar micro barrier discharges for an ultraviolet (UV) light source using Ne-Xe mixture have been investigated using a two-dimensional fluid simulation at near-atmospheric pressure. The densities of electrons, the radiative excited states, the metastable excited states, and the power loss are investigated with the variations of gas pressure and the gap distance. With a fixed gap distance, the number of the radiative states $Xe^*(^3P_1)$ increases with the increasing driving voltage, but this number shows weak dependency on the gas when that pressure is over 400 Torr. However, the number of the radiative states increases with the increase of the gap distance at a fixed voltage, while the power loss decreases. Therefore, a long gap discharge has higher efficiency for UV generation than does a short gap discharge. A slight change in the electrode tilt angle enhances the number of radiative species 2 or 3 times with the same operation conditions. Therefore, the intensity and efficiency of the UV light source can be controlled independently by changing the gap distance and the electrode structure.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제12권6호
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• pp.2256-2261
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• 2017

Carbon nanotube (CNT) and alumina ($Al_2O_3$) are synthesized into hybrid composites, and an advanced electrical discharge machining (EDM) system is developed for the machining of hard and conductive materials. CNT nanoparticles are mixed with $Al_2O_3$ powder and the $Al_2O_3$/CNT slurry is sintered by spark plasma. The hardness and the electrical conductivity of the $Al_2O_3$/CNT hybrid composite were investigated. The electrical discharge is controlled by a capacitive ballast circuit. The capacitive ballast circuit is applied to the tungsten carbide and the $Al_2O_3$/CNT hybrid composite. The voltage-current waveforms and scanning electron microscope (SEM) images were measured to analyze the characteristics of the boring process. The developed EDM process can manufacture the ceramic based hybrid composites, thereby expecting the variety of applications.

• 한국레이저가공학회지
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• 제12권4호
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• pp.17-25
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• 2009

The surface cleaning method based on the laser-induced breakdown (LIB) of gas and subsequent plasma and shock wave generation can remove small particles from solid surfaces. In the laser shock cleaning (LSC) process, a high-power laser pulse induces optical breakdown of the ambient gas above the solid surface covered with contaminant particles. The subsequently created shock wave followed by a high-speed flow stream detaches the particles. In this work, a novel surface cleaning process using laser-induced breakdown of liquid is introduced and demonstrated. LIB of a micro liquid jet increases the shock wave intensity and thus removes smaller particle than the conventional LSC method. Experiments demonstrate that the cleaning force and cleaning efficiency are also increased significantly by this method.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2008년도 제39회 하계학술대회
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• pp.1350-1351
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• 2008

대기압 플라즈마를 발생시키는 것은 종래의 저기압 플라즈마를 발생시키는 것 보다 대단히 어렵다. 하지만, 대기압 플라즈마는 진공장치가 필요 없고, 제작방식이 비교적 간편하며 살균, 의료, 표면처리 등 다양한 응용이 가능해서 그 잠재력이 매우 크다. 본 연구에서는 유전체가 없는 두 전극사이에서 대기압 저온 마이크로 플라즈마를 발생시켰으며, submicrosecond pulse 파형으로 glow discharge를 유지할 수 있었다. 플라즈마 소스의 전극 간격은 200[${\mu}m$]이고 방전개시전압은 약 450${\sim}$600[V]이다. 플라즈마를 발생시키기 위한 feeding gas는 He 100%이다. 본 연구에서 개발된 대기압 플라즈마는 소비전력이 2[W]미만으로 온도는 조건에 따라 40$^{\circ}C$미만으로 발생 가능하다. 또한 스펙트럼 분석 시 777nm인 산소원자의 peak이 다른 원자 혹은 분자들의 peak보다 월등히 높다.

• 열처리공학회지
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• 제11권2호
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• pp.99-110
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• 1998

The effects of pre-heat treatment(Q/T) on microstructure and hardness of SCM435 structural steel nitrided by micro-pulse plasma was investigated. The quenching and tempering temperatures for obtaining matrix hardness of SCM435 steel on range of HRC30 to HRC40 desired for machine parts were about $860^{\circ}C$ and $500^{\circ}C$ respectively. The case depth of SCM435 nitrided at $480^{\circ}C$ for 5 hours was independent of pre-heat treatment condition and was approximately $150{\mu}m$. However, hardness and compactness of nitrified layer on Q/T treated specimen were more heigher than annealed specimen. The case depth increased linearly with the increase of nitriding temperature, however, the hardness of nitrified layer decreased with the temperature. Phase mixture of ${\gamma}^{\prime}$-phase($Fe_4N$) and ${\varepsilon}$-phase($Fe_3N$) were detected by XRD analysis in the nitrified layer formed at optimum nitriding condition, and only single ${\gamma}^{\prime}$-phase was detected in the nitrified layer formed at higher nitriding temperature such as $540^{\circ}C$. The optimum nitriding temperature was approximately $480^{\circ}C$ which is lower than tempering temperature for preventing softening behavior of SCM435 matrix during nitriding process and the surface hardness of nitrified layer obtained by optimum preheat treatment condition was about Hv930.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 추계총회 및 학술대회 논문집
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• pp.16-16
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• 2012

Mg and its alloys have been of great interest because of their low density of 1.7, 30% lighter than Al, but their wide applications have been limited because of their poor resistances against corrosion and/or abrasion. Corrosion resistance of Mg alloys can be improved by formation of anodic films using anodic oxidation method in aqueous electrolytes. Plasma electrolytic oxidation (PEO) is one of anodic oxidation methods by which hard anodic films can be formed as a result of micro-arc generation under high electric field. PEO method utilize not only substrate elements but also chemical components in electrolytes to form anodic films on Mg alloys. PEO films formed on AM50 magnesium alloy in an acidic fluozirconate electrolyte were observed to consist of mainly $ZrO_2$ and $MgF_2$. Liu et al reported that PEO coating on AM30 Mg alloy consists of $MgF_2$-rich outer porous layer and an MgO-rich dense inner layer. PEO films prepared on ACM522 Mg die-casting alloy in an aqueous phosphate solution were also reported to be composed of monoclinic $Mg_3(PO_4)_2$. $CeO_2$-incorporated PEO coatings were also reported to be formed on AZ31 Mg alloys in $CeO_2$ particle-containing $Na_2SiO_3$-based electrolytes. Magnesium tin hydroxide ($MgSn(OH)_6$) was also produced on AZ91D alloy by PEO process in stannate-containing electrolyte. Effects of $OH^-$, $F^-$, $PO{_4}^{3-}$ and $SiO{_3}^{2-}$ ions and alloying elements of Al and Sn on the formation of PEO films on pure Mg and Mg alloys and their protective properties against corrosion have been investigated in this work. $PO{_4}^{3-}$, $F^-$ and $SiO{_3}^{2-}$ ions were observed to contribute to the formation of PEO films but $OH^-$ ions were found to break down the surface films under high electric field. The effect of pulse current on the formation of PEO films will be also reported.

• 한국토양비료학회지
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• 제42권5호
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• pp.399-407
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• 2009

레이저 유도붕괴 분광법(LIBS)은 물질상태(고체, 액체, 기체)에 상관없이 신체 접촉시 오염 우려 및 미량 시료도 전처리 없이 동시에 많은 종류의 원소 분석으로 분석과정이 단순하고 신속하게 분석이 가능하며, 소형화된 레이저의 개발로 시료의 직접적인 채취가 어려운 조건의 현장분석에도 적합하다. 농산물 안정성 평가나 친환경 농업 및 정밀농업을 위한 조사 등에 활용될 수 있는 비파괴 실시간 정량분석기술로서 LIBS 분석법의 토양분석 가능성을 평가하고자 표준광물, 미국의 표준기술연구소의 표준토양, 미국 테네시주 초지 및 밭토양을 대상으로 토양 구성성분의 정성 정량적 분석에 필요한 측정조건을 조사하고 이를 토대로 LIBS에 의한 농도값과 기존의 화학분석법을 통해 측정한 결과를 비교하였다. LIBS 측정은 펄스형 Nd:YAG 레이저(Minilite II, Continuum, Santa Clara, CA)에서 나오는 1064 nm 에너지 파장의 광원을 시편의 플라즈마를 생성시키는데 사용하였고, 25 mJ/pulse 여기 에너지 빔을 펄스폭 35 ns, 펄스 반복 주기 10 Hz, 노출시간 10 s 동안 시료의 표면에 조사하였다. LIBS 분광은 0.03 nm의 해상력으로 200 nm에서 600 nm의 영역에서 50 m 이하로 분쇄하여 원형 펠렛 형태로 압축시킨 시료를 10 rpm의 속도로 회전시키면서 상온 상압의 실험실 조건에서 수행되었다. LIBS를 이용한 토양 중 주요한 원소의 적정 파장(nm)은 Al(I) 309.2 nm, Ca(I) 422.6 nm, Fe(I) 406.4 nm, Mg(I) 285.2 nm, Na(I) 589.2 nm, Si(I) 288.2 nm, Ti(I) 398.9 nm 이었다. LIBS의 피크강도가 물질 중 원소의 농도가 증가됨에 따라 각 원소의 특정 파장대에서 일정하게 증가되는 것으로 나타나고 있으나 표준물질의 LIBS의 신호비와 원소비를 통해 측정된 검량곡선의 상관계수($r^2$)는 0.863에서 0.977의 범위로 원소별로 상이할 뿐만 아니라 0.98에 미치지 못하였다. 또한, 토양 중 분석대상원소에 대하여 기존 ICP-AES에 의한 표준방법으로 분석된 시료의 측정값과 비교하여 상대적인 오차는 대략적으로 (-)40%에서 80%이상이며, 평균오차는 32.2%로 표준척도 20% 이상을 초과하였다. LIBS에 의한 토양분석은 토양의 조성과 입자의 크기에 따른 매질효과(matrix effect)로 표준물질의 검량곡선에서 결정계수가 낮고, 원소별 함량도 기준의 표준방법과 비교할 때 오차가 컸다. 따라서 LIBS에 의한 토양분석은 정성적인 분석 수준의 정밀도를 보였으며, 토양 매질의 영향을 최소화하기 위하여 기존의 분쇄 펠렛형 시료조제 및 회전측정 이외의 다양한 토양매질의 표준물질(standard reference material)의 확보, 새로운 전처리 방법 및 측정상 방법개선 등 신뢰성 있는 정량 분석을 위한 노력이 필요할 것으로 사료된다.