• Asian Journal of Atmospheric Environment
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• 제6권2호
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• pp.96-103
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• 2012

Ambient particulate matter (PM) and particle-bound polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) concentrations were measured continuously for 70 days at a Korean elementary school located near a highway. The $PM_{10}$, $PM_{2.5}$, and $PM_1$ values were measured with a light-scattering, multi-channel, aerosol spectrometer (Grimm, Model 1.107). The number concentrations of the particles were measured using a scanning mobility particle sizer and counter (SMPS+C) which counted particles from 11.1 to 1083.3 nm classified in 44 channels. Particle-bound PAHs were measured with a direct reading, photoelectric aerosol sensor. The daily $NO_2$, $SO_2$, and CO concentrations were obtained from a national air-monitoring station located near the school. The average concentrations of $PM_{10}$, $PM_{2.5}$, and $PM_1$ were 75.3, 59.3, and $52.1{\mu}g/m^3$, respectively. The average number concentration of the ultrafine particles (UFPs) was $46,307/cm^3$, and the averaged particle-bound PAHs concentration was $17.9ng/cm^3$ during the study period. The ambient UFP variation was strongly associated with traffic intensity, particularly peak concentrations during the traffic rush hours. Particles <100 nm corresponded to traffic-related pollutants, including PAHs. Additional longterm monitoring of ambient UFPs and high-resolution traffic measurements should be carried out in future studies. In addition, transient variations in the ambient particle concentration should be taken into consideration in epidemiology studies in order to examine the short-term health effects of urban UFPs.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.65-72
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• 2011

In this study, the numbers, sizes of particles from a single cylinder direct injection spark-ignition (DISI) engine fuelled with gasoline and LPG are examined over a wide range of engine operating conditions. Tests are conducted with various engine loads (2~10bar of IMEP) and fuel injection pressures (60, 90, and 120 bar) at the engine speed of 1,500 rpm. Particles are sampled directly from the exhaust pipe using rotating disk thermodiluter. The size distributions are measured using a scanning mobility particle sizer (SMPS) and the particle number concentrations are measured using a condensation particle counter (CPC). The results show that maximum brake torque (MBT) timing for LPG fuel is less sensitive to engine load and its combustion stability is also better than that for gasoline fuel. The total particle number concentration for LPG was lower by a factor of 100 compared to the results of gasoline emission due to the good vaporization characteristic of LPG. Test result presents that LPG for direct injection spark ignition engine help the particle emission level to reduce.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.58.2-58.2
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• 2009

금속 와이어를 전기폭발법에 의해 증기 상태로 만든 후 응축시킬 때 제조되는 금속나노분말의 크기특성을 파악하기 위하여 제조장치에 샘플링 포트를 삽입하여 실시간 입자 측정기(Scanning Mobility Particle Sizer; SMPS) 로 14~615 nm 범위의 크기분포를 측정하였다. SMPS는 입자의 크기에 따라 전기적 이동도가 달라지는 원리를 이용하여 공기 중에 부유된 나노입자의 크기분포를 수 분내에 측정하는 실시간 입자 측정기이다. 금속나노분말 제조장치 내부는 약 0.5 bar 수준으로 불활성가스로 채워져 있어서 대기압보다 높은 고압조건이므로 SMPS 전단에 작은 노즐이 삽입된 pressure reducer를 부착하여 적정한 압력 수준으로 낮춘 후 SMPS로 나노분말의 크기분포를 실시간으로 측정하였다. 제조공정이 진행되면서 전기폭발이 주기적으로 발생하는 동안에 SMPS로 측정한 14~615 nm 범위 입자의 총 수농도는 약 $10^7$ 개/$cm^3$ 수준으로 매우 높았고, 약 100 nm와 200 nm에서 고농도 피크를 나타내는 bimodal 분포를 나타냈다. 반면 전기폭발이 잠시 중단되는 경우 입자의 총 수 농도는 약 $10^4$ 개/$cm^3$ 수준으로 낮아지고, 약 20 nm 이하의 입자가 대부분을 차지하면서 입자의 크기가 커질수록 농도가 낮아지는 형태의 크기분포로 바뀌었다. 본 연구를 통해 얻어진 제조장치 내부의 나노분말 크기분포 자료는 고품질 제품을 생산하기 위해 나노분말의 크기분포를 제어하는 분급장치 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권12호
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• pp.1359-1365
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• 2011

본 연구의 목적은 디젤-에탄올 혼합연료로 운전되는 디젤엔진에서 에탄올 혼합비율이 나노 크기 입자 배출 특성에 미치는 영향을 분석하는 것이다. 엔진의 연소 및 배기 배출물 특성은 배기량 373cc 의 단기통 디젤엔진과 배기 배출물 측정 장치, SMPS 를 이용하여 실험하였다. 그을음(soot) 배출은 착화지연 기간이 길어짐에 따라 증가하였다. 에탄올 혼합비율이 증가함에 따라 나노 입자의 총 개수 및 질량은 대체로 감소하는 경향을 나타냈다. 그러나 에탄올이 30% 혼합되었을 때 그을음(soot) 입자의 응결로 인해 큰 입자의 수 분포가 증가하였으며, 질량 또한 크게 증가하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.233-233
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• 2012

나노입자가 가지는 고유한 특성이 부각되면서 이를 소자 특성 향상에 응용하고자 하는 연구가 집중적으로 이루어지고 있다. 박막에 포함된 나노입자는 메모리, 고효율 박막형 태양전지 등에 이용될 수 있는 가능성을 보여주었으며, 나노입자에 기반 하는 소자 제조에 관한 연구가 이루어지면서 플라즈마 내 발생하는 나노입자를 이용하여 패터닝 등에 적용하고자 하는 연구가 국내외에서 활발히 이루어지고 있다. 특히 플라즈마에서 발생하는 나노입자는 플라즈마 내 전기적 및 화학적 특징으로 인해 다른 입자 제조 공정과 달리 응집이 없는 균일한 입자를 제조할 수 있다. 이러한 플라즈마 내 발생 입자를 응용하기 위해서는 각각의 응용 분야에 적합한 입경 분포 제어가 요구된다. 하지만 입자 합성 시 크기분포 특성에 관한 연구는 기존의 포집 및 전자현미경을 이용한 방법으로 실시간으로 분석하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 분포를 측정할 수 있는 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여, PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition)의 입자 생성 조건에 따라 continuous, pulse, dual pulse로 분류되는 공정 조건에서 생성되는 입자의 크기 분포를 측정하였다. 또한 그 결과를 기존의 동일한 조건에서 포집 후 SMPS (scanning mobility particle sizer)와 전자 현미경을 이용하여 분석한 결과와 비교하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 PECVD 장치 내부에 연결하여 진행하였다. PECVD를 이용한 실리콘 나노입자 형성의 주요 변수는 RF pulse, 가스(Ar, SiH4, H2)의 유량, Plasma power, 공정 압력 등이 있으며 각 변수를 조절하여 공정 환경을 구성하였다. 결론적으로 본 연구를 통하여 PECVD를 이용해 각각의 공정 환경에서 생성되는 실리콘 나노입자의 실시간 입경 분포 분석을 PBMS로 수행하는 것에 신뢰성이 있음을 알 수 있었으며, 그 경향을 확인할 수 있었다. 추후 지속적 연구에 의해 변수에 따른 나노입자 생성을 데이터베이스화 하여 요구되는 응용분야에 적합한 특성을 가지는 나노입자를 형성하는 조건을 정립 하는데 중요한 역할을 할 것을 기대할 수 있다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제41권3호
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• pp.216-221
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• 2016

Background: Very fine radiation-induced aerosol particles are produced in intense radiation fields, such as high-intensity accelerator rooms and containment vessels such as those in the Fukushima Daiichi nuclear power plant (FDNPP). Size measurement of the aerosol particles is very important for understanding the behavior of radioactive aerosols released in the FDNPP accident and radiation safety in high-energy accelerators. Materials and Methods: A combined technique using wire screens and imaging plates was developed for size measurement of fine radioactive aerosol particles smaller than 100 nm in diameter. This technique was applied to the radiation field of a proton accelerator room, in which radioactive atoms produced in air during machine operation are incorporated into radiation-induced aerosol particles. The size of $^{11}C$-bearing aerosol particles was analyzed using the wire screen technique in distinction from other positron emitters in combination with a radioactive decay analysis. Results and Discussion: The size distribution for $^{11}C$-bearing aerosol particles was found to be ca. $70{\mu}m$ in geometric mean diameter. The size was similar to that for $^7Be$-bearing particles obtained by a Ge detector measurement, and was slightly larger than the number-based size distribution measured with a scanning mobility particle sizer. Conclusion: The particle size measuring method using wire screens and imaging plates was successfully applied to the fine aerosol particles produced in an intense radiation field of a proton accelerator. This technique is applicable to size measurement of radioactive aerosol particles produced in the intense radiation fields of radiation facilities.

• 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 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.482-482
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• 2013

반도체 소자의 미세화와 더불어 세정공정의 중요성이 차지하는 비중이 점점 커지고, 이에 따라 세정 기술 개발에 대한 요구가 증대되고 있다. 기존 세정 기술은 화학약품 위주의 습식 세정 방식으로 표면 손상, 화학 반응, 부산물, 세정 효율 등 여러 가지 어려움이 있다. 따라서 건식세정 방식이 활발하게 도입되고 있으며 대표적인 것이 에어로졸 세정이다. 에어로졸 세정은 기체상의 작동기체를 이용하여 에어로졸을 형성하고 표면 오염물질과 직접 물리적 충돌을 함으로써 세정한다. 하지만 이 또한 생성되는 에어로졸 내 발생 입자로 인해 패턴 손상이 발생하며 이러한 문제점을 극복하기 위하여 본 연구에서는 가스클러스터 장치를 이용한 세정 특성 평가에 관한 연구를 수행하였다. 가스 클러스터란 작동기체의 분자가 수십에서 수백 개 뭉쳐 있는 형태를 뜻하며 이렇게 형성된 클러스터는 수 nm 크기를 형성하게 된다. 그리고 짧은 시간의 응축에 의해 수십 nm 크기까지 성장하게 된다. 에어로졸 세정과 다르게 클러스터가 성장할 환경과 시간을 형성하지 않음으로써 작은 클러스터를 형성하게 되며 이로 인해 패턴 손상을 최소화 하고 상대적으로 높은 효율로 오염입자를 제거하게 된다. 클러스터 세정 장비를 이용한 표면 처리는 충돌에 의한 제거에 기반한다. 따라서 생성 및 가속되는 클러스터로부터 대상으로 전달되는 운동량의 정도가 세정 특성에 영향을 미치며 이는 생성되는 클러스터의 크기에 종속적이다. 생성 클러스터의 크기 분포는 분사 거리, 유량, 분사 각도, 노즐 냉각 온도 등의 변수에 관한 함수이다. 따라서 본 연구에서는 $CO_2$ 클러스터를 이용한 세정 특성을 평가하기 위하여 이러한 변수에 따라서 오염 입자의 종류, 크기에 따른 PRE (particle removal efficiency)를 평가하고 다양한 선폭의 패턴을 이용하여 손상 실험을 수행하였다. 제거 효율에 사용된 입자는 $CeO_2$와 $SiO_2$이며, 각각 30, 50, 100, 300 nm 크기를 정량적으로 오염시킨 쿠폰 웨이퍼를 제조하여 세정 효율을 평가하였다. 정량적 오염에는 SMPS (scanning mobility particle sizer)를 이용한 크기 분류와 정전기적 입자 부착 시스템이 사용되었다. 또한 패턴 붕괴 평가에는 35~180 nm 선폭을 가지는 Poly-Si 패턴을 이용하였다. 실험 결과 클러스터 형성 조건에 따라 상대적으로 낮은 패턴 붕괴에서 95% 이상의 높은 오염입자 제거효율을 전반적으로 보이는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 이론적 계산에 기반하여 세정에 요구되는 클러스터 크기를 가정하고, 이를 통하여 세정에 적용할 경우 높은 기존 세정 방법의 단점을 보완하면서 높은 세정 효율을 가지는 대체 세정 방안으로 이용할 수 있음을 확인하였다.

• 한국대기환경학회지
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• 제32권2호
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• pp.131-157
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• 2016

A smog chamber has been an effective tool to study air quality, particularly secondary organic aerosol (SOA), which is typically formed by atmospheric oxidation of volatile organic compounds (VOCs). In controlled environments, smog chamber studies have validated atmospheric oxidation by identifying, quantifying and monitoring products with state-of-art instruments (e.g., aerosol mass spectrometer, scanning mobility particle sizer) and provided chemical insights of SOA formation by elucidating reaction mechanisms. This paper reviews types of smog chambers and the current state of smog chamber studies that have accomplished to find pathways of SOA formation, focusing on gas-particle partitioning of semivolatile products of VOC oxidation, heterogeneous reactions on aerosol surface, and aqueous chemistry in aerosol waters (e.g., cloud/fog droplets and wet aerosols). For future chamber studies, then, this paper discusses potential formation pathways of fine particles that East Asia countries (e.g., Korea and China) currently suffer from due to massive formation that gives rise to fatal health problems.

• 대기
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• 제21권1호
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• pp.35-44
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• 2011

We investigated characteristics of new particle formation and growth events observed at Gosan climate observatory using Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) measurements of particle number size distribution with 54 size ranges from 10 to 487 nm in October 2009. Four days (17~20 October) and five days (22~26 October) were classified into strong new particle formation and growth event ($N_S$) and weak particle formation and growth event ($N_W$), respectively. $N_S$ and $N_W$ divided by increase of aerosol number concentration in nucleation mode and continuity of growth from nucleation to Aitken mode. Particle growth rates of $N_S$ (5.34~$9.19nm\;h^{-1}$) were greater than that of $N_W$ (2.15~$3.53nm\;h^{-1}$). $N_S$ and $N_W$ were analyzed with synoptic pattern over East Asia, meteorological elements, and sulfur dioxide ($SO_2$) measured at Gosan. We found that $N_S$ was characterized by a fast and northwesterly wind accompanied cold and dry airmass, but $N_W$ was affected airmass originated from South China and come through the Korea Peninsula. The events ($N_S$ and $N_W$) occurred at conditions of high solar flux ($&gt;700W\;m^{-2}$) and low relative humidity (< 60%). The $SO_2$ concentration on $N_S$ and $N_W$ was higher than that on case of non observed new particle formation.