[논문]플라즈마 처리된 PET 필름의 표면분석에 관한 연구

임경범; 최훈영; 이석현; 이덕출

플라즈마 처리된 PET 필름의 표면분석에 관한 연구
A Study on the Surface Analysis of Plasma-Treated PET Film 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. C/ C, 전기물성·응용부문, v.53 no.12, 2004년, pp.596 - 600

임경범 (한국소방안전협회) , 최훈영 (삼성 SDI 중앙연구소) , 이석현 (인하대 공대 전기공학과) , 이덕출 (인하대 공대 전기공학과)

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In this study, the surface properties of PET film were analyzed after plasma surface treatment. After plasma treatment of surface roughness and XPS were evaluated to analyze the chemical property, while the surface potential decay and surface resistance rate was measured to analyze the electric관 characteristic. When plasma discharge treatment was conducted for less than 10 minutes, the electrical insulating property was improved by evaporation of low molecular weight materials and cleaning of surface. However, when the treatment was conducted for more than 10 minutes, the insulating property was decreased due to excessive discharge energy. Analyses of chemical characteristics showed that 10-minute treatment resulted in increase of C-O and O=C-O bonds. However, when treated for more than 10 minutes. they were relatively decreased.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 poly(ethylene terephthalate) 필름의 장시간 사용에 따른 성능에 영향을 미치는 여러 환경요인 중 플라즈마 환경에서의 표면특성 변화를 조사하여 기기의 수명 관리 및 열화양상을 파악하기 위하여 모의 열화된 PET 필름의 XPS 분석 및 표면전위감쇠 및 표면저항률 분석을 통한 플라즈마 처리에 따른 PET 필름의 표면변화를 고찰하고자 한다.
플라즈마 환경상에서의 PET 필름 표면의 특성변화를 조사하여 기기의 수명관리 및 표면에서의 열화양상을 파악하기 위하여 프라즈마 처리에 따른 PET 표면에서의 전기적, 화학적 특성변화를 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

또한 EDX (Energy Dispersive X-ray)를 이용한 C, 0성분에 대한 정량 분석과 X-선광전자분광법(ESCA, Vacuum Science Workshop 영국, ARIESARSC 10MCD 150)을 이용하여 표면의 화학적 성분변화를 분석하였다. X선 source는 Al-K_a선을 이용하고, X선 출력은 15[kV], 진공도는 10¹⁰[Torr] 이하에서 시료 표 면의 화학적 변화를 조사하였다.
처리에 따른 시료의 표면 거칠기는 원자간력 현미경 (AFM, Atomic Force Microscopy, TopoMetrix ACCUREX, USA)을 이용하여 표면 특성을 분석하였다. 또한 EDX (Energy Dispersive X-ray)를 이용한 C, 0성분에 대한 정량 분석과 X-선광전자분광법(ESCA, Vacuum Science Workshop 영국, ARIESARSC 10MCD 150)을 이용하여 표면의 화학적 성분변화를 분석하였다. X선 source는 Al-K_a선을 이용하고, X선 출력은 15[kV], 진공도는 10¹⁰[Torr] 이하에서 시료 표 면의 화학적 변화를 조사하였다.
본 실험에서는 플라즈마 환경하에서의 특성변화를 조사하기 위하여 PET 필름(두께 250[µm])을 직경 100[mm]로 일정하게 절단한 후 불순물을 제거하기 위하여 에탄올 용액으로 세척 후 진공 건조 처리한 후, 플라즈마 처리한다.
자체 제작한 코로나 대전장치를 이용하여 코로나 대전전극과 그리드 전극과의 거리는 45[mm], 그리드전극과 시료표면의 거리는 5[mm]로 설정한 후, 전하주입은 코로나 대전전압 (Vc) 10[kV], 그리드전압(Vg) 1[kV], 대전시간(t_c) 1[min]으로 각각 설정하여 시료표면에 정 . 부극성 전하를 주입하였 고, 대전 종료 후 시료표면과 표면전위 탐침(probe)과의 간격을 5[mm]로 유지시킨 후 표면전위의 감쇠특성을 측정하였다 . [10] 또한 표면전위 측정이 끝난 시료를 대상으로 표면저항률을 측정하였다.
시료의 전기적 특성변화를 분석하기 위해 코로나 대전장치를 이용한 시료 표면의 전하축적 및 전하감쇠거동 측정을 통해 열화의 정도와 표면에 형성된 극성기의 종류 및 전기적인 측면에서의 재료의 변화 양상을 파악할 수 있는 수단으로서 코로나 대전장치를 이용하여 표면전위를 측정하였다. 자체 제작한 코로나 대전장치를 이용하여 코로나 대전전극과 그리드 전극과의 거리는 45[mm], 그리드전극과 시료표면의 거리는 5[mm]로 설정한 후, 전하주입은 코로나 대전전압 (Vc) 10[kV], 그리드전압(Vg) 1[kV], 대전시간(t_c) 1[min]으로 각각 설정하여 시료표면에 정 .
시료의 플라즈마 처리는 60[Hz]의 220[V]의 교류 전원을 사용하고, 리엑터 유입 반응가스로 건조공기를 분당 25[ml/ min]로 주입하였고, 방전시 반응기 내부의 압력은 0.7[Torr], 방전전류 10[mA]의 플라즈마를 발생시킨다. 처리시간은 5분, 10분, 15분, 20분으로 설정하여 처리시간의 변화에 따른 특성 변화를 측정하였다.
시료의 전기적 특성변화를 분석하기 위해 코로나 대전장치를 이용한 시료 표면의 전하축적 및 전하감쇠거동 측정을 통해 열화의 정도와 표면에 형성된 극성기의 종류 및 전기적인 측면에서의 재료의 변화 양상을 파악할 수 있는 수단으로서 코로나 대전장치를 이용하여 표면전위를 측정하였다. 자체 제작한 코로나 대전장치를 이용하여 코로나 대전전극과 그리드 전극과의 거리는 45[mm], 그리드전극과 시료표면의 거리는 5[mm]로 설정한 후, 전하주입은 코로나 대전전압 (Vc) 10[kV], 그리드전압(Vg) 1[kV], 대전시간(t_c) 1[min]으로 각각 설정하여 시료표면에 정 . 부극성 전하를 주입하였 고, 대전 종료 후 시료표면과 표면전위 탐침(probe)과의 간격을 5[mm]로 유지시킨 후 표면전위의 감쇠특성을 측정하였다 .
7[Torr], 방전전류 10[mA]의 플라즈마를 발생시킨다. 처리시간은 5분, 10분, 15분, 20분으로 설정하여 처리시간의 변화에 따른 특성 변화를 측정하였다.
처리에 따른 시료의 표면 거칠기는 원자간력 현미경 (AFM, Atomic Force Microscopy, TopoMetrix ACCUREX, USA)을 이용하여 표면 특성을 분석하였다. 또한 EDX (Energy Dispersive X-ray)를 이용한 C, 0성분에 대한 정량 분석과 X-선광전자분광법(ESCA, Vacuum Science Workshop 영국, ARIESARSC 10MCD 150)을 이용하여 표면의 화학적 성분변화를 분석하였다.
K-6911(열경화성 플라스틱의 일반시험방법) 규정에 준하여 A1을 진공증착하여 실버페이스트로 3단자 전극을 형성시켰다. 측정시료를 25[℃]로 설정된 항온조에 설치하고 미소전류계(Picoammeter 487, Keithley. Co)를 사용하여 직류전압 500[V]를 인가하여 30분 이 경과된 후 측정된 누설전류값을 측정하여 최종적으로 표면저항률을 산출하였다.
플라즈마 처리에 따른 시료의 질량변화와 표면거칠기, EDX(Energy Dispersive X-ray), X-선광전자분광법(XPS)을 이용한 표면의 화학적 특성 분석과 표면전위감쇠 및 표면저항률 측정을 통한 전기적 특성변화를 분석하였다.
플라즈마 처리에 따른 표면의 화학적 특성을 EDX 및 XPS 측정을 통해 분석하였다. 플라즈마 처리된 시료의 EDX 측정에 의한 정량적 분석 결과를 그림 2에 나태내었다.

이론/모형

표면저항률 측정은 JIS. K-6911(열경화성 플라스틱의 일반시험방법) 규정에 준하여 A1을 진공증착하여 실버페이스트로 3단자 전극을 형성시켰다. 측정시료를 25[℃]로 설정된 항온조에 설치하고 미소전류계(Picoammeter 487, Keithley.

성능/효과

② PET 필름을 플라즈마 처리하면 10분 이내의 처리시간 에서는 플라즈마내 라디칼의 표면 충돌에 의한 세정작 용과 플라즈마 에너지에 의한 표면의 저분자 극성물질 의 증발로 인해 미처리 시료보다 표면전위감쇠 특성이 양호하였고, 표면저항률도 10¹⁴[Ω/cm²] 정도를 나타내어 결과적으로 전기절연특성이 향상되나, 장시간 처리시에는 다량의 라디칼 발생과 강한 에너지에 의한 분자 간 결합력의 감소에 따른 결합쇄의 절단 등으로 전기적 절연특성이 감소하였다.
③ 플라즈마 처리로 인한 PET 필름의 화학적 변화는 10분 이내의 처리시간에서는 산소의 O-H 및 0=C-0 라디칼이 증가하고, 10분 이상의 처리시간에서는 다시 감소하는 결과를 나태내었다.
이러한 경향은 표면 전위 감쇠 특성의 결과에서 나타나고 있는 현상과 상호 일치 하고 있다. 따라서 플라즈마 방전에 노출된 PET 필름의 표면 분자쇄는 방전에너지로 인하여 일정시간까지는 오히려 표면 활성화가 지연되며, 표면 정전하 축적이 증가하여 표면의 전기적 절연특성이 향상되나, 처리시간이 증가함에 따라 과다한 방전 에너지로 인하여 분자간 결합력이 감소하고 표면의 결합쇄가 파괴되어 표면이 급격히 활성화되고 표면의 전하 축적량이 감소하여 표면의 절연 특성이 오히려 감소하는 결과를 나타내고 있다.
처리 시간이 증가되면서 표면에 C성분과 O성분의 상대적인 중량비 (weight rate) [%]와 원자비 (atomic rate)[%]로부터 플라즈 마 처리 시간 10분까지는 C성분의 함유비율이 점차 감소하고, O성분의 함유비율은 증가하다 처리시간 10분 이후부터는 C성분은 증가하고, O성분은 감소하고 있음을 알 수 있다. 이러한 결과는 시료가 플라즈마 처리됨으로써 전자친화력이 큰 산소를 포함하는 친수적 극성기가 표면에 증가하여 O성분의 함유비율이 상대적으로 C성 분의 함유비율보다 증가하였고, 10분 이후 처리시간에서는 강한 방전에너지에 의해 주쇄인 탄소고리의 절단 및 파괴로 인해 C성분이 상대적으로 증가한 것으로 판단된다.
플라즈마 처리된 시료의 EDX 측정에 의한 정량적 분석 결과를 그림 2에 나태내었다. 처리 시간이 증가되면서 표면에 C성분과 O성분의 상대적인 중량비 (weight rate) [%]와 원자비 (atomic rate)[%]로부터 플라즈 마 처리 시간 10분까지는 C성분의 함유비율이 점차 감소하고, O성분의 함유비율은 증가하다 처리시간 10분 이후부터는 C성분은 증가하고, O성분은 감소하고 있음을 알 수 있다. 이러한 결과는 시료가 플라즈마 처리됨으로써 전자친화력이 큰 산소를 포함하는 친수적 극성기가 표면에 증가하여 O성분의 함유비율이 상대적으로 C성 분의 함유비율보다 증가하였고, 10분 이후 처리시간에서는 강한 방전에너지에 의해 주쇄인 탄소고리의 절단 및 파괴로 인해 C성분이 상대적으로 증가한 것으로 판단된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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