선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 듀티비를 조절 할 수 있는 소형 전원 장치를 제작하였으며, 듀티비의 조절에 따라 플라즈마의 방전 특성을 연구하였다. 대기압 플라즈마 방전 시 별도의 가스를 사용하지 않았으며, 소형 전원장치의 출력전압을 일정하게 유지하고 듀티비를 20 %, 40 %, 60 % 조정함으로써 플라즈마의 온, 오프 타임을 조정하였다.
- 본 연구에서는 일정 주파수의 펄스변조 형태로 플라즈마 온, 오프 타임을 제어할 수 있는 소형 펄스 전원 장치를 제작하였다. 바이오 분야에 적용하기 위한 펄스 변조의 듀티비 변경에 따른 출력 전압과 전류를 측정하였고, 샘플의 표면온도와 플라즈마로부터 방출되는 광원의 스팩트럼을 측정하여 DBD 대기압 플라즈마의 특성을 연구하였다.
- 본 연구에서는 펄스 변조할 수 있는 소형 펄스전원 공급 장치를 제작하였다. Fig.
제안 방법
- DBD 대기압 플라즈마의 출력 전압은 Metal Electrode에 High voltage probe를 연결하여 소스에 인가되는 전압을 측정하였고, Ground에 Current probe를 연결하여 출력 전류를 측정하였다. 또한, 플라즈마로부터 방출되는 빛을 OES(Optical Emission Spectroscopy, HR-4000, Ocean Optics)를 이용하여 광학적 진단을 하였고, 플라즈마 방전 시 측정된 N2 성분을 기준으로 전자 시뮬레이션 하여 전자 온도를 계산하였다.
- 펄스 변조는 플라즈마의 온, 오프 방전 주기를 일정하게 유지하며 진행되어야 했으나, 플라즈마 방전에 따른 온, 오프시간의 지연을 전원장치 소자로 미세 조정할 수 없어 플라즈마 방전 시간의 한주기를 일정하게 고정할 수 없었다. 그러므로 본 연구에서는 플라즈마 온타임의 변경에 따른 특성으로 연구를 진행하였다.
- 본 연구에서는 듀티비를 조절 할 수 있는 소형 전원 장치를 제작하였으며, 듀티비의 조절에 따라 플라즈마의 방전 특성을 연구하였다. 대기압 플라즈마 방전 시 별도의 가스를 사용하지 않았으며, 소형 전원장치의 출력전압을 일정하게 유지하고 듀티비를 20 %, 40 %, 60 % 조정함으로써 플라즈마의 온, 오프 타임을 조정하였다. 플라즈마 방전 시간에 따라 열화상카메라를 이용하여 표면온도를 측정하였다.
- 플라즈마 방전 시 샘플의 표면 온도를 측정하기 위하여 열화상 카메라(InfraRED)를 이용하였으며, 일관된 표면온도를 분석하기 위해 스탠드 타입의 스테이지에 플라즈마 소스를 고정 하였다. 또한 DBD 대기압 플라즈마의 균일한 방전을 위하여 소스와 샘플의 방전 거리는 0.2 mm 로 하였고, 열화상 카메라를 샘플의 정면에서 300 mm 거리에 설치하여 표면온도를 측정하였다.
- 측정결과 듀티의 조정에 따라 온도가 26도로 일정하게 유지됨을 확인 할 수 있었다. 또한, 펄스 변조 형식의 파워와 CW 형식의 파워를 시간에 따라 표면온도를 측정 및 비교하여 표면온도의 변화를 비교 하였다. 듀티비를 이용한 온도의 조절은 본 연구의 전원 공급 장치가 바이오 분야에 적용이 가능함을 알 수 있다.
- DBD 대기압 플라즈마의 출력 전압은 Metal Electrode에 High voltage probe를 연결하여 소스에 인가되는 전압을 측정하였고, Ground에 Current probe를 연결하여 출력 전류를 측정하였다. 또한, 플라즈마로부터 방출되는 빛을 OES(Optical Emission Spectroscopy, HR-4000, Ocean Optics)를 이용하여 광학적 진단을 하였고, 플라즈마 방전 시 측정된 N2 성분을 기준으로 전자 시뮬레이션 하여 전자 온도를 계산하였다. 대기압 플라즈마 소스의 방전 형식은 다음과 같다.
- 본 연구에서는 일정 주파수의 펄스변조 형태로 플라즈마 온, 오프 타임을 제어할 수 있는 소형 펄스 전원 장치를 제작하였다. 바이오 분야에 적용하기 위한 펄스 변조의 듀티비 변경에 따른 출력 전압과 전류를 측정하였고, 샘플의 표면온도와 플라즈마로부터 방출되는 광원의 스팩트럼을 측정하여 DBD 대기압 플라즈마의 특성을 연구하였다. 아울러 플라즈마 방출 광원 스팩트럼을 이용하여 기체 및 전자온도를 계산하였다.
- 이는 대기중의 N2 성분이 소스의 내부로 유입되지 못하고 테두리에서 계속적으로 방전이 이루짐으로 볼 수 있다. 본 연구를 통해 펄스 변조와, CW 방전 형태의 DBD 대기압 플라즈마 방전에 따른 표면온도를 측정 및 비교하였다.
- 바이오 분야에 적용하기 위한 펄스 변조의 듀티비 변경에 따른 출력 전압과 전류를 측정하였고, 샘플의 표면온도와 플라즈마로부터 방출되는 광원의 스팩트럼을 측정하여 DBD 대기압 플라즈마의 특성을 연구하였다. 아울러 플라즈마 방출 광원 스팩트럼을 이용하여 기체 및 전자온도를 계산하였다.
- 표면온도는 플라즈마 방전에 따라 Ground의 정면에서 열화상카메라(Infra-Red)를 이용하여 측정하였다. 열화상 카메라의 촬영방식은 Ground와 수직방향으로 촬영거리 300 mm로 고정하였고, 방사율(E = 0.9)을 적용 하였다. 열화상카메라는 일반적으로 8~14 um 파장대역의 광원만 식별할 수 있다.
- 4는 DBD 대기압 플라즈마 소스에 인가되는 출력 전압신호로 주파수가 80 kHz인 정현화 형태를 보인다. 전압 측정 시 신호의 잡음을 없애기 위해 Acquire mode를 Average하여 전압을 측정하였고, 듀티비 20 %, 40 %, 60 % 변경에 따른 전압은 1.1 kV 정도로 일정하게 소스에 인가하였다. Fig.
- 10에서 펄스와 CW(Continue Wave) 방식의 플라즈마 방전에 따른 표면온도 측정을 비교 하였다. 펄스의 시간에 따른 표면온도 측정은 듀티 20 %를 기준으로 하였으며, 플라즈마 방전 30분 동안 측정을 진행 하였다. 펄스 방식의 플라즈마 방전은 플라즈마의 온, 오프 타임이 반복되기 때문에 표면온도가 최대 27.
- 표면온도는 플라즈마 방전에 따라 Ground의 정면에서 열화상카메라(Infra-Red)를 이용하여 측정하였다. 열화상 카메라의 촬영방식은 Ground와 수직방향으로 촬영거리 300 mm로 고정하였고, 방사율(E = 0.
- 플라즈마 방전 시간에 따라 열화상카메라를 이용하여 표면온도를 측정하였다. 표면온도의 측정은 열화상 카메라를 Ground 와의 거리를 300 mm로 고정하여 일관된 측정을 진행하였고, Ground(ITO glass)의 방사율( = 0.9)을 적용하여 측정하였다. 측정결과 듀티의 조정에 따라 온도가 26도로 일정하게 유지됨을 확인 할 수 있었다.
- 플라즈마 내의 전자온도, 회전온도, 진동온도는 N2 밴드의 “SPECAIR”를 사용하여 시뮬레이션 된 스펙트럼과 fitting 방법을 통해 설명하였다.
- 플라즈마의 특성을 분석하기 위하여 이용된 소스는 DBD (Dielectric Barrier Discharge) 타입으로, 두 개의 평행한 도체 전극으로 구성되어 있다. 플라즈마 방전 시 샘플의 표면 온도를 측정하기 위하여 열화상 카메라(InfraRED)를 이용하였으며, 일관된 표면온도를 분석하기 위해 스탠드 타입의 스테이지에 플라즈마 소스를 고정 하였다. 또한 DBD 대기압 플라즈마의 균일한 방전을 위하여 소스와 샘플의 방전 거리는 0.
- 대기압 플라즈마 방전 시 별도의 가스를 사용하지 않았으며, 소형 전원장치의 출력전압을 일정하게 유지하고 듀티비를 20 %, 40 %, 60 % 조정함으로써 플라즈마의 온, 오프 타임을 조정하였다. 플라즈마 방전 시간에 따라 열화상카메라를 이용하여 표면온도를 측정하였다. 표면온도의 측정은 열화상 카메라를 Ground 와의 거리를 300 mm로 고정하여 일관된 측정을 진행하였고, Ground(ITO glass)의 방사율( = 0.
대상 데이터
- 7은 펄스의 듀티비에 따른 플라즈마 방전 시 OES (HR-4000) 를 이용하여 파장별 Intensity 측정하였다. 측정 OES는 Wavelength 200~1100 nm, Optical resolution 0.75 nm이고, 측정 결과 335 nm ~ 432 nm 파장의 N2 성분들이 측정되었다. 플라즈마 방전 시 별도의 가스를 사용하지 않고 Air 대기압 플라즈마 방전되기 때문에 대기중의 78%를 차지하는 N2 의 밀도가 OES 측정 시 가장 높게 측정되었다.
성능/효과
- 3,4) 특히 플라즈마를 이용한 치아 미백과 병원균 파괴 등의 바이오 연구에 활용되고 있으며, 이러한 바이오 분야의 활용에서 주요한 이슈들은 장치의 소형화 및 제어의 용이성, 인체에 대한 안전성을 확보하는 것이다.5) 플라즈마를 인체에 직접적으로 적용하기 위해서는 고전압의 전극이 인체에 직접적으로 접촉되지 않도록 해야 하며, 전극에 인가되는 구동전압 및 전류를 제어해야 한다. 소형 플라즈마 소스들은 주로 아크 플라즈마로 전이하는 것을 막기 위해 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 전극 구조 형태를 사용하고, 펄스, AC 또는 RF 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다.
- 따라서 Ground의 온도를 간접적으로 측정하여 온도를 확인 하였고, 이는 플라즈마의 방전 시 Ground에 가해지는 온도로 볼 수 있다. 듀티비 20 %, 40 %, 60 % 조절하였으며, 플라즈마 방전 10분 후 열화상카메라 측정 결과 대기 플라즈마가 직접적으로 접촉하여 Ground 표면에서 방사되는 온도가 26도 정도로 일정하게 유지 되는 것을 볼 수 있었으며, 이는 플라즈마 온, 오프타임의 반복으로 인하여 온도가 일정하게 유지된다고 유추할 수 있다. 또한, 플라즈마가 방전되는 소스의 표면온도보다 낮을 수 있다.
- 9)을 적용하여 측정하였다. 측정결과 듀티의 조정에 따라 온도가 26도로 일정하게 유지됨을 확인 할 수 있었다. 또한, 펄스 변조 형식의 파워와 CW 형식의 파워를 시간에 따라 표면온도를 측정 및 비교하여 표면온도의 변화를 비교 하였다.
- 5는 펄스 변조의 듀티비 변경에 따른 출력 전압, 전류의 특성을 나타내었다. 특성곡선의 결과로 플라즈마 소스에 인가되는 전압과 전류는 듀티비의 조절에 따라 일정하게 유지되며, 플라즈마 온, 오프 타임의 듀티비 조절을 통해 표면온도의 특성을 파악하였다. 또한, 듀티비에 따른 전압, 전류의 변화는 플라즈마 방전 시간에 따른 인가 전원의 오차범위로 볼 수 있다.
- 펄스의 시간에 따른 표면온도 측정은 듀티 20 %를 기준으로 하였으며, 플라즈마 방전 30분 동안 측정을 진행 하였다. 펄스 방식의 플라즈마 방전은 플라즈마의 온, 오프 타임이 반복되기 때문에 표면온도가 최대 27.5도에서 일정하게 유지되었으며, CW 방식의 방전은 플라즈마가 온타임 동작만을 유지하기 때문에 시간에 따라 계속적으로 온도가 상승함을 볼 수 있다. 그러므로 펄스 변조를 통해 표면온도를 일정하게 조절함으로써 플라즈마를 바이오 분야에 적용 가능함 알 수 있다.
- 75 nm이고, 측정 결과 335 nm ~ 432 nm 파장의 N2 성분들이 측정되었다. 플라즈마 방전 시 별도의 가스를 사용하지 않고 Air 대기압 플라즈마 방전되기 때문에 대기중의 78%를 차지하는 N2 의 밀도가 OES 측정 시 가장 높게 측정되었다.
후속연구
- 또한, 펄스 변조 형식의 파워와 CW 형식의 파워를 시간에 따라 표면온도를 측정 및 비교하여 표면온도의 변화를 비교 하였다. 듀티비를 이용한 온도의 조절은 본 연구의 전원 공급 장치가 바이오 분야에 적용이 가능함을 알 수 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.