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 광과 전파의 에너지 영역 가운데 존재하면서 광과 전파의 성질을 모두 가지고 있는 테라헤르츠파를 응용한 것으로 플라스틱 기반 필름재질의 포장을 투과해서 포장지 내에 위치한 센서 신호를 감지하는 기술개발이다.
제안 방법
- 지르코니아 입자 (300 μm)의 배열은 크롬 포토마스크를 이용하여 PDMS 표면에 패턴을 만들고, 그 위에 지르코니아 입자를 배열하였다. 배열된 지르코니아 입자는 접착층이 있는 PET 위에 고정시켜 입자를 전이하였다. 지르코니아 입자가 배열된 PET 기판에 수분에 민감한 PVA를 30 μm 수준으로 코팅하였다(그림 1).
- 본 연구에서는 포장지내 습도 변화를 이용하여 포장지 훼손 유무를 실시간 확인할 수 있는 비파괴 검사 방법을 개발하였으며, 테라파의 전파특성과 광학특성을 이용하여 외부에서 포장지 내부 환경변화를 감지하는데 활용하였다. 포장 내 습도변화를 감지하기 위해 테라파와 공명하는 센서태그를 제작하고, 물분자와 흡착하는 PVA 를 도포하여 PVA 굴절율 변화에 따른 테라파 공명주파수 변화를 유도하게 하였다.
- 이 챔버는 15×15×10 cm의 크기의 아크릴로 제작되었고, 바닥 면에는 샘플이 고정될 수 있도록 구멍을 내었다. 습도를 조절할 수 있도록 상단 부분에 가스관을 연결하였으며, 이 관을 통해 건조 공기와 습도가 유입될 수 있도록 하였으며, 각각의 공기는 레귤레이터를 통하여 조절하여 내부 습도를 조절하였다. 내부 습도는 20℃에서 80% RH까지 조절되었다(그림 2).
- 이 결과는 내부 습도보다 높은 습도 환경에서는 반사율의 변화량이 감소하며, 그 경향성은 50%- 90% 사이 습도환경에서 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이들 포장지에 30, 300 μm 크기의 구멍을 내어 외부 20% 수준의 습도환경에서 실시간 변화를 확인하였다 (그림 5). 그림 5에서 사용한 돈육포장과 내부 위치한 센서이며, 이는 그림 2의 테라파 분광장치로 포장을 유지한 채 측정한 결과이다.
- 이때, 반사형 모듈은 개방되어 있어서 별도의 습도를 조절할 수 있는 챔버의 제작하였다. 이 챔버는 15×15×10 cm의 크기의 아크릴로 제작되었고, 바닥 면에는 샘플이 고정될 수 있도록 구멍을 내었다.
- 제작한 센서태그는 습도에 따라 테라파 신호변화를 확인할 수 있었으며, 이를 이용하여 가스치환된 돈 육포 장내 부에 센서태그를 넣고 외부에서 신호변화를 확인하였다. 돈육의 수분활성도(0.
- 모드 공진센서 태그를 제작하였다. 지르코니아 입자 (300 μm)의 배열은 크롬 포토마스크를 이용하여 PDMS 표면에 패턴을 만들고, 그 위에 지르코니아 입자를 배열하였다. 배열된 지르코니아 입자는 접착층이 있는 PET 위에 고정시켜 입자를 전이하였다.
- 테라파를 감지하여 습도변화를 측정하기 위해서는 도파 모드 공진센서 태그를 제작하였다. 지르코니아 입자 (300 μm)의 배열은 크롬 포토마스크를 이용하여 PDMS 표면에 패턴을 만들고, 그 위에 지르코니아 입자를 배열하였다.
- 포장 내 습도변화를 감지하기 위해 테라파와 공명하는 센서태그를 제작하고, 물분자와 흡착하는 PVA 를 도포하여 PVA 굴절율 변화에 따른 테라파 공명주파수 변화를 유도하게 하였다. 실제 식품포장에서의 활용을 위해 가스치환된 돈육포장에 제작한 센서태그를 넣고, 그 변화를 외부습도에 따라 포장지 미세 핀홀에 따라 그리고 시간변화에 따라 측정하였으며, 전체 포장에 30 μm 핀홀 1개만 존재하여도 시간에 따른 내부 습도가 변화되어 테라파 신호변화를 1분 이내에 확인할 수 있음을 알게 되었다.
- 이러한 테라헤츠파는 비금속성 재질 대부분을 투과할 수 있다. 포장지 내부에 위치한 센서는 포장지의 훼손 여부를 검사하기 위해 습도변화를 감지할 수 있는 습도센서를 개발하였으며, 습도센서의굴절율 변화가 테라파의 파장변화를 유도하게끔 설계하였다. 최종 식품 포장은 가스치환된 돈육포장에 적용하였으며, 임의로 30과 300 μm의 핀홀을 만들어 핀홀이 없는 것과 비교하였으며, 30 μm 핀홀도 확인할 수 있음을 알게 되었다.
대상 데이터
- 이때, 반사형 모듈은 개방되어 있어서 별도의 습도를 조절할 수 있는 챔버의 제작하였다. 이 챔버는 15×15×10 cm의 크기의 아크릴로 제작되었고, 바닥 면에는 샘플이 고정될 수 있도록 구멍을 내었다. 습도를 조절할 수 있도록 상단 부분에 가스관을 연결하였으며, 이 관을 통해 건조 공기와 습도가 유입될 수 있도록 하였으며, 각각의 공기는 레귤레이터를 통하여 조절하여 내부 습도를 조절하였다.
- 실제 식품포장에서의 활용을 위해 가스치환된 돈육포장에 제작한 센서태그를 넣고, 그 변화를 외부습도에 따라 포장지 미세 핀홀에 따라 그리고 시간변화에 따라 측정하였으며, 전체 포장에 30 μm 핀홀 1개만 존재하여도 시간에 따른 내부 습도가 변화되어 테라파 신호변화를 1분 이내에 확인할 수 있음을 알게 되었다. 제작한 센서태그는 3개의 층으로 된 필름을 적층한 것으로 A4 사이즈 크기로 제작하여 2 ×2 cm 크기로 절단하여 사용하였으며, 제작한 들어간 비용은 1천원 이내로 센싱막 하나에 수 원 이내로 제작할 수 있다. 일반적으로 가시광 영역에서 도파 모드 공진 센서는 나노미터 스케일로 제작되기 때문에 제작 단가가 비싸 활용성이 떨어지지만, 테라파 영역에서는 저가의 센서태그를 만들 수 있는 장점이 있다.
- 테라파 분광장치는 Teraview사의 TPS 3000 모델을이용하였으며, 측정한 샘플은 반사형 모듈을 이용하여 측정하였다. 이때, 반사형 모듈은 개방되어 있어서 별도의 습도를 조절할 수 있는 챔버의 제작하였다.
성능/효과
- 그림 3 은 습도 증가에 따른 테라파 신호변화를 나타내었다. 20%-80% RH 구간에서 도파 모드 공진의 공명 주파수는 약 5 GHz 정도 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 공명 주파수는 습도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였으며, 30% RH 이상에서는 지수 함수를 따라 움직이는 것을 확인할 수 있었다.
- 그림에서 알 수 있듯이 핀홀이 없는 포장지는 90분 동안 5%이내의 변화를 보인 반면, 30 μm 크기의 핀홀 1개는 15분 이내 15% 정도의 공명주파수 변화를 보였으며, 15분 이후 포화상태를 유지하였다. 300 μm 크기의 핀홀 1개 포장식품은 1시간 정도지속적으로 주파수 변화를 보였으며, 최대 65%까지 변화가 나타났다.
- 20%-80% RH 구간에서 도파 모드 공진의 공명 주파수는 약 5 GHz 정도 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 공명 주파수는 습도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였으며, 30% RH 이상에서는 지수 함수를 따라 움직이는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 경향성은 PVA의 굴절율 변화에 의한 공명 주파수의 변화는 같은 굴절율 변화라도 초기에 더 크게 변한다는 것을 알 수 있다.
- 포장 내 습도변화를 감지하기 위해 테라파와 공명하는 센서태그를 제작하고, 물분자와 흡착하는 PVA 를 도포하여 PVA 굴절율 변화에 따른 테라파 공명주파수 변화를 유도하게 하였다. 실제 식품포장에서의 활용을 위해 가스치환된 돈육포장에 제작한 센서태그를 넣고, 그 변화를 외부습도에 따라 포장지 미세 핀홀에 따라 그리고 시간변화에 따라 측정하였으며, 전체 포장에 30 μm 핀홀 1개만 존재하여도 시간에 따른 내부 습도가 변화되어 테라파 신호변화를 1분 이내에 확인할 수 있음을 알게 되었다. 제작한 센서태그는 3개의 층으로 된 필름을 적층한 것으로 A4 사이즈 크기로 제작하여 2 ×2 cm 크기로 절단하여 사용하였으며, 제작한 들어간 비용은 1천원 이내로 센싱막 하나에 수 원 이내로 제작할 수 있다.
- 그림 4는 각각의 습도에서 1시간 노출시킨 후 측정한 실험 결과이다. 실험 결과, 20%와 50% 외부 습도 조건에서는 –73% 와 –75%의 반사율 감소 변화를 나타내었고, 65%에서 –10%, 90% 습도조건에서는 25% 반사율 증가의 변화를 나타내었다. 이 결과는 내부 습도보다 높은 습도 환경에서는 반사율의 변화량이 감소하며, 그 경향성은 50%- 90% 사이 습도환경에서 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 실험 결과, 20%와 50% 외부 습도 조건에서는 –73% 와 –75%의 반사율 감소 변화를 나타내었고, 65%에서 –10%, 90% 습도조건에서는 25% 반사율 증가의 변화를 나타내었다. 이 결과는 내부 습도보다 높은 습도 환경에서는 반사율의 변화량이 감소하며, 그 경향성은 50%- 90% 사이 습도환경에서 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이들 포장지에 30, 300 μm 크기의 구멍을 내어 외부 20% 수준의 습도환경에서 실시간 변화를 확인하였다 (그림 5).
- 포장지 내부에 위치한 센서는 포장지의 훼손 여부를 검사하기 위해 습도변화를 감지할 수 있는 습도센서를 개발하였으며, 습도센서의굴절율 변화가 테라파의 파장변화를 유도하게끔 설계하였다. 최종 식품 포장은 가스치환된 돈육포장에 적용하였으며, 임의로 30과 300 μm의 핀홀을 만들어 핀홀이 없는 것과 비교하였으며, 30 μm 핀홀도 확인할 수 있음을 알게 되었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.