KR100592242B1 - 캐리어 및 이를 구비하는 분석장치 - Google Patents
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Abstract
캐리어 및 이를 구비하는 분석장치가 개시된다. 개시된 캐리어는, 시료가 안착되고 가이드 홈이 형성되는 시료 홀더와, 시료 홀더가 탑재되고 가이드 홈과 자웅 결합하는 가이드 레일이 형성된 시료 수용부 및, 시료 수용부를 상하로 승강시켜 시료 홀더를 인입하거나 배출시키는 시료승강부를 구비하며, 시료승강부는, 시료 수용부를 상하로 구동하는 구동부 및, 구동부가 내부에 설치되고 밀폐상태에서 진공을 유지하는 진공챔버를 포함한다. 수분을 차폐하여 정밀한 분석을 가능하게 한다.
Description
도 1은 종래의 캐리어를 보이는 사진,
도 2는 종래의 분석장치를 이용하여 Li 표면에 SEI막을 분석한 SEM 사진,
도 3a는 시료홀더를 제외한 본 발명의 실시예에 따른 캐리어를 보이는 사시도,
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 캐리어에 구비되는 시료홀더를 보이는 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 캐리어를 보이는 사진,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 캐리어의 구조를 보이는 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 분석장치의 부분 사시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 캐리어를 분석장치에 장착하여 Li 표면에 SEI막을 분석한 SEM사진.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
10 ; 캐리어 11 ; 수용부
12 ; 출입부 13 ; 로킹부
15 ; 핸들 16 ; 진공챔버
17 ; 가이드 레일 18 ; 고정핀
19 ; 시료승강부 20 ; 시료도입부
21 ; 스크류 23 ; 회전축
24 ; 연결부 25 ; 구동부
27 ; 로딩챔버 28 ; 가이드 바
31 ; 시료 홀더
본 발명은 수분 차폐가 가능한 캐리어 및 이를 구비하는 분석장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 광전자분광분석장치(XPS;X-ray Photoelectron Spectroscopy)에 사용되는 캐리어를 보이는 사진이다. 도 1에서 1은 시료 홀더 마운팅부, 2는 출입부, 3은 로킹부이고, 4는 플랜지(flange)부이다. 시료를 담은 시료홀더(미도시)를 시료 홀더 마운팅부(1)에 장착하고 핸들(5)을 돌리면 시료 홀더 마운팅부(1)가 상방으로 이동하여 챔버(6) 내부로 이동한다.
하지만, 시료 홀더를 시료 홀더 마운팅부(1)에 장착하는 과정에서 시료 홀더가 출입부에 충돌하여 시료에 손상이 가해질 수 있으며, 로킹부(3)를 분석장치에 장착하는 과정에서 로킹부(3)의 끼움식 장치가 분석장치에 충돌하여 로킹부(3)가 파손될 수 있다. 또한 플랜지부(4)는 용접이 되어 있어 충격에 의한 진공 파괴시 수리가 어려운 단점이 있다. 종래의 분석장치에 이용되는 캐리어는 또한, 수분 차폐기능이 없으므로 시료의 진공을 유지하고 수분을 차폐하기 위해 에어커튼으로 공기를 차단하는 방법을 이용하거나, 드라이 룸이나 드라이 박스 내에 분석장치를 설치하는 방법을 이용한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캐리어를 분석장치에 장착하여 Li 표면에 SEI(Solid Electrolyte Interface)막을 분석한 SEM(Scanning Electron Microscopy)사진이다. 도 2를 참조하면, SEM막이 공기와 접촉하여 형상이 많이 변형된 것을 볼 수 있으며, 특히 화살표가 가리키는 원에는 입자가 공기와 접촉하여 균열이 발생한 것을 볼 수 있다.
종래의 분석장치는 설비 전체에 수분을 차폐하여야 하므로 유지 관리 비용이 많이 소모되며, 시료를 이송시키는 캐리어에 수분차폐 기능이 없어 시료에 공기가 접촉할 확률이 높다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 수분차폐가 가능한 캐리어 및 이를 구비하는 분석장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
시료가 안착되고 가이드 홈이 형성되는 시료 홀더;
상기 시료 홀더가 탑재되고 상기 가이드 홈과 자웅 결합하는 가이드 레일이 형성된 시료 수용부 및;
상기 시료 수용부를 상하로 승강시켜 상기 시료 홀더를 인입하거나 배출시키는 시료승강부;를 구비하며, 상기 시료승강부는,
상기 시료 수용부를 상하로 구동하는 구동부 및, 상기 구동부가 내부에 설치되고 밀폐상태에서 진공을 유지하는 진공챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어를 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,
분석 챔버 내부로 시료를 이동시키는 시료 마운팅부와, 상기 시료에 전자빔을 조사하는 조명부와, 상기 시료로부터 발생하는 전자를 검출하여 상기 시료의 표면을 분석하는 검출부를 구비하는 전자분석 장치에 있어서, 상기 시료 마운팅부는,
상기 시료가 안착되는 시료홀더를 보관하고 이송하는 캐리어;
상기 분석 챔버에 분리 가능하도록 장착되며, 상기 캐리어와 결합되어 상기 시료 홀더를 상기 챔버 내부로 로딩시키는 로딩 챔버; 및
상기 로딩 챔버를 관통하여 상기 시료 홀더를 상기 로딩 챔버 내부로 이동시키는 가이드 바를 구비하며, 상기 캐리어는,
상기 시료가 안착되며 가이드 홈이 형성된 시료 홀더; 및
상기 시료 홀더가 탑재되며, 상기 가이드 홈과 자웅 결합하는 가이드 레일이 형성된 시료 수용부; 및
상기 시료 수용부를 상하로 승강시켜 상기 시료 홀더를 인입 배출시키는 시료승강부를 구비하며, 상기 시료승강부는,
상기 시료 수용부를 상하로 구동하는 구동부와, 상기 구동부가 내부에 설치되고 밀폐상태에서 진공을 유지하는 진공챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 분석장치를 제공한다.
상기 시료 수용부는 상기 시료 홀더의 이동을 차단하는 고정핀을 구비한다.
상기 고정핀은 상기 시료 수용부의 바닥면 상에 상방으로 돌출되어 형성된다.
상기 가이드 레일은 상기 시료 수용부의 양 측면에서 중심 방향으로 돌출되어 형성된다.
상기 가이드 레일은 적어도 하나의 리브로 형성될 수 있다.
상기 시료 홀더는
상기 가이드 홈이 형성된 적치대; 및
상기 적치대의 상부에 연결된 클램퍼;를 포함한다.
상기 구동부는,
상기 시료 수용부를 상하방향으로 이동시키는 스크류;
상기 스크류를 회전시키는 회전축; 및
상기 회전축과 연결되어 회전력을 가하는 핸들;을 포함한다.
상기 시료승강부는 외부 장치에 결합되어 고정시키는 로킹부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 캐리어 및 이를 구비하는 분석장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 캐리어(10)를 나타낸 사시도이고, 도 3b는 캐리어(10)에 구비되는 시료 홀더(31)를 나타낸 사시도이다.
도 3b를 참조하면, 시료 홀더(31)는 시료가 내부에 안착되고 가이드 홈(32)이 형성되는 적치대(33)와, 적치대의 상부에 연결된 클램퍼(35)를 구비한다. 시료를 시료 홀더(31)에 장착하기 위해 시료를 전처리하게 된다. Li 등의 금속은 수분에 민감하므로 수분 흡습제가 있는 데시케이터 등에 보관한다. 시료 홀더(31)는 시료 전처리 24시간 전에 드라이룸으로 옮겨 놓고 시료 홀더(31)에 카본 테이프를 붙힌 후 알맞은 크기로 시료를 붙인다. 이 후 시료 주위에 은 페이스트를 소량 바르고 코팅 금속으로 Au, Au-Pd, Pd, Pt 등을 사용하여 코팅한다. 시료 홀더(31)가 준비되면 시료 홀더(31)를 도 3a에 도시된 캐리어(10)에 장착한다.
도 3a를 참조하면, 캐리어(10)는 시료 홀더(31)와, 시료홀더(31)가 탑재되고 가이드 홈(32)과 자웅 결합하는 가이드 레일(17)이 형성된 시료 수용부(11)와, 시료 수용부(11)를 상하로 승강시켜 시료 홀더(31)를 인입 배출시키는 시료승강부(19)를 구비한다. 시료승강부(19)는 시료 수용부를 상하로 구동시키는 구동부(미도시)와 구동부를 내부에 포함하고 밀폐상태에서 진공을 유지하는 진공챔버(16)를 구비한다.
시료 수용부(11)에는 시료 홀더(31)가 탑재되도록 공간부가 형성되는데, 좌측 및 우측의 벽면으로부터 시료 홀더(31)의 가이드 홈(32)과 맞물려 시료 홀더(31)의 이동을 가이드하는 가이드 레일(17)이 내부 중심방향으로 돌출되어 형성되어 있다. 가이드 레일(17)은 도시된 바와 같이 판상으로 형성되거나, 복수개의 리브로 형성될 수 있다. 가이드 레일(17)의 형태는 가이드 홈(32)과 자웅결합하도록 다양한 형태로 형성될 수 있다.
바닥면에는 상방으로 고정핀(18)이 돌출되어 시료 홀더(31)가 시료 수용부(11)를 벗어나 이탈되는 것을 방지한다. 여기서, 가이드 레일(17)은 좌측 및 우측 돌출부가 판상으로 형성되어 있지만 복수개의 리브로 형성되어 시료 홀더(31)를 가이드할 수도 있다. 시료 수용부(11)의 상부에는 시료승강부(19)에 연결된 출입부(12)가 위치하고 있다.
시료승강부(19)는 시료의 상태를 진공으로 유지하는 진공챔버(16)와, 진공챔버(16)의 내부에 위치하며 시료 수용부(11)를 상하로 이동시키는 구동부와, 캐리어(10)를 분석장치에 고정시키는 로킹부(13)를 구비한다. 핸들(15)은 구동부의 일부로서 구동부에 대해서는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
도 4는 도 3b에 도시된 시료 홀더(31)가 도 3a에 도시된 시료 수용부(11)에 장착된 상태의 캐리어(10)를 보이는 사진이다. 도 4를 참조하면, 시료 홀더(31)의 가이드 홈(32)이 시료 수용부(11)의 가이드 레일(17)과 자웅결합하여 시료 홀더(31)가 시료 수용부(11)에 안착된다. 시료 수용부(11)의 고정핀(18)은 시료 홀더(31)의 이탈을 방지하는 기능을 한다. 시료 홀더(31)가 장착되면 구동장치(19)의 핸들을 돌려 시료 수용부(11)를 구동장치(19)의 내부로 인입시킨다.
도 5는 캐리어(10)가 로딩 챔버(27)에 안착된 상태의 정면도이다. 도 5를 참조하면, 시료도입부(20)는 로딩 챔버(27)와, 로딩 챔버(27)에 안착되는 캐리어(10)와, 캐리어(10)의 시료 홀더(31)를 클랩핑하여 시료 수용부(11)로 이동시키는 가이드 바(28)가 설치된다. 캐리어(10)의 시료승강부(19) 내부의 구동부(25)를 볼 수 있다. 구동부(25)는 시료 수용부(11)를 상하방향으로 이동시키는 스크류(21)와, 스크류(21)를 회전시키는 회전축(23)과, 회전축(23)과 연결되어 회전력을 인가하는 핸들(15)을 포함한다. 핸들(15)의 회전에 따라 회전축(23)이 회전하면서 스크류(21)를 가동시켜 시료 수용부(11)를 상하방향으로 이동시킨다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 캐리어가 장착된 분석장치를 보이는 사진이다. 도 3a 및 도 5를 참조하여 도 6에 도시된 바와 같이 분석장치의 로딩 챔버에 분석장치를 장착하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 캐리어(10)의 로킹부(13)와 맞물리는 로딩 챔버(27)의 연결부(24)에 커버를 덮고 로딩 챔버(27)를 포함한 분석장치의 챔버를 진공상태로 형성한다. 진공룸에서 시료가 포함된 시료 홀더(31)를 시료 수용부(11)에 장착한 캐리어(10)를 분석장치로 가져온다.
로딩 챔버(27)의 진공을 풀고 연결부(24)에 캐리어(10)를 장착한 다음 다시 진공상태로 형성한다. 고정링(R)을 돌려 로딩 챔버(27)를 분석장치의 챔버에 완전히 고정시킨 다음 완전히 진공상태가 되면 캐리어(10)의 핸들(15)을 돌려 시료 수용부(11)가 로딩 챔버(27) 내부로 배출되도록 한다.
로딩챔버(27) 내로 가이드 바(28)를 밀어 시료 홀더(31)를 가이드 바(28)로 클랩핑한 다음 분석자의 몸쪽으로 당긴다. 시료 수용부(11)를 캐리어(10)의 진공챔버(16) 내부로 인입시킨 다음 고정링(R)을 돌려 로딩 챔버(27)와 분석장치의 챔버 사이의 도어를 연 다음 가이드 바(28)를 밀어 시료 홀더(31)를 분석장치의 중앙부로 이동시킨다. 분석장치의 챔버 중앙부에 시료 홀더(31)를 위치시킨 다음 가이드 바(28)를 분석자의 몸쪽으로 당기로 고정링(R)을 돌려 분석장치의 챔버의 도어를 닫아 로딩 챔버(27)와 분리시킨다. 이 후 분석장치를 가동하여 시료의 분석을 실행한다. 분석장치의 챔버 내부의 시료 홀더(31)의 해체와 캐리어(10)의 분리는 상술한 과정을 역으로 실행함으로써 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 캐리어를 분석장치에 장착하여 Li 표면에 SEI(Solid Electrolyte Interface)막을 분석한 SEM(Scanning Electron Microscopy)사진이다.
도 7을 참조하면, Li 표면에 SEI막의 입자가 도 2에 도시된 SEI막에 비해 균일하게 형성된 것을 볼 수 있으며 균열이 발생하지 않은 것을 볼 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 수분 차폐 캐리어 및 이를 구비하는 분석장치는 특히 Li 금속 배터리 분야에 있어서 성능향상을 위한 중요 인자인 SEI막을 분석시 수분에 의한 손상을 방지할 수 있으며 수분 대기에 민감한 충전 상태의 양극 및 음극의 극판을 정밀하게 분석할 수 있으므로 Li 전지의 수명을 정확히 예측할 수 있다. 이외에도 여러 종류의 시료를 분석할 때 수분을 차폐하여 고진공 상태를 유지할 수 있으므로 정밀한 분석을 실행할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 캐리어 및 이를 구비하는 분석장치의 장점은 수분을 차폐하여 시료에 대한 분석을 정밀하게 실시할 수 있다는 것이다.
Claims (16)
- 시료가 안착되고 가이드 홈이 형성되는 시료 홀더;상기 시료 홀더가 탑재되고 상기 가이드 홈과 자웅 결합하는 가이드 레일이 형성된 시료 수용부 및;상기 시료 수용부를 상하로 승강시켜 상기 시료 홀더를 인입하거나 배출시키는 시료승강부;를 구비하며, 상기 시료승강부는,상기 시료 수용부를 상하로 구동하는 구동부 및, 상기 구동부가 내부에 설치되고 밀폐상태에서 진공을 유지하는 진공챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어.
- 제1항에 있어서,상기 시료 수용부는 상기 시료 홀더의 이동을 차단하는 고정핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 캐리어.
- 제2항에 있어서,상기 고정핀은 상기 시료 수용부의 바닥면에 상방으로 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 캐리어.
- 제1항에 있어서,상기 가이드 레일은 상기 시료 수용부의 양 측면에서 중심 방향으로 돌출되어 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어.
- 제1항에 있어서,상기 가이드 레일은 적어도 하나의 리브로 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어.
- 제1항에 있어서, 상기 시료 홀더는상기 가이드 홈이 형성된 적치대; 및상기 적치대의 상부에 연결된 클램퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어.
- 제1항에 있어서, 상기 구동부는,상기 시료 수용부를 상하방향으로 이동시키는 스크류;상기 스크류를 회전시키는 회전축; 및상기 회전축과 연결되어 회전력을 가하는 핸들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어.
- 제1항에 있어서,상기 시료승강부는 외부 장치에 결합되어 고정시키는 로킹부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 캐리어.
- 분석 챔버 내부로 시료를 이동시키는 시료 마운팅부와, 상기 시료에 전자빔을 조사하는 조명부와, 상기 시료로부터 발생하는 전자를 검출하여 상기 시료의 표면을 분석하는 검출부를 구비하는 전자분석 장치에 있어서, 상기 시료 마운팅부는,상기 시료가 안착되는 시료홀더를 보관하고 이송하는 캐리어;상기 분석 챔버에 분리 가능하도록 장착되며, 상기 캐리어와 결합되어 상기 시료 홀더를 상기 챔버 내부로 로딩시키는 로딩 챔버; 및상기 로딩 챔버를 관통하여 상기 시료 홀더를 상기 로딩 챔버 내부로 이동시키는 가이드 바를 구비하며, 상기 캐리어는,상기 시료가 안착되며 가이드 홈이 형성된 시료 홀더; 및상기 시료 홀더가 탑재되며, 상기 가이드 홈과 자웅 결합하는 가이드 레일이 형성된 시료 수용부; 및상기 시료 수용부를 상하로 승강시켜 상기 시료 홀더를 인입 배출시키는 시료승강부를 구비하며, 상기 시료승강부는,상기 시료 수용부를 상하로 구동하는 구동부와, 상기 구동부가 내부에 설치되고 밀폐상태에서 진공을 유지하는 진공챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 분석장치.
- 제9항에 있어서,상기 시료 수용부는 상기 시료 홀더의 이동을 차단하는 고정핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 분석장치.
- 제10항에 있어서,상기 고정핀은 상기 시료 수용부의 바닥면 상에 상방으로 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 분석장치.
- 제9항에 있어서,상기 가이드 레일은 상기 시료 수용부의 양 측면에서 중심 방향으로 돌출되어 형성된 것을 특징으로 하는 분석장치.
- 제9항에 있어서,상기 가이드 레일은 적어도 하나의 리브로 형성된 것을 특징으로 하는 분석장치.
- 제9항에 있어서, 상기 시료 홀더는상기 가이드 홈이 형성된 적치대; 및상기 적치대의 상부에 연결된 클램퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분석장치.
- 제9항에 있어서, 상기 구동부는,상기 시료 수용부를 상하방향으로 이동시키는 스크류;상기 스크류를 회전시키는 회전축; 및상기 회전축과 연결되어 회전력을 가하는 핸들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 분석장치.
- 제9항에 있어서,상기 시료승강부는 외부 장치에 결합되어 고정시키는 로킹부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 분석장치.
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