KR101414170B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 플라즈마 처리장치는, 플라즈마 처리대상소재의 플라즈마 처리를 위한 통과 경로가 반응기 내에서 직선형 홀과 직선형 홀 사이를 연결하는 구부러진 연결관을 갖도록 하고, 반응기 내로 공급되는 처리대상소재의 공급량을 조절하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 처리대상소재의 방전처리 노출시간을 증대시킴으로써, 보다 균일하고 일정한 전기적 및 물리적 특성의 변환이 가능한 소재의 생산이 이루어질 수 있도록 할 뿐만 아니라, 생산자가 원하는 정도의 전기적 및 물리적 특성의 변환을 위한 다양한 조절 및 장치의 변형이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.

Description

플라즈마 처리장치{Apparatus for processing plasma}
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 특히 전기적 및 물리적 특성의 변환이 요구되는 특정 처리소재에 대한 특성 변환 처리가 보다 균질화될 수 있도록 하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
신소재 나노기술이 발전하면서 실제로 나노기술을 이용한 새로운 응용소자나 집적 소자를 일상생활에서 접할 수 있게 되었다. 이러한 나노기술을 이용하는 나노 소재들, 그래핀(graphene)을 예로 들면, 그래핀과 같은 나노 소재는 탄소화합물로서 판상구조의 그라파이트(graphite)가 한 겹으로 이루어진 것을 의미한다. 또한, 그래핀은 탄소원자가 단일층으로 서로 연결되어 벌집 모양의 평면 구조를 이루고 있고 구조적 및 화학적으로 매우 안정화되었기 때문에 전기적 및 물리적 특성이 매우 우수하다.
현재까지 이루어진 그래핀의 연구성과에 따르면, 기초적인 물리적 특성이 우수할 뿐만 아니라, 이를 이용한 새로운 소자의 출현까지 예고하고 있다. 그 중 이론적으로 그래핀만을 이용한 전자회로 집적소자 제작의 가능성도 제시되고 있다.
또한, 탄소화합물로 이루어진 또 다른 나노소재로서 탄소나노튜브(carbon nanotube)가 개발되어 상용화되고 있는데, 이 탄소나노튜브는 1개의 탄소 원자가 3개의 탄소 원자와 결합한 육각형 벌집 형상의 속이 비어있는 벌집형 구조로서, 그 지름이 수 나노미터(㎚)의 탄소 원자로만 이루어진 소재이다. 이러한 탄소나노튜브는 전기전도도가 구리에 비해 월등히 높고 강도는 동일 굵기의 강철보다 100배나 뛰어난 우수한 특성을 나타내고 있기 때문에, 그래핀과 함께 트랜지스터, 저항, 배선, 메모리 소자 등의 다양한 전자회로 집적 소자의 제작을 위한 원재료로서 적용가능하다.
한편, 이렇게 그래핀과 같은 신소재를 이용하여 새로운 응용소자를 만들거나 집적 소자를 만들기 위해서는, 신소재의 전기적 및 물리적 특성의 제어가 필요하다.
이와 같이, 그래핀이나 탄소나노튜브 등의 나노 소재를 포함하는 나노 소재의 전기적 및 물리적 특성을 제어하기 위한 종래기술에서는, 화학약품을 사용하는 화학적 방법, 기체에 고온 고전압을 인가하여 플라즈마 방전(plasma discharge) 반응을 발생시킴으로써 물질의 전기적 및 물리적 특성을 원하는 정도로 변화시킬 수 있는 플라즈마 처리방법이 적용되고 있다.
먼저, 화학적 방법은 산화-환원 또는 계면활성제를 이용하는 것으로 화학약품을 처리하는 과정에서 원하지 않는 불순물이 완전히 제거되지 않고 잔류함으로서 소재의 순도가 떨어질 뿐만 아니라, 균일한 전기적 및 물리적 특성을 얻기 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 플라즈마 처리방법에서는 일정 길이를 갖는 챔버(chamber) 내부에 그래핀이나 탄소나노튜브 등과 같은 처리대상소재를 통과시키도록 설비한 상태에서 해당 챔버의 내부로 소정의 처리성 기체를 침투시키고, 챔버의 주변에 직류 또는 교류 전압이 인가되는 전극을 배치함으로써, 전극을 통해 인가되는 고전압에 의해 처리대상소재와 처리성 기체가 챔버 내부에서 플라즈마 방전반응을 일으키도록 되어 있다.
그러나, 이러한 종래 플라즈마 처리방법의 경우에는 그래핀이나 탄소나노튜브 등과 같은 처리대상소재가 챔버의 입구로부터 출구까지 해당 챔버의 일정 길이를 따라 직접 통과되도록 설비되어 있기 때문에, 전극으로부터 가해지는 고전압이 안정적으로 인가되더라도 플라즈마 방전반응에서 처리대상소재에 가해지는 시간이 충분하지 않게 되는 결과를 초래하게 되고, 이 결과로 그래핀이나 탄소나노튜브에 대한 전기적 및 물리적 특성이 원하는 특성으로 일정하고 균일하게 얻어지기가 어렵다는 문제점을 안고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 특1995-0020967호(공개일 1995.07.26)
본 발명의 목적은 플라즈마 처리대상소재의 방전처리 노출시간을 증대시킴으로써, 보다 균일하고 일정한 전기적 및 물리적 특성의 변환이 가능한 소재의 생산이 이루어질 수 있도록 하는 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 반응기 내로 공급되는 처리대상소재의 공급량을 조절함으로써, 생산자가 원하는 정도의 전기적 및 물리적 특성의 변환을 위한 다양한 조절 및 장치의 변형이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면은, 일단에 인렛(inlet)부를 구비함과 동시에 타단에 아웃렛(outlet)부를 구비하고, 상기 인렛부를 통해 공급되는 처리대상소재 및 처리가스가 유전체를 관통하는 다수 개의 직선형 홀을 통과하면서 플라즈마 처리되어 상기 아웃렛부를 통해 전기적 및 물리적 특성이 변환된 물질이 반출되는 반응기; 상기 인렛부를 통해 상기 반응기의 내부로 특정 처리대상소재를 공급하는 소재 공급부;상기 인렛부를 통해 상기 반응기의 내부로 특정 처리가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 반응기의 내부에 일정한 전원을 인가하여, 상기 인렛부로부터 아웃렛부 측까지 연장된 처리 채널을 따라 이동하는 처리대상소재 및 처리가스가 플라즈마 반응을 발생시키도록 하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부의 양단에 각각 연결된 양극 및 음극이 상기 유전체의 외부 표면에 메탈 프린팅되고, 상기 직선형 홀 내에서 플라즈마 방전 반응을 발생시키기 위하여 일정 주기의 고전압을 공급하는 제1 및 제2 전극부; 및 상기 제1 및 제2 전극부를 통하여 공급된 고전압에 의하여 발생된 플라즈마 방전에 의하여 특정 처리대상소재가 플라즈마 처리됨에 따라 특정 전기적 및 물리적 특성으로 변환되어 상기 아웃렛부를 통해 반출되는 처리 물질을 수취하는 수취부;를 포함하고, 상기 처리 채널은 상기 직선형 홀과, 상기 직선형 홀 사이를 연결하는 구부러진 연결관으로 형성된, 플라즈마 처리장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 일단에 인렛(inlet)부를 구비함과 동시에 타단에 아웃렛(outlet)부를 구비하고, 상기 인렛부를 통해 공급되는 처리대상소재 및 처리가스가 유전체를 관통하는 다수 개의 직선형 홀을 통과하면서 플라즈마 처리되어 상기 아웃렛부를 통해 전기적 및 물리적 특성이 변환된 물질이 반출되는 반응기; 상기 인렛부를 통해 상기 반응기의 내부로 특정 처리대상소재를 공급하는 소재 공급부; 상기 인렛부를 통해 상기 반응기의 내부로 특정 처리가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 반응기의 내부에 일정한 전원을 인가하여, 상기 인렛부로부터 아웃렛부 측까지 연장된 처리 채널을 따라 이동하는 처리대상소재 및 처리가스가 플라즈마 반응을 발생시키도록 하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부의 양단에 각각 연결된 양극 및 음극이 상기 유전체의 외부 표면에 메탈 프린팅되고, 상기 직선형 홀 내에서 플라즈마 방전 반응을 발생시키기 위하여 일정 주기의 고전압을 공급하는 제1 및 제2 전극부; 및 상기 제1 및 제2 전극부를 통하여 공급된 고전압에 의하여 발생된 플라즈마 방전에 의하여 특정 처리대상소재가 플라즈마 처리됨에 따라 특정 전기적 및 물리적 특성으로 변환되어 상기 아웃렛부를 통해 반출되는 처리 물질을 수취하는 수취부;를 포함하고, 상기 처리 채널은 상기 직선형 홀과, 직선형 홀 사이를 연결하는 구부러진 연결관으로 형성되고, 상기 유전체는 복수 개이고 복수 개의 유전체의 직선형 홀 사이에는 구부러진 연결관으로 연결된, 플라즈마 처리장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 유전체의 재질은 석영 또는 세라믹인, 플라즈마 처리장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는, 상기 직선형 홀 사이의 간격, 상기 직선형 홀의 길이, 상기 양극 및 상기 음극의 크기나 형태, 또는 상기 양극 및 상기 음극이 위치하는 부위 중에서 적어도 하나의 변화에 따라 상기 플라즈마 방전이 발생하는 영역의 밀도가 조절되는, 플라즈마 처리장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 상기 양극과 상기 음극으로 형성된 전극은 평판형 전극인, 플라즈마 처리장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 상기 소재 공급부는, 상기 인렛부를 통해 상기 반응기에 공급되는 처리대상소재의 재질, 물성, 전기적 및 물리적 특성의 변환 정도에 따라 그 공급량을 조절하는 공급량 조절기를 더 포함하는, 플라즈마 처리장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 상기 가스 공급부는, 처리가스가 상기 반응기의 내부로 주입되도록 주입력을 발생하는 주입 콤프레셔를 더 포함하는, 플라즈마 처리장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 상기 처리대상소재의 전기적 및 물리적 특성 변환을 위해, 상기 가스 공급부의 주입력 조절, 상기 가스 공급부에 의한 처리가스의 공급량 조절, 또는 상기 반응기의 배치 경사도 조절 중에서 어느 하나가 이루어지는, 플라즈마 처리장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 상기 처리대상소재는 상기 반응기에서 발생되는 플라즈마 방전 처리를 통해 전기적 및 물리적 특성의 변환이 가능한 소재이고, 상기 소재는 나노 소재, 비 나노 소재, 또는 고분자 소재 중에서 적어도 하나의 소재인, 플라즈마 처리장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 상기 처리가스는, 불활성 기체, 상기 불활성 기체끼리의 혼합물, 또는 상기 불활성 기체와 활성 기체의 혼합물 중에서 적어도 하나인, 플라즈마 처리장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 처리대상소재의 방전처리 노출시간을 증대시킴으로써, 보다 균일하고 일정한 전기적 및 물리적 특성의 변환이 가능한 소재의 생산이 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 반응기 내로 공급되는 처리대상소재의 공급량을 조절함으로써, 생산자가 원하는 정도의 전기적 및 물리적 특성의 변환을 위한 다양한 조절 및 장치의 변형이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기에 대한 인렛부 및 아웃렛부의 밀폐구성을 나타낸 사시도.
도 3은 도 1의 반응기 내부에 위치한 직선형 홀을 갖는 단수의 유전체에 전극이 배치된 상태의 평면도.
도 4는 도 1의 반응기 내부에 위치한 직선형 홀을 갖는 단수의 유전체에 전극이 배치된 상태의 정면도.
도 5는 도 1의 반응기 내부에 위치한 직선형 홀을 갖는 단수의 유전체에 전극이 배치된 상태의 좌측면도.
도 6은 도 1의 반응기 내부에 위치한 직선형 홀을 갖는 복수의 유전체에 전극이 배치된 상태의 평면도.
도 7은 도 1의 반응기 내부에 위치한 직선형 홀을 갖는 복수의 유전체에 전극이 배치된 상태의 정면도.
도 8은 도 1의 반응기 내부에 위치한 직선형 홀을 갖는 복수의 유전체에 전극이 배치된 상태의 좌측면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
여기서, 본 발명의 실시형태로서 나노 소재를 그래핀, 탄소나노소재 등을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정하지 않고 은나노, 금나노, 철나노와 같은 금속 나노소재; 산화알루미늄, 산화아연, 산화티타늄, 산화규소, 산화세륨과 같은 산화 화합물 나노소재; 덴드리머, 폴리스티렌, 나노클레이와 같은 고분자성 나노소재 등이 포함되어 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는, 소재 공급부(10), 가스 공급부(20), 반응기(30), 전원 공급부(50), 수취부(60)를 포함할 수 있다.
소재 공급부(10)는 인렛부(42)를 통해 반응기(30)의 내부로 특정 처리대상소재(15)를 공급한다. 즉, 전기적 및 물리적 특성의 변환을 원하는 특정 처리대상소재(15)를 반응기(30)의 내부에 미리 계획된 일정한 양만큼 지속적으로 공급하기 위한 것이다.
여기서, 처리대상소재(15)는 반응기(30) 내부에서 발생되는 플라즈마 방전처리를 통해 전기적 및 물리적 특성의 변환이 가능한 모든 소재를 통칭하는 것으로서, 해당 소재에는 구체적으로 그래핀(graphene), 탄소나노소재(carbon nano material) 등과 같은 나노 소재와, 강철 분말, 알루미늄 분말, 실리콘(silicon), 세라믹(ceramic) 등과 같은 비나노 소재, 또는 고분자 소재 중 적어도 어느 하나의 소재일 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 어느 하나의 소재에 대한 플라즈마 처리에만 국한되지 않고, 플라즈마 방전에 의한 처리 변화가 필요한 모든 소재에 범용으로 적용이 가능하다.
한편, 소재 공급부(10)는 처리대상소재(15)가 적재되어 있는 적재함, 그 적재함의 하부로부터 관통 형성되어 처리대상소재(15)를 통과시키는 소재 공급관(12), 소재 공급관(12)의 사이에 개재되어 처리대상소재(15)가 적재됨으로부터 유출되는 양을 조절하기 위한 공급량 조절기(14)를 포함할 수 있다.
소재 공급관(12)은 공급량 조절기(14)에 의한 조절 기능이 해제된 상태에서 미리 설정된 표준량의 처리대상소재(15)를 일정하게 공급할 수 있도록 되어 있는 것으로서, 처리대상소재(15)에 대한 공급 표준량은 다수 회의 실험을 통해서 얻어지는 데이터에 근거하여 결정되는 관의 용적에 따라 정해진다.
공급량 조절기(14)는 인렛부(42)를 통해 반응기(30)에 공급되는 처리대상소재(15)의 재질, 물성, 전기적 및 물리적 특성의 변환 정도에 따라 그 공급량을 조절하는데, 모터나 솔레노이드 등의 전기적 구동 수단을 적용할 수도 있고, 로터리 방식이나 스크류 조절 방식 등과 같은 수동 조절 수단을 적용할 수도 있다. 그에 더하여, 공급량 조절기(14)에는 소재 공급관(12)을 통해 공급되는 처리대상소재(15)의 공급량을 읽어 디지털 표시부 또는 아날로그 지침을 사용하여 수치적으로 알려줄 수 있는 계기판을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 가스 공급부(20)는 인렛부(42)를 통해 반응기(30)의 내부로 특정 처리가스를 공급한다. 즉, 가스 공급부(20)는 가스 저장소(도시되지 않음)에 저장되어 있는 처리가스를 외력을 사용하여 반응기(30)의 내부로 공급해주기 위한 것이다.
여기서, 처리가스는 처리대상소재(15)가 반응기(30) 내부에서 플라즈마 방전에 의한 특성 변환이 가능하도록 촉매 작용을 하는 촉매용 기체이거나 또는 플라즈마 방전 매개체로서 플라즈마 처리대상소재와 결합하여 처리대상소재(15)가 특정 전기적 및 물리적 특성을 갖도록 하는 기체로서, 처리대상소재(15)와 원하는 최종 특정 전기적 및 물리적 특성에 따라 질소(N), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크세논(Xe), 수소(H), 헬륨(He) 등과 같은 다양한 불활성 기체 또는, 각 불활성 기체끼리의 혼합물, 불활성 기체와 활성 기체의 혼합물을 모두 적용할 수 있다.
한편, 가스 공급부(20)는 가스 저장소로부터의 처리가스가 반응기(30)의 내부로 인입되도록 하는 경로를 제공하는 가스 공급관(22)과, 가스 공급관(22)의 사이에 개재되어 처리가스가 반응기(30)의 내부로 주입되도록 주입력을 발생함과 더불어, 처리대상소재(15)의 원하는 전기적 및 물리적 특성으로의 변환을 위해 처리가스의 주입량을 조절하는 기능을 수행하는 주입 콤프레셔(24)를 포함할 수 있다.
반응기(30)는 일정 길이를 갖는 원통 형태의 외형을 갖추고 있고, 그 몸체가 수직 방향으로 세워져 배치되도록 설치되어 있다. 반응기(30)는 일단에 인렛부(42)를 구비하고, 타단에 아웃렛부(44)를 구비한다. 그리고, 반응기(30)는 그 전면(즉, 소재 공급부(10) 및 가스 공급부(20)가 설치된 위치)에 해당 몸체의 전면을 외부로부터 밀폐시키기 위한 전면 차폐부(32)가 설치되고, 그 후면(즉, 수취부(60)가 설치된 위치)에 해당 몸체의 후면을 외부로부터 밀폐시키기 위한 후면 차폐부(36)가 설치된다.
반응기(30)의 전면 차폐부(32)에는 처리대상소재(15) 및 처리가스가 각각 인입되는 인렛(inlet)부(42)가 해당 전면 차폐부(32)를 관통하여 몸체의 내부와 연통되어 있다. 또한, 반응기(30)의 후면 차폐부(36)에는 수취부(60)와 연결되어 있는 아웃렛(outlet)부(44)가 해당 후면 차폐부(36)를 관통하여 반응기 내부와 연통되어 있다.
여기서, 처리대상소재(15)의 전기적 및 물리적 특성 변환을 위해 가스 공급부(20)의 주입력 조절, 가스 공급부(20)에 의한 처리가스의 공급량 조절, 또는 반응기(30)의 배치 경사도 조절 중에서 어느 하나가 이루어진다.
인렛부(42)는 처리대상소재(15)를 공급하는 소재 공급관(12)과 연결됨과 동시에, 처리가스를 공급하는 가스 공급관(22)과도 함께 연결되어 있기 때문에 처리대상소재(15) 및 처리가스의 혼합물을 인입하여 반응기(30)의 내부로 공급해주는 역할을 한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 인렛부(42)는 소재 공급관(12) 및 가스 공급관(22)과 공통 연결되어 처리대상소재(15) 및 처리가스의 혼합물을 단일의 경로를 통해 유입받도록 하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지는 않는 것으로서, 소재 공급관(12)과 연결되는 인렛부와, 가스 공급관(22)과 연결되는 인렛부를 각각 별도로 구비하여 처리대상소재(15)와 처리가스가 각기 별도의 인렛부를 통해 서로 분리된 상태에서 유입되어 반응기(30) 내에서 혼합되도록 하는 것도 가능함은 물론이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 반응기(30)는 그 전면 및 후면에 각각 전면 차폐부(32) 및 후면 차폐부(36)가 반응기 몸체와는 별도 부재로서 내부 밀폐가 가능하게 결합되는 구조를 갖도록 설명하고 있지만, 본 발명의 일 실시예에서는 이에 한정되지는 않는 것으로서 전면 차폐면 및 후면 차폐면이 해당 반응기(30)의 외피와 동일한 재질을 갖고서 일체로 구성되도록 하는 것도 얼마든지 가능하다.
따라서, 반응기(30)는 인렛부(42)를 통해 공급되는 처리대상소재(15) 및 처리가스의 혼합물이 해당 몸체 내부를 따라 통과하면서 전원 공급부(50)와 연결되어 있는 전극으로부터 발생되는 고전압에 의한 플라즈마 방전으로 이온 반응이 일어나서 전기적 및 물리적인 특성 변화가 이루어지게 되는 것이다.
아웃렛부(44)는 반응기(30)를 통과하면서 플라즈마 방전에 의한 반응으로 전기적 및 물리적 특성 변화가 이루어진 처리 물질을 배출하여 수취부(60)로 보내는 역할을 수행한다.
또한, 수취부(60)는 반응기(30)의 후단과 아웃렛부(44)를 통해 연결되고, 해당 반응기(30) 내의 플라즈마 처리에 따라 특정 전기적 및 물리적 특성으로 변환되어 아웃렛부(44)를 통해 반출되는 처리물질을 수취한다.
수취부(60)에 수취된 처리소재는, 해당 소재의 종류, 특성 변화 상태, 소재의 적용 분야에 따라 각종의 다양한 소자나 부품 또는 제품으로 생산될 수 있다.
한편, 인렛부(42)와 아웃렛부(44)의 경우에는 반응기(30)의 전면 차폐부(32)와 후면 차폐부(36)를 관통하여 몸체의 내부까지 연장되는데, 인렛부(42)를 통해 인가되는 주입 콤프레셔(24) 구동에 의한 가스 압력을 손실없이 몸체의 내부로 전달함과 더불어 몸체 내부의 인가 압력에 의해 플라즈마 처리가 완료된 처리소재가 아웃렛부(44)를 통해 일정하게 배출될 필요가 있다. 이를 위해서는, 인렛부(42)와 아웃렛부(44)가 각각 통과하는 전면 차폐부(32) 및 후면 차폐부(36)의 관통부를 밀폐시켜야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기에 대한 인렛부 및 아웃렛부의 밀폐구성을 나타낸 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전면 차폐부(32)에 형성된 차폐 홀(32a)에는 인렛부(42)가 밀폐 가능하게 밀착하여 끼우는 밀폐 부재(46)가 고정적으로 끼움 결합된다. 밀폐 부재(46)는 끼움 결합을 용이하게 함과 동시에 형상의 신축 변형에 의해 밀폐성을 갖도록 하기 위해 합성 고무, 실리콘, 강화 스티로폼 등과 같은 신축성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
밀폐 부재(46)에는 삽입 홀(46a)과 부재 장착부(46b)가 구비되는데, 인렛부(42)의 직경보다 다소 작은 직경을 갖도록 연통 형성되어 인렛부(42)를 삽입하여 고정적으로 끼우되, 해당 인렛부(42)가 입구로부터 삽입되어 출구를 통해 돌출되도록 하는 삽입 홀(46a), 해당 부재 몸체의 중앙 부분이 단차를 갖도록 요입 형성되어 있는 상태에서 전면 차폐부(32)에 형성된 차폐 홀(32a)의 테두리 부분과 밀착되어 해당 밀폐 부재(46)를 전면 차폐부(32)에 고정 장착시키기 위한 부재 장착부(46b)를 포함한다.
도 3은 도 1의 반응기 내부에 위치한 직선형 홀을 갖는 단수의 유전체에 전극이 배치된 상태의 평면도이고, 도 4는 도 1의 반응기 내부에 위치한 직선형 홀을 갖는 단수의 유전체에 전극이 배치된 상태의 정면도이고, 도 5는 도 1의 반응기 내부에 위치한 직선형 홀을 갖는 단수의 유전체에 전극이 배치된 상태의 좌측면도이다. 도 1, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 반응기(30) 내부(A)에는 원료 투입부(70), 유전체(80), 전극(90), 연결관(100), 원료 배출부(110)가 배치될 수 있다. 원료 투입부(70)는 인렛부(42)에 연결되고, 원료 배출부(110)는 아웃렛부(44)에 연결된다. 전극(90)의 양극(+)과 음극(-) 사이에는 유전체(80)가 배치되는데, 양극 및 음극은 유전체의 외부 표면에 메탈 프린팅(metal printing)된다.
여기서, 인렛부(42)를 통해 공급되는 처리대상소재(100) 및 처리가스는 유전체(80)를 관통하는 다수 개의 직선형 홀(h, 외부에서 보이지 않음)을 통과하면서 플라즈마 처리되어 아웃렛부(44)를 통해 전기적 및 물리적 특성이 변환된 물질이 반출된다.
전원 공급부(50)는 반응기(30)의 내부에 일정한 전원을 인가하여, 인렛부(42)로부터 아웃렛부(44)측까지 연장된 처리 채널을 따라 이동하는 처리대상소재 (15) 및 처리가스가 플라즈마 반응을 발생시키도록 한다. 그리고, 전원 공급부(50)의 양단에 각각 연결된 양극 및 음극은 유전체(80)의 외부 표면에 메탈 프린팅되고, 직선형 홀(h) 내에서 플라즈마 방전 반응을 발생시키기 위하여 일정 주기의 고전압을 공급한다. 유전체(80)의 재질은 석영 또는 세라믹이다. 양극과 음극에 의해 평판형 전극이 형성될 수 있다.
또한, 양극 및 음극을 통하여 공급된 고전압에 의하여 발생된 플라즈마 방전에 의하여 특정 처리대상소재가 플라즈마 처리됨에 따라 특정 전기적 및 물리적 특성으로 변환된다.
또한, 처리 채널은 직선형 홀(h)과 직선형 홀(h) 사이를 연결하는 구부러진 연결관(100)으로 형성된다. 연결관(100)은 U자형이며, 탈부착 가능하다. 이때, 직선형 홀(h) 사이의 간격, 직선형 홀(h)의 길이, 양극 및 음극의 크기나 형태, 양극 및 음극이 위치하는 부위 중에서 적어도 하나의 변화에 따라 플라즈마 방전이 발생하는 영역의 밀도가 조절될 수 있다.
이와 같이, 플라즈마 처리대상소재의 플라즈마 처리를 위한 통과 경로가 반응기(30) 내에서 직선형 홀(h)과 직선형 홀(h) 사이를 연결하는 구부러진 연결관(100)을 갖도록 하여 플라즈마 방전의 처리 노출시간을 증대시킬 수 있다.
도 6은 도 1의 반응기 내부에 위치한 직선형 홀을 갖는 복수의 유전체에 전극이 배치된 상태의 평면도이고, 도 7은 도 1의 반응기 내부에 위치한 직선형 홀을 갖는 복수의 유전체에 전극이 배치된 상태의 정면도이고, 도 8은 도 1의 반응기 내부에 위치한 직선형 홀을 갖는 복수의 유전체에 전극이 배치된 상태의 좌측면도이다. 도 1, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 반응기 내부에는 원료 투입부(70), 복수의 유전체(81, 82, 83), 복수의 전극(90), 연결관(100), 원료 배출부(110)를 포함할 수 있다.
도 6 내지 도 8을 도 3 내지 5와 비교하면, 도 3 내지 도 5에서는 전극(90)이 1개로 구성되었지만, 도 6 내지 도 8에서는 전극(90)이 3개이고, 전극(90)의 (양극과 음극 사이에 각각 유전체(80)가 배치되는 점이 차이점이다.
이와 같이 플라즈마 처리대상소재의 플라즈마 처리를 위한 통과 경로가 반응기(30) 내에서 직선형 홀(h)과 직선형 홀(h) 사이를 연결하는 구부러진 연결관(100)을 갖도록 하고, 전극(90)의 개수를 복수 개로 함으로써 플라즈마 방전의 처리 노출시간을 더욱 증대시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 특허청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10 : 소재 공급부
12 : 소재 공급관
14 : 공급량 조절기
15 : 처리대상소재
20 : 가스 공급부
22 : 가스 공급관
24 : 주입 콤프레셔
30 : 반응기
32 : 전면 차폐부
32a: 차폐 홀
34,38 : 밀폐 부재
36 : 후면 차폐부
42 : 인렛부
44 : 아웃렛부
46 : 밀폐부재
46a : 삽입 홀
46b : 부재 장착부
50 : 전원 공급부
60 : 수취부
70 : 원료 투입부
80 : 유전체
90 : 전극
100 : 연결관
110 : 원료 배출부

Claims (10)

  1. 일단에 인렛(inlet)부를 구비함과 동시에 타단에 아웃렛(outlet)부를 구비하고, 상기 인렛부를 통해 공급되는 처리대상소재 및 처리가스가 유전체를 관통하는 다수 개의 직선형 홀을 통과하면서 플라즈마 처리되어 상기 아웃렛부를 통해 전기적 및 물리적 특성이 변환된 물질이 반출되는 반응기와;
    상기 인렛부를 통해 상기 반응기의 내부로 특정 처리대상소재를 공급하는 소재 공급부;
    상기 인렛부를 통해 상기 반응기의 내부로 특정 처리가스를 공급하는 가스 공급부;
    상기 반응기의 내부에 일정한 전원을 인가하여, 상기 인렛부로부터 아웃렛부 측까지 연장된 처리 채널을 따라 이동하는 처리대상소재 및 처리가스가 플라즈마 반응을 발생시키도록 하는 전원 공급부;
    상기 전원 공급부의 양단에 각각 연결된 양극 및 음극이 상기 유전체의 외부 표면에 메탈 프린팅되고, 상기 직선형 홀 내에서 플라즈마 방전 반응을 발생시키기 위하여 일정 주기의 고전압을 공급하는 제1 및 제2 전극부; 및
    상기 제1 및 제2 전극부를 통하여 공급된 고전압에 의하여 발생된 플라즈마 방전에 의하여 특정 처리대상소재가 플라즈마 처리됨에 따라 특정 전기적 및 물리적 특성으로 변환되어 상기 아웃렛부를 통해 반출되는 처리 물질을 수취하는 수취부;
    를 포함하고, 상기 처리 채널은 상기 직선형 홀과, 직선형 홀 사이를 연결하는 구부러진 연결관으로 형성된, 플라즈마 처리장치.
  2. 일단에 인렛(inlet)부를 구비함과 동시에 타단에 아웃렛(outlet)부를 구비하고, 상기 인렛부를 통해 공급되는 처리대상소재 및 처리가스가 유전체를 관통하는 다수 개의 직선형 홀을 통과하면서 플라즈마 처리되어 상기 아웃렛부를 통해 전기적 및 물리적 특성이 변환된 물질이 반출되는 반응기와;
    상기 인렛부를 통해 상기 반응기의 내부로 특정 처리대상소재를 공급하는 소재 공급부;
    상기 인렛부를 통해 상기 반응기의 내부로 특정 처리가스를 공급하는 가스 공급부;
    상기 반응기의 내부에 일정한 전원을 인가하여, 상기 인렛부로부터 아웃렛부 측까지 연장된 처리 채널을 따라 이동하는 처리대상소재 및 처리가스가 플라즈마 반응을 발생시키도록 하는 전원 공급부;
    상기 전원 공급부의 양단에 각각 연결된 양극 및 음극이 상기 유전체의 외부 표면에 메탈 프린팅되고, 상기 직선형 홀 내에서 플라즈마 방전 반응을 발생시키기 위하여 일정 주기의 고전압을 공급하는 제1 및 제2 전극부; 및
    상기 제1 및 제2 전극부를 통하여 공급된 고전압에 의하여 발생된 플라즈마 방전에 의하여 특정 처리대상소재가 플라즈마 처리됨에 따라 특정 전기적 및 물리적 특성으로 변환되어 상기 아웃렛부를 통해 반출되는 처리 물질을 수취하는 수취부;
    를 포함하고, 상기 처리 채널은 상기 직선형 홀과, 상기 직선형 홀 사이를 연결하는 구부러진 연결관으로 형성되고, 상기 유전체는 복수 개이고 복수 개의 유전체의 직선형 홀 사이에는 구부러진 연결관으로 연결된, 플라즈마 처리장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유전체의 재질은 석영 또는 세라믹인, 플라즈마 처리장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 직선형 홀 사이의 간격, 상기 직선형 홀의 길이, 상기 양극 및 상기 음극의 크기나 형태, 또는 상기 양극 및 상기 음극이 위치하는 부위 중에서 적어도 하나의 변화에 따라 상기 플라즈마 방전이 발생하는 영역의 밀도가 조절되는, 플라즈마 처리장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 양극과 상기 음극으로 형성된 전극은 평판형 전극인, 플라즈마 처리장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 소재 공급부는, 상기 인렛부를 통해 상기 반응기에 공급되는 처리대상소재의 재질, 물성, 전기적 및 물리적 특성의 변환 정도에 따라 그 공급량을 조절하는 공급량 조절기를 더 포함하는, 플라즈마 처리장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 처리가스가 상기 반응기의 내부로 주입되도록 주입력을 발생하는 주입 콤프레셔를 더 포함하는, 플라즈마 처리장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리대상소재의 전기적 및 물리적 특성 변환을 위해, 상기 가스 공급부의 주입력 조절, 상기 가스 공급부에 의한 처리가스의 공급량 조절, 또는 상기 반응기의 배치 경사도 조절 중에서 어느 하나가 이루어지는, 플라즈마 처리장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리대상소재는 상기 반응기에서 발생되는 플라즈마 방전 처리를 통해 전기적 및 물리적 특성의 변환이 가능한 소재이고, 상기 소재는 나노 소재, 비 나노 소재, 또는 고분자 소재 중에서 적어도 하나의 소재인, 플라즈마 처리장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리가스는, 불활성 기체, 상기 불활성 기체끼리의 혼합물, 또는 상기 불활성 기체와 활성 기체의 혼합물 중에서 적어도 하나인, 플라즈마 처리장치.
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