KR102023415B1 - Hybrid switch with carbon nanocoated electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배전 시스템에 적용되는 하이브리드 스위치에 관한 것으로서, 스퍼터링 공정을 이용하여 전극 상에 탄소 나노 코팅을 접목함으로써 내구성을 향상하게 한 하이브리드 스위치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 들어 디지털 제품의 급증으로 인해 직류 전류를 사용하는 부하가 증가하고 있고, 신재생 에너지의 발전 등에 인해 직류 전류 형태의 분산 발전 기술이 확산됨에 따라 직류 전류의 배전망에 대한 관심이 급증하고 있는 실정이다.Recently, due to the rapid increase in digital products, the load using DC current is increasing, and as the distributed generation technology in the form of DC current is proliferated due to the development of renewable energy, the interest in DC current distribution network is increasing rapidly. to be.
한편, 신재생 에너지용 접속반 및 배전반 상에 하이브리드 스위치가 사용되고 있는데, 구체적으로는 배전 업체 및 태양광 시설 업체 등에 하이브리드 스위치를 집중적으로 채용하고 있다. On the other hand, hybrid switches are used on connection panels and switchboards for renewable energy, and specifically, hybrid switches are intensively employed in distribution companies and solar facility companies.
하지만, 직류 전류는 교류 전류와 달리 전류가 일정하게 흐르므로 부하의 단락 사고가 발생하는 경우 사고 전류가 스스로 영점이 되지 않으므로 직류 차단기에서 높은 아크 전압이 발생된 사고 전류의 흐름을 제어해야 하므로 교류 전류의 사고 전류에 비하여 상대적으로 차단하기가 어려운 단점이 있다.However, since DC current flows in a constant manner unlike AC current, in case of a short circuit fault of the load, the fault current does not become a zero by itself. Therefore, the flow of fault current with high arc voltage in the DC circuit breaker must be controlled. Compared to the fault current, it is relatively difficult to cut off.
통상적으로, 고전압 DC 차단기는 고전압 직류(HVDC: High Voltage Direct Current) 송전시스템 등과 같은 약 50㎸ 이상의 고전압 송전선로를 통해 흐르는 전류를 차단할 수 있는 스위칭 장치이다. 즉, 고전압 DC 차단기는 DC 선로 상에 설치되어 일측 또는 타측에 고장발생시 고장전류가 고장이 발생한 측으로 제공되지 않도록 차단하는 역할을 한다. Typically, a high voltage DC circuit breaker is a switching device capable of blocking current flowing through a high voltage transmission line of about 50 kV or more, such as a high voltage direct current (HVDC) transmission system. That is, the high voltage DC circuit breaker is installed on the DC line and serves to block the fault current from being provided to the faulted side when a fault occurs on one side or the other side.
상기한 고전압 DC 차단기의 경우 시스템에 고장전류가 발생하면 DC 선로에 설치된 메인스위치를 개방시켜 고장이 발생한 회로를 분리하여 그 고장전류를 차단하도록 한다. 하지만, DC 선로에는 전류 영(zero)점이 존재하지 않기 때문에 메인스위치의 개방시 메인스위치의 단자간에 발생한 아크(arc)가 소호되지 않고 고장전류가 이러한 아크를 통해 지속적으로 흐르게 되어 고장전류를 차단하지 못하는 문제점이 있다.In the case of the high voltage DC circuit breaker, if a fault current occurs in the system, the main switch installed in the DC line is opened to isolate the fault circuit and cut off the fault current. However, since there is no current zero point in the DC line, the arc generated between the terminals of the main switch is not extinguished when the main switch is opened, and the fault current flows continuously through such arc, thereby preventing the fault current. There is a problem.
DC 차단기를 이루는 배전 부품 중 핵심적인 위치를 차지하는 하이브리드 스위치는 일반적으로 전류 차단을 위하여 직류 선로에 설치되고, 상기 하이브리드 스위치의 개방 과정에서 발생하는 아크 발생을 방지하기 위하여 컨덴서 기능을 수행하는 아크 챔버 및 리액터 기능을 수행하는 기자력 발생부를 조합하여 LC 공진을 발생함으로써 상기 상기 하이브리드 스위치의 단자들 간에 발생된 아크를 소호시키게 한다.The hybrid switch which occupies a key position among the distribution parts forming the DC circuit breaker is generally installed in a DC line to cut off current, and an arc chamber which performs a condenser function to prevent arc generation occurring during the opening of the hybrid switch; The combination of a magnetomotive force generating unit that performs a reactor function generates LC resonances to extinguish arcs generated between terminals of the hybrid switch.
한국공개특허 제10-2009-0026900호("자계 스위칭을 이용한 직류 차단기용 순간 전류 제한기")는 자계 스위칭을 이용하여 차단 직전의 사고 전류를 순간적으로 감소시키는 직류 차단기에 관한 구조를 개시하고, 한국등록특허 제10-1420831호("갈바닉 직류 전류 일시정지를 위한 스위치 분리기")는 직류 전류원 특히 광전지 발전기 및 전기 디바이스, 특히 인버터 사이의 직류 전류 일시정지를 위한 분리 장치를 제시한다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2009-0026900 ("Instant Current Limiter for DC Circuit Breaker Using Magnetic Field Switching") discloses a structure related to a DC circuit breaker that instantly reduces an accident current immediately before interruption using magnetic field switching. Korean Patent No. 10-1420831 ("Switch Separator for Galvanic DC Current Pause") presents a separation device for DC current pause between a DC current source, in particular a photovoltaic generator and an electrical device, in particular an inverter.
한편, 직류 전류가 가지고 있는 유도 장해가 적고, 회로의 안정도가 높으며, 송전 시 효율이 좋은 장점에도 불구하고 선행문헌은 직류 차단기에서 아크 전류를 충분히 제어하지 못하여 직류 전류의 사고 전류를 지속적으로 허용하게 되어 대형 화재 사고로 이루어질 수 있는 단점으로 인해, 직류 배전망의 보급을 저해하는 문제점이 있다.On the other hand, in spite of the advantages of the DC current having less inductive interference, high circuit stability, and good efficiency in power transmission, the prior art document does not control the arc current in the DC circuit breaker sufficiently to allow the fault current of the DC current to be continuously allowed. Due to the disadvantage that can be made by a large fire accident, there is a problem that inhibits the spread of the DC power distribution network.
또한, 상기와 같이 접속반 내지 배전반을 이루는 하이브리드 스위치의 전극부는 기존에 철, 아연, 은 등의 재질을 코팅한 기법을 사용하였지만, 이런 경우에는 전기적 및 기계적 내구성을 견디기에는 다소 부복하다는 문제점이 있게 된다.In addition, although the electrode part of the hybrid switch constituting the junction or switchboard as described above has been conventionally coated with a material such as iron, zinc, or silver, in this case, there is a problem in that it slightly collapses to withstand electrical and mechanical durability. do.
(특허문헌 1) KR 10-2009-0026900 A(Patent Document 1) KR 10-2009-0026900 A
(특허문헌 1) KR 10-1420831 B(Patent Document 1) KR 10-1420831 B
상기와 같이 종래에는 고전압 DC 차단기 내지 배전 시스템을 이루는 스위치 전극의 내구성을 장기적으로 일정하게 유지하는 것이 용이하지 않다는 문제가 있는바, 증착 공정을 이용하여 전극 상에 탄소 나노 코팅을 접목함으로써 내구성을 향상하게 한 하이브리드 스위치를 제공하는 것이 목적이다.As described above, there is a problem in that it is not easy to maintain the durability of the switch electrode constituting the high voltage DC circuit breaker or the power distribution system in the long term, and the durability is improved by incorporating a carbon nano coating on the electrode using a deposition process. It is an object to provide a hybrid switch.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따라 탄소 나노 코팅 전극을 갖는 하이브리드 스위치는 진공 증착 공정을 통해 탄소 및 코팅 금속이 증착된 전극을 구비하고, 상기 코팅 금속은 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 및 니켈을 포함한 금속 그룹 중 어느 하나의 금속을 채용하고, 상기 탄소는 진공 상태에서 공급된 탄소원료물질을 플라즈마를 이용하여 분해한 상태에서 상기 전극 상에 탄소나노트리로 성장된 구조를 갖는다.In order to achieve the above object, according to the present invention, a hybrid switch having a carbon nano-coated electrode includes an electrode on which carbon and a coating metal are deposited through a vacuum deposition process, and the coating metal includes chromium, molybdenum, tungsten, and nickel. The metal of any one of the metal groups is included, and the carbon has a structure in which the carbon raw material supplied in a vacuum state is grown with carbon nanotrees on the electrode in a state of decomposing using a plasma.
상기 코팅 금속은 진공 증착 챔버 상에서 30W 내지 50W 세기로 증착되며, 탄소는 플라즈마 세기 150W로 고정시킨 상태에서 증착된다.The coating metal is deposited on the vacuum deposition chamber at 30W to 50W intensity and carbon is deposited at a fixed plasma intensity of 150W.
상기 진공 증착 공정은 스퍼터링 방식으로 이루어진다.The vacuum deposition process is made by sputtering.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 하이브리드 스위치는 증착 공정인 스퍼터링 공정을 이용하여 스위치를 이루는 전극 상에 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 등을 통해 탄소 나노 코팅을 접목함으로써 내구성을 향상하게 한다.The hybrid switch according to the present invention as described above improves durability by incorporating a carbon nano-coating through chromium, molybdenum, tungsten, etc. on the electrode forming the switch using a sputtering process, which is a deposition process.
또한, 본 발명은 증착되는 탄소 공급원을 나무 형태로 성장시켜 탄소공급원인 그라핀이 가지는 높은 전기전도성과 전자친화도의 장점을 가지며 수소저장 공간이 다른 탄소동소체에 비해 현저하게 증가시키는 과정을 통해 수소 반응 면적을 극대화할 수 있게 한다.In addition, the present invention has the advantages of high electrical conductivity and electron affinity of the graphene carbon source by growing the carbon source to be deposited in the form of a tree and the hydrogen storage space is significantly increased compared to other carbon allotrope It allows to maximize the reaction area.
본 발명은 탄소 나노 코팅된 전극 및 LC 공진 최적화된 아크 챔버를 통해 전기적 및 물리적인 내구성을 향상하게 한다.The present invention allows for improved electrical and physical durability through carbon nanocoated electrodes and LC resonance optimized arc chambers.
도 1은 기판인 전극 상에 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈을 증착하는 챔버의 일 실시예를 보인다.
도 2 내지 도 4는 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 중 하나의 금속과 탄소를 융합한 상태의 실험 결과를 보인다
도 5는 코팅 금속을 50W 세기로 증착하고, 탄소를 100W와 150W로 달리한 상태에서 Keithley 방식인 4 point probe를 이용하여 측정한 결과를 보인다.
도 6은 탄소나노트리의 제조공정의 공정 순서도이다.1 shows one embodiment of a chamber for depositing chromium, molybdenum, tungsten and nickel on an electrode as a substrate.
2 to 4 show the results of experiments in which carbon of one of chromium, molybdenum and tungsten is fused with carbon
Figure 5 shows the result of measuring by using a Keithley-type four point probe in a state in which the coating metal is deposited at 50W intensity, and carbon is different from 100W and 150W.
6 is a process flowchart of a carbon nanotree manufacturing process.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and to those skilled in the art the scope of the invention. It is provided for complete information. Like numbers refer to like elements on the drawings.
이하, 본 발명에 따른 탄소 나노 코팅 전극을 갖는 하이브리드 스위치를 설명한다.Hereinafter, a hybrid switch having a carbon nano-coated electrode according to the present invention will be described.
하이브리드 스위치의 전극 상에 탄소 나노 코팅을 실시하는 방안으로는 진공 증착 공정이 사용된다. 상기 진공 증착 공정으로는 스퍼터링(Sputtering) 공정을 사용할 수 있다.A vacuum deposition process is used to apply carbon nano coating on the electrode of the hybrid switch. As the vacuum deposition process, a sputtering process may be used.
스퍼터링은 집적회로 생산라인 공정에서 많이 쓰이는 진공 증착법의 일종으로 비교적 낮은 진공도에서 플라즈마를 이온화된 아르곤 등의 가스를 가속하여 타겟에 충돌시키고, 원자를 분출시켜 웨이퍼나 유리 같은 기판 상에 막을 만드는 방법이다. 스퍼터링 장비에서는 타겟 쪽을 음극(Cathode)로 하고 기판 쪽을 양극(Anode)으로 한다.Sputtering is a type of vacuum deposition method that is widely used in integrated circuit production line processes. It is a method of accelerating a plasma to ionize a gas such as argon, ionized at a relatively low vacuum degree, and ejecting atoms to form a film on a substrate such as a wafer or glass. . In sputtering equipment, the target side is the cathode and the substrate side is the anode.
스퍼터링을 진행하는 경우에는, 챔버 내부를 진공에 가깝게 만든 후에 낮은 압력의 아르곤을 챔버 내로 공급한 다음에 음극에 (-)전압을 가하면 음극과 양극 사이에 전기장이 형성되고 상기 전기장에 노출된 Ar 가스는 Ar+로 이온화되면서 기판과 음극 간에 플라즈마가 발생한다. 음극에 장착된 타겟 물질의 표면은 기판보다 음전위로 유지되므로, 아르곤 이온은 타겟의 표면으로 가속 후 충돌되고, 소스 원자와 분자들은 타겟 표면에서 방출되어 기판으로 날아가 증착된다. 이러한 방식으로 기판 위에 붙은 물질이 성장하게 되어 얇은 박막이 형성된다. In the case of sputtering, when the inside of the chamber is made close to a vacuum, low pressure argon is supplied into the chamber, and then a negative voltage is applied to the cathode. An electric field is formed between the cathode and the anode, and the Ar gas is exposed to the electric field. Is ionized to Ar +, and a plasma is generated between the substrate and the cathode. Since the surface of the target material mounted on the cathode is maintained at a negative potential than that of the substrate, argon ions accelerate and then collide with the surface of the target, and source atoms and molecules are released from the target surface and fly to the substrate to be deposited. In this way, the material deposited on the substrate grows to form a thin film.
스퍼터링 방식은 증류법보다 증착 능력, 복잡한 합금을 유지하는 능력이 뛰어나고, 고온에서 내열성 금속의 증착 능력이 뛰어나며, 스퍼터링 공정의 수율은 충돌 이온의 입사각, 타겟 물질의 조성과 결합구조, 충돌 이온의 종류, 충돌 이온의 에너지 등으로 결정지어진다.The sputtering method has better deposition ability than distillation method, ability to maintain complex alloys, and excellent deposition ability of heat resistant metal at high temperature.The yield of sputtering process is based on the incident angle of impact ion, composition and bonding structure of target material, type of impact ion, It is determined by the energy of the collision ions.
도 1은 기판인 전극 상에 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈을 증착하는 챔버의 일 실시예를 보인다.1 shows one embodiment of a chamber for depositing chromium, molybdenum, tungsten and nickel on an electrode as a substrate.
본 발명에서는 일실시예로서 스퍼터링을 진행하는 챔버 상에 2개의 타겟 건을 배치하는데, 제1 타겟 건 상에는 탄소공급원을 배치하고, 제2 타겟 건 상에는 코팅 금속을 배치한다.In an embodiment of the present invention, two target guns are disposed on a chamber in which sputtering is performed, a carbon source is disposed on a first target gun, and a coating metal is disposed on a second target gun.
제2 타겟 건에 배치되는 코팅 금속은 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 및 니켈 중 어느 하나를 채용한다.The coating metal disposed on the second target gun employs any one of chromium, molybdenum, tungsten and nickel.
양극 상에 설치된 기판으로는 탄소 나노 코팅을 요하는 전극이 배치된다. As the substrate provided on the anode, an electrode requiring a carbon nano coating is disposed.
전극 상에는 타겟 건에 배치된 코팅 금속인 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈 등을 각각 30W, 40W, 50W 세기로 증착 시키는 실험을 진행한다.Experiments are carried out on the electrodes to deposit chromium, molybdenum, tungsten, nickel, etc., which are disposed on the target gun, at 30W, 40W, and 50W, respectively.
탄소가 배치된 타겟 건은 플라즈마 세기 150W로 고정시킨 상태에서, 20분간 공정을 진행한다.The target gun on which carbon is disposed is subjected to a process for 20 minutes while being fixed at 150 W of plasma intensity.
도 2 내지 도 4는 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 중 하나의 금속과 탄소를 융합한 상태의 실험 결과를 보인다. 본 실험 결과는 Hall measurement로 측정한 값을 보인다.2 to 4 show the results of experiments in which carbon of one of chromium, molybdenum and tungsten is fused with carbon. This experimental result shows the value measured by Hall measurement.
도 2를 참조하면, 플라즈마 세기가 셀수록 색깔이 진한 것을 눈으로 쉽게 관찰 가능하다. 50W에서 공정된 슬라이드 글라스가 가장 전도성이 뛰어난 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 2, it is possible to easily observe that the darker the color is, the darker the color is. It can be seen that the slide glass processed at 50W is the most conductive.
도 3을 참조하면, 30W, 40W, 50W간 비저항의 변화는 다른 타겟들에 비해 미약하다. 50W에서 공정된 슬라이드 글라스는 표면에 알 수 없는 산화막이 약간 발생하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, the change in specific resistance between 30W, 40W, and 50W is weak compared to other targets. In the slide glass processed at 50W, it can be seen that an unknown oxide film is slightly generated on the surface.
도 4를 참조하면, 30W에서 공정된 슬라이드 글라스는 40W, 50W에서 공정된 것에 비해 저항이 매우 높다는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the slide glass processed at 30W has a very high resistance as compared with the process processed at 40W and 50W.
공정 직후에 알 수 없는 산화막이 생기기 시작하는데, 이는 플라즈마가 셀 수록 범위가 크다는 것을 확인할 수 있다. Immediately after the process, an unknown oxide film starts to appear, which confirms that the larger the plasma range, the greater the range.
도 5를 참조하면, 기판 상에 크롬, 몰리브덴, 텅스텐을 50W 세기로 증착하고, 탄소가 배치된 타겟 건은 플라즈마 세기 100W 및 150W로 달리한 상태에서, 20분간 공정을 진행한다. Keithley 방식인 4 point probe 를 이용한다.Referring to FIG. 5, chromium, molybdenum, and tungsten are deposited on the substrate at 50 W intensity, and the target gun on which carbon is disposed is subjected to a process for 20 minutes under conditions of 100 W and 150 W. Keithley's 4 point probe is used.
상기 도 5의 모든 실험에서 탄소 플라즈마 세기가 약할수록 전도성이 더 좋아진다는 것을 알아낼 수 있다. 다만, 크롬은 그 정도가 미세하게 좋아지고, 몰리브덴은 현격한 차이를 보일 정도로 아주 많이 좋아졌고, 텅스텐은 몰리브덴보다는 미미한 효과를 보인다.In all the experiments of FIG. 5, the weaker the carbon plasma intensity, the better the conductivity. However, the chromium is finely improved, the molybdenum is improved so much that there is a noticeable difference, and the tungsten has a slight effect than the molybdenum.
두께는 SEM을 찍어 확인한 결과, 탄소 플라즈마가 셀수록 두께가 좀더 두꺼워진 것을 알 수 있다. 전체적으로는 크롬이 가장 전도성이 뛰어남을 보인 것을 확인할 수 있다.As a result of confirming the thickness by SEM, it can be seen that the thicker the carbon plasma cell. Overall, it can be seen that chromium is the most conductive.
한편, Hall measurement 방식을 이용한 경우에도 탄소 타겟의 플라즈마 세기가 낮으면 면저항이 전체적으로 감소하는 경향을 보인다.On the other hand, even when the Hall measurement method is used, if the plasma intensity of the carbon target is low, the sheet resistance tends to decrease as a whole.
크롬은 그 변화가 미세하고, 몰리브덴이 변화가 가장 크다. 이는 키슬리로 측정한 결과와 비슷하다는 것을 확인할 수 있다.Chromium has the smallest change and molybdenum has the largest change. This is similar to the result measured by Keithley.
본 발명 상에서 챔버 상에 설치된 타겟 건을 이용하여 하이브리드 스위치의 전극 상에 탄소 나노 코팅을 행하는 것은 전극 상에 탄소나노트리를 성장시키는 방식을 통해 가능할 수 있다.In the present invention, the carbon nano coating on the electrode of the hybrid switch using the target gun installed on the chamber may be possible by growing the carbon nanotree on the electrode.
도 6은 탄소나노트리의 제조공정의 공정 순서도이다.6 is a process flowchart of a carbon nanotree manufacturing process.
탄소나노트리의 형성 방법은 챔버 내의 기판인 전극 상에 진공 상태에서 탄소원료물질을 공급하고, 공급된 탄소원료물질을 마이크로 웨이브 또는 RF 플라즈마를 이용해 분해시킨 후에, 분해된 물질을 이용하여 탄소나노트리를 성장시키는 공정으로 구성된다.In the carbon nanotree forming method, a carbon raw material is supplied in a vacuum state to an electrode which is a substrate in a chamber, and the supplied carbon raw material is decomposed using microwave or RF plasma, and then the carbon nanotree is decomposed using the decomposed material. It consists of a process of growing.
챔버 내의 기판인 전극 상에 탄소를 공급하는 공정은 스퍼터링 또는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)를 이용하여 탄소나노트리를 구현할 수 있다. 기판은 실리콘 웨이퍼를 이용할 수 있으나, 유리 또는 실리콘 기판이거나, Au, Ag, TiN, ITO 및 TaN을 포함하는 일군에서 선택된 어느 하나의 도전 물질을 포함하는 층을 수반하는 기판을 이용할 수도 있다.The process of supplying carbon to an electrode, which is a substrate in the chamber, may implement carbon nanotrees using sputtering or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The substrate may be a silicon wafer, but may be a glass or silicon substrate, or may be a substrate including a layer including any one conductive material selected from a group including Au, Ag, TiN, ITO, and TaN.
탄소를 공급하는 공정은 챔버 내를 진공 상태로 형성하여 구현하는 것이 바람직하며, 이 경우 작업 압력은 0.1~50Torr의 범위에서 구현할 수 있다. 또한, 탄소원료물질은 그라핀을 공급하는 경우 탄소가 공정챔버 안에 흐르는 양에 따른 탄소 나노트리의 밀도가 거지게 되는바, 공급되는 탄소원료물질을 통해 공급되는 탄소의 양을 1~100sccm의 범위에서 공급할 수 있도록 한다.The process of supplying carbon is preferably implemented by forming a vacuum in the chamber, in which case the working pressure can be implemented in the range of 0.1 to 50 Torr. In addition, the carbon raw material is the density of the carbon nanotree according to the amount of carbon flowing in the process chamber when supplying the graphene bar, the amount of carbon supplied through the supplied carbon raw material in the range of 1 ~ 100sccm Make it available.
이후, 공급된 탄소원료물질을 마이크로 웨이브 또는 RF 플라즈마를 이용해 분해시키는 공정과 상기 공정에서 분해된 물질을 이용하여 탄소나노트리를 성장시키는 공정이 수행된다.Thereafter, a process of decomposing the supplied carbon raw material using microwave or RF plasma and growing a carbon nanotree using the decomposed material in the process are performed.
한편, 탄소원료물질을 마이크로 웨이브 또는 RF 플라즈마를 이용해 분해하는 공정은 일례로서 마이크로웨이브의 파워를 100~1000W의 출력으로 진행할 수 있으며, 본 발명에 따른 실시예에서는 150W의 출력으로 분해를 구현한다.On the other hand, the process of decomposing the carbon raw material using a microwave or RF plasma as an example can proceed to the power of the microwave to the output of 100 ~ 1000W, in the embodiment according to the present invention implements decomposition to the output of 150W.
요컨데, 본 발명에 따른 탄소 나노트리의 합성은 증착하는 과정에서 10Torr의 작업 진공도를 유지한 상태에서 기판 상에 실온으로 탄소양을 적당량 흘려주고 마이크로 웨이브 플라즈마를 150W로 띄워 분해시킨다. 30초에서 30분까지 나노트리의 크기를 변화시켜 구현될 수 있도록 진행할 수 있다.In short, the synthesis of the carbon nanotree according to the present invention flows an appropriate amount of carbon onto the substrate at room temperature while maintaining a working vacuum of 10 Torr in the deposition process, and decomposes the microwave plasma at 150 W. From 30 seconds to 30 minutes it can proceed to be implemented by changing the size of the nanotree.
탄소나노트리는 나노 크기의 트리 형태로 합성시킨 탄소 구조물로서, 특히 나노크기 탄소구조물이 가지는 높은 전기전도성과 전자친화도의 장점을 가지며 탄소를 기반으로 한 나노구조물 중에 가장 높은 표면밀도를 가지기에 차세대 전극 물질로 활용가능성이 무궁하다.Carbon nanotree is a carbon structure synthesized in the form of nano-sized tree. Especially, it has the advantages of high electric conductivity and electron affinity of nano-size carbon structure, and has the highest surface density among carbon-based nanostructures. It is possible to use it as a substance.
특히, 저탄소 녹색성장과 신성장동력을 견인할 주요핵심 소재인 탄소소재분야 원천기술과 특허 확보를 통한 국가 경쟁력 상승 및 국가 수출 증대에 기여할 것으로 기대됨은 물론, 흑연을 전극으로 사용하는 모든 소자에 활용이 가능하며 이외에 반응면적을 높이고자하는 모든 소자에 활용한 기술이다. 또한, 본 발명은 PECVD를 사용하여 합성 가능하기에 소형부터 대형 소자까지 제작이 가능하며 양산 가능한 기술이다.In particular, it is expected to contribute to the increase of national competitiveness and increase of national exports through the acquisition of original technology and patents in the carbon material field, which is the key core material that will lead low carbon green growth and new growth engines. It is possible and applied to all devices that want to increase the response area. In addition, the present invention is a technology that can be manufactured from small to large devices and can be mass-produced because it can be synthesized using PECVD.
현재 흑연을 전극으로 사용하는 상용화된 소자에서 반응 표면적을 극대화하기 위한 방법으로 다공성을 가지는 흑연전극을 사용하고 있는 실정이다. 그러나, 본 발명에 따른 탄소나노트리 물질을 이용하면 이러한 흑연전극을 획기적으로 대체할 수 있을 뿐만아니라 흑연을 전극으로 사용하는 모든 소자에 활용하여 반응면적을 극대화하여 소자의 성능을 향상할 수 있게 된다.Currently, a graphite electrode having a porosity is used as a method for maximizing a reaction surface area in a commercialized device using graphite as an electrode. However, by using the carbon nanotree material according to the present invention, not only can the graphite electrode be drastically replaced, but also the graphite can be utilized in all devices using the electrode to maximize the reaction area to improve the performance of the device. .
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 스위치는 증착 공정인 스퍼터링 공정을 이용하여 스위치를 이루는 전극 상에 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 등을 통해 탄소 나노 코팅을 접목함으로써 내구성을 향상하게 한다.As described above, the hybrid switch according to the present invention improves durability by incorporating a carbon nano coating through chromium, molybdenum, tungsten, etc. on the electrode forming the switch using a sputtering process, which is a deposition process.
또한, 본 발명은 증착되는 탄소 공급원을 나무 형태로 성장시켜 탄소공급원인 그라핀이 가지는 높은 전기전도성과 전자친화도의 장점을 가지며 수소저장 공간이 다른 탄소동소체에 비해 현저하게 증가시키는 과정을 통해 수소 반응 면적을 극대화할 수 있게 한다.In addition, the present invention has the advantages of high electrical conductivity and electron affinity of the graphene carbon source by growing the carbon source to be deposited in the form of a tree and the hydrogen storage space is significantly increased compared to other carbon allotrope It allows to maximize the reaction area.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
Claims (3)
챔버 상에 음극과 연결된 2개의 타겟 건을 배치하고, 제1 타겟 건 상에는 탄소공급원을 배치하고, 제2 타겟 건 상에는 코팅 금속을 배치하는 단계;
상기 챔버 내 배치된 양극 상에 탄소 나노 코팅을 요하는 전극을 배치하는 단계;
상기 챔버 내부를 작업 압력 0.1~50Torr의 범위의 진공 상태로 유지한 상태에서 상기 전극과 타겟 건 간에 플라즈마를 발생하게 하여 코팅 금속 및 탄소를 분해하여 공급하는 단계; 및
상기의 분해된 물질을 이용하여 상기 챔버 내의 기판인 전극 상에 탄소나노트리를 성장시키는 단계;를 포함하고,
상기 하이브리드 스위치를 구성하는 전극 상에는 진공 증착 공정을 통해 탄소 및 코팅 금속이 증착되고, 상기 코팅 금속은 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 및 니켈을 포함한 금속 그룹 중 어느 하나의 금속을 채용하고,
상기 코팅 금속은 상기 챔버 상에서 30W 내지 50W 세기로 증착되며, 탄소는 플라즈마 세기 100W 상태에서 증착되며,
상기 전극 상에 상기 코팅 금속을 통해 탄소 나노 코팅을 실시함으로써 탄소 공급원을 나무 형태로 성장하게 함으로써 내구성 향상을 기하게 하는,
하이브리드 스위치의 전극 상에 탄소 나노 코팅을 실시하는 방법.
In the method of manufacturing a hybrid switch having a carbon nano-coated electrode,
Placing two target guns connected to the cathode on the chamber, a carbon source on the first target gun, and a coating metal on the second target gun;
Disposing an electrode requiring a carbon nano coating on an anode disposed in the chamber;
Dissolving and supplying a coating metal and carbon by generating a plasma between the electrode and the target gun while maintaining the inside of the chamber in a vacuum in a range of 0.1 to 50 Torr; And
Growing carbon nanotrees on the electrodes as substrates in the chamber by using the decomposed material;
Carbon and a coating metal are deposited on the electrode constituting the hybrid switch through a vacuum deposition process, the coating metal employs a metal of any one of metal groups including chromium, molybdenum, tungsten and nickel,
The coating metal is deposited on the chamber at 30W to 50W intensity, carbon is deposited at a plasma intensity of 100W,
By increasing the carbon source in the form of a tree by applying a carbon nano-coating through the coating metal on the electrode, to improve the durability,
A method for carrying out carbon nano coating on electrodes of a hybrid switch.
상기 진공 증착 공정은 스퍼터링 방식으로 이루어지는,
하이브리드 스위치의 전극 상에 탄소 나노 코팅을 실시하는 방법.The method of claim 1,
The vacuum deposition process is made of a sputtering method,
A method for carrying out carbon nano coating on electrodes of a hybrid switch.
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