KR20090047503A - 유전체 장벽 방전을 이용하는 플라즈마 표면 처리 - Google Patents

유전체 장벽 방전을 이용하는 플라즈마 표면 처리

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KR20090047503A
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Abstract

대기압력 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치를 이용하여 파우더의 인플라이트(in-flight) 표면 처리를 위한 공정이 제안된다. 상기 공정은 감소된 파우더 응집 특성을 나타내는 파우더 입자를 산출하는 유전체 장벽 방전 토치로 파우더 재료를 공급하고, 입자의 표면 특성을 인플라이트 변경하며, 코팅된 파우더 입자를 수집하는 것을 포함한다. 대기압력 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치를 포함하는 마이크로 및 나노입자를 표면 처리하기 위한 장치가 제안된다.

Description

유전체 장벽 방전을 이용하는 플라즈마 표면 처리{PLASMA SURFACE TREATMENT USING DIELECTRIC BARRIER DISCHARGES}
본 발명은 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge)에 의하여 마이크로 및 나노입자의 플라즈마 표면 처리에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 대기압 또는 소프트 진공 조건에서 작용하는 유전체 장벽 방전 토치(DBDT)에 의하여 마이크로 및 나노입자의 코팅을 위한 공정에 관한 것이며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 마이크로 및 나노입자의 코팅을 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 대기압 또는 소프트 진공 조건에서 작용하는 유전체 장벽 방전 토치(DBDT)를 포함한다.
나노파우더(nanopowder)는 작은 사이즈 및 높은 비표면적에 직접 관련되는 독득한 물리적 성질을 갖는다. 나노파우더는 집적되는 고유한 성향을 가지며, 그에 따라 식별가능한 입자크기의 증가를 초래한다. 응집작용은 광학적 및 자기적 특성뿐만 아니라 촉매 및 도전 특성과 같이 나노파우더의 기능성(functional properties)에서 다이렉트 임팩트(direct impact)를 갖는다.
높은 비표면적 때문에, 나노파우더는 매우 반응적이고 취급하는데 어려움이 있다. 박막의 증착 또는 개별 입자의 외면에서의 다른 코팅 재료는 응집작용을 방지하고, 그들의 독특한 특성을 손상시키지 않고 안전한 취급을 제공한다.
코팅 재료, 즉 폴리머 타입 또는 다른 타입의 선택은 파우더의 표면 특성에 걸쳐 선택적인 제어를 제공한다. 파우더의 친수성은 파우더의 표면 처리 및/또는 코팅 재료의 적절한 선택에 의하여 다른 고유의 특성을 조절하는데 부가하여 변경될 수 있다. 안정된 자연발화 나노 알루미늄 파우더(주위 온도에서 쉽게 발화됨)는 입자의 표면을 코팅한 중합 필름의 적용에 의하여 생성될 수 있다. 이러한 코팅은 저온에서 안정된 파우더를 제공할 수 있는 반면, 보다 높은 온도에서 그의 높은 에너제틱 값(energetic value)에 영향을 주지 않는다.
플라즈마 표면 처리는 중합 필름을 포함하는 매우 많은 기재(substrate)의 소수성(hydrophobicity), 친수성, 부착성 및 내부식성을 향상시키기 위한 표면 변형 기술로서 이미 사용되고 있다. 또한, 클리닝 및 에칭 적용에 광범위하게 이용되고 있음을 알 수 있다.
플라즈마 증착 및 플라즈마 중압 기술은 다양한 기재에 얇은 코팅, 즉 중합 필름에 적용하는데 개발되고 있다. 대부분의 이들 기술은 상당히 낮은 압력(100 Pa 이하)에서 작용한다.
박막 코팅은 나노파우더의 표면특성을 변화시키고, 응집작용을 감소시키면서 분산 특성을 개선하는 것으로 이미 보고되고 있다. 저압(30 Pa)에서 작용하는 RF 플라즈마 토치(27 MHz)를 이용하여 폴리에틸렌 필름을 갖는 지르코니아(ZrO2) 나노파우더(~130nm)의 코팅은 He 등(1)에 의해 보고되고 있다. 저압(25 Pa)에서 작용하는 RF 플라즈마 토치(13.56 MHz)를 이용하여 폴리피롤(polypyrrole) 필름을 갖는 알루미나(Al2O2) 나노입자의 코팅은 Shi 등(2)에 의해 보고되고 있다. 얇은 폴리피롤 필름은 10W의 방전 전력에서 증착된다. 진공하에서 유지되는 유동화된 베드(bed)는 알루미나 나노파우더(0.16 g/min)를 도입하도록 이용된다. 또한, Shi 등은 유사한 공정(3)을 이용하여 나노카본 튜브에 폴리스티렌 필름의 증착을 보고하고 있다.
저압(1 kPa)에서 작용하는 RF 플라즈마 토치(13.56MHz)를 이용하여 약 1.5nm두께를 갖는 에탄계 중합층을 갖는 알루미나(Al2O2) 나노입자의 코팅은 Schallehn 등(4)에 의해 보고되고 있다. 코팅된 알루미나(Al2O2) 나노입자는 0.5-1 g/h의 비율 및 약 40%의 수율로 생성된다.
고주파수(2.45 GHz) 및 저압(1-5kPa)에서 작용하는 마이크로파(MW) 플라즈마 토치는 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O2), 텅스텐 산화물(WO2, WO3), 하프늄 산화물(HFO2), 주석 산화물(SnO, SnO2) 및 철 산화물(Fe2O3)(5,6)과 같은 나노 산화물 파우더를 코팅하는 Vollath 등에 의해 보고되고 있다. 상기 필름 코팅 중합 전구체로서 메타크릴산 메틸을 이용하여 달성된다. 모노머(monomer)는 플라즈마 토치 방전의 출구에서 유도되고, 플라즈마로부터 방전된 UV조사선의 영향하에서 중합된다.
고주파수(2.45GHz) 및 저압에서 작용하는 MW 플라즈마 토치를 이용하여 중합층을 갖는 은나노입자의 제작 및 코팅은 Lik Hang Chau 등 (7)에 의해서 보고되고 있다. 또한, 상기 동일한 저자는 MW 플라즈마 토치(8)를 이용하여 실리콘 카바이드 산화물 층을 갖는 코발트 나노입자의 제작 및 코팅을 보고하고 있다. CoCl2 및 CiCl4/헥산은 각각 제작 및 코팅을 위한 전구체이다.
저압(1-5kPa)에서 작용하는 용량성 플라즈마 토치(13.6MHz)를 이용하여 30-80nm의 사이즈 범위를 갖는 미세한 실리카 파우더의 코팅은 Kouprine 등 (9)에 의해서 제안되었다. 플라즈마 방전 파우더는 700-1500W로 설정되고, 플라즈마 가스는 아르곤과 메탄 또는 에탄의 혼합물로 구성된다. 유동화된 베다는 실리카 파우더 공급 재료를 유도하도록 이용된다.
120W로 설정된 전력, 10.6마이크로미터의 파장(λ) 및 700nbar의 압력에서 작용하는 연속파 CO2 레이저를 이용하여 레이저 열분해에 의해 철 나노입자의 합성 및 카본-코팅은 Dumitrache 등(10)에 이해 보고되고 있다. 철 카르보닐기 및 아세틸렌은 각각 파우더 합성 및 코팅을 위한 전구체이다.
대기압에서 작용하는 DC 플라즈마 아크 방전 토치(1-50 V; 30-150A)를 이용하는 알루미늄 입자의 합성 및 카본 코팅은 Ermoline 등(11)에 의해 보고되고 있다. 캐소드는 구리로 구성되는 것으로 보고되고, 애노드는 소모성 알루미늄 로드로 구성된다. 애노드의 제거는 코팅된 나노 알루미늄 입자을 생성하도록 펄스 모드에서 실행된다. 카본 코팅은 자연 가스를 이용하여 달성된다.
특별히 설계된 방전 토치(15 kHz; 100kPa; 10W)로 대기압 백열 방전(APGD)을 이용하여 플라즈마-중합된 테트라플루오로에틸렌(TFE)의 박막을 갖는 다공성의 입상 실리카 입자(~150㎛)의 코팅은 Sawada 등(12)에 의해 보고되고 있다. 플라즈마 공급 가스는 헬륨 및 TFE(1%)로 구성된다. 실리카 입자는 플라즈마 영역을 통해 여러번 재순환되는 것으로 보고되고 있다.
대기압에서 작용하는 DBD 토치를 이용하는 구리 나노입자의 카본 코팅은 Lei 등(13)에 의해 보고되고 있다. 구리 나노입자는 구리 와이어가 고주파 전자기 코일로 가열되는 플로우 부상 방법(flow levitation method)을 이용하여 생성된다. 생성된 구리 나노입자는 아르곤, 수소 및 메탄을 이용하고, 대기압에서 작용하는 DBD 토치에 의하여 결과적으로 본래 카본 코팅된다.
Bretagnol 등(19)은 13.56MHz에서 작용하고, 공정 가스로서 질소 및 암모니아를 이용하는 저압 RF 플라즈마에서 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 파우더의 표면 변형을 연구하였다. 파우더는 유동화된 베드 반응기에서 재순환된다. 입자의 습윤성(wettability)을 변경하도록 약 300초의 체류 시간이 필요로 된다.
폴리에틸렌 파우더는 Leroy 등(20)에 의해 제안된 바와 같이 처리된다. 플라즈마 방전은 유동화된 베드 반응기기에 결합되고, 상기 파우더는 플라즈마의 에프터 백열 영역(after glow region)에서 처리된다. 공정 가스는 산소와 질소의 혼합물이다. 2450MHz의 주파수를 갖는 마이크로파 플라즈마가 이용되고, 0.1 내지 20mbar의 저압에서 작용된다.
본 발명은 다수의 문헌을 참고하고, 그의 내용은 전체적으로 참고로서 이에 통합된다.
도 1 (a-j)는 본원 발명에 따른 표면처리 및/또는 마이크로/나노입자의 코팅을 위한 다양한 구성의 블록 다이어그램을 도시한 도면.
도 2 (a-d)는 본 발명에 따른 표면처리 및/또는 마이크로/나노 입자의 코팅을 위한 절연체 장벽 방전을 생성하기 위한 다양한 전극 구성을 도시한 것으로, (a) 동심 전극 구성; (b) 동축 전극 구성; (c)쉘 전극 구성; 및 (d) 다중-엇갈림 전극 구성을 나타내는 도면.
도 3은 (a) 본 발명의 실시예에 따른 마이크로/나노입자를 생성하거나 산화층 또는 유기 코팅을 포함하기 위해 동작 중인 동심 전극 구성을 포함하는 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리 사진; (b) 본 발명에 따른 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리의 개략적 입면 단면도; (c) 중앙의 파우더 또는 표면 처리 재료 전구체(precursor) 주입 탐침기 및 고전압과 접지 전극을 토치 헤드를 개략적으로 나타내는 단면도
도 4는 (a) 본 발명의 실시예에 따른 다중 엇갈림 전극 구성을 포함하는 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리 사진; (b) 본 발명의 실시예에 수냉식 다중 엇갈림 쉘 전극 구성을 포함하는 유전체 장벽 토치 어셈블리의 도면; (c) 다양한 주입구와 수냉 채널을 보여주며 수냉식 다중 엇갈림 쉘 전극 구성을 포함하는 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리의 개략적 입면 단면도를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중 수냉식 쉘-전극을 포함하는 유전체 장벽 방전 토치의 개략적 입면 단면도를 나타내는 도면.
도 6 (a-c)은 나노-실리카 입자의 파우더 전송 전자 현미경사진(TEM)을 나타내는 도면.
도 7 (a-c)는 본 발명의 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리를 이용해서 생성된 폴리에틸렌 코팅 나노-실리카 입자의 전송 전자 현미경 사진(TEM)을 보여주며, 10nm정도의 두께를 갖는 실질적으로 균질한 폴리에틸렌 코팅을 보여주는 도면.
도 8 (a-b)는 본 발명의 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리를 이용해서 생성된 폴리소프렌 코팅 나노-실리카 입자의 전송 전자 현미경 사진(TEM)을 보여주며, 5nm정도의 두께를 갖는 실질적으로 균질한 폴리 에틸렌 코팅을 보여주는 도면.
도 9 (a-b)는 본 발명의 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리를 이용해서 생성된 폴리부타디엔 코팅 나노-실리카 입자의 전송 전자 현미경 사진(TEM)을 보여주며 5nm정도의 두께를 갖는 실질적으로 균질한 폴리 에틸렌 코팅을 보여주는 도면.
도 10 (a-c)은 매크로-알루미늄 금속입자의 주사전자 현미경(SEM) 사진을 보여주는 도면.
도 11 (a-c)는 본 발명의 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 토치를 이용하여 생성된 실리카형(SiOxCyHz) 코팅(테트라에틸 산화실리칸은 코팅 전구체임)을 포함하는 매크로-알루미늄 입자의 주사전자 현미경(SEM) 사진을 보여주며, 실질적으로 균질한 실리카형 코팅을 보여주는 도면.
도 12 (a-b)는 나노-알루미늄입자의 필드 방전 총(FEG) 현미경 사진을 보여주는 도면.
도 13 (a-b)는 본 발명의 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리를 이용해서 생성된 실리카형(SiOxCyHz) 코팅(디에틸/디메틸 실록산은 코팅 전구체임)을 포함하는 나노-알미미늄 입자의 필드 방전 총(FEG) 현미경 사진을 보여주며, 실제로 균질한 실리카형 코팅을 보여주는 도면.
도 14 (a-b)는 나노-알미미늄 입자의 주사전자 현미경(TEM) 사진을 보여주는 도면.
도 15 (a-b)는 본 발명의 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리를 이용해서 생성된 실리카형(SiOxCyHz) 코팅(디에틸/디메틸 실록산은 코팅 전구체임)을 포함하는 나노-알미미늄 입자의 주사전자 현미경(TEM) 사진을 보여주며, 실제로 균질한 실리카형 코팅을 보여주는 도면.
도 16 (a-c)는 나노-바륨 티탄네이트입자의 필드 방전 총(FEG) 현미경 사진을 보여주는 도면.
도 17 (a-c)는 본 발명의 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리를 이용해서 생성된 디스프로지엄 옥사이드(Dy2O3) 비유기적 코팅)를 포함하는 나노-바륨 티탄네이트 입자의 필드 방전 총(FEG) 현미경 사진을 보여주며, 실질적으로 균질한 디스프로지엄 옥사이드 코팅을 보여주는 도면.
도 18 (a-c)는 마크네틱 매그로-매탈릭 입자의 주사전자 현미경(SEM) 사진을 보여주는 도면.
도 19 (a-c)는 본 발명의 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리를 이용해서 생성된 철형 코팅(페로신(ferrocene)이 코팅 전구체임)을 포함하는 마크네틱 매그로-매탈릭 입자의 주사전자 현미경(SEM) 사진을 보여주며, 실제 균질한 철형 코팅을 보여주는 도면.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리를 이용해서 생성된 코발트형 코팅(코발토신이 코팅 전구체임)을 포함하는 마크네틱 매그로-매탈릭 입자의 주사전자 현미경(SEM) 사진을 보여주며, 실제로 균질한 코발트형 코팅을 보여주는 도면.
도 21은 코발트 코팅(청색표시)과 마그네틱입자(회색표시)로 나타나는 코발트 코팅 마그네틱 입자를 매핑하는 에너지 분산 스펙트럼(EDS)를 보여주는 도면.
도 22 (a-b)는 매크로-알루미늄 입자의 주사전자 현미경(SEM) 사진을 보여주는 도면.
도 23 (a-b)은 본 발명의 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리를 이용해서 생성된 폴리아세틸렌 코팅(아세틸렌이 코팅 전구체임)을 포함하는 매그로-알루미늄 입자의 주사전자 현미경(SEM) 사진을 보여주는 도면.
도 24는 폴리 아세틸렌코팅(흰색표시)과 알루미늄입자(적색표시)로 나타나는 폴리아세틸렌 코팅 매크로-알루미늄 입자를 매핑하는 에너지 분산 스펙트럼(EDS)을 보여주는 도면.
도 25는 아르곤 환경과 100℃에서 800℃ 사이의 온도 범위와 10℃/min의 온도변화 조건 하에서 고밀도 폴리에틸렌 코팅 알루미늄 입자용 질량 손실을 도해하는 열 중량 측정 분석(TGA) 그래프를 보여주는 도면으로, 코팅 공정중에 첨가된 폴리머 양에 실제적으로 상응하는 550℃ 이하의 온도에서의 질량감소; 및 더 높은 고온에서 관찰된 중량 증가는 산화층 형성에 상응하는 것을 보여주는 도면.
도 26는 대기 환경과 100℃에서 600℃ 사이의 온도범위 조건 하에서 폴리에틸렌(a), 폴리부타이엔(b) 및 폴리소프렌 (c) 코팅 실리카 입자용 질량 손실을 도해하는 열중량 측정 분석(TGA) 그래프를 보여주는 도면으로, 코팅 공정중에 첨가된 폴리머 양에 실제적으로 상응하는 질량 감소; 및 더 높은 고온에서 관찰된 중량 증가는 산화층 형성에 상응하는 것을 보여주는 도면.
본 발명은 표면 처리된 마이크로입자(microparticle) 및/또는 나노입자(nanoparticle)의 준비 공정에 관한 것이다. 일실시예에서, 본 발명은 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치(Dielectric Barrier Discharge Torch)를 이용한 표면 처리된 마이크로입자 및 나노입자의 준비 공정에 관한 것이다. 표면 처리의 대표적인 실시예에서, 본 발명은 마이크로입자 및/또는 나노입자의 표면 화학이 플라즈마 방전과의 반응에 의해 변경되는 공정에 관한 것이다. 표면 처리의 또 다른 대표적인 실시예에서, 본 발명은 마이크로입자 및/또는 나노입자의 표면 화학이 코팅 재료의 증착에 의해 변경되는 공정에 관한 것이다.
일실시예에서, 본 발명은 적용된 코팅(즉, 막)의 두께가 유리하게 제어될 수 있는 코팅된 마이크로입자 및 나노입자의 준비 공정에 관한 것이다. 일반적으로, 코팅의 두께는 1 나노미터 미만으로부터 수백 나노미터까지의 범위에 있다.
보다 구체적으로, 넓게 청구된 바와 같이, 본 발명은 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치에 의해 파우더 입자를 표면 처리하기 위한 공정에 관한 것으로, 상기 공정은 (a) 유전체 장벽 방전 토치에 파우더 공급 재료를 도입하고; (b) 플라즈마 방전과의 반응에 의해 파우더 공급 재료의 표면 화학을 변경하고; (c) 표면 처리된 입자를 수집하는 것을 포함한다.
보다 구체적으로, 넓게 청구된 바와 같이, 본 발명은 파우더 입자를 표면 처리하기 위한 공정에 관한 것으로, 상기 공정은 (a) 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리에 미립자의 파우더 재료를 공급하고; (b) 표면 처리된 입자를 생성하는 유전체 장벽 방전 토치에서 입자의 표면 속성을 인-플라이트 변형(in-flight modification)하고; 및 (c) 표면 처리된 입자를 수집하는 것을 포함한다. 본 발명의 일실시예에서, 인-플라이트 변경하는 것은 입자의 표면을 플라즈마 방전과 반응시키는 것을 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 인-플라이트 변경하는 것은 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리에 코팅 재료 전구체의 주입에 의해 코팅 재료를 생성하고, 코팅된 입자를 생성하는 상기 코팅 재료를 입자의 표면에 증착시키는 것을 포함한다.
보다 구체적으로, 넓게 청구된 바와 같이, 본 발명은 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치에 의해 파우더 입자를 표면 처리하기 위한 공정에 관한 것으로, 상기 공정은 (a) 유전체 장벽 방전 토치에 파우더 공급 재료를 도입하고; (b) 표면 처리된 파우더 입자를 생성하는 재료인, 적어도 하나의 표면 처리 재료를 유전체 장벽 방전 토치에 도입하고; (c) 표면 처리된 입자를 수집하는 것을 포함한다.
보다 구체적으로, 넓게 청구된 바와 같이, 본 발명은 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치에 의해 파우더 입자를 표면 처리하기 위한 공정에 관한 것으로, 상기 공정은 (a) 코팅제(coating species)를 생성하는 유전체 장벽 방전 토치에 적어도 하나의 표면 처리 재료 전구체를 도입하고; (b) 코팅제를 파우더 공급 재료와 접촉시키고; (c) 표면 처리된 파우더 입자를 수집하는 것을 포함한다.
보다 구체적으로, 넓게 청구된 바와 같이, 본 발명은 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치에 의해 파우더을 표면 처리하기 위한 공정에 관한 것으로, 상기 공정은 (a) 분산된 파우더 및 적어도 하나의 표면 처리 재료 전구체를 포함하는 분무된 액체 공급 재료를 유전체 장벽 방전 토치에 도입하고; (c) 표면 처리된 파우더 입자를 수집하는 것을 포함한다.
일실시예에서, 본 발명은 표면 처리된 마이크로입자 및 나노입자를 생성하기 위해, 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치를 포함하는 장치에 관한 것이다.
일실시예에서, 본 발명은 파우더 입자를 인-플라이트 표면 처리하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는
(i) 플라즈마 가스를 유전체 장벽 방전 토치에 공급하기 위한 제1 입구; (ii) 미립자의 파우더 재료를 유전체 장벽 방전 토치에 공급하기 위한 제2 입구; (iii) 미립자의 파우더 재료를 처리하기 위한 방전 챔버를 포함하는 유전체 장벽 방전 토치 - 반응 챔버는 외부 표면에 배치된 전극 구조를 포함함 - ; 및
표면 처리된 입자를 수집하기 위한 수단을 포함하고,
플라즈마 방전은 상기 방전 챔버를 통해 플라즈마 형성 가스를 통과시킴으로써 생성되고; 상기 플라즈마 방전은 입자의 표면 속성의 인-플라이트 변경을 야기한다.
또한, 본 발명은 표면 처리된 마이크로입자 및 나노입자에 관한 것이다. 일실시예에서, 본 발명은 유기 코팅(organic coating)을 포함하는 마이크로입자 또는 나노입자에 관한 것이다. 일실시예에서, 본 발명은 무기 코팅(inorganic coating)을 포함하는 마이크로입자 또는 나노입자에 관한 것이다. 일실시예에서, 본 발명은 금속 코팅(metallic coating)을 포함하는 마이크로입자 또는 나노입자에 관한 것이다. 대표적인 실시예에서, 본 발명은 산화 코팅(oxide coating)을 포함하는 마이크로입자 또는 나노입자에 관한 것이다. 또 다른 대표적인 실시예에서, 본 발명은 질화 코팅(nitride coating)을 포함하는 마이크로입자 또는 나노입자에 관한 것이다. 또 다른 대표적인 실시예에서, 본 발명은 탄화 코팅(carbide coating)을 포함하는 마이크로입자 또는 나노입자에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치에 의해 생성된 코팅을 포함하는 마이크로입자 및 나노입자에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 표면 처리된 마이크로입자 및 나노입자에 관한 것으로, 상기 표면 처리는 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치에 의해 이루어진다.
또한, 본 발명은 마이크로입자 및/또는 나노입자를 표면 처리하기 위해 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치에 관한 것이다. 일실시예에서, 마이크로입자 및/또는 나노입자의 표면 화학을 변경하기 위해 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치에 관한 것이다. 일실시예에서, 본 발명은 유기 코팅으로써 마이크로입자 및/또는 나노입자를 코팅하기 위해 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치에 관한 것이다. 일실시예에서, 본 발명은 무기 코팅으로써 마이크로입자 및/또는 나노입자를 코팅하기 위해 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치에 관한 것이다. 일실시예에서, 본 발명은 금속 코팅으로써 마이크로입자 및/또는 나노입자를 코팅하기 위해 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치에 관한 것이다. 일실시예에서, 본 발명은 산화된 표면을 갖는 마이크로입자 및/또는 나노입자를 생성하기 위해 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는 유전체 장벽 방전 토치에 관한 것이다.
마지막으로, 일실시예에서, 본 발명은 파우더 입자의 인-플라이트 표면 처리를 위한 유전체 장벽 방전 토치의 사용에 관한 것이다.
본 발명의 전술한 및 다른 목적들, 장점들 및 특징들은 첨부한 도면만을 참조하여 예로서 주어진 다음의 예시적인 실시예의 한정적이지 않은 설명을 읽음으로써 보다 명백해질 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 명확하고 일관된 이해를 제공하기 위해 많은 정의가 하기와 같이 제공된다. 또한, 달리 정의 되지 않았다면 여기서 사용된 모든 기술적이고 과학적인 용어는 당업자에게는 상식적으로 이해되는 것으로 동일 의미를 갖는다.
"하나의" 단어의 사용이 청구항 및/또는 명세서 상에 "포함한다"의 용어와 함께 결합되어 사용될 때는 하나를 의미하나, 하나 이상, 적어도 하나, 하나 또는 그 이상의 의미도 갖는다. 비슷하게 "다른(another)"단어는 적어도 둘 이상을 의미한다.
본 명세서 및 청구사항 중에 사용되는 바와 같이, 단어들은 "포함한다" (comprise 및 comprises와 같은 comprising의 어떤 형태) 또는 "구비한다"(have 및 has와 같은 having의 어떤 형태) 또는 “포함한다"(include 및 includes와 같은 including의 어떤 형태) 또는 "함유하는"(contain 및 contains와 같은 containing의 어떤 형태)로 포괄적이거나 혹은 개방적이며 추가적, 비 복창적인 요소 또는 절차 단계를 배제하지 않는다.
“약(about)"의 용어는 수치값이 상기 수치값을 결정하는데 적용되는 방법의 장치에 대한 오류의 본태적인 변이를 포함한다.
본 명세서에서 사용되었듯이 “소프트 진공 조건 또는 대기압” 용어는 약 5기압으로부터 약 50Torr까지의 범위에 걸치는 압력에 속하는 것으로 한다.
본 명세서에서 사용되듯이 더 낮은 주파수는 1Mhz이하의 주파수에 속하는 것으로 한다.
본 명세서에서 사용되었듯이 “표면 처리”라는 용어는 코팅 재료가 입자의 표면 위에 적층되는 공정 또는 입자의 표면이 기체상태 환경과 플라즈마 방전과 재결합되는 공정을 뜻한다. 상기 코팅 재료가 상기 입자보다는 또 다른 화학구성요소를 전형적으로 포함한다. 입자의 표면이 기체상태의 환경과 재결합하는 공정은 산화공정을 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 이런 공정은 전형적으로 산화층 형성으로 귀결된다. 상기 입자의 표면이 기체상태의 환경이고 재결합되는 공정은 전형적으로 표면의 물리적 및 화학적 특성상의 변화로 귀결된다. 표면처리효과는 산화 및/또는 연소(예, 표면 퍼시베이션(pacivation)), 변형된 친수성 및 소수성 및 감소된 파우더 응집 편향에 대한 증가된 저항력을 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되듯이 “금속적인” 용어은 모든 금속-포함 물질을 의미한다. 이는 순수한 금속을 포함하며, 이에 한정되는 것이 아니라 해당 기술분야의 당업자에게 명백한 반 금속물질, 금속 합금 그리고 비슷한 조합물들이다.
본 명세서에서 사용되듯이 “코팅”이라는 용어은 모든 종류의 코팅을 의미한다. 이는 기공있는 코팅(예, 코팅이 없는 공간을 포함) 및 비-기공 코팅을 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 비 기공 코팅에서 상기 코팅은 전적으로 연속된 기법으로 입자의 전체 표면에 걸쳐 전형적으로 적용되어 그 결과 상기 입자의 원래 표면의 어떤 부분도 노출되지 않게 된다. 기공 코팅에서는 입자의 표면이 적어도 부분적으로 코팅된다.
본 명세서에서 상호교환적으로 사용된 바와 같이 “실질적 균일하고 균질한 ” 용어는 코팅을 설명하는데 사용될 시에는 코팅 내의 의미있는 국부 변이가 없는 것은 극소수임을 의미한다.
본 발명은 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작되는 유전체 장벽 방전 토치에 의해 표면처리 파우더 입자를 위한 공정에 관한 것이다. 상기 파우더 입자는 폴리메릭 마이크로- 및 나노 입자, 메탈 마이크로- 및 나노입자 또는 그 입자들을 포함한다. 본 발명의 추후 실시예에서 파우더 입자는 금속 산화 마이크로- 및 나노입자들을 포함한다. 상기 표면 처리는 마이크로- 및 나노입자의 표면 화학 변화에 귀결되거나 또는 대안적으로 약 1nm보다 적은 곳에서 약 50nm까지의 두께 범위의 코팅층을 포함하는 코팅된 입자를 생성한다. 본 발명의 실시예에서 상기 코팅은 폴리메릭 재료를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서 상기 코팅은 금속, 산화, 질화, 탄화 코팅을 포함한다. 실리카와 같은 코팅에 한정되지 않는 다른 코팅은 이 기술에서 알려져 있고 해당 기술분야의 당업자의 역량 내에 존재한다.
유전체 장벽 방전은 적어도 하나의 유전체 장벽(예, 절연체)와 한 쌍의 전극 사이에 위치되는 방전 공간의 존재에 의해 전형적으로 특성화 된다. 또한 유전체 장벽 방전은 화학적 결합을 깰수 있는 능력이 있고 원자 및 분자종류를 여기시켜 프리 라디칼(free radical)과 같은 활성 종류(species)를 생성한다는 것이 이미 설명되어 있다. 본 발명의 내용 내의 활성 종류의 비-한정적 견본은 전자적 접지 상태이거나 또는 여기된 상태의 헬륨, 아르곤, 네온 같은 원자들을 포함한다. 질소(N2)같은 분자는 전자석 접지상태에 있거나 여기상태 (N2,N2*,N2+)로 존재한다. 그리고 CH3, CH2, CH, NH2, 및 NH와 같은 분자적 미완성 단편도 있다. 다른 활성 종류는 해당 기술분야에서 공지되어 있고, 당업자의 역량 내에 존재한다. 유전체 장벽 방전은 패턴 형태(예. 필라멘트형 패턴)에서 규칙적이고 명확히 균질한 패턴까지(14, 15) 다양한 형태로 발생될 수 있다.
유전체 장벽 방전 토치는 비열(예, 비균형 시스템) 또는 냉 플라즈마 시스템으로 분류된다. 열 플라즈마는 전자와 중입자를 같은 온도상에서 갖는다.(예, 그들은 서로서로 열적 평형상태에 있다). 그러나 비열 플라즈마는 낮는 온도에서는 전자보다는 이온과 중성자(중입자)를 포함하는 것으로 전형적으로 특정된다. 플라즈마내 중입자의 온도가 비교적 낮고 어떠한 불필요한(중합물 침전)도 피하기 때문에 유전체 장벽 방전 토치는 중합화 및 침전 공정용으로 적합한 것으로 기술되어 왔다. 다른 기존의 열적 플라즈마 토치에 비해 유전체 장벽 방전 토치의 고유 장점은 비-열 플라즈마 조건이 대기압 또는 근처에서(예, 대기압 또는 소프트 진공조건) 충분히 설정될 수 있다. 특히 먼지가 많은 환경에서 작동될 때 대기압 근처 또는 그 이상에서 동작하는 것은 진공 장비를 유지하기에 어렵고 예산이 드는 것을 요구하지 않는 장점을 제공한다.
유전체 장벽 방전 공학을 포함하는 산업상 적용의 전형적 견본은 오존 생성기와 플라즈마 디스플레이(15-17)를 포함한다. 동작 주파수는 전형적으로 라인 주파수에서 수 GHZ, 더욱 전형적으로는 1KHZ에서 500KHZ까지의 범위 내에 있다.
본 발명의 유전체 장벽 방전 토치는 대기압 또는 소프트 진공 조건 상에서 동작하며 분말제작 공정으로 충분히 일체화 될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 전자적 방전은 두 개의 동심 원통형 석영 내(예, 퓨즈 실리카, 석영 유리)의 원주공간 내에서, 또는 세라믹 튜브에서(예, 그림2a) 초기화된다. 본 발명의 실시예에 따라 전기적 방전은 원통형 유전체 튜브(예, 석영 또는 세라믹 튜브)의 표면에 배치된 한 쌍의 동축 슬리브 전극 사이 내에서 초기화된다. 본 발명의 추후 실시예에 따라 하나의 전기 방전은 원통형 석영내 또는 한쌍의 반원통형 쉘 전극 사이의 세라믹 튜브내에서 초기화된다. 세라믹 튜브는 유전체 장벽으로서 특히 유용하다. 본발명의 추후 실시예에 따라 전기 방전은 두 개의 평행 석영체(예, 퓨즈 실리카, 석영 유리)사이 또는 세라믹 판 사이에서 초기화된다. 다른 방전 형상은 해당 기술분야의 당업자의 역량 내에 있다.
유전체 장벽 방전 토치 어셈블리의 실시예에 따라 상기 전극은 수냉식으로 될 수 있다. 수냉식 전극은 전형적으로 유기적 코팅을 포함하며 마이크로- 또는 나노 입자를 생산하는 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리용으로 사용될 수 있다. 수냉 전극은 방전 및 시험 재생산성에 있어 양질의 수냉을 전형적으로 보장한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 외부 접지 전극은 일반적으로 외부 석영 튜브(quartz tube) 또는 세라믹 튜브(ceramic tube)의 외부 표면에 적용되고, 적어도 700℃에서 연소된 금속 페인트(예를 들어, 백금(플라티나(platinum))) 또는 금속 와이어 메쉬(metal wire mesh), 금속 포일(metal foil), 금속판(metal plate)을 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 외부 접지 전극은 일반적으로 (평행 구조의 경우) 병렬식 투명 석영판 또는 세라믹판의 외부 표면에 적용되고, 적어도 700℃에서 연소된 금속 페인트(예를 들어, 플라티나) 또는 금속 와이어 메쉬, 금속 포일, 금속판을 포함한다. 와이어 메쉬의 사용은 투명도의 이점을 위해 제공하지만, 와이어 메쉬와 병렬식 판 사이 또는 (동축 구조의 경우) 와이어 메쉬와 외부 석영 또는 세라믹 튜브 사이의 추가적인 방전을 때때로 도입한다. 금속 페인트(예를 들어, 플라티나)의 사용은 이러한 추가적인 사용을 방지하고, 보다 일정한 방전을 위해 제공한다. 금속 페인트는 연속 패턴을 포함하는 다양한 패턴, 나선형 패턴 또는 링형 패턴에 적용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 패턴은 당업자의 역량 내에 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 금속 페인트는 플라티나 페인트이다. 금 또는 은과 같은 페인트를 수행하는데 한정적이지 않은 다른 금속 페인트는 해당 기술에서 이미 알려져있고, 당업자의 역량에 있다. 특정한 금속 패인트 패턴 또는 페인트 패턴들의 응용은 분말의 코팅 및 충전의 제어 뿐만 아니라, 파우더에 의해 행해진 탄도(trajectory) 상에서 제어하기 위해 제공한다.
플라즈마 구역을 통과한 파우더 입자는 동일 사인으로 충전되는 것으로 알고 있다. 그래서 파우더 입자들은 서로 배척하고 이미 존재하고 있는 덩어리도 분쇄하고 새로운 덩어리의 형성도 회피한다. 덩어리의 형성을 분쇄하고 회피함으로써 더 효과적이고 균질한 입자코팅이 이루어진다. 양극 충전이온 보다는 훨씬 높은 속도로 전자가 입자표면과 충격하기 때문에 플라즈마 구역을 통과하는 고체 입자는 음성으로 충전되려는 경향이 있다. 본 발명의 유전체 장벽 방전 토치는 코팅 공정에 들어가기 전에, 코팅될 파우더 입자가 수축된 파우더 덩어리로 보여지는 것을 확실하게 하면서, 표면 처리 재료 전구체(예, 모노머) 도입용의 복수의 주입구를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면 유전체 장벽 방전 토치는 연속 방전 모드 내에서 동작될 수 있다. 본 발명의 추후 실시예에 따라 유전체 장벽 방전 토치는 간헐 방전 모드 내에서 동작될 수도 있다. 연속 방전모드로 동작될 때, 방전을 유지하기 위해 멈춤 없이 전력 파워가 유전체 장벽 방전 토치로 인가된다. 간헐 방전 모드로 동작될 때, 주기적 근간(예, 온(on)과 오프(off)의 스위칭)에 따라 전력파워가 유전체 장벽 방전 토치로 인가된다. 연속적인 점화 사이의 딜레이 지연시간은 수 밀리 초로 짧을 수 있고, 수 초의 시간으로 연장될 수 도 있다. 각 주기에서 오프(off) 주기는 온(on) 주기와 동일할 필요는 없으며, 독립적으로 수 밀리초로 짧을 수 있고, 수 초의 시간으로 연장될 수 있다. 오프(off)와 온(on)은 분리되고 독립적으로 제어 가능하다.
간헐 방전 모드시, 본 발명의 유전체 장벽 방전 토치를 에너지 부하를 줄이는 방법으로 코팅 공정에 대한 향상된 제어를 할 수 있다. 간헐모드로 작동시 연속방전모드로 동작하는 것에 비해 에너지부하를 10배 이상 축소시킬 수 있다. 또한 간헐 방전 모드로 동작하면 플라즈마에서부터 나오는 자외선에 의한 잠정 데미지가 좀 덜 심각하다.
다양한 폴리머 코팅(예를 들면, 폴리머 필름)은 본 발명의 유전체 장벽 방전 토치를 이용하여 증착될 수 있다. 본 발명에 의해 고려되는 바와 같은 코팅 모노머(즉, 표면처리 재료 전구체)의 예시(이에 제한되는 것은 아님)들은 아세틸렌(acetylene), 에틸렌(ethylene), 이소프렌(isoprene), 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane)(HMDSO), 테트라에틸옥시실란(tetraethyloxysilane)(TEOS), 테트라에틸 옥시실리칸(tetraethyl oxysilicane), 디에틸 디메틸 실록산(diethyl dimethyl siloxane), 1,3-부타디엔(butadiene), 메타크릴산 메틸(methyl methacrylate), 테트라플루오르에틸렌(tetrafluoroethelyne)(TFE), 메탄(methane), 에탄(ethane), 프로판(propane), 부탄(butane), 펜탄(pentane), 헥산(hexane), 시클로헥산(cyclohexane), 아세틸렌, 에틸렌, 프로필렌(propylene), 벤젠(benzene), 이소프렌(isoprene), 헥사메틸디실록산, 테트라에틸옥시실란, 테트라에틸 옥시실리칸, 디에틸 디메틸 실록산, 1,3-부타디엔, 스티렌(styrene), 메타크릴산 메틸, 테트라플루오르에틸렌, 피롤(pyrrole), 시클로헥산, 알릴아민(allylamine), 아세틸 아세톤(acetyl acetone), 산화 에틸렌(ethylene oxide), 메타크릴산 글리시딜(glycidyl methacrylate), 아세토니트릴(acetonitrile), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 에틸 아세테이트(ethylacetate), 아세트산 무수물(acetic anhydride), 아미노프로필(aminopropyl), 트리메톡시실란(trimethoxysilane), 아미노프로필 트리에톡시실란(aminopropyl triethoxysilane), 트리에톡시비닐 실란(triethoxyvinyl silane), 1옥타놀(1octanol), 아크릴산(acrylic acid), 페로센(ferrocene), 코발토센(cobaltocene), 시클로옥타테란 철 트리카르보닐(cyclooctateraen iron tricarbonyl), 메틸 시클로펜타디에닐 철 디카르보닐(methyl cyclopentadienyl iron dicarbonyl), 디실로펜타디에닐 철 디카르보닐 디머(dicyclopentadienyl iron dicarbonyl dimmer), 시클로펜타디에닐 코발트 코발트아세틸아세토네이트(cyclopentadienyl cobalt cobatlacetylacetonate), 니켈 아세틸아세토네이트(nickel acetyleacetonate), 디메틸-(2,4-펜탄-디오나토) 골드(III)(dimethly-(2,4-pentane-dionato)gold(III)), 니켈 카르보닐(nickel carbonyl), 철 카르보닐(iron carbonyl), 틴 아세틸아세토네이트(tin acetylacetonate), 인듐-아세틸아세토네이트(indium-acetylacetonate) 및 인듐 테트라메틸헵탄디오네이트(indium tetramethylheptanedionate)를 포함한다. 다른 모노머가 본 발명의 사상 내에서 이용될 수 있고, 해당 기술분야의 당업자의 역량 내에 있음을 알 수 있다. 또한, 폴리머 코팅의 두께 및 분자량은 변경될 수 있음을 알 수 있으며, 폴리머 코팅의 두께 및/또는 분자량을 조절하는 파라미터는 해당 기술분야의 당업자의 역량 내에 있음을 알 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 코팅은 유기 코팅이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 코팅은 무기 코팅이다. 무기 코팅 전구체의 예시들은 순금속, 산화물, 질화물, 탄화물 또는 이들의 조합을 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니다.
나노미터에서 미크론 스케일까지 사이즈에 걸친 다양한 입자들은 본 발명의 유전체 장벽 방전 토치를 이용하여 코팅될 수 있다. 폴리머 코팅(예를 들면, 폴리머 필름)은 가스, 액체 또는 고체 상태의 어느 하나인 전구체에 의하여 증착될 수 있다. 가스 전구체의 예시로는 아세틸렌, 에틸렌 및 부타디엔을 포함하며, 이에 한 정되는 것은 아니다. 액체 전구체의 예시로는 이소프렌(isoprene), 디스프로슘 이소프로포사이드(dysprosium isopropoxide), 테트라옥시실록산(tetraoxysiloxane)(TEOS), 디에틸디메틸실록산(diethyldimethylsiloxane)(DEDMS), 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane)(HMDSO), 메틸메타아크릴레이트(methylmethacrylate)(MMA) 및 피롤(pyrrole)을 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 금속 코팅을 증착시키기 위한 고체 전구체의 예시로는 페로센(ferrocene) 및 코발토센(cobaltocene)을 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 (a-j)은 본 발명에 따른 유전체 장벽 방전 토치를 이용하여 표면 처리된 마이크로 및 나노입자의 준비를 위한 다양한 구성을 나타내는 블록도를 도시한 것이다. 대체로 도시된 바와 같이, 공정은 파우더 공급 단계, 차징(charging) 및 표면 처리 단계 및 수집 단계를 포함한다. 상기 파우더(즉, 마이크로- 및/또는 나노입자)는 일반적인 파우더 공급기를 이용하여 유전체 장벽 방전 토치로 공급될 수있다. 파우더형 재료를 플라즈마 토치로 운반하는데 적절한 다른 공급 수단이 이용될 수 있고, 해당 기술분야의 당업자의 역량 내에 있음을 알 수 있다. 본 발명의 실시예로, 파우더는 무화 탐침(atomization probe)에 의해 유전체 장벽 방전 토치로 공급될 수 있다. 이러한 실시예에서, 공급 재료는 분산된 파우더를 포함하는 액체를 포함한다.
상기 파우더형 재료는 플라즈마 형성 가스(도 1a, 도 1c, 도 1d 및 도 1e)와 함께 메인 방전기로 직접적으로 공급되거나, 하나 이상의 주입구를 통해 하류 에프터글로(afterglow)(도 1i)로 공급될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 하나 이상의 주입구는 유전체 장벽 방전 토치의 중앙 석영 주입 튜브 내에 위치된다. 다른 실시예로, 파우더형 재료는 중간 위치(도 1b, 도 1f 및 도 1g) 또는 직렬로 작동하는 연속하는 유전체 장벽 방전 토치들 사이로 공급될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예로, 파우더 공급 재료를 포함하는 용액은 무화 탐침(도 1j)에 의하여 유전체 장벽 방전 토치로 공급될 수 있다. 파우더 공급 재료를 포함하는 용액은 표면처리 재료 전구체를 선택적으로 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 모노머 또는 코팅재료 전구체는 플라즈마 형성 가스 및 파우더형 재료(도 1c)와 함께 메인 방전기로 주입될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예로, 모노머 또는 코팅 재료 전구체는 플라즈마 형성 가스(도 1i)와 함께 메인 방전기로 주입될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예로, 모노머 또는 코팅재료 전구체는 중간 위치(도 1f)에서 파우더형 재료와 함께 유전체 장벽 방전 토치로 주입될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예로, 모노머 또는 코팅 재료 전구체는 파우더형 재료와 독립된 중간 위치(도 1d 및 도 1g)에서 유전체 장벽 방전 토치로 주입되거나 직렬로 작동하는 연속하는 유전체 장벽 배출 토치 사이(도 1e 및 도 1h)로 공급될 수 있다.
상기 모노머 또는 코팅 재료 전구체는 가스, 증기 또는 액체 형태 중 하나로 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시예로, 표면 처리 공정은 유전체 장벽 방전 토치에서 일어나고, 파우더를 차징하는 것이 이어진다. 본 발명의 실시예로, 표면 처리 공정은 하류 에프터글루(도 1i)에서 일어난다. 표면 처리된 파우더는 최종적으로 일반적인 파우더 수집기 또는 다른 적절한 파우더 수집 수단에서 수집된다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 및 나노입자의 표면 처리 및/또는 코팅을 위하여 유전체 장벽 방전의 발생을 위한 다양한 전극 구성을 도시한 것이다. 도 2a는 동심 전극 구성을 포함하는 유전체 장벽 방전 토치(10)를 도시한 것이다. 한 쌍의 전극은 두 개의 동심 석영(quzrtz) 또는 세라믹 튜브(16)에 의해 분리된다. 중앙 전극(12)은 대체로 고전압원에 연결되고, 외부 전극(14)은 대체로 접지 전위에 연결된다. 플라즈마 형성 가스는 한 쌍의 동심 원통형 석영 또는 세라막 튜브(16)에 의해 형성되는 환형 영역(18)으로 주입된다. 동심의 전극 구성의 이용으로 발생되는 플라즈마 방전은 대체로 환형 형태를 포함한다. 도 2b는 동축 전극 구성을 포함하는 유전체 장벽 방전 토치(20)를 도시한 것이다. 한 쌍의 전극은 원통형 컨덕터를 포함하고, 석영 또는 세라믹 튜브(26)의 외면에 동축으로 배치된다. 하나의 전극(22)은 대체로 고전압원에 연결되고, 제2 전극(24)은 대체로 접지 전위에 연결된다. 플라즈마 형성 가스는 석영 또는 세라믹 튜브(26)에 의해 형성된 원통형 공간(28)으로 주입된다. 동축 전극 구성의 이용으로 발생하는 플라즈마 방전은 석영 또는 세라믹 튜브(26)의 원통형 공간을 채우게 된다. 도 2c는 쉘 방식(shell type) 전극 구성을 포함하는 유전체 장벽 방전 토치(30)을 도시한 것이다. 쉘 전극(32)은 한 쌍의 반 원통형 전극(34, 36)을 포함한다. 본 발명의 실시예로, 반 원통형 전극은 석영 또는 세라믹 튜브(36)의 외면에 배치되는 한 쌍의 금속 시트를 포함한다. 다른 도전성 전극 재료가 본 발명의 범위 내에서 이용될 수 있으며, 해당 기술분야의 당업자의 역량 내에 있음을 알 수 있다. 하나의 반 원통형 전극(34)은 대체로 고전압원에 연결되고, 제2 반 원통형 전극(36)은 대체로 접지 전위에 연결된다. 플라즈마 형성 가스는 석영 또는 세라믹 튜브(36)에 의해 형성되는 원통형 공간(39)으로 주입된다. 다중 쌍의 반 원통형 전극이 석영 또는 세라믹 튜브(36)의 외면에 배치될 수 있음을 알 수 있다. 도 2d는 다중 쉘방식(shell type) 전극 구성을 포함하는 유전체 장벽 방전 토치(40)를 도시한 것이다. 유전체 장벽 방전 토치(40)는 서로에 대하여 엇갈림 구성(staggered configuration)으로 배치된 두 쌍의 쉘 방식 전극(42. 44)을 포함한다. 본 발명의 실시예에서, 반 원통형 전극은 석영 또는 세라믹 튜브(49)의 외면에 배치도는 한 쌍의 금속 시트를 포함한다. 다른 도전성 전극 재료가 본 발명의 범위 내에서 이용될 수 있고, 해당 기술분야의 당업자의 역량 내에 있음을 알 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 한 쌍의 반 원통형 전극(42, 44)은 서로에 대하여 90도만큼 엇갈린다. 다른 엇갈림 각도가 본 발명의 범위 내에서 이용될 수 있고, 해당 기술분야의 당업자의 역량 내에 있음을 알 수 있다. 반 원통형 전극(41, 45)은 대체로 고전압원에 연결되고, 반 원통형 전극(43, 46)은 대체로 접지 전위에 연결된다. 플라즈마 형성 가스는 석영 또는 세라믹 튜브(49)에 의해 형성되는 원통형 공간(48)으로 주입된다. 한 쌍의 쉘 방식 전극 간의 90도의 엇갈림 각도는 석영 또는 세라믹 튜브의 원통형 공동 내에서 보다 균일한 플라즈마 분포를 위하여 제공된다. 도 2의 전극 구성은 방전 전력 비율에 따라 수냉 또는 공냉될 수 있다.
도 3b는 본 발명에 따른 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리(50)의 개략적인 단면도를 나타낸 것이다. 어셈블리(50)는 적어도 하나의 접지 전극(54)뿐만 아니라 고전압 전극(56)이 위치되는 외부 석영 튜브(52)를 포함하는 중앙 바디부를 포함한다. 약 20kHz의 주파수를 갖는 고전압 전류의 변경은 대체로 고전압 전극으로 인가된다. 본 발명의 실시예에서, 인가된 전압은 대체로 약 5 내지 약 15kV 범위에 있다. 도 3b의 어셈블리는 산화물 층 또는 유기 코팅을 포함하는 마이크로 또는 나노입자를 생성하도록 이용된다. 본 발명의 실시예에서, 고전압 전극(56)은 수냉될 수 있다. 환형 방전 갭(57)은 적어도 하나의 접지 전극(54)과 고전압 전극(56) 사이에서 공간을 형성한다. 상기 방전은 환형 방전 갭(즉, 접지 전극과 고전압 전극 사이의 공간)에서 발화된다. 본 발명의 실시예로, 방전 갭은 토치 바디 내에 위치되는 한 쌍의 석영 튜브 또는 평행하는 석영 플레이트 사이의 공간에 의해 형성될 수 있다. 중앙 주입 튜브(58)는 고전압 전극(56) 내에서 실질적으로 동축으로 연장한다. 본 발명의 실시예에서, 상기 중앙 주입 튜브(58)는 길이가 조절가능하도록 구성될 수 있다. 상기 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리(50)는 중앙 주입 토브(58)로 연장하는 토치 바디(59)를 더 포함하고, 상기 토치 바디(59)는 석영 튜브(52)의 상단에 작동가능하게 고정되며, 플라즈마 가스 공급, 선택적으로 쉬즈 가스(sheath gas) 공급, 물 입구 및 출구(즉, 수냉식 고전압 전극의 경우에서) 및 접지와 고전압 연결부를 수용하도록 구성되는 복수의 개구(60)를 포함한다.
선택적으로 하나 이상의 접선 주입구(64)를 포함하는 파우더 수집 챔버(62)는 표면처리 파우더를 수용하기 우하여 석영 튜브(52)의 하단에 우치된다. 본 발명의 실시예에서, 파우더 수집 챔버(62)는 실질적으로 플라즈마 방전 출구에서 석영 튜브(52)의 하단에 동축으로 장착된다. 방전 출구(즉, 파우더 수집 챔버(62) 바로 위의 영역)에서의 분위기는 하나 이상의 접선 주입구(64)를 통해 불활성 기체 또는 활성 기체의 주입에 의하여 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 유전체 장벽 방전 토치는 방전 갭 구성을 변화시키도록 제공되는 교환할 수 있는 석영 또는 세라믹 튜브를 포함한다. 약 1mm 내지 약 10mm의 범위에 있는 반경 폭을 갖는 방전 갭이 발생할 수 있다. 보다 높은 방전 갭은 해당 기술분야의 당업자의 역량 내에 있다. 방전의 길이는 외부 접지 전극(동심 및 쉘 방식 구성)의 길이에 의해 지배된다. 동축 구성의 경우에서, 방전의 길이는 고전압 전극과 접지 전극의 길이 및 그들 사이의 갭에 의해 지배된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 유전체 장벽 방전 토치는 약 1mm 내지 약 10mm의 범위에 있는 갭 폭에 의해 분리된 한 쌍의 평행한 석영 플레이트(즉, 동심 구성)를 포함한다. 평행하는 플레이트 간의 보다 높은 갭 폭은 해당 기술분야의 당업자의 역량 내에 있다.
본 발명의 실시예에서, 외부 접지 전극은 대체로 금속 플레이트 또는 포일, 금속 와이어 메쉬(mesh) 또는 외부 석영 또는 세라믹 튜브(예를 들면, 동축 구성)의 외면으로 인가되는 금속 페인트(예를 들면, 백금)를 포함한다. 상기 금속 페인트는 다양한 패턴 및 형태로 인가될 수 있으며, 연속하는 패턴, 헬리컬 패턴 또는 링 형태 패턴을 포함하는 것을 예로 들 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3b를 참조해 보면, 고전압 전극(56) 내에서 실질적으로 동축으로 연장하는 중앙 주입 튜브(58)는 조절가능한 높이로 이루어질 수 있어, 유전체 장벽 방전 토치로의 파우더형 파우더 재료 및/또는 모노머의 주입 위치는 제어될 수 있다(즉, 몇몇 중간 위치 또는 방전 갭의 출구에서 메인 가스흐름과 함께 메인 방전로 직접적으로). 본 발명의 실시예에서, 유전체 장벽 방전 토치는 대기로부터 방전의 출구를 분리하는 외부 튜브(52)를 포함한다. 이러한 구성은 부가 가스, 대체로 희가스(noble gas)의 도입을 위해 제공된다.
도 3c는 유전체 장벽 방전 토치(70)의 고전압 전극에 대한 냉각 회로의 실시예를 도시한 것이다. 이러한 특정 실시예에서, 유전체 장벽 방전 토치(70)의 내부 석영 튜브(72) 내에 위치되는 스테인레스 스틸 실린더(71) 내에서 냉각 시스템은 완전하게 밀봉된다. 물 입구 및 출구는 도면부호 74와 76으로 각각 나타내었다. 고전압 및 접지 전극은 도면부호 77과 78로 각각 나타내었다. 한 쌍의 외부 동축 석영 튜브는 도면부호 79와 80으로 나타내었다. 중간 석영 튜브(79)는 유전체로서 작용한다. 상기 외부 석영 튜브(80)는 대기로부터 방전을 격리시킨다. 상기 냉각 구성은 고전압 전극과 방전 갭의 효과적인 냉각을 확실하게 하여, 일반적인 높은 플라즈마 온도에 도달하지 않고(콜드 플라즈마) 고전압 전류의 인가가 가능하다. 본 발명의 실시예에서, 상기 냉각 시스템은 쿨란트로서 물에 의해 동작한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 냉각 시스템은 클란트로서 탈이온수(deionized)에 의해 동작하는 냉각 시스템을 포함한다. 다른 쿨란트(예를 들면, 합성 오일 또는 폴리올(polyol))은 해당 기술분야에서 잘 알려져 있으며, 해당 기술분야의 당업자의 역량 내에 있다. 높은 플라즈마 방전 온도는 고전압 전극용 쿨란트로서 ㅎ바성 오일에 의해 달성될 수 있다. 높은 플라즈마 방전 온도는 높은 증기 온도를 필요로 하는 모노머 개시 재료(예를 들면, 코팅 전구체)를 이용하는 파우더의 폴리머 코팅을 제공하고, 이에 수반하여 주입 튜브에서 모노머 개시 재료의 응결을 방지한다.
도 4 (a-b)는 금속 및/또는 금속 산화물 마이크로 또는 나노입자에 유기 코팅을 제공하기 위하여 일반적으로 구성되는 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리의 실시예를 나타내고 있다. 이러한 구성은 유기 코팅을 생성하는데 이용될 수 있다. 유전체 장벽 방전 토치는 완전하게 밀봉되고 이중 벽 석영 튜브 내에 위치되는 냉각 시스템을 포함한다.
도 4c는 본 발명의 실시예에 따라 수냉의 다중 엇갈림 쉘 전극 구성을 포함하는 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리(80)의 개략적인 단면도를 나타내고 있다. 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리(90)는 한 쌍의 동심 석영 튜브(94, 96)을 포함하는 상류 모듈(module)(92)을 포함한다. 하나의 전극은 고전압원에 연결되고, 다른 전극은 접지 전위에 연결된다. 플라즈마 형성 가스는 주입구(98)에 의하여 방전 공동으로 도입된다. 플라즈마는 제1 쉘 전극을 이루고, 석영 튜브(96)의 표면에 배치되는 한 쌍의 반 원통형 전극 사이에서 석영 튜브(96) 내에서 발생된다. 섹션(100)은 하류 모듈(102)로부터 살류 모듈(92)를 분리하는 갭을 형성한다. 하류 모듈(102)은 제1 쉘 전극과 동일한 구성이지만 서로에 대하여 엇갈림 구성으로 배치되는 추가적인 쉘 전극을 포함한다. 플라즈마는 모듈(102)로부터 하류에 배치된 챔버(104)로 방전된다. 챔버(104)는 파우더 운송 가스의 도입을 우한 주입구(106)를 포함한다. 운송 가스는 포트(108)를 통해 수집 모듈로 미립자 생성물의 운송을 확실하게 한다. 도 모듈(92, 102)은 동심 석영 튜브(94, 96) 사이에 위치되는 환형 공간에 배치디는 수냉 채널(미도시)이 제공된다. 물은 주입구(112)에 의해 도입되고, 포트(110)를 통해 나오게 된다. 마이크로 및/또는 나노입자는 주입구(98)를 통해 플라즈마 형성 가스와 함께 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리(90)로 공급될 수 있다. 표면 처리 재료는 모듈(92)와 모듈(102) 사이에 배치되는 포트(114)를 통해 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리(90)로 공급될 수 있다. 주입구(110)는 부가적인 플라즈마 가스 또는 벽 쉬즈 가스의 도입을 제공한다. 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리(90)는 그의 사상 및 본질을 벗어나지 않고 변경될 수 있으며, 이러한 변형은 해당 기술분야의 당업자의 역량 내에 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수냉의 다중 엇갈림 쉘 전극 구성(5개의 쉘 전극 모듈)을 포함하는 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리(120)의 개략적인 단면도를 나타내고 있다. 상기 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리(90)는 한 쌍의 쉘 전극 모듈9124)을 포함하는 상류부(122)를 포함한다. 쉘 전극(128)은 석영 또는 세라믹 튜브(126)의 표면에 배치된다. 상기 셀 전극 모듈(124)은 쉘 전극(128)이 임베딩된 폴리머 매트릭스 합성 재료(130)에 의해 둘러싸인다. 쉘 전극 모듈(124)은 수냉 채널(미도시)을 제공한다. 물은 주입구(132)에 의해 도입되고, 포트(134)를 통해 나온다. 주입구(136)는 석영 또는 세라믹 튜브(126)의 내벽 내측 주변 둘레에서 쉬즈 가스의 도입을 위하여 제공된다. 플라즈마 형성 가스는 주입구(138)에 의하여 방전 공동으로 도입된다. 마이크로 및/또는 나노입자는 주입구(138)를 통한 플라즈마 형성 가스를 갖고 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리(120)로 공급될 수 있다. 상기 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리(120)는 제1 쌍의 쉘 전극 모듈(124)의 구성과 동일하지만 서로에 대하여 엇갈림 구성으로 배치되는 3개의 쉘 전극 모듈(142)을 포함하는 하류부(140)를 더 포함한다. 상기 쉘 전극(142)은 석영 또는 세라믹 튜브(126)의 표면에 배치되고, 수냉 채널(미도시)이 제공된다. 물은 주입구(144)에 의해 도입되고, 포트(146)를 통해 나온다. 주입구(148)는 석영 또는 세라믹 튜브(126)의 내벽 내측 주변 둘레에서 추가적인 쉬즈 가스의 도입을 제공한다. 플라즈마 방전은 출구(150)를 통해 수집 모듈(미도시)로 들어간다. 다중 쉘 전극 모듈 구성의 이용은 다수의 모듈이 공정 요구에 따라 증가하거나 감소될 수 있기 때문에 공정 유연성을 제공한다. 본 발명의 실시예에서, 상류부(122)는 표면 처리될 마이크로 및/또는 나노입자를 차징하기 위하여 배타적으로 이용될 수 있고, 하류부(140)는 표면 처리를 위하여 배타적으로 이용될 수 있다. 히팅은 입자 차징에서의 지배적인 파라미터이기 때문에, 히팅 튜브는 파우더 온도를 제어하도록 섹션(122)에 대하여 상류 위치에 위치될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 상류부(122) 및 하류부(140) 모두는 마이크로 및/또는 나노입자 공급 재료를 표면 처리하기 위하여 이용될 수 있다. 후자의 실시예는 입자 공급 및 플라즈마 방전 사이에서 연장되는 접촉 시간을 제공한다.
실험
이하 마이크로 및/또는 나노입자의 플라즈마 표면 처리에서의 본 발명의 유전체 장벽 방전 토치의 효율을 나타내는 여러 예시를 제공한다.
파우더 공급
일실시예에서, 본 발명의 유전체 장벽 방전 토치와 관련하여 이용되는 파우더 공급은 3DTSOFTAL로부터의 코로나 발생기(폴리디엔(polydyene) 1 코로나 발생기)이다. 파우더 공급의 주요 특성은 아래의 표 1로 요약된다.
표 1 : 파우더 공급 특성
전력(W) 500(최대)
전압(kV) 15
고전압 조정(kV) 5 - 15
주파수(kHz) ~ 20 - 25
간헐성 모드 공정 시간(s) 0.2 - 25
작동 조건
본 발명의 유전체 장벽 방전 조건은 파우더의 성질, 요구되는 표면 처리, 요구되는 코팅 및 표면 처리 재료(예를 들면, 모노머)에 따라 변경될 수 있다. 표면 처리 재료의 잔여시간 제어는 인가되는 필름 코팅의 두께를 제어하는데 본질적이다. 대표적인 작동 조건은 아래의 표 2로 요약된다.
표 2 : 작동 파라미터
전력(W) 쉬즈 또는 플라즈마 가스 파우더 주입 가스
He 및/또는 모노머, Ar, N2, O2, 공기(l/min) at STP He 및/또는 모노머, Ar, N2, O2, 공기(l/min) at STP 파우더(g/min)*
50 내지 500 0.2 내지 30 0.2 내지 3 0.2 내지 6
전압 및 전류의 모니터링을 위하여 Tekronix 디지탈 스코프(TEK TDS 1002-TDS2MEM) 및 Tekronix 고전압 탐침(75MHz, 40kV)이 이용되었다. 방전 전력(15 - 18)을 결정하도록 이용되는 전압 차지 리사주 그림(voltage charge Lissajous figure)의 디스플레이를 허용하도록 전류는 통합되었다. 방전의 대표적인 전기 특성은 아래의 표 3으로 요약된다.
표 3 : 전기 방전 특성
샘플 # 전력(W) 방전 갭에서의 가스 온도(Tg (℃))
060310-02 80 225
060315-01 139 360
금속 및 금속 산화물 파우더에 대한 코팅 결과
코팅된 파우더의 주사 전자 현미경(SEM)사진이 제공된다(도 10, 도 11. 도 18-20, 도 22 및 도 23). 파우더 비표면적("Brauner Emmett Teller"(BET) 방법을 이용하여 측정됨)과 같은 코팅된 파우더의 물리적 특성도 제공된다. 코팅 공정 동안 파우더의 표면에 부탁되는 카본의 양에 관한 엑스 레이 광전자 분광(XPS) 결과를 표로 만들었다. 이러한 분석은 엘리먼트 프리젠트(element present)(원자 조성)의 집중도(%)의 정확한 정량 분석을 제공한다. 또한, 파우더 표면에 코팅 위치에 관한 정보를 제공하는 에너지 분산형 스펙트럼(EDS) 맵 결과를 나타내었다(도 21 및 도 24). 끝으로, 파우더에 증착되는 코팅(예를 들면, 폴리머) 양에 관한 정량 정보를 제공하는 열 중량분석(TGA) 결과를 나타내었다(도 25 및 도 26).
실리카 나노 파우더에 대한 코팅 전후의 비표면적(BET)이 테스트도었고, 아래의 표 4에 그 결과를 나타내었다. 비표면적에서의 현저한 변화는 코팅 공정 동안 일어나는 현저한 탈응집(de-agglomeration)의 명백한 지표이다.
표 4 : 실리카 및 실리카 코팅 나노입자에 대한 비표변적 결과
샘플 # BET(m2/g)
원래 실리카 나노입자 120.9
060613-01 227.3
060013-02 175.1
060613-03 170.5
아래의 표 5 및 표 6은 알루미늄 파우더에 대한 코팅 전후의 엑스레이 광전자분광(XPS) 결과를 나타낸 것이다. 결합에너지(Eb)는 산화 상태 및 전자가 이동되는 원자 둘레에서의 화학 결합에 좌우된다. 100Å 또는 미만의 깊이 까지 표면 가까이에서 발생되는 전자만이 검출된다. 카본 원자의 저속 주사(slow scan)는 그의 방식의 결합에 관한 정보를 제공한다.
표 5 : 알루미나 및 알루미나 코팅 파우더에 대하여 얻어진 XPS 결과
샘플# 원자 %
%C %O %Al %Si
Valimet H10(원래 알루미나 파우더) 15.7 55.4 28.9
060315-01 49.2 36.0 14.8
060413-03
원래 실리카 나노 입자(코발트 SiO2 건식) 46.0 38.6 15.4
부타디엔 코팅(060810-02) 0 68.3 0 31.2
이소프렌 코팅(060914-01) 11.9 59.3 0 28.8
원래 알루미늄 매크로 입자 15.7 55.4 28.9 0
SiOxCyHz 코팅(060720-02) 11.4 59.7 13.7 14.5
원래 알루미늄 나노 입자 3.2 61.7 35 0
SiOxCyHz 코팅(060803-01) 12.1 54.7 27.5 5.7
원래 알루미나 나노 입자 4.3 59.4 36.2 0
SiOxCyHz 코팅(060913-02) 3.8 56.8 31.9 7.5
표 6 : 카본의 결합 방식에 대한 XPS 결과
포토 피크(photopeak) 피크(eV) 어사인먼트(assignment)
C 1s 285 C-H/C-C
C 1s 286.3-286.7 C-O
C 1s 287.8-288.2 C=0
알루미늄 파우더의 경우에서, TGA 분석은 박막의 존재의 나타내는 0.5%를 초과하지 않는 질량 손실을 나타내고 있다. 약 300℃, 높은 밀도 폴리에틸렌 코팅 알루미늄 파우더의 소량의 부분적인 열적 크랙은 질량에서의 연속적인 감소를 발생시켰다. 약 370℃ 내지 약 500℃ 범위에 있는 온도에서, 질량에서의 감소는 고밀도 폴리에틸렌 사슬의 완전한 열분해에 대응한다. 높은 온도에서의 관찰된 질량 증가는 알루미늄 파우더의 산화를 나타낸다. 고밀도 폴리에틸렌 코팅 알루미늄 파우더를 갖고 얻어진 일반적인 TGA 그래프를 도 25에 나타내었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 구성의 상세한 설명 및 구성요소에 그의 적용으로 한정되는 것은 아님을 이해할 수 있다. 본 발명은 다양한 방식으로 실용되는 다른 실시예들이 가능하다. 또한, 여기에서 사용되는 문어나 용어는 설명을 위한 것이며 이에 한정되는 것은 아님을 알 수 있다. 그러므로 본 발명은 그의 설명 예시들에 의해 설명되었지만, 이는 첨부되는 청구범위에서 정의한 바와 같이 본 발명의 사상, 범위 및 특성을 벗어나지 않고 변경될 수 있다.
참조

Claims (26)

  1. 파우더 입자를 표면 처리하기 위한 공정으로서,
    (a) 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리에 미립자의 파우더 재료를 공급하고;
    (b) 표면 처리된 입자를 생성하는 상기 유전체 장벽 방전 토치에서 상기 입자의 표면 속성을 인-플라이트 변경하며;
    (c) 상기 표면 처리된 입자를 수집하는 것
    을 포함하는 파우더 입자 표면 처리 공정.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b)는 상기 입자의 표면을 플라즈마 방전과 반응시키는 것을 포함하는
    파우더 입자 표면 처리 공정.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b)는 상기 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리에 코팅 재료 전구체의 주입에 의해 코팅 재료를 생성하고, 코팅된 입자를 생성하는 상기 코팅 재료를 상기 입자의 표면에 증착시키는 것을 포함하는
    파우더 입자 표면 처리 공정.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리는 대기압 또는 소프트 진공 상태에서 동작하는
    파우더 입자 표면 처리 공정.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 파우더 입자는 마이크로입자, 나노입자 및 그 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는
    파우더 입자 표면 처리 공정.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 파우더 입자는 폴리머 입자(polymer particle), 금속입자, 금속 입자의 산화물 및 그 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는
    파우더 입자 표면 처리 공정.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 코팅된 입자는 중합, 유기, 무기, 금속, 산화, 질화 및 탄화를 포함하는 그룹으로부터 선택된 코팅을 포함하는
    파우더 입자 표면 처리 공정.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 코팅 재료 전구체는 모노머 플라즈마 중합(monomer undergoing plasma polymerization)을 포함하는
    파우더 입자 표면 처리 공정.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 모노머는 아세틸렌(acetylene), 에틸렌(ethylene), 이소프렌(isoprene), 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane), 테트라에틸옥시실란(tetraethyloxysilane), 테트라에틸 옥시실리칸(tetraethyl oxysilicane), 디에틸 디메틸 실록산(diethyl dimethyl siloxane), 1,3-부타디엔(butadiene), 메타크릴산 메틸(methyl methacrylate), 테트라플루오르에틸렌(tetrafluoroethelyne), 메탄(methane), 에탄(ethane), 프로판(propane), 부탄(butane), 펜탄(pentane), 헥산(hexane), 시클로헥산(cyclohexane), 아세틸렌, 에틸렌, 프로필렌(propylene), 벤젠(benzene), 이소프렌(isoprene), 헥사메틸디실록산, 테트라에틸옥시실란, 테트라에틸 옥시실리칸, 디에틸 디메틸 실록산, 1,3-부타디엔, 스티렌(styrene), 메타크릴산 메틸, 테트라플루오르에틸렌, 피롤(pyrrole), 시클로헥산, 알릴아민(allylamine), 아세틸 아세톤(acetyl acetone), 산화 에틸렌(ethylene oxide), 메타크릴산 글리시딜(glycidyl methacrylate), 아세토니트릴(acetonitrile), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 에틸 아세테이트(ethylacetate), 아세트산 무수물(acetic anhydride), 아미노프로필(aminopropyl), 트리메톡시실란(trimethoxysilane), 아미노프로필 트리에톡시실란(aminopropyl triethoxysilane), 트리에톡시비닐 실란(triethoxyvinyl silane), 1옥타놀(1octanol), 아크릴산(acrylic acid), 페로센(ferrocene), 코발토센(cobaltocene), 시클로옥타테란 철 트리카르보닐(cyclooctateraen iron tricarbonyl), 메틸 시클로펜타디에닐 철 디카르보닐(methyl cyclopentadienyl iron dicarbonyl), 디실로펜타디에닐 철 디카르보닐 디머(dicyclopentadienyl iron dicarbonyl dimmer), 시클로펜타디에닐 코발트 코발트아세틸아세토네이트(cyclopentadienyl cobalt cobatlacetylacetonate), 니켈 아세틸아세토네이트(nickel acetyleacetonate), 디메틸-(2,4-펜탄-디오나토) 골드(III)(dimethly-(2,4-pentane-dionato)gold(III)), 니켈 카르보닐(nickel carbonyl), 철 카르보닐(iron carbonyl), 틴 아세틸아세토네이트(tin acetylacetonate), 인듐-아세틸아세토네이트(indium-acetylacetonate) 및 인듐 테트라메틸헵탄디오네이트(indium tetramethylheptanedionate)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는
    파우더 입자 표면 처리 공정.
  10. 파우더 입자를 인-플라이트 표면 처리하기 위한 장치로서,
    플라즈마 가스를 유전체 장벽 방전 토치에 공급하기 위한 제1 입구; 미립자의 파우더 재료를 유전체 장벽 방전 토치에 공급하기 위한 제2 입구; 및 상기 미립자의 파우더 재료를 처리하며, 반응 챔버는 외부 표면에 배치된 전극 구조를 포함하는 방전 챔버를 포함하는 유전체 장벽 방전 토치; 및
    표면 처리된 입자를 수집하기 위한 수단
    을 포함하고,
    플라즈마 방전은 상기 방전 챔버를 통해 플라즈마 형성 가스를 통과시킴으로써 생성되고; 상기 플라즈마 방전은 상기 입자의 표면 속성의 인-플라이트 변경을 야기하는
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 표면 처리는 상기 입자의 표면을 상기 플라즈마 방전과 반응시키는 것을 포함하는
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 유전체 장벽 방전 토치에 코팅 재료 전구체를 공급하기 위한 수단; 및
    코팅 재료를 제공하기 위해 상기 코팅 재료 전구체를 반응시키고, 상기 입자가 코팅되도록 하기 위한 수단을 더 포함하는
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 유전체 장벽 방전 토치는 대기압 또는 소프트 진공에서 동작하는
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 파우더 입자는 마이크로입자, 나노입자 및 그 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 전극 구조는 쉘 전극(shell electrode)을 포함하는
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 전극 구조는 적어도 두 개의 쉘 전극을 포함하고,
    상기 쉘-전극은 서로에 관하여 엇갈림 구성(staggered configuration)으로 배치되는
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 전극 구조는 적어도 두 개의 쉘 전극을 포함하고,
    상기 쉘-전극은 서로에 관하여 인-라인(in-line)으로 배치되는
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 전극 구조는 집중 전극(concentric electrode)을 포함하는
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 방전 챔버는 유전체 튜브(dielectric tube)를 포함하는
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 유전체 튜브는 석영 튜브(quartz tube)를 포함하는
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 유전체 튜브는 세라믹 튜브(ceramic tube)를 포함하는
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  22. 제 13 항, 제 14 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 구조는 금속판(metallic plate), 금속 포일(metallic foil), 금속 와이어 메쉬(metallic wire mesh) 및 금속 페인트(metallic paint)를 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  23. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 입구는 공통인
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  24. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 입구는 별개의 공급을 정의하는
    파우더 입자 인-플라이트 표면 처리 장치.
  25. 파우더 입자의 인-플라이트 표면 처리를 위한 제 10 항에 정의된 바와 같은 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리의 사용.
  26. 제 10 항에 정의된 바와 같은 유전체 장벽 방전 토치 어셈블리에 의해 생성된 표면 처리된 입자.
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