KR20170135200A - 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 비열 플라즈마 발생 장치는 면상의 금속 전극 및 유전체를 포함하는 전극부와 상기 전극부에 평행한 면상 또는 완만한 구배로 이루어진 접지 대상물 사이에 일정량의 가스를 주입함으로써 균일한 비열 플라즈마 발생을 유도한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 비열 플라즈마 발 일정 면적 이상의 플라즈마 생성부에서 발생하는 스트리머 방전을 개선하기 위해 일정량의 가스를 비열 플라즈마가 발생하는 방향과 수직 또는 경사 방향으로 주입하여 균일한 플라즈마 발생과 그로 인해 생성되는 라디칼을 원활하게 조절 가능하다.
Description
본 발명은 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
물질 중 에너지 상태가 가장 낮은 고체는 에너지를 받아 액체, 또는 기체로 형질이 전이된다. 이때 중성 기체에 이온화 에너지 이상의 에너지가 인가되면 이온화 및 전자와 이온의 재결합에 의해 전자, 이온, 중성 원자 및 분자로 이루어진 플라즈마를 생성할 수 있다. 플라즈마에는 양전하와 음전하가 혼재하여 자유 입자에 가까운 브라운 운동을 하면서도 전기적으로 중성을 유지하고 있기 때문에 전기적으로 이온화된 전도성 가스종이라고 한다. 플라즈마의 분류 기준에는 플라즈마 밀도, 전자 온도, 종들 간의 열평형 정도(LTE 또는 non-LTE), 발생 방식, 응용 분야 등이 있다. 연구나 제조 공정을 위한 플라즈마는 대개 LTE 또는 non-LTE 중 하나이며, 일반적으로 전자를 열 플라즈마, 후자를 저온 플라즈마라고도 한다. 저온 플라즈마 중 대기압 플라즈마는 주로 물질의 표면 개질 및 코팅, 환경 정화 등의 분야에 활용되고 있다. 최근에는 생체 적용과 바이오 메디칼 분야의 응용 가능성으로 연구가 확대되고 있다. 바이오 메디칼 분야에서 대기압 플라즈마 장치가 많이 연구되고 있다(한국 등록특허 제 1407672호 및 한국 등록특허 제 1292268호).
그러나 플라즈마 장치를 바이오 메디칼 분야에 응용시 스트리머(streamer) 방전으로 인하여 생체 적용에 위험 요소가 되고 있다. 스트리머(streamer) 방전은 일반적으로 대기압 상태에서 유전체로 도포되어 고압이 인가되는 전극과 평행 또는 구배된 접지전극 사이에서의 방전이 균일하지 않은 이유로 발생한다고 알려져 있다(Brazilian Journal of Physics, 39(2), pp.322-325 및 J. Phys. D: Appl. Phys, 46, 345204). 스트리머 방전은 국소부위에 상대적으로 고에너지를 집중하여 생체조직의 손상을 초래하므로, 플라즈마 장치를 바이오 메디칼 분야에 안전하게 적용하기 위해서는 균일한 비열 플라즈마를 발생시키는 장치가 시급히 요구되는 실정이다.
따라서 본 발명은 가스 공급으로 균일한 플라즈마를 발생시키는 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 기술상의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 본원에 기재된 다양한 구체예가 도면을 참조로 기재된다. 하기 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 위해서, 다양한 특이적 상세사항, 예컨대, 특이적 형태, 조성물 및 공정 등이 기재되어 있다. 그러나, 특정의 구체예는 이들 특이적 상세 사항 중 하나 이상 없이, 또는 다른 공지된 방법 및 형태와 함께 실행될 수 있다. 다른 예에서, 공지된 공정 및 제조 기술은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않게 하기 위해서, 특정의 상세사항으로 기재되지 않는다. "한 가지 구체예" 또는 "구체예"에 대한 본 명세서 전체를 통한 참조는 구체예와 결부되어 기재된 특별한 특징, 형태, 조성 또는 특성이 본 발명의 하나 이상의 구체예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸친 다양한 위치에서 표현된 "한 가지 구체예에서" 또는 "구체예"의 상황은 반드시 본 발명의 동일한 구체예를 나타내지는 않는다. 추가로, 특별한 특징, 형태, 조성, 또는 특성은 하나 이상의 구체예에서 어떠한 적합한 방법으로 조합될 수 있다.
명세서에서 특별한 정의가 없으면 본 명세서에 사용된 모든 과학적 및 기술적인 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 당업자에 의하여 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 발명의 일 구체예에서 “비열 플라즈마(non-thermal plasma)”란, 저온(cold) 또는 비평형(non-equlibrium) 플라즈마라고도 명명되며 열 플라즈마(thermal plasma)에 반대되는 개념이다. 비교적 낮은 압력 하에서 낮은 에너지를 가지고 쉽게 만들어질 수 있으며, 반응 가스의 온도가 대기의 온도와 비슷하지만 전자의 온도만 그보다 약 10 내지 100 배 높은 상태에 있는 특징이 있다. 상압이나 고압에서의 비열 플라즈마는 화학적으로 반응성이 매우 큰 반응물을 생성하여, 일반적인 방법으로는 실현되기 어렵거나 불가능한 화학반응을 촉진시킬 수 있는 특성을 가지고 있다.
본 발명의 일 구체예에서 “플라즈마 생성부”란, 시술되는 대상물의 표면을 대항 전극으로 해서 플라즈마를 발생시키는 부분을 말한다. 플라즈마 생성부는 전극, 메탈 전극, 반응부 및 안전덮개로 구비된다.
본 발명의 일 구체예에서 “유전체”란, 유전체 물질을 포함하는 구성 요소로서, 유전체는 실질적으로 비전도성 물질을 포함하는 것으로 정의된다. 이러한 목적에 대해 적합한 대표적인 유전체물질로서, 알루미나(Al2O3), 산화 지르코니아ZrO2), 질화 규소(Si3N4), 이산화 규소(SiO2), 질화붕소(BN), 이트리아(Y2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 다이아몬드 코팅된 탄화 규소(SiC) 및 미국 뉴욕주 버팔로 소재의 어드헨시브드 리플랙토리 테크놀로지스(Advanced Refractory Technologies Inc.)의 Dylyn(등록상표)로 상용화되는 실리콘 카본 옥사이드와 세라믹 증착 하이브리드 폴리머 필름일 수 있고, 상기 세라믹 증착 하이브리드 폴리머 필름은 폴리머의 일면 또는 양면에 산화물을 적층하고, 추가로 세라믹을 증착한 것일 수 있으며, 상기 폴리머는 폴리에스테르 필름(PET) 또는 폴리이미드 필름(PI)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구체예에서 “스트리머 방전”이란, 번개 발생과 같이 전자들이 양과 음의 전극으로 이동하며 이온화되는 과정에서 전자의 수가 급격하게 증가하는 전자사태(avalanche)가 일어날 때 전자사태가 일어난 부분이 실처럼 가느다란 형태를 띠는 것으로, 일반적으로 대기압 상태에서 유전체로 도포되어 고압이 인가되는 전극과 평행 또는 구배된 접지전극 사이에서의 방전이 균일하지 않은 이유로 발생한다고 알려져 있다(Brazilian Journal of Physics, 39(2), pp.322-325 및 J. Phys. D: Appl. Phys, 46, 345204). 스트리머 방전은 국소부위에 고에너지를 집중하여 생체조직의 손상을 초래하므로, 플라즈마 장치를 바이오 메디칼 분야에 안전하게 적용하기 위해서는 플라즈마 발생 장치에서 스트리머 방전을 억제하는 것이 요구된다.
본 발명의 일 구체예에서 “메탈 전극”이란, 전극의 일단 또는 타단에 연결되어 전극으로부터 공급된 전류를 넓은 면적으로 방사하는 역할을 수행하는 전극을 의미한다. 전기사양의 범위를 결정하는 데 있어서 메탈 전극의 면적이 계산 기준으로 작용할 수 있고, 전면 방전이 있어난다는 가정 하에 형성된 메탈 전극 면적이 넓어질수록 접지측에서 검출되는 전류량이 증가한다. 본 발명에 있어서 메탈 전극의 형성 면적은 20 내지 80mm2이 바람직하고, 50 mm2이 보다 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 구체예에서 “접지 대상물”이란, 플라즈마 접촉의 대상이 되는 플라즈마 발생 장치의 상대물로서 도체 또는 반도체의 성격을 지니는 대상이면 모두 가능하나, 바람직하게는 생체(living matter)이다.
본 발명의 일 구체예에서 “보호층”이란, 유전체와 접지 대상물 사이의 빈 공간으로써, 실제로 플라즈마가 발생되는 공간을 의미한다. 보호층 두께(피처리물과의 이격 거리)는 전압별 0.1 내지 1.0 mm 인 것이 바람직하고, 0.5 mm 인 것이 가장 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 구체예에서 “가스”란, “기체”와 같은 의미를 가지고, 어떤 공간에 충만하는 무정형의 유체(流體)이며, 일정한 모양이 없을 뿐만 아니라 체적의 팽창에 대하여 아무런 저항도 없고 스스로 한없이 퍼지려고 하는 성질을 가지고 있으며, 25℃, 760mmHg에서 기체의 분자(分子)상을 의미한다. 가스는 압력의 증가나 온도 저하에 의해서 액체 또는 고체상태로 변화할 수 있다. 가스는 아크용접, 연소, 연소된 유기물의 분해, 기타 화학반응에 의해서 발생한다. 가스의 사례는 보통 공기, 메탄, 이산화탄소, 일산화탄소 및 이산화황 등이 있으나, 본 명세서에 있어서 가스는 목적하는 용도에 따라 단일 물질이나 혼합물질 모두 가능하고, 이에 한정하는 것은 아니나 청정건조공기(Clean dry air, CDA), 공기(Air), 아르곤(Argon), 네온(Neon), 헬륨(Helium), 혼합가스(Mixture gas)인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구체예에서 “개질”이란, 대상의 물리적 또는 화학적 성질을 변화시킨다는 것으로, 대상의 구조를 변화시키거나, 전기전도도를 변화시키거나, 친수/친유 성질을 변화시키거나, 대상에 포함된 특정 성분의 함량을 변화시키는 것 등의 개념을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에서, 전원 공급부, 플라즈마 생성부, 가스 공급로 및 하우징을 구비하고, 상기 플라즈마 생성부는 전극, 메탈 전극, 유전체 및 반응부를 구비하며, 상기 전원 공급부와 플라즈마 생성부는 종축 방향으로 연결되며, 상기 가스 공급로는 상기 전극의 양측에 배치되며, 상기 플라즈마 생성부로부터 발생되는 플라즈마의 접촉 대상은 생체인 비열 플라즈마 발생 장치를 제공하고, 상기 반응부는 상기 전극에 대하여 가스가 360°방향으로 분사될 수 있도록 회전 가능한 비열 플라즈마 발생 장치를 제공하며, 상기 회전은 반응부와 전극이 함께 회전하거나, 또는 반응부만 회전하는 비열 플라즈마 발생 장치를 제공하며, 상기 가스 공급로의 단부는 플라즈마 생성부의 양측에 구비되는 비열 플라즈마 발생 장치를 제공하며, 상기 가스 공급로의 양측 단부는 분사되는 가스의 와류 형성을 위해서 서로 마주보는 상태와 서로 일직선인 상태 사이의 어느 각도로 가스가 분사되도록 구비되는 비열 플라즈마 발생 장치를 제공하며, 상기 각도는 30 내지 60도인 비열 플라즈마 발생 장치를 제공하며, 상기 가스 공급로의 단부는 플라즈마 발생 방향과 90도 이내의 각도를 형성하는 비열 플라즈마 발생 장치를 제공하며, 상기 가스 공급로에서 공급되는 가스는 청정건조공기(Clean dry air, CDA), 공기(Air), 아르곤(Argon), 네온(Neon), 헬륨(Helium) 또는 혼합가스(Mixture gas)인 비열 플라즈마 발생 장치를 제공하며, 상기 메탈 전극의 형성 면적은 20 내지 80mm2인 비열 플라즈마 발생 장치를 제공하며, 상기 유전체는 알루미나(Al2O3), 산화 지르코니아ZrO2), 질화 규소(Si3N4), 이산화 규소(SiO2), 질화붕소(BN), 이트리아(Y2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 탄화 규소(SiC), 실리콘 카본 옥사이드 및 세라믹 증착 하이브리드 폴리머 필름으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상인 비열 플라즈마 발생 장치를 제공하며, 상기 세라믹 증착 하이브리드 폴리머 필름은 폴리머의 일면 또는 양면에 산화물을 적층하고, 추가로 세라믹을 증착한 것인 비열 플라즈마 발생 장치를 제공하며, 상기 폴리머는 폴리에스테르 필름(PET) 또는 폴리이미드 필름(PI)인 비열 플라즈마 발생 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 구체예에서, 상기 중 어느 하나 이상에 의한 비열 플라즈마 발생 장치를 목적하는 대상의 표면에 접촉시켜서 플라즈마 처리하는 목적하는 대상의 성질을 개질하는 방법을 제공하고, 상기 플라즈마 처리의 필요 전원은 30 내지 99 kHz의 저주파로 조절하는 목적하는 대상의 성질을 개질하는 방법을 제공하며, 상기 플라즈마 처리의 소비전력은 1 내지 15 W로 조절하는 목적하는 대상의 성질을 개질하는 방법을 제공하며, 상기 플라즈마 처리의 접지 전류는 0.1 내지 9.9 mA로 조절하는 목적하는 대상의 성질을 개질하는 방법을 제공하며, 상기 플라즈마 처리의 전류량은 0.1 내지 1.0 A로 조절하는 목적하는 대상의 성질을 개질하는 방법을 제공한다.
이하 상기 본 발명을 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명의 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치는 면상의 금속 전극 및 유전체를 포함하는 전극부와 상기 전극부에 평행한 면상 또는 완만한 구배로 이루어진 접지 대상물 사이에 일정량의 가스를 주입함으로써 균일한 비열 플라즈마 발생을 유도한다. 따라서 본 발명의 비열 플라즈마 발생 장치는 응축된 스트리머 방전에 조직손상으로부터 안전하므로, 바이오 메디칼 분야에 큰 활용이 기대된다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른, 본 발명의 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치(100)를 나타낸 입체도이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른, 본 발명의 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치(100)의 내부 구성을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른, 플라즈마 생성부(200)의 상세도이다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 따른, 플라즈마 생성부(200)의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른, 반응부(220)의 안전 덮개(230) 내부를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 구체예에 따른, 본 발명의 장치에 가스를 공급할 때와 공급하지 않을 때의 플라즈마 발생 형태를 확인한 도이다.
도 7은 본 발명의 일 구체예에 따른, 본 발명의 장치의 전류 회로를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 일 구체예에 따른, 보호층(223)의 두께(피처리물과의 이격 거리)를 0.5 mm 로 조절하였을 경우에 입력 전압(DC)별 유전체 장벽 방전 플라즈마 소스에 인가되는 입력 전류(DC, 검은색) 및 고전압 출력 전류를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 구체예에 따른, 방전이 이루어지기 전의 출력 전압, 전류 파형(상단 그래프)과 유전체 장벽 방전 플라즈마 소스와 접지 전극 사이에 방전이 발생할 때의 전압, 전류 파형(하단 그래프)를 나타낸 도이다.
도 10은 본 발명의 일 구체예에 따른, 보호층(223)의 두께(피처리물과의 이격 거리)에 따른 전압별 입력 전류(DC) 및 실제 대상물에 흐르는 전류를 검출하기 위해 금속의 접지 전극을 형성, 이에 흐르는 전류를 측정한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른, 본 발명의 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치(100)의 내부 구성을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른, 플라즈마 생성부(200)의 상세도이다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 따른, 플라즈마 생성부(200)의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른, 반응부(220)의 안전 덮개(230) 내부를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 구체예에 따른, 본 발명의 장치에 가스를 공급할 때와 공급하지 않을 때의 플라즈마 발생 형태를 확인한 도이다.
도 7은 본 발명의 일 구체예에 따른, 본 발명의 장치의 전류 회로를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 일 구체예에 따른, 보호층(223)의 두께(피처리물과의 이격 거리)를 0.5 mm 로 조절하였을 경우에 입력 전압(DC)별 유전체 장벽 방전 플라즈마 소스에 인가되는 입력 전류(DC, 검은색) 및 고전압 출력 전류를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 구체예에 따른, 방전이 이루어지기 전의 출력 전압, 전류 파형(상단 그래프)과 유전체 장벽 방전 플라즈마 소스와 접지 전극 사이에 방전이 발생할 때의 전압, 전류 파형(하단 그래프)를 나타낸 도이다.
도 10은 본 발명의 일 구체예에 따른, 보호층(223)의 두께(피처리물과의 이격 거리)에 따른 전압별 입력 전류(DC) 및 실제 대상물에 흐르는 전류를 검출하기 위해 금속의 접지 전극을 형성, 이에 흐르는 전류를 측정한 그래프이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예
1. 가스 공급형 비열
플라즈마
발생 장치 제조
면상의 유전체, 접지 대상물이 위치할 수 있는 구조물, 일정량의 가스를 공급하기 위해 도안된 가스 공급로 및 이를 고정하는 커버 또는 가스 주입이 가능하도록 도안된 커버를 포함하는 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치를 제조하였다.
상기 장치의 구성을 도 1 내지 도 5에 나타내었다.
도 1은 본 발명의 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치(100)를 나타낸 입체도이다. 장치(100)는 원통형의 하우징(150), 상기 하우징의 일단에 마개(110), 상기 일단의 타단에 플라즈마 생성부(200)가 축 방향으로 연결된 형태로 구비되고, 마개(110)에는 본 발명의 장치의 구현을 위한 전기 공급선 및 가스 공급선이 관통하는 형태로 구비될 수 있다. 상기 하우징(150) 및 마개(110)는 생체에 유해한 영향을 끼치지 않는 유리, 세라믹, 플라스틱 등으로 제작될 수 있으며, 구현하고자 하는 기능 또는 사용 목적에 따라 상기 재질을 두 가지 이상 함께 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치(100)의 내부 구성을 나타낸 도이다. 장치(100)는 내부에 장치의 구동을 위한 전원 공급부(120)를 포함하고, 상기 전원 공급부(120)는 플라즈마 생성부(200)의 일단에 구비된 전극(210)의 일단과 종축(세로면) 방향으로 연결되며, 상기 전원 공급부(120)는 내부 안전 커버(130)에 장착된 형태로 마개(110) 및 플라즈마 생성부(200)와 축 방향으로 연결되며, 상기 내부 안전 커버(130)의 외측면에 하우징(150)이 구비되며, 내부 안전 커버(130)와 하우징(150) 사이에 일단측 실링부재(130a) 및 타단측 실링부재(200a)가 구비된다.
도 3은 플라즈마 생성부(200)의 상세도이다. 플라즈마 생성부(200)는 전극(210), 반응부(220) 및 안전 덮개(230)가 축 방향으로 연결되어 구비되고, 전극(210)의 타단에는 메탈 전극(211)이 구비된다.
도 4는 플라즈마 생성부(200)의 단면도이다. 일단이 전원 공급부(120)와 연결된 전극(210)의 타단이 안전 덮개(230) 내에 위치한다. A는 플라즈마 발생 접지를 나타낸다.
도 5는 반응부(220)의 안전 덮개(230) 내부를 나타낸 단면도이다. 전극(210)의 타단은 메탈 전극(211)의 일단과 연결되고, 메탈 전극(211)의 타단은 유전체(222)에 접지하며, 상기 전극(210), 메탈 전극(211)과 유전체(222)는 수직 방향으로 연결되며, 상기 전극(210)과 유전체(222)로부터 플라즈마 생성부가 구비되며, 유전체(222) 하단으로 플라즈마가 발생되며, 유전체(222)와 접지 대상물(224) 사이에 보호층(223)이 빈 공간으로 구비된다. 또한, 안전 덮개(230) 내부에 전기 공급로와 구별된 경로로 가스 공급로(221)가 플라즈마 생성부(210과 222)의 양측에 구비되고, 상기 가스공급로(221)로부터 분사되는 가스의 와류 형성을 위해, 상기 가스 공급로(221)의 양측 단부는 서로 마주보는 상태와 서로 일직선인 상태 사이의 어느 각도로 가스가 분사되도록 구비되며, 또한 가스 공급로(221)의 단부는 플라즈마 발생 방향과 90도 이내의 각도를 형성하도록 구비되며, 가스 공급로(221)를 통해 공급되는 가스는 1분당 0.5 내지 5 리터인 것이 바람직하고, 1분당 1 내지 2 리터인 것이 더욱 바람직하다.
또한 상기 가스 공급로(221)의 양측 단부를 포함하는 플라즈마 생성부(200)는 공급되는 가스의 기압에 반응하여 작동하는 로터에 의해 가스가 360°방향으로 회전하며 분사될 수 있도록 구비될 수 있다. 이 때 가스 공급로(221)의 양측 단부가 형성하는 홈은 310 내지 330°의 곡률을 가지도록 구비된다.
상기의 구성은 궁극적으로 접지 대상물(224)의 표면과 맞닿는 영역에 저항을 균일화하여 플라즈마가 균일하게 발생하도록 하는 효과를 가진다.
실시예
2. 가스 공급형 비열
플라즈마
발생 장치의 효과 확인
실시예 1에서 제조한 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치의 효과를 확인하였다.
도 6은 상기 장치에 가스를 공급할 때와 공급하지 않을 때의 플라즈마 발생 형태를 확인한 도이다. 유전체(222)와 접지 대상물(224) 사이의 보호층(223)으로 플라즈마가 발생하며, 발생된 플라즈마의 형태는 가스가 주입되는 여부에 따라 스트리머 방전(채널링) 형태의 불균일한 방전과 일정 간격 이격된 상태에서 균일한 방전을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 장치의 전류 회로를 나타낸 도이다. 유전체 장벽 방전 플라즈마 소스 전원은 100 kHz 이내의 30 내지 99 kHz의 저주파로써 0.1 내지 5.0 kV의 고전압과 0.1 내지 15.0 mA의 전원이 공급되며, 바람직하게는 2.5 내지 3.5 kV의 전압이 공급되고, 소비전력은 대략 1 내지 25 W 이내이나, 1 내지 15 W 인 것이 바람직하고, 8 W 인 것이 더욱 바람직하다.
도 8은 보호층(223)의 두께(피처리물과의 이격 거리)를 0.5 mm 로 조절하였을 경우에 입력 전압(DC)별 유전체 장벽 방전 플라즈마 소스에 인가되는 입력 전류(DC, 검은색) 및 고전압 출력 전류를 나타낸 그래프이다.
도 9는 방전이 이루어지기 전의 출력 전압, 전류 파형(상단 그래프)과 유전체 장벽 방전 플라즈마 소스와 접지 전극 사이에 방전이 발생할 때의 전압, 전류 파형(하단 그래프)를 나타낸 도이다.
도 10은 보호층(223)의 두께(피처리물과의 이격 거리)에 따른 전압별 입력 전류(DC) 및 실제 대상물에 흐르는 전류를 검출하기 위해 금속의 접지 전극을 형성, 이에 흐르는 전류를 측정한 그래프이다. 도 10에서와 같이 접지 전류(CurrentGND)는 0.1 내지 9.9 mA 이며(상단 그래프), 실제 발생된 플라즈마에서 대상물에 인가되는 전류량은 0.01 내지 0.6 A 이다(하단 그래프). 또한 두께별 입력 전류의 그래프에서 알 수 있듯이 전류값이 최대 효율인 최적 이격거리는 전압별 0.4 내지 0.6 mm 이다. 이는 플라즈마가 발생하는 전극 면적 및 유전체에 따라 달라질 수 있다.
100: 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치
110: 마개
120: 전원 공급부
130: 내부 안전 커버
130a: 일단측 실링부재
130b: 타단측 실링부재
150: 하우징
200: 플라즈마 생성부
210: 전극
211: 메탈 전극
220: 반응부
221: 가스 공급로
222: 유전체
223: 보호층
224: 접지 대상물
230: 안전 덮개
110: 마개
120: 전원 공급부
130: 내부 안전 커버
130a: 일단측 실링부재
130b: 타단측 실링부재
150: 하우징
200: 플라즈마 생성부
210: 전극
211: 메탈 전극
220: 반응부
221: 가스 공급로
222: 유전체
223: 보호층
224: 접지 대상물
230: 안전 덮개
Claims (17)
- 전원 공급부, 플라즈마 생성부, 가스 공급로 및 하우징을 구비하고,
상기 플라즈마 생성부는 전극, 메탈 전극, 유전체 및 반응부를 구비하며,
상기 전원 공급부와 플라즈마 생성부는 종축 방향으로 연결되며,
상기 가스 공급로는 상기 전극의 양측에 배치되며,
상기 플라즈마 생성부로부터 발생되는 플라즈마의 접촉 대상은 생체인, 비열 플라즈마 발생 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 반응부는 상기 전극에 대하여 가스가 360°방향으로 분사될 수 있도록 회전 가능한, 비열 플라즈마 발생 장치.
- 제 2항에 있어서,
상기 회전은 반응부와 전극이 함께 회전하거나, 또는 반응부만 회전하는, 비열 플라즈마 발생 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 가스 공급로의 단부는 플라즈마 생성부의 양측에 구비되는, 비열 플라즈마 발생 장치.
- 제 4항에 있어서,
상기 가스 공급로의 양측 단부는 분사되는 가스의 와류 형성을 위해서 서로 마주보는 상태와 서로 일직선인 상태 사이의 어느 각도로 가스가 분사되도록 구비되는, 비열 플라즈마 발생 장치.
- 제 5항에 있어서,
상기 각도는 30 내지 60도인, 비열 플라즈마 발생 장치.
- 제 4항에 있어서,
상기 가스 공급로의 단부는 플라즈마 발생 방향과 90도 이내의 각도를 형성하는, 비열 플라즈마 발생 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 가스 공급로에서 공급되는 가스는 청정건조공기(Clean dry air, CDA), 공기(Air), 아르곤(Argon), 네온(Neon), 헬륨(Helium) 또는 혼합가스(Mixture gas)인, 비열 플라즈마 발생 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 메탈 전극의 형성 면적은 20 내지 80mm2인, 비열 플라즈마 발생 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 유전체는 알루미나(Al2O3), 산화 지르코니아ZrO2), 질화 규소(Si3N4), 이산화 규소(SiO2), 질화붕소(BN), 이트리아(Y2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 탄화 규소(SiC), 실리콘 카본 옥사이드 및 세라믹 증착 하이브리드 폴리머 필름으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상인, 비열 플라즈마 발생 장치.
- 제 10항에 있어서,
상기 세라믹 증착 하이브리드 폴리머 필름은 폴리머의 일면 또는 양면에 산화물을 적층하고, 추가로 세라믹을 증착한 것인, 비열 플라즈마 발생 장치.
- 제 11항에 있어서,
상기 폴리머는 폴리에스테르 필름(PET) 또는 폴리이미드 필름(PI)인, 비열 플라즈마 발생 장치.
- 제 1항 내지 12항 중 어느 하나 이상에 의한 비열 플라즈마 발생 장치를 목적하는 대상의 표면에 접촉시켜서 플라즈마 처리하는, 목적하는 대상의 성질을 개질하는 방법.
- 제 13항에 있어서,
상기 플라즈마 처리의 필요 전원은 30 내지 99 kHz의 저주파로 조절하는, 목적하는 대상의 성질을 개질하는 방법.
- 제 13항에 있어서,
상기 플라즈마 처리의 소비전력은 1 내지 15 W로 조절하는, 목적하는 대상의 성질을 개질하는 방법.
- 제 13항에 있어서,
상기 플라즈마 처리의 접지 전류는 0.1 내지 9.9 mA로 조절하는, 목적하는 대상의 성질을 개질하는 방법.
- 제 13항에 있어서,
상기 플라즈마 처리의 전류량은 0.1 내지 1.0 A로 조절하는, 목적하는 대상의 성질을 개질하는 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160066731A KR20170135200A (ko) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160066731A KR20170135200A (ko) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170135200A true KR20170135200A (ko) | 2017-12-08 |
Family
ID=60919641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160066731A KR20170135200A (ko) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | 가스 공급형 비열 플라즈마 발생 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20170135200A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200020323A (ko) * | 2018-08-17 | 2020-02-26 | (주)휴레브 | 플라즈마 미용기기 |
| KR20210148581A (ko) * | 2020-06-01 | 2021-12-08 | 원텍 주식회사 | 고주파를 이용한 피부 미용 핸드피스 |
-
2016
- 2016-05-30 KR KR1020160066731A patent/KR20170135200A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR20200020323A (ko) * | 2018-08-17 | 2020-02-26 | (주)휴레브 | 플라즈마 미용기기 |
| KR20210148581A (ko) * | 2020-06-01 | 2021-12-08 | 원텍 주식회사 | 고주파를 이용한 피부 미용 핸드피스 |
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