KR20190083519A - plasma generation for flexible electrode and plasma generation apparatus utilizing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 플라즈마 발생면적을 확대시켜 플라즈마 발생량을 증가시킨 플라즈마 발생을 위한 유연전극 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치에 관한 것이다. The present invention relates to a plasma generating apparatus, and more particularly, to a flexible electrode for generating plasma by increasing a plasma generating area by increasing a plasma generating area and a plasma generating apparatus using the same.
통상적으로 반도체 공정 등에 사용되는 진공 플라즈마와 달리 개방된 공간(1 atm)에서 방전하는 대기압 플라즈마는 90년대 이 후 많은 연구가 진행되고 있으며 방전 구조와 방전 모드에 따라 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge; DBD), 코로나 제트(Corona Jet), 글로우 방전(Glow Discharge), 아크 토치(Arc Torch), 미세공동 음극방전(Micro Hollow Cathode Discharge; MHCD), 자기유도 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 등 다양하게 구분된다. 이때 입력주파수, 입력 전압/전류, 입력파형, 공급가스 등의 조절을 통해 물리/화학적 특성이 다른 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 현재 이러한 다양한 특성 때문에 대기압 플라즈마의 기초연구를 비롯해 바이오/의학, 재료산업, 에너지/환경산업 등 다양한 응용 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행 중에 있다. Unlike the vacuum plasma used in semiconductor processes, atmospheric plasma discharging in an open space (1 atm) has been studied much since the 1990's, and a dielectric barrier discharge (DBD) ), Corona Jet, Glow Discharge, Arc Torch, Micro Hollow Cathode Discharge (MHCD), and Inductively Coupled Plasma (ICP). do. At this time, it is possible to generate plasma having different physical / chemical characteristics by controlling the input frequency, input voltage / current, input waveform, and supply gas. Due to these various characteristics, various applications such as basic research on atmospheric plasma, biotechnology / medicine, materials industry, energy / environment industry and the like are being actively carried out all over the world.
양 전극을 일정 간격을 띄우고 고전압을 인가해 주면 전극 사이 공간에서 방전이 형성되어 반응가스의 이온화가 이루어져 플라즈마(plasma)가 되는데, 이렇게 형성된 플라즈마에는 수많은 각종 기능성 이온들이 포함되어 재료의 표면세정은 물론이고 미세 이물질 제거, 표면조도변경, 극성 관능기 형성 등으로 표면을 개질시켜 인쇄, 코팅, 접합 시의 밀착력을 향상시키는데 우수한 효과가 있다. When both electrodes are spaced apart and high voltage is applied, a discharge is formed in the space between the electrodes to ionize the reaction gas to form a plasma. The plasma thus formed contains a large number of various functional ions, And it has an excellent effect of improving the adhesion at the time of printing, coating and bonding by modifying the surface by removing fine foreign substances, changing the surface roughness, and forming a polar functional group.
그러나, 대기압 플라즈마는 비교적 방전전압이 낮은 헬륨이나 알곤 기체를 이용한 소형 DBD나 코로나 제트(jet) 타입 플라즈마에 대한 연구가 90% 이상이고, 방전용으로 공급하는 헬륨이나 알곤 등의 기체 소모가 많아 공급가스 설비가 추가적으로 필요해 시스템의 단순화가 요구되고 있다. 방전용 기체대신 공기를 이용한 공기(Air) 대기압 플라즈마 연구는 유전체장벽방전(DBD)구조나 토치(torch)타입의 전극구조가 대부분이지만 전극 간격이 작거나 플라즈마의 처리 단면적이 작아, 전력효율을 높이면서 대면적 방전을 일으키기 위한 새로운 전극 설계가 요구되고 있다.However, atmospheric plasma has been studied for a small DBD or corona jet type plasma using helium or argon gas having a relatively low discharge voltage, and more than 90% of the plasma is consumed for discharging helium or argon. Gas equipment is additionally required, and simplification of the system is required. Air Atmospheric Pressure Plasma Research Using Air Instead of Discharge Gas Most researches on atmospheric pressure plasma are of dielectric barrier discharge (DBD) structure or torch type electrode structure. However, since the electrode interval is small or plasma processing sectional area is small, A new electrode design is required to cause large area discharge.
최근, 이와 같은 처리면적의 한계를 극복하기 위한 플라즈마 토치 어레이와 롤(roll-to-roll) 공정을 결합해 평편한 대면적의 표면을 처리하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그러나, 상기에서 언급한 플라즈마를 발생시키기 위한 전극으로 대부분 비유연전극(non-flexible electrode)의 형태를 이용하여 전체적인 플라즈마 시스템 설계를 하고 있다. In recent years, studies have been made to treat a flat surface of a large area by combining a plasma torch array and a roll-to-roll process in order to overcome the limitation of such a processing area. However, as the electrode for generating the above-mentioned plasma, the whole plasma system is designed by using the form of a non-flexible electrode.
따라서 다양한 응용을 위한 전극설계시 비유연전극으로 인한 전체 시스템의 부피와 설계 등에 한계가 존재하게 받게되며, 플라즈마 발생장치의 설계에 많은 제약을 받고 있다. Therefore, when designing electrodes for various applications, there are limitations on the volume and design of the entire system due to non-flexible electrodes, and the design of the plasma generating apparatus is limited.
이러한 점을 감안하여 대한민국 특허등록 제 10-1573231호에는 플라즈마 발생전극모듈, 플라즈마 발생전극 집합체 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치가 게시되어 있다. In view of this, Korean Patent Registration No. 10-1573231 discloses a plasma generating electrode module, a plasma generating electrode assembly, and a plasma generating device using the same.
플라즈마 발생 전극모듈은 서로 이격 형성되는 제1 및 제2 전극; 및 상기 제1 및 제2 전극의 사이에 배치되어 상기 제1 및 제2 전극을 절연시키는 유전체를 포함하고, 상기 제1 전극은 축(shaft) 형상이고, 상기 제1 전극의 외주에 접촉하면서 제1 전극을 감싸도록 상기 제1 전극과 동심원을 갖는 원통형의 제1 유전체가 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 제1 유전체의 외주에 접촉하면서 상기 제1 유전체를 감싸도록 상기 제1 유전체와 동심원을 갖도록 형성되고, 상기 제2 전극에는 다수의 관통홀이 형성된 구성을 가진다. The plasma generating electrode module includes first and second electrodes spaced apart from each other; And a dielectric disposed between the first and second electrodes to insulate the first and second electrodes, wherein the first electrode is in the form of a shaft, and the first electrode is in contact with the outer periphery of the first electrode, A first dielectric member having a cylindrical shape and concentric with the first electrode to surround the first electrode, the second electrode being in contact with the outer periphery of the first dielectric member and concentrically forming the first dielectric member so as to surround the first dielectric member And a plurality of through holes are formed in the second electrode.
상술한 바와 같은 종래의 플라즈마 전극모듈은 유연한 구조를 가지고 있으나 전극들의 사이의 대전면적이 대전면적이 상대적으로 작아 플라즈마 발생량을 증가시키는데 한계가 있다. Although the conventional plasma electrode module as described above has a flexible structure, the charging area between the electrodes is relatively small, and thus there is a limit to increase the plasma generation amount.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플라즈마 발생을 위한 유전체의 면적을 상대적으로 넓혀 방전효율을 향상시킬 수 있는 플라즈마발생을 위한 유연전극 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치를 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a flexible electrode for generating plasma which can improve discharge efficiency by relatively enlarging the area of a dielectric for generating plasma, and a plasma generator using the same.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마발생을 위한 유연전극은 복수개의 와이어로 이루어진 제 1전극과, 상기 제 1전극를 길이 방향으로 감싸는 것으로, 표면적을 넓힘과 아울러 공기층이 형성된 넓힘과 아울로 공기층을 형성하기 위한 복수개의 구루브를 구비한 유전체층과, 상기 유전체층의 외주면에 따라 설치되는 망상의 제 2전극을 구비한 것을 그 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a flexible electrode for generating plasma, comprising: a first electrode formed of a plurality of wires; a first electrode that extends in the longitudinal direction, A dielectric layer having a plurality of grooves for forming the dielectric layer, and a network-shaped second electrode provided along the outer peripheral surface of the dielectric layer.
대안으로 상기 목적을 달성하기 위한 발명의 플라즈마발생을 위한 유연전극은 복수개의 와이어로 이루어진 제 1전극과, 제 1전극을 외주면을 감싸는 유전체층과, 상기 유전체층의 외주면에 제1직조율을 갖도록 직조되며 TiO₂가 바인딩되어 이루어진 아라미드 섬유층과, 상기 아라미드 섬유층의 외주면에 설치되며 상기 제 1제1직조율보다 높은 제 2직조율을 갖도록 직조되는 제 2전극층을 포함한다. Alternatively, the flexible electrode for generating plasma according to the present invention may include a first electrode composed of a plurality of wires, a dielectric layer surrounding the outer periphery of the first electrode, and a dielectric layer interposed between the dielectric layer and the dielectric layer, And a second electrode layer provided on an outer circumferential surface of the aramid fiber layer and woven to have a second knit ratio higher than the first first knit ratio.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치는 복수개의 와이어로 이루어진 제 1전극과, 상기 제 1전극를 길이 방향으로 감싸는 것으로, 표면적을 넓힘과 아울러 공기층이 형성된 넓힘과 아울로 공기층을 형성하기 위한 복수개의 구루브를 구비한 유전체층과, 상기 유전체층의 외주면에 따라 설치되는 망상의 제 2전극을 구비한 제 1유연전극와이어들이 상호 꼬이거나 직조되어 이루어진 것을 그 특징으로한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma generating apparatus including a first electrode formed of a plurality of wires, a first electrode extending in a longitudinal direction of the first electrode, a second electrode formed on the first electrode, The first flexible electrode wires including a dielectric layer having a plurality of grooves and a second electrode disposed along the outer circumferential surface of the dielectric layer are twisted or woven together.
본 발명의 다른 특징의 플라즈마 발생장치는 복수개의 와이어로 이루어진 제 1전극과, 제 1전극을 외주면을 감싸는 유전체층과, 상기 유전체층의 외주면에 제1직조율을 갖도록 직조되며 TiO₂가 바이딩 되어 이루어진 아라미드 섬유층과, , 상기 아라미드 섬유층의 외주면에 설치되며 상기 제 1제1직조율 보다 높은 제 2직조율을 갖도록 직조되는 제 2전극층을 포함을 포함하는 제 2유연전극와이어들이 길이 방향으로꼬이거나 직조되어 이루어진 것을 그 특징으로 한다. A plasma generating apparatus according to another aspect of the present invention includes a first electrode made of a plurality of wires, a dielectric layer surrounding the outer periphery of the first electrode, an aramid woven to have a first directing ratio on the outer surface of the dielectric layer, And a second electrode layer provided on the outer circumferential surface of the aramid fiber layer and woven to have a second yarn-modifying ratio higher than the first first yarn-modulating rate, are longitudinally twisted or weaved Which is characterized by being made.
본 발명의 플라즈마발생을 위한 유연전극 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치는 플라즈마를 발생시키기 위한 유전체의 면적을 넓혀 플라즈마 방전효율을 상대적으로 높일 수 있으며, 또한 유전체 층의 외주면에 TiO₂가 혼합된 아라미드층을 개재시켜 공기층을 확보함으로써 플라즈바의 방전효율을 극대화 시킬 수 있다. The flexible electrode for generating plasma according to the present invention and the plasma generating apparatus using the same can increase the plasma discharge efficiency by enlarging the area of the dielectric for generating the plasma, The discharge efficiency of the plasma bar can be maximized.
하다.Do.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마발생을 위한 유연전극을 도시한 단면도.
도 2은 본 발명에 따른 플라즈마발생을 위한 유연전극의 다른 실시예를 도시한 일부절제 사시도,
도 3는 도 31에 도시된 플라즈마발생을 위한 유연전극의 단면도. 1 is a cross-sectional view illustrating a flexible electrode for plasma generation according to the present invention;
2 is a partially cutaway perspective view showing another embodiment of a flexible electrode for generating plasma according to the present invention,
3 is a sectional view of the flexible electrode for plasma generation shown in Fig.
본 발명에 따른 플라즈마 발생장치를 구현하기 위한 플라즈마발생을 위한 유연전극의 실시예들을 도 1 내지 도 3에 나타내 보였다ㅣ. Embodiments of a flexible electrode for generating plasma for implementing the plasma generating apparatus according to the present invention are shown in FIGS. 1 to 3.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마발생을 위한 유연전극(10)은 복수개의 와이어로 이루어진 제 1전극(11)과, 상기 제 1전극(11)를 길이 방향으로 감싸는 것으로, 표면적을 넓힘과 아울러 공기층이 형성된 넓힘과 아울로 공기층을 형성하기 위한 복수개의 그루브(13)를 구비한 유전체층(12)과, 상기 유전체층(12)의 외주면에 따라 설치되는 망상의 제 2전극(14)을 구비한다.Referring to FIG. 1, a flexible electrode 10 for generating plasma according to the present invention includes a
상기 유전체층(12)의 표면에 형성된 그르브(13)는 유전체층(12)의 외주면을 따라 복수개가 형성될 수 있으며, 이 그루브(13)는 길이방향으로 형성될 수 있으며, 외주면을 따라 나선 또는 더블나선의 형상으로 형성될 있다. The
상술한 바와 같이 구성된 유연전극을 꼬거나 직조하여 플라즈마 발생장치를 구현할 수 있다. The plasma generator may be implemented by twisting or weaving a flexible electrode constructed as described above.
이와 같은 플라즈마 발생장치는 제 1,2전극(11)(14)에 전압이 공급됨에 따라 이들의 사이에 전자가 대전되고, 방전에 의해 플라즈마가 발생되는데, 상기 그르부(13)은 방전공간과 대전공간을 넓힐 수 있으므로 플라즈마방전효율을 극대화 시킬수 있이다. As the voltage is supplied to the first and
한편, 플라즈마발생을 위한 유연전극의 다른 실시예를 도 2 및 도 3에 나타내 보였다.On the other hand, another embodiment of the flexible electrode for plasma generation is shown in FIG. 2 and FIG.
도면을 참조하면, 플라즈마 발생을 위한 유연전극(20)은 복수개의 와이어로 이루어진 제 1전극(21)과, 제 1전극(21)을 외주면을 감싸는 유전체층(22)과, 상기 유전체층(22)의 외주면에 제1직조율을 갖도록 직조되며 TiO₂가 바인딩되어 이루어진 아라미드 섬유층(23)과, 상기 아라미드 섬유층(23)의 외주면에 설치되며 상기 제1직조율보다 높은 제 2직조율을 갖도록 직조되는 제 2전극층(24)를 포함한다. The flexible electrode 20 for generating plasma includes a
상술한 바와 같이 구성된 유연전극을 꼬거나 직조하여 플라즈마 발생장치를 구현할 수 있다. The plasma generator may be implemented by twisting or weaving a flexible electrode constructed as described above.
상기 플라즈마 발생을 위한 유연전극(20)은 제 1,2전극(21)(24)에 전위를 인가하게 되면, TiO₂가 바인딩되어 이루어진 아라미드 섬유층(23)의 TiO₂표면에 전자와 이온으로 분리되어 TiO₂의 전자가 제공됨으로써 플라즈바 방전효율을 높일 수 있다. When the potential is applied to the first and
이상에서 설명한 바와 같이 플라즈마발생을 위한 유연전극은 플라즈마 방전 효율을 높일 수 있으며, 나아가서는 플라즈마 발생량을 높일 수 있다. As described above, the flexible electrode for plasma generation can increase the plasma discharge efficiency and further increase the plasma generation amount.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
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