KR20230065874A - Electrode, method for manufacturing of the same and system for discharging electrostatic comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 전극, 상기 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 정전기 방전 시스템에 관한 것이다.The present application relates to an electrode, a method for manufacturing the electrode, and an electrostatic discharge system including the electrode.
실내공기질 개선을 위한 정전기 방전(Electrostatic Discharge) 기술은 주로 전기 집진을 이용하여 도 1에 나타낸 HEPA 필터를 대체하거나, 음이온 발생을 이용하여 도 2에 나타낸 국부적 UV 살균의 단점을 극복하기 위해 활용되어왔다. 특히, 실내 부유 오염물질 중 1/3을 차지하는 바이오 미세먼지를 혁신적으로 제어하기 위해서는 정전기 방전 기술의 새로운 접근이 필요하다.Electrostatic discharge technology for improving indoor air quality has been mainly used to replace the HEPA filter shown in FIG. 1 using electric dust collection or to overcome the disadvantages of local UV sterilization shown in FIG. 2 using negative ion generation. . In particular, a new approach to electrostatic discharge technology is needed to innovatively control bio-fine dust, which accounts for 1/3 of indoor airborne pollutants.
정전기 방전 기술의 경우, 실내 기준치 이하의 잔류오존농도 유지를 위한 차별화된 정전기 방전 시스템 설계가 필수적이다. 따라서, 전술한 효과를 나타낼 수 있는 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 정전기 방전 시스템이 요구되고 있다.In the case of electrostatic discharge technology, it is essential to design a differentiated electrostatic discharge system to maintain the residual ozone concentration below the indoor standard. Therefore, there is a demand for an electrode capable of exhibiting the above-described effects, a manufacturing method thereof, and an electrostatic discharge system including the same.
본 출원의 과제는 음이온 발생 농도가 우수하고, 실내 기준치 이하의 잔류오존농도를 유지하는 전극, 상기 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 정전기 방전 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present application is to provide an electrode having excellent negative ion generation concentration and maintaining a residual ozone concentration below an indoor standard, a manufacturing method of the electrode, and an electrostatic discharge system including the electrode.
본 출원은 전극에 관한 것이다. 예시적인 본 출원의 전극에 의하면, 음이온 발생 농도가 우수하고, 실내 기준치 이하의 잔류오존농도를 유지할 수 있다.This application relates to electrodes. According to the exemplary electrode of the present application, the negative ion generation concentration is excellent, and the residual ozone concentration below the indoor standard value can be maintained.
본 명세서에서 「나노」는 나노 미터(nm) 단위의 크기를 의미할 수 있고, 예를 들어, 0.1 nm 내지 1,000 nm의 크기를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 「나노핀」은 핀 형태를 가지는 몸체의 표면에 나노 미터(nm) 단위의 평균 직경을 가지는 돌기가 형성된 것을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 「핀」은 길이가 단면적에 비해 큰 막대 형상이며, 단부측으로 갈수록 직경이 작아져 뾰족한 형태를 가지는 구조를 의미할 수 있다.In the present specification, "nano" may mean a size in nanometer (nm) units, for example, 0.1 nm to 1,000 nm, but is not limited thereto. In addition, in the present specification, "nanofin" means that protrusions having an average diameter in nanometers (nm) are formed on the surface of a body having a pin shape. In addition, in the present specification, a "pin" may refer to a structure having a pointed shape with a rod shape having a length greater than a cross-sectional area and a diameter decreasing toward an end side.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 출원의 전극을 설명하며, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 전극이 첨부된 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the electrode of the present application will be described with reference to the accompanying drawings, and the accompanying drawings are exemplary, and the electrode of the present application is not limited to the accompanying drawings.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 전극을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 전극은 몸체(11) 및 제 1 돌기부(12)를 포함한다.3 is a diagram showing an electrode according to an embodiment of the present application by way of example. As shown in FIG. 3 , the electrode includes a
상기 몸체(11)는 전극의 몸이 되는 부분이다.The
하나의 예시에서, 상기 몸체는 핀(pin) 형태일 수 있다. 상기 전극은 몸체가 핀 형태를 가짐으로써, 음이온 발생 시 활성 면적을 넓힐 수 있는 동시에, 음이온 발생을 위한 이온화 방전 개시전압을 낮추게 되어 오존 생성을 억제할 수 있다.In one example, the body may have a pin shape. Since the body of the electrode has a pin shape, an active area when generating negative ions can be widened, and an ionization discharge initiation voltage for generating negative ions can be lowered, thereby suppressing ozone generation.
상기 몸체(11)는 당업계에서 일반적으로 사용되는 전극의 재료로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 몸체(11)는 철, 텅스텐, 은, 구리, 금, 니켈, 코발트, 아연, 몰리브덴 또는 이들의 합금으로 이루어진 전이금속을 포함할 수 있다.The
상기 제 1 돌기부(12)는 상기 몸체(11)의 표면에 도드라져 나온 부분으로서, 상기 몸체(11)의 표면에 복수 개 형성되며, 나노 크기를 가질 수 있다. 상기 전극은 몸체의 표면에 나노 크기의 제 1 돌기부를 복수 개 가짐으로써, 음이온 발생에 필요한 이온화 방전 개시전압(Onset Voltage)이 낮아지고, 음이온 발생 시 상기 몸체 및 제 1 돌기부의 표면에 분포된 음이온이 분산되고, 이로 인해 발생되는 낮은 전자 이동속도에 의해 감소된 충격량으로 산소 해리보다 산소 원자의 외곽 전자가 주로 이탈되도록 하여 오존 생성을 억제하며, 음이온 발생량을 증가시키는 형상을 유도할 수 있다. 또한, 이로 인해, 상기 전극은 실내 기준치 이하의 잔류오존농도를 유지할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「복수 개」는 둘 이상을 의미하며, 상한은 특별히 제한되지 않는다.The
하나의 예시에서, 상기 제 1 돌기부(12)는 곡률 반경이 1 nm 내지 10 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 돌기부(12)의 곡률 반경은 5 nm 내지 8 ㎛, 10 nm 내지 6 ㎛, 50 nm 내지 4 ㎛ 또는 100 nm 내지 2 ㎛일 수 있다. 상기 제 1 돌기부(12)는 전술한 범위의 곡률 반경을 가짐으로써, 음이온 발생을 위한 이온화 방전 개시전압을 낮출 수 있고, 이를 통해 전기장 강도를 낮춰 오존 생성을 억제할 수 있다.In one example, the
예를 들어, 상기 전극은 음이온 발생을 위한 이온화 방전 개시전압이 0.02 kV 내지 20 kV일 수 있고, 구체적으로, 0.05 kV 내지 18 kV, 0.1 kV 내지 15 kV, 0.5 kV 내지 13 kV 또는 1 kV 내지 10 kV일 수 있다. 상기 전극은 음이온 발생을 위한 이온화 방전 개시전압이 전술한 범위를 만족함으로써, 전기장 강도를 낮춰 오존 생성을 억제할 수 있다.For example, the electrode may have an ionization discharge initiation voltage for generating negative ions of 0.02 kV to 20 kV, specifically, 0.05 kV to 18 kV, 0.1 kV to 15 kV, 0.5 kV to 13 kV, or 1 kV to 10 kV. It can be kV. In the electrode, when an ionization discharge initiation voltage for generating negative ions satisfies the above-described range, the electric field intensity may be lowered to suppress ozone generation.
이때, 상기 음이온 발생을 위한 이온화 방전 개시전압(Vs)은 하기 일반식 1로 계산될 수 있다.At this time, the ionization discharge initiation voltage (V s ) for generating the negative ion may be calculated by the following
[일반식 1][Formula 1]
상기 일반식 1에서, r은 제 1 돌기부의 곡률 반경이고, E는 음이온 발생을 위하여 몸체 및 제 1 돌기부의 표면에 이온화가 나타나기 시작할 때의 전계 강도이며, d는 전극과 접지판(Ground) 사이의 거리이다. 이때, 상기 전계 강도(E)는 실제 실험을 통해 얻어지는 이온화 방전 개시전압(Vs)과 이미 지정된 제 1 돌기부의 곡률 반경(r) 및 전극과 접지판 사이의 거리(d)를 대입하여 계산될 수 있다.In
상기 전극과 접지판 사이의 거리(d)는 공중에서 4 mm 내지 16 mm일 수 있고, 구체적으로, 하한이 6 mm 이상, 8 mm 이상 또는 10 mm 이상일 수 있으며, 상한이 14 mm 이하 또는 12 mm 이하일 수 있다. 상기 전극과 접지판 사이의 거리가 전술한 범위를 만족함으로써, 음이온 발생을 위한 전압 인가가 낮아져, 전기장 세기를 낮춰 오존 생성을 억제할 수 있다. 그러나, 상기 전극과 접지부 사이의 거리가 전술한 범위를 초과하는 경우, 음이온 발생을 위한 전압 인가가 높아져, 전기장 세기를 증가시키고 오존 생성을 증가시키는 단점이 발생될 수 있다.The distance (d) between the electrode and the ground plate may be 4 mm to 16 mm in the air, specifically, the lower limit may be 6 mm or more, 8 mm or more, or 10 mm or more, and the upper limit may be 14 mm or less or 12 mm may be below. When the distance between the electrode and the ground plate satisfies the aforementioned range, application of a voltage for generating negative ions is lowered, and thus ozone generation can be suppressed by lowering the electric field strength. However, when the distance between the electrode and the ground exceeds the above-described range, voltage application for generating negative ions increases, resulting in increased electric field strength and increased ozone production.
하나의 예시에서, 상기 제 1 돌기부(12)는 후술하는 제 1 형성 단계에 의해 상기 몸체(11)와 일체화된 것으로, 상기 몸체(11)와 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 돌기부(12)는 철, 텅스텐, 은, 구리, 금, 니켈, 코발트, 아연, 몰리브덴 또는 이들의 합금으로 이루어진 전이금속을 포함할 수 있다.In one example, the
상기 전극에 5 L/min의 유량으로 공기를 공급하면서 측정되는 음이온 발생 농도가 15 Х 105 ions/cm3 이상일 수 있다. 구체적인 전극의 음이온 발생 농도 측정 방법은 전술한 유량으로 공기를 공급하면서, DC 음전압, 예를 들어, 7 kV의 DC 음전압을 인가하여 생성되는 음이온 발생 농도를 일정 거리, 일 실시예에서 3.5 cm를 두고 설치된 음이온 측정부, 구체적으로 공기이온측정기를 통해 수행될 수 있다. 또한, 전술한 조건에서 측정되는 상기 전극의 음이온 발생 농도는 구체적으로, 18 Х 105 ions/cm3 이상, 20 Х 105 ions/cm3 이상, 25 Х 105 ions/cm3 이상, 30 Х 105 ions/cm3 이상 또는 33 Х 105 ions/cm3 이상일 수 있다. 또한, 전술한 조건에서 측정되는 상기 전극의 음이온 발생 농도의 상한은 1 Х 108 ions/cm3 이하, 5 Х 107 ions/cm3 이하, 1 Х 107 ions/cm3 이하, 5Х 106 ions/cm3 이하, 45 Х 105 ions/cm3 이하 또는 43 Х 105 ions/cm3 이하일 수 있다. 상기 전극은 전술한 조건에서 측정되는 음이온 발생 농도가 전술한 범위를 만족함으로써, 음이온 발생 농도가 우수하고, 실내 기준치 이하의 잔류오존농도를 유지할 수 있다. The negative ion generation concentration measured while supplying air to the electrode at a flow rate of 5 L/min may be 15
또 다른 하나의 예시에서, 상기 전극은 전술한 조건에서 음이온 발생 시, 잔류오존농도가 70 ppb 미만일 수 있고, 구체적으로, 65 ppb 이하, 60 ppb 이하, 55 ppb 이하, 50 ppb 이하, 45 ppb 이하 또는 40 ppb 이하일 수 있다. 상기 전극은 전술한 조건에서 음이온 발생 시 전술한 범위의 잔류오존농도를 가짐으로써, 실내 기준치 이하의 잔류오존농도를 유지할 수 있다. In another example, the electrode may have a residual ozone concentration of less than 70 ppb when negative ions are generated under the above conditions, specifically, 65 ppb or less, 60 ppb or less, 55 ppb or less, 50 ppb or less, 45 ppb or less or 40 ppb or less. The electrode has a residual ozone concentration within the aforementioned range when negative ions are generated under the above-described conditions, thereby maintaining a residual ozone concentration below the indoor standard value.
또한, 상기 전극은 전술한 조건에서 음이온 발생시 적용되는 전기장이 500 V/m 내지 500000 V/m일 수 있다. 구체적으로, 상기 전극은 전술한 조건에서 음이온 발생 시 적용되는 전기장이 1000 V/m 내지 300000 V/m 또는 5000 V/m 내지 200000 V/m일 수 있다 상기 전극은 전술한 범위의 전기장으로 음이온을 발생함으로써, 음이온 발생 농도가 우수하고, 실내 기준치 이하의 잔류오존농도를 유지할 수 있다.In addition, the electrode may have an electric field of 500 V/m to 500,000 V/m applied when negative ions are generated under the above conditions. Specifically, the electrode may have an electric field of 1000 V/m to 300000 V/m or 5000 V/m to 200000 V/m when negative ions are generated under the above-described conditions. As a result, the negative ion generation concentration is excellent, and the residual ozone concentration below the indoor standard value can be maintained.
하나의 예시에서, 상기 전극은 제 2 돌기부(13)를 더 포함할 수 있다. 도 4는 본 출원의 다른 일 실시예에 따른 전극을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 돌기부(13)는 상기 몸체(11)의 표면에 형성된 복수 개의 제 1 돌기부(12) 사이에 더 포함될 수 있다. 상기 전극은 제 2 돌기부를 더 포함함으로써, 음이온 생성을 위한 표면을 증대시킬 수 있다.In one example, the electrode may further include a
예를 들어, 상기 제 2 돌기부(13)는 전도성 금속 입자로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 금속 입자로는 철, 텅스텐, 은, 구리, 금, 니켈, 코발트, 아연, 몰리브덴 또는 이들의 합금으로 이루어진 전이금속을 사용할 수 있다.For example, the
또한, 상기 제 2 돌기부는 상기 전도성 금속 입자의 크기가 나노 크기일 수 있다. 상기 전도성 금속 입자가 나노 크기를 가짐으로써, 음이온 발생 시 활성 면적을 넓힐 수 있다. 이에 반해, 상기 제 2 돌기부의 크기가 나노 크기를 초과하는 경우, 몸체 및 제 1 돌기부를 가리는 영역이 많아져 음이온 발생을 억제할 수 있다.In addition, the second protrusion may have a size of a nanometer size of the conductive metal particle. Since the conductive metal particles have a nano size, an active area when generating negative ions may be widened. On the other hand, when the size of the second protrusion exceeds the nano size, an area covering the body and the first protrusion increases, so generation of negative ions can be suppressed.
본 출원은 또한, 전극의 제조방법에 관한 것이다. 상기 전극의 제조방법은 전술한 전극을 제조하는 방법에 관한 것으로, 후술하는 전극에 대한 구체적인 내용은 상기 전극에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.This application also relates to a method for manufacturing an electrode. The method of manufacturing the electrode relates to the method of manufacturing the above-described electrode, and the specific details of the electrode to be described later may be equally applied to the description of the electrode.
상기 전극의 제조방법은 제 1 형성 단계를 포함한다. The manufacturing method of the electrode includes a first forming step.
상기 제 1 형성 단계는 전극의 형태를 형성하는 단계로서, 몸체의 표면에 나노 크기의 제 1 돌기부를 복수 개 형성하여 수행된다. 상기 전극에 나노 크기의 제 1 돌기부가 복수 개 형성됨으로써, 음이온 발생을 위한 이온화 방전 개시전압을 낮출 수 있고, 이를 통해 전기장 강도를 낮춰 오존 생성을 억제할 수 있다.The first forming step is a step of forming the shape of the electrode, and is performed by forming a plurality of nano-sized first protrusions on the surface of the body. By forming a plurality of nano-sized first protrusions on the electrode, an ionization discharge initiation voltage for generating negative ions can be lowered, and through this, an electric field strength can be lowered to suppress ozone generation.
하나의 예시에서, 상기 제 1 형성 단계는 식각을 통해 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 식각은 습식 식각, 광학적 식각 및 물리적 식각 중 선택된 하나 이상으로 수행될 수 있다. 상기 제 1 형성 단계는 전술한 식각으로 수행됨으로써, 간단한 공정으로, 몸체의 표면에 제 1 돌기부를 형성할 수 있다.In one example, the first forming step may be performed through etching. Specifically, the etching may be performed by at least one selected from wet etching, optical etching, and physical etching. Since the first forming step is performed by the above-described etching process, the first protrusion can be formed on the surface of the body through a simple process.
일 구현예에서, 상기 제 1 형성 단계로 습식 식각을 이용할 수 있다. 상기 습식 식각은 몸체를 식각 용액에 함침시킨 후, 초음파를 인가하여 수행될 수 있다. 상기 제 1 형성 단계에서 습식 식각을 이용함으로써, 공정의 용이성 및 그에 따른 제조비를 절감할 수 있다.In one embodiment, wet etching may be used as the first forming step. The wet etching may be performed by immersing the body in an etching solution and then applying ultrasonic waves. By using wet etching in the first forming step, the easiness of the process and the resulting manufacturing cost can be reduced.
예를 들어, 상기 식각 용액으로는 적용이 용이하고, 가격이 저렴하며, 인정된 성능 등으로 인해, HCl, H2SO2, HF 등의 강산 또는 NaOH 등의 강염기 기반의 단일 또는 혼합 용액을 사용하고, 상업적으로 판매되는 텅스텐, 스테인리스 또는 니켈 등의 식각 용액을 사용할 수 있다.For example, as the etching solution, a single or mixed solution based on a strong acid such as HCl, H 2 SO 2 , HF or a strong base such as NaOH is used because of its ease of application, low price, and recognized performance. and an etching solution such as commercially available tungsten, stainless or nickel may be used.
또한, 상기 초음파 인가 시간은 10 초 내지 1 시간일 수 있다. 구체적으로, 상기 초음파 인가 시간은 20 초 내지 45 분, 30 초 내지 30 분, 40 초 내지 15 분, 1 분 내지 10 분 또는 1 분 내지 5 분일 수 있다. 상기 습식 식각 시 초음파 인가 시간이 전술한 범위를 만족함으로써, 음이온 발생 농도가 우수하고, 실내 기준치 이하의 잔류오존농도를 유지하는 전극을 제조할 수 있다.In addition, the ultrasonic application time may be 10 seconds to 1 hour. Specifically, the ultrasonic application time may be 20 seconds to 45 minutes, 30 seconds to 30 minutes, 40 seconds to 15 minutes, 1 minute to 10 minutes, or 1 minute to 5 minutes. When the ultrasonic application time during the wet etching satisfies the aforementioned range, it is possible to manufacture an electrode having an excellent negative ion generation concentration and maintaining a residual ozone concentration below the indoor standard value.
다른 일 구현예에서, 상기 광학적 식각으로 포토 리소그래피 또는 레이저 리소그래피를 이용할 수 있다. 도 5 내지 도 10은 다른 일 구현예로서, 레이저 리소그래피 공정을 이용하여 제조된 전극을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 5 내지 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 전극은 몸체(미도시)에 다향한 형태의 정형적인 제 1 돌기부(12)가 형성된 구조를 가질 수 있다. In another embodiment, photolithography or laser lithography may be used for the optical etching. 5 to 10 are diagrams exemplarily illustrating electrodes manufactured using a laser lithography process as another embodiment. As shown in FIGS. 5 to 10 , the electrode may have a structure in which various types of
다른 하나의 예시에서, 상기 전극의 제조방법은 제 2 형성 단계를 더 포함할 수 있다. 도 11은 다른 일 구현예에 따라 제 2 형성 단계를 설명하기 위하여 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 형성 단계는 상기 몸체(11)의 표면에 형성된 복수 개의 제 1 돌기부(12) 사이에 제 2 돌기부(13)를 형성하는 단계로서, 제 1 형성 단계를 거쳐 몸체(11)에 복수 개의 제 1 돌기부(12)가 형성된 전극을 전도성 금속 입자가 분산된 용액(1)에 함침시켜 상기 복수 개의 제 1 돌기부(12) 사이에 제 2 돌기부(13)가 부착되도록 함으로써, 상기 복수 개의 제 1 돌기부(12) 사이에 제 2 돌기부(13)가 형성될 수 있다. 상기 전극의 제조방법은 제 2 형성 단계를 더 포함함으로써, 음이온 생성을 위한 표면을 증가시킬 수 있다. 상기 제 2 돌기부에 대한 구체적인 설명은 상기 제 2 돌기부에서 기술한 바와 동일하므로, 이를 생략하기로 한다. In another example, the manufacturing method of the electrode may further include a second forming step. 11 is a diagram exemplarily shown to explain a second forming step according to another embodiment. As shown in FIG. 11, the second forming step is a step of forming the
전술한 방법으로 제조된 전극은 5 L/min의 유량으로 공기를 공급하면서, 7 kV의 DC 음전압을 인가하여 측정되는 음이온 발생 농도가 15 Х 105 ions/cm3 이상일 수 있다. 상기 전술한 조건에서 측정되는 전극의 음이온 발생 농도에 대한 구체적인 설명은 상기에서 기술한 바와 동일하므로, 이를 생략하기로 한다. 상기 전극은 전술한 조건에서 측정되는 음이온 발생 농도가 전술한 범위를 만족함으로써, 음이온 발생 농도가 우수하고, 실내 기준치 이하의 잔류오존농도를 유지할 수 있다.The electrode manufactured by the above method may have an anion generation concentration of 15 Х 10 5 ions/cm 3 or more, which is measured by applying a DC negative voltage of 7 kV while supplying air at a flow rate of 5 L/min. A detailed description of the negative ion generation concentration of the electrode measured under the above-mentioned conditions is the same as described above, so it will be omitted. The electrode has an excellent negative ion generation concentration and can maintain a residual ozone concentration below the indoor standard value by satisfying the above-described range in the negative ion generation concentration measured under the above conditions.
본 출원은 또한, 정전기 방전 시스템에 관한 것이다. 상기 정전기 방전 시스템은 전술한 전극을 포함하는 정전기 방전 시스템에 관한 것으로, 후술하는 전극에 대한 구체적인 내용은 상기 전극에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.This application also relates to an electrostatic discharge system. The electrostatic discharge system relates to an electrostatic discharge system including the electrode described above, and details of the electrode described below may be equally applied to the description of the electrode.
상기 정전기 방전 시스템은 전술한 전극을 포함한다. 상기 정전기 방전 시스템은 전술한 전극을 포함함으로써, 음이온 발생 농도가 우수하고, 실내 기준치 이하의 잔류오존농도를 유지할 수 있다. 상기 정전기 방전 시스템의 다른 구성은 당업계에 상용화된 구성을 사용할 수 있으며, 전술한 전극을 포함하면 특별히 제한되는 것은 아니다.The electrostatic discharge system includes the electrodes described above. Since the electrostatic discharge system includes the above-described electrode, the negative ion generation concentration is excellent and the residual ozone concentration below the indoor standard value can be maintained. Other configurations of the electrostatic discharge system may use configurations commercially available in the art, and are not particularly limited as long as they include the electrodes described above.
본 출원의 전극, 상기 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 정전기 방전 시스템에 의하면, 음이온 발생 농도가 우수하고, 실내 기준치 이하의 잔류오존농도를 유지할 수 있다.According to the electrode of the present application, the manufacturing method of the electrode, and the electrostatic discharge system including the electrode, the negative ion generation concentration is excellent and the residual ozone concentration below the indoor standard value can be maintained.
도 1은 종래 정전 시스템에 포함된 헤파(HEPA) 필터를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 정전 시스템에 포함된 UV 살균기를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 전극을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 출원의 다른 일 실시예에 따른 전극을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 10은 다른 일 구현예로서, 레이저 리소그래피 공정을 이용하여 제조된 전극을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 다른 일 구현예에 따라 제 2 형성 단계를 설명하기 위하여 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 출원의 일 실시예에 따른 전극을 제조하기 위한 예시적인 장치를 나타낸 도면이다.
도 13은 실시예 1에서 제조된 전극에 대하여 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 저배율 이미지(a, X 500) 및 고배율 이미지(b, X 10000)이다.
도 14는 실시예 3에서 제조된 전극에 대하여 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 저배율 저배율 이미지(a, X 500) 및 고배율 이미지(b, X 10000)이다.
도 15는 실시예 5에서 제조된 전극에 대하여 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 저배율 이미지(a, X 500) 및 고배율 이미지(b, X 10000)이다.
도 16은 비교예 1에서 준비된 전극에 대하여 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 저배율 이미지(a, X 500) 및 고배율 이미지(b, X 10000)이다.
도 17은 실시예 1에서 제조된 전극에 대한 에너지 분산형 X-선 분광법 원소 맵 이미지(a, b, c) 및 그래프(d)이다.
도 18은 비교예 1에서 준비된 전극에 대한 에너지 분산형 X-선 분광법 원소 맵 이미지(a: W, b: Fe, c: K)이다.
도 19는 실시예 1 내지 5에서 제조된 전극 및 비교예 1에서 준비된 전극의 음이온 발생 농도를 측정하기 위한 음이온 농도 평가 장치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 20은 실시예 1 내지 5에서 제조된 전극 및 비교예 1에서 준비된 전극의 음이온 농도를 나타낸 그래프이다.
도 21은 실시예 1 내지 5에서 제조된 전극 및 비교예 1에서 준비된 전극의 제 1 돌기부의 곡률 반경에 따른 이온화 반경 개시전압을 나타낸 그래프이다.
도 22는 실시예 1에서 제조된 전극의 제 1 돌기부를 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 저배율 이미지(X 500)이다.
도 23은 실시예 1 내지 5에서 제조된 전극 및 비교예 1에서 준비된 전극에 따른 잔류오존농도를 측정하기 위한 잔류오존농도 평가 장치를 예시적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a HEPA filter included in a conventional electrostatic system.
2 is a view showing a UV sterilizer included in a conventional electrostatic system.
3 is a diagram showing an electrode according to an embodiment of the present application by way of example.
4 is a view showing an electrode according to another embodiment of the present application by way of example.
5 to 10 are diagrams exemplarily illustrating electrodes manufactured using a laser lithography process as another embodiment.
11 is a diagram exemplarily shown to explain a second forming step according to another embodiment.
12 is a diagram illustrating an exemplary apparatus for manufacturing an electrode according to an embodiment of the present application.
13 is a low-magnification image (a, X 500) and a high-magnification image (b, X 10000) of the electrode manufactured in Example 1 taken using a scanning electron microscope.
14 is a low-magnification low-magnification image (a, X 500) and a high-magnification image (b, X 10000) of the electrode manufactured in Example 3 taken using a scanning electron microscope.
15 is a low-magnification image (a, X 500) and a high-magnification image (b, X 10000) of the electrode manufactured in Example 5 taken using a scanning electron microscope.
16 is a low-magnification image (a, X 500) and a high-magnification image (b, X 10000) of the electrode prepared in Comparative Example 1 taken using a scanning electron microscope.
17 is energy dispersive X-ray spectroscopy elemental map images (a, b, c) and graph (d) for the electrode prepared in Example 1.
18 is an energy dispersive X-ray spectroscopy elemental map image (a: W, b: Fe, c: K) for the electrode prepared in Comparative Example 1.
19 is a view showing an ion concentration evaluation device for measuring the anion generation concentration of the electrodes prepared in Examples 1 to 5 and the electrode prepared in Comparative Example 1 by way of example.
20 is a graph showing anion concentrations of the electrodes prepared in Examples 1 to 5 and the electrode prepared in Comparative Example 1.
21 is a graph showing the ionization radius initiation voltage according to the radius of curvature of the first protrusion of the electrodes prepared in Examples 1 to 5 and the electrode prepared in Comparative Example 1.
22 is a low-magnification image (X 500) of the first protrusion of the electrode manufactured in Example 1 photographed using a scanning electron microscope.
23 is a diagram showing a residual ozone concentration evaluation device for measuring the residual ozone concentration according to the electrodes prepared in Examples 1 to 5 and the electrode prepared in Comparative Example 1 by way of example.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 기술한 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.The contents described above will be described in more detail through examples and comparative examples below, but the scope of the present application is not limited by the contents presented below.
실시예 1. 전극의 제조Example 1. Preparation of electrodes
도 12는 본 출원의 일 실시예에 따른 전극을 제조하기 위한 예시적인 장치를 나타낸 도면이다. 도 12에 나타낸 장치를 이용하여 전극을 제조하였다. 구체적으로, 텅스텐을 포함하는 나노핀 형태의 전극(Tungsten Pin, American Elements 사(21)을 식각 용액(667498, 시그마 알드리치)이 담긴 비이커(22)에 함침시킨 후, 상기 비이커(22)를 물을 채운 초음파 조(23) 내에 담구고, 1 분간 초음파를 발생시켜 몸체의 표면에 제 1 돌기부가 형성된 전극을 제조하였다. 이때, 제 1 돌기부의 곡률 반경은 2 ㎛ 이하일 수 있다. 또한, 실시예 1에서 제조된 전극의 제 1 돌기부를 주사전자현미경(SEM, S-4800, Hitachi, Japan)을 이용하여 저배율(X 500) 이미지를 촬영하고, 그 결과를 도 22에 나타내었다.12 is a diagram illustrating an exemplary apparatus for manufacturing an electrode according to an embodiment of the present application. An electrode was manufactured using the apparatus shown in FIG. 12 . Specifically, after impregnating a nanofin electrode (Tungsten Pin, American Elements Inc. 21) containing tungsten into a
실시예 2. 전극의 제조Example 2. Preparation of electrodes
텅스텐을 포함하는 나노핀 형태의 전극을 식각 용액이 담긴 비이커에 함침시킨 후, 2 분간 초음파를 발생시켜 몸체의 표면에 제 1 돌기부를 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 전극을 제조하였다. 이때, 제 1 돌기부의 곡률 반경은 1 ㎛ 이하일 수 있다.After impregnating a nanofin-type electrode containing tungsten in a beaker containing an etching solution, ultrasonic waves were generated for 2 minutes to form a first protrusion on the surface of the body, except that the electrode was manufactured in the same manner as in Example 1. did In this case, the radius of curvature of the first protrusion may be 1 μm or less.
실시예 3. 전극의 제조Example 3. Preparation of electrodes
텅스텐을 포함하는 나노핀 형태의 전극을 식각 용액이 담긴 비이커에 함침시킨 후, 3 분간 초음파를 발생시켜 몸체의 표면에 제 1 돌기부를 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 전극을 제조하였다. 이때, 제 1 돌기부의 곡률 반경은 500 nm 이하일 수 있다.The electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a nanofin-type electrode containing tungsten was immersed in a beaker containing an etching solution, and then ultrasonic waves were generated for 3 minutes to form a first protrusion on the surface of the body. did In this case, the radius of curvature of the first protrusion may be 500 nm or less.
실시예 4. 전극의 제조Example 4. Preparation of electrodes
텅스텐을 포함하는 나노핀 형태의 전극을 식각 용액이 담긴 비이커에 함침시킨 후, 4 분간 초음파를 발생시켜 몸체의 표면에 제 1 돌기부를 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 전극을 제조하였다. 이때, 제 1 돌기부의 곡률 반경은 300 nm 이하일 수 있다.After impregnating a nanofin-type electrode containing tungsten in a beaker containing an etching solution, ultrasonic waves were generated for 4 minutes to form a first protrusion on the surface of the body, except that the electrode was manufactured in the same manner as in Example 1. did In this case, the radius of curvature of the first protrusion may be 300 nm or less.
실시예 5. 전극의 제조Example 5. Preparation of electrodes
텅스텐을 포함하는 나노핀 형태의 전극을 식각 용액이 담긴 비이커에 함침시킨 후, 5 분간 초음파를 발생시켜 몸체의 표면에 제 1 돌기부를 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 전극을 제조하였다. 이때, 제 1 돌기부의 곡률 반경은 100 nm 이하일 수 있다.After impregnating a nanofin-shaped electrode containing tungsten in a beaker containing an etching solution, ultrasonic waves were generated for 5 minutes to form a first protrusion on the surface of the body, except that the electrode was manufactured in the same manner as in Example 1. did In this case, the radius of curvature of the first protrusion may be 100 nm or less.
비교예 1. 전극의 준비Comparative Example 1. Preparation of electrodes
제 1 돌기부를 형성하지 않은 실시예 1의 텅스텐을 포함하는 나노핀 형태의 전극을 준비하였다. 이때, 비교예 1에서 준비된 전극은 제 1 돌기부를 포함하지 않고, 몸체의 상부 끝의 뾰족한 부분의 곡률 반경이 100 ㎛일 수 있다.An electrode in the form of a nanofin containing tungsten of Example 1 without forming the first protrusion was prepared. At this time, the electrode prepared in Comparative Example 1 may not include the first protrusion, and the radius of curvature of the pointed portion of the upper end of the body may be 100 μm.
실험예 1. 전극의 표면 형상 및 조성 평가Experimental Example 1. Evaluation of the surface shape and composition of the electrode
실시예 1, 3 및 5에서 제조된 전극 및 비교예 1에서 준비된 전극의 표면 현상은 주사전자현미경(SEM, S-4800, Hitachi, Japan)을 이용하여 저배율 및 고배율 이미지를 촬영하고, 그 결과를 각각 도 13 내지 도 16에 나타내었다.The surface development of the electrodes prepared in Examples 1, 3 and 5 and the electrodes prepared in Comparative Example 1 were taken using a scanning electron microscope (SEM, S-4800, Hitachi, Japan) to take low and high magnification images, and the
또한, 실시예 1에서 제조된 전극 및 비교예 1에서 준비된 전극의 조성은 에너지 분산형 X-선 분광법(EDX, S-4800, Hitachi, Japan)을 이용하여 관찰하며, 그 결과를 각각 도 17, 16 및 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 실시예 1에서 제조된 전극 및 비교예 1에서 준비된 전극을 고정시키기 위하여 탄소 테이프를 이용함으로써, 탄소의 함량은 탄소 테이프의 함량이 포함된 함량이다. 또한, 산소 및 칼륨의 함량은 에칭 공정에 기인한 함량이다.In addition, the composition of the electrode prepared in Example 1 and the electrode prepared in Comparative Example 1 was observed using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX, S-4800, Hitachi, Japan), and the results are shown in FIGS. 16 and Table 1 below. At this time, by using the carbon tape to fix the electrode prepared in Example 1 and the electrode prepared in Comparative Example 1, the content of carbon is the content including the content of the carbon tape. Also, the contents of oxygen and potassium are contents due to the etching process.
도 13 내지 도 16 및 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1, 3 및 5에서 제조된 전극은 비교예 1에서 준비된 전극 대비 나노핀 형태의 몸체의 표면에 나노 크기의 제 1 돌기부가 형성되는 것을 확인하였다. As shown in FIGS. 13 to 16 and Table 1, the electrodes prepared in Examples 1, 3, and 5 have nano-sized first protrusions formed on the surface of the nanofin-shaped body compared to the electrode prepared in Comparative Example 1. confirmed that
실험예 2. 전극의 음이온 발생 농도 평가Experimental Example 2. Evaluation of negative ion generation concentration of electrode
도 19의 음이온 농도 평가 장치를 이용하여 실시예 1 내지 5에서 제조된 전극 및 비교예 1에서 준비된 전극의 음이온 발생 농도를 평가하였다. 구체적으로, 도 19에 나타낸 바와 같이, 음이온 발생부(33)에 실시예 1 내지 5에서 제조된 전극 및 비교예 1에서 준비된 각각의 전극(31)을 위치시키고, 유량 조절부(33)를 이용하여 공기 공급부(32)에서 공기를 5 L/min의 유량으로 상기 음이온 발생부(34)에 공급하며, 상기 실시예 1 내지 5에서 제조된 전극 및 비교예 1에서 준비된 전극 각각에 7 kV의 DC 음전압을 인가하여 음이온을 발생시켰다. 이후, 상기 음이온 발생부(34)와 3.5 cm의 거리를 두고 설치되며, 공기이온측정기(NKMH-103, Meiko, Japan)를 이용하는 음이온 측정부(35)에서 상기 음이온 발생부(34)에서 발생되는 음이온의 농도를 측정하고, 그 결과를 도 20에 나타내었다. 이때, 인가되는 전기장 강도는 200,000 V/m일 수 있다.Anion generation concentrations of the electrodes prepared in Examples 1 to 5 and the electrode prepared in Comparative Example 1 were evaluated using the negative ion concentration evaluation device of FIG. 19 . Specifically, as shown in FIG. 19, the electrodes prepared in Examples 1 to 5 and each
도 20에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 5에서 제조된 전극에서 발생되는 음이온 농도가 비교예 1에서 준비된 전극에서 발생되는 음이온 농도에 비해 우수한 것을 확인하였다. 특히, 실시예 5에서 제조된 전극에서 발생되는 음이온의 농도는 42 Х 105 ions/cm3로, 비교예 1에서 준비된 전극에서 발생되는 음이온의 농도에 비해 7배 이상 우수한 것을 확인하였다.As shown in FIG. 20, it was confirmed that the anion concentration generated from the electrodes prepared in Examples 1 to 5 was superior to the anion concentration generated from the electrode prepared in Comparative Example 1. In particular, the concentration of negative ions generated from the electrode prepared in Example 5 was 42
실험예 3. 제 1 돌기부의 곡률 반경에 따른 이온화 방전 개시전압 평가Experimental Example 3. Evaluation of Ionization Discharge Initiation Voltage According to the Curvature Radius of the First Protrusion
실시예 1 내지 5에서 제조된 전극의 제 1 돌기부 및 비교예 1에서 준비된 전극의 몸체의 상부 끝 부분의 곡률 반경에 따른 이온화 반경 개시전압을 하기 일반식 1로 계산하고, 그 결과를 도 21에 나타내었다. 상기 비교예 1에서 준비된 전극은 제 1 돌기부를 포함하지 않으므로, 몸체의 상부 끝의 뾰족한 부분의 곡률 반경을 이용하였다.The ionization radius initiation voltage according to the radius of curvature of the first protrusion of the electrode prepared in Examples 1 to 5 and the upper end of the body of the electrode prepared in Comparative Example 1 was calculated by the following
[일반식 1][Formula 1]
상기 일반식 1에서, r은 제 1 돌기부의 곡률 반경이고, E는 음이온 발생을 위하여 몸체 및 제 1 돌기부의 표면에 이온화가 나타나기 시작할 때의 전계 강도이며, d는 전극과 접지판 사이의 거리이다.In
도 21에 나타낸 바와 같이, 제 1 돌기부의 곡률 반경이 작을수록 음이온 발생을 위한 이온화 방전 개시전압을 낮추는 것을 확인하였다. 이로 인해, 전극에 포함된 제 1 돌기부의 곡률 반경이 작을 수록, 전기장 강도를 낮춰 오존 생성을 억제할 수 있는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 21, it was confirmed that the ionization discharge initiation voltage for generating negative ions decreased as the radius of curvature of the first protrusion decreased. For this reason, it was confirmed that the smaller the radius of curvature of the first protrusion included in the electrode, the lower the electric field strength to suppress the generation of ozone.
실험예 4. 전극의 음이온 발생에 따른 잔류오존농도 평가Experimental Example 4. Evaluation of residual ozone concentration according to negative ion generation of electrode
도 23의 잔류오존농도 평가 장치를 이용하여 실시예 1 내지 5에서 제조된 전극 및 비교예 1에서 준비된 전극의 잔류오존농도를 평가하였다. 구체적으로, 도 23에 나타낸 바와 같이, 상기 잔류오존농도 평가 장치는 도 19에 나타낸 음이온 농도 평가 장치에서 음이온 측정부(35) 대신 흡입식 오존모니터의 샘플링 프로브로 구성된 오존 측정부(45)를 음이온 발생부(44)에 연결되도록 설치한 것을 제외하고, 음이온 농도 평가 장치와 동일하게 설계하며, 상기 음이온 발생부(34) 내 일부 공기 중에 존재하는 오존을 측정하는 방식으로 잔류오존농도를 측정하였다.The residual ozone concentration of the electrodes prepared in Examples 1 to 5 and the electrode prepared in Comparative Example 1 was evaluated using the residual ozone concentration evaluation device shown in FIG. 23 . Specifically, as shown in FIG. 23, the residual ozone concentration evaluation device uses the
그 결과, 실시예 1 내지 5에서 제조된 전극에 따른 잔류오존농도는 비교예 1에서 준비된 전극에 따른 잔류오존농도에 비해 낮은 것을 확인하였다. 특히, 비교예 1에서 준비된 전극 대비 실시예 5에서 제조된 전극에 따른 잔류오존농도는 70 ppb로, 비교예 1에서 준비된 전극의 잔류오존농도인 130 ppb에 비해 현저히 낮은 것을 확인하였다.As a result, it was confirmed that the residual ozone concentration according to the electrodes prepared in Examples 1 to 5 was lower than the residual ozone concentration according to the electrode prepared in Comparative Example 1. In particular, the residual ozone concentration according to the electrode prepared in Example 5 compared to the electrode prepared in Comparative Example 1 was 70 ppb, which was significantly lower than the residual ozone concentration of 130 ppb of the electrode prepared in Comparative Example 1.
1: 전도성 금속 입자가 분산된 용액
11: 몸체
12: 제 1 돌기부
13: 제 2 돌기부
21, 31, 41: 전극
22: 비이커
32, 42: 공기 공급부
33, 43: 유량 조절부
34, 44: 음이온 발생부
35: 음이온 측정부
45: 오존 측정부1: solution in which conductive metal particles are dispersed
11: body
12: first protrusion
13: second protrusion
21, 31, 41: electrode
22: beaker
32, 42: air supply unit
33, 43: flow control unit
34, 44: negative ion generator
35: negative ion measuring unit
45: ozone measuring unit
Claims (16)
상기 몸체의 표면에 복수 개 형성된 나노 크기의 제 1 돌기부를 포함하고,
5 L/min의 유량으로 공기를 공급하면서, 7 kV의 DC 음전압을 인가하여 측정되는 음이온 발생 농도가 15 Х 105 ions/cm3 이상인 전극.body; and
A plurality of nano-sized first protrusions formed on the surface of the body,
An electrode with an anion generating concentration of 15 Х 10 5 ions/cm 3 or more, measured by applying a negative DC voltage of 7 kV while supplying air at a flow rate of 5 L/min.
몸체의 표면에 나노 크기의 제 1 돌기부를 복수 개 형성하는 제 1 형성 단계를 포함하며,
5 L/min의 유량으로 공기를 공급하면서, 7 kV의 DC 음전압을 인가하여 측정되는 음이온 발생 농도가 15 Х 105 ions/cm3 이상인 전극의 제조방법.It relates to a method for manufacturing an electrode according to claim 1,
A first forming step of forming a plurality of nano-sized first protrusions on the surface of the body;
A method of manufacturing an electrode having an anion generation concentration of 15 Х 10 5 ions/cm 3 or more, measured by applying a DC negative voltage of 7 kV while supplying air at a flow rate of 5 L/min.
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PCT/KR2022/010994 WO2023080389A1 (en) | 2021-11-05 | 2022-07-26 | Electrode, manufacturing method therefor, and electrostatic discharge system comprising same |
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