전기장 분산을 이용한 저온 대기압 분사 장치의 균일도 향상

Abstract

본 논문은 전기장 분산을 통한 저온 대기압 플라즈마 제트 장치(Non-thermal atmospheric-pressure plasma jet device)의 개선에 관한 연구이다. 플라즈마 제트 장치는 마이크로 머니싱 공정을 통하여 제작된 전극과 세라믹 스페이서(Ceramic spacer), 세라믹 볼(Ceramic ball) 그리고 모듈케이스(Module case)로 구성된다. 우리는 균일한 플라즈마의 발생을 위해 두 가지의 개선된 장치를 제안한다. 우선 첫 번째 개선 장치는 고전압 전극과 접지 전극이 같은 형태로 제작되어 도넛 모양의 세라믹 스페이서를 사이에 두고 마주보는 형태로 배치시켰으며, 전극과 전극 사이 즉 세라믹 스페이서 내부에 24개의 세라믹 볼을 가득 채워 넣었다. 그리고 두 번째 개선 디바이스는 세라믹 스페이서 한쪽 면에 도넛모양의 고정돌부를 형성하여 그곳에 고전압 전극을 장착하고 반대쪽 면에 접지 전극을 배치시켰다. 전극은 스테인리스 강판위에 마이크로 머시닝 공정을 이용하여 마이크로 크기의 분사구를 가지도록 제작되었다. 플라즈마 제트 장치의 실용성과 향상성을 시험하기 위해 질소가스를 사용하여 플라즈마 장치의 특성을 실험하였다. 플라즈마가 발생되는 동안 온도는 상온에 가깝게 유지되었으며, 온도에 민감한 세포 실험에 적용이 가능함을 확인하였다. 플라즈마 제트 장치의 효율성을 알아보기 위하여 자외선 강도 측정과 플라즈마의 발생 사진을 이용한 자외선의 분포도 측정 그리고 활성종의 생성유무를 확인하기 위하여 분광 스펙트럼을 측정하였다. 또한, 의용-생체분야에서 효과 입증을 위한 방법으로 활성 산소종에 초점이 맞춰지고 있으므로 우리는 의용-생체분야 적용에 적합한지 평가하기 위하여 오존의 발생량을 측정하였다. 무엇보다도 본 논문에서 제안된 장치는 전기장 분산을 이용하였기 때문에 기존에 장치에 비해 방전면적이 월등히 넓어지고, 손상 없이 오랫동안 플라즈마가 안정적으로 발생되는 것을 확인하였다.