대기압 미세 방전에 의해 유도된 플라즈마 화학반응의 분광학적 연구

Abstract

대기압 비평형 미세방전 플라즈마에서의 플라즈마 화학을 상세한 분광학적 진 단을 이용하여 연구하였고 그 반응성을 몇 가지 응용 분야에 적용하였다. 미세방전의 발생은 유전체 장벽 방전 (DBD) 과 다공성 세라믹 내부의 미세 방전(MIPC)으로 불리는 코로나 방전 등 두 가지 형태에 의존하였다. 유전체 장벽 방전에서 사용되는 유전체로는 전기 화학적 반응으로 형성된 나노 다공성 알루미나 박막을 사용하였다. 전극의 구조로는 slot 혹은 묶음(bundle) 등의 기하적 형태를 채 택하였다. Slot 전극 구조 체계는 나노 다공성 알루미나 박막으로 덮인 두 개의 알루 미늄 막대가 일정한 간격으로 평행하게 배열되어 있는 형태이고, 묶음 전극 구조는 네 개의 원통형 전극이 내부 공간을 공유하면서 평행하게 배치되어 있는 형태이다. 미세 방전에 의해 유도된 플라즈마의 화학반응에서 비평형의 정도, 전자 밀 도, 플라즈마 반응의 균일성과 생성 종들의 농도 등의 정보를 얻기 위해 광 방출 분광법, 적외선 분광법, 가시광-자외선 분광법, 시간 분해 광 방출 분광법과 시간분 해 ICCD 이미지 측정 등의 방법들을 사용하였다. 대부분의 방전에서 진동 온도는 3000 K 를 초과하지만 회전 온도는 이보다 훨씬 낮아 300 K 정도를 보였다. 또한, 헬륨 가스 안의 습도는 일반적인 DBD의 균일성을 결정하는 중요한 인자임을 확인 하였다. 유리 표면 처리, 오존 생성, 에너지 관련 기술에 미세 방전의 응용을 시도 하였다. 묶음 전극 구조 체계를 사용한 공기 중에서의 오존의 합성에서 일반 유전 체 보다 나노 다공성 유전체를 사용한 경우에 훨씬 더 적은 전력이 소모됨을 확인 하였다. 또한, 공기 중에서의 오존 수득률의 감소는 NOx의 영향임을 확인하였다. Slot 미세 방전은 연속적인 낮은 온도 표면 처리에 효과적임을 확인하였다. 메탄올 을 분해하여 수소를 생산하는 경우 MIPC가 묶음 전극 구조 DBD 보다 더 효과적이 었다. 에너지와 관련하여 미세 방전을 응용할 경우 펄스 형태 전원이 DC 또는 AC 전원 형태 보다 훨씬 더 큰 에너지 효율을 보였다.