플라즈마와 표면재질

소개글

플라즈마와 표면재질에 대한 보고서 자료입니다.

목차

※ 플라스마
◎고체플라스마 [固體-, solid-state plasma]

◎플라스마발광법

◎플라스마의 핵융합 연구

◎플라스마엔진 [plasma engine]

◎플라스마의 MHD 발전과 이온엔진

◎플라스마디스플레이 [plasma display]

(목차가 긴 관계로 이하 생략합니다^^)

본문내용

한 국제핵융합실험로(ITER) 이미지(원안).
그럼에도 플라스마의 가능성은 나날이 확대되고 있다. 플라스마를 사용하거나 응용할 수 있는 분야가 수두룩한 것이다. 심지어 플라스마에 기초한 기법을 이용해 병든 조직을 제거하거나 상처를 소독하는 등 의료분야에서도 사용할 수 있다. 텅스텐 바늘에 고주파 전압을 걸어 소자를 만들면 손에 닿아도 위험하지 않은 저온의 이온화 기체가 생성되어 세포를 제거하거나 상처를 아물도록 한다. 일부 연구자들이 에너지 위기를 타개할 유일한 대안으로 여기는 수소융합반응도 따지고 보면 우주의 플라스마를 만들어내는 것이다. 만일 핵융합반응으로 플라스마 상태를 재현하면 지표에 있는 이중수소만으로 인류가 100만년 이상 사용할 에너지를 얻을 수 있다고 한다. 신기술의 원천인 플라스마에 인류의 미래가 달려 있는 셈이다.
리튬 2차 전지의 전극 재료를 용량 20%로 향상시키는 표면 개질 기술 개발 |전지
교토 대학 대학원 공학 연구과의 나까시마 조교수 등은, 리튬 이온 2차 전지의 부극 재료의 하나인 탄소 재료의 용량을 표준 재료(천연 흑연 분말)보다 20% 향상시킴과 함께, 충 방전의 되풀이에 의한 성능 열화가 억제되는 표면 개질 기술을 개발했다. 나까시마 조교수 등은 전극의 표면 처리에 따르는 표면적의 변화가, 표면의 불소종이나 산소종과 리튬 이온의 화학적 상호 작용을 가져와, 용량을 증가시키는 것으로 추측하고 있다. 휴대 전화기 등의 보급으로 대용량화, 장수명화에 사활을 걸고 있는 리튬 2차 전지 업계에 임펙트를 줄 것으로 보여진다.
나까시마 조교수 등은 금속 니켈 분말의 촉매를 사용해 화학 기상 성장(CVD)법으로 탄화 질소 화합물을 만들었다. 반응을 800-1000℃로 하면 질소 함유량(탄소 14개 또는 21개와 질소 1개)가 많은 생성물이 된다. 온도에 의해 섬유상 분말상이나 혼합물로 되나 그 구조는 탄소와 같은 층상에서도 결정성도 양호했다. 동 조교수 등은 이와 병행해, 탄소 재료 표면에 산소 혹은 불소를 붙임으로서 2차 전지의 부극 탄소 재료의 특성 개량 연구를 진행, 용량의 증가에 성공, 표면 개질이 유효한 것을 확인했다.
탄소 재료 표면의 불소화는, 120℃의 불소 가스에서 2분간 처리했다. 한편 산화는 오존 발생 장치를 사용하는 방법과 700℃에서 15분간 열산화하는 방법을 취했다. 그 어떤 경우에도 충전 방전의 되풀이에 의한 성능 열화는 볼수 없었다. 리튬 이온 2차 전지는 92년의 상품화 이래, 휴대형 PC, 통신 기기 등의 밧데리로서 시장이 급속하게 확대, 작년의 생산량은 3,000만개나 이르고 있다. 그러나 더한층의 소형 고성능화 장수명화나 코스트 다운이 요구되고 있다. 이번에 처음으로 부성 전극 재료의 성능 개선을 표면 개질로 이루어질 가능성이 제안된것은, 동 전지의 앞으로의 개발에 하나의 길을 여는 것으로서 관계자들도 이를 주목하고 있다.
◎플라즈마 클리닝의 원리
저진공 챔버 내부에 Ar, H₂, O₂등의 가스를 표면재질에 따라 단독 또는 혼합하여 투입하면서 전기적 에너지를 가하면 가속된 전자의 충돌에 의하여 투입된 가스가 플라즈마 상태로 활성화 된다. 이러한 플라즈마 상태에서 발생하는 가스의 이온 또는 라디칼 등이 피처리 재료 표면에 충돌하여 미세 유막 제거, 미세 조도 형성등, 표면의 물리 화학적인 변화를 유도함으로써 각종 접착 밀착력 향상, 플라스틱 사출 도장의 불량 방지, 각종 코팅 밀착력을 증대 시키는 역할을 한다.
● 상압 플라즈마(Atmospheric pressure plasma)
상압 (atmospheric pressure) 플라즈마연구와 관련하여서는 기존의 열 플라즈마 등에서 다루던 LTE (Local Thermodynamic Equilibrium) 상태가 아닌 비평형 방전 메커니즘에 대한 연구를 기반으로 상압에서 Uniform Glow Discharge를 안정하게 유지시킬 수 있는 기술에 대한 연구가 본격적으로 추진되고 있다. 최근에는 Dielectric Barrier Discharge 또는 2.45 GHz 의 고주파 마이크로웨이브를 이용한 상압 방전 시스템 개발을 통하여 Batch Type의 진공플라즈마 시스템 사용에 따른 처리공간의 제한점 등을 극복함으로서 금속 박막뿐만 아니라 폴리머, Fabric 소재등 대형 박판 형태의 처리물에 대한 in-line 공정을 가능하게 할 수 있는 기술적, 가격적 경쟁력이 뛰어난 표면처리기술에 대한 필요성이 크게 부각되어 다양한 연구개발이 추진되고 있는 실정이다. 저온/상압 플라즈마 표면처리기술은 위에서 설명된 저온공정기술과 상압 방전기술을 복합적으로 이용하는 플라즈마 응용기술로 기존의 고온 플라즈마 공정 등에서 가지고 있는 고온 공정에 따른 열적변형, 소재선택의 제한 및 공정 Space 한계, 고비용 공정 등의 한계를 보완 할 수 있는 차세대 표면처리기술이라 할 수 있으며 또한 환경청정 공정기술의 특징을 가짐으로서 21세기형 Clean Technology로 평가되고 있다.
플라즈마 디스미어의 원리
저진공 챔버 내부의 가스분자에 전기적 에너지가 가해지면 가속된 전자의 충돌로 인하여 분자, 원자의 최 외각 전자가 궤도를 이탈함으로 이온 또는 반응성이 높은 라디칼이 생성된다. 이렇게 생성된 이온, 라디칼은 계속적인 충돌과 전기적 인력에 의해 가속되어 재료 표면에 충돌, 수 ㎛이내의 영역에서 분자 결합을 파괴하여 Hole 내부의 일정 두께를 깎아 내거나, 미세한 표면요철 생성, 가스 성분의 관능기 형성 등의 물리, 화학적인 변화를 유도함으로써 다음 공정인 동 도금의 밀착력을 향상 시키는 기술로서 기존의 약품( KMnO₄)을 사용하는 습식 Desmear의 문제점(공해/원가상승)을 해결한 최첨단 기술이다.
플라즈마 표면 개질
대기압 플라즈마의 원리
양 전극에 일정 간격을 띄우고 고전압을 인가해 주면 전극 사이 공간에서 방전이 형성되어 반응가스의 이온화가 이루어 진다. 이렇게 형성된 수많은 각종 기능성 이온들은 재료의 표면세정은 물론이고 미세 이물질 제거, 표면조도변경, 극성 관능기 형성 등으로 표면을 개질시켜
인쇄, 코팅, 접합시의 밀착력 향상에 놀라운 효과가 있습니다.

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