• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제21권12호
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• pp.918-925
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• 2021

페로브스카이트 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지를 대체하는 차세대 태양전지로서, 페로브스카이트 구조를 가진 유-무기 하이브리드 물질을 광 활성층으로 사용하는 태양전지 소자로 고효율, 저가의 용액 공정 및 저온 공정에 유리한 장점들을 가지고 있으며 지난 10년간 빠른 효율 향상을 보여주었다. 이러한 페로브스카이트 태양전지의 상용화 과정에서 대면적 코팅 방법에 대해서 연구개발이 진행되어야 한다. 대면적 페로브스카이트 태양전지 대면적 코팅 방법 중 하나로 슬롯-다이 코팅방법에 대해서 연구 진행하였다. 메니스커스를 이용하여 기판 위를 지나가며 용액을 코팅하는 방법으로 3D printer에 메니스커스를 장착하여 코팅을 할 수 있도록 하였다. 코팅 시 작용하는 변수로는 bed 온도, coating speed, N₂ blowing간격, N₂ blowing 높이, N₂ blowing세기등이 있으며 이를 조절하여 페로브스카이트 흡수층을 제작 진행하였으며, 대면적 소자 제작을 위한 코팅 조건을 최적화 하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.262-262
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• 2012

Diamond like carbon(DLC) 박막은 고경도, 초저마찰 특성을 요구하는 마찰분야에 널리 사용되며, 대면적 저가 코팅 방법 개발 및 물성 조절 기술이 요구된다. 본 연구에서는 선형 이온 소스를 통한 DLC 박막의 대면적 코팅 방법은 연구했으며, 방전 주파수 조절에 따른 박막 물성 조절 특성을 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.371-371
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• 2011

태양전지에 대한 관심과 수요가 증가함에 따라 태양전지의 대면적화 및 저가 생산을 위한 유기태양전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 유기태양전지의 대면적화는 현재의 태양전지 시장을 대체하기 위한 중요한 요소 중 하나이다. 기존의 유기태양전지는 주로 스핀코팅법에 의해 제작 되었으나 대면적화 및 유연성 박막 제조 시 공정상 어려움이 있기 때문에 스핀코팅을 대체할 새로운 제조 방법이 개발되고 있다. 그 중, 스프레이 공법을 적용한 유기태양전지 제조방법이 각광을 받고 있으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 유기태양전지 제작을 위하여 금속 전극을 제외한 전 공정 (N형 ZnO 층 -P3HT:PCBM 광흡수층-P형 PEDOT:PSS층)을 용액기반의 스프레이 코팅 공정을 적용하여 제작하였다. 스프레이 공정을 통해 코팅한 ZnO, 광활성 및 PEDOT:PSS 박막의 경우, 각각의 표면거칠기는 스핀코팅에 의해 형성된 박막과 유사한 거칠기 값을 가졌다. 최적의 스프레이 공정을 통하여 ITO/ZnO/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Ag의 구조를 가지는 invert형 유기태양전지를 제작한 결과, AM 1.5G의 광원조건에서 2.95 %의 광변환 효율을 얻을 수 있었다. 이는 기존의 스핀코팅법으로 제작된 소자와 거의 비슷한 성능으로써 저가형□대면적 유기태양전지의 제작 가능성을 보여준 결과이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.324-324
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• 2013

자동차의 경량화 요구에 따라 비중이 큰 기존의 철계 금속재에서 비중이 낮은 알루미늄 합금 및 마그네슘 합금의 경량 금속 재료로 대체 적용하는 것이 요즘의 추세이다. 마그네슘 판재 성형의 경우 윤활제로 인한 마그네슘 판재의 부식이 발생할 수 있다. 이를 개선하기 위해 윤활제의 사용을 최소화 혹은 제로화가 가능하게 하는 진공 플라즈마 표면처리 기술이 시급하다. 본 연구는 무윤활 마그네슘 판재성형을 위한 금형 표면처리 기술로서 각각 질화처리, 비정질 탄소 코팅 공정기술에 관한 연구를 수행하였다. 플라즈마 질화처리는 기존의 질화방법에 비교하여 비교적 저온에서 짧은 시간에 표면에 백화현상이 발생하지 않는 대면적 플라즈마 질화공정 기술 구현이 가능하였으며, 비정질 탄소 코팅 공정은 모재와의 밀착력을 높이기 위한 공정 조건을 연구하였다. 각각의 표면처리된 금형을 이용하여 성형테스트를 실시하고 이 때의 마그네슘 판재의 성형성을 관찰하였다. 따라서 본 연구의 최종 목표는 무윤활 상태에서 마그네슘 판재가 성형이 가능한 금형 진공 표면처리 방법을 개발하는 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.459-459
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• 2010

대면적 마그네트론 스퍼터링 캐소드를 이용하여 고효율 스퍼터링을 실현하기 위해서는 진공 상태에서 하전입자의 손실을 최소화하여 플라즈마 내에 많은 입자를 구속하는 기술이 요구된다. 본 연구에서는 고효율 특성을 갖는 대면적 캐소드($127mm{\times}900mm$) 설계를 위해 유한요소법(Finite Element Method) 수치해석 알고리즘을 이용한 3차원 전자장(Magnetostatic) 시뮬레이션 툴을 이용하여 최적화된 캐소드를 설계하였다. 캐소드 타겟 배면에 생성되는 자기장의 3차원 특성 해석을 통해 타겟효율에 가장 큰 영향을 미치는 자속밀도의 관계를 분석하였다. 고효율 캐소드 구조 설계를 위해서는 타겟 배면에 평행한 자속밀도의 분포를 최대한 확보를 것이 매우 중요하다. 이러한 특성을 확보하기 위하여 캐소드 내부에 장착되는 자석 크기 및 특성에 따른 자속밀도 특성을 해석하였다. 개발된 마그네트론 캐소드에 Si 타겟을 장착하였다. 캐소드 특성 평가를 위해 Ar 분위기 및 $O_2$를 동시에 인가하여 Si 및 $SiO_2$ 박막을 유리기판에 코팅하였다. 코팅된 박막의 특성 평가는 결정구조와 두께에 따른 투과율 및 반사율 측정을 수행하였다. Si 박막의 경우, 갈색의 코팅막을 형성하였으며, $SiO_2$의 경우, 투명한 박막으로 증착되었고 조성분석(EDXS)에 의해 $SiO_2$로 잘 코팅되었음을 확인할 수 있었다. 그리고, $SiO_2$가 코팅된 막의 투과율은 유리기판에 비해 1% 정도 향상되었음을 확인할 수 있었다. 마그네트론 캐소드 성능은 Si 타겟의 erosion 형상 분석과 3차원 유한요소법 프로그램을 이용한 자기장 분석을 통해 비교 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.205.1-205.1
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• 2016

핵융합로에서 고온, 고에너지 플라즈마에 장기간 노출되는 플라즈마 대면재는 고속 입자와 중성자에 의한 열화 및 침식과 높은 열부하를 견뎌야 하므로 높은 수준의 재료기술과 표면 코팅기술의 개발이 필요하다. 텅스텐은 용융점이 높고, 스퍼터링(Sputtering) 현상이 적으며, Tritium 재침적 현상이 제한되는 우수한 특성 때문에 핵융합로 대면제에 적용하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 VPS(vacuum plasma spray) 장비를 이용하여 5, 10, $25{\mu}m$ 크기의 텅스텐 분말을FM(ferritic-martenitic) steel 기판에 용사 코팅하였다. 입자 크기를 달리하여 제작한 3종의 시편은 시편 전후 두께 및 무게 변화, 현미경이미지, 비커스 경도, 3D 표면 형상, XRD를 이용하여 코팅층의 특성을 평가하였으며, $10{\mu}m$ 크기의 텅스텐 분말 시편이 가장 우수한 특성을 나타내는 것을 확인하였다.

• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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• 제31권6호
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• pp.26-33
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• 2018

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.92.1-92.1
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• 2018

표면증강 라만 산란(Surface Enhancement Raman Scattering, SERS) 기판의 경우, 규칙적인 배열을 갖는 나노구조 및 나노패턴 기판과 금속 나노구조의 고밀도 패킹이 고감도 화학물질 검출에 중요하다. 또한 폭넓은 응용 가능성에도 불구하고 기판 제작의 비용이 높고 재현성이 떨어져 상용화에 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 다공성 알루미나(Anodic Aluminum Oxide, AAO)를 사용하여 Ag 나노입자가 코팅된 나노기둥 배열(Nanopillar array)을 갖는 고분자 필름의 SERS-active 기판을 제작하여 공정비용을 낮추고, 대면적화로 생산성을 높이고자 한다. 다단계 양극산화 공정과 복제 기술을 통해 다양한 지름과 높이를 갖는 맥주병 형상의 나노기둥 배열을 제조하였고, aspect ratio가 2.3인 나노기둥 배열에서 최대의 SERS 신호 강도와 높은 재현성을 확인하였다. SERS 신호의 세기는 Ag 나노입자가 코팅된 나노기둥 배열의 열처리 온도와 분석 물질의 농도에 따라 비례하며 이를 바탕으로 정량적인 고감도 진단, 바이오 화학 물질 센서에 매우 적합함을 알 수 있다.

• 공업화학
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• 제33권6호
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• pp.613-617
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• 2022

미세먼지 다량배출사업장의 미세먼지를 제거하는 백하우스의 백필터 여과체를 제작하기 위한 대면적 PTFE 나노섬유 제조 장치를 설계하여 제작하였다. 상용 PTFE 폼 필터의 미세먼지 여과효율을 높이기 위해 전기방사 공정과 열처리 공정을 이용하여 PTFE 나노섬유를 코팅하였다. PTFE 나노섬유를 대면적의 PTFE 폼 필터 표면에 연속적으로 코팅하기 위하여 roll-to-roll 공정용 장비와 제조 공정을 제안하였다. PTFE 나노섬유를 연속적으로 제작하기 위해 전기방사부와 열처리부를 roll-to-roll 공정에 맞게 장비를 최적화하여 설계하고 제작하였다. 본 장비를 이용하여 대면적 필터 여과체를 제조하고, 제조된 여과체의 표면 형태, 조성, 필터 특성을 확인하였다. 롤 형태의 대면적 여과체 전반에 걸쳐 PTFE 나노섬유가 균일하게 코팅되었고, 본 여과체는 280 ℃에서도 280 ℃에서도 PM_2.5 기준 91.79%의 높은 집진효율과 1 m/min 기준 62 Pa의 우수한 압력 손실 특성을 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.249-249
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• 2010

핵융합로에서는 디버터의 열부하에 대한 안전성을 고려하기 위해 열전도도 및 열 저항성이 높은 텅스텐이 대면 물질로 고려되고 있으며, 경제적인 측면과 실용성 측면에서 텅스텐블록을 직접 제작하여 사용하는 것보다 텅스텐코팅이 효과적이라는 의견이 지배적이다. 또한 ASDEX Upgrade 에서는 탄소블럭에 텅스텐을 코팅하여 챔버 외벽 및 디버터 영역까지 구성하여 캠페인을 진행하였고, 재료적인 측면에서 안정성을 확인 하였다. 따라서 본 연구에서는 디버터 및 챔버외벽 등에 대한 대면물질을 구성하기 위해 상압 열플라즈마 제트를 이용하여 고온에서의 용융 및 냉각을 통해 모재에 텅스텐 피막을 적층하는 과정을 수행하고 있다. 기존의 연구를 통해 일부 공정 변수에 대해서는 이미 적정한 범위의 공정조건을 확보하였고, 기공도와 산화도 및 부착력 등의 물성치에 대한 추가적인 향상을 위해 주요 공정 변수에 집중하여 최적의 조건을 탐색하는 과정이 진행 중이다. 이를 위해 출력증가실험의 일환으로서 기존 36kW급 플라즈마 토치 전력을 한 단계 끌어 올려 48kW급 전력까지 단계적으로 상승시킴으로써 이에 따른 물성치 변화를 검증하고 있다. 현재 44kW 급까지 실험이 수행되었으며, 이를 통해 공극률 감소 및 미세구조 변화에 대한 결과를 얻었다. 실제로 토치의 출력을 증가시킴으로서 텅스텐 피막의 물성치가 변화하는 메커니즘은 플라즈마 제트의 중심부 온도 및 축방향 속도에 의해 결정된다. 중심부 온도가 상승하게 될수록 코팅을 위해 분사되는 분말의 용융률은 증가하지만 분말 외벽에 산화텅스텐이 형성될 가능성은 증가하게 되며, 플라즈마 제트의 모재를 향상 축방향 속도가 증가할수록 용융 된 분말이 모재에 증착 시 형성하는 형태가 원형에 가깝게 되므로 기공이 감소하는 효과가 발생한다. 특히 용융된 분말의 증착 형태는 모재의 온도 및 분말의 입사속도에 결정적이 영향을 받게 되며, 결국 모재와 분말사이의 습윤성에 의한 분말 분산속도가 분말의 입사속도에 버금갈 경우 분말은 모재 위에서 효과적으로 원형으로 전이하며 적층하게 된다. 이러한 전이 현상은 앞에서 언급한 모재의 온도 등에 의해 결정적으로 영향을 받게 되며, 모재의 온도가 전이온도 이하일 경우 폭파형태에서 원형으로 분말의 증착 형태가 전이하게 된다. 이외에 추가적으로 진행하고 있는 연구는 코팅 전처리에 해당하는 분말 효과이며, 특히 탄화텅스텐 분말을 통한 재료적 auto-shroud 효과와 미세분말을 이용한 분말 표면열속의 증가에 따른 용융률 증가효과를 연구에 포함할 계획이다. 이러한 연구는 열적, 그리고 재료적 해석을 바탕으로 해석적 접근을 통해 이루어진다.