• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.259-260
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• 2011

대기압 플라즈마는 멸균과 살균, 지혈, 피부재생, 치아 미백 등 여러 의학 분야를 대상으로 그 효과를 나타내고 있으며, 플라즈마 장비를 만들어 내기 위해 부피가 큰 진공 장비가 필요하지 않다는 점에서 대기압 플라즈마는 그 활용과 효과에 있어 큰 기대를 받고 있다. 대기압에서 플라즈마는 다양한 주파수를 이용하여 만들어져 왔으며, 본 연구실에서 연구하고 있는 수백 MHz-수 GHz 대역의 파워를 사용하는 플라즈마의 경우 대기압 플라즈마를 의학 분야에 사용할 때 만족해야 할 조건들에 만족하는 특성을 보여준다. 기존의 고주파를 사용하는 장비의 경우 추가적인 Matching 장비로 인해 플라즈마를 만들기 위해 큰 장비와 높은 파워가 필요한 단점이 있었다. 하지만 이 마이크로웨이브 장비는 전송선 이론을 기반으로 장비 자체가 구조적인 Matching이 이루어 지도록 설계되었다(그림 1). 즉, 추가적인 Matching 장비의 필요 없이 외부에서 파워를 주는 것만으로 플라즈마를 발생 시킬 수 있으며, 50% 이상의 파워 효율을 보여준다. 또한 그 크기도 손에 쥐고 사용할 수 있을 볼펜 정도의 크기이며, 3W의 정도의 저 전력으로 플라즈마를 발생 시켰다. 높은 에너지를 가지는 전자들은 공급되는 기체뿐만 아니라, 주변 공기와의 반응하여 여러 응용분야에 적합한 활성 종을 다량 만들어내게 된다. 본 연구실의 강점인 플라즈마 시뮬레이션으로 얻은 결과에서 주파수가 올라 갈수록 높은 에너지를 가지는 전자들이 많아지는 것을 보여준다. 그리고 발생시킨 플라즈마의 광학 특성에서도 생의학 분야에 적합한 많은 활성 종들이 발생 되는 것을 확인하였다. 일반적으로 의학 분야에 사용되는 플라즈마의 경우 플라즈마에서 발생하는 열에 의한 피해를 최소화 하는 것이 중요하다. 마이크로웨이브 플라즈마의 경우, 그 플라즈마의 온도가 50$50^{\circ}$C 미만으로 의학 분야에 사용하기 적합하다. 또한 구동 주파수가 올라갈수록 플라즈마를 유지하는데 필요한 전압이 상대적으로 낮아지게 되는데, 이는 전기적 쇼크 등 플라즈마 의용에서 발생하는 안전성 문제에 있어서도 마이크로 웨이브 장비가 좋은 점이다. 본 플라즈마 장비를 구동하기 위한 손바닥 크기 정도의 소형의 전용 파워 장치를 개발함으로써 저전력 소형 플라즈마 장치를 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 마이크로 웨이브 장비는 여러 가지 분야에서 그 효과를 검증 받았다. 혈액 응고 실험에서 30초 정도의 짧은 처리만으로도 자연 응고에 비해 탁월한 지혈 효과를 보여줬다 (그림 2). 충치를 발생시키는 대표적인 구강균인 S.mutans의 살균 실험에서 Ti02와의 복합적인 처리를 통해 30초 미만의 처리로 처리하지 않은 것에 비해 10-6 만큼의 줄어드는 살균 효과를 보여줬다. 뿐만 아니라 치아의 미백에 있어서도 탁월한 효과를 나타냈다. 현재 본연구실에서는 마이크로 웨이브 장비의 기본적인 구조를 응용하여, 좀더 넓은 영역을 처리할 수 있는 대면적 마이크로 웨이브 장비를 위한 연구를 수행 중이다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.10 no.4
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• pp.424-430
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• 2001

An electron Boltzmann equation is solved numerically to calculate the electron energy distribution functions in plasma discharge which is generated by radio-frequency (RF) and microwave frequency electric field. The maintenance field strengths are determined self-consistently by solving the homogeneous electron Boltzmann equation in the Lorentz approximation expressed by 2nd order differential equation and an additional particle balance equation expressed by integro-differential equation. By using this numerical code, the electron energy distribution functions in argon discharge are calculated in the range from RF to microwave frequency. The influence of frequency of the HF electric field on the electron energy distribution functions and ionization rate are investigated.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.29 no.6
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• pp.746-752
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• 2018

In this study, an optimized process for the waste cooking oil based biodiesel production using microwave energy was designed by using Box-Behnken design model. The process variables were chosen as a mole ratio of the methanol to oil, microwave power, and reaction time. Fatty acid methyl ester (FAME) content was then measured. Through the results of basic experiments, the range of optimum operation variables for the Box-Behnken design model, such as the methanol/oil mole ratio and reaction time, were set as between 8 to 10 and between 4 to 6 min, respectively. Ranges of the microwave power were set as from 8 to 12 W/g for 1.30 mg of KOH/g, acid value, while from 10 to 14 W/g for 2.00 mg of KOH/g, acid value. The optimum methanol/oil mole ratio, microwave power, and reaction time were reduced to 7.58, 10.26 W/g, and 5.1 min, respectively, for 1.30 mg KOH/g of acid value. Also, the optimum methanol/oil mole ratio, microwave power, and reaction time were 7.78, 12.18 W/g, and 5.1 min, respectively, for 2.00 mg KOH/g of acid value. Predicted FAME contents were 98.4% and 96.3%, with error rates of less than 0.3%. Therefore, when the optimized process of biodiesel production using microwave energy was applied to the Box-Behnken design model, the low error rate could be obtained.

• Journal of Soil and Groundwater Environment
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• v.9 no.1
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• pp.39-46
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• 2004

Removal efficiencies for diesel fuel and diesel hydrocarbons ($C_10$∼$C_22$) using microwave-enhanced SVE process were evaluated with dry and moist soil, respectively. Diesel removal rates of microwave-enhanced SVE process were 7 times for dry soil and 1580 times for moist soil as great as those of the SVE process without microwave heating. High dielectric property of water contents may accelerate the absorption of microwave energy into soil and thus vaporized the diesel fuel components drastically. The diesel removals were 67.7∼78.4% for $C_10$ and $C_12$, and 0∼18.5% for $C_14$∼$C_22$ for dry and moist soil with SVE process only. On the other hand, dry soil with microwave-enhanced SVE process showed 89.3∼99.4% removal for $C_10$ to and $C_12$ and 35.6∼67.0% for hydrocarbons over $C_14$. All hydrocarbons ($C_10$∼$C_22$) studied were significantly removed (93.6∼99.8%) for moist soil with microwave-enhanced SVE process.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.216-216
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• 2016

마이크로웨이브를 이용한 플라즈마 소스의 경우 동작 압력 범위가 넓고 전자가열이 효율적이며, 낮은 이온에너지를 갖는 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있는 장점이 있어 최근 많은 연구가 되고 있다. 그 중에서 본 연구에 이용된 선형 안테나를 사용하는 마이크로웨이브 플라즈마 장치는 구성이 간단하고, 직 병렬 결합을 통해 고효율, 고밀도의 플라즈마 생성이 가능한 장점이 있다. 본 연구에서는 선형 안테나를 사용하는 마이크로웨이브 플라즈마 소스의 구조에 따른 특성 변화를 2차원 유체 시뮬레이션을 통하여 검증하였다. Maxwell's equation, Continuity equation, Electromagnetic wave equation 등을 이용해 동축관의 유전율과 Gap size에 따른 특성 변화를 관찰하였다. 동축 형태의 도파관을 따라 전달되는 Wave의 파장을 조절하도록 구조를 변화시켜 플라즈마 특성의 변화를 관찰하고 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.131.2-131.2
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• 2015

마이크로웨이브를 이용한 플라즈마는 효율적인 전자가열이 가능하며, 낮은 이온에너지를 가지는 고밀도 플라즈마를 생성시킬 수 있다는 장점이 있다. 최근 산화물 반도체 및 대화면 디스플레이 장치내 소자의 보호막 증착용으로 저온 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정 및 장치의 필요성에 따라 마이크로웨이브를 이용한 PECVD 장치가 주목 받고 있다. 본 연구에서는 실리콘 나이트라이드 공정 장치 개발을 위한 2차원 시뮬레이션 모델을 완성하였다. Global modeling을 이용하여 확보한 Chemical reaction data에 대한 검증을 하였다. Maxwell's equation, continuity equation, electromagnetic wave equation 등을 이용하여 Microwave의 파워 및 압력에 따른 전자 밀도, 전자 온도등의 플라즈마 변수의 변화를 관찰하였다. 또한 Navier Stokes equation을 추가하여 챔버 내의 Gas flow의 흐름을 고려한 시뮬레이션을 진행하여 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.436-436
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• 2010

국내 반도체 시장은 세계 1위의 시장점유율을 가지고 있지만 핵심장비의 경우 국내 장비 기술의 낙후로 인해 대부분을 선진국에 의존하는 실정이다. 따라서 국내 장비 기술의 발전 요구에 따라 연구가 진행되었으며 기존 PE-CVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장비에서의 하전입자에 의한 기판 손상 가능을 제거하고 개개의 반응 원소의 에너지와 플럭스를 조절하여 다양한 공정온도에서 증착을 구현할 수 있는 HNB-CVD(Hyperthermal Neutral Beam Chemical Vapor Deposition) 장비를 개발하였다. 고밀도 플라즈마 생성을 위한 마이크로웨이브 SLAN(Slot Antenna) 소스를 사용하였으며 대면적 공정에 적합하도록 설계하였다. 최적의 설계와 진단을 위한 마이크로웨이브 SLAN 소스내의 E-field 분포 시뮬레이션과 Langmuir Probe 진단이 이루어졌다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.130-130
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• 2010

마이크로웨이브를 소스로 사용하는 상압 공정 장치는 비교적 저렴한 비용과 구동의 용이성 때문에 널리 사용되고 있다. 이러한 상압 마이크로웨이브 장치는 에너지 전달 방식에 따라 도파관을 사용하는 TIA (Torch Inject Axial)방식과 동축선을 사용하는 MPT (Microwave plasma torch)로 구분할 수 있다. 이 중 TIA 방식은 동축선에 비해 에너지 전달 용량이 큰 도파관을 사용하기 때문에 대용량 처리가 가능하다. TIA 방식에서 형성된 플라즈마의 조절과 처리 효율의 증가는 형성되는 각각의 스트리머 채널의 조절에 의해 결정된다. 방전기 내부에서 스트리머 채널은 인가된 전기장의 방향으로 성장하게 되며 전기장 현상을 조절함으로써 스트리머 채널의 조절이 가능하다. 내부에 인가되는 전기장은 마그네트론에 의해 인가되는 전기장, 스트리머 채널간의 유도 전기장, 열적 팽창효과에 의한 스트리머 헤드 형상 변화에 의한 전기장으로 구분될 수 있다. 이 때 각각의 항들의 조절을 위해 생성된 플라즈마의 온도, 밀도 등의 범위를 측정할 필요가 있으며 광학적인 방법을 통해 플라즈마의 온도, 밀도를 측정하였다. 이 결과를 토대로 도파관의 형상, 방전 기체의 유량, 방전 기체의 조성을 통해 각각 전기장의 조절이 가능하였다. 각 변수의 조절을 통해 방전기 내부에서 플라즈마 헤드 성장에 대해 알 수 있었고 끝이 열린 TIA 구조에서 발생하는 플라즈마 수렴 현상을 설명할 수 있었다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.39 no.1
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• pp.34-39
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• 2017

The recent gradual increase in the energy demand is mostly met by fossil fuel, but the research on and development of new alternative energy sources is drawing much attention due to the limited fossil fuel supply and the greenhouse gas problem. This paper assesses the feasibility of producing fuel energy from a dewatered sewage sludge by microwave-induced pyrolysis with sludge char and graphite receptor. Both receptors produced gas, char, and tar in order from product amount. The gas produced for the sludge char receptor contained mainly hydrogen and methane with a small amount of light hydrocarbons. The graphite receptor generated higher gravimetric tar and generated higher light tar. Through the results, the product gas from the microwave processes of wet sewage sludge might be possible as a fuel energy. But the product gas has to be removed the condensable PAH tars.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.32 no.2
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• pp.168-173
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• 2021

In this study, we measured total flavonoids after extracting the total flavonoids from lemongrass which is known to have a high content of antioxidant ingredients when using microwave energy. Also, optimal extraction conditions of active ingredients using central composite design-response surface methodology (CCD-RSM) were presented. Both ultrapure water and alcohol were used as extraction solvents and the volume ratio of ethanol/ultrapure water, microwave irradiation time, and microwave irradiation power were set as independence variables. And the extraction yield and total flavonoids were measured. The optimal extraction conditions using CCD-RSM were the volume ratio of ethanol/ultrapure water = 56.3 vol.%, the microwave irradiation time = 6.1 min, and the microwave irradiation power = 574.6 W. We could also obtain expected results of yield = 17.2 wt.% and total flavonoids = 44.7 ㎍ QE/mL dw under the optimum conditions. The comprehensive satisfaction degree of this formula was 0.8562. The P-value was calculated for the yield of 0.037 and the total flavonoids content of 0.002. The average error from actual experiments established for the verification of conclusions was lower than 2.5%. Therefore, a high favorable level could be obtained when the CCD-RSM was applied to the optimization of extraction process.