• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 2000.04a
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• pp.51-52
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• 2000

생물공정의 운전에 있어서 적절한 공정변수가 부족한 경우가 많다. 이것은 멸균과정을 견딜 수 있는 신뢰성 높은 센서가 부족하기 때문이다[1]. 생물공정에 주로 사용되는 센서로서는 온도, pH, D.O., rpm, viscosoty 등이 있으나 이 센서들은 배양액의 물리적 혹은 화학적 상태를 측정할 수 있는 경우가 대부분이다[2]. 미생물의 대사활동과 관련이 있는 공정 변수로는 배출가스의 성분을 측정하여 얻을 수 있는 Oxygen uptake rate, Carbon dioxide evolution rate 및 Respiratory quotient가 있으며 현재 생물공정의 운전에 사용되고 있다[3]. 그러나 반복적인 센서의 보정과 연결관의 잦은 청소 및 보수를 필요로 하여 제한적으로 사용되고있는 실정이다. 자동화된 습식분석장치, Gas chromatograph, High Performace Liquid Chromatograph 혹은 Mass spectrophtometry 등을 온라인 샘플 처리장치와 연결하여 발효조의 배양액의 성분을 온라인으로 분석하고 공정의 운전에 응용하는 사례가 많이 발표되었다[4-6]. 고가의 장비 및 운전의 번거러움이나 추가적인 인력이 필요하므로 역시 특별한 경우에만 사용되고 있다. 이외에도 여러 종류의 온라인 센서 및 바이오 센서등이 개발되어 사용되고 있으나 역시 그 사용범위는 특수한 영역에 한정되어있다. 이와 같이 새로운 센서를 개발하여 공정변수를 측정하려는 시도중의 하나가 소프트웨어 센서의 개발이다. 이 것은 공정상에서 발생하는 1차 공정변수를 이용하여 배양액의 상태 혹은 2차적인 공정 변수를 추측해내는 것이다. 대부분의 경우 기존의 공정 변수를 사용하므로 추가적인 비용이 들지 않고 소프트웨어의 형태로 구현되므로 센서의 보정과 설치 및 유지관리의 노력이 매우 적은 장점이 있다. 본 연구에서는 생물공정에서 자동제어 과정에서 발생하는 여러 가지 공정상의 제어 신호로부터 새로운 공정 변수를 얻어내고자 시도하였다. 대부분의 생물공정에서는 pH의 자동제어가 필수적인데 자동제어 과정에서 발생하는 pH 제어 신호 및 pH의 변화 응답신호를 이용하여 배지의 완충용량의 변화와 알칼리의 소비속도를 온라인으로 측정할 수 있었다. 여기에 인공지능망을 설계하여 균체의 량을 온라인으로 추정하는 방법을 개발하였다 [7].산업용 발효조의 운전 온도는 주로 냉각수의 단속적인 공급에 의하여 항상 일정하게 조절된다. 따라서 냉각수의 냉각량을 측정하면 미생물의 배양시 발생하는 대사열량을 측정할 수 있게 된다. 본 연구에서는 실험실의 발효조를 냉각수의 단속적인 공급에 의하여 자동온도 조절이 되도록 개조하고 여기에 냉각수의 유출입 지점에 온도센서를 부착하여 냉각수의 온도를 측정하고 냉각수의 공급량과 대기의 온도 등을 측정하여 대사열의 발생을 추정할 수 있었다. 동시에 이를 이용하여 유가배양시 기질을 공급하는 공정변수로 사용하였다 [8]. 생물학적인 폐수처리장치인 활성 슬러지법에서 미생물의 활성을 측정하는 방법은 아직 그다지 개발되어있지 않다. 본 연구에서는 슬러지의 주 구성원이 미생물인 점에 착안하여 침전시 슬러지층과 상등액의 온도차를 측정하여 대사열량의 발생량을 측정하고 슬러지의 활성을 측정할 수 있는 방법을 개발하였다.

• Resources Recycling
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• v.15 no.1 s.69
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• pp.46-57
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• 2006

For the development of combustion technology of RDF(refuse derived fuel), combustion characteristics are examined in bubbling fluidized bed, circulating fluidized bed, continuos combustor and batch type combustor. The characteristics of combustion and exhaust gas has been compared and analyzed in many type of combustion facilities, which has been utilized as basic data for the advanced research of specified RDF combustion facility. Stable combustion has been observed in bubbling and circulating fluidized bed from controled operating condition like the proper feeding rate and superficial gas velocity. In circulating fluidized bed, concentration of NOx has been increased with the operating condition by the fuel-NO and oxygen reaction and $SO_2$ can be considered not to be produced in RDF fluidized bed from very low concentration in flue gas. HCl concentration is 36.4 ppm as average value and lower than standard emission value, but the counter plan is needed. Shaped RDF and fluff RDF have been compared in continuos combustor and batch type combustor and shaped RDF shows benefit for the stable heat recovery and gas emission shows similar value and characteristics.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.35 no.8
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• pp.789-798
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• 2011

We carry out an experimental investigation to analyze the basic performance of NO(nitric oxide) storage in a lean phase and also analyze the NO reduction achieved by the spraying of reducing agents in the rich phase of the exhaust gas in an LNT(Lean NOx Trap). This is an after-treatment system used to reduce the NOx emissions from a diesel engine. If the stored NO is reduced, we measure the outlet concentration downstream of the LNT. The test LNT material used in the experiments is commercial LNT. After being canned into stainless-steel(SUS304), it was built in a micro bench-flow reactor. Compositions of feed gases, three heated and three no heated gases were sprayed upstream of the LNT to analyze the characteristics. We use various temperatures and space velocities as response variables.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.30 no.2
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• pp.119-125
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• 2017

Ablative material in a rocket nozzle is exposed to high temperature combustion gas, thus undergoes complicated thermal/chemical change in terms of chemical destruction of surface and thermal decomposition of inner material. Therefore, method for conjugate analysis of thermal response inside carbon/phenolic material including rocket nozzle flow, surface chemical reaction and thermal decomposition is developed in this research. CFD is used to simulate flow field inside nozzle and conduction in the ablative material. A change in material density and a heat absorption caused by the thermal decomposition is considered in solid energy equation. And algebraic equation under boundary layer assumption is used to deduce reaction rate on the surface and resulting destruction of the surface. In order to test the developed method, small rocket nozzle is solved numerically. Although the ablation of nozzle throat is deduced to be higher than the experiment, shape change and temperature distribution inside material is well predicted. Error in temperature with experimental results in rapid heating region is found to be within 100 K.

• Journal of Bio-Environment Control
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• v.30 no.4
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• pp.401-409
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• 2021

This study aimed to estimate the photosynthetic capacity of tomato plants grown in a semi-closed greenhouse using temperature response models of plant photosynthesis by calculating the ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase maximum carboxylation rate (V_cmax), maximum electron transport rate (J_max), thermal breakdown (high-temperature inhibition), and leaf respiration to predict the optimal conditions of the CO₂-controlled greenhouse, for maximizing the photosynthetic rate. Gas exchange measurements for the A-C_i curve response to CO₂ level with different light intensities {PAR (Photosynthetically Active Radiation) 200µmol·m^-2·s^-1 to 1500µmol·m^-2·s^-1} and leaf temperatures (20℃ to 35℃) were conducted with a portable infrared gas analyzer system. Arrhenius function, net CO₂ assimilation (A_n), thermal breakdown, and daylight leaf respiration (R_d) were also calculated using the modeling equation. Estimated J_max, A_n, Arrhenius function value, and thermal breakdown decreased in response to increased leaf temperature (> 30℃), and the optimum leaf temperature for the estimated J_max was 30℃. The CO₂ saturation point of the fifth leaf from the apical region was reached at 600ppm for 200 and 400µmol·m^-2·s^-1 of PAR, at 800ppm for 600 and 800µmol·m^-2·s^-1 of PAR, at 1000ppm for 1000µmol of PAR, and at 1500ppm for 1200 and 1500µmol·m^-2·s^-1 of PAR levels. The results suggest that the optimal conditions of CO₂ concentration can be determined, using the photosynthetic model equation, to improve the photosynthetic rates of fruit vegetables grown in greenhouses.

• Journal of Energy Engineering
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• v.15 no.4 s.48
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• pp.277-283
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• 2006

In this study, butane 100% was used as fuel to verify the real fuel effect such as vapor pressure variation due to temperature change. A MPI fuel injection system for V-6 engine, which has reverse 'L' type cross section to minimize the possibility of liquid phase injection, was composed and one bank was operated under sequential injection scheme. Flow rate were measured according to injection duration, interval, and pressure. Also occurring of liquid phase injection was monitored with varying vaporizer and fuel rail temperature. The result shows that basic characteristics of injection is a relatively difference between air and LPG injection. Under cold start condition, however, the occurrence of liquid injection becomes more severe as the pressure increases, and sufficiently high temperature both in vaporizer and fuel rail is very important to insure gaseous injection. In addition, the temperature of vaporizer plays more important role in keeping LPG vapor state and the reverse 'L' type cross section of the rail is available to prevent liquid injection.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.62-62
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• 2000

비접촉식 온도센서는 물체에서 방출하는 적외선 등의 복사신호를 열에너지로 전환하고 이를 다시 전기신호로 2차 에너지 변환하여 온도를 감지하는 센서로 인체 검지를 응용한 다양한 상품 및 교통, 방재, 빌딩 시스템 등의 분야에 널리 응용되고 있다. 비접촉식 적외선 센서는 열에너지를 전기에너지로 변환하는 방법에 따라 양자형과 열형으로 구분되며, 이중 양자형은 광전도나 광기전력 효과 등을 이용하여 감도 및 응답성이 우수하다는 장점을 지니고 있지만, 소자부를 80K 이하 온도로 유지시키는 냉각을 필요로 하므로 대형 제작이 불가피하고 그 용도가 제한적이다. 열형은 냉각이 필요 없고 소형으로 제작가능한 장점을 지니고 있어 써모 파일이나 초전체를 이용한 번용 센서가 보급되고 있다. 그러나 써모파일의 경우 출력되는 전기 신호가 미약하여 감도 및 응답성을 향상하기 위해 구조가 복잡하고, 특히 모터초퍼나 저항을 전압으로 변환시키는 전력기 등이 필요로 하는 단점을 지니고 있다. 따라서 이러한 문제점을 보완하기 위해 열전재료 박막을 이용한 적외선 센서를 개발하려는 노력이 진행중에 있다. 열전박막을 이용한 적외선 센서는 열전재료의 Seebeck 현상을 이용하여 열에너지에서 전기에너지의 변환이 자가발전으로 이루어져 offset과 외부 바이어스를 필요로 하지 않는다. 또한 작은 온도 변화에도 그 감도와 응답성이 높고, 출력신호가 커서 증폭기 등이 불필요한 장점을 지니고 있다. 특히 초전형 센서가 상온에서도 기판에 대한 열 확산을 제어해야 하는 문제점을 갖는 반면, 열전박막형 적외선 센서는 고온에서도 안정된 출력 신호를 얻을 수 있어 그 활용 온도 범위가 크게 확대될 것으로 기대된다. 본 실험에서는 우수한 열전특성을 갖는 (Bi1-xSbx)2Te3 박막을 얻기 위해 열팽창계수가 작고 알칼리 원소가 0.3% 이하로 포함되어 있는 corning glass(# 7059)를 기판으로 사용하였다. 또한 최적의 열전특성을 나타내는 조성을 실험적으로 구하기 위해 (Bi0.2Sbx)2Te3 조성의 합금 타？ 위에 Bi2Te3 및 Sb2Te3 chip을 올려놓고 그 면적을 변화시켜 다양한 조성의 열전박막을 증착하였다. 열전박막의 증착시 산화와 오염에 의한 열전특성 변화를 최소화하기 위해 초기진공도를 1$\times$10-6 Torr로 하였으며, Ar 가스를 흘려주어 2$\times$102 Torr 의 증착진공도를 유지하였다. 열전박막을 증착하기 전에 기판을 10분간 200W의 출력으로 RF 처리하였으며, 30$0^{\circ}C$에서 33 /sec의 속도로 (Bi1-xSbx)2Te3 박막을 증착하였다. 이와 같이 제조된 (Bi1-xSbx)2Te3 박막의 미세구조를 SEM으로 관찰하고 EDS로 조성을 분석하였으며, XRD를 이용하여 결정성을 관찰하였다. 또한 (Bi1-xSbx)2Te3 박막의 Seebeeck 계수 및 전기비저항을 측정하고 증착된 박막조성, 결정상, 미세구조와 열전특성간의 상관관계를 고찰하였다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.23-23
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• 2010

마찰교반접합(Friction Stir Welding)은 1991년 영국 TWI에서 개발된 접합 법으로서 일정한 속도로 회전하는 툴이 재료내부에 삽입 되면서 툴과 재료사이에서 마찰열이 발생하여 연화된 재료와 접합 툴 사이에서의 기계적 교반에 의해 소성변형이 일어남과 동시에 접합이 이루어진다. 마찰교반접합은 동적 재결정에 의한 접합부의 미세한 결정립 형성으로 인하여 기계적 특성이 향상되며 보호 가스가 필요 없어 친환경적임과 동시에 용융 용접 법에 비해 접합 시 에너지 소모가 적다는 장점이 있다. 마찰교반접합은 기존의 저융점 재료에 관한 접합을 넘어서 최근에는 철계 합금, 타이타늄 합금, 니켈계 합금 등 고융점 재료에서의 적용에 관한 연구가 이루어지고 있다. 하지만 마찰교반접합을 이용하여 위와 같은 강한 재료를 접합하기 위해서는 내구성이 갖추어진 툴이 반드시 수반된다. 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강은 염화물의 농도가 높은 부식 환경에 적용되는 소재로서, 공식(pitting corrosion) 및 틈부식 (crevice corrosion)에 대한 내식성을 높이기 위하여 Mo의 함량을 6%로 낮추고 20~25% Cr과 Ni을 첨가하여 사용된다. 이러한 고합금의 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강은 여타 내식성 합금에 비하여 내식성이 매우 우수한 것으로 알려져 있다. 최근 SO2 배출에 대하여 규제가 강화되면서 화력 발전소용 탈황 설비 중 일부 장비에서 6% Mo가 첨가된 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강의 사용이 늘어나고 있다. 본 연구에서는 $Si_3N_4$ 툴을 사용하여 Mo이 6% 첨가된 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강인 1925hMo강을 마찰교반접합하였다. 툴 회전속도 (200rpm, 300rpm, 460rpm, 700rpm)를 변수로 하여 접합을 실시하였다. 접합 후 외관상태를 점검하였으며 광학현미경 (optical microscope)과 주사전자현미경 (scanning electron microscope)을 사용하여 미세조직 관찰을 하였으며 경도 및 인장강도 측정 등의 실험을 통하여 접합부의 기계적 특성을 평가하였다. 그 후 이러한 결과를 통하여 미세조직과 기계적 특성과의 관련성을 조사하였다.

• Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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• 2011.04a
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• pp.376-377
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• 2011

최근 Mg, Mg-Al합금, Al은 전자제품의 케이스, 차량의 휠 등의 신소재로서 활용성이 높아 사회적 수요가 급격히 늘고 있다. 이러한 수요 증가와 함께 관련 사업장에서는 취급 과정에서 폭발사고 위험성이 높아지고 있는데, 2010년도에는 국내 사업장에서 금속 분진에 의한 폭발사고가 4건이 발생하여 인명 및 재산피해가 발생하였다. Mg-Al합금의 폭발사고로 사망 1명과 부상 2명이 발생하였으며, Al분진의 폭발사고는 3건이 발생하여 사망 2명과 부상 3명의 인명피해로 이어졌다. 사고조사를 통하여 사업장에서의 금속분진에 대한 위험인식이 매우 낮은 것이 유사 사고가 반복되고 있는 가장 큰 이유로 알려지고 있는데, 이는 금속분진에 대한 부족한 안전기술정보와 밀접한 관련이 있다. 본 연구에서는 Mg, Mg-Al합금, Al등을 취급하는 관련 사업장에서 폭발사고 예방대책을 위하여 활용할 수 있는 폭발특성에 관한 안전기술정보 제공을 목적으로 하고 있다. 보다 구체적으로는 사고 다발 금속분진에 대한 위험성 이해에 도움을 될 수 있도록 동일 입경분포 조건에서의 위험성을 정량적으로 평가하였으며, 이를 위하여 각 금속분진의 동일 입경 조건에서 최대폭발압력, 폭발하한계 등의 폭발위험성 데이터를 실험적으로 조사 하였다. 조사한 시료는 평균입경 200 mesh의 Al, Mg, Mg-Al(60:40 wt%)로서 입도분석기(Beckman Coulter LSI 3320)를 사용하여 측정한 결과 평균입경은 약 $155{\mu}m$로 나타났다. Al분진의 농도변화에 따른 폭발압력을 조사한 결과, 최대폭발압력(Pmax)은 7.9 bar였으며 최대폭발압력상승속도 (dt/dP)max는 농도 $1500[g/m^3]$에서 322 [bar/s]로 최대가 되었으며 폭발 하한계(LEL)는 $70[g/m^3]$가 얻어졌다. 반면에 순수한 Mg의 LEL은 $30[g/m^3]$였으며 Pmax는 6.4 bar, (dP/dt)max는 100 [bar/s]가 얻어졌다. 이러한 결과로부터 LEL이 낮은 Mg는 Al보다 연소성이 큰 것으로 나타났으며, Al은 화염을 유지하는데 필요한 최저 열분해 가스농도를 확보하는데 Mg보다도 고농도의 분진이 필요함을 알 수 있었다. 또한 Mg-Al(60:40 wt%)의 LEL은 $50g/m^3$이었으며 Pmax는 9.4 bar, (dP/dt)max는 472 [bar/s]가 얻어졌다. 이러한 결과로부터 Mg-Al(60:40 wt%)합금의 연소성을 살펴보면 착화하기 쉬운 정도는 Mg와 Al의 성분비에 의해 변화하지만 Mg와 Al의 중간 정도로 나타나는 반면, Pmax는 Mg 또는 Al의 단독 물질 성분보다도 매우 큰 것을 알 수 있었다. 본 연구를 통하여 단일 성분의 Mg와 Al보다도 Mg와 Al이 일정 비율로 구성된 Mg-Al합금의 경우가 화재폭발 위험성이 증가한다는 사실을 알 수 있었으며, 이와 같은 폭발위험특성 자료를 활용하여 분진의 보관, 취급, 폐기 등의 지속적 관리가 필요하며 사업장 특성에 적합한 안전대책을 통한 사고예방대책이 요구된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.214-214
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• 1999

다이아몬드를 반도체용 열방산용기판 등으로 사용하기 위해서는 수백 $\mu\textrm{m}$ 두께의 대면적 웨이퍼가 요구된다. 이를 위해서 DC are jet CVD, MW PACVD, DC PACVD 등이 개발되어, 현재 4"에서 8"까지의 많은 문제를 일으키고 있다. 본 연구에서는 multi-cathode DC PACVD법에 의한 4" 다이아몬드 웨이퍼의 합성과 합성된 막의 특성변화에 대한 연구를 수행하였다. 또한, 웨이퍼의 휨과 crack 발생거동과 대한 고찰을 통래 휨과 crack이 없는 웨이퍼의 제작방법을 고안하였다. 사용된 음극의 수는 일곱 개이며, 투입된 power는 각 음극 당 약 2.5kW(4.1 A-600V)이었다. 사용된 기판의 크기는 직경 4"이었다. 합성압력은 100Torr, 가스유량은 150sccm, 증착온도는 125$0^{\circ}C$~131$0^{\circ}C$, 수소가스네 메탄조성은 5%~8%이었다. 합성 중 막에 인가되는 응력은 합성 중 증착온도의 변화에 의해 제어하였다. 막의 결정도는 Raman spectroscopy 및 열전도도를 측정을 통해 분석하였다. 성장속도 및 다이아몬드 peak의 반가폭은 메탄조성 증가(5%~8%)에 따라 증가하여 각각 6.6~10.5$\mu\textrm{m}$/h 및 3.8~5.2 cm-1의 분포를 보였다. 6%CH4 및 7%CH4에서 합성된 웨이퍼에서 측정된 막의 열전도도는 11W/cmK~13W/cmK 정도로 높게 나타났다. 막두께의 uniformity는 최대 3.5%로 매우 균일하였다. 막에 인가되는 응력의 제어로 직경 4"k 합성면적에서 두께 1mm 이상의 균열 및 휨이 없는 다이아몬드 자유막 웨이퍼를 합성할 수 있었다.다이아몬드 자유막 웨이퍼를 합성할 수 있었다.active ion에 의해 sputtering 이 된다. 이때 plasma 처리기의 polymer 기판 후면에 magnet를 설치하여 높은 ionization을 발생시켜 처리 효과를 한층 높여 주었다. 이 plasma 처리는 표면 청정화, 표면 etching 이 동시에 행하는 것과 함께 장시간 처리에 의해 표면에서는 미세한 과, C=C기, -C-O-의 극성기의 도입에 의한 표면 개량이 된다는 것을 관찰할 수 있다. OPP polymer 표면을 Ar 100%로 plasma 처리한 경우 C-O, C=O 등의 carbonyl가 발생됨을 알 수 있었다. C-O, C=O 등의 carbynyl polor group이 도입됨에 따라 sputter된 Al의 접착력이 향상됨을 알 수 있으며, TEM 관찰 결과 grain size도 상당히 작아짐을 알 수 있었다.onte-Carlo 방법으로 처리하였다. 정지기장해석의 경우 상용 S/W인 Vector Fields를 사용하였다. 이를 통해 sputter 내 플라즈마 특성, target으로 입사하는 이온에너지 및 각 분포, 이들이 target erosion 형상에 미치는 영향을 살펴보았다. 또한 이들 결과로부터 간단한 sputtering 모델을 사용하여 target으로부터 sputter된 입자들이 substrate에 부착되는 현상을 Monte-Carlo 방법으로 추적하여 성막특성도 살펴보았다.다.다양한 기능을 가진 신소재 제조에 있다. 또한 경제적인 측면에서도 고부가 가치의 제품 개발에 따른 새로운 수요 창출과 수익률 향상, 기존의 기능성 안료를 나노(nano)화하여 나노 입자를 제조, 기존의 기능성 안료에 대한 비용 절감 효과등을 유도 할 수 있다. 역시 기술적인 측면에서도 특수소재 개발에 있어 최적의 나노 입자 제어기술 개발 및 나노입자를 기능성 소재로 사용하여 새로운 제품의 제조와 고압 기상