약전리 플라즈마에서의 활성 화학종 및 이온풍 과의 상관 관계

Abstract

대기압 약전리 플라즈마는 여러 응용분야로의 적용을 위해 많이 연구되어 왔고, 현재까지도 공간상으로 플라즈마를 방출할 수 있는 장점을 살려 에너지 및 환경분야부터 생의학 분야까지 다양한 분야에 응용이 시도되고 있다. 여러 대기압 플라즈마 소스 형태 중 유전장벽방전은 구조가 간단하고 성능 신뢰도가 높은 등 여러 장점으로 인해 활발히 활용되고 있다. 주변 공기 내에서 구동되는 유전장벽방전 대기압 플라즈마의 경우 고밀도의 활성 산소종 및 질소종 발생과 이온풍 발생이 동시에 수반된다. 최근 응용목적에 따라 이온풍 및 활성종 제어에 대한 기술의 필요성이 증가하고 있으며, 이를 위해 플라즈마 운전조건에 따른 활성종과 이온풍의 상관관계에 대한 이해가 필수적이다. 그럼에도 불구하고 이온풍 내에 존재하는 활성종의 공간분포는 전체적인 이온풍의 흐름과 동일할 것으로 유추할 뿐 아직까지 연구된 바 없다. 본 연구에서는 2차원 흡수흡광도법을 이용하여 활성종의 흐름을 실험적으로 고찰하였다. 파장을 구분할 수 없는 카메라의 한계를 광학 간섭필터를 이용해 보완함으로써 타겟 물질의 흡수파장에 대한 2차원 이미징 및 흡광도 분포를 계산하여 물질의 공간적인 분포를 얻을 수 있었다. 이 진단법을 통하여 2 kV 부터 5 kV의 전압 및 20 kHz에서 50 kHz의 주파수 범위내의 여러 방전조건에서 대기압 유전장벽방전을 통해 발생한 활성종의 공간분포를 성공적으로 얻었으며, 이를 Schilieren 기법을 통해 얻은 중성기체 흐름 이미지와 비교하여 이온풍과의 상관관계를 보았다. 본 발표에서는 방전에 의해 발생되는 여러 활성종 중 흡수 파장이 255 nm인 오존을 목표 물질로 선정, 방전조건에 따른 이온풍과 오존의 공간분포를 중점적으로 다룬다. 이는 활성종 수송 및 제어에 대한 기초 연구자료로써 이용될 것을 기대한다.