Others 수소 플라즈마 관련해서 질문이 있습니다. [MFC와 H2 gas retention]
2017.07.24 13:56
안녕하세요. 저는 화학생물공학부에서 석사과정중인 학생입니다.
다름이 아니라 저희 실험실에서 TEM 그리드 표면개질을 하는데 수소 플라즈마 처리를 하고 싶은데 저희가 갖고 있는 장비로 될지 여쭤보기 위해서 이렇게 글 올립니다.
현재 갖고 있는 플라즈마 장비는 PELCO의 easiGlow 라는 장비인데요, 저희는 그냥 따로 가스관을 연결하진 않고 지금까지는 그냥 공기를 써서 O2 플라즈마로만 썼었습니다.
그런데 저희가 갖고 있는 장비로 수소통에 regulator를 달아서 연결하면 수소 플라즈마가 혹시 가능할지 궁금해서 여쭤봅니다.
스펙은 다음과 같습니다.
Specifications of the PELCO easiGlow™ Glow Discharge system
| Plasma Current | 0-30 mA |
| HV Power supply | 30W Continuous Rating |
| Glow Discharge Head Polarity | User Selectable positive or negative |
| Process Platform | Ø75mm with recess for 25 x 75mm slide |
| Glow Discharge Platform Height Control | 1-25 mm |
| Preprocess Hold Timer | 0-14411 sec. |
| Process Timer | 0-900 sec. |
| Chamber Size | Ø120 x 100mm H with sealed Delrin top plate (inside Ø106 x 90mm) |
| Process/Vent gas inlets | 2 each Ø6 mm barbed, individually user selectable for process, purge or vent |
| High Voltage Vacuum Interlocks | Dual hardware and software interlocked |
| Vacuum Control | Pirani Gauge, ranging from atmosphere to 0.01 mbar |
| Working Vacuum Range | 1.1 - 0.20 mbar for optimal glow |
| System Control / Display | 3" Touch Panel with LED backlight and 5 function keys |
| Operation Modes | Auto Programmed (4 user programmed protocols) Manual/Diagnostics |
| Data Logging Capabilities | Step #, Vacuum (mbar), Current (mA), Voltage (V), and polarity, once per second |
| Instrument Size | 305 L x 292 D x 230mm H (12" x 11-1/2" x 9 ") |
| Weight | 6.26 kg (13.8 lbs.) |
| GD4 Pump (optional) | 337 L x 138 D x 244mm H (13.3" x 5.4" x 9.6 ") |
| Weight | 11 kg (24 lbs.) |
| Laboratory Footprint with optional pump | 381 W x 292 D x 330mm H (15" x 11-1/2" x 13 ") |
| Power Requirements | 120V 60Hz, 15A or 230V 50Hz, 10A Service |
| Instrument Power Rating | 100-240VAC 60/50Hz 60W Plus Pump, IEC Inlet |
| Optional Pump Power Rating | 120/230V 60/50Hz 370 W (1/2 hp) |
| Vacuum Pump Minimum requirements | 2.5 m3/hr, 41 l/m, 1.65 CFM 0.03 mbar Ultimate Vacuum |
| Vacuum Pump Power Outlet on Instrument | 8A max IEC Outlet |
| Vacuum Inlet | KF 16 flange |
| Data Logging Capabilities | Step #, Vacuum (mbar), Current (mA), Voltage (V), and polarity, once per second |
| Communication Port | USB Outlet |
질문이 조금 게시판과 맞지 않은점 죄송합니다.
댓글 3
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김곤호
2017.07.28 20:28
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이동훈
2017.07.31 19:40
교수님 답변 진심으로 감사합니다.
수소 플라즈마 처리를 하려는 이유는 그래핀이 올라간 그리드에서 그래핀 표면의 sp2 bonding을 sp3로 만들어서 실험해 볼게 있기 때문입니다. 어떤 물질을 제거하기 위해서 사용되는것은 아닙니다.
다만 저는 지금까지 공기플라즈마에서 작용하는 주 기체가 산소인줄 알고 있었습니다. 그런데 질소라 하심은 공기플라즈마는 표면의 오염물질을 kinetic energy를 가해서 제거하는 물리적 작용만 한다는 말씀이실까요?
또한 이 glow discharger는 grid의 hydrophobic한 표면을 hydrophilic 하게 만드는 표면개질 용도로 쓰이는데요, 이 원리가 이온화된 O2가 grid에 부딪치면서 표면에 O bonding이 만들어져 그렇게 되는줄 알았는데 그게 아닌걸까요? 잘 이해가 가질 않습니다.
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김곤호
2017.08.04 10:38
공기의 구성에 N2가 O2 보다 많습니다. 두 분자 모두 해리 반응으로 N과 O가 만들어지고 이들은 모두 표면과 공간에서 반응을 하게 됩니다. 따라서 선택적인 반응을 원한다면 가스를 선별해서 넣고, 표면 에너지에 대해서는 화공에서 더욱 잘 다룸으로 처리후 친수/소수성 자료를 얻어 에너지 해석을 해 보면 적합한 처리 조건을 찾는 연구를 진행할 수 있을 것입니다. 일반적으로 많이 하고 있는 연구이니 자료는 주변에 많이 있을 것입니다.
공기를 넣어서 플라즈마를 만들었다면 대부분 N2 위주의 플라즈마가 만들어 졌을 것입니다. 산소는 오히려 플라즈마가 유지되는데 방해를 합니다. 아무튼 공기 플라즈마에서 가스 입력 부분에 가스를 연결하고 사용할 수는 있습니다. 단지 가스 유량을 조절해야 하므로, 간단하게는 regulator 이후 장비 가까이에 needle valve 등을 이용하거나 MFC를 이용하는 편이 좋습니다. 압력은 공기 플라즈마 조건과 유사하게 맞춰 놓고 플라즈마 방전을 시켜 보기 바랍니다. 만일 방전 개시 등의 문제가 되는 듯 하면, 공기 플라즈마를 유지한 채로 수소 가스를 혼합시키면서 (이때는 vent를 살짝 열어서 공기를 주입하여 플라즈마가 만들어진 상태에서 수소를 넣어서 mole 비를 조절하는 것입니다) 공기 플라즈마는 현 장치에서 잘 만들기 때문입니다.
헌데, 왜 수소 플라즈마를 쓰려고 하는지? 수소 플라즈마가 grid 표면에 어떤 물질을 제거하기 위해서 사용하는 것인지 궁금하군요. 수소 플라즈마를 만들어서 조사시키면 그리드 재료에 수소 가스의 retention이 있을 수 있습니다. 배경을 조사해 보고 시작하는 것이 좋겠습니다.