KR100977711B1 - 대기압 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대기압 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 표면처리방법에 관한 것으로서, 측벽에 가스 주입구가 설치되고, 내부가 비어있는 접지 전극과, 상기 접지 전극의 내부 공간에 삽입된 내부전극과, 상기 접지 전극의 내부 공간에서 상기 내부 전극을 감싸며 형성되는 유전체 관과, 상기 내부 전극 및 상기 접지 전극 사이에 전원을 인가하는 전원공급장치를 포함하여 구성되며, 상기 접지 전극의 단부에는 상기 가스 주입구를 통해 주입된 방전 가스가 상기 접지 전극과 상기 유전체 관 사이에 형성된 공간을 지나 외부로 분출되도록 분출구가 형성되어 있고, 상기 분출구 및 상기 내부 전극 사이에 방전 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 상온에서 안정적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 휴대가 간편하며, 피 처리물의 손상 없이 표면 처리를 할 수 있다.

대기압, 상온, 플라즈마, 내부 전극, 표면처리, 젯

Description

대기압 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 표면처리방법{APPARATUS FOR GENERATING ATMOSPHERIC PRESSURE PLASMA AND SURFACE TREATMENT METHOD USING THE SAME}

본 발명은 대기압 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 표면처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상온에서 안정적으로 플라즈마를 발생시키고 휴대가 용이한 대기압 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 표면처리방법에 관한 것이다.

플라즈마 상태의 높은 반응성을 이용하여 금속이나 고분자 등을 표면 처리하는 기술은 잘 알려져 있다. 플라즈마는 진공 또는 대기압에서 발생될 수 있으며, 그 온도에 따라 평균온도가 수만 도에 달하고 이온화 정도가 높은 고온 플라즈마와 평균온도가 상온보다 약간 높고 이온화 정도가 미약한 저온 플라즈마로 구분된다.

공정의 미세화, 저온화의 필요성에 따라 공업적으로 활발히 이용되고 있는 것은 주로 대기압 저온 플라즈마로, 반도체공정에서의 식각 및 증착, 금속이나 고분자의 표면처리, 신물질의 합성 등에 유용하게 이용되고 있다.

하지만, 저온 플라즈마의 경우도 대부분 상온보다는 높으므로, 열에 아주 민감한 고분자의 표면처리, 특히 단백질로 구성된 인체와 같은 피부 조직의 상처 치 유 등 생의학 분야에는 그 적용이 곤란하였다. 즉, 열에 민감한 고분자의 표면처리나 생의학 분야에서는 상온에서 온도가 증가하지 않은 이른 바, 상온 플라즈마가 요구되는 것이다.

본 발명자 중에서, 홍(Hong)은 등록특허 10-0672230를 통하여, 동공(洞空)을 가진 음극, 즉, 캐필러리(clapillary) 전극을 사용하고, 전원으로서는 AC 고전압을 인가하여 안정적인 상온의 아르곤 플라즈마 젯을 발생시키는데 성공한 바 있다. 그러나 이것은 20㎑의 고전압에 의한 것이므로 사용 시, 인체 등에 전기적 충격을 줄 수 있고 전원장치의 부피가 커서 휴대용으로서도 적합하지 않은 해결해야 할 과제가 남아 있었다.

미국특허 6,228,330과 6,262,523은 RF(radio frequency) 플라즈마에 소량의 산소를 첨가하여 대기압 상온의 비 평형 플라즈마를 발생시켜 화학생물 작용제의 제독과 살균, 표면에칭 등에 이용하는 것에 관하여 기술한다. 그러나 이것은 플라즈마 가스로서 많은 양의 값비싼 헬륨을 사용하고 있으며 표면처리 효과를 증대시키기 위하여 많은 양의 산소를 사용하므로, 글로우 방전에서 아크 방전으로 전이하여 효율이 급격히 떨어지고 장비가 과열될 소지가 많다.

또한, 미국특허 5,387,842와 5,414,324에는 상온에 가까운 저온 글로우(glow) 방전 플라즈마를 발생시켜 생물 작용제의 제독에 응용하는 것이 개시되어 있다. 그러나 이것은 구조적으로 대면적 표면처리에 유용할 수 있으나 휴대가 불가능하여 언제 어디서나 사용할 수 없고, 사용가스에도 제약이 따랐다.

생의학을 포함한 다양한 분야에서 다양한 목적의 표면처리에 효과적인 플라즈마를 발생에는 상온과 대기압에서 작동해야 할 뿐만 아니라 작동하는 동안 아크를 내거나 과열되지 않는 장치가 필요하다. 또한 바람직하게는 언제 어디서나 쉽게 사용할 수 있도록 사용 가스의 제약이 없어야 하고 휴대성 또한 개선될 필요가 있는 것이다.

상온에서 온도 증가 없이 플라즈마 가스의 화학반응을 향상시키기 위해 전자들이 높은 에너지 분포를 갖도록 전자 에너지 분포 함수를 제어할 수 있는데, 이것은 플라즈마에 입력되는 전원을 마이크로미터 이하의 짧은 펄스폭을 가지는 전압을 인가하는 것이다. 그러나 이 방법은 전원장치의 제작비용에 대한 비용부담이 클 뿐만 아니라, 전원 펄스 시스템에 의해 전원장치의 부피가 커져 휴대성이 나빠지게 된다.

따라서 본 발명은 전기적 충격 없이 상온에서 온도가 증가하지 아니하는 안정적인 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 또 언제 어디서나 쉽게 사용할 수 있도록 사용가스의 제약이 없고 휴대가 용이한 구조로 구현될 수 있는 대기압 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 표면처리방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치 바람직한 일 실시예는, 측벽에 가스 주입구가 설치되고, 내부가 비어있는 접지 전극과, 상기 접지 전극의 내부 공간에 삽입된 내부전극과, 상기 접지 전극의 내부 공간에서 상기 내부 전극을 감싸며 형성되는 유전체 관과, 상기 내부 전극 및 상기 접지 전극 사이에 전원을 인가하는 전원공급장치를 포함하여 구성되며, 상기 접지 전극의 단부에는 상기 가스 주입구를 통해 주입된 방전 가스가 상기 접지 전극과 상기 유전체 관 사이에 형성된 공간을 지나 외부로 분출되도록 분출구가 형성되어 있고, 상기 분출구 및 상기 내부 전극 사이에 방전 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 내부 전극보다 상기 접지 전극의 길이를 짧게 하고, 상기 유전체 관의 길이를 그 접지 전극보다 길게 구성할 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 방전공간에서 상기 유전체 관의 단부를 상기 내부 전극의 단부보다 길게 돌출시킬 수 있으며, 더 바람직하게는, 그 돌출길이를 0.01~20 ㎜의 범위로 할 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 접지 전극의 단부가 연장되어 형성되고, 상기 연장된 단부의 측면에 추가가스를 주입하기 위한 추가가스 주입구가 형성되며, 상기 연장된 단부의 내부에는 상기 분출구로부터 분출되는 플라즈마에 상기 추가가스 주입구로부터 주입된 추가가스가 혼합되는 혼합공간이 구비되게 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치 바람직한 다른 실시예는, 내부가 비어있는 접지 전극과, 상기 접지 전극의 내부 공간에 삽입되고, 외면에 나선이 형성되어 있는 내부전극과, 상기 접지 전극의 내부 공간에서 상기 내부 전극을 감싸며 형성되는 유전체 관과, 상기 내부 전극 및 상기 접지 전극 사이에 전원을 인가 하는 전원공급장치를 포함하여 구성되며, 상기 접지 전극의 단부에는 상기 내부 전극과 상기 유전체 관 사이에서, 상기 나선으로 인해 형성된 공간으로 주입된 방전 가스가 상기 내부 전극과 상기 유전체 관 사이를 지나 외부로 분출되도록 분출구가 형성되어 있고, 상기 분출구 및 상기 내부 전극 사이에 방전 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 대기압 플라즈마 발생장치가 적어도 2개 구비되어 번들(Bundle)형으로 구성될 수 있으며, 이때 상기 대기압 플라즈마 발생장치 각각에 방전가스를 분배하여 주입시키는 가스분배기가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하는 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 표면처리방법은, 전술한 바와 같은 대기압 플라즈마 발생장치를 이용하여 플라즈마 젯을 발생시키는 단계와, 상기 발생되는 플라즈마 젯을 피처리물의 표면에 접촉시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

여기서 바람직하게는, 상기 표면처리에 있어서, 상기 방전가스로서 아르곤과 헬륨과 같은 단원자 가스 또는 산소, 질소, 공기, 이산화탄소 또는 두 가지 이상의 혼합가스를 사용할 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 표면처리에 있어서, 상기 피 처리물은 금속, 폴리머, 글라스, 사람, 동물, 식물의 표면, 피부, 세포, 조직을 포함하는 것이다.

또한, 상기 표면 처리하는 단계는, 친수성이나 소수성 향상, 식각, 세정, 살균, 제독 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 대기압 상온 플라즈마 발생장치는 가스사용에 제한이 없이 아르곤, 헬륨과 같은 불활성 가스뿐만 아니라, 질소, 공기, 산소, 이산화탄소 가스들을 방전가스로 이용하여 상온의 플라즈마 젯을 발생시킬 수 있으며 휴대가 가능하고 제작하기 쉽고, 특히 안정된 상온의 플라즈마를 발생시키므로, 생의학 분야를 포함한 다양한 분야에서의 다양한 목적의 표면처리에 이용될 수 있다.

즉 금속, 폴리머, 글라스 등으로 구성된 협소하고 작은 크기의 부품 또는 재료의 표면처리, 친수성의 표면개질을 통한 접착력 향상을 기대하는 산업 전 분야, 열과 수분에 민감한 군 장비 표면에 붙은 화학생물작용제의 제독, 인체, 동물, 식물의 표피와 세포, 상처난 조직의 소독 및 조직 회복의 촉진, 수술 후 표면처리를 통한 지혈, 아토피와 같은 피부질환의 치료, 구강 세균의 살균 및 소독에 효과적으로 적용될 수 있는 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 와이어 또는 원기둥 형상의 내부 전극(10)의 단부는 둥글거나 뾰족한 모양으로 형성 할 수 있다. 상기 내부 전극(10)은 텅스텐, 몰리브덴, 스테인레스 스틸, 구리 등으로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 외의 금속 재질로 구성될 수 있음은 물론이다.

상기 내부 전극(10)을 감싸며 유전체 관(20)이 형성되는데, 상기 유전체 관(20)은 내부 전극(10)의 외경과 동일한 내경을 가지며, 석영, 강화유리, 테프론 등의 물질로 이루어지는 것이 바람직하고, 그 외의 절연물질로도 구성될 수 있다.

상기 유전체 관(20)으로 둘러싸인 내부 전극(10)은 유전체 관(20)의 외경보다 크고 가스 주입구(12)로 유입되는 방전 가스(40)가 용이하게 흘러갈 수 있는 공간(S1)을 가지는 접지전극(30) 내부에 설치된다.

상기 접지전극(30)은 내마모성과 전도성이 좋은 전도체로 이루어지며, 그 단부가 연필 또는 원뿔의 모양을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 상기 접지전극(30)의 단부 중심에는 플라즈마가 분출되는 분출구(31)가 형성된다. 상기 분출구(31)의 직경은 상기 내부 전극(10)의 직경과 같은 수㎛에서 수㎜의 범위가 바람직하다.

또한, 방전 공간(S2)이 아닌 가스 주입구(12)가 형성되는 부분의 상기 접지 전극(30)과 상기 내부 전극(10) 사이의 스파크를 방지하기 위해, 내부 전극(10)보다 접지 전극(30)의 길이를 짧게 하고, 아울러 그 사이의 상기 유전체 관(20)의 길이는 접지 전극(30)보다 길게 한다.

여기서, 상기 내부 전극(10)의 단부와 접지 전극(30) 사이에 플라즈마가 발생하는 방전공간(S2)이 형성된다. 이때, 상기 방전공간(S2)에서 유전체 관(20)의 단부는 내부 전극(10)의 단부보다 길게 하여 접지전극(30)과 내부전극(10)의 단부 사이 즉, 방전공간(S2)에서 플라즈마가 발생되도록 한다. 상기 방전공간(S2)에서 방전으로부터 안정된 플라즈마를 발생시키기 위해서는, 유전체 관(20)의 단부와 내부전극(10)의 단부 사이의 거리를 0.01㎜ 내지 20㎜로 하는 것이 바람직하다.

상기 내부 전극(10)과 접지 전극(30)에 전원을 인가하기 위한 전원공급장치(80)는 예컨대 통상의 AC 네온등용 트랜스포머가 사용되었으며 전류제한저항, 안정저항(Ballast) 등을 연결하여 개조가능하다. 또한 상기 전원공급장치(80)는 직류 전원 또는 교류 전원을 공급할 수 있으며 교류 전원을 공급하는 경우, 그 주파수는 1Hz~5GHz인 것이 바람직하다.

본 실시예에 의한 장치에서는, 예컨대 상기 방전가스(40)로서 아르곤이나 헬륨과 같은 단원자 가스와 질소, 산소, 이산화탄소 또는 그 혼합가스가 사용될 수 있으며 상기 접지 전극(30)의 측면에 설치된 가스주입구(12)를 통해 주입된다.

상기 내부 전극(10)과 상기 접지 전극(30)의 단부 사이에 형성되는 상기 방전공간(S2)에 형성되는 전기장은 그 방전공간(S2)을 지나는 방전가스(40)의 절연파괴를 일으켜 플라즈마를 발생시키며, 발생된 플라즈마는 접지 전극(30) 단부의 분출구(31)를 통해 젯 형태로서 외부로 분출된다. 상기 분출구(31)의 직경은 상기 내부 전극(10)의 직경보다 크거나 작을 수 있음은 물론이며 0.01~20 mm의 범위에서 조절하여 안정된 플라즈마 젯을 얻을 수 있다.

본 발명은 가스 주입구(12)에서 주입되는 방전가스가 미세한 방전공간(S2)에서 방전을 일으키는데, 이때 주입되는 가스의 빠른 유속에 의해 방전공간(S2)에서 발생한 플라즈마가 미세한 분출구(31)로 빨리 분출되기 때문에 플라즈마가 뜨거워지지 않고 상온의 플라즈마를 얻을 수 있게 된다.

또한 방전공간(S2)에서의 내부전극(10)의 단부와 접지전극(30)의 거리가 매우 짧아 방전공간(S2)에서의 전기장의 세기는 충분히 크며, 그로 인해 사용가스의 제한 없이 플라즈마를 발생시킬 수 있고 빠른 유속의 주입되는 방전가스에 의해 플라즈마 젯을 분출시킬 수 있다.

예를 들어, 공기를 플라즈마로 만들기 위해서는 30 kV/cm의 전기장이 필요하지만, 전극간의 거리를 1mm로 하였을 때는 3kV/mm의 전기장이 필요하다. 그러므로 미세한 전극간의 거리에서는 플라즈마를 만들기 힘든 산소가스의 경우도 쉽게 플라즈마를 만들 수 있다.

게다가 강한 전기장이 형성되는 곳에서 플라즈마가 만들어진 후, 외부로 플라즈마 젯 이 분출되기 때문에 그 분출된 플라즈마는 전위가 매우 낮거나 제로 포텐셜(0 전위)이므로 전기적 충격이 없게 된다.

도 2는 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치의 제2 실시예를 나타낸 도면으로서, 여기서는 핸디(Handy)형 구조의 대기압 플라즈마 발생장치를 나타내었다.

도 2를 참조하면, 핸디(Handy)형 구조의 대기압 플라즈마 발생장치는 도 1에서 도시한 대기압 플라즈마 발생장치의 기본 구성요소를 동일하게 포함하며, 대기압 플라즈마 발생장치의 전장을 둘러싸는 관 모양의 외장재(60)와 상기 외장재(60) 내부에 채워지고 절연 에폭시로 이루어지는 몰딩(50)을 포함하여 구성된다.

상기 핸디(Handy)형 구조의 대기압 플라즈마 발생장치에 의하면, 사용자가 플라즈마 발생장치를 파지하여 쉽게 표면처리에 이용할 수 있으며, 휴대하기에 간 편하다는 장점이 있다.

여기서 상기 내부 전극(10)과 상기 접지 전극(30)에는 전원공급장치(80)와의 접속을 위해, 상기 내부 전극(10)과 연결된 전원선(13) 및 상기 접지 전극(30)과 연결된 접지선(33)이 상기 몰딩(50)을 관통하여 외부로 인출되도록 구성된다.

도 3은 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치의 제3 실시예를 나타낸 도면이다. 여기서는, 분출되는 플라즈마에 다른 가스를 혼합할 수 있도록 구성한 예를 나타내었다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 대기압 플라즈마 발생 장치는 전술한 바와 같은 도 1의 기본 구조를 모두 포함하며, 접지 전극(30)의 단부가 연장되어 있고, 그 연장 부분의 측면에 추가가스(70)를 주입할 수 있는 추가가스 주입구(34)가 형성되어 있다.

또한, 상기 분출구(31)에서 분출하는 플라즈마와 상기 추가가스 주입구(34)를 통해 주입되는 추가가스(70)가 혼합될 수 있는 혼합공간(S3)이 형성되어 있다. 상기 추가가스(70)로는 아르곤이나 헬륨과 같은 단원자 가스와 질소, 산소, 이산화탄소 또는 그 혼합가스가 사용될 수 있음은 물론이다.

상기 분출구(31)로부터 분출하는 플라즈마는 상기 혼합공간(S3)에서 추가가스(70)의 일부분을 플라즈마로 만들어주게 되며, 그로부터 두 가지 이상의 가스를 포함하는 플라즈마 젯이 외부로 분출하게 된다.

여기서 상기 혼합공간(S3)은 분출구(31)보다 크거나 작을 수 있으며 표면처 리의 피처리물에 따라 그 모양이나 크기가 적절히 변경될 수 있다.

도 4는 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치의 제4 실시예를 나타낸 도면이다. 여기서는, 방전가스에 와류를 형성하여 플라즈마가 퍼지는 것을 방지함으로써, 외부로 방출되는 플라즈마 젯의 길이를 확장할 수 있도록 구성한 예를 나타내었다.

도 4를 참조하면, 도 1에서 설명한 대기압 플라즈마 발생장치의 기본 구성요소를 동일하게 포함하며, 내부 전극(10)의 외면에 나선이 형성되고, 방전가스(40)가 상기 내부 전극(40) 상부에서 내부 전극(10)의 외면에 형성되어 있는 나선의 공간(S4)을 따라 주입되는 것을 특징으로 한다.

상기 구성으로 인해, 상기 내부 전극(10)의 외면에 형성되어 있는 나선의 공간(S4)을 따라 주입되는 방전가스(40)가 회전유동하게 되며, 이로 인한 방전가스(40)의 와류로 인해 플라즈마 젯이 퍼지는 것을 방지할 수 있고, 길이가 연장된 플라즈마 젯이 외부로 분출하게 된다.

<실시예 1>

도 5 및 도 6은 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치에 의해 공기 중으로 분출되는 질소 플라즈마 젯을 나타낸 도면이다.

본 실시예를 위하여, 내부 전극은 외경이 1.6㎜인 텅스텐으로 구성하였고, 접지 전극은 스테인레스 스틸로 구성하였다. 또한, 플라즈마 분출구의 직경은 1㎜로 형성하였고, 방전 가스로 사용된 질소 가스의 유량은 분당 2리터로 하였다.

도 5를 참조하면, 공기 중으로 분출된 플라즈마 젯(90)의 길이는 10㎝ 정도였으며, 이때의 소비전력은 약 10와트(W) 정도였다. 상기 플라즈마 젯(90)의 온도는 상온 근처였으며, 사용되는 전원공급장치(80)의 종류에 따라 플라즈마 젯(90)의 온도를 25-3000℃의 범위에서 제어할 수 있다.

도 6은 질소 플라즈마 젯(90)을 이용하여 인체의 피부(손)에 대해 표면처리를 하는 상태를 나타내었다. 여기서, 플라즈마 젯(90)의 온도는 상온에 가깝기 때문에, 플라즈마에 의한 열적 손상은 없으며 플라즈마 전위가 매우 낮아 전기적 충격에 의한 손상도 없다.

따라서, 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치를 이용한 표면처리방법에 의하면, 금속과 유리는 물론, 열에 민감한 고분자나 인체의 피부, 동식물의 표피, 세포 등을 안정적으로 표면처리 할 수 있다.

상기 표면처리를 함에 있어서, 상기 피 처리물의 표면에 대해 물을 좋아하는 친수성의 향상 또는 물을 싫어하는 소수성의 향상, 물질의 표면을 깎아내는 식각, 표면의 이물질을 씻어내는 세정, 표면의 바이러스, 균, 독소를 죽이는 살균 또는 제독 등을 포함하여 수행할 수 있다.

상기 다양한 표면 처리는 그 효과를 나타나게 하는 방전가스를 선택함으로써 가능한데, 예를 들어, 소수성을 구현하기 위해서는 일반적으로 플로린 화합물의 가스 또는 탄화수소 가스를 아르곤, 헬륨과 같은 방전가스와 혼합하여 사용한다.

또한, 사람, 동물, 식물의 표면, 피부, 세포, 조직에 살균 및 제독을 구현하기 위해서는 아르곤과 헬륨과 같은 단원자 방전가스에 산소가스를 혼합하여 사용할 수 있다.

<실시예 2>

도 7은 공기를 방전가스로 사용한 플라즈마에서 생성되는 플라즈마 종들의 분광스펙트럼을 나타낸 그래프이다.

도 7을 참조하면, 300~400㎚ 범위에서 나타나는 피크들은 질소 종들과 관련된 것이고, 777.1㎚에서 나타나는 피크는 산소원자 종이며, 약하게 844㎚의 산소원자 종도 확인되었다. 이런 산소 플라즈마 종들은 재료의 친수성 향상과 세정 효과를 높여 줄뿐만 아니라, 화학생물 작용제의 제독, 피부질환의 살균에 매우 효과적이다.

도 8은 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치의 제5 실시예를 나타낸 도면으로, 전술한 도 1에 도시된 바와 같은 대기압 상온 플라즈마 발생장치 다수 개를 일렬로 배열하여 대면적의 플라즈마를 발생시키도록 구성한 것이다. 따라서 본 실시예에 의하면 대면적을 가지는 피 처리물의 효율적 표면처리도 가능하다.

본 실시예에서 부호 100은 가스분배기이다. 상기 가스분배기(100)는 방전가스가 같은 량으로 분배되어 각 접지 전극(30)의 반응가스 주입구로 주입되게 한다.

본 실시예에서는 도 1의 대기압 플라즈마 발생장치의 개수를 피 처리물의 면적에 따라 늘리거나 줄일 수 있으며, 또한 도시하지는 않았으나, 도 1의 대기압 플라즈마 발생장치대신 도 2 내지 도 4에 도시된 대기압 플라즈마 발생장치를 사용할 수도 있다.

또한, 상기 대기압 플라즈마 발생장치를 표면 처리하는 피 처리물에 따라, 연속적으로 또는 비연속적으로 연결하여 사용할 수 있고, 또한 2열 이상으로 배열하거나 원형 등 다양한 모양의 번들(Bundle)형으로 실시 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치의 제1 실시예를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치의 제2 실시예를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치의 제3 실시예를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치의 제4 실시예를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치에 의해 공기 중으로 분출되는 질소 플라즈마 젯을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 질소 플라즈마 젯을 이용하여 인체의 피부에 대해 표면처리를 하는 상태를 나타낸 도면.

도 7은 공기를 방전가스로 사용한 플라즈마에서 생성되는 플라즈마 종들의 분광스펙트럼을 나타낸 그래프.

도 8은 본 발명의 대기압 플라즈마 발생장치의 제5 실시예를 나타낸 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 내부 전극 20: 유전체 관

30: 접지 전극 40: 방전가스

50: 에폭시 몰딩 60: 외장재

70: 추가가스 80: 전원장치

90: 플라즈마 젯 100: 가스분배기

Claims (17)

1. 측벽에 가스 주입구가 설치되고, 내부가 비어있는 접지 전극;

   상기 접지 전극의 내부 공간에 삽입된 내부전극;

   상기 접지 전극의 내부 공간에서 상기 내부 전극을 감싸며 형성되는 유전체 관; 및

   상기 내부 전극 및 상기 접지 전극 사이에 전원을 인가하는 전원공급장치를 포함하여 구성되며,

   상기 접지 전극의 단부에는 상기 가스 주입구를 통해 주입된 방전 가스가 상기 접지 전극과 상기 유전체 관 사이에 형성된 공간을 지나 외부로 분출되도록 분출구가 형성되어 있고, 상기 분출구 및 상기 내부 전극 사이에 방전 공간이 형성되어 있으며,

   상기 내부 전극보다 상기 접지 전극의 길이가 짧고 상기 유전체 관의 길이가 그 접지 전극보다 긴 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 방전공간에서 상기 유전체 관의 단부가 상기 내부 전극의 단부보다 길 게 돌출되는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 방전공간에서 상기 유전체 관의 단부는 상기 내부 전극의 단부보다 0.01~20mm 더 길게 돌출되는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.
5. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 방전 가스는 단원자 가스, 질소, 산소, 이산화탄소 또는 이들의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 접지 전극의 단부가 연장되어 형성되고, 상기 연장된 단부의 측면에 추가가스를 주입하기 위한 추가가스 주입구가 형성되며, 상기 연장된 단부의 내부에는 상기 분출구로부터 분출되는 플라즈마에 상기 추가가스 주입구로부터 주입된 추가가스가 혼합되는 혼합공간이 구비되는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 추가 가스는 단원자 가스, 질소, 산소, 이산화탄소 또는 이들의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.
8. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 접지 전극의 외주면을 감싸며 외장재가 형성되고, 상기 접지 전극과 외장재 사이에 몰딩이 형성되는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.
9. 내부가 비어있는 접지 전극;

   상기 접지 전극의 내부 공간에 삽입되고, 외면에 나선이 형성되어 있는 내부전극;

   상기 접지 전극의 내부 공간에서 상기 내부 전극을 감싸며 형성되는 유전체 관; 및

   상기 내부 전극 및 상기 접지 전극 사이에 전원을 인가하는 전원공급장치를 포함하여 구성되며,

   상기 접지 전극의 단부에는 상기 내부 전극과 상기 유전체 관 사이에서, 상기 나선으로 인해 형성된 공간으로 주입된 방전 가스가 상기 내부 전극과 상기 유전체 관 사이를 지나 외부로 분출되도록 분출구가 형성되어 있고,

   상기 분출구 및 상기 내부 전극 사이에 방전 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 대기압 상온 플라즈마 발생장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 접지 전극의 단부가 연장되어 형성되고, 상기 연장된 단부의 측면에 추 가가스를 주입하기 위한 추가가스 주입구가 형성되며, 상기 연장된 단부의 내부에는 상기 분출구로부터 분출되는 플라즈마에 상기 추가가스 주입구로부터 주입된 추가가스가 혼합되는 혼합공간이 구비되는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.
11. 제 1 항, 제 6 항, 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 대기압 플라즈마 발생장치가 적어도 2개 구비되어 번들(Bundle)형으로 구성된 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 대기압 플라즈마 발생장치 각각에 방전가스를 분배하여 주입시키는 가스분배기가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.
13. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 전원공급장치는 직류 전원 또는 교류 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 전원공급장치가 교류 전원을 공급하는 경우, 상기 교류 전원의 주파수는 1Hz~5GHz인 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.
15. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 9 항 및 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 대기압 플라즈마 발생장치를 이용하여 플라즈마 젯을 발생시키는 단계; 및

    상기 발생되는 플라즈마 젯을 피 처리물의 표면에 접촉시켜 표면 처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 플라즈마를 이용한 표면처리방법.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 피 처리물은 금속, 폴리머, 글라스, 사람, 동물, 식물, 피부, 세포, 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 표면 처리하는 단계는,

    친수성이나 소수성 향상, 식각, 세정, 살균, 제독 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 표면처리방법.

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