연구보고서
| 보고서명 | 마이크로파 플라즈마와 상향전환 나노입자를 이용한 광촉매 살균성능 향상 연구 |
| 연구책임자 | 최준 |
| 발행년도 | 2019 |
| 내 용 | 1. 마이크로파 공진기 설계, 제작 - 이온, 전자 밀도가 높은 Plasma를 만들기 위해 Microwave 에너지를 이용하여 Plasma Source를 개발 (설계, 제작, 최적화) - COMSOL, HFSS 등을 이용한 마이크로파 공진기 설계 및 원천기술 확보 - 대기압 마이크로파 저온 플라즈마 발생기 제작 및 테스트 2. 마이크로파 플라즈마 장치 전용 파워모듈 제작 - 900 MHz, 2.45 GHz 등의 초고주파로 동작되는 파워모듈 설계 및 제작 - 마이크로파 플라즈마 장치 전용 파워모듈 제작으로 전력효율 최적화 - 플라즈마 발생장치, 파워모듈을 이용한 휴대 가능한 대기압 마이크로파 플라즈마 시스템 개발 3. 광촉매 나노입자(UCNPs)와 마이크로파 플라즈마를 이용한 확산식 살균 기술개발 및 메커니즘 분석 - Microwave Plasma와 UCNPs의 시너지 효과를 정량적으로 측정하기 위해 Electron spin resonance (ESR)와 Dimethyl-1pyrroline-N-oxide(DMPO)를 이용한 OH 라디칼의 정량적 측정 수행 - Tm, Yb, Er 등의 UCNPs는 가시광선과 근적외선을 받아 자외선(UV)을 방출하는 Band Gap Shift 특성이 있고 기존 희소금속 원소들에 비해 독성이 낮아 조영제 등의 용도로 최근 활용되는 분야가 다양해짐 - 특히, UCNPs는 태양광 중 넓은 파장범위의 에너지를 UV로 집중 전환하여 공급해주기 때문에 UV에만 선택적으로 활성화되는 TiO2 광촉매와 혼합사용 시 광촉매 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 고밀도 저온 Plasma에 의해 생성되는 고에너지 전자, Photon에 의해 광촉매 효율을 증폭시킬 수 있을 것으로 기대됨 - Photoactive Catalyst인 UCNPs를 제조하기 위해 TiO2에 Tm, Yb, Er 등이 적용된 Ternary Photocatalyst 개발, 또는 전도성이 뛰어난 CNT, 그래핀 등과 결합하여 고효율 촉매기술을 개발하며 이를 Plasma와 결합하여 신개념 광촉매 공정을 개발함 - Tm, Yb, Er을 Doping한 UCNPs의 일종인 TiO2 및 탄소소재에 적용한 삼원 촉매의 단계적인 합성연구를 통해 최고 성능을 갖도록 하는 최적 합성 Recipe를 구축하고 이의 신개념 환경촉매로의 적용 가능성을 탐색 - Atmospheric Microwave Plasma와 UCNPs의 상호작용으로 인한 촉매작용 상승효과의 메커니즘 규명 및 응용별 최적화 기술 개발 - 개발된 대기압 마이크로파 저온 플라즈마와 UCNPs을 이용한 살균 기술개발 - S. Mutans, B. Substilis 등의 일반적으로 살균이 매우 어려운 Gram Positive 박테리아를 이용한 Sterilization 실험 및 결과 분석, 급속 살균기술 개발 및 응용 - 신종플루, 메르스, 조류독감 등의 바이러스 제거에 확산식 플라즈마 살균의 적용 가능성 검토 - 플라즈마를 이용한 비가열식 살균 처리 기술은 전 세계적으로 아직 상용화되지 않은 기술로 선진국(미국, EU 등)도 초기 기술개발 단계임. 의료, 미용, 군사, 식품산업 등에 광범위하게 적용하기 적합한 플라즈마 전극 및 시스템 개발이 세계적인 공통 과제임 - 광촉매 나노입자와 플라즈마의 살균 기작에 대한 메커니즘을 규명하고 이를 극대화할 수 있는 원천기술의 선점이 시급하며, 조기에 상용화할 수 있는 수준으로 한 단계 업그레이드해야 함 - 개발된 원천기술, 핵심기술을 이용하여 분야 상위 5% 학술지 1건 이상, 분야 상위 20% 학술지 2건 이상, 분야 상위 50% 학술지 4건 이상, 인용도 10회 이상 논문 1건 이상 게재 - 특허출원 4건, 특허등록 2건 수행 예정 |
| 접수일 | 2023-01-19 |
| 첨부파일 |
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(실무담당자) 김선미
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