특허 개요
본 특허는 휘거나 늘어나는 기판 위에서 플라즈마를 발생시키고 형상을 바꿀 수 있는 유연 플라즈마 발생원입니다. 탄성 유전체 기판의 양면에 액체금속 슬러리 잉크 기반의 자가소결 신축성 전극을 형성한 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge, DBD) 구조이며, 교류 또는 펄스 전원을 인가하면 두 전극 사이에서 플라즈마가 발생합니다. 기판을 인장하거나 압력 챔버로 변형하면 전극과 함께 플라즈마 형상 및 발생량도 변화하도록 구성됩니다.
- 핵심 기능
유전체 기판 양면의 제1·제2 전극에 교류 또는 펄스 전원을 인가해 유전체 장벽 방전 기반 플라즈마를 형성합니다. 액체금속 입자와 점증제를 포함하는 자가소결 단일층 전극이 기판 변형을 따라 늘어나고 복원되므로, 인장 또는 압력 변형으로 플라즈마 길이와 발생 정도를 조절할 수 있습니다.
- 차별 강점
종래 대기압 저온 플라즈마 장치는 복잡한 표면에 적용하기 어렵고, 하나의 장비를 여러 형상에 대응시키는 데 제약이 있었습니다. 본 특허는 탄성 유전체와 자가소결 액체금속 전극을 결합해 전극과 플라즈마를 함께 변형시키며, 인쇄·도포 방식으로 다양한 전극 패턴과 플라즈마 형상을 구현할 수 있는 점이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 복잡 형상 표면의 플라즈마 처리, 유전체 장벽 방전, 신축성 전극, 형상 가변형 대기압 저온 플라즈마 분야에 활용 가능하며, 반도체 식각·증착, 금속·고분자 표면처리, 신물질 합성으로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 곡면 부품 처리 장비, 유연 전자소자 공정 장비, 맞춤형 표면개질 장치 및 형상 적응형 플라즈마 모듈로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
액체금속 슬러리 전극을 양면에 형성한 유전체 기판 기반 발생원에서 플라즈마 생성과 장기 안정성, 인장 조건에 따른 플라즈마 형상·강도 변화를 실시예로 확인했습니다. 대면적 제조, 반복 변형 내구성, 실제 표면처리 성능 및 응용별 공정 재현성은 추가 검증이 필요합니다.
- 시료: 액체금속 슬러리 전극을 양면에 형성한 탄성 유전체 기판 기반 유연 DBD 플라즈마 발생원
- 안정성 비교: 전극 형성 첫째 날과 137일 후의 플라즈마 생성
- 구동·변형 조건: 3kHz·7kV, 5kHz·7kV, 5kHz·6kV 및 기판 길이방향 또는 45도 인장
현재 성과
유전체 기판을 길이방향으로 인장하면 제1·제2 전극과 플라즈마가 함께 길게 늘어나는 특성이 확인됐습니다. 플라즈마 길이가 증가할수록 발생 강도도 증가했으며, 인가 주파수와 전압 조건에 따라 발생 정도가 달라졌습니다.
전극 형성 첫째 날과 137일 후의 플라즈마 생성을 비교해 발생 성능이 거의 저감되지 않음을 확인했습니다. 액체금속 슬러리 전극 기반 구조를 대상으로 플라즈마 발생·안정성 및 인장 특성을 실시예로 검증했습니다.
기존 대기압 저온 플라즈마 장치가 복잡한 표면 형상 대응에 제약을 가진 것과 달리, 본 기술은 탄성 유전체 기판의 양면 전극을 함께 변형시키는 구조입니다. 용매 증발에 따른 자가소결 액체금속 전극을 적용해 전극 패턴과 플라즈마 형상을 설계할 수 있는 점이 핵심 차별성입니다.
상용화까지 남은 부분
대면적 전극 제조 공정과 균일한 플라즈마 발생 특성 검증
반복 인장·압력 변형 환경에서의 전극 내구성 및 장기 방전 신뢰성 검증
실제 표면처리 성능과 응용 대상별 공정 조건의 재현성 검증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
유연 플라즈마 발생원 및 유연 플라즈마 발생원 제조방법
10-2024-0148262 (2024.10.28)
1020260061608 (2026.05.06)
미등록 (심사 중)
김형수 (한국과학기술원), 최원호 (한국과학기술원), 편정수 (한국과학기술원), 허성철 (한국과학기술원)
한국과학기술원