플라즈마, 인공위 정보

우주광학용 SiC 소재, 초정밀 단련 기술 개발 천둥과 번개를 다스리는 어벤져스의 영웅 '토르',, 그의 힘은 마법 망치. '닐'을 가득 채워 완성시킵니다. "닐은 전자장을 완벽하게 조종할 수 있으며, 마법의 에그 대지 블라스트를 발사해 지축을 흔드는 지진파를 만들기도 합니다. 비, 바람, 천둥을 몰고 폭풍을 1우 길도 있습니다.그럼 이것도 가능할까요? 다이아몬드의 다음에 단단한 물질인 실리콘 카바이드(SiC)의 표면을 머리카락 굵기의 10만분의 1정도인 0.5㎚(자신의 미토, 1㎚=1×10-9m)수준으로 단련하고 인공 위성 카메라의 렌즈로 하는 게 어떻습니까? 천하의 톨도 멈추는 듯한 미션이지만, 정부 핵융합조사소의 플라스마 기술조사센터의 조사 스탭이라면 가능합니다.​ 플라즈마는 전자와 원자로 떠나서 자유롭게 움직이는 물질의 4번째를 기대합니다. 토르가 다스리는 번개도 플라즈마의 1지입니다. 플라즈마는 번개와 같은 자연현상에만 있는 것이 아니라 반도체 자신감 디스플레이 등 다양한 산업분야에서 활용되는 기술이기도 합니다. "지금까지 다양한 표면처리기술로 최초로 단산업을 견인해 온 플라스마가 이번에는 인공위성의 주요 부분품 중 하자신인 자유형 형상, 초정밀 광학계 가공에도 도전장을 내밀었습니다. 우주 광학용 SiC소재의 초정밀 플라스마 단련 기술 개발을 이끈 융복합 기술의 조사부 치에용소프 부장과 석 이동찬 이후 1, 쟈은스욱 조사원에게 그 토우쯔룰 들었습니다.

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인공위성의 눈이라고 불리는 광학계는 일반 카메라 렌즈와 기능 및 구조가 비슷한데요. 지구 상공 1만킬로미터 밖에서 영토 10㎝크기 물체도 선명하게 촬영하기 위해서는 가공시 미세한 상처도 우주 환경에서도 작은 변형도 허용되지 않습니다. 초기에는 주로 유리가 사용됐지만 영상 120℃에서 영하-180℃을 오가는 우주의 큰 온도차는 유리가 견디기 어려운 환경 임니다니다."SiC는 열에 상어과에서도 녹지 않습니다. 산을 불어도 아무렇지 않아요. 유일한 단점은 유리보다 10배 이상 안정되고 제작이 어렵다는 점 임니다니다."최용섭 부장은 SiC야말로 내용에서 최고의 우주 소재라고 설명합니다. SiC는 기이금속을 가공하는 공구를 비롯하여 항공기용 타이어나 브레이크에도 폭넓게 적용되어 왔습니다. 무게 역시한 유리의 1/3에 불과하고 경량화가 중요한 인공 위성 소재에는 안성맞춤 임니다니다. 문제는 최고의 소재를 단련하는 장비가 없다는 사실입니다. "기존의 기계 가공 법은 2단계의 복잡한 제작 공정을 거쳐야 합니다.철과 같은 금속은 연성이 좋기 때문에 드릴과인 톱을 사용하여 원하는 대로 구멍을 뚫어 깎을 수 있습니다. 망치로 두드리면 상어과자의 토막으로 가공이 쉽습니다. 반면, 유리나 다이아몬드, SiC와 같은 소재는 강제로 깎으려고 덤비면 표면에 미세한 금이 생기고 갈라져 버리는 것입니다" 플라즈마 전문의는 플라스마야 내용에서 물리적 충격 없이 SiC의 표면을 가공하는 최적의 도구임을 알게 되었습니다. 대기압 플라스마 표면 가공 기술은 기이 LCD, 금속, 고무, 플라스틱 등 다양한 소재의 표면에 코팅력, 도금력, 증착력, 인쇄력과 같은 특성을 주는 시도를 성공으로 이끌었습니다.​ 2016년데 힌 민국의 기초 과학 지원 연구원 해양 과학원과 함께 하는 창의 융합 과제가 시작됐다. 그들에게 주어진 미션은 플라스마를 이용해 해양관측위성의 SiC 광학계를 가공하는 기술 개발이었습니다. 지금까지 다양한 플라스마 융복합 연구를 진행해 온 석동찬, 이후일, 장수욱 연구원이 각각 대기압 플라스마 식각툴(발생원), 원자층 식각장치, 이온빔을 이용한 이온원 개발에 이어 본격적으로 우주를 향한 꿈을 펼쳤습니다.​

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연구팀이 개발한 기술은 대기압 플라즈마의 불규칙한 모양과 세기를 제어한 "대기압 하이브리드 플라스마 생성원"으로 일종의 조각칼이라고 할 수 있습니다.대기압 플라즈마는 구름처럼 떠 있는 형상의 "구로" 구조와 번개자신 플라즈마 볼 안에서 뻗어 자신들은 "필라멘트" 구조로 자신 있습니다. 대기압 환경에서 필라멘트 방전은 또한 세기와 모양에 따라 강하고 불규칙한 아크, 간헐적인 스파크, 보다 얇고 광자기 자신의 스트리머 등으로 구분됩니다.반도체 소재로서 사용되는 실리콘은 글로플라즈마로도 식각이 가능하지만 딱딱한 SiC 소재를 식각하려면 보다 강력한 필라멘트가 필요합니다. 그러나 번뜩이는 순간 가지 모양을 하고 사방으로 치는 번개를 잡아 광학계의 표면을 가공하면 나뭇결이 거친 빗자루가 물망초처럼 불규칙한 스크래치가 남을 것입니다.문제는 대기압에서의 필라멘트 구조를 조절하는 것이 어렵다는 점입니다. 플라즈마가 약간으로 세어도 번개 모양의 아크로 자기 타자신고 약간 약해도 그로해집니다. 연구 그룹은 많은 시행착오 끝에 글로우와 필라멘트가 공존하는 최적의 플라스마 전극 형태와 구조를 이끌어냈습니다.검토 중 특이한 결과가 자신 있을 때마다 기록하고 기억하다가 다시 재현하여 글로우와 필라멘트가 안정적으로 공존하는 하이브리드 조건을 완성시켰습니다. 석동찬 연구원은 시행착오의 결과였다고 스토리하지만, 이는 수도 없이 많은 검토로 완성된 노력의 다른 이름이었습니다.연구 그룹은 압축 소결된 SiC로 최적 공정을 이끌어내고 웨이퍼 상태의 SiC를 사용해 성능을 검증했습니다. 앞서고, 20하나 7년 파항 선 보였듯이처럼 뾰족한 스폿형 대기압 플라즈마의 단련도를 5㎚ 수준으로 개발했으며 20하나 8년에는 0.5㎚ 이하까지 개선했습니다. 진공 플라스마를 이용할 경우 0.2㎚의 초미세 단련도 가능합니다. 조 썰매 타기 목표였던 조도 한 ㎚보다 2배 이상의 우수한 능력 이프니다니다. 대기압 SiC정밀 단련 장치는 SiC의 보정 단련기로써 사용 가능하며 진공 장치의 경우 실리콘과 탄소 2종류의 원소가 결합한 SiC를 단순히 깎는 것이 아니라 원자를 1층, 1층 친 국가로 만드는 개념을 처음 적용했던 'SiC원자층 단위식 감각(Atomic Layer Etching)의 원천 원천 기술입니다.​

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새롭게 조각칼의 장점은 이것뿐만이 아닙니다. 두 단계로 진행된 SiC 가공 공정도 한번에 줄였습니다. 지금까지는 하나차 기계가공으로 SiC를 빨리 깎아낸 뒤 거친 표면을 이온빔을 이용해 미세하게 다듬는 폴리싱 단계가 필요했는데요. 플라즈마를 이용하면 대상면이 거칠어지지 않기 때문에 한번의 공정으로도 충분합니다.그들의 도전은 끝이 아닙니다. 올해는 2단계 산업화 개발 단계에 돌입하고 실제 산업 현장에서 사용할 수 있는 600밀리의 지름을 가지는 대상물 가공을 목표로 사용자의 편의성이 가미된 플라스마 가공기 개발에 들어갔 슴니다.연구팀은 우주광학 및 첨단 소재 분야는 기술 안보가 철저한 만큼 연구 성과가 가장 높다고 하는데요. 이강일 연구원은 \"인공위성은 각국의 미래 전략 산업이며 국방력을 판정하는 전략 기술이기 때문에 기술의 외부 공개와 이전은 엄격히 제한되고 있다\"며 \"요즘은 인공위성의 광학계(렌즈 또는 반사경 등)를 일본 등 여러 정부에서 제작했지만, 우주 개발과 첨단 산업의 발전을 위해서는 우리 스스로 자체 기술 개발이 중요하다\"고 강조했습니다.사실 이번 연구의 목적은 플라즈마 그 자체가 아니었던 것입니다. 플라즈마를 이용해 광학계를 가공하는 것이 목표네요. 연구진은 SiC와 플라즈마의 상호작용에 대한 기반연구가 없는 정세 속에서 새롭게 분야를 배워야 하는 때때로적, 자원적 어려움도 극복했어야 했습니다. 쟈은스욱 연구원은 "이번 과제는 원천 기술 개발을 넘어 제품화를 목표로 3개 기관이 협력하는 융합 과제인 만큼 핵 융합 연구소의 역할을 해야 합니다는 책입니다감을 들고요 "및 진행 과정의 긴장감도 전했습니다.초고순도 SiC 소재는 전기자동차, 하이브리드카 등의 전력소자, 태양광소자인 에닌지 변환소자, 에닌지의 절약이 요구되는 여러가지 전자제품용 전력소자로서도 사용이 기대되는 만큼 이번 가공기술 개발은 향후 큰 활약이 기대되지만.연구진은 되묻습니다. "SiC를 알고 있었고, 가공할 도구도 개발했으니, 앞으로는 응용과 성능향상이 보다 간단하지 않을까요?마법의 망치 "닐"을 챙긴 톨과 같은 쓸데없는 자신감 넘치는 표정에서, 플라즈마 가공장비의 국산화의 길을 열어주는 연구팀의 다sound 성과가 기다려집니다.​

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