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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박우태
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수18
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표면의 미세 입자를 감지하도록 설계된 MEMS (Micro-electromechanical systems) 센서는 전기적 신호를 인가하여 표면의 물리적 변화를 식별한다. 이러한 MEMS 센서가 미세 먼지를 측정하는 영역에 적용된다면 전력소비와 휴대성에서 큰 이점을 발휘할 수 있다.그러나 현재의 MEMS 센서만으로는 표면에 축적된 미세 입자가 포화되면서 측정가능한 주파수 영역을 벗어나는 한계가 있다. 본 연구에서는 감지 성능을 측정하는 것이 아니라 축적된 입자를 효과적으로 제거하는 방법을 연구하였다. 일반적으로, MEMS 센서는 고주파수 영역에서 미세 입자를 검출하여 고해상도를 위해 사용된다. 그러나 본 연구에서 고주파수 대역에 아닌 낮은 주파수 영역(1 MHZ 미만)에서 높은 감도의 값으로 공진을 하며 구동하는 오실레이팅 플랫폼을 설계하였다. 연구에 사용된 미세 먼지 입자는 직경이 1 ~ 10 μm 인 먼지 입자가 사용되었다. 제작된 PZT 압전 발진 플랫폼은 424.1 kHz의 공진 주파수에서 934.2 nm/V의 감도로 표면으로부터 먼지를 제거하기에 충분한 가속도를 발생시켰다. 또한 우리는 반데르발스 힘 이론과 오실레이팅 플랫폼의 측정된 감도(nm / V)를 기반으로 입자를 제거하는 데 필요한 최소 전압을 예측했다. 예측한 최소 전압 값은 미세 먼지 입자가 표면에서 분리되기 시작하는 전압과 유사하였고, 모든 입자를 완전히 제거하는데 예측 전압의 두 배가 필요했다. 추가적으로 우리는 PZT 압전 소자가 갖는 열 공정에서 박릭 문제를 해결하기 위해 AlN를 구동 압전 재료로 사용하여 동일한 실험을 진행하여 AlN 오실레이팅 플랫폼도 개발하였다. 또한 안정적으로 제작된 AlN 플랫폼을 사용하여 미세 먼지 입자를 감지하는 센서로의 가능성도 확인하였다.
목차
요약 ⅰ표목차 ⅲ그림목차 ⅲ사진목차 ⅳI. 서 론 11.1 미세 먼지의 영향과 측정의 필요성 11.2 기존의 미세먼지 측정 방법들 11.3 MEMS resonator의 입자 감지 원리 2II. 먼지 입자의 이론적 분석 42.1 미세 먼지 입자의 접착력 42.2 진동하는 표면의 이탈력 72.3 압전 물질의 진동 특성 8III. 오실레이팅 플랫폼의 설계와 제작 93.1 플랫폼 형상과 공정 설계 93.2 레이저 진동계(Laser Doppler Vibrometer) 153.3 플랫폼의 공진 주파수 측정 16Ⅳ. 오실레이팅 플랫폼의 미세 먼지 제거 실험 204.1 실험 측정 장비 214.2 PZT 오실레이팅 플랫폼의 정성적, 정량적 성능 평가 224.3 표면 결합 에너지를 낮추기 위한 시도 254.4 AlN 오실레이팅 플랫폼의 개발 및 새로운 가능성 29Ⅴ. 결론 39참고문헌 41영문초록(Abstract) 45감사의글 46
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