Design and Fabrication of Multiscale Functional Structures and Surfaces Using Advanced Lithographic Techniques

신승우 창원대학교 일반대학원 2024 국내박사

표면처리 기술은 자동차, 항공 등의 정밀 기계산업 및 전기, 전자 그리고 건축재, 포장재 등에 이르는 다양한 분야에 핵심적으로 적용되고 있는 기술분야이다. 일반적으로 전기화학적 방법을 이용하거나, 금속 소재의 부식 및 방식을 이용한 방법, PVD (Physical Vapor Deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition) 등 소재의 특성을 활용하여 표면에 기능성 을 부여한다. 이러한 기능성이 부여된 표면을 기능성 표면이라고 하며 표면의 물리적, 화학적, 혹은 생물학적 특성을 조절하여 원하는 기능을 수행하도록 설계된 표면이다. 낮은 liquid-solid fraction을 가지는 구조를 제작하는 방법으로는 기본적으로 포토리소그래피, 이온빔 그래피와 복잡한 화학 처리를 사용하여야 한다. 보다 간단한 구조 제작을 위해 부피 수축을 이용한 DLP (Digital Light Process) 3d printing 방법을 이용하여 버섯 모양의 재진입 구조를 제작하는 간단한 접근법도 존재한다. 이러한 선행연구들은 나노/마이크로 구조물을 이용한 낮은 liquid-solid fraction을 구현하였으며 포토리소그래피, 이빔 리소그래피, 에칭, 스퍼터링을 이용한 방법으로 구현되었다. 따라서 멀티스케일 구조물을 구현하기 위해서는 포토리소그래피 및 에칭 공정을 반복해야 하며 이는 매우 복잡한 제조 프로세스를 동반한다. 본 논문에서는 기능성 표면 구조 구현을 위한 비선형 광중합 공정을 이용한 self-propagating polymer waveguides (SPPW) 기반 멀티스케일, multimaterial 표면 제작 방법을 새롭게 제안하였으며, 기존 연구에서 마이크로 패턴을 이용한 기능성 표면의 젖음성을 분석할 때 정적 접촉각을 바탕으로 분석하였으나 장기 발액성 분석을 위해 droplet dynamics를 분석하였다. 또한 멀티스케일 구조를 구현하기 위해서는 복잡한 식각 공정과 노광 공정을 반복해야 하나, DLP를 접목하여 손쉽게 제작할 수 있는 방법을 제안하였다. 2장에서는 기능성 표면 중 젖음성에 대해서 분석하고 마이크로 구조물을 이용한 기능성 표면의 방법에 대해 연구하였다. 앞서 설명한 초소수성을 구현하기 위해서는 liquid-solid fraction을 낮추는 것이 중요하며 이는 액적과 표면 사이에 에어 캐비티를 형성하기 위함이다. 하지만 필라 구조와 같이 독립된 구조는 에어캐비티가 손쉽게 깨지게 되고 액적이 증발함에 따라 Cassie 상태에서 Wenzel 상태로 전이되어 소수성이 떨어지게 된다. 이를 바탕으로 상호연결 구조의 장기 발액성을 분석하여 나노입자를 희석한 액적을 바탕으로 액적이 증발될 때 입자의 응집 현상을 분석하였다. 소수성 소재와 친수성 소재에 각 3가지 표면 (평면, 필라, 캐비티)을 제작 하고 장기 발액성을 분석하여 상호연결 구조가 가지는 특성을 바탕으로 robust capture 및 rapid sampling으로 적용이 가능한지 확인하였다. 3장에서는 비선형 광중합 공정에서 소재의 특성을 제어하여 마이크로 구조물의 형상을 자유롭게 제어하여 적합한 어플리케이션에 맞는 구조로 제작하는 방법을 개발하였다. 빛의 자가집속 현상 및 전반사로 인해 한 방향으로 직진하려고 하는 SPPW 공정에 소재의 특성에 따른 경화정도를 분석하고 최적의 광량 및 시간을 제시하여 필라, 마이크로니들, 반구형 구조를 제작 할 수 있다. 제작된 구조를 바탕으로 마이크로렌즈, 마이크로니들, 고발액 패턴, 미세격자 구조를 구현 할 수 있다. 그리고 4장에서는 멀티스케일, multimaterial 구조를 제작하기 위해서 DLP에 디지털 패터닝 및 grayscale photopolymerization을 제안하였다. 제안한 공정을 이용하여 다양한 높이를 가지는 마이크로 구조물을 구현하였고 마이크로 구조물의 고종횡비로 유도되는 응집 현상을 제어하는 방법에 대해서 논의하였다. 제안한 멀티스케일 구조는 응집 현상을 이용해 액상을 포집할 수 있고 DLP 기반 공정으로 국소 부위에 원하는 기능을 부여할 수 있다.

고등학생의 표면전하분포모형 중심의 전기회로에 대한 이해

김승만 서울대학교 대학원 2014 국내박사

우리나라 교육과정에서 정전기와 전기회로의 단원의 구성은 학년별로 분리되어 있어 학습의 연계성이 낮으며, 물 회로와 같은 비유수업으로 인하여 전압의 정의나 미시적 전기현상을 설명하는데 제한이 많다. 전기회로의 전류와 전압 해석에서 나타나는 학생들의 어려움들은 미시적 관점에서 전하들의 운동에 대한 구체적 이해와 전압에 대한 명확한 개념 정립이 되어 있지 않은 것에 기인한다는 국․내외 연구결과들이 있다. 이에 본 연구는 전위차 개념을 강조한 표면전하분포모형 중심의 전기회로 교수·학습과정을 개발하고 적용하여 고등학생들의 전기회로와 표면전하분포모형에 대한 이해와 어려움을 분석하여 중등학교의 전기회로 관련 교육과정 및 교수·학습 방법의 개선에 필요한 시사점을 얻고자 하였다. 표면전하분포모형은 정전기 단원에서 학습하는 미시적 설명 모형인 표면전하와 전기장을 직류 전기회로 단원에서 학습하는 거시적 물리량인 전압과 전류와 연계하는 교수·학습방안이며 본 연구에서는 고등학생을 위한 표면전하분포모형 교수·학습과정 개발의 주안점을 다음과 같이 설정하였다. 첫째, 정전기 현상의 특징인 도체의 표면전하들에 의해서 형성되는 전기장과 전위의 개념을 전기회로의 전기현상 해석에 적용할 수 있도록 한다. 둘째, 전기회로를 구성하는 전지, 전선, 저항 등 각 소자들의 전기적 특성과 표면전하분포를 세분화 하여 이해 할 수 있도록 한다. 셋째, 저항에서 전하분포가 일정하게 변하는 특성을 저항이 다수인 직렬연결회로에도 확장하여 적용할 수 있도록 한다. 본 연구의 참여 학생은 부산 시내 일반계 고등학교 1학년 학생들로 자연계열의 진학을 희망하며 방과 후 교육활동에 참여하는 2개반 50명이다. 교수·학습활동은 정전기, 전기회로 구성소자 및 전지의 전압, 전선과 저항선의 표면전하분포, 저항회로의 표면전하분포 모형, 직렬 및 병렬회로에서 전하분포모형 적용 등 총 5차시로 구성되었고 각 차시는 90분으로 수행되었으며 본 교수·학습자료를 개발한 연구자가 수업을 진행하였다. 교수·학습 과정의 수행 전과 후의 전기회로의 이해가 향상되었는지를 확인하기 위해서 직류저항전기회로 개념검사(DIRECT), 직렬회로 및 병렬회로에 대한 전압개념검사를 투입하였고 표면전하분포모형 중심의 전기회로 및 표면전하분포모형에 대한 이해와 어려움을 분석하기 위해서 자체 제작한 개념 검사를 실시하였다. 각 검사지의 선택형 문항에 대한 학생의 응답은 EXCEL(Ver.2010)과 SPSS(Ver.18.0) 등을 사용하여 양적으로 통계분석 하였으며, 자유반응형 문항에 대한 응답은 유형화를 통한 질적 분석을 수행하였다. 직류저항전기회로(DIRECT) 개념검사에서는 사후의 평균 점수(52%)가 사전 평균점수(36%)보다 높게 나와 성취도 향상이 통계적으로 유의미 한 것으로 확인되었으나 정규이득 분석결과 일반적인 향상도 범주인 것으로 확인되었다. 하지만 미시적·정성적 전기회로이해, 전위차(전압) 개념, 회로 전체적 관점에서의 전기회로이해 개념영역에 대한 성취도 향상이 전체 평균점수의 향상 보다 높게 나타났으며 특히 전압 개념영역 점수 향상이 가장 크게 나타났다. 전압개념검사 결과 학생들은 직렬회로에서 저항의 전압분배 개념이 좋아졌고 병렬회로에서는 전압중심의 회로해석 접근방법이 증가하였다. 전체적으로 정성적 문항과 전지의 전압일정 특성 및 전류와 전압의 구분 등 전압개념 이해가 크게 향상되었다. 표면전하분포모형에 대한 이해와 어려움은 다음과 같았다. 연구참여 학생들은 고등학생을 위한 표면전하분포모형의 세 가지 강조점 중 미시적․정성적 설명과 소자별 표면전하분포모형을 잘 이해한 것으로 나타났다. 즉, 전류가 흐르는 원인과 표면전하가 형성하는 전위차에 대한 설명과 이해, 전지와 전선에서 전위차와 표면전하분포모형을 잘 이해한 것으로 나타났다. 그러나 세 번째 측면인 저항에 대한 표면전하분포모형의 적용에서는 다수의 학생들이 어려움을 겪은 것으로 나타났다. 특히, 저항이 여러 개 연결된 직렬회로에서 표면전하분포를 전위의 형태와 일치하게 표현하는데 어려움을 보여 주었다. 결론적으로 고등학생을 대상으로 한 전위차를 강조한 표면전하분포모형 중심의 전기회로 교수․학습과정은 학생들의 전기회로 이해에 도움을 주었는데 특히 미시적 전류 흐름에 대한 원인, 전압과 전류 개념의 구분 그리고 전지의 전압특성과 병렬회로에서 전압 개념에 대한 이해 향상에 효과적임을 확인 할 수 있었다. 따라서 전류 및 전압에 대한 미시적 관점의 이해와 정성적 개념 학습에 강점이 있는 전위차 중심의 표면전하분포모형을 기존의 정량적 회로해석 중심의 전기회로 교수·학습과정과 접목함으로써 두 교수·학습과정을 상호 보완할 수 있는 계속적인 연구가 필요하다고 생각한다.

드론 영상 활용을 위한 무참조점 표면유속 산정 기법 개발

이준형 명지대학교 대학원 2020 국내석사

표면영상유속계는 영상을 이용한 비접촉식 유속계로 최근에는 넓은 범위의 유속 및 유량을 간편하게 측정하기 위해 드론을 이용한 표면유속 측정 연구 또한 수행되고 있다. 하지만 드론을 이용한 표면유속 측정 시 영상 변환 및 픽셀당 물리거리 산정을 위해 참조점을 영상에 담아야 하기 때문에 드론의 비행고도와 촬영 영역에 한계를 가지게 된다. 따라서 드론 영상을 이용한 하천 유속 측정의 강점인 공간적 자유성을 최대한 확보하기 위해 참조점이 필요 없는 표면유속 산정 기법의 개발이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 드론의 위치 및 자세정보만을 이용한 무참조점 표면유속 산정 기법을 개발하였다. 또한 표면유속 산정의 정확도를 향상시키기 위해 카메라 왜곡, 경사에 의한 왜곡 및 영상 흔들림에 대한 보정도 수행하였다. 본 연구에서 개발한 표면유속 산정 기법의 검증을 위해 수리모형에서 표면유속을 산정한 뒤 기존에 사용하던 참조점을 이용하는 표면유속 산정 기법으로 구한 표면유속과 비교하였다. 무참조점 표면유속 산정 기법의 핵심은 참조점 없이 픽셀당 물리거리를 산정하는 것이다. 픽셀당 물리거리는 카메라의 초점거리, 픽셀 크기 및 드론의 비행고도를 이용한 비례식으로 산정하였다. 카메라 왜곡 보정은 카메라 캘리브레이션을 통해 산정된 카메라 내부 파라미터를 이용하여 수행하였다. 경사 왜곡 보정은 영상 내 소실점의 기하학적 특징과 드론 영상에 저장된 메타데이터를 이용하여 수행하였다. 메타데이터에 저장된 드론의 자세 정보를 이용하여 드론의 촬영 각도를 계산하고, 소실점의 기하학적 특징을 이용하여 촬영된 영상을 정사영상으로 변환하였다. 영상 흔들림 보정은 영상 내 특징점을 검출하고 흔들림이 발생한 연속된 영상 중 첫 번째 영상 특징점의 영상 좌표에 나머지 영상 특징점의 영상 좌표를 일치시키는 방법으로 수행하였다. 본 연구에서 개발한 기법의 검증은 물리거리 산정 검증과 유속 산정 검증의 2단계로 나누어 수행하였다. 물리거리 산정에는 테니스 코트를, 유속 산정에는 수리모형을 이용하였다. 총 5번의 테니스 코트 베이스 라인의 물리거리 산정 결과 줄자로 측정한 물리거리와 평균 3.34 %의 차이를 보였다. 또한 유속 산정 결과 참조점을 이용하는 기존 표면영상유속계와 평균 3.11 %의 차이를 보임을 확인하였다. 결론적으로 본 연구에서 제시한 무참조점 표면유속 산정 기법을 이용하면 별도의 참조점 없이도 하천의 표면유속을 효과적으로 산정할 수 있음이 입증되었다. 향후 드론 비행고도 및 촬영 각도, 영상 왜곡 보정의 불확도 등 표면유속 산정에 영향을 미치는 다양한 인자에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 이러한 불확도 분석에 대한 연구가 수행된다면 향후 드론을 이용한 하천의 표면유속 측정의 신뢰도가 향상될 것으로 기대된다. SIV(Surface Image Velocimetry) is non-contact flowmeter using images, and in recent years, surface velocity measurement studies using drone have also been conducted. However, when measuring surface velocity using a drone, the reference points must be included in the image for image correction and the GSD(Grond Sampling Distance) estimation, thus limiting the drone’s flight altitude and shooting area. Therefore, it is necessary to develop a surface velocity measurement technique that doesn’t require a reference points in order to maximize spatial freedom, which is an advantage of river flow velocity measurement using drone images. Thus, in this study, a technique for measurement of surface velocity without reference points using only the position and attitude information of drone was developed. Also, in order to improve the accuracy of surface velocity measurement, camera distortion, tilt distortion, and image shaking were corrected. To verify the surface velocity measurement technique developed in this study, the surface velocity was calculated for the hydraulic model and compared with the surface velocity obtained by surface velocity measurement technique with reference points. The key to the without surface velocity measurement technique is to calculate the GSD without reference points. The GSD was calculated as a proportional equation using the focal length of the camera, the pixel size and the flight altitude of the drone. Camera distortion correction was performed using camera intrinsic parameters calculated through camera calibration. Tilt distortion correction was performed using the geometric characteristic of the vanishing point in the image and metadata stored in the drone image. Using the attitude information of the drone stored in the metadata, the shooting angle of the drone was calculated, and the images taken were converted into an orthoimage using the geometric characteristic of the vanishing point. Image stabilization was performed by detecting the interesting points in the image and matching the image coordinates of the interesting points in the remaining images to the image coordinates of the intersting points in the first image among the continuous images in which the shake occurred. Verification of the technique developed in this study was performed in two stages: verification of physical distance measurement and verification of flow velocity measurement. The tennis court was used to measure the physical distance, and the hydraulic model was used to measure the flow velocity. As a result of total five measurement the physical distance of tennis court baseline showed an average of 3.34 % difference from the physical distance measured by the tape measure. In addition, it was confirmed that the average of 3.11 % difference from the surface velocity measured by conventional measurement technique with reference points. In conclusion, it is proved that the surface velocity of rivers can be measured effectively without reference points by using the technique of measurement surface velocity developed in this study. In the future, it is necessary to study various factors that influence the measurement uncertainties such as drone flight altitude, shooting angle, image distortion correction. If the research on the uncertainty analysis is carried out, the reliability of surface velocity measurement using drone is expected to be improved.

GaAs 표면 및 금속과의 계면형성을 위한 유황화/수소화 처리 연구

강민구 연세대학교 대학원 2001 국내박사

GaAs 표면의 유황보호막 형성 및 금속/GaAs 계면에서의 유황보호막의 결합거동을 연구하였으며, 금속/GaAs 계면의 수소화 (interface hydrogenation) 처리를 통해 보다 향상된 쇼트키 계면의 형성에 관련된 연구를 수행하였다. 다각도로 전근되어진 물리적·화학적·전기적 실험적 결과들과 시뮬레이션을 통한 계면 구조해석을 바탕으로, GaAs 표면 유황보호막 처리 공정과 계면 수소처리 공정이 쇼트키 계면 특성에 미치는 효과 및 표면유황화/계면수소화 반응기구를 제시하였다. (NH_(4))_(2)S 용액을 이용한 GaAs 표면처리는 단원자 층의 유황막을 형성시켰으며, 유황처리된 GaAs 표면은 장시간 대기중 산화 억제 효과를 나타내었다. GaAs 표면처리후 형성되어지는 GaAs 표면의 다양한 잔류막이 금속화 공정시 발생되어지는 결합특성 변화를 비파괴 계면분석 기술을 이용하여 관찰하였으며, GaAs 표면의 As 산화물 및 As 황화물들은 금속 증착시, 증착금속의 열에너지 및 운동에너지에 의해 열역학적으로 보다 안정한 상인 Ga 산화물/황화물로 전이되어짐을 관찰할 수 있었다. 또한 이러한 계면 잔류막의 결합 전이 현상에 의해 금속/GaAs 계면에 excess As이 포획되어짐을 확인하였다. 금속/GaAs 계면에 존재하는 excess As을 제어하기 위하여 금속/GaAs 계면 수소화 처리를 수행하였으며 Au(5nm)/GaAs 계면 수소처리시 계면의 excess As은 휘발성이 강한 As hydride 형태로 효과적으로 제거되어졌다. GaAs 표면유황화 및 계면수소화 처리된 쇼트키 다이오드는 계면 산화물 및 excess As의 제거로 인하여 약 10배 낮은 역전압 누설전류를 나타내었으며, 계면 결함 밀도의 감소 및 쇼트키 장벽 높이의 증가를 보여 주었다. Pd/GaAs 쇼트키 다이오드에 있어 표면유황화/계면수소화 처리를 시도하였으며 특히 계면 수소화는 Pd 촉매를 이용한 수소 열처리를 적용하였다. 이에 표면 유황화 처리에 의한 계면 산화물의 배제와 수소 열처리에 의한 excess As의 제거를 확인할 수 있었으며, 이에 따른 쇼트키 다이오드의 역전압 누설전류의 감소 및 쇼트키 장벽 높이의 증가를 관찰하였다. 마지막으로 이러한 GaAs 표면 유황화 처리 및 계면 수소화 처리를 GaAs MESFET 소자에 적용해 보았으며, 그 결과 게이트 누설전류의 급격한 감소를 확인, 게이트 금속/GaAs 계면부에 존재하는 산화물과 excess As이 소자의 게이트 특성을 퇴화시키는 주요인자임을 확인할 수 있었다. GaAs surface sulfidation, bonding behavior of S-passivation layer at the metal/GaAs interface, and interfacial hydrogenation have been systematically investigated. Based upon the chemical/electrical results and the simulation for the bonding distribution of interface, we propose the reaction mechanism of surface sulfidation and interface hydrogenation and their effects on the Schottky contact properties. Surface treatment with (NH_(4))_(2)S solution produced a monolayer thickness of a sulfide layer on GaAs surface, which has an effective protection from air contamination. Bonding behaviors of surface sulfide and oxides in Schottky metallization was non-destructively characterized in a detail. The initial surface states such as As oxide and As sulfide have been found to be modified into more thermodynamically stable bonds, Ga oxide and Ga sulfide when GaAs metallization. The driving force of this bonding transition is considered to be thermal energy and kinetic energy of a deposited atom. In particular, the reaction created by-product of excess As, which was trapped between metal and GaAs. In order to control interfacial excess As, we introduced a new process of interfacial hydrogenation, and we could found that this treatment to Au(5nm)/GaAs made interfacial excess As remove effectively as a volatile As hydride form. Sulfur-passivated and hydrogenated Schottky diode exhibited a reduced leakage current by an order, lower defect density, and higher barrier height. In Pd/GaAs Schottky contact, the treatments of surface sulfidation and interfacial hydrogenation was applied and in particular the thermal hydrogenation using Pd catalytic metal was employed. The result showed the exclusion of interface oxide by sulfidation and the cleaning of interfacial excess As by hydrogenation, and the electrical properties of their Schottky diodes were greatly improved. These process was also applied to the fabrication of GaAs MESFET gate and a large amount of gate leakage current was reduced. Therefore, we concluded that the oxide and excess As at Schottky interface of gate played a critical role of degrading the practical performance of the device.

표면영상유속계의 유속 측정 불확도 산정에 미치는 빛의 영향 분석

임윤성 명지대학교 대학원 2023 국내박사

기존의 하천 유량측정 방법은 고비용과 많은 인력 투입이 필요하며 측정 시 위험성이 존재한다는 문제점을 지니고 있다. 이로 인해 최근에는 직접 하천에 들어가지 않고 계측을 할 수 있는 비접촉식 유량계측 방식이 주목을 받고 있다. 특히, 영상을 이용하는 표면영상유속계(SIV, Surface Image Velocimetry)는 비접촉식이며 측정단면의 모든 측점에서 유속을 동시에 측정할 수 있다는 장점이 있어 전국 소하천 및 국가하천을 대상으로 적용사례가 늘어나고 있다. 하지만 표면영상유속계의 불확도 산정에 관한 연구는 거의 진행된 바가 없어 계측결과에 대한 신뢰성을 나타내는 지표가 공시되어 있지 않은 상황이다. 따라서 본 연구에서는 표면영상유속계 불확도 요인 중 영상 획득 시 영향을 크게 미칠것으로 판단되는 빛의 밝기 변화에 따른 불확도를 산정하였고, 빛이 없는 환경에서 열영상 카메라를 이용한 표면영상유속계의 적용성을 검토하였다. 빛의 밝기 변화에 따른 불확도 변화를 분석하기 위해 한국건설기술연구원의 하천 실험센터 내 폭 10 m, 자갈하상의 유량조절이 가능한 소하천 규모의 수로에서 수리실험을 수행하였다. 실험은 표면영상유속계로 동시에 측정한 300개 측점의 평균유속을 태양광과 인공조명의 조도변화에 따라 비교하여 불확도를 산정하였다. 또한, 빛의 없는 상황에서 분석이 불가능한 표면영상유속계의 단점을 보완하기 위하여 조도가 낮은 환경에서 열영상표면유속계의 적용성을 확인하였다. 빛의 밝기변화에 대한 불확도 측정결과, 태양광(0 lx ~ 54,000.00 lx)의 경우 조도7,620.00 lx ~ 54,000.00 lx 에서 불확도 2 % 이하, 513.00 lx ~ 6,830.00 lx 에서 불확도 5 % 이하로 산정되었다. 274.00 lx 이하의 조도에서 불확도가 급격히 증가하며 측정 가능한 최소 조도인 2.80 lx에서 최대 불확도 50.69 %가 산정되었다. 인공조명( 14.1 lx ~ 168.6 lx)의 경우 조도 168.60 lx에서 최소 불확도 10.65 %가 산정되었으며 30.40 lx에서 최대 불확도 21.30 %가 산정되었다. 열영상카메라를 이용한 열영상표면유속계의 적용성을 확인하기 위하여 태양광과 인공 조명의 조도 변화에 따른 불확도를 산정한 결과 불확도는 전 측정조도(태양광 : 0 lx ~ 2,000 lx, 인공조명 : 20.1 lx ~ 102.9 lx)에서 1 % 미만의 불확도가 산정되었다. 특히 조도가 0 lx인 경우에도 1 % 미만의 불확도가 산정되어 열영상표면유속계는 빛이 없는 환경에서도 사용할 수 있음을 확인하였다. 불확도 분석 결과 동일 조도이지만 불확도의 차이가 크게 발생하는 결과가 나타났는데 이는 같은 조도라도 광원과 카메라의 위치관계에 따라 촬영된 영상에서 수표면의 명암의 분포가 다르게 나타났기 때문으로 판단되었다. 따라서 빛의 밝기보다는 분석영역 내 명암값의 표준편차가 불확도와 더 밀접한 관계가 있는 것을 확인하였으며 분석영역 명암값의 표준편차가 12 이하에서 불확도가 급격히 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 분석영역 명암값의 표준편차가 12 ~ 35 사이에서 불확도는 최대 2.5 %를 보였으며, 분석결과를 정리하여 분석영역 내 명암값의 표준편차와 불확도와의 관계식을 제시하였다. 본 연구에서는 제한된 수리 조건에서 빛의 밝기 변화에 따른 표면영상유속계의 유속 측정 불확도만을 분석하였다. 총 불확도를 구하기 위해서는 향후 표면영상유속계의 다양한 불확도 인자에 대한 불확도 산정연구가 지속적으로 수행되어야 할 것으로 판단된다. 또한, 열영상표면유속계의 적용성에 대한 보편적 평가를 위해서는 조도 뿐만 아니라 온도, 유속규모, 기상 등 다양한 조건에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. Existing river flow measurement methods have problems in that they require high cost and a large manpower input and carry a risk during measurement. As a result, a non-contact method of measuring flow without directly entering the river has recently been drawing attention. Surface Image Velocimetry (SIV) using images is especially applied widely in small streams nationwide and national rivers, as it is non-contact and can simultaneously measure the flow velocity at all points of the measurement section. However, there is no published indicator of the measurement results' reliability since almost no research has been conducted to calculate the SIV's uncertainty. Thus, this study calculated uncertainty according to the change in light brightness, considered to significantly affect image acquisition among the factors of SIV uncertainty, and reviewed the applicability of thermal SIV using a thermal camera in a lightless environment. To analyze the change in uncertainty according to the change in light brightness, this study carried out hydraulic experiments in a 10m wide, small stream waterway, with controllable flow rates on gravel beds, in the river test center of the Korea Institute of Construction Technology. In the experiment, the uncertainty was calculated by comparing the average flow velocity of the 300 areas simultaneously measured by SIV according to the illuminance change of sunlight and artificial light, and the analysis areas' illuminance was measured using an illuminance meter. Also, to compensate for the disadvantage of SIV, which cannot be analyzed in the absence of light, the study examined the applicability of thermal surface velocimetry according to the change in illuminance of sunlight and artificial light. The results of measuring uncertainty for the change in light brightness showed that for sunlight (0 lx ~ 54,000.00 lx), the uncertainty was calculated to be less than 2% in the illuminance of 7,620.00 lx ~ 54,000.00 and less than 5% in the illuminance of 513.00 lx ~ 6,830.00 lx. Uncertainty increased rapidly for the illuminance under 274.00 lx, and maximum uncertainty of 50.69% was calculated at 2.80 lx, the minimum measurable illuminance. For artificial light (14.10 lx ~168.60 lx), the minimum uncertainty of 10.65 % was calculated at the illuminance of 168.60 lx and the maximum uncertainty of 21.30 % at the illuminance of 30.40 lx. To confirm the applicability of thermal SIV using a thermal camera, this study calculated uncertainty according to changes in the illuminance of sunlight and artificial light. The result was less than 1% of uncertainty at the measured illuminance (sunlight: 0 lx ~ 2,000.00 lx, artificial light: 20.10 lx ~ 102.90 lx). Moreover, the uncertainty of less than 1% was calculated when the illuminance was 0 lx, confirming the applicability of thermal SIV even in an environment without light. According to the uncertainty analysis result, a large difference in uncertainty appeared in the same illuminance because, even with the same illuminance, the distribution of light and shade on the water surface differed in the image taken according to the positional relationship between the light source and the camera, even with the same illuminance. Therefore, it was confirmed that the standard deviation of gray values in the analysis area has a closer relationship with uncertainty than light brightness and that the uncertainty increased rapidly when the standard deviation of gray values in the analysis area was less than 12. Uncertainty was up to 2.5% in the standard deviation of gray values in the analysis area between 12-35, and the analysis results were organized to present the relational expression between the standard deviation of gray values in the analysis area and uncertainty. This study analyzed the flow velocity measurement uncertainty of SIV according to the change in light brightness under limited hydraulic conditions. To obtain total uncertainty, it is judged that should be carried out continuously to calculate the various uncertainty factors of SIV. In addition, to universally evaluate the applicability of thermal SIV, it is necessary to conduct research on various conditions such as temperature, flow velocity scale, weather, as well as illuminance.

표면탄화 공정을 적용한 미이용 농업부산물의 에너지원 활용 가능성 연구 : 고춧대, 포도전정가지 중심으로

김석준 강원대학교 대학원 2020 국내석사

본 연구에서는 미활용 농업부산물을 이용한 펠릿을 평가하였으며 이를 표면탄화 공정 후 에너지원 활용가능성을 확인하였다. 1등급 목재펠릿을 대조군으로 이용하였으며 고춧대, 포도전정가지를 펠릿으로 성형하여 이를 「비목재펠릿」과「자원의절약과 재활용촉진에 관한 법률」기준에 따라 크기, 내구성, 겉보기밀도, 발열량 등을 평가하였다. 고춧대펠릿의 경우, 낮은 내구성과 염소의 함량이 높아「비목재펠릿」기준 등급에 만족하지 못했지만 Bio-SRF 등급을 만족하였다. 포도전정가지펠릿의 경우, 내구성이 낮아 Bio-SRF등급을 만족하였다. 하지만 최근 국립환경연구원에서 Bio-SRF연료의 질소산화물의 배출량이 연탄보다 많아 과다한 미세먼지를 유발한다는 문제점을 제기하여 Bio-SRF에너지로서 활용가능성은 불투명해졌다. 따라서 평가 후 확인된 문제점과 반탄화공정을 통해 에너지화 가능성을 발표한 선행연구에서 제시한 반탄화공정의 문제점을 개선하고자 표면탄화 기술을 개발하여 표면탄화 공정을 진행하였다. 표면탄화 공정을 마친 농업부산물펠릿은 공정온도가 높고 공정시간이 길수록 검은색으로 나타났고 질량수율이 낮아지는 것을 확인하였다. 또한 변화된 연료특성을 확인하기 위하여 원소분석, 공업분석, 발열량 등을 측정하였다. 국내에는 탄화된 펠릿에 대한 품질평가기준이 없어 공정조건이 비슷한 「성형숯」품질기준으로 평가를 실시하였다. 평가결과 고춧대펠릿은 황의 함량이 높고 고정탄소의 함량이 낮아 착화용 등급, 포도전정가지펠릿은 고정탄소의 함량이 20%정도로 측정되어 구이용 2등급(착화제유)에 해당하는 공정조건이 선별되었다. 선별된 공정 조건 중 에너지수율을 고려하였을 때 고춧대펠릿은 400℃에서 2분 15초 공정, 포도전정가지펠릿은 400℃에서 2분 공정이 최적조건으로 나타났다. In this study, pellets using agricultural byproducts were evaluated and the possibility of conversion into fuel by surface torrefaction process was performed. Wood pellets were used as a control. Pepper stem and grape branch were pelletized and evaluated by 「Non-wood pellets」 and 「Resource conservation and recycling promotion laws」. For pepper stem, durability was low and chlorine content was high, so it was determined as ‘Bio-SRF’. Grape branch pellet was low durability, so it was determined as ‘Bio-SRF’. Recently, however, the national institute of Environmental Research raised the issue that the emission of nitrogen oxides from Bio-SRF fuel is higher than coal, causing excessive fine dust. So it made availability of Bio-SRF uncertain as energy source. Therefore, to improve disadvantages for previous studies, surface torrefaction process technology was developed. After conducted the surface torrefaction process, the higher process temperature, the longer process time, the deeper color was showed, and the mass yield decreased. In addition, element analysis, proximate analysis, and calorific value were measured to observe the changes of fuel characteristics. As there was no quality evaluation standard for thermal treatment pellets in Korea, the evaluation was conducted based on “molding charcoal” quality standards with similar process conditions. According to the evaluation results, the pepper stem pellet was selected as ignition grade due to its high sulphur content and low fixed carbon content. Fixed carbon of grape branch was about 20 percent content, determined as the second grade (with ignition agent) for roasting. when considering the energy yield among the selected process conditions, the pepper stem pellet was shown to be the optimal condition for 2 minute 15 seconds at 400℃, and the grape branch was shown to be optimal condition for 2 minutes at 400℃.

소프트표면 구조를 적용한 표면파 억제

김중관 경기대학교 일반대학원 2008 국내석사

실내용 중계기 시스템은 기지국과 송, 수신 하는 도너(Donor) 안테나와 실내 단말기와 송, 수신 하는 서비스(Service) 안테나로 구성되어 있다. 두 안테나사이의 격리 특성 확보를 위하여 안테나들을 일정 간격을 두고 설계를 해야 하며 이는 소형화에 큰 단점이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 패치안테나의 후방방사를 줄일 수 있는 구조에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 1980년대 Kildal 교수는 전파의 편파에 따라서 전파를 차단하고 통과할 수 있는 소프트 표면(Soft surface)과 하드 표면(Hard surface)을 정의하였으며, 1990년대에 UCLA의 Sievenpiper 연구팀은 머쉬룸(Mushroom) 구조의 고임피던스 전자기 표면을 제안하였다. 본 논문에서는 표면파(Surface wave)를 억제할 수 있는 새로운 구조의 소프트 표면을 제안하였다. 제안된 단위 셀 구조는 UMTS 대역의 중심 주파수인 2.045 GHz에서 저지 대역 특성이 나타나도록 설계 하였다. 단위 셀 구조는 6.85 mm ☓ 6.85 mm() 크기를 갖는 두 평행한 평판을 높이 1.27 mm 의 비아로 연결된 형태로 설계되었다. 제안된 구조는 기존의 머쉬룸 모양 구조를 접지면과 분리하여 설계함으로서 기존의 구조 보다 작은 크기의 접지면을 갖는 안테나를 설계할 수 있는 장점을 가지고 있다. 표면파 억제 특성 확인을 위해 두 패치 안테나 사이에 제안된 소프트 표면을 배열하고 안테나의 격리 특성을 확인해 보았다. 배열 차수를 늘림에 따라서 두 안테나 사이의 격리 특성이 향상 되었으며 대표적인 소프트 표면 구조인 머쉬룸 모양 구조와 스트립 라인과 비아를 이용한 구조와 비교하여 본 결과 기존의 소프트 표면 구조보다 우수한 격리 특성을 확보할 수 있었다. 비 유전 상수 10.2, 높이 1.27 mm를 갖는 Rogers (社)의 RO3210 유전체 기판을 사용하여 안테나를 설계하고 제안된 소프트 표면을 부설하였다. 최종 실험에 사용된 안테나는 반 파장의 길이(75 mm ☓ 75 mm)의 접지면과 한 파장의 길이(150 mm ☓ 150 mm)의 유전체 기판을 사용하여 설계 하였다. 제안된 소프트 표면을 1∼3열로 배열하고 각각의 방사패턴을 측정하여 일반적인 안테나의 방사패턴과 비교해 보았다. 동일한 유전체 기판 크기를 갖는 일반적인 안테나의 전 후방 방사 전력량 비율(Front-Back-Ratio)은 14.47 dB로 측정되었으며 소프트 표면을 1∼3열로 배열한 경우에는 각각 21.08, 25.31, 18.1 dB로 나타났다. 3가지 경우 모두 일반적인 안테나에 비해 후방 방사가 줄어들었으며 2열로 배열한 경우 가장 좋은 특성을 나타내었다. 제작된 소프트 표면을 적용할 경우 패치 안테나의 후방 방사가 감소하기 때문에 UMTS용 실내 중계기용 안테나의 도너/서비스 안테나 간 격리 특성이 우수하게 나타나게 되므로 안테나 전체 구조의 소형화가 가능하다.

고체-유체 경계면에서 표면 마찰 감소를 위한 미세구조화 표면의 제작 및 특성평가

최준구 강원대학교 대학원 2019 국내석사

In this paper, we have studied the fabrication of microtextured surface polymer films with hydrophobic for surface friction reduction at solid-liquid interface. Hydrophobic surfaces with irregular microstructures on the surface are used in various fields such as automobile window glass, ships and building exterior walls. If the hydrophobic surface has a microstructure, the properties of the surface will be more hydrophobic. When the water contacts the microtextured surface, the gas is trapped between the microtructures and the gas layer is formed. At this time, the dynamic viscosity of air is much smaller than the dynamic viscosity of water, the surface friction is reduced. In order to reduce the surface friction drag force at the interface between the fluid and the solid surface, there are a chemical surface treatment method such as a surfactant or a hydrophobic coating, a thermal surface treatment method using a Leidenfrost effect, and a structural surface treatment method for forming shark skin or microstructure on the surface. These methods have problems in that large energy is consumed and the friction reduction effect decreases over time. Among various methods, the surface friction reduction method using microstructures can reduce friction by consuming low energy, so that researches for fabricating microstructures on the surface have been actively conducted. Chemical vapor deposition, aluminum anodization, and lithography using light and photoresist have been widely used as methods for making microstructures. However, these methods are disadvantageous in that they are complicated in manufacturing process, have a long process time, are difficult to manufacture in a large area, and are expensive to produce. In order to overcome the above disadvantages, we have fabricated a microstructured surface through aluminum wet etching and PDMS polymer duplication which has a simple and short process time. The surface roughness and the contact angle were measured to confirm the characteristics of the fabricated surface. To confirm that the air layer necessary for friction reduction was formed at the interface between the fluid and the microstructured solid when the water was dropped on the microstructured surface, the area of the collected gas was measured. In order to confirm the change of the friction characteristics of the microstructured surface, frictional forces at the interface between solid and solid and between fluid and solid interface were measured by friction measuring device. In order to check drag reduction through friction reduction caused by microstructures, the film was attached to the surface of the propeller and rotated in water. The drag force of the propeller was measured and the drag reduction was confirmed by the variation of the drag coefficient. 표면에 불규칙한 미세구조물을 갖는 소수성의 표면은 자동차의 유리창이나 선박, 건물 외벽과 같은 여러 분야에서 사용되어진다. 마이크로와 나노 크기의 미세구조물을 갖는 표면이 소수성의 성질은 갖게 되면 발수 특성이 더욱 증가하게 되는데 물이 미세구조화 표면 위에 접촉하게 되면 미세구조물 사이에 기체가 포집되어 고체와 유체의 경계면 사이에 기체층이 형성된다. 이때 공기의 동적 점도가 물의 동적 점도보다 훨씬 작기 때문에 표면의 마찰이 감소하게 된다. 유체와 고체의 경계면에서 표면 마찰 항력을 감소시키기 위해서는 계면활성제나 소수성코팅 등의 화학적 표면처리 방법과 라이덴 프로스트 효과를 이용한 열적 표면처리 방법, 상어피부나 미세구조물을 표면에 형성하는 구조적 표면 처리 방법들이 존재한다. 이러한 방법들은 큰 에너지가 소비되고, 시간이 지남에 따라 마찰 감소 효과가 감소하는 문제점들이 존재하다. 위의 방법들 중 미세구조물을 이용한 표면 마찰 감소 방법은 낮은 에너지를 소비하면서 마찰 항력 감소 효과를 나타낼 수 있기 때문에 표면에 미세구조물을 제작하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 미세구조물을 만들기 위한 방법으로 화학 기상 증착이나 알루미늄 양극 산화 공정과 빛과 감광제를 이용한 리소그래피 공정 등이 많이 사용되어 지고 있는데 이러한 방법들 또한 복잡한 제작 공정과 매우 긴 공정시간을 가지고 있고, 대면적으로 제작하기 힘들다는 것과 제작비용이 비싸다는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 위의 단점들을 극복하기 위하여 제작 공정이 간단하고 짧은 공정 시간을 가지고 있는 알루미늄 습식식각과 PDMS 고분자 복제 성형을 통해 미세구조화 표면을 갖는 필름을 제작하였다. 제작된 표면의 특성을 확인하기 위해 표면 거칠기와 접촉각을 측정하였고, 유체와 미세구조화 고체의 경계면에서 마찰 감소에 필수적인 공기층이 형성되는 것을 확인하기 위해 미세구조화 표면 위에 물을 떨어뜨렸을 때 미세구조물 사이에 포집된 기체의 면적을 측정하였다. 또한 미세구조화 표면의 마찰 특성의 변화를 알아보기 위해서 고체와 고체 경계면에서와 유체와 고체 경계면에서의 마찰력을 마찰 측정 장비를 통해 측정하였고, 미세구조물로 인한 마찰 감소가 항력 감소에 대한 영향을 확인하기 위해서 프로펠러에 제작한 필름을 부착하여 수중에서 회전시킬 때 프로펠러의 항력을 측정하고 이에 따른 항력계수 변화를 통해 마찰 감소 효과를 확인하였다.

소모직물의 표면섬유가 주관적 감각에 미치는 영향

김동옥 연세대학교 대학원 2003 국내박사

본 논문에서는 소모직물의 표면섬유가 직물의 표면특성과 관련된 주관적 감각에 미치는 영향을 고찰하였다. 표면섬유를 정량화하기 위하여 이미지 분석기법을 도입하였고, 이로부터 산출된 표면섬유와 직물의 거친 감각, 까슬까슬한 감각, 오돌도돌한 감각, 매끄러운 감각, 부드러운 감각, 폭신한 감각, 따뜻한 감각, 전체적 촉감간의 관계를 고찰하였다. 시료로는 춘추용 수트 직물로 사용되는 소모직물을 사용하였으며, 이 직물들은 다양한 분포의 표면섬유를 가졌고, 조직은 평직과 능직으로 제한하였다. 표면섬유의 분석을 위해서 촬영된 직물의 표면 이미지로부터 단위길이의 직물안에 들어가는 표면섬유의 총길이(Aggregate Length)와 표면섬유 갯수를 계산하였다. 직물의 표면특성의 평가를 위해 가와바타(Kawabata)의 태평가 시스템에서 사용되는 표면 마찰 시험기(KES-FB4)를 사용하여 표면마찰계수의 평균(MIU), 표면 마찰계수의 평균 편차(MMD), 표면 요철(SMD)값을 측정하였다. 직물의 따뜻한 감각과의 관련성 고찰을 위해 Thermolabo II를 사용하여 직물의 초기 열유속 최대치(Qmax)를 측정하였다. 직물의 주관적 평가를 위해서 일관성 테스트를 통하여 의류학 전공의 대학원생 및 연구원으로 구성된 전문 패널을 선정하였고, 3주간 평가 능력 향상을 위한 훈련을 실시하였다. 선정된 20명 패널들을 대상으로 기준직물을 제시하지 않은 9점 의미미분 척도를 사용한 평가와 기준직물을 제시한 2가지의 평가를 실시하였다. 주관적 평가 결과 기준직물을 제시한 경우에 제시하지 않은 경우에 비해서 피험자간의 표준편차가 더 작게 나타나 기준직물의 제시가 피험자간의 오차를 줄여준다는 것을 발견하였다. 직물의 표면섬유에 대한 Aggregate length는 6.82mm에서 29.66 mm 범위의 값을 가졌고 섬유 갯수는 124개에서 266개였다. 직물에 표면섬유가 많이 존재할수록 직물은 덜 거칠고, 덜 까슬까슬하며, 덜 오돌도돌하고, 더 매끄러우며, 더 부드럽고, 더 따뜻하며, 더 폭신하게 지각되었고 촉감이 더 좋게 평가되었다. 또한, 표면마찰 및 기하학적 거칠기가 클수록 직물이 더 거칠고, 더 까슬까슬하며 더 오돌도돌하고 덜 매끄러우며, 덜 부드럽고 덜 폭신하게 지각되었고 촉감이 더 좋지 않게 평가되었다. 직물의 촉감에 대해서는 직물이 더 부드럽고, 매끄러우며, 따뜻할 때 촉감은 더 좋게 평가되었고, 직물이 더 거칠고 더 까슬까슬하며 더 오돌도돌할 때 촉감은 더 나쁘게 평가되었다. 직물의 거친감각, 까슬까슬한 감각, 오돌도돌한 감각, 매끄러운 감각, 부드러운 감각, 폭신한 감각, 따뜻한 감각 모두에 대해서 직물의 표면섬유와 표면 요철로 판별하였을 때에 표면 요철만으로 분석하였을 때보다 더 높은 판별율을 보여, 직물의 촉감에 대한 연구에서는 기존의 표면 마찰이나 표면 요철 뿐 아니라 표면섬유에 대한 것도 포함되어야 할 부분이라는 결론을 얻었다. The purpose of this study was to develop the method to quantify the surface fiber properties, and to investigate the effect of surface fibers on the subjective sensations. Thirty two worsted fabrics for women's spring-fall suit were used as specimens in this study. Image Processing technique was employed to quantify the surface fibers. Fiber aggregate length in 1 cm fabric and number of fiber ends were determined. Fabric frictional properties, MIU, MMD, and SMD were measured by KES-FB4. Qmax was measured by KES-FB7, Thermo-Labo II. A series of subjective evaluation for fabric roughness, harshness, coarseness, smoothness, softness, bulkiness and warmth were performed with 20 trained panels. The panels were selected by the test of consistency and trained for 3 weeks to enhance the reproducibility and consistency. Subjective evaluation was performed using semantic differential scale with reference fabric and without reference fabric, and the results were compared. Subjective evaluation showed that the standard deviations of ratings of with-reference scale are less than that of without-reference. This means that the use of the with-reference scale decreases the subjective error. The worsted fabrics used in this study had 6.82 - 29.66 mm surface fiber aggregate length, and 124 - 266 fiber ends. Negative relationship was found to exist among surface fiber aggregate length and roughness, harshness, coarseness, and positive relationship was found among surface fiber aggregate length and smoothness, softness, bulkiness, warmth and overall tactile sensation. Positive relationship was found to exist among MIU, MMD, SMD and roughness, harshness, coarseness, and negative relationship was found among MIU, MMD, SMD and smoothness, softness, bulkiness, warmth and overall tactile sensation. Discriminant results showed that the hit ratios of roughness, harshness, coarseness, smoothness, softness, bulkiness, and warmth were higher when surface fiber aggregate length was used as well as SMD than the hit ratios when only SMD was used. It was concluded that the surface fiber is one of the important factors determining the subjective sensation of roughness, harshness, coarseness, smoothness, softness, bulkiness, and warmth and must be considered with surface frictional and geometric properties in analyzing and predicting the subjective sensations.

이중 대역의 독립된 소프트 표면 구조를 이용한 패치 안테나의 전후방비 개선

김준형 경기대학교 일반대학원 2010 국내석사

안테나로부터 유전체에 인가된 전자기파에 의하여 접지 면과 패치 면 사이에 형성된 도파로를 따라 표면파가 진행하게 되고 기판의 가장자리 부분에서 표면파들에 의한 회절(diffraction) 현상이 발생한다. 이러한 회절 현상으로 인해 안테나의 후방방사 특성이 크게 나타나며 안테나의 효율에 유해한 요소로 작용될 수 있다. 현재 안테나의 소형화에 따른 후방 방사 특성을 줄이기 위하여 electromagnetic bandgap(EBG), photonics bandgap(PBG) 와 같은 주기적인 구조를 안테나의 접지면 위에 부설함으로써 표면파를 줄이는 많은 연구들이 진행되고 있다. 그러나 이러한 셀들은 협대역의 저지대역 특성을 갖으며 제한된 접지면 상에서 사용하기에는 어려운 단점을 가지고 있다. 이를 보완한 구조인 독립된 소프트 표면 구조는 주기적인 셀들이 접지면의 외부에 위치함으로써 제한된 접지면에서도 유용하게 적용할 수 있으며 접지면 위에 셀이 존재하는 경우보다 우수한 격리도 특성을 나타내는 장점이 있으나 여전히 협대역의 저지대역 특성을 나타내는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 접지면의 외부에서 표면파를 효과적으로 억제시키고 이중 저지대역을 형성하는 독립된 소프트 표면 구조를 제안하였다. 제안된 단위 셀 구조는 Bluetooth 대역 (2.4 GHz ∼ 2.485 GHz)과 Wimax (M3300T-01/02) 대역 (3.3 GHz ∼ 3.4 GHz)에서 동시에 저지대역이 나타나도록 설계하였다. 단위 셀 구조는 9.2 mm ☓ 9.2 mm, 9.3 mm ☓ 9.3 mm, 9.4 mm ☓ 9.4 mm 크기를 갖으며 두 평행한 평판을 높이 3 mm의 비아로 연결된 세 개의 셀이 하나의 단위 셀이 되도록 설계되었다. 제안된 구조는 표면파를 억제시키는 셀이 안테나의 접지면과 분리하여 설계함으로써 제한된 접지면을 갖는 안테나 구조에서 효과적으로 표면파를 차단시킬 수 있으며 기존의 셀들이 나타내었던 협대역의 저지대역 특성을 개선하였으며 두 개의 대역에서 동시에 저지대역 특성을 나타내는 장점을 가지고 있다. 표면파 억제 특성 확인을 위하여 비 유전 상수 3.5, 높이 3 mm를 갖는 RF 35 기판 위에 Bluetooth 대역 (2.4 GHz ∼ 2.485 GHz) 과 Wimax (M3300T-01/02) 대역 (3.3 GHz ∼ 3.4 GHz)의 안테나를 각각 설계하고 제안된 독립된 소프트 표면 구조를 부설하였다. 제안된 독립된 소프트 표면 구조를 배열하고 각각의 방사패턴을 측정하여 제안된 셀이 부설되지 않은 안테나의 방사패턴과 비교하여 전후방비의 개선을 통하여 제안된 소프트 표면 구조가 갖는 특성을 확인하였다. 동일한 유전체 기판 크기를 갖는 제안된 셀이 부설되지 않은 안테나의 측정된 전후방비(Front-Back-Ratio)는 Bluetooth 대역에서 17.56 dB, Wimax 대역에서 18.5 dB로 측정되었으며 제안된 셀이 부설된 안테나의 전 후방 방사 전력량 비율은 각각 21.47 dB, 22.47 dB로 나타났다. 제안된 셀이 존재하지 않는 패치 안테나에 비교를 통해 제안된 셀이 존재하는 안테나의 경우에 후방 방사 특성이 개선되어졌다. 본 논문에서는 기존의 EBG, PBG 구조 등을 탈피하고 새로운 개념의 독립된 소프트 표면 구조를 이용하여 표면파에 의해 발생되는 안테나의 회절현상을 공간상에서 효과적으로 억제하므로 실내 중계기용 안테나, wearable 안테나 등의 후방방사를 억제시키기 위한 구조들에 적용될 수 있을 것으로 사료된다.