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롤투롤 스퍼터링 증착을 통한 납(Pb) 대체용 방사선 차폐필름 개발
김성헌,변정섭,지영빈 한국방사선학회 2023 한국방사선학회 논문지 Vol.17 No.3
Lead(Pb), which is currently mainly used for shielding purposes in the medical radiation, has excellent radiation shielding functions, but is continuously exposed to radiation directly or indirectly due to the harmfulness of lead itself to the human body and the inconvenience caused by its heavy weight. Research on shielding materials that are human-friendly, lightweight, and convenient to use that can block risks and replace lead is continuously being conducted. In this study, based on the commonly used polyethylene terephthalate (PET) film and the fabric material used in actual radiation protective clothing, a multi-layer thin film was realized through sputtering and vacuum deposition of bismuth, tungsten, and tin, which are metal materials that can shield radiation. Thus, a shielding film was produced and its applicability as a radiation shielding material was evaluated. The radiation shielding film was manufactured by establishing the optimized conditions for each shielding material while controlling the applied voltage, roll driving speed, and gas supply amount to manufacture the shielding film. The adhesion between the parent material and the shielding metal thin film was confirmed by Cross-cut 100/100, and the stability of the thin film was confirmed through a hot water test for 1 hour to measure the change of the thin film over time. The shielding performance of the finally realized shielding film was measured by the Korea association for radiation application (KARA), and the test conditions (inverse wide beam, tube voltage 50 kV, half layer 1.828 mmAl) were set to obtain an attenuation ratio of 16.4 (initial value 0.300 mGy/s, measured value 0.018 mGy/s) and damping ratio 4.31 (initial value 0.300 mGy/s, measured value 0.069 mGy/s) were obtained. by securing process efficiency for future commercialization, light and shielding films and fabrics were used to lay the foundation for the application of films to radiation protective clothing or construction materials with shielding functions. 현재 의료방사선 분야에서 차폐를 목적으로 주로 사용되고 있는 납(Pb)소재는 방사선 차폐 기능은 뛰어나지만 납 자체가 가지고 있는 인체 유해성과 무거운 무게에 의한 불편함 때문에 지속적으로 직, 간접적으로 방사선 피폭 위험을 차단함과 동시에 납 소재를 대체할 수 있는 인체 친화적인이며 가벼우면서 사용편의성을 가진 차폐소재의 연구는 지속적으로 진행되어지고 있다. 본 연구에서는 일반적으로 사용되는 PET (polyethylene terephthalate) 필름과 실제 방사선 방호복 사용되는 원단소재를 기재로 하여 방사선을 차폐할 수 있는 금속물질인 비스무트, 텅스텐, 주석을 스퍼터링 진공증착 방식을 통한 다층박막을 구현하여 차페 필름을 제작하여 방사선 차폐소재로의 적용가능성을 평가하였다. 차폐필름을 제작하기 위한 인가전압, 롤 구동속력, 가스공급량을 제어하면서 차폐물질별 최적화된 조건을 확립하여 방사선 차폐필름 제작하였다. 모재와 차폐금속박막간 밀착력 확인은 Cross-cut 100/100으로 확인하였고 시간에 따른 박막의 변화를 측정하기 위해 내열탕 테스트 1시간을 통하여 박막의 안정성을 확인하였다. 최종적으로 구현된 차폐필름의 차폐성능은 한국방사선진흥협회를 통한 실제 방사선 차폐성능을 측정한 결과 시험조건(역넓은 빔, 관전압 50 kV, 반가층 1.828 mmAl)을 설정하여 감쇠비 16.4 (초기값 0.300 mGy/s, 측정값 0.018 mGy/s)와 감쇠비 4.31 (초기값 0.300 mGy/s, 측정값 0.069 mGy/s)의 결과를 얻었다. 추후 제품화를 위한 공정효율성을 확보하여 가벼우면서 차폐성능을 보유한 필름 및 원단을 활용하여 방사선 방호복이나 차폐기능을 가진 건축자재로의 필름적용을 위한 초석을 마련하였다.
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액상 전구체 O2 Plasma 처리를 통한 CVD-grown WS2 단일층의 성장 거동 제어
김태연,이현석 한국물리학회 2023 새물리 Vol.73 No.11
Chemical vapor deposition (CVD) based on liquid-solution-precursors is widely employed for the monolayer preparation of transition-metal dichalcogenides. OptiPrep (C35H44I6N6O15), as an organic surfactant in the precursor solution, is essential to uniformly coat the precursor solution on the substrate, but residual carbon produced in the thermal decomposition process inhibits WS2 crystal growth. Although the O2 preannealing method addresses this problem, there is a possibility that WS2 is oxidized during material synthesis due to residual O2. In this study, the introduction of O2 plasma pre-treatment as a method for controlling WS2 growth is proposed. After O2 plasma pre-treatment of the substrate coated with the precursor solution before CVD growth of WS2, the carbon decomposition effect and photoluminescence (PL) characteristics of WS2 were verified by PL and Raman spectroscopy. Consequently, residual carbon was not found in WS2 grown after O2 plasma pre-treatment. In addition, as the plasma intensity increased, both the flake size of WS2 and the PL/Raman spectral signals associated with WS2 increased. These findings are ascribed to the O2 plasma pre-treatment effect, which prevents residual carbon production resulting from thermal decomposition from the OptiPrep solution.
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이종점결함도메인을 가진 육각형 WS2 단일층에서 습식전사방법에 따른 도메인별 선택적 도핑특성 연구
김수진,이현석 한국물리학회 2019 새물리 Vol.69 No.6
Monolayer WS2 grown by using chemical vapor deposition typically has a triangular or hexagonal shape depending on the growth conditions. Hexagonal (h-) WS2 flakes consist of alternating heterogeneous defect domains, S vacancy (SV) and W vacancy (WV) domains, in a single monolayer crystal. Here, we investigate the wet-solution-dependent doping effects in each defect domain of h- WS2 during wet transfer processes where deionized (DI) water and diluted NaOH and HF solutions are used. After transferring h-WS2 on SiO2/Si in each solution, we compare photoluminescence (PL)/ Raman spectra and mapping images measured by using confocal microscopy. While compared to the HF-transfer case the PL intensity of the WV domain in the DI-water-transfer case increases prominently, that of the SV domain in the NaOH-transfer case increase, but not so prominently. In comparison to the HF-transfer case, a prominently trion peak develops in the PL spectrum of the SV domain for the NaOH-transfer case, moreover, the strain- and doping-related peaks in the Raman spectra of the SV and the WV domains are red shifted. During the NaOH-solution-transfer process, OH ions attached to SVs result in electron doping effect selectively for the SV domain. 화학기상증착법으로 성장한 WS2 는 성장조건에 따라 삼각형 혹은 육각형 모양을 가진다. 육각형 WS2 는단일 층 내에서 서로 다른 점결함 도메인 이 교차하는 모양으로 생성되는데, S-vacancy (SV)와 W-vacancy (WV)이 단결정 내에 공존하게 된다. 본고에서는 습식전사에 사용되는 deionized (DI) water, NaOH 및HF 용액을 사용하여 용액 별 육각형 WS2 내의 이종 점결함도메인의 도핑 및 손상정도가 어떻게 영향을받는지 연구하였다. 육각형 WS2 를 각각의 용액을 이용하여 SiO2/Si기판에 전사 후 공초점 마이크로photoluminescence (PL) 및 Raman 분광계를 이용하여 맵핑하였다. HF용액 전사대비 DI-water전사의경우 WV도메인의 PL강도가 현저히 증가한 반면, NaOH용액 전사의 경우 SV도메인의 PL강도가 증가하였다. 특히 HF용액 전사 대비 NaOH용액 전사의 경우 SV도메인에서 PL분광특성 중 trion 피크가현저하게 증가하였고 Raman 분광특성에서는 SV 및 WV도메인의 응력과 도핑 효과에 관련된 피크들이적색편이 되었다. 이는 NaOH용액 전사과정 중 SV에 흡착된 OH 이온에 의한 전자도핑 효과에 기인한것으로 볼 수 있다.
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