매직 램프: 미세공동 플라즈마 장치 및 그 상용 응용

May 19, 2023

2022/11/3 오후 3:51:05 마이클 오보일

1995년에 일리노이 대학교 J. Gary Eden 교수에게 전기 및 컴퓨터 공학과 대학원생인 James Frame과 David Wheeler가 접근했습니다.

그들은 그에게 실리콘 블록을 보여주며 "여기에 작은 구멍을 뚫고 가스로 채우고 플라즈마를 생성할 수 있는지 확인해봐도 될까요?"라고 물었습니다.

"물론 아니죠. 계속하세요." Eden이 그들에게 말했습니다.

30년 후, 초기 실험의 후손은 완전히 새로운 기술, 즉 미세공동 플라즈마 장치를 구성합니다.

Plasma Processes and Polymers의 10월 표지 기사에서 논의된 바와 같이 EP Pure, Eden Park Illumination 및 Cygnus Photonics 등 3개 회사에서 제조한 소형의 저렴한 장치가 탄생하여 수질 정화, 공기 및 표면에 혁신을 가져왔습니다. 소독 및 전자제품 제조. 그리고 일리노이 대학교 연구원들이 흥미로워 보이는 프로젝트를 맡았기 때문입니다.

미세공동 플라즈마: 작을수록 좋습니다

네온사인 및 형광등을 포함한 다른 플라즈마 기술과 마찬가지로 미세공동 장치는 높은 전압을 가하여 포함된 가스의 원자나 분자에서 전자를 끌어당기는 방식으로 작동합니다. 그 결과인 플라즈마는 빛을 생성하거나 화학 반응을 일으키는 데 사용될 수 있습니다.

그러나 새로운 기술은 큰 튜브에 플라즈마를 수용하는 대신 크기가 1밀리미터 미만인 작은 공동 배열에 플라즈마를 가두었습니다. 이는 장치에 응용 분야에 특히 매력적인 몇 가지 주요 차이점을 제공합니다.

미세공동 장치는 대기압에서 작동하는 반면, 표준 플라즈마 장치의 가스는 진공 펌핑되어야 합니다. 이는 하우징 유닛이 압력 차이를 고려할 필요가 없기 때문에 제조 공정을 크게 단순화합니다.

또한 캐비티 크기가 작다는 것은 표준 장치보다 훨씬 적은 전력을 사용하여 작동 수명을 크게 연장한다는 것을 의미합니다.

오존 생산 및 수질 정화

현재까지 미세공동 플라즈마 장치의 가장 두드러진 적용은 식수 소독을 위한 오존 생성이었습니다. 염소화는 세계 여러 지역에서 실행 가능하지 않으며 인간의 건강과 환경에 위험을 초래하므로 오존화가 매력적인 대안이 되고 있습니다.

비용과 전력 소비에 대한 전통적인 장벽은 Eden의 연구실에서 개발된 미세공동 플라즈마를 사용하는 소형 화학 반응기로 극복되었습니다. 이 장치는 실내 공기에서 시간당 10갤런의 물을 소독하기에 충분한 0.3g의 오존을 생성합니다. 크기가 작고 15와트 미만의 전력을 소비하기 때문에 20개국 이상에서 독립형 지역 사회의 식수 소독에 이상적인 것으로 입증되었습니다.

이 장치를 사용하는 가장 큰 시설은 케냐 서부 키수무(Kisumu) 지역에서 운영되고 있습니다. 시카고 일리노이 대학, 케냐의 안전한 물 및 에이즈 프로젝트, 에덴 파크 재단의 파트너십으로 건설 및 설치되었으며, 자급자족 가능한 "키오스크" 2개는 각각 오염된 강에서 매일 2,000리터의 깨끗한 식수를 생산합니다. 또는 지표수이며 현지 케냐인이 운영, 유지 및 관리합니다.

살균등

공공장소의 공기와 표면을 소독하기 위한 미세공동 플라즈마 광원의 적용은 지난 3년 동안 큰 관심을 끌었습니다.

미생물을 죽이기 위해 자외선을 방출하는 램프(소위 "살균 램프")는 잘 확립된 기술이지만, 그들이 사용하는 파장인 254나노미터는 인간에게 발암성을 나타내는 것으로 알려져 있습니다. 일리노이 대학 기술을 기반으로 Eden Park Illumination은 바이러스 및 박테리아 병원체를 죽이는 222나노미터 빛을 방출하는 미세 공동 램프를 설계했습니다. 그러나 파장은 사람 피부의 바깥층을 통과할 수 없으므로 사람이 노출되기에는 안전합니다.