2일차(11월 23일/금요일)

2018년도 (사)한국레이저가공학회 추계학술발표대회 일정표

일시 : 2018년 11월 22일 (목) ~ 11월 23일 (금) / 장소 : 제주KAL호텔(제주시)

1일차(11월 22일/목요일)

시 간 내 용

10:00~10:30 접 수

10:00~10:20펨토초레이저를 이용한 Photomask 투과율 보정기술

*이석만, 박준수, 정성호(광주과학기술원 기계공학부), 백승화(삼성디스플레이)

10:20~10:40Fabrication of a Fused Silica Based Mold for the Microlenticular Lens Array Using a Femtosecond Laser and a CO2 Laser

*김창환, 함승식, 이호(경북대 레이저 & 바이오 공학연구실)

10:40~11:00레이저를 이용한 광섬유 센서 응용 기술

*최훈국, 이현우, 박근형, 유봉안(광주과학기술원 고등광기술연구소), 김종열(한국원자력연구원), 손익부(광주과학기술원)

11:00~11:15 Break

11:15~11:35Effect of Laser Nitriding on Surface Hardening Behavior for Cu-bearing Martensitic Steel

*천은준(한국기계연구원), 심아진(부산대 재료공학과), 박창규, 조대원, 박인덕(한국기계연구원)

11:35~11:55고출력 다이오드 레이저 열원을 이용한 선박 엔진용 배기밸브의 클래딩시 파라메타 선정을 위한 연구

*송무근, 박수한(한국해양대 레이저응용기술지원센터), 서정, 이수진(한국기계연구원), 김종도(한국해양대)

11:55~12:15열처리 인코넬 718 합금의 레이저 쇼크 피닝 효과

*배성국, 정성호, 여인규(광주과학기술원 기계공학부)

12:15~14:00 Lunch

14:00~14:30<초청강연> 스마트한 전기철도 기술

권삼영(한국철도기술연구원)

14:30~15:00<초청강연> 콘포말 위상 마스크 기반 3차원 간섭 리소그래피 기술과 응용

박준용(금오공과대학 신소재공학부)

15:00~15:15 Break

15:15~15:35Dual Laser Beam을 이용한 이종플라스틱소재의 용접기술 및 적용사례 연구

*고성민, 한상배, 양승철, 이승제( ㈜이브이레이저)

15:35~15:55OCT 시스템을 이용한 열가소성 플라스틱의 레이저 투과 용접 비파괴 검사

*박성조, 김강해, 김수원, 최수호, 황준호, 이종훈(경북대 레이저응용기술센터), 전만식, 김현덕, 김지현(경북대 IT대학)

15:55~16:15Pyrotechnic 물질의 노화 과정의 이해를 위한 LIBS를 통한 분자 band 신호의 새로운 활용법

*류지훈, 양준호, 여재익(서울대 기계항공공학부 우주항공공학과)

16:15~16:30 Break

16:30~16:50Experimental Study on Surface Smoothing fo Laser-induced Periodic Surface Structures upon Femtosecond Laser

*김승환, 허준규, 김도훈, 박종갑(AP시스템㈜)

16:50~17:15Drilling of Through Holes in a Natural Diamond using CPA Yb:KYW Femtosecond Laser System

*B. Jeong, B. Lee, J. Yang, E. G. Sall, J. Kim, D. Heo, S. Park, C. Kim & G. H. Kim(한국전기연구원)

17:15~17:30UV 펨토초 레이저를 이용한 Invar 어블레이션

*김태근, 정용진, 오부국, 박명주, 이승기, 정수화, 홍순국(LG전자 소재/생산기술원)

17:30~17:50UV 고체 레이저를 이용한 Si 결정화 공정 연구

*정병호, 강민진, 박태상, 김민형, 황의선(고려대 디스플레이 반도체물리학과), 성진우, 양효성, 김지윤(AP시스템㈜)

17:50~18:00 정 기 총 회

18:00~ Reception

시 간 내 용

09:00~09:20고출력 DED(Direct Energy Deposition) 가공기술의 응용

*이광현, 최광덕, 최인성, 신동식, 서정(한국기계연구원 레이저기술산업회연구단)

09:20~09:4010리터 디젤엔진의 마모복원을 위한 레이저클래딩기술

*고주섭, 이광재, 한상배((주)이브이레이저), 최병주, 전용호(아주대 기계공학과)

09:40~10:00BPP와 NA 가변을 이용한 High Power Laser의 연강 후판 절단 가공 품질 향상 연구

*이원재, 윤수호, 조령철, 이동훈, 신양재(㈜HK 기술연구소 응용기술팀)

10:00~10:10 Break

10:10~10:30레이저 미세 가공을 위한 포커스 파인더

*노지환, 손현기, 최지연, 안상훈(한국기계연구원 광응용기계연구실)

10:30~10:50동축비전을 이용한 갈바노미터 스캐너 보정 및 실험

박원식(티웍스㈜)

10:50~11:10포켈셀 게이트 기능을 갖춘 고출력 싱글-게인모듈 Nd:YAG 그린 레이저

*김점술, 최성웅, 박세희, 김종원, 권승호, 정재룡(㈜레이저스펙트라)

11:10~11:20 Break

11:20~11:40압축 전극 레이저 절단의 실험적 연구

*이동경(공주대 기계자동차공학부), 석정돈(한국화학연구원), 오병문(공주대)

11:40~12:00Femtosecond Laser System을 활용한 투명 냉장고용 디스플레이 도광판 제작

*이찬우, 황준호, 이종훈, 김현덕(경북대, 첨단정보통신융합산업기술원)

12:00~12:20펄스 레이저를 이용한 탄소나노튜브의 구조 변화 및 물성 향상

*하정홍, 김동식(포항공대 기계공학과)

12:20~12:40시멘트 복합 재료의 레이저 절삭 성능에 관한 실험적 연구

*이동경(공주대 기계자동차공학부), 표석훈(한국철도기술연구원), 서영진(공주대)

12:40~13:00금형강 레이저 열처리 및 마찰마모 특성 분석

*박창규, 천은준, 박인덕, 심아진(한국기계연구원)

한국레이저가공학회 2018년도 추계학술대회

1. Introduction레이저 유도 파괴 분광분석법 (LIBS : Laser induced breakdown spectroscopy)은 국소 영역의 레이저 조사에서 방

출 된 플라즈마로부터 스펙트럼 정보를 얻을 수 있는 원소 분석을 위한 효율적인 분광 기술이다. LIBS는 구성 요

소의 식별에 전 처리 과정 없이 소량의 샘플만을 필요로 할뿐더러, 높은 검출 감도와 원거리 분석, 실시간 분석이

용이하여 다양한 응용 분야에서 활용된다.[1]

본래 원자의 성분 분석으로만 활용되던 LIBS는 비교적 복잡하지 않은 분자에 대해서도 분석되고 있다. 이는, 플라즈마 냉각 과정 시 원자의 재결합, 분자 fragment, 중간 생성물을 통해 검출될 수 있다. 한편, 단순히 궤도 간 전

자 에너지 레벨의 차이에 따른 전자 상태의 에너지 준위만을 가지는 원자에 비해, 분자는 원자간 결합으로 인해 새

로운 오비탈을 형성하게 되며 궤도 간 전자 에너지 레벨의 차이에 따라 전자, 진동 그리고 회전의 에너지 준위를

가지게 된다. 이로 인해, 분자 방출 신호는 peak 값을 가지는 원자 신호와 구별되는 밴드 형태의 단위로 분광 정보

를 제공한다.[2]

한편, 분말 형태에서 폭발성능을 가지는 지르코늄(Zirconium, Zr)은 pyrotechnic 산업에서 유용하게 사용된다. 그러나, Zr의 높은 전자친화성은 산소 분자를 흡착시켜 얇은 산화막을 표면에 형성하고, 시간경과에 따라 산소가 금

속에 침투하며 ZrO2로 구성된 산화층은 점차 두꺼워지게 된다. 더욱이 이러한 경향은 습도, 산화제의 존재에 영향

을 받아 더욱 가속되며 이는 Zr이 포함된 점화장치의 폭발성능을 현저히 저하시킨다.본 연구의 목적은 LIBS를 통해 Zr과 ZrO2에서 계측 가능한 ZrO band 신호를 분석하여 pyrotechnic 물질의 핵심요

소인 Zr의 산화 정도를 파악하고자 한다. 이를 통해, 노화된 물질에서의 ZrO2의 함량을 정량적으로 파악하여 기대

수명 및 성능을 예측하고자 하였다.

2. Experimental본 연구에서는 1064 nm의 펄스 레이저를 조사하는 Q-switch Nd:YAG (RT-100Ec, Applied Spectra Inc.) 레이저 장

비를 사용하였다. 5 ns의 pulse duration과 10mJ의 레이저 에너지를 유지하였으며, 색수차를 방지하기 위해 15× magnification objective (LMM-15X-P01, Thorlabs)를 추가로 설치하였다. 분광기의 경우, 200 nm에서 1050 nm의 파

장대를 검출 할 수 있는 6채널 분광기를 사용하였다. 1.05 ms의 gate width와 1 Hz의 laser repetition 그리고 1.0μs의

gate delay를 설정하였다. 샘플의 경우, 파우더의 균일한 초점거리를 위해 Spex model 3635를 통해 10ton 압력에서

2.5분의 dwell time과 1.5분의 release time으로 압축시켜 제작하였다. 샘플은 target sample 3mg과 LIBS에서 비활성

인 paraffin binder 3g을 혼합하여 구성되었고, 샘플 당 100개의 값을 평균 내어 스펙트럼을 획득하였다.

Pyrotechnic 물질의 노화 과정의 이해를 위한

LIBS를 통한 분자 band 신호의 새로운 활용법

A novel approach for understanding the aging effects of pyrotechnic ma-terials through utilizing the molecular band signals via laser-induced

breakdown spectroscopy (LIBS)

류지훈 , 양준호 , 여재익✉

Ji-Hoon Ryu, Jun-Ho Yang, Jai-ick Yoh (jjyoh@snu.ac.kr)✉

서울대학교 기계항공공학부 우주항공공학과

Keywords : LIBS(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy), Zirconium oxide, Molecular band signal, aging

한국레이저가공학회 2018년도 추계학술대회3. Results and discussion

본 연구에서는 ZrO band의 형태를 파악하고 이를 통해 ZrO2의 정량적 분석 가능성을 파악하고자 ZrO2/Paraffin 혼합물에 대한 ZrO 신호를 획득하였다. Fig. 1은 LIBS에 비활성 물질인 파라핀 바인더와 혼합된 ZrO2의 다양한 농

도비에 대한 방출 스펙트럼을 보여줍니다. 약 623 nm ~ 660 nm의 파장대에서 ZrO band의 b3Φ4-a3Δ3, b3Φ3-a3Δ2, b3Φ2-a3Δ1 subsystem에 해당하는 ZrO의 전이를 관측하였다. 예상한 대로, ZrO band 신호는 샘플의 ZrO2 비율

이 증가에 따라 커지며, 결과적으로, 시료 내 ZrO2의 농도에 따라 밴드의 intensity가 결정될 수 있음을 의미한다.위 결과를 활용하여, 본 연구에서는 Zr/산화제가 포함된 두 종류의 pyrotechnic 물질인 Zr/KClO4와 Zr/Fe2O3에 대

한 ZrO band 신호 통해 시간경과에 따라 Zr이 ZrO2로 산화된 정도를 파악하였다. 먼저, 노화되지 않은 샘플에 ZrO2

를 첨가함에 따라 Zr : ZrO2의 비율에 따른 ZrO 신호를 획득하였다. 한편, Band 신호에 대한 적분을 시행하는 AUC method를 통하여 면적에 따라 ZrO2의 함량을 파악할 수 있는 Calibration curve를 구축하였다. 여기에 실제 자연 (혹은 수분) 노화 된 물질에 대한 ZrO 신호를 매칭시켰다. Fig. 2는 두 pyrotechnic 물질에 대하여 노화되지 않은 샘플

(검정)로 구축한 Calibration curve과 노화된 샘플(빨강)의 AUC 결과이다. 이를 통해, 노화기간이 길어질수록 Zr이

점차 산화되고 있음을 정량적으로 파악 할 수 있다.

Fig 1. ZrO2/파라핀 혼합물에 대한 LIBS 스펙트럼 결과

Fig 2. 노화되지 않은 샘플(검정)에 대한 노화 샘플(빨강)의 AUC 결과

4. Conclusions본 논문은 원자의 성분 분석으로 활용된 LIBS가 Zr이 함유된 pyrotechnic 물질에서 산화로 인한 노화의 정도를

평가하기 위해 ZrO 분자 대역 신호를 이용할 수 있는 방법을 제시한다. ZPP와 점화제의 노화된 샘플은 노화되지

않은 샘플에 ZrO2를 첨가하여 얻어진 AUC 결과에 기초하여 구성된 calibration curve에 의해 분석되었다. 산화의

비율을 예측하는 본 방법은 발화의 발열원으로서 지르코늄과 같은 금속화 된 연료를 사용하는 pyrotechnic 장치의

예상 수명 및 안전성을 평가하는데 도움이 되도록 개발 될 수 있다.

Acknowledgements본연구는미래창조과학부의National Space Lab(2014 M1A2A2A02034903)의지원과정부(교육과학기술부)의

재원으로한국연구재단의지원을받아수행된기초연구사업(NRF-2016R1D1A1A02937421)입니다.

References[1] J. H. Yang, S.-J. Choi, and J. J. Yoh, "Towards reconstruction of overlapping fingerprints using plasma

spectroscopy," Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, vol. 134, pp. 25-32, 2017.[2] G. H. Wagnière, “Introduction to elementary molecular orbital theory and to semiempirical methods”,

Springer-Verlag: Berlin; New York, 1976.