2색 레이저 형광유도법을 이용한 형광 나노 포러스 박막의 온도장 측정
The Measurement of temperature field for nanoporous thin film using two-color laser-induced fluorescence method
초록/요약
최근 마이크로 반응기(micro reactor), 마이크로 냉각기(micro cooler), 마이크로 열교환기, 열모세관 펌프, 중합효소 연쇄반응기(polymerase chain reaction chip) 등 다양한 마이크로 디바이스에서 점점 기술의 발전으로 나노 스케일까지 접근하고 있다. 디바이스에서의 정확한 온도측정은 디바이스의 개발과 성능을 위하여 매우 중요한 인자가 된다. 온도장 측정 방법으로 과거에는 열전대(Thermocouple)를 이용한 접촉식 온도측정 방법이 주를 이루었으나, 최근에는 연구 대상의 관심영역이 나노스케일 까지 접근함에 따라 열전대를 이용한 온도측정은 불가능하게 되었다. 이에 따라 형광염료를 이용한 LIF(Laser Induced Fluorescence)기술이 온도를 측정하는 연구에 활용되고 있다. 선행연구에서 형광염료를 다양한 용매에 녹여 열유동장에 대한 온도장 측정에 사용하고 있어, 용매에 녹인 형광염료분자들은 항상 유동의 영향을 받기 때문에 고정된 지점의 온도를 측정하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 미소디바이스의 표면온도를 측정하고자 나노 포러스 구조를 가진 박막의 기공 안에 형광염료를 주입하여 시편을 제작하였고 실험장치를 통해 온도장을 형성하여 나타나는 영역별 형광강도차이를 알아보고자 하였다. 또한 LIF기법을 응용하여 형광 나노 포러스 박막의 온도장의 측정에 적용하고자 한다. 또한 두 카메라를 통해 측정된 데이터를 바탕으로 농도, 광원의 불균일성을 배제한 형광세기가 온도만의 함수로 나타내어 정확한 온도장을 분석하고자 하였다.
more초록/요약
In the past, contact methods have been generally used to measure temperature with thermocouples. Nowadays, however, as the target size of research objects lessened to the nano-sized scale, it is impossible to apply the temperature-measurement methods with thermocouples to the small devices. Recently, for that reason, the LIF (Laser Induced Fluorescence) technique with fluorescence dye has been used in many research fields to obtain temperature values. Nevertheless, the LIF technique has difficulties in measuring surface temperature. Because in order to use the LIF method , fluorescence dye have to be dissolved into a solvent and the molecules in this solution are affected by flows. We present a non-invasive technique to measure temperature distribution in the nano-sized porous thin films by means of two-color laser-induced fluorescence (2-LIF) of rhodamine B. The fluorescence, induced by the green line of a Mercury lamp with the makeup of optical filters, is measured on two separated color bands. They can be selected for their strong difference in the temperature sensitivity of the fluorescence quantum yield. This technique allows absolute temperature measurements by determining the relative intensities on two adequate spectral bands of the same dye. The deviations of the fluorescence intensity were measured at several different temperatures, and the visualizations of the temperature field were performed by taking intensity distributions from the specimen at various temperature fields.
more목차
1. 연구배경 및 내용 = 1
2. 이론 = 3
2.1 형광(Fluorescence)의 원리 = 3
2.2 형광강도 = 3
2.3 2색 LIF기법 = 4
2.4 나노 포러스 박막 = 5
2.5 나노 포러스 박막 합성 = 6
3. 실험 장치 및 실험 방법 = 8
3.1 형광 나노 포러스 박막 = 8
3.2 실험 장치 = 9
3.2.1 형광 강도 측정 장치 = 9
3.2.2 온도 형성 장치 = 10
3.2.3 온도장 형성 장치 = 10
3.3 실험 방법 = 10
3.3.1 이미지 보정 작업 = 11
3.3.2 온도변화에 따른 형광성능 변화 측정 = 11
3.3.3 온도장 형성 및 영역별 형광강도 측정 = 12
4. 결과 및 고찰 = 13
4.1 두 광원의 분포 = 13
4.2 측정된 데이터의 수에 따른 불확실성 분석 = 13
4.3 두 방출파장대의 온도변화에 따른 형광성능곡선 = 13
4.4 측정영역별 형광세기 분석 및 보정 = 14
4.5 온도장 형성 및 형광 강도 분포 측정 = 14
5. 결론 = 16
참고문헌 = 17
ABSTRACT = 46
