목표
고분자와 반도체는 고기능성 소재이자 전자·전기 제품의 주요 구성 요소입니다. 이 소재들의 상세한 특성을 파악하는 것은 기능성을 검증하고, 제품 수명 주기의 제조 단계와 소비 후 관리 단계 모두에서 적절한 처리를 보장하는 데 핵심적입니다. 자동화되고 비접촉식이며 비파괴적인 감지 솔루션은 생산 및 폐기물 관리(즉, 재활용) 분야의 다양한 응용 분야에서 요구되는 실시간 산업 운영의 기반을 마련해 줄 수 있습니다.
솔루션
라만 분광법 측정은 폴리머와 반도체 재료의 상세한 조성을 파악하는 데 효과적인 해결책을 제공합니다.
폴리머의 경우, 라만 스펙트럼에는 주요 폴리머 유형(예: PE, PP, ABS, PS, PC, PET, PVC, PMMA)을 식별하는 데 필요한 정보뿐만 아니라, 고품질 선별, 재활용 및 품질 관리와 관련된 검은색 폴리머, 첨가제 및 폴리머 블렌드의 까다로운 식별 문제를 해결하는 데 필요한 정보도 포함되어 있습니다. 반도체의 경우, 라만 측정 정보를 통해 반도체 유형(예: Si, Si-C, 사파이어)을 감지할 수 있으며, 여기에는 도펀트의 존재 여부와 유형도 포함됩니다. 짧은 통합 시간과 로봇 통합 가능성을 결합함으로써 컨베이어 벨트 위와 같은 동적인 환경에서도 민첩한 감지 솔루션을 구현할 수 있습니다.
당사 라만 측정 헤드의 주요 장점은 다음과 같습니다:
다양한 레이저 출력 및 통합 시간 설정을 통해 기존 솔루션으로는 식별이 어려운 여러 재료 흐름(해결이 까다로운 복합 폴리머, 반도체 유형 및 도펀트의 유무/유형 식별)을 식별할 수 있습니다.
안전을 위한 자동 셔터 및 인터록 신호를 갖춘 로봇 팔에 센서를 통합할 수 있습니다.
복잡한 소재의 고처리량 고급 분류를 위한 센서 네트워크 내 로봇 기반 운영 가능(발명 공개 및 특허 출원과 연계됨).
각 스트림에 따라 다양한 레이저 출력/적분 시간 조합인 ‘레시피’를 선택할 수 있는 소프트웨어 인터페이스
적용 사례
라만 측정은 컨베이어 벨트를 이용한 재료 흐름 특성 분석이라는 동적 환경에서 수행되었습니다. 주변광 조건 하에서, 주요 고분자 유형의 진단적 지문을 식별이 가능한 적절한 신호 대 잡음비(SNR)를 유지하며 0.5초의 짧은 통합 시간으로도 기록할 수 있었습니다(그림 … 참조). 레이저 출력은 선택된 재료 유형의 요구 사항에 따라 조정할 수 있어, 다양한 재료 흐름에 대해 최적의 신호 획득을 보장합니다. 보다 포괄적인 재료 흐름 특성 분석을 위해, 로봇 호환 라만 센서를 추가적인 이미징 센서(예: RGB 및 반사율 기반 하이퍼스펙트럼 카메라)와 통합할 수 있습니다. 이러한 복합 통합 시스템에서 로봇 장착형 라만 솔루션은 결과의 정확도를 높이고 감지 가능한 재료의 범위를 확장하기 위한 다양한 맞춤형 옵션을 제공합니다.

그림 1. ABS-화이트(위) 및 ABS-블랙(아래) 플라스틱 표준 시료에서 수집한 라만 스펙트럼. 측정 시간: 250–500 ms.
ABS의 식별은 전자 폐기물 재활용에서 핵심적인 요소입니다. 이는 ABS가 VNIR-SWIR(플라스틱 재활용 산업에서 가장 널리 사용되는 센서) 영역에서 다른 스티렌계 고분자와 스펙트럼 특성을 공유하기 때문입니다. 특히, 이를 통해 ABS와 PS 고분자를 구분할 수 있습니다.
빠른 획득 시간(최대 500ms)에 획득된 신호로부터 폴리머 지문을 식별합니다.
동일한 플라스틱 종류이지만 색상이 다른 시료(흰색 ABS 대 검은색 ABS)의 신호 획득을 위한 레시피를 성공적으로 활용.
백색 안료가 포함되어 있고 넓은 형광 대역(1600–2000 cm-1)을 보이는 시료에서 고분자 특유의 특징을 획득 -> 백색 ABS
검은색 안료가 포함되어 있고 여기광 흡수율이 높은 시료에서 재료를 손상시키지 않고 폴리머 특유의 특징을 획득 -> 검은색 ABS (500 ms 획득 시간).
주요 특징: 실시간 및 동적 설정에 적합한 측정 조건, 짧은 통합 시간 및 조정 가능한 레이저 출력

그림 2. HDPE 투명(위) 및 HDPE 검정(아래) 플라스틱 표준 시료에서 수집한 라만 스펙트럼. 측정 시간: 500 ms.
투명 및 검정색 표준 시료 모두에서 HDPE의 진단적 특징 확인.
투명 HDPE: 최종 스펙트럼에서 배경 물질의 영향이 관찰되지 않음(이는 컨베이어 벨트나 기타 어두운 색상의 배경이 신호 수집에 영향을 미치지 않음을 의미함).
검은색 HDPE: 어두운 안료 및 기타 흡수제의 양에 따라 신호 수집에 영향을 받을 수 있습니다(PE-2 특징의 낮은 SNR 참조). 그럼에도 불구하고, 다른 PE 관련 지문은 양호한 SNR을 보였으며, 이는 제한적인 조건에서도 폴리머 유형을 식별할 수 있게 해줍니다.

RAMSES 측정 헤드를 이용한 반도체 종류(Si 및 4H-SiC) 식별 예시.
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