• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2010년 춘계학술대회논문집
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• pp.446-447
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• 2010

최근 개발된 니켈 초합금 금속폼은 기존의 매연저감장치 신소재로 여겨지고 있다. 금속폼은 세가지 두드러진 특징을 갖고 있다. 첫째, 금속폼은 큰 기공의 다공성 매질로써 매연을 포집하여 축적할 수 있는 용량이 기존 필터에 비해 상대적으로 크며 그로인하여 재생 시 연소 안전성이 두드러진다. 둘째, 복잡하고 굴곡있는 기공 구조와 큰 비표면적은 물질전달 특성을 향상시켜 촉매 적용 시 촉매의 전환성능을 향상시키고 그로 인하여 귀금속 촉매량을 줄일 수 있는 장점이 있다. 셋째, 금속폼은 다양한 기공크기를 가지며, 다양한 조합의 금속폼을 개발할 수 있어 요구 성능에 따른 최적의 필터 설계를 가능케 한다. 이번연구에서는, 금속폼의 필터 성능을 다양한 실험을 통하여 측정 평가하며, 이런 이해를 기반으로 필터로 제작하여 엔진실험벤치에서 그 성능을 검증하였다. 필터의 성능은 수트 포집효율과 그에 따른 필터의 압력강하와 촉매 활성 능력으로 평가되었다. 이러한 실험과 병행하여 금속폼에서의 수트 포집과정을 모델링하고 이를 상용 프로그램인 CFD-ACE+에 추가하여 설계전용 프로그램을 개발하였으며, 엔진실험결과와 비교 검증하였다. 본 논문에서는 금속폼의 높은 매연축적용량과 향상된 물질전달 특성이 어떻게 필터의 귀금속 촉매와 체적을 줄일 수 있는지 제시하고 있다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 추계학술발표대회
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• pp.18.1-18.1
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• 2009

금속 다공체는 자동차, 선박, 건축 등의 분야에서 구조물이나 충격흡수제 등으로 응용되고 있는데 이들은 일반 금속 구조물에 비해 가볍고 플라스틱에비해서는 강한 장점을 지닌다. 현재 사용되고 있는 대부분의 금속 다공체는 발포 주조공정으로 제조된 알루미늄으로서, 철계 합금에 비해 가벼운 장점을 갖지만 강도가 상당히 떨어지고 가격이 높은 단점을 가진다. 따라서 본 연구에서는 알루미늄 대신 철계 합금으로 다공체를 제조하고자 하였고 제조방법으로는 주조공정 대신 분말공정을선택하였다. 분말공정은 구형 스티로폼을 금속분말 슬러리로 코팅한 후 스티로폼을 제거하여 낱개의 금속중공체(Metallic Hollow Sphere)를 제조하고 이렇게 제조된 중공체를 뭉쳐 성형함으로써최종 형상의 다공체를 제조하는 방법이다. 이 방법으로 제조된 다공체는 주조공정으로 제조된 다공체보다높은 강도를 나타내며 낱개의 중공체는 성형공정을 거치지 않고 필터나 충진재 등의 새로운 용도로 활용될 수 있다.

• 공업화학
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• 제32권4호
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• pp.442-448
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• 2021

고분자전해질 연료전지에서 분리판 유로 형상은 유체 공급과 물 및 열 확산, 접촉 저항 등에 영향을 주는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 25 cm² 단위 전지를 이용하여 공기극에 구리폼을 적용한 분리판을 이용하여 연료전지 성능 평가를 수행하였다. 압력과 상대습도 조건에 대한 영향을 분극 곡선과 전기화학적 임피던스 분광법을 이용하여 분석하였다. 구리폼의 ohmic 저항이 높아 사형유로형상 보다 연료전지 성능은 낮았지만, 다공성 구조로 인한 균일한 연료 분포로 활성화 손실과 물질전달 손실이 적은 것을 확인하였다. 구리폼의 소수성이 높아 물 배출이 유리한 장점이 있지만, 저가습 조건에서는 사형유로에 비하여 전해질막 수화도가 낮은 것을 확인하였다. 다공성 금속 분리판은 균일한 압력 분포와 효과적인 수분 배출로 연료전지 성능을 개선할 수 있을 것으로 판단되며, 저항을 최소화할 수 있도록 금속폼의 물성에 대한 연구가 수행되어야 할 것이다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권10호
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• pp.971-977
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• 2015

발포금속은 우수한 물리적 특성과 역학적 성능 때문에 많은 첨단기술 분야에 널리 사용되고 있다. 폐쇄형 알루미늄 폼은 발포금속 중에 하나이며, 우수한 충격에너지 흡수하는 성능 때문에 자동차와 항공기에 많이 쓰이고 있다. 본 연구에서는 폐쇄형 알루미늄 폼의 충격 실험을 통해 두께에 따른 기계적 특성을 분석하였으며, 검증으로 시뮬레이션 해석을 하였다. 시뮬레이션 해석 방법으로서는 ANSYS 를 이용하여 실험과 똑 같은 경계조건으로 유한요소해석을 진행하였다. 실험과 해석의 결과들을 비교해보면 10mm, 20mm, 30mm 인 경우에 20mm 인 경우는 제일 효율적인 것으로 사료된다. 20mm 의 경우가 시험편의 두께에 비하여 세가지 모델들의 경우에 있어 충격 에너지의 흡수가 가장 큰 것으로 나타났다. 본 연구의 결과들을 이용하면, 알루미늄 폼으로 된 기계 구조물의 개발에 필요한 자료를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.97-97
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• 2015

전 세계적으로 화석연료의 고갈 및 환경오염 문제를 해결하기 위해 신재생에너지에 대한 관심이 급증하고 있다. 이러한 신재생에너지에는 수소 에너지, 자연 에너지(태양열, 지열 등), 바이오 매스 에너지 등이 포함된다. 이 중 수소 에너지는 지구상에 풍부하게 존재하고 있는 물과 탄화수소로부터 얻어지며, 연소 시에도 다시 물을 형성하여 오염 물질을 배출하지 않는 차세대 무공해 에너지원으로써 주목을 받고 있다. 수소 제조를 위한 공정에는 수증기 개질 공정(steam reforming), 부분 산화(partial oxidation) 및 자열개질(autothermal reforming) 등이 있으며 실제로 생산되는 대부분의 수소는 탄소/수소비(1:4)가 높은 메탄($CH_4$) 가스를 이용한 메탄 수증기 개질 공정(steam methane reforming)을 통하여 제조된다. 이 때 수소 제조의 고효율화 및 저비용화를 위해서는 반응물에 대한 높은 선택도, 고활성도 및 높은 안정성을 갖는 촉매가 반드시 필요하며, 대표적으로 Ni, Pt, Ru 등이 보고되고 있다. 이러한 촉매들은 대부분 세라믹 pellet 형태로 제작되어 왔으나 열전도도가 낮고 물리적 충격에 취약하다는 단점이 존재한다. 따라서 우리는 이러한 단점을 극복하고, 촉매의 활성을 높이기 위하여 다공성 금속 합금 폼을 촉매 지지체로 도입하였다. 또한, 다공성 금속 합금 폼 표면에 촉매의 분산 및 안정성을 향상시키기 위해 지지체와 촉매 사이에 원자층 증착법을 이용하여 inter-layer를 도입하였다. 이들의 구조, 형태, 및 표면의 화학적 상태는 주사전자현미경, EDS (energy dispersive spectroscopy)가 탑재된 주사전자현미경, X-선 회절, 및 X-선 광전자 분광법을 이용하여 규명하였다. 더하여 정전압-전류 측정법 및 유도 결합 플라즈마 분광 분석기을 이용하여 전기 화학 반응을 유도하고, 반응 후 전해질의 성분분석을 통해 촉매와 지지체 간의 안정성을 평가하였다. 따라서 본 결과들은 한국진공학회 하계정기학술대회를 통해 좀 더 자세히 논의될 것이다.

• 한국태양에너지학회:학술대회논문집
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• 한국태양에너지학회 2011년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.307-313
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• 2011

금속산화물을 이용한 2단계 산화/환원 반응은 GTL, CTL 의 반응원료인 합성가스 및 수소 생산기술이다. 이 기술은 메탄을 환원제로 사용함으로써 비교적 저온에서 산화/환원 반응을 할 수 있는 장점이 있다. 하지만 반복 사이클의 시연에서 금속산화물의 소결현상으로 인한 활성저하가 이 기술의 문제점 중의 하나이다. 본 연구에서는 2.5 kW Xenon arc lamp 가 설치된 solar simulator를 사용 하였으며, 무기물 다공성 폼 (SiC foam)및 유기물 다공성 폼 (Ni, Cufoam)에 $CeO_2/ZrO_2$ 를 코팅하여 연속적인 합성가스 및 수소 생산 가능성을 알아보았다. 반응 전 후의 $CeO_2/ZrO_2$ 의 결정 구조를 SEM 과 XRD 를 통해 분석하였다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2012년도 춘계학술논문집 2부
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• pp.646-648
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• 2012

본 연구에서 다루는 복합재료는 알루미늄 폼으로써 다공성 구조체로 고체 알루미늄 금속에 비하여 비중이 1/10 정도로 작고, 충격에너지 흡수가 우수하다. 본 연구에서는 다공성 심재를 갖는 복합재료 알루미늄 폼 코어의 충격실험을 실시하여 기계적 특성을 파악하였다. 시험편은 알루미늄 폼 코어를 갖는 복합재료로써 시험편에 50J의 저 충격에너지를 가하도록 하였다. 그 결과, 모든 실험에서 스트라이커가 상부면재 통과 시 최대하중이 나타났고, 이때의 최대하중 값은 약 5.5 KN으로 나타났다. 또한 최대 하중 발생 시간은 50J일 때 약 4.2 ms가 나왔다. 최대 하중이 발생한 후, 즉 상부 면재 통과 후에 실험에서는 약 10 mm정도를 더 뚫으면서 심재에 까지 손상을 주었지만 하부 면재에는 손상을 주지 못하였다. 이로써 스트라이커가 알루미늄 폼 코어 샌드위치 복합재료를 통과 할 때 상부면재 통과 시 최대 하중이 발생하고 심재를 지나며 서서히 감소되는 것을 볼 수 있었다.

• 공업화학
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• 제33권6호
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• pp.618-623
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• 2022

분리판은 반응물 및 전자를 전달하고 부산물인 물과 열을 배출하며, 막전극접합체의 지지체 역할을 하는 고분자전해질 연료전지의 핵심 구성요소이다. 따라서 분리판의 유로 구조는 연료전지의 성능을 향상시키는데 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 압축률이 다른 구리 폼을 cathode 분리판에 적용한 25 cm² 단위 전지를 이용하여 성능 평가를 수행하였다. 금속 폼의 압축률이 증가할수록 총 저항이 감소하였으며, 특히 전하전달과 물질전달 저항이 사형 유로에 비해 크게 개선되어 중전류밀도 및 고전류밀도 영역에서 전압 손실을 줄일 수 있었다. 가압한 공기를 사용한 사형 유로 구조의 경우 연료전지의 성능이 압축한 금속 폼(S3)을 적용한 유로와 중전류밀도 영역까지는 큰 차이가 없었으나, 고전류밀도 영역에서는 유로 구조의 한계로 낮은 성능을 보였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제17권1호
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• pp.24-34
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• 2009

DPF(Diesel Particulate Filter)s have been used to reduce the most of PM(particulate matters) from the exhaust emissions of diesel engine vehicles. Metal foam is one of promising materials for the DPFs due to its cost effectiveness, good thermal conductivity and high mechanical strength. It can be fabricated with various pore sizes and struct thickness and coated with catalytic wash-coats with low cost. In order to design metal foam filter and analyze the flow phenomena, pressure drop and filtration experiment are carried out. Partial DPF which has PM reduction efficiency of more than 50 % is designed in this paper. Also, CFD analysis are performed for different configurations of clean filters in terms of pressure drop, uniformity index, and velocity magnitude at face of filter. Filter thickness and the gap between front and rear filters are optimized and recommended for manufacturing purpose.

• 한국분무공학회지
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• 제18권4호
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• pp.196-201
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• 2013

SCR(Selective Catalytic Reduction) is a major after-treatment solution to reduce NOx emission in recent diesel engines. In this study, a metal foam is applied as an alternative SCR substrate and tested in a commercial diesel engine to compared with a conventional ceramic SCR system. Basic engine test from ND-13 mode shows that a metal foam catalyst has lower NOx conversion efficiency than a ceramic catalyst especially over $350^{\circ}C$. A metal foam catalyst has characteristics of high exhaust gas pressure before a SCR catalyst and high heat transfer rate due to its material and structure. NOx conversion efficiency of a metal foam catalyst shows an increasing tendency along with the increase of exhaust gas temperature by $500^{\circ}C$. The effect of urea injection quantity variation is also remarkable only at high exhaust gas temperature.