분자전해질연료전지 내의 다공성 기체확산층은 반응가스의 확산과 전자이동통로의 역할을 수행할 뿐만 아니라 전기화학반응에 의해 공기극에서 생성된 수분(기상 혹은 액상)을 반응면으로부터 분리판 채널 방향으로 이동시켜 배출시키는 중요한 역할을 한다. 따라서 물관리를 통한 성능향상을 위해서는 기체 확산층의 구조 및 재료특성에 대한 심도 릴은 연구가 필요하다. 실제 단위전지 체결시 기체확산층은 분리판의 리브(rib)에 의해 눌리게 되며, 그 부분의 기공 크기 분포의 변화를 야기한다. 또한 리브 전단부분에서 탄소 섬유가 손상을 입으며, 탄소 섬유를 감싸고 있는 PTFE coating이 벗겨지게 되어 표면화학적 특성이 달라진다. 본 연구에서는 단위전지 체결 시 분리판에 의해 눌리는 기체확산층의 기공 크기 분포 변화를 측정하였으며, 기공의 소수성에서 친수성으로의 변화를 알아보았다. Mercury 기공 측정기와 PMI 기공 측정기는 큰 기공 분포의 변화에, 질소의 흡/탈착을 이용한 BET 방식은 작은 크기의 기공 분포 변화 관찰에 사용되었다. 체결압에 의한 탄소섬유의 구조적 변화와 아울러 표면의 습윤 정도의 변화를 XPS와 물/알콜 Uptake를 이용해 알아보았다. 이 연구를 바탕으로 물관리를 통한 연료전지 성능 향상을 위한 최적 GDL 선정에 기반이 되는 자료를 도출하였다.
Si기반 고주파집적회로의 차단재로서 간접전극 양극산화법으로 형성된 다공성 Si을 활용하기 위한 기초 연구로서 전류밀도, 시간에 따른 기공의 크기와 깊이등을 조사하였고 기공 도입 전,후 Si의 격자상수 변화를 측정하여 유발되는 내부응력의 크기를 평가하였다. 기공의 크기와 깊이는 대개 전류밀도와 시간에 따라 증가하였다. 기공이 형성됨에 따라 Si의 격자상수가 증가하여 약 8MPa의 압축응력이 유발되었다. 간접전극 양극산화법으로 형성된 다공성 Si은 공정이간단하고 기공으로 유발되는 내부응력의 크기가 작아 Si YLSI공정 적합성이 우수하므로 고주파 직접회로의 효과적인 차단재로서 적합한 재료로 판단된다.
1. 서론 및 이론적 배경 : 분리막 기술은 다양한 산업분야에서 광범위하게 사용되어지고 있는데 대부분 비대칭형 구조를 지닌 다공막이다. 이 경우 막의 표면에 존재하는 기공의 크기 및 크기 분포가 분리막의 성능을 결정하게 된다. 분리막 표면의 active pore 크기 및 크기 분포를 측정하기 위하여 liquid displacement방법이 많이 사용되고 있다. (생략)
ABA와 SA는 같은 조건하에서 기공 닫힘에 대하여 다른 효과를 나타냈다. 활짝 열린 기공에 1 mM Salicylic acid(SA)를 첨가 하였을 때, 열린 기공 크기의 22%가 감소하였다. 그러나 1mM ABA는 열린 기공 크기를 73%나 감소시켰다. SA용액의 광흡수 스펙트라 조가 셜과 SA가 1시간 내에 분해 되었다. 따라서, 분리표와 배양 동안에 SA 용액을 20분 마다 갈아 주었다. 그 결과 심지어 10$mu$M SA도 기공 닫힘을 크게 유도하였으며, 기공 닫힘에 대한 SA의 효과는 pH에 크게 으존적이었다. 1mM SA에 의하여 유도된 기공크기의 감소는 낮은 pH(pH 7.2, 5%; pH 6.2, 40%; pH 5.2, 78%)에서 가장 효과적이었다. 따라서, SA를 배양액에 있는 분리 표피에 적절히 처리하면 기공 닫힘에 대한 효과는 ABA와 거의 같다.
ABA와 SA는 같은 조건하에서 기공 닫힘에 대하여 다른 효과를 나타냈다. 활짝 열린 기공에 1 mM Salicylic acid(SA)를 첨가 하였을 때, 열린 기공 크기의 22%가 감소하였다. 그러나 1mM ABA는 열린 기공 크기를 73%나 감소시켰다. SA용액의 광흡수 스펙트라 조가 셜과 SA가 1시간 내에 분해 되었다. 따라서, 분리표와 배양 동안에 SA 용액을 20분 마다 갈아 주었다. 그 결과 심지어 10$\mu$M SA도 기공 닫힘을 크게 유도하였으며, 기공 닫힘에 대한 SA의 효과는 pH에 크게 으존적이었다. 1mM SA에 의하여 유도된 기공크기의 감소는 낮은 pH(pH 7.2, 5%; pH 6.2, 40%; pH 5.2, 78%)에서 가장 효과적이었다. 따라서, SA를 배양액에 있는 분리 표피에 적절히 처리하면 기공 닫힘에 대한 효과는 ABA와 거의 같다.
본 연구는 이소프렌에서 아세틸렌 불순물을 선택적으로 제거하기 위한 효과적인 흡착제의 개발이다. 흡착제로 기공의 크기가 $4{\AA}$에서 $5{\AA}$인 제올라이트를 이용하여 아세틸렌을 흡착하여 제거하는데 기공의 크기가 미치는 영향을 살펴보았다. 제올라이트 A의 기공크기는 Na와 Ca의 조성을 변화하여 조절하였다. 특히 아세틸렌의 주성분인 2-methyl-1-butyne-3-yen (IPA)와 2-butyne의 동역학적 지름의 차이 때문에 흡착제의 기공 크기는 흡착효과에 지대한 영향을 미치게 된다. 기공의 크기가 $5{\AA}$인 흡착제는 2-butyne의 높은 흡착력을 보였으나 IPA에는 낮은 흡착력을 보였다. 흡착등온선의 경우 개선된 Langmuir 모델이 2-butyne 흡착에 대해서 가장 좋은 fitting을 보였다. 이외에도 최적의 재생 조건을 찾기 위한 실험을 수행하였고 $300^{\circ}C$에서 12 h 동안 재생하였을 때 매우 효과적이었다.
스티렌과 물이 주된 원료로 구성된 혼합물을 high internal Phase emulsion (HIP보) 중합을 통하여 균일한 구형의 등방성 구조로 이루어진 저밀도의 열린 구조 미세기공 발포체를 제조하였고, 물, 가교결합제인 divinylbenzene, 사슬이동제인 dodecane의 함량 변화 등의 중합조건이 미세기공발포체의 기공 크기 및 물성에 미치는 영향을 조사하였다. 제조한 HIPE 발포체의 미세구조 모폴로지를 확인하기 위하여 SEM 사진으로 관찰하였고 기계적 물성을 평가하기 위하여 압축시험으로 압축 탄성률을 측정하였다. 연구 결과 오일 상에 수용액 상을 주입할 때 한 방울씩 연속적으로 주입하는 연속투여 방식의 경우가 한번에 주입하는 일괄투여 방식의 경우보다 균일하고 안정한 발포체를 제조하는데 효과적이었다. 교반속도와 계면활성제는 기공 크기와 계면의 window 크기에 상당한 영향을 끼쳤다. 사슬이동제의 첨가는 기공 크기를 증가시켰지만 window 크기는 오히려 감소시켰다. 발포체의 압축 탄성률은 가교결합제의 함량이 증가할수록, 사슬이동제의 함량이 감소할수록 증가하였다.
본 논문에서는 MgFe$_{2}$O$_{4}$ 세라믹스의 구조적 특성을 개선하기 위하여 TiO$_{2}$를 0-10[wt%] 첨가하여 세라믹스를 만들고 TiO$_{2}$가 습도센서용 MgFe$_{2}$O$_{4}$ 세라믹스의 구조적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 각 시편은 TiO$_{2}$가 첨가되는 양이 증대함에 따라 NgTi$_{2}$O$_{5}$의 이상이 나타났다. TiO$_{2}$의 첨가량이 6[wt%]일 때 까지는 시편의 밀도가 증가하여 기공율의 저하를 가져왔고 기공의 크기가 최소가 되는 조성은 5[wt%]의 TiO$_{2}$가 첨가되었을 때이며 이때의 평균 기공의 크기는 1615[.angs.]이었다. 따라서 5[wt%]의 TiO$_{2}$를 첨가했을 때가 기공의 크기 조절에 최적이라고 생각되며 센서용 기판으로 응용하기 적합하다고 생각된다.
다공성 실리카 게 분말은 저밀도, 고비표면적의 특성을 가지며 물리적, 화학적 성질이 우수하여 필름의 점착방지제, 페인트의 소광제, 맥주의 흡착제, 촉매의 담지체등 산업전반에 걸쳐 여러용도로 사용되고 있다. 이러한 다공성 실리카 겔 분말은 고상법, 기상법, 액상법등으로 제조할 수 있으며, 이 중에서 sodium silicate를 원료로 하는 액상공정은 다공성의 제어가 용이하고, 공정이 간단하며, 고순도의 균질한 실리카를 얻을 수 있는 방법으로 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 액상법(sol-gel method)를 사용하여 점착방지제, 소광제 등으로 사용되는 다공성 실리카 겔 미분말의 개발에 초점을 두어 연구하였다. 그리고, 겔 분말의 다공성 제어를 위하여 공정 각 단계에서의 겔 내부의 구조의 변화에 대한 연구와 함께 수화겔의 숙성이 기공특성에 미치는 영향, 건조조건의 기공특성에 대한 영향 등을 살펴보았다. 다공성 실리카 겔 미분말은 다음과 같은 공정에 의해 제조되었다. sodium silicate를 황산과 반응시켜 겔화하고 추가의 황산을 투입하여 미반응분의 Na를 제거한 후 pH 7이상의 알카리 영역에서 숙성하여 다공성을 지닌 실리카 수화겔을 제조하였다. 수화겔의 탈수, 세척, 건조 공정을 거쳐 건조겔을 제조하고, 1-20$\mu\textrm{m}$의 크기로 분쇄하여 최종 제품을 얻을 수 있었다. 최종 다공성 실리카 겔 분말은 비표면적 200-700$m^2$/g, 기공부피 0.5-2.5cc/g, 평균 입경 3-5$\mu\textrm{m}$, 백색도 95% 이상의 물성을 보였다. sodium silicate와 황산의 겔화 반응에 의해 생성된 수화겔은 수 nm크기의 일차입자들의 연속적인 network로이루어져 있으며, 일차입자크기가 너무 작기 때문에 내부의 기공들은 별로 존재하지 않는 상태이다. 2차 주가황산 투입에 의해 미반응의 알카리 이온들을 중화, 제거시킬 수 있으며, 겔의 다공성을 좌우하는 숙성단계에서 숙성 pH, 온도, 시간등의 인자에 의해 수화겔의 기공특성을 제어할 수 있다. pH 7이상에서 실리카의 용해도가 크고, 용해도의 입자크기 의존성이 크므로, 일자입자는 Ostwald-ripening에 의해 계속 성장할 수 있으며, 이때, 입자의 성장은 숙성 온도와 시간에 의존한다. 탈수, 세척공정에 의해 가용성 염인 Na2SO4를 제거하고, 건조조건을 변화시킴으로써 기공부피를 증가시키는 것이 가능하였으며, Fast drying을 사용하여 점착방지제에 적합한 기공부피를 갖는 실리카 건조겔을 제조할 수 있었다.
본 연구는 노인의 신체건강을 주제로 수행된 다양한 기공프로그램에 대해 메타분석을 사용하여 효과크기를 통계적으로 요약해보고자 하였다. 2016년까지 국내에서 보고된 학술지 논문 23편과 학위 논문 11편 총 34편을 선정하여 프로그램과 프로그램의 유형, 측정변수 및 활동요소에 대한 효과크기를 확인한 결과, 첫째, 전체평균 효과크기는 .748(p<.001)로써 중간크기의 효과가 나타났다. 가장 효과크기가 큰 프로그램은 타이치로 .836 (p<.001)이었으며, 측정변수는 체력이 .806(p<.001)으로 가장 높게 나타났다. 집단의 성별에서는 남성만으로 구성된 집단이 2.388 (p<.001)로 높았고, 집단의 질병유무에 따른 효과크기는 정상집단이 .804(p<.001)로 높게 나타났다, 둘째, 활동요소 중 집단크기는 31~60명이 .873(p<.001), 총회기수는 31~40회가 .829(p<.001)로 높게 나타났다. 주회기수는 5회가 .918(p<.001)로 가장 높았고, 활동시간에 따른 효과크기는 50분이 1.391(p<.001)로 높은 효과크기를 보였다. 상기와 같이 기공프로그램은 노인의 신체건강에 중간크기의 효과가 나타났으며, 향후 기공프로그램 구성 시 집단크기 31~60명, 총회기수 31~40회, 주회기수 5회, 활동시간은 50분으로 제안하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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