• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 제17회 워크샵 및 추계학술대회
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• pp.112-121
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• 2005

본 연구는 2003년부터 2005년까지 2년간 에너지관리공단의 선행연구과제로서 진행되었으며 20 Watt 급 소형 연료전지에 수소를 공급할 수 있는 소형의 마이크로 채널 메탄올 개질장치를 개발하는 것을 목적으로 하였다. 개질장치는 개질기 본체, 여기에 반응열을 공급 해주는 촉매 연소기 그리고 연료를 증발시켜 주는 연료증발기의 세부분으로 구성되며 각 반응기의 개발 및 통합을 수행하였다. 반응기는 반응면적을 증가시키기 위하여 폭 $200{\sim}5000{\mu}m$, 필이 $200{\sim}5000{\mu}m$ 규모의 마이크로 채널 유로를 금속 박판을 화학 에칭하여 구현하였으며 이를 수십장 적층하여 전체 반응기를 제작하였다. 마이크로 채널표면에 내부 촉매 지지체를 먼저 코팅한 후 촉매를 코팅하는 방법을 사용하여 담지체 코팅으로 기하학적 표면적 대비 표면적이 10 배 이상 향상되는 우수한 결과를 얻을 수 있었고 촉매의 내구성이 월등히 향상 되었다. 저온 활성 촉매를 사용하여 $350^{\circ}C$ 이하에서 메탄을 전환율 90% 이상을 구현하였다. 실제 운전 후 측정 결과 개질 반응기의 부분별 온도차가 $20^{\circ}C$ 이내로 설계의 우수성을 확인하였다. 촉매 연소기를 이용한 개질 반응열 공급장치를 개발하여 20Watt 급 수소 생산을 위한 개질 반응기에 반응열을 공급하도록 하였다. 이와 함께 촉매 연소기를 이용한 연료 증발열 공급 장치 개발하여 개질기 공급 연료의 90% 이상이 기화되도록 하였다.

• 한국시뮬레이션학회:학술대회논문집
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• 한국시뮬레이션학회 2004년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.41-47
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• 2004

중심합성계획(central composite design: ccd)은 반응 표면이 곡면적인 특성을 나타낼때 반응 공간을 추정하기 위해 사용되는 실험계획이다. 반응공간이 2차 회귀모형으로 나타나는 경우에 반응곡면의 변화량을 알기 위해서는 변수의 수준이 3이상이 되어야하는데 ccd는 적은 횟수의 실험으로 곡면을 효과적으로 추정하기 위해 2$^{k}$ 요인실험에 추가적으로 중심점(central point)과 축점(axial point)을 표본점에 포함시키는 계획이다. 본 연구에서는 시뮬레이션 실험에서 반응변수가 2차 회귀모형으로 근사되는 경우에 cod를 이용하여 관심 성과치의 반응표면을 추정하고자 한다. 일반적인 실험에서와는 달리 시뮬레이션 실험에서는 두개의 표본점(인자 수준의 조합)에서 분석자가 공통 난수계열(common random number series)을 부여하여 시뮬레이션 시스템 요소의 변화과정을 유사하게 통제할 수 있다. 일반적으로 공통난수법(common random number method)에 의해 얻어지는 두 표본점에서의 반응변수는 서로 양의 상관관계를 가지며 대조 난수(antithetic random number)에 의한 두 반응변수는 음의 상관성을 가지는 것으로 알려졌다. 본 연구는 ccd의 표본점에 공통난수와 대조난수 법을 이용하여 회귀모형의 파라미터를 효과적으로 추정하는 방법을 조사하고 이를 (s, S) 재고관리 모형에 적용하여 그 효율성을 평가하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.330-330
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• 2011

공기 중 산소를 이용한 다양한 산화반응에 적합한 이종상 촉매 개발이 공업적으로나, 학문적으로 중요한 의미를 갖는다. 우리는 수산화 인회석(hydroxyapatite, HAP)에 Ru이 도입된 새로운 이종상 촉매를 합성하였으며, 이를 이용하여 알콜 산화 반응을 통해 반응성을 관찰하였다. 우리는 다양한 형태의 결정구조와 표면구조를 가지는 HAP를 합성하였으며, 이를 AFM, ICP, XRD, SEM를 통하여 결정구조를 분석하였다. 각각에 대해서 수용액상에서 Ion exchange 반응을 통하여 Ru를 HAP 표면에 치환하여 여러 종류의 RuHAP를 합성하였다. 특히, 알콜 산화반응을 통해 HAP의 결정 형태에 따라서 반응성의 차이를 가짐을 알 수 있었다. HAP는 Molten salt synthesis 방법을 이용하여 합성한 일정한 형태의 단결정과 무정형의 다결정 즉, 두 가지 다른 형태를 이용하여 각각에 대해 칼슘이 부족한 형태로써, Ca과 Ru과의 Ion exchange 반응을 통해 다양한 종류의 HAP를 합성하여 알콜 산화반응의 촉매로서 가지는 반응성을 연구하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.159.2-159.2
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• 2014

간접띠간격(indirect bandgap)을 갖는 층상형 반도체 $MoS_2$는 두께가 줄어들어 단일층이 되면 층간 상호작용의 변화로 인해 ~1.8 eV의 직접띠간격(direct bandgap)을 갖게 된다. 이러한 초박형 $MoS_2$의 발광 특성을 활용하기 위해서는 원자 크기 수준에서 두께와 물성을 조절할 수 있는 화학적 표면개질법에 대한 이해가 필요하다. 최근 아르곤(Ar) 플라즈마를 이용한 $MoS_2$의 층상(layer-by-layer) 식각과 표면제어에 관한 연구결과가 보고되었으나 자세한 반응 메커니즘은 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 산소 플라즈마에 의한 단일층 및 복층 $MoS_2$의 산화반응을 원자힘 현미경(AFM), 광전자 분광법(XPS), 라만 및 광발광 분광법을 통해 관찰하고 반응 메커니즘을 이해하고자 한다. 플라즈마로 생성된 산소라디칼과의 반응시간이 증가함에 따라 $E{^1}_{2g}$와 $A_{1g}$-진동모드에서 기인하는 라만 신호, 그리고 A와 B-엑시톤에서 유래하는 광발광의 세기가 감소함을 확인하였다. XPS와 AFM을 통해 반응이 진행됨에 따라 $MoS_2$의 상층이 $MoO_3$로 산화되면서 나노입자로 응집되어 표면형태가 변화하는 것을 확인하였다. 이 결과는 플라즈마 산화반응을 이용하여 $MoS_2$ 표면에 구조적 결함(defect)과 층상 식각을 유발하고 광발광 특성 제어를 위해 전자구조를 조절할 수 있다는 가능성을 보여준다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.190.2-190.2
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• 2016

청정에너지 개발은 화석연료를 대체하기 위하여 꾸준한 관심을 받고 있다. 많은 대체에너지중 수소는 그 반응물이 순수한 물로써 환경오염이 없다. 기존의 수소를 얻어내는 방법은 메탄을 고온 고압에서 수증기와 반응시켜 얻는데 이 때 이산화탄소가 생성이 된다. 전기화학적 물분해 방법은 물을 수소와 산소로 선택적으로 분해시킬 수 있는 방법이다. $TiO_2$는 전기적으로 합성할 때 표면의 구조제어가 쉽고 열역학적, 화학적 안정성이 높아 자체의 높은 밴드갭(3.0~3.2 eV)에도 불구하고 산업적으로 염소분해 전극으로써 사용되고 있으며 최근에는 물분해 전극으로도 적용하는 연구가 진행되고 있다. 전기화학적 물분해 반응을 위해서는 높은 과전압이 요구되므로 산업적으로 이용하기 위해 전도성을 향상시키기 위한 연구가 필요하다. 낮은 전압에서도 물을 분해할 수 있는 촉매제의 도핑이 연구되고 있으나 대부분 촉매로 사용되는 금속은 루테늄과 이리듐 등의 귀금속이다. 본 연구에서는 저가촉매로써 몰리브덴을 도핑한 후 농도별 성능을 비교하였다. 전극의 성능비교를 위해 각 촉매의 농도별로 다른 전해질 농도조건에서 성능비교실험을 진행하였다.

• 전기화학회지
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• 제13권1호
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• pp.19-33
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• 2010

초기 충전 과정에서 흑연 음극에 생성되는 표면피막은 리튬 이차전지의 중요한 구성 요소로 전지 반응은 표면피막의 본질에 크게 영향을 받는다. 따라서 표면피막의 물리화학적 성질을 이해하는 것은 매우 중요하다. 한편, 표면피막의 형성 반응은 흑연/전해질 계면에서 진행하는 매우 복잡한 계면 현상이며, 표면피막은 반응성이 높고 공기 중에서 불안정하기 때문에 리튬 이차전지의 전극 표면을 연구하는데 있어서 in-situ 실험 기술은 매우 중요하다. 이와 같은 점에서 전위가 제어된 상태에서 다양한 전기화학 반응이 진행하는 전극/용액 계면을 직접 관찰할 수 있는 전기화학적 원자간력 현미경(Electrochemical Atomic Force Microscopy, ECAFM)은 매우 유용한 도구이다. 본 총설에서는 흑연 음극에 생성되는 표면피막의 본질적 이해에 중점을 두어 표면피막의 생성기구 및 전해질과의 상관성에 관하여 in-situ ECAFM 분석 결과를 중심으로 하여 정리하였다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제4회(2015년)
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• pp.308-311
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• 2015

https://nano.edison.re.kr/에서 제공하는 Linear Combination of Atomic Orbitals 기반 Density Functional Theory 전자구조계산 SW을 이용하여 정렬된 FCC 결정구조의 PtFe와 원자의 배열이 무질서한 PtFe의 산소 발생 반응의 과전압을 알아보았다. 화학 반응에 참여하는 정렬된 FCC PtFe의 표면 방위는 표면 에너지 계산을 통해 (111) 면으로 설정하였다. 과전압 값은 산소 발생 반응의 각 단계의 자유 에너지 변화를 계산하여 양의 반응 에너지이다. 과전압 측정 결과 정렬된 FCC 결정구조의 PtFe와 원자의 배열이 무질서한 PtFe의 과전압은 각 각 0.623875eV, 0.603118eV 이다.

• 폴리머
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• 제36권6호
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• pp.795-802
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• 2012

소수성 고분자 표면을 화학적 처리를 통해 활성화시키고 화학반응을 통해 발색단을 도입하는 연구를 진행하였다. 2-Triphenylstannylthioethyl acrylate를 자외선 조사시켜 고분자 필름을 만들었다. 필름 표면에 노출된 주석치환체를 불소이온으로 처리하여 SH를 형성함으로써 필름표면에 많은 SH를 생성시켰고 적외석 흡수스펙트럼으로 이를 확인하였다. 아크릴 유도체로 만든 발색단 물질을 노출된 SH와 반응시켜 필름 표면에 여러 발색단을 도입할 수 있었고 이를 자외선-가시광선 흡수스펙트럼으로 관찰할 수 있었다. 2-Triphenylstannylthioethyl acrylate와 tris(hydroxymethyl) ethane에서 유도된 triacrylate를 혼합하여 얻은 광경화 필름에서 단분자 함량 변화에 따른 SH의 표면 노출량을 변화시킬 수 있음을 흡수스펙트럼을 통해 관찰하였다. 유사하게, 2-tributylstannylthioethyl acrylate를 이용한 광경화 필름을 만들어 표면반응 연구를 진행하였다. 이 경우, 불소이온 처리를 통한 표면 활성화는 약 5분 이내로 빠르게 진행되었다. 이소시안 작용기를 갖는 발색단을 합성하여 필름과 반응시켜 표면에 발색단 도입하는 비교연구를 진행하였다. 아크릴 유도체가 표면 SH와 반응이 24시간 이상을 요구하는 반면 이소시안 유도체는 10분 이내에 결합반응이 완료되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.199-199
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• 1999

상용의 PVC가 갖는 소수 특성을 개선하기 위해 산소, 아르곤, 수소 이온의 이온 보조 반응법을 이용하여 표면의 친수성을 증대시키고 이때 친수성 증가의 직접적 원인인 표면에너지 증가를 각각의 이온조사에 따라서 비교하였다. 이온 소스는 직경 5-cm의 cold hollow cathod ion gun을 이용하였으며 산소, 아르곤, 수소이온을 이온 조사량 5$\times$1014~1$\times$1017ions/cm2까지 변화시키고 산소의 유량을 0~8sccm까지 변화시키면서 표면 에너지 변화를 관찰하였다. 표면 에너지는 두 가지의 극성 용매인 물과 포름아마이드의 접촉각을 정적 접촉각 측정기를 이용하여 측정한 후에 이로부터 dispersion force와 polar force를 계산하여 얻었다. 계산된 결과를 보면 처리 전과후의 dispersion force의 변화는 거의 없으나 polar force는 크게 증가하였다. 이때 표면 에너지의 증가는 표면 형상의 변화와 극성을 띠는 친수성기의 증가로 여겨지며 각각의 경우에 대한 분석을 위해 AFM과 XPS 분석을 시행하여 각각의 이온에 따르는 표면 형상의 변화와 친수성기의 형성 및 상대적인 양을 비교하였다.

• 산업식품공학
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• 제15권2호
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• pp.97-115
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• 2011

이 총설에서는 반응표면분석법을 이용하여 식품제조프로세스를 최적화하는 방법에 대하여 검토하였다. 반응표면분석을 수행하기 위한 절차와 반응표면분석의 필수적인 기본이론을 설명하였고, 반응표면분석법 중에서도 대부분 사용되는 2차 실험계획법(3인자 완전요인, 중심합성, Box-Behnken, 및 Doehlert 계획법)들에 대한 장단점 및 효율성을 비교하였다. 식품제조프로세스를 최적화하는데 반응표면분석법을 적용하기 위해서는 우선 실험계획을 선택하고, 적절한 모델함수를 적합화한 다음, 적합화된 모델의 질 및 실험데이터와의 예측의 정확성을 평가할 필요가 있다. 식품제조프로세스를 최적화할 때 일부요인계획, 완전요인계획 및 Plackett-Burman 계획 등과 같은 실험계획법을 사용하여 중요한 실험인자를 일차적으로 스크린한 다음, 2차 실험계획법을 선택하는 것이 바람직하다. 실제적으로 최적실험조건을 찾기 위해서는 F-test, 수정 $R^2$ 등과 같은 분산분석을 사용하여 모델을 적합화하는 것이 바람직하다. Doehlert 계획과 Box-Behnken 계획은 중심합성계획법보다 좀 더 효율적이며, 최근에는 이 계획들을 적용한 문헌의 수가 증가하고 있는 추세이다. 더욱이 이 계획들은 3수준 완전요인계획법보다는 비교할 필요도 없이 훨씬 더 효율적이다. Box-Behnken설계는 식품분야에서와 같이 극한조건(즉, 인자들이 동시에 가장 높거나 혹은 가장 낮은 수준의 실험 조건)하에서 실험을 하는 것을 피하고자 할 때 유용하다. Doehlert 계획에서는 각 인자들의 수준(level)이 다르기 때문에, 몇몇 인자들이 가격적인 면에서 그리고(혹은) 장비사용에 제약을 받는 제한이 있다든지 혹은 인자의 중요도에 따라 수준의 수를 조절해야 할 필요가 있을 때에는 Doehlert 계획이 아주 유용하다. 종래에는 반응표면분석법의 2차 회귀모델 실험계획법 중에서 다른 계획법(Box-Behnken 계획 및 Doehlert 계획)에 비해 중심합성계획법을 압도적으로 많이 적용해 왔다. 그러나 Box-Behnken 계획 및 Doehlert 계획은 중심합성계획법보다 장점이 많기 때문에, 향후에는 Doehlert 계획과 Box-Behnken 계획을 사용하여 식품제조프로세스를 최적화하는 쪽으로 초점이 맞추어 지리라고 전망한다.