Lee, Dong Kyun;Lee, Won Hee;Park, Sung Woo;Kang, Sung Wook;Cho, Ji Hyun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.4
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pp.285-291
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2017
In this study, a case analysis for thermal design of electronic equipment using a phase change material(PCM) was performed numerically using ANSYS Fluent. Experiments were conducted to find the temperature increase(${\Delta}T_m$), melting temperature($T_m$), and volume expansion of the PCM under the melting process. To verify the accuracy of the Fluent solver model, $T_m$, ${\Delta}T_m$, and the melting time were compared with experimental results. To simulate the temperature stagnation phenomenon under the melting process, the equivalent specific heat method was applied to calculate the thermal properties of the PCM in the solver model. To determine the thermal stability of electronic equipment, we paid special attention to finding a thermal design for the PCM using fins. Further, an additional numerical analysis is currently underway to find an optimum design.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.11a
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pp.115-115
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2007
PRAM (Phase Change Random Access Memory)은 상변화 물질의 비저항 차이를 이용한 메모리 소자로 차세대 비휘발성 메모리로 주목받고 있다. 현재 상변화 물질로 사용되고 있는 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막은 결정질 상태에서 저항이 낮아 RESET 동작에서 많은 전력이 소비되고 메모리의 고집적의 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 상변화 물질의 개선과 소자 구조의 개선 등의 새로운 접근이 시도되고 있다. 본 연구에서는 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막의 전기적 특성을 개선하기 위해서 이종 원소인 질소를 첨가한 N-doped $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막에 대한 특성을 살펴 보았다. $SiO_2$/Si 기판 위에 100 nm 두께의 박막을 D.C. magnetron sputter 방법으로 증착하여, 질소 분위기 $100^{\circ}C{\sim}300^{\circ}C$온도 구간에서 열처리하였다. 열처리에 따른 박막 특성을 관찰하기 위해 면저항 측정, XRD, TEM 분석을 통해 박막 특성을 관찰하였다. 면저항 측정과 XRD peak 분석을 통해 $Ge_2Sb_2Te_5$ 시스템에 비하여 N-doped $Ge_2Sb_2Te_5$ 시스템의 결정화 온도가 상승하였음을 확인하였다. 면저항은 첨가된 질소의 조성이 증가할수록 증가하였고, FCC 상에서 HCP 상으로의 상변화 온도 역시 증가하였다. 첨가된 질소가 $Ge_2Sb_2Te_5$, 박막의 결정 성장을 억제하였고, 상대적으로 높은 저항을 가지고 안정한 FCC상을 고온 열처리 이후에도 유지하였다. 질소 첨가를 이용한 상변화 물질의 열안정성 향상과 저소비전력 구동을 통해 향후 고집적 상변화 메모리에의 적용이 가능하다.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.136-136
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2010
$Ge_2Sb_2Te_5$ (GST)는 광학 스토리지 및 PRAM(Phase-change Random Access Memory)에 적용 가능한 대표적인 상변화 물질이며 상변화 거동에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 차세대 비휘발성 메모리로 각광을 받고 있는 PRAM의 경우 저전력 그러나 향후 고집적, 고성능 PRAM 소자구현을 위해서는 Reset 전류 감소를 통한 소비 전력 감소, 인접 셀간의 'cross talking'을 방지할 수 있는 열적 안정성 개선 등의 문제점들을 해결해야 한다. GST 물질의 전기적, 열적 특성을 조절하여 이러한 문제를 해결하기 위하여 GST 물질에 이종의 원소를 첨가하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 특히 질소 첨가에 의해 결정 성장 억제를 통한 결정화 온도 증가, 결정질의 저항 증가 등의 보고가 있었다. 본 연구에서는 질소를 첨가한 N-doped $Ge_2Sb_2Te_5$ (NGST) 박막의 상변화 거동을 규명하고 GST 박막과 비교하여 첨가된 질소의 영향을 분석하고자 한다. D.C Magnetron sputtering 방법으로 증착된 GST와 NGST 박막을 등온으로 유지하여 각 온도별로 열처리 시간 증가에 따른 비저항을 실시간으로 측정하여 GST와 NGST 박막의 상분율을 계산하고 Kissinger 모델을 이용하여 effective activation energy ($E_a$)를 구하였다. GST와 NGST 박막의 $E_a$는 각각 $2.08\;{\pm}\;0.11\;eV$와 $2.66\;{\pm}\;0.12\;eV$로 계산되었다. 따라서 첨가된 질소에 의해 NGST 박막의 결정화를 위하여 GST 박막의 경우보다 더 큰 활성화 에너지가 필요하다.
Kim, Soo-Yeon;Jung, Yeon-Seok;Lee, Sun-Ho;You, Jin-Oh;Youm, Kyung-Ho
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.32
no.2
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pp.215-225
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2015
Recently, the importance of energy saving and alternative energy is significantly increasing due to energy depletion and the phase change material (PCM) research for saving energy is also actively investigating. In this research, the membrane emulsification using SPG membrane was used to make various microencapsulated phase change material (MPCM) particles which were comprised of $Rubitherms^{(R)}$ (RT-21 and RT-24) core and silica coating. We investigated the pressure of the dispersion phase, the concentration of surfactant, and the ratio of $Rubitherm^{(R)}$ and silica to prepare various MPCM particles. The DSC and TGA were used to examine the heat stability and latent heat properties. Also, PSA, SEM, and optical microscopy were used to confirm the size of $Rubitherm^{(R)}$ particles and the thickness of silica shell. The average of particle size was $7-8{\mu}m$. And, FT-IR was also used to enforce the qualitative analysis. Finally, the MPCM particles obtained from membrane emulsification showed monodispersed size distribution and the heat stability and latent heat were kept up to 80% compared to pure $Rubitherm^{(R)}$. So, it can be effectively used for wallpaper, buildings and interior products for energy saving as PCMs.
The effect of process temperature of a final annealing step in the fabrication of phase change memory (PCM) devices was investigated. Discrete PCM devices employing $Ge_2Sb_2Te_5$ (GST) films as an active element were made in a pore-style configuration, and they were annealed at various temperatures ranging from 160 to $300^{\circ}C$. The behaviors of cell resistance change from SET resistance to RESET resistance were totally different according to the annealing temperatures. There was a critical annealing temperature for the fabrication of normal PCM devices and abnormal operations were observed in some devices annealed at temperatures lower or higher than the critical temperature. Those influences of annealing temperature seem closely related to the thermal stability of a top electrode/GST/heating layer multilayer structure in the PCM devices.
This study was performed to stabilize the physical properties of Sodium Carbonate Decahydrate that was selected as a highly concentrative thermal energy storage medium. The addition of ARS(additives to prevent supercooling) showed to prevent the supercooling of Na$_{2}$CO$_{3}$.10H$_{2}$O, and the supercooling was decreased below $1.5^{\circ}C$ with ARS of 3 wt% and the addition of PSC(phase separation controller) of 1.5 wt% controlled the phase separation of Na$_{2}$CO$_{3}$ .10H$_{2}$O with the phase change cycles increased from 0 to 1,500, the phase change temperature and the latent heat has changed in the range of 30$\pm$1.$0^{\circ}C$ and 54$\pm$2.0Kcal.kg$^{-1}$ respectively.
Proceedings of the Korean Society for Bio-Environment Control Conference
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1998.05a
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pp.77-82
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1998
현재 온실 난방에 주로 이용되고 있는 난방기는 대부분이 화석에너지를 연료로 사용하고 있다. 따라서 생산비의 가중이 불가피하며, 또한 연소 과정에서 발생하는 배기 가스로 인하여 환경 오염이 문제시되고 있다. 따라서 태양에너지를 보다 더 적극적으로 활용할 수 있는 기술의 개발이 요구된다. 태양에너지를 시설 농업에 적극적으로 이용하기 위해서는 주간에 밀도가 낮은 태양에너지를 고밀도로 축열하여 기온이 급강하하는 야간의 보온에 활용하여야 한다. 주간의 온실내 잉여 태양에너지를 축열할수 있는 상변화 온도 3$0^{\circ}C$ 수준의 잠열축열재를 개발하기 위하여 수행한 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. SCD에 Borax를 0.0~5.0wt% 첨가하여 과냉도를 25.$0^{\circ}C$에서 $1.5^{\circ}C$ 이하로 조절하였으며, Borax의 적정 함량은 3.0wt%였다. 2. SCD에 Carbopol을 0.0~3.0wt% 첨가하여 상분리량을 70.0%에서 0.0%로 조절하였으며, Carbopol의 적정 함량은 1.5wt%였다.3. 축열재 내구성 검증을 위하여 0~1,500회의 상변화 사이클을 수행하였다. 이때 상변화 온도의 변화량이 $\pm$1.$0^{\circ}C$ 이하, 잠열량 변화가 $\pm$2.0 kacl/kg 이하로서 안정된 값을 보였다. 이상의 결과로 볼 때 축열재의 수명을 10년까지는 보장할 수 있는 것으로 판단되었다.
In the recent 10 years the protected cultivation area in Korea has been increased rapidly, and now it is very important issue to develop the heating and cooling system using the renewable energy, because the greenhouse heating and cooling cost is increased with the fossil fuel price rises. Actually the development of the cooling system is more difficult than that of the heating system, since the cooling load of greenhouse in the summer season is 2―3 times larger than the heating load in the winter season. In this study low temperature phase change materials (LTPCM) for the cold storage system were selected and developed. The theoretical and experimental analysis of thermal characteristics of LTPCM makes it possible to control the phase change temperature and stabilize the thermo-physical properties. LTPCM developed in this study has good advantages to be used as the cold storage not only for the house and working space in factory but also for the cold storage of agricultural and live-stock products.
In this research, Octacosane($C_{28}H_{58}$) and Sodium Acetate Trihydrate($CH_3COONa{\cdot}3H_2O$) were selected as latent heat storage materials to store off-peak electricity or waste heat of an industrial plant. Experimental analyses were performed in terms of the variation of phase change temperature and latent heat, phase change stability for the long term utilization. The results were as follows. 1. The phase change temperatures of industrial grade Octacosane and Sodium Acetate Trihydrate were $60.7^{\circ}C$ and $57.4^{\circ}C$, the latent heat were 60.6kcal/kg and 51.1kcal/kg respectively. 2. The latent heat quantity of Octacosane was decreased with the increasing number of phase change cycles. It decreased from 60.6kcal/kg to 47.2kcal/kg upto 200 cycles and then no variation was observed after 200 cycles. 3. To prevent the supercooling of Sodium Acetate Trihydrate, the nucleating agent, Sodium Pyrophosphate Decahydrate of 3 wt% was added, and then the supercooling temperature (Tm-Tsc) was decreased from $25.7^{\circ}C$ to $1^{\circ}C$. The phase separation was disappeared by the addition of CMC-Na of 3 wt% as a thickener. It was found that the optimal quantity of nucleating agent and thickener was 4wt% considering the stability of SAT as a latent heat storage material. 4. The phase change temperature of Sodium Acetate Trihydrate($CH_3COONa{\cdot}3H_2O$) was adjusted from 57.4 to $46.2^{\circ}C$ by the addition of UREA. And then the latent heat quantity was decreased from 51.1 to 38.3kcal/kg. 5. When the heat storage capacities between the sensible and latent heat storage materials were analyzed and compared in heating process from 30 to $90^{\circ}C$, the heat storage capacity of Octacosane was 2.45 times larger than water and 12.5 times than granite at $60.7^{\circ}C$, and the heat storage capacity of Sodium Acetate Trihydrate was 2.53 times larger than water and 12.91 times than granite at $57.4^{\circ}C$.
n-octadecnae based shape stabilized phase change material (SSPCM) was prepared by using vacuum impregnation method. And an exfoliated graphite nanoplate (xGnP) which has high thermal conductivity properties is used as a PCM container. And then we made heat storage concretes which contains SSPCM for reducing heating and cooling load in buildings. In the prepararion process, the SSPCM was mixed to a concrete as 10, 20 and 30wt% of cement weight. The thermal properties and chemical properties of heat storage concrete were analyzed from Scanning electron microscope (SEM), Fourier transformation infrared spectrophotometer (FT-IR), Deferential scanning calorimeter (DSC), Thermogravimetric analysis (TGA) and TCi thermal conductivity analyzer. And we conducted surface temperature analysis of SSPCM and xGnP by using heat plate and insulation mold.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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