• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.618-619
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• 2010

LED는 기존의 발광원에 비해 훨씬 높은 파워와 효율성으로 인해 최근 들어 각종 조명이나 교통신호 등에서 사용이 급증하고 있다. LED 재료를 위해 지금까지 여러가지가 연구되어 왔는데, 갈륨 질화물 (Gallium Nitride, GaN)에 기반한 시스템이 최근들어 가장 큰 관심을 받고 있다. GaN 방식은 열적으로 매우 안정성이 있고, 1.9 ~ 6.2 eV 범위의 넓은 밴드의 Gap, 그리고 인듐이나 알루미늄과 결합하여 청, 녹, 백색등의 다양한 빛을 발생할 수 있는 장점을 가지고 있다. 예를 들어 청색 LED는 광학 방식의 기록매체에, 백색 LED는 기존의 조명램프의 대체용으로 활용이 가능하다. 이러한 장점 덕분에 GaN기반 LED 시장은 1994년에 최초로 상용화 된 이래 최근 급격한 성장을 보여 왔다. 그러나 GaN은 다른 III~V 타입의 반도체 재료와는 달리 재료가 성장하기 위해 사파이어와 같은 별도의 기판을 필요로 하는 문제가 있다. 이것은 결국 전위발생과 같은 격자의 부조화 같은 문제를 야기하여 결국 LED의 성능을 떨어뜨리는 요인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 방법이 개발되었는데, 이 방법은 시간당 100 미크론의 매우 빠른 성장속도로 높은 두께의 레이어를 만드는 장점이 있다. 이렇게 성장된 GaN 레이어는 베이스 기판에서 쉽게 분리되어 활용이 가능하다. 그러나 HVPE 기술은 성장 공정에서 두께를 균일하게 만들도록 제어하는 것이 매우 어렵다는 문제가 있다. 따라서 HVPE 방식에서는 이러한 조건을 만족시키기 위해 반응현상에 대한 물리적 해석을 토대로 공정조건을 정밀하게 설계해야 한다. 이를 위해 최근에 실험 또는 시뮬레이션을 활용하여 이러한 공정조건을 향상시키기 위한 여러 연구가 진행되었다. 본 연구에서는 이러한 연구의 일환으로 반응로에 투입되는 여러 기체의 유량과 존별 주변온도 조건을 입력변수로 하고, 이들이 GaN 성장에 미치는 영향을 분석하였다. HVPE 시스템에서 가장 이상적인 목표는 반응기체가 층류유동을 유지하면서 대부분의 반응이 기판위에서 이뤄지며, 기판위에서 성장되는 재료의 두께가 균일하게 되는 것이다. 입력변수들이 이러한 결과에 어떠한 영향을 미치는 지 분석하기 위해 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 수행하는 상용코드 FLUENT를 사용하였다. 보다 실제에 가까운 해석을 위해서는 기체간의 화학반응을 포함해야 하나, 해석의 편의와 효율을 위해 본 연구에서는 열 및 유동해석만을 수행하였다. 한편 실제 반응로의 우수성은 성장속도와 두께분포의 균일도를 통해 평가된다. CFD 해석을 통해 이들을 분석하기 위해 기존에 수행한 실험조건을 해석하고 해석결과의 유동패턴/압력분포를 실험결과의 성장속도/두께분포와 비교하고, 이중에서 관련성이 높은 해석결과변수를 우수성 평가에 활용하였다. 기존의 실험결과를 토대로 이러한 중요 결과변수와 함께 이들에 대한 목표값이 도출되고 나면, 입력 공정조건 - 사용기체의 유량과 주변온도 조건 - 에 대해 실험계획(DOE,Design of Experiment)을 수립하고 목표성능을 구현하기 위한 최적설계를 수행할 수 있다. 일반적으로 CFD를 통해 최적의 설계나 공정조건을 탐색하는 작업은 1회의 CFD 계산시간이 매우 오래 소요되기 때문에 쉽지 않다. 그러나 본 연구에서는 CFD와 DOE의 적절한 조합을 통해 적은 수의 해석을 가지고도 원하는 결과를 효율적으로 얻는 것이 가능함을 입증하고자 한다. 본 발표에서는 아직 이러한 연구가 완성되지 않은 시점에서 제반 연구개요를 소개하고 현 시점까지의 연구 결과 및 향후 계획을 소개하고자 한다.

• 한국과학교육학회지
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• 제34권6호
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• pp.601-611
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• 2014

본 연구는 과학적 사실, 현상, 첨단 과학 소식, 과학적 이슈 등을 독자들에게 알기 쉽게 제공하기 위한 표현수단으로 인포그래픽을 활용하고 있는 과학동아를 대상으로 인포그래픽의 시계열적 특성을 분석하여 과학 교육에 인포그래픽의 활용 가능성을 짐작하는데 그 목적이 있다. 과학동아의 인포그래픽을 분석하기 위해 스토리텔링 유형, 시지각 특성, 프레임워크의 수준을 차원으로 하는 3차원 구성틀을 개발하였다. 이 구성틀에 의해 분석한 결과 과학동아는 1986년부터 2014년까지 이미지를 강조한 과학 기사를 발행하였으며 특히 2008년 이후부터는 인포그래픽이 포함된 기사가 유의미하게 증가하는 것으로 나타나 2008년을 인포그래픽 특성 변화의 중요 기준이 되는 $T_c$(Critical time Point)로 설정하였다. 2008년 이후의 과학 기사의 인포그래픽은 위치, 시간, 수치, 관계, 기능, 과정 기반형의 6가지 스토리텔링 유형이 2008년 이전 보다 다양하게 분포하였고, 게슈탈트 시지각 이론의 시지각 특성(근접성, 유사성, 연속성, 폐쇄성)도 2008년 이후에 더욱 많이 적용한 것을 알 수 있었다. 마지막으로 프레임워크의 수준은 위치, 시간, 수치, 과정 기반 인포그래픽은 전체 범위 수준이 주를 이루며 시간의 흐름에 변화가 없는 반면, 기능과 관계 기반 인포그래픽에서는 프레임워크의 수준이 2008년을 기준으로 변화가 나타났다. 인포그래픽 관점에서 과학동아를 분석한 결과를 통해 인포그래픽의 특성이 어떻게 변화되어 왔는지 분석하여 과학교육에서 인포그래픽을 적용할 때 기초적인 기준을 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제20권5호
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• pp.526-534
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• 2014

본 연구는 단일 입력 전이함수모형(Single-input transfer function model)을 적용하여 여수연안 2010년의 월평균 표면수온의 예측을 시도하였다. 전이함수모형을 수립하기 위한 입력시계열과 출력시계열은 각각 여수지방의 10년(2000-2009년)간의 월평균 기온자료와 표면수온자료를 이용하였다. 전이함수모형을 수립하기 위하여 입 출력 시계열을 사전백색화하고, 입 출력 시계열간의 각 시차에 대한 교차상관함수를 결정하였다. 교차상관함수는 음의 모든 시차에서 유의한 값을 갖지 않아 기온과 표면수온사이는 일방적 인과관계를 보였다. 또한 교차상관함수의 시차 0과 1에서 유의한 값을 보였다. 이러한 교차상관함수의 특징에 따라 입 출력시계열간 전이함수의 시차와 분모 및 분자의 차수(b, r, s)는 (0, 1, 0)으로 식별되었다. 구축된 전이함수모형에 따르면 기온과 표면수온 사이의 시차는 존재하지 않았다. 여기서 현재의 표면수온은 1개월 전의 표면수온과 선형관계가 있음을 보였으며, 잡음모형은 $ARIMA(1,0,1)(2,0,0)_{12}$로 식별되었다. 전이함수모형에 의한 월평균 표면수온의 예측치는 실측치에 비하여 전반적으로 $0.3-1.3^{\circ}C$ 높은 경향을 보였으며, 6.4 %의 평균절대백분율 오차를 포함하였다. 이러한 결과는 8.3 %의 평균절대백분율오차를 보인 ARIMA 모형에 비하여 향상된 예측성능을 보이는 것이며, 표면수온의 시계열적 예측을 시도할 경우, ARIMA 모형보다 전이함수모형의 적용을 통하여 그 예측성능의 개선 가능성을 기대할 수 있음을 시사하고 있다.

• 폴리머
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• 제36권4호
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• pp.440-447
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• 2012

분지화된 폴리에스테르계 공중합체를 제조하고, 공중합체의 분자량, 용융점도, $T_g$, 1/2 method temperature($T_{1/2}$) 및 레올로지 특성을 고찰하여 레이저 프린터 토너 바인더로의 적용을 검토하였다. 디메틸테레프탈레이트(DMT), 에틸렌글리콜(EG), 2,2-bis(4-(2-hydroxypropoxy)phenyl)propane(HPP)으로 제조한 선형공중합체는 분자량이 낮고, 용융탄성이 낮아 이를 개선하기 위하여 분지제로 3 또는 4 관능기를 가진 2-(hydroxymethyl)-2-ethylpropane-1,3-diol(trimethylol propane, TMP), 2,2-bi(hydroxymethyl)-1,3-propanediol(pentaerythritol, PER), 1,2,4-benzenetricarboxylic anhydride(trimellitic anhydride, TMA), 글리세롤 등을 첨가하여 분지화된 공중합체를 제조하였다. 분지제의 함량과 종류에 따른 열적, 레올로지 특성을 고찰하였다. 분지제의 함량이 15 mol% 이상 첨가한 공중합체는 $140^{\circ}C$ 정도의$T_{1/2}$ 값을 가지고, 높은 분자량과 용융탄성을 나타내어 토너를 융착 인쇄하는 레이저 프린터의 핫멜트 토너로서 적당하였다.

• 폴리머
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• 제33권6호
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• pp.561-568
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• 2009

소형 플라스틱 부품들은 대부분 다수 캐비티 빼기 사출금형에서 성형된다. 이러한 다수 빼기 캐비티 금형에서의 사출성형은 캐비티간의 흐름 균형이 중요하다. 캐비티간 흐름의 불균형은 성형품의 캐비티간 물성 및 품질의 편차를 초래한다. 캐비티간의 흐름균형은 런너와 게이트에서의 흐름균형을 통하여 이루어지게 되는데 런너와 게이트에서 기하학적인 균형을 이루어도 열적 불균형으로 캐비티간 흐름의 불균형을 초래한다. 본 연구에서는 캐비티간 흐름의 균형을 위해 고안한 스크류 타입의 런너을 이용하여 캐비티간 충전균형을 고찰하였다. 여러 형태의 스크류 런너에서 결정성 수지와 비결정성 수지, 그리고 점도가 높은 수지와 점도가 낮은 수지를 이용하여 캐비티간 흐름을 관찰하였다. 흐름의 균형은 성형조건 중 사출속도에 따라 다르게 나타나기 때문에 사출속도를 변화해 가며 관찰하였다. 실험 결과를 성형해석과 비교 검토하였으며 서로 잘 일치함을 확인할 수 있었다. 스크류 런너에서 수지가 흐르면서 스크류 채널을 따라 회전운동을 하여 스크류 단면에서 온도가 균일하게 됨을 확인하였다. 그리구 이러한 균일한 온도 때문에 캐비티간 흐름 균형이 이루어지고 있음을 확인하였다. 결론적으로 실험에 사용된 새롭게 고안된 스크류 타입의 런너는 캐비티간 충전균형을 이루는데 매우 효과적임을 실험과 해석을 통해 검증할 수 있었다.

• 폴리머
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• 제33권6호
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• pp.615-619
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• 2009

Pd-POSS 나노입자는 palladium(II) acetate와 octa(3-aminopropyl) octasilsesquioxane octahydrochloride(POSS-${NH_3}^+$)를 메탄올 용매 하에 상온에서 제조하였다. POSS-${NH_3}^+$를 이용한 Pd-POSS 나노입자의 크기는 약 60-80 nm의 직경인 구형으로 관찰되었다. 반면에, POSS-${NH_3}^+$를 이용하지 않은 Pd 나노입자의 경우에는 4 nm 정도의 크기를 가진 것으로 확인되었다. Pd-POSS 나노입자와 poly(acrylic acid)(PAA)를 이용한 Pd-POSS/PAA 나노복합체는 양전하를 띠는 Pd-POSS 나노입자와 음전하를 띠는 PAA의 카르복실레이트 그룹의 정전기적 인력을 이용하여 제조하였다. Pd-POSS 나노입자는 유기고분자인 PAA에 의하여 일렬로 나열되어 있는 라인형태의 구조로 연결되었다. 즉, PAA를 cross-linker로 이용하여 Pd-POSS의 구조를 제어한 나노복합체를 합성하였다. Pd-POSS/PAA 나노복합체의 구조 및 형태와 열적 안정성은 FE-SEM, AFM, TEM, FT-IR과 TGA를 통하여 분석하였다.

• 폴리머
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• 제32권3호
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• pp.230-238
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• 2008

셀로비오스 옥타(콜레스테릴옥시카보닐)알카노에이트(CCBn, $n=2{\sim}8$,10, 스페이서중의 메틸렌 단위들의 수)의 열 및 광학 특성을 검토하였다. 모든 시료들은 좌측방향의 나선구조를 지닌 단방성 콜레스테릭 상들을 형성하였다. n=2 혹은 10인 CCBn은 $3{\leq}n{\leq}8$인 CCBn과 달리 콜레스테릭 상의 전 온도구간에서 반사색깔을 나타내지 않았다. 이러한 사실은 콜레스테릴 그룹에 의한 나선의 비틀림력은 콜레스테릴 그룹과 셀로비오스 사슬을 연결하는 스페이서의 길이에 민감하게 의존함을 시사한다. 액체 상에서 콜레스테릭 상으로의 전이온도($T_{ic}$)와 유리전이온도는 n이 증가함에 따라 낮아지며 홀수-짝수 효과를 나타내지 않았다. $T_{ic}$에서의 전이엔트로피는 n이 2에서 6까지 증가하나 n=7에서 급격히 감소한 후 재차 n이 8에서 10으로 증가함에 따라 증가하였다. n=7에서 급격한 변화는 곁사슬 그룹들의 배열의 차이에 의해 초래되는 것으로 생각된다. CCBn에서 관찰되는 액정 상의 열적 안정성과 질서도 그리고 광학피치의 온도의존성은 셀룰로오스 트리(콜레스테릴옥시카보닐)알카노에이트들 그리고 글루코오스 펜타(콜레스테릴옥시카보닐)알카노에이트들에 대해 보고된 결과들과 현저히 달랐다. 이들의 결과를 중합도, 글루코오스 몰 단위당의 메조겐 단위들의 수 그리고 분자들의 입체형태의 차이들의 견지에서 검토하였다.

• 폴리머
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• 제32권3호
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• pp.251-255
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• 2008

본 연구는 전자 부품 운반용으로 가장 많이 사용되는 수지인 폴리스티렌에 금속염 화합물과 에스터계 화합물로 제조된 대전방지제를 혼합하여 대전방지성능, 기계적 강도를 높인 대전방지 재료를 제시하였다. 이를 위하여 상용화제인 Poly(styrene-co-maleic anhydride) 내의 MAH 함량을 달리하여 기계적, 열적, 그리고 전기적 특성에 대한 연구를 하였다. HIPS(75 wt%)/TPU(25 wt%) 블렌드의 상용성의 전기적 특성을 확인하기 위해서 잔류 공간전하를 측정한 결과 PS-co-MAH(MAH : 25 wt%)가 첨가된 재료에서 상대적으로 작은 잔류 전하가 발견되었으며, 인장강도도 가장 높은 수치를 보였다. 또한 대전 방지제를 첨가했을 때 상용화제를 첨가하지 않은 재료보다 우수한 정전기 성능을 확인할 수 있었다. 결과적으로 HIPS/TPU 블렌드시 PS-co-MAH가 첨가되어 두 고분자의 계면 결합을 우수하게 하며, 대전방지제의 분산성을 좋게 함을 확인할 수 있다.

• 폴리머
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• 제37권4호
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• pp.494-499
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• 2013

이축압출기(twin screw extruder)를 이용하여 용융상태에서 furfuryl sulphide를 분지제로 개질 폴리프로필렌(modified polypropylene, m-PP)을 제조하고, 층상 실리케이트와 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube, MWCNT)와의 m-PP/나노필러 복합체를 제조하였다. m-PP의 화학구조와 열적 특성은 적외선분광기(FTIR), 시차주사열용량분석기(DSC)를 이용하여 관찰하였다. m-PP의 화학구조는 3100 $cm^{-1}$에서 나타나는 분지제의 =C-H 신축진동피크를 이용하여 확인하였고, 용융온도는 큰 변화를 보이지 않았지만 결정화온도는 $10-20^{\circ}C$ 가량 증가하였다. m-PP/나노필러 복합체의 유변학적 특성과 분산성 및 발포거동은 동적유변측정기, X-선 회절분석기(XRD), 주사/투과전자현미경(SEM/TEM)을 이용하여 관찰하였다. m-PP/나노필러 복합체의 낮은 주파수 영역에서의 복합점도와 용융탄성이 증가하였으며, 전단담화(shear thinning) 효과 또한 증가하였다. 순수 PP와 비교할 때 m-PP와 m-PP/나노필러 복합체의 발포 거동 개선효과가 우수한 것을 확인하였다.

• 접착 및 계면
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• 제13권2호
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• pp.58-63
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• 2012

탄소섬유강화플라스틱(CFRP)의 홀 가공 시 chip이 발생된다. 이때 발생되는 chip은 단순 폐기용 차원이 아닌 미세탄소섬유와 에폭시의 조성으로 이루어져 있다. Chip을 강화재로 활용하기 위해서는 탄소섬유만의 조성을 이루어야 고분자 기지와 계면접착력이 증가될 수 있다. Chip 내 탄소섬유의 길이를 일정하게 하기 위해 막자 사발을 이용한 절단 과정 후 $H_2O_2$를 이용한 표면처리를 하여 탄소섬유에 붙어있는 에폭시를 제거하였다. Chip을 이용하여 페놀수지를 기지로 한 페놀복합재료를 제조하였으며, 내열성 및 난연성 재료로 활용 가능성을 평가하였다. 기존의 페놀보다 표면처리를 한 chip복합재료가 기계적, 열적 물성이 향상됨을 확인하였으며, 젖음성 평가를 이용하여 표면물성에 따른 재료의 물성을 평가하였다. 불균질한 표면 조성에 의해 표면 거칠기가 달라지기 때문에 페놀복합재료의 접촉각이 증가되었다. 난연성 평가는 ASTM D635-06 방법으로 수행하였다. 평가결과, chip의 첨가 및 표면처리의 영향에 의해 난연성이 향상되었다.