• Composites Research
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• 제36권6호
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• pp.435-440
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• 2023

본 연구에서는 기존 사용후핵연료(Spent nuclear fuel) 운반/저장 용기에 사용되는 중성자 흡수용 B₄C/Al 복합소재의 열전도도를 개선하기 위해 탄화붕소(B₄C)와 입방정 질화붕소(cBN)를 동시에 강화재로 사용한 알루미늄(Al) 기지 복합소재를 제조하고 평가를 진행하였다. 이를 위해서 교반주조 공정을 통해 복합재 잉곳을 제조하고 이를 압연하여 중성자 흡수용 소재를 성공적으로 제조하였다. 제조된 소재의 평가를 위해 cBN 첨가에 따른 열전도도와 중성자 흡수능 변화를 관찰하였다. 열전도도 측정 결과, B₄C 단일 입자만을 사용한 복합소재 대비 B₄C, cBN을 함께 사용한 복합소재가 동일 체적률 조건 하에서 약 3%의 열전도도 증가가 발생하는 것을 확인하였으며 중성자 흡수 단면적 계산을 통해 중성자 흡수능이 무시할 수 있는 수준으로 저하가 발생하는 것을 확인하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로, 중성자 흡수 소재의 새로운 설계 방안을 제시하고 고성능 운반/저장 용기의 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.450.2-450.2
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• 2014

열전재료는 열-전기가 상호 가역적으로 변하는 재료로서, 최근 에너지 변환소재 분야에서 각광받고 있다. 열전재료의 특성 효율은 무차원 열전 성능지수(dimensionless figure of merit, $ZT={\alpha}2{\sigma}T/{\kappa}$)로 나타낼 수 있다. 여기서 ${\alpha}$는 제벡계수(Seebeck coefficient), ${\sigma}$는 전기전도도(electrical conductivity), ${\kappa}$는 열전도도(thermal conductivity), T는 Kelvin 온도를 나타낸다. 500 K에서 800 K까지의 중온 영역에서 우수한 열전특성을 보이는 $Mg_2X$ (X=Si, Ge, Sn)와 이들의 고용체는 성분원소가 독성이 없고, 매장량이 많아 친환경 열전 재료로 각광받고 있다. $Mg_2X$ 고용체 중 $Mg_2Si_{1-x}Ge_x$는 기존 $Mn_2Si$, $Mg_2Ge$, $Mg_2Sn$계 보다 더 우수한 열전 성능지수를 보인다. 다양한 제조 방법들이 시도되고 있으나, 조성설계 및 구조, 성능 조절의 어려움이 있고, Mg의 산화와 휘발 및 Mg, Si, Ge의 융점 차이가 크고 중력 편석과 반응하지 않은 원소들로 인해 제조가 상당히 어렵다. Sb가 도핑된 $Mg_2Si_{0.5}Ge_{0.5}Sb_y$ (y=0, 0.005, 0.01, 0.02, 0.03) 고용체를 고상반응으로 합성하고 진공열간 압축성형을 통해 성공적으로 제조하였다. 고용 상을 확인하기 위하여 X선 회절분석을 실시하였고, 고용체 형성과 도핑에 따른 전기적 특성변화를 평가하기 위해 Hall 효과를 측정하여 전자 이동특성을 분석하였고, 323~823 K까지 전기전도도, 제벡계수, 열전도도의 측정을 통해 열전 성능지수를 평가하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.88-88
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• 2018

DLC(Diamond Like Carbon) 박막은 높은 열전도도, 큰 전기저항, 높은 강도 등의 다이아몬드와 유사한 특성을 가지고 있으면서 저온 저압에서도 합성이 가능하고, 합성 조건에 따라 물리 화학적 특성도 넓게 조절 할 수 있으며 상대적으로 넓은 면적에서 균일하고 평활한 박막의 합성이 가능하여 산업적 응용 면에서도 경쟁력을 갖추고 있다[1]. 이러한 DLC 박막을 합성함에 있어서 RF-PECVD(Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방법은 PECVD 방법 중 가장 보편적으로 사용되고 또 캐패시터 타입의 RF-PECVD 방법은 균일한 대면적 증착과 대량생산이 가능하다[1,2]. 본 연구에서는 우수한 특성을 갖는 DLC 박막의 증착 조건을 찾기 위해 캐패시터 타입의 RF-PECVD를 사용하여 공정 가스의 유량과 RF Power를 변화하여 박막을 증착하고, 증착된 박막의 특성을 연구하였다. DLC 박막은 ITO(Indium Tin Oxide) 유리 기판 위에 $100^{\circ}C$에서 5 min 동안 아세틸렌($C_2H_2$) 가스를 사용하여 가스 유량과 RF Power를 변화하여 증착하였다. 증착된 DLC 박막의 특성은 투과도, 평탄도, 두께를 측정하여 비교하였다. 가시광선 영역(380-780 nm)에서 투과도를 측정한 결과 ITO 유리 기판을 기준으로 한 DLC 박막의 투과도는 가시광선 영역 평균 94.8~98.8% 사이의 값으로 매우 높은 투과율을 나타내었다. 투과도는 가스 유량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었고, RF Power의 변화에는 특정한 변화를 나타내지 않았다. 박막의 평탄도($R_a$, $R_{rms}$)와 두께는 AFM(Atomic Force Microscope)을 사용하여 측정하였다. 평탄도 $R_{rms}$는 0.8~3.3 nm, $R_a$는 0.6~2.5 nm 사이를 나타내었고 RF Power와 가스 유량의 변화에 따른 경향성을 나타내지는 않았다. 두께는 RF Power 25 W에서 55 W로 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었으나 70W에서는 가스의 유량에 따라 상이한 결과를 나타내었다.

• 에너지공학
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• 제18권1호
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• pp.1-8
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• 2009

본 논문에서는 알루미나-물 나노유체를 사용하여 자연대류 실험을 수행하였다. 시험공간은 실린더이며 유체층 두께를 조절하여 종횡비는 10.9부터 30.4까지 변화를 주었다. 열전달계수는 순 물의 자연대류 실험과 비슷하게 30분 이내에 정상상태에 거의 도달한 것같이 보이나 경사도가 $0^{\circ}$인 경우 열전달계수가 $1{\sim}2$시간이상 감소하며 일부 종횡비에서는 열전달계수의 변동현상이 10시간이상 측정되었다. 변동형태와 주기는 종횡비와 각도에 따라 다르며 $0^{\circ}$의 경사도에서는 열전달계수의 변동주기가 $60^{\circ}$의 경사도에 비하여 2배 이상 이였다. Rayleigh 수가 $1.0{\times}10^5$ 보다 작은 경우, 평균 Nusselt 수는 $30^{\circ}$의 경사도에서 가장 높게 나타나며 $60^{\circ}$의 경사도에서 가장 낮게 나타났다. 그러나 본 실험결과도 응집된 상태의 나노유체가 사용되었으므로 일반성을 가지고 있지는 않는다.

• 자원환경지질
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• 제44권2호
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• pp.171-180
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• 2011

화강암, 사암, 편마암으로 구성된 21개 암석시료를 대상으로 열전도도를 측정하고, XRD 정량분석을 통해 구성광물의 조성을 파악하였으며, 구조모델 이용하여 석영 함량 및 광물입자의 크기가 암석의 유효열전도도에 미치는 영향을 분석하였다. 측정된 열전도도는 석영 함량과 높은 상관성을 보여 ($R^2=0.75$), 석영 함량으로부터 열전도도를 추정할 수 있는 선형회귀모형을 제시하였다. 화강암 및 변성암 일부 시료의 경우 유사한 석영 함량에도 불구하고 열전도도가 크게 다른 값을 보였는데, 이는 주로 광물업자의 크기 변화와 관련이 있는 것으로 나타났다. 구조모델을 통한 분석 결과 입자의 크기가 작은 경우 열전도도는 scries와 EMT모델의 중간 영역에 해당하는 값을 보이며, 입자가 커지면서 EMT모델, ME모델을 거쳐 Parallel모델에 근접하게 변화하였다. 이러한 열전달 구조모델의 변화는 입자의 크기에 따른 열전도도 변화가 3 mm 두께의 원반시편을 이용하는 실험 규모와 관련이 있음을 시사한다. 즉, 얇은 원반 시료를 이용하여 암석의 열전도도를 측정할 경우 규모효과에 의하여 실제 지반의 값보다 과대평가될 가능성이 높으며, 특히 광물 입자의 크기가 클수록 이러한 오차는 더 커질 것으로 예상된다. 따라서 지열과 관련된 다양한 해석 모델에서 실험실 측정값을 실제 현장규모에서의 대표값으로 사용할 경우 모델의 예측 신뢰도에 영향을 줄 수 있는 요인으로 작용할 수 있다.

• Composites Research
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• 제35권2호
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• pp.53-60
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• 2022

본 연구에서 액정성 에폭시인 Diglycidyl ether of terephthalylidene-bis-(4-amino-3-methylphenol) (DGETAM)을 사용해 경화제로는 아민계 경화제인 4,4'-diaminodiphenylethane (DDE)와 양이온 개시제인 N-benzylpyrazinium hexafluoroantimonate (BPH)를 사용하여 필름의 형태로 샘플을 제작하였다. 합성의 확인을 위하여 ¹H-NMR과 FT-IR을 사용하였고, DSC와 POM을 이용하여 DGETAM의 액정성을 확인하고, LFA를 사용하여 샘플의 열전도도를 측정하였다. 활성화 에너지는 TGA를 사용하여 등온 열분해를 진행해 측정한 데이터를 토대로 Arrhenius 식을 사용하여 구하였다. 에폭시 필름의 열전도도를 측정한 결과 DDE를 사용하였을 때, 더 높은 열전도도를 나타내었고, 5% 분해시 BPH를 사용한 필름과 유사한 활성화 에너지를 나타내는 것으로 보아, 열전도도가 열적 안정성에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권12호
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• pp.6098-6105
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• 2013

본 연구에서는 해수용 열교환기 적용을 위한 열분사코팅의 종류에 따른 부식특성 및 열전도 성능을 조사하기 위해 실험이 수행되었다. 코팅은 아연과 알루미늄을 열분사코팅한 뒤 실리콘 및 에폭시 수지를 추가 도포한 시편을 선정하였다. 코팅의 부식특성 변화를 관찰하기 위하여 사이클릭 선도변화 측정 및 SEM촬영을 이용하였다. 시편의 열전도 성능을 측정하기 위해서 레이저 확산법을 이용하여 열전도도를 비교하였으며 추가도포를 실리콘으로 한 경우 3 ~ 4% 에폭시로 한 경우 70 ~ 75%의 열전도도 하락이 발생하였다.

• 유변학
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• 제9권4호
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• pp.190-199
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• 1997

단열용도의 폴리우레탄 미세포 포움의 가공에 대한 연구를 수행하였다. 미세포 구조 를 얻기 위해서는 핵생성율을 증진시키고 균일한 분포의 기포를 생성시켜야 한다. 이를 위 해 이산화탄소 기체를 풀리올과 이소시아네이트에 각각 과포화시키고 충돌혼합하여 초음파 가진을 적용하였다. 이산화탄소 기체가 수지 내부에서 기포 내부로 확산함에 따라 기포의 성장이 조절된다고 가정하고 금형이 충전되는 동안에 금형 내부에서의 기포성장기구를 이해 하기 위하여 수치적인 방법으로 이론적 연구를 수행하였다. 경화 시간과 확산 경계를 고려 하여 최종적인 기포의 크기를 계산하였으며 반응속도론을 고려하여 중합반응동안의 폴리우 레탄의 점도의 변화를 예측하고 경화 시간을 결정하였다. 실험적으로 결정된 기체 분자수를 기준으로 하여 이론적으로 확산경계를 예측하였다. 화학적 발포제인 물과 함께 물리적 발포 제인 이산화탄소를 각각 1,2,3기압의 포화압력으로 변화시키면서 폴리올과 이소시아네이트에 포화시켜 폴리우레탄 포움을 제작하고 제작된 포움의 밀도, 열전도도, 및 기포의 수와 지름 을 측정하였다. 측정된 결과로부터 이산화탄소의 포화압력과 초음파 가진이 포움의 기포핵 생성에 미치는 영향을 살펴보았다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제11권1호
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• pp.11-21
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• 2013

현재 고준위 방사성 폐기물 심층 처분 시스템에서 기본 완충재 물질로서 건조밀도 1.6 g/$cm^3$의 경주산 칼슘 벤토나이트를 사용하고 있으나, 열전도도가 낮은 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 기준 완충재의 열전도율을 0.8 W/mK에서 1.0 W/mK로 향상시키기 위한 목적으로 다양한 첨가제를 다양한 혼합 방법을 통해 배합하고 열전도도를 측정하였다. 첨가제는 CNT(Cabon Nano Tube), Graphite, Alumina, CuO 및 $Fe_2O_3$ 등을 사용하였다. 혼합 방법의 경우, 핸드 믹서기를 통한 건식혼합, 습식 Milling 혼합, 건식 Ball Mill 혼합 등을 실시하였다. Ball Mill 혼합의 경우가 가장 균일하게 혼합되었기 때문에, 값의 편차가 가장 적었고 열전도도 증가율이 가장 좋았다. 지금까지 수행된 시험에서 소량의 고열전도 물질의 첨가로 경주산 칼슘 벤토나이트의 열전도도를 1.0 W/mK 수준으로 용이하게 증가시킬 수 있음을 실험적으로 확인할 수 있었다. 결론적으로, 본 연구에서 제시된 열전도 향상 방법은, 첨가제 혼합이 벤토나이트의 기본 성질인 팽윤압과 수리전도도에 미치는 영향까지 제시된다면, 국내 고준위폐기물 처분장의 개념 설계에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권9호
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• pp.953-958
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• 2014

형상적응형 냉각회로를 구비한 사출금형 및 히트 싱크를 가지는 절삭공구 (혹은 냉각 장치) 등과 같은 많은 응용 분야에서 기능성 경사 복합재(FGM)를 사용하여 필요한 강성을 약화시키지 않으면서 열전도 특성을 향상 시킬 수 있을 것으로 기대된다. 본 논문에서는 M2 공구강과 Cu 간의 FGM 히트 싱크를 가지는 절삭 공구 제작을 위한 기초연구로, M2 와 Cu 를 각각 100:0, 80:20, 60:40, 40:60, 20:80, 0:100 wt% 비율로 사전에 혼합한 금속분말을 분말야금법으로 가압성형 및 소결 제작 하였다. 각 시편의 단면을 광학현미경으로 관찰하여 소결 상태를 분석하였으며, 열전도도, 비열 및 열팽창계수 등 열전달 관련물성을 측정하고 분석하였다.