핵폐기물을 고화시키는 재료로 사용하는 붕규산염(borosilicate) 유리의 용해는 지층 처분장에 처리된 고준위 방사성 폐기물의 생태계 유출을 결정할 수 있는 중요한 화학반응이다. 습식 실험에서 유리의 용해속도(dissolution rate)는 유리 화학조성에 의해 크게 좌우되는 것이 관찰된다. 유리의 bulk 구조를 규명한 분광분석 실험에 의하면 유리의 화학조성과 분자수준(molecular-level) 구조(예: $SiO_4$ 사면체의 연결구조와 B 원소의 배위구조) 사이의 상관관계가 존재한다. 따라서 화학조성에 따른 유리 용해도의 차이는 조성에 따른 bulk 내부구조의 변화로 이해되어 왔다. 그런데 유리 표면은 수용액과 계면을 이루면서 용해 과정에서 가장 직접적으로 반응하는 부분이기 때문에, 화학조성에 따른 표면구조 변화에 대한 지식 또한 필요하다. 본 논문에서는 분자 동역학(molecular dynamics, MD) 시뮬레이션을 사용하여 4가지의 다른 화학조성을 가지는 소듐붕규산염 유리($xNa_2O{\cdot}B_2O_3{\cdot}ySiO_2$ 화학조성)에 대하여 bulk 구조와 실험으로 얻기 어려운 표면(surface) 구조를 연구하였다. MD 시뮬레이션은 유리 표면의 화학조성과 분자수준 구조가 bulk의 것과 매우 상이한 결과를 보여준다. 본 연구의 MD 시뮬레이션 결과는 화학조성에 따른 유리 용해도(특히 초기 용해과정)는 bulk 구조의 변화보다 유리 표면구조의 변화에 의해 크게 좌우될 수 있다는 표면구조에 대한 이해의 중요성을 역설한다.
저온소성용 글라스/세라믹 복합체 제조시 사용되는 유리 프릿트의 연화점과 유리의 함량이 소결특성에 미치는 영향에 대해 고찰하였고, 이에 따라 고밀도의 저온소성용 글라스/세라믹 복합체를 제조하였다. 유리의 함량이 증가함에 따라 복합체의 소결밀도는 증가하였고, 이때 사용되는 유리의 연화점이 낮을 경우 유리의 함량이 적은 시현의 경우에도 변형이 일어남을 알수 있었다. 유리의 연화점이 높은 유리를 사용한 시편의 경우, 유리의 함량을 증가시켜도 시편의 변형은 일어나지 않았으며, 소결밀도는 계속적으로 증가하여 치밀화가 하고 있음을 알수 있었다. 이러한 유리함량과 유리의 연화점이 소결특성에 미치는 영향을 고찰함으로써 높은 밀도의 동시소성용 글라스/세라믹을 제조할 수 있는 유리의 연화점과 유리함량을 예측할 수 있었고, 이에따라 $790^{\circ}C$의 연화점을 갖는 유리를 유리 프릿트로 사용함으로써 $900^{\circ}C$의 소성온도에서 소결밀도 97%이상의 고밀도의 저온소성용 글라스/세라믹 복합체를 제조할 수 있었다.
유리를 압출하여 필라멘트형으로 제조하면 많은 소비자들의 요구를 충족시킬 수 있는 장식용 섬유로서 유용한 방적 재료가 얻어진다. 또한 유리의 고강도와 고탄성률을 고려하여 많은 산업용 직물과 복합재료의 보강재료에 이용된다. 본고에서는 유리섬유의 제조, 분류, 조성, 성질, 특성 등에 대해서 설명하고, 가공측면에서 표면처리 기술, Pre-preg의 제조와 용도, 필터백의 특징과 응용, 유리커튼의 특징과 제조, 방충망의 제조, 고무보강 기술에 대해서 언급하고저 한다.
TV 부라운관 유리를 생산하기 위한 용해 공정은 원료의 투입에서부터 유리물이 생성될 때 까지 고온의 화확적 작용을 거친다. 유리몰을 생성하기 위한 여러 가지 조건중에서 용해로 내부에서의 유리몰의 온도 변화 및 이에 따른 제반 공정변수의 조정 설정치(Set-up)는 불량률에 밀접한 영향을 미친다. 그러나 고온의 밀폐된 환경에서 반응이 진행되므로 공정의 운전 요원들은 그들의 경험을 바탕으로 용해로의 운전상태를 파악하고 운전해 나간다. 본 연구에서는 이러한 경험적 판단에 따른 위험성을 가능한 한 줄이고 용해로의 안정적인 운영을 통하여 불량률을 감소시키기 위하여 용해로 최적 Set-up 예측 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 일정 기간 동안의 용해로서 운전 상태와 불량률간의 관계를 신경망 기법을 이용하여 학습한 후에, 이를 이용하여 불량률을 유지하기 위한 Set-up 값을 예측하여 준다.
본 논문에서는 유리 용해로의 온도 제어를 위한 동역학 행렬 제어 (Dynamic Matrix Control, DMC) 기법의 적용 사례를 소개한다. 다양한 제약조건들과 긴 시간지연 응답을 갖는 유리 용해로는 DMC외 좋은 적용 분야가 될 수 있다. 먼저 용해로 테스트를 통하여 입출력 데이터를 생성하고 이를 바탕으로 용해로의 동역학 행렬 모델을 결정한다. 그 후, 모의 실험을 통하여 제어기의 설계변수들을 결정한다. 마지막으로, 제시된 제어기를 실제 용해로 생산 공정에 적용된 결과를 제시한다.
본 논문에서는 폐유리를 재활용하는 발포유리에 대한 기술 및 활용방법에 대한 고찰을 통해 국내에서 적용 가능한 폐유리 재활용기술에 대하여 검토하였다. 폐유리를 재활용한 발포유리는 폐유리를 분쇄한 유리 미분에 규산나트륨, 탄산칼슘, 그라파이트 등의 발포제를 첨가하여 형틀에 넣고 가열을 하면, 유리분말은 소결(sinter)상태가 되는 약 $800^{\circ}C$ 정도가 되면 녹기 시작하고, 발포제는 분해되어 $O_2$와의 반응에서 발생하는 $CO_2$ 가스에 의한 기포가 발생하여 발포유리가 형성되는 제조 방식이다. 이러한 발포유리 방식으로 제작된 판재 및 배관 형태의 불연재료는 건설 및 LGN선박용으로 널리 활용되고 있고, 인공경량 골재의 형태는 건설용 채움재 및 빗물 저류용, 정화용으로 활용되고 있다. 이러한 활용 방식은 국내에서도 충분히 적용 가능한 방식이며, 국내에서의 적용을 통해 폐기물 및 환경부하 저감 효과를 높일 수 있다.
이 연구의 목적은 고점도 글라스아이오노머와 레진 강화형 글라스아이오노머의 시간에 따른 불소 유리량, 미세경도, 용해도를 측정하고 비교하는 것이다. 고점도 글라스아이오노머인 Fuji IX GP EXTRA, Fuji IX GP, 레진 강화형 글라스아이오노머인 Fuji II LC를 실험군으로, Filtek$^{TM}$ Z350XT을 대조군으로 설정하였으며 탈이온수에 보관한 후 84일간 불소 유리량, 미세경도, 용해도를 측정하였다. 불소 유리량의 측정 결과 모든 글라스아이오노머는 1일에 불소 유리량이 가장 높았으며 서서히 감소하였다. 불소 유리량과 누적량은 Fuji IX GP EXTRA가 가장 높았으며 Fuji IX GP와 Fuji II LC는 유의한 차이를 보이지 않았다. 미세경도 측정 결과 모든 실험군에서 수분 노출 1일 후 측정에서 미세경도의 감소를 보였으며 84일 후 미세경도는 Fuji IX GP EXTRA와 Fuji IX GP가 유의한 차이를 보이지 않았고 Fuji II LC이 가장 낮았다. 용해도 측정에서 Fuji IX GP EXTRA, Fuji IX GP, Fuji II LC은 21일까지 급격히 증가하였으며 21일 이후에는 세 군이 유의한 차이를 보이지 않았다. 결과적으로 단기간의 불소 유리는 용해도와 미세경도에 영향을 미치지만 장기간의 불소 유리는 물성과 상관관계를 가지지 않았다. 이 연구를 통하여 여러 가지 글라스아이오노머의 불소 유리량, 미세경도, 용해도를 평가하였으며 이러한 특성을 임상적으로 적용 할 수 있을 것이다.
기존에 전자부품들에 사용되어 온 봉착용, 결합용, 코팅용 유리들은 타유리와 비교하여 낮은 융점을 가지고 있으면서도 열처리 전후에 물리, 화학적으로 매우 안정한 특성을 가지고 있는 PbO를 50~85% 이상 함유한 유리들이 대부분을 차지해왔다. 그러나 PbO 성분은 산성비 등의 산에 용해되어 Pb이온이 생성되면서 환경오염의 원인이 되기 때문에 유해성분으로 규정하고 있다. 최근 유해물질의 규제가 강화됨에 따라 PbO를 대체할 수 있는 $B_2O_3,\;Bi_2O_3,\;V_2O_5,\;P_2O_5$ 등의 새로운 조성의 유리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 봉착용으로 사용되는 인산계 유리에서 RO계 첨가에 따른 TMA와 고온현미경, 필테스트를 통하여 접합성 및 열적특성 등의 변화에 대하여 조사하였다.
염료감응형 태양전지(Dye-sensitized Solar Cell; DSSC)의 에너지 변환효율을 높이기 위해 유리분말을 첨가하여 빛의 분산특성 및 빛의 이용률을 높이고 있지 알아보자고 실험을 하였다. 저온소성용, 고온소성용 두 가지 유리 분말을 각각 첨가한 경우 TiO2 광전극 박막표면에 유리분말의 잔류로 인한 영향을 X-RD로 분석 하였고 박막의 입자들의 형상변화와 분포를 알아보기 위해 FE-SEM으로 관찰하였으며 유리분말의 첨가량 별 광전류-전압 곡선으로부터 최적의 첨가량을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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