• 플랜트 저널
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• 제17권1호
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• pp.38-49
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• 2021

발전소 효율증대로 인해 610℃까지 높아진 증기온도는 보일러 튜브의 내구성을 저하시키고 있으며 여기에 저열량탄 사용증가로 후부연소 및 지연연소 현상이 가중됨에 따라 최종재열기의 과열과 튜브 파열사고가 빈번해지고 있다. 최종 재열기 과열을 방지하고자 과열저감수 주입량이 늘어났으며 이는 보일러 효율저하로 이어지고 있다. 그동안 보일러 튜브온도를 전체가 아닌 튜브 개별적으로 제어하기 위한 노력이 계속되어 왔지만 성공사례가 알려진 바가 없다. 이번 연구에서는 과열된 일부 튜브그룹에 다공판을 설치하여 가스흐름에 저항을 줌으로써 연소가스량을 저감시켜 튜브의 온도를 낮추고 저감된 연소가스는 인접한 곳으로 이동하여 다른 튜브의 온도를 높이는 것이다. 연구결과 튜브간 온도편차가 1.5℃ 감소하였고 과열저감수 주입량이 6,929 kg/h 감소하였으며 튜브 최고온도를 623.4℃까지 경감하였다. 이는 관리기준온도인 630℃에 6.6℃ 여유가 있는 수치이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.290.2-290.2
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• 2013

X-선 튜브는 의료 영상 및 치료, 산업용 제전 장치, 비파괴 X-선 영상 장치 등에서 사용되는데 기존의 열전자원을 이용한 X-선 튜브와는 달리, 냉음극형 X-선 튜브는 빠른 속도의 디지털 구동이 가능하며 전력 소비가 낮은 장점이 있다. 따라서, 최근 많은 연구자들에 의해서 냉음극형 X-선 튜브에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 냉음극형 X-선 튜브는 전계 방출을 이용한 전자원을 사용하며, 탄소나노튜브 (CNT), Si, 다양한 종류의 나노선 등이 대표적이다. 그 중에서 CNT는 높은 종횡비로 인해 전계 방출 특성이 우수하여 가장 대표적인 물질이다. CNT를 이용한 전자원을 제작하기 위해서는 직접 성장법, 전기영동법, 스크린 프린팅법, 디핑법 등 다양한 방법이 존재한다. 직접 성장법을 제외한 방법들은 모재료인 CNT와 용매, 금속재료들을 섞어 페이스트나 수용액의 상태를 제작하여야 한다. 이 때, 금속 재료는 기판과 CNT간의 접착 및 전자 전도 통로의 역할을 하는 무기 충전제이며 일반적으로 나노 혹은 수 마이크로미터 크기의 상태로 존재하는 것을 주로 사용한다. X-선 튜브 제작은 일반적으로 외벽을 유리 혹은 세라믹을 주로 사용하는데 아노드 전극 및 캐소드 전극 등과 결합하여 진공 밀봉된 형태가 되어야 한다. 브레이징 방법은 금속과 세라믹을 결합하는데 매우 유용한 방법이며, 그 중에서도 진공 브레이징 방법은 다량의 부품을 한 번에 결합시킬 수 있다. 하지만 진공 브레이징 공정의 온도는 약 $700{\sim}1,000^{\circ}C$이며 이는 금속 재료가 충분히 증발할 수 있는 온도가 된다. 본 발표에서는 고온 진공 상태에서의 무기 충전제의 증발에 대한 현상을 관찰하고 고온진공 상태에서 증발없이 무기 충전제로의 역할을 할 수 있도록 다양한 금속 및 합금에 대한 연구를 수행하였다. 또한, 이 연구를 통해 선택된 무기 충전제를 포함하여 CNT 페이스트를 볼밀링 방법을 이용하여 제작하였으며, 이를 이용한 CNT 에미터가 X-선 튜브의 전자원으로 사용될 수 있는지 확인하기 위해 전계 방출 실험을 함께 실시하였다. 제작된 CNT 에미터가 우수한 전계 방출 특성을 가지고 있음을 확인하였으며, 이는 본 연구를 통해 선택된 금속 및 합금 재료가 무기 충전제로의 역할을 잘 수행하고 있음을 보여준다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2006년도 하계학술대회 논문집 Vol.7
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• pp.267-267
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• 2006

전력에 큰 손실을 초래하는 고장전류를 차단하기 위한 한류기(FCL) 소재로서 고온 초전도체인 BSCCO 2212가 사용된다. 고온에서 용융된 BSCCO 2212 분말은 원심성형법에 의해 한류기용 튜브로 제조되었다. BSCCO 튜브의 기계적 특성을 높이고 용융온도를 낮추기 위해 $SrSO_4$(10wt-%)를 첨가하였다. 용탕은 $1200^{\circ}C$에서 완전히 용융되어 금속 몰드로 주입되었고 원심성형에 사용되는 금속 몰드는 $550^{\circ}C$ 온도로 2시간 예열 후 1020 ~ 2520 RPM으로 회전시켰다. 원심력에 의해 성형된 BSCCO 튜브는 약 48시간 동안 로에서 서냉 후 금속 몰드로부터 분리하였다. 튜브의 용이한 분리를 위해 이형제로서 BSCCO 2212 powder를 사용하였고 임계전류측정을 고려하여 Ag tape 단자를 튜브 끝단에 부착하였다. BSCCO 제조 공정에 있어서 몰드의 예열온도, 용융온도, 몰드 회전속도 등의 변수를 조절하여 최적의 조건을 확립하였다. 제조한 BSCCO 튜브의 임계전류($I_c$)와 임계전류밀도($J_c$)는 77K에서 536A와 $205A/cm^2$ 이었다. 본 연구에서는 BSCCO 2212 튜브를 제조하는 공정조건 변화와 각 조건에서 제조된 BSCCO 2212 튜브의 전기적 특성 및 그에 따른 분석에 대해 기술하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.355-355
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• 2011

이론적으로 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)는 무산란 전도가 가능하여 실리콘을 대체할 차세대 나노소자의 기본소재로서 많은 각광을 받아왔다. 이러한 SWNT의 전기전자적 특성을 좌우하는 주요인자로는 직경과 비틀림도(chirality)가 있으며, 이를 제어하기 위한 많은 방법들이 제시되어왔다. 특히, SWNT 합성 시 필요한 촉매 나노입자의 크기와 튜브직경과의 연관성이 제기된 후부터, 합성단계에서 촉매 나노입자의 형태(또는 크기)를 제어함으로써 SWNT의 직경을 제어하고자 하는 직접적인 방법들도 주요방법의 한 축으로 이어지고 있다. 한편, SWNT의 합성촉매로는 철, 코발트, 니켈 등의 전이금속이 주로 사용되어 왔으나, 최근에는 금, 은, 루테늄, 팔라듐, 백금 등의 귀금속에서부터 다양한 금속산화물 나노입자에 이르기까지 그 범위가 확장되었다. 본 연구에서는, 촉매 나노입자의 크기제어를 통하여 SWNT의 직경을 제어할 목적으로, 전이금속에 비해 상대적으로 융점이 낮아 비교적 낮은 온도의 열처리를 통해서도 입자의 크기를 제어할 수 있는 금 나노입자를 선정하여 SWNT의 합성거동을 살펴보았다. 합성은 메탄을 원료가스로 하는 CVD방법을 이용하였고, 합성되는 SWNT의 다발화(bundling) 등을 방지하기 위하여 수평배향 성장을 도모하였으며, 이를 위하여 퀄츠 웨이퍼를 사용하였다. 우선, 콜로이드상인 금 나노입자의 스핀코팅 조건을 최적화하여 퀄츠 위에 단분산(monodispersion) 된 금 나노입자를 얻었으며, 열처리 온도 및 시간의 제어를 통하여, 1~5 nm 범위 내에서 특정 직경을 갖는 금 나노입자를 얻는 것이 가능하게 되었다. 합성 후 금 나노입자의 크기와 합성된 SWNT 직경과의 관계를 면밀히 조사한 결과, 튜브보다 나노입자의 크기가 약간 큰 것을 확인할 수 있었으며, 금 나노입자의 크기에 따라 SWNT의 합성효율이 크게 좌우되는 것을 확인하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.251-251
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• 2012

다양한 금속기판 위에 탄소나노튜브(CNT)를 직접성장 시키는 경우, 플라즈마를 이용한 기판 전처리가 CNT의 저온 합성 및 합성수율 향상에 미치는 영향을 살펴보았다. 합성용 금속기판으로는 SUS316L, Inconel, Invar, Hastelloy 등 Ni계 합금을 이용하였다. 전처리 시 플라즈마의 인가전력 및 기판온도의 증가에 따라 기판 표면조도의 증가를 확인하였고, 그에 따른 합성온도 저하 및 합성수율 증대 결과를 얻었다. 기판 열처리를 부가적으로 실시한 경우, 기판 열처리 온도 또한 합성수율에 영향을 미침을 알 수 있었으며, 특히, 인코넬 기판의 경우, 열처리 후 플라즈마 전처리를 실시한 기판에서 합성수율이 크게 향상되는 것을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.67-67
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• 2010

탄소나노튜브(CNT)는 우수한 기계적, 화학적, 전기적 특성으로 인해 다양한 분야에서 차세대 응용재료로서 각광을 받고 있다. 다양한 CNT의 합성방법 중 CNT 구조제어가 가장 용이한 방법으로는 열화학증기증착법(TCVD)와 플라즈마지원(PE) CVD법이 있으며, 대량합성을 위해서는 TCVD가 보다 일반적으로 이용되어지고 있다. 일반적으로 CNT를 합성하기 위해서는 전이금속의 촉매가 필요하며 촉매의 활성화 및 탄소를 포함하는 원료가스의 분해를 위하여 고온공정이 요구된다. 그러나 향후 산업적 응용을 고려한다면 저온합성법의 개발은 시급하게 해결해야 할 과제로 인식되고 있다. 또한 기판 위에 CNT를 합성하는 경우 촉매와 기판재료 사이의 합금화를 방지하기 위하여 산화막층을 삽입하게 되는데, 이는 CNT의 높은 전도성을 이용하고자 할 경우 저해요소로 작용하게 된다. 따라서 CNT를 완충층의 도움 없이 금속기판 위에 직접 성장시키는 기술 역시 향후 CNT응용에 있어서 중요한 과제라 할 수 있다. 상기와 같은 배경으로 본 연구에서는 금속기판 위 CNT의 저온성장을 목적으로 연구를 진행하였다. CNT 합성기판으로는 SUS316L 및 Inconel과 같은 촉매금속을 자체 함유한 금속기판을 선정하였고, 플라즈마 전처리를 통한 기판표면 제어를 통하여 CNT의 저온성장을 도모하였다. 직류전원의 아르곤 플라즈마를 이용하여 금속기판을 처리하였을 때 기판온도 및 플라즈마 파워가 증가함에 따라 기판의 표면조도가 증가하는 것을 AFM분석을 통해 확인할 수 있었다. 아세틸렌 가스를 원료가스로 이용한 TCVD합성에 있어서는 플라즈마 처리한 기판이 무처리 기판보다 동일 합성온도에서 더 두꺼운 CNT박막을 형성하였고, 합성온도는 $400^{\circ}C$ 부근까지 내릴 수 있었다. 이는 플라즈마 처리로 증가된 기판의 표면조도가 저온에서 CNT의 핵생성에 유리하게 작용했음을 추측하게 한다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2006년도 추계학술대회 논문집 Vol.19
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• pp.120-120
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• 2006

탄소나노튜브는 nm급의 크기에 높은 전기전도도, 열전도 효율, 감한 기계적 강도 등의 장점을 가지며, FED(Field Emission Display), 극미세 전자 스위칭 소자, SET(Single Electron Transistor), AFM(Atomic Force Microscope) tip등 여러 분야로의 응용을 연구하고 있다. 본 연구에서는 탄소나노튜브를 Si 웨이퍼 위에 Ni/Ti 금속층을 촉매층으로 사용하고, 암모니아($NH_3$)가스와 아세틸렌 ($C_2H_2$)가스를 각각 희석가스와 성장원으로 사용하여 합성하였다. 탄소나노튜브의 성장은 Hot filament 화학기상증측(HFPECVD) 방식을 사용하였으며, 이 방법은 다량의 합성, 높은 균일성, 좋은 정렬 특성등의 장점을 가진다. 성장 온도는 탄소나노튜브의 성장 특성을 변화시키는 중요한 요소이다. 성장 온도에 따라 수직적 성장, 성장 밀도등의 특성 변화를 관찰하였다. 성장된 탄소나노튜브층 성분 분석은 에너지 분산형 X-선 측정기(EDS)를 통해 관찰하였고, 끝단에 촉매층이 존재하는 30~50 nm 폭을 가진 다중벽 탄소나노튜브를 고배율 투과전자현미경(HRTEM) 분석을 통해 관찰하였다. 전계방사 주사전자현미경(FESEM) 분석을 동해 1~3${\mu}m$의 길이를 가진 탄소나노튜브가 높은 밀도로 성장된 것을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.227.1-227.1
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• 2010

본 연구는 자외선 영역의 흡수로 전자 정공의 전하쌍을 생성함으로써 광전압 및 전류를 일으키는 티타니아 물질을 금속지지체 표면에 양극산화로 튜브형 $TiO_2$(anodized tubular $TiO_2$; ATT)로 제조한 후 나노크기의 금속 혹은 $WO_3$입자를 담지하여 광감응 재료로 활용하였다. 이는 기존의 입자나 콜로이드 형태로 광촉매 물질을 고정화하여 사용한 재료의 탈리현상 및 효율저하를 극복하기 위함이다. ATT는 전해질 내에 전기화학적 에칭율과 화학적 용해율의 비율에 의해 나노튜브 길이 성장에 영향을 미치는데 이를 유기 전해질과 불산 전해질을 사용하여 정전압 혹은 정전류의 조건에서 다양한 길이의 $TiO_2$ 나노튜브를 제조하였다. 여기에 전기분해담지(electrolytic deposition; ELD)를 통하여 정전류 조건에서 다양한 금속(Pt, Pd, Ru)을 나노크기의 형태로 담지하여 광촉매 내 생성된 전자 정공의 재결합을 줄이고자 하였고 $WO_3$의 담지를 통하여 가시광 감응을 높이고자 하였다. 제조된 여러 조건의 시료는 SEM과 EDAX를 통하여 형태와 길이, 담지량을 확인 하고 XRD를 이용하여 열처리 온도에 따른 결정화상태를 확인하였으며 광전류 측정 및 Cr(VI)의 광환원과 MB의 광분해를 통하여 광효율을 관찰하였다. 금속이 도핑되었을 경우 순수 ATT보다 보통 3배의 흡착률과 UV광원 아래 2배의 광효율을 관찰할 수 있었는데 이 중 Pt의 담지가 가장 효율이 좋았으며 흡착률에서는 담지량의 증가에 따른 증가선을 관찰 할 수 있었으나 광원 사용시 3%담지율에서 최적을 확인 할 수 있었다. 또한 $TiO_2$외 가시광감응 활성을 높이기 위한 다양한 광촉매제조가 진행 중에 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.250-250
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• 2013

단일벽 탄소나노튜브(Single-walled nanotubes, SWNTs)는 나노스케일의 크기와 우수한 물성으로 인하여, 전자, 에너지, 바이오 분야로의 응용이 기대되고 있다. 특히 SWNTs의 직경을 제어하게 되면 튜브의 전도성 제어가 훨씬 수월하게 되어, 차세대 나노전자소자의 실현을 앞당길 수 있으며 이러한 이유로 많은 연구들이 현재 행해지고 있다. SWNTs의 직경제어 합성을 위해서는 현재 열화학기상증착법(Thermal chemical vapor deposition; TCVD)이 가장 일반적으로 이용되고 있으며, 합성 촉매와 합성되는 튜브의 직경과의 크기 연관성이 알려진 후로는, 촉매의 크기를 제어하여 SWNTs의 직경을 제어하고자 하는 연구들이 활발하게 보고되고 있다. 특히, 촉매 나노입자의 직경이 1~2 nm 이하로 감소될 경우, SWNTs의 직경 분포가 어떻게 변화할 것인지가 최근 가장 중요한 관심사로 남아 있으나, 이러한 크기의 금속입자는 나노입자의 융점저하 현상이 발현되는 영역이므로, SWNTs의 합성온도 영역에서 촉매 금속입자는 반액체(Semi-liquid) 상태로 존재할 것으로 추측하고 있다. 본 연구에서는 고온의 SWNTs 합성환경에서 금속나노촉매의 유동성을 제한하기 위하여 나노사이즈의 기공이 규칙적으로 정렬된 다공성 물질인 제올라이트를 촉매담지체로 이용하였고, 이 때 다양한 합성변수가 SWNTs의 직경에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. SWNTs의 합성을 위해 실리콘 산화막 기판 위에 제올라이트를 도포한 후, 합성 촉매로서 전자빔증발법을 통하여 수 ${\AA}$에서 수 nm 두께의 철 박막을 증착하였다. 합성은 메탄을 원료가스로 하여 TCVD법으로 실시하였다. 주요변수로는 제올라이트 종류, 증착하는 철 박막의 두께, 합성온도를 설정하였으며, 이에 따라 합성된 SWNTs의 합성수율 및 직경분포의 변화를 체계적으로 살펴보았다. SWNTs의 전체적인 합성수율의 변화는 SEM 관찰결과를 이용하였으며, SWNTs의 직경은 AFM 관찰 및 Raman 스펙트럼의 분석에서 도출하였다. 실험결과, 제올라이트 종류에 따라서는 명확한 튜브직경 분포의 변화 없이 비교적 좁은 직경분포를 갖는 SWNTs가 합성되었으며, 합성온도가 $850^{\circ}C$ 이하로 감소되면 합성수율이 현저히 감소되는 것을 알 수 있었다. 촉매박막의 두께가 1 nm 이상인 경우에서는 직경 5 nm 전후의 나노입자가 형성되었으며, 이때 SWNTs의 합성수율은 높았으나 다양한 직경의 튜브가 합성이 된 것을 확인할 수 있었다. 반면, 촉매입자의 크기가 2 nm 이하에서는 합성수율은 다소 저하되었으나, SWNTs의 직경분포의 폭이 상대적으로 훨씬 좁아지는 것을 알 수 있었다. 추후, 극미세 촉매와 저온합성 환경에서의 합성수율 향상을 위한 합성공정의 개량이 지속적으로 요구된다.

• 한국컴퓨터산업학회논문지
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• 제8권1호
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• pp.17-22
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• 2007

본 연구에서는 선택적 영역에서 반도체 성질을 갖는 탄소나노튜브을 합성하기 위해 촉매의 구조 및 형태가 탄소나노튜브의 성장에 미치는 영향을 연구하였다. CVD 방법으로 Fe와 Mo 전이 금속을 알루미나 나노 입자속에 삽입한 액상형태의 촉매구조와 박막형태의 나노 덩어리 Fe 금속박막을 증착한 후 실리콘 산화막$(SiO_2/Si)$ 기판에 $700^{\circ}C$ 온도에서 에틸렌$(C_2H_4)$가스를 사용하여 디바이스 사이에 정렬된 탄소나노튜브의 합성 연구를 수행 하였으며, 탄소나노튜브의 성장특성은 SEM과 AFM을 이용하여 분석하였다.