• 한국광학회지
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• 제32권4호
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• pp.147-152
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• 2021

본 논문에서는 최고 출력 3.0 kW 발진 단일 모드 이터븀(ytterbium, Yb) 첨가 광섬유 레이저에 대해 보고한다. 고출력 광섬유 레이저의 출력을 제한하는 주된 요소인 유도 라만 산란 문턱 값과 광섬유 내 온도 분포를 계산하고 이를 바탕으로 양방향 펌핑 구조의 단일 공진기 Yb 광섬유 레이저 시스템을 제작하였다. 그 결과 4.1 kW의 펌프 출력에서 최고 출력 3.0 kW의 레이저 빔을 얻을 수 있었고, 그때의 기울기 효율은 81.5%로 계산되었다. 최고 출력에서 측정된 출력 빔의 빔질(M²)은 1.26으로 단일 공간 모드 빔 출력 특성을 가지고 있음을 확인하였고, 유도 라만 산란 및 횡모드 불안정 현상은 관측되지 않았다. 본 연구에서 얻은 광섬유 레이저 출력 결과는 지금까지 국내에서 보고된 다이오드 레이저로 펌핑한 광섬유 레이저 출력 중 가장 높은 출력이며, 향후 더 높은 출력을 얻기 위한 방법에 대해 논의하고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권12호
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• pp.938-943
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• 2018

고전압 정전방사 장치를 이용하여 나노 섬유를 직조하였다. 정전방사장치는 액상의 고분자를 방출하는 펌프, 노즐과 노즐회전자 등의 부품으로 구성되어 있으며, 알루미늄 재질의 포집판을 설치하여 방사되는 섬유를 포집하였다. 정전방사방법을 이용하여 매우 미세한 나노굵기의 섬유를 제조하고,화학적으로 활성화시킴으로써 미세공을 형성함과 동시에 화학작용기를 분포시켜 저농도의 이산화탄소 분자를 포집하는 실험을 실시하여 실내공기중에 존재하는 저농도 이산화탄소 가스를 포집하는 섬유상 흡착제를 제조해보고자 하였다. 이러한 화학작용기는 이산화탄소 분자와의 상호 인력을 향상시킬 수 있고, 궁극적으로는 포집효율을 증가시킬 수 있었다. 정전방사식으로 제조한 섬유의 굵기는 250-350 nm 였으며, 생성된 미세공은 0.6에서 0.7 nm 이고, 평균 비표면적은 $569m^2/g$였다. 순수 이산화탄소 흐름과 실내공간에서 흔히 발견되는 0.3% 수준의 농도에 대하여 포집실험을 한 결과, 각각 1.08 mmol/g과 0.013 mmol/g에서 2.2 mmol/g과 0.144 mmol/g으로 향상되었다. 이러한 포집량 증가는 나노섬유상 흡착제의 비표면적 대비 미세공의 비율과 관계가 있음이 밝혀졌다. 특히 화학적 상호인력의 특성을 활용하여 저농도에서의 선택도를 향상시킬 수 있음을 간접적으로 파악하였다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2019년도 춘계학술대회
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• pp.32-35
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• 2019

축산업의 큰 문제점 중에 하나는 여름철이 되면 폭염이나 전염병으로 인하여 가축들이 폐사하는 것이다. 이러한 상황에서 가축들에게 필요한 것은 적절한 실내 온도와 주기적인 살균 시스템이다. 따라서 본 연구에서는 축사 내부의 온도에 따라 선풍기의 전원을 자동으로 제어하는 시스템과 주기적으로 먹이와 살균처리를 제공하는 기능을 개발하여 효율적으로 축사를 관리할 수 있도록 연구를 진행하였다. 또한 선풍기의 전원을 자동으로 제어하는 기능과 모바일 애플리케이션에 축사 내부의 온도를 표시하는 기능, 먹이와 살균처리를 제공하는 기능을 제안하였다. 첫 번째로 선풍기의 전원을 제어하는 기능은 축사 내부의 온도가 일정 이상으로 올라가면, 선풍기가 자동으로 켜지게 한다. 반대로 축사 내부의 온도가 일정 이하로 내려가면, 선풍기는 꺼지도록 한다. 두 번째로 모바일 애플리케이션의 기능은 축사 내부의 온도를 확인하는 기능이다. 세 번째의 먹이 제공 기능은 서보모터를 이용하여 주기적으로 먹이를 제공하며 제공된 먹이는 컨베이어 벨트를 통하여 가축들에게 전달된다. 마지막으로 살균처리 기능은 DC모터 펌프를 이용하여 주기적으로 가축들을 살균하여 주는 기능이다. 본 연구에서 제안한 지능형 축사의 기능을 통하여 가축들의 건강에 기여할 수 있을 것이다.

• 융합정보논문지
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• 제9권5호
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• pp.158-164
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• 2019

최근에는 환자의 귀에 거슬리는 소음을 발생시키는 치과 용 핸드 피스의 소음을 줄이기 위한 많은 연구가 주목 받고 있습니다. 일반적으로 배기 밸브, 기계 또는 자동차의 공기 펌프 내부에 흡음재를 추가하는 방법이 기계적 소음을 줄이는 최적의 방법으로 널리 보고됩니다. 본 논문에서는 EPP 기판의 미세 다공성 구조를 이용한 새로운 UV 레이저 가공 및 흡음 효율 향상을 위한 치과 용 핸드 피스의 제조 방법을 연구 하였다. 슬라이스 된 EPP 기판의 표면에 UV 레이저 가공으로 다수의 미세 크기 기공이 만들어졌다. 본 실험에서 다양한 휴대용 기계에 적용할 수 있는 우수한 잠재력을 가진 마이크로 다공성 EPP 기판은 치과 용 핸드 피스 내부의 마이크로 머플러의 흡음 구조에 적용되었고 핸드피스의 소음을 측정한 결과 적용전의 핸드피스에 비해 약 4dB의 흡음효과를 나타내었다.

• 한국광학회지
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• 제32권5호
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• pp.209-214
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• 2021

본 논문에서는 단파장 영역인 1018 nm에서 최고 출력 626 W를 가진 고출력 이터븀(ytterbium, Yb) 첨가 광섬유 레이저에 대해 보고한다. Yb 광섬유 레이저에서 이득률이 낮은 단파장 영역인 1018 nm에서 레이저를 발진시키기 위한 조건을 이론적으로 조사해보고, 광섬유 끝 단단면 조건에 따른 되먹임 신호를 측정하여 안정적인 레이저 발진 조건에 대하여 연구하였다. 그 결과를 바탕으로 제작한 단일 공진기 구조의 Yb 광섬유 레이저 시스템으로부터 729 W의 펌프 출력에서 최고 출력 626 W의 1018 nm 파장 레이저 출력을 안정적으로 얻을 수 있었으며 그때 기울기 효율은 86.6%로 측정되었다. 본 연구에서 얻은 1018 nm 파장의 Yb 광섬유 레이저 결과는 지금까지 국내에서 보고된 1030 nm 이하 단파장에서 발진된 Yb 광섬유 레이저 출력 중 가장 높은 출력이며, 세계적으로도 상용 Yb 광섬유와 광부품을 사용한 결과 중 가장 높은 출력에 해당된다. 그리고 향후 더 높은 출력을 얻기 위한 방법에 대해 논의하고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권6호
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• pp.11-18
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• 2021

나노버블수는 태양광 패널 청소, 도로의 염분 제거, 기계의 정밀 부품 청소 등 다양한 세척 공정에 사용된다. 해양쓰레기 세척 시스템의 전처리에 나노버블을 적용하면 높은 세척 효율과 물 절약이 가능하다. 본 연구에서는 나노버블수의 염분 제거율을 비교하기 위해 NaCl 200,000 mg/L 용액에 목재를 침적시켜 해양쓰레기를 제작하였다. 수돗물과 나노버블수를 이용하여 노즐 종류, 오리피스 직경, 펌프 회전수 및 세척 시간에 따른 목재 표면 염분농도를 비교하였다. 목재 표면 염분농도는 세척시간이 길어질수록 감소하였다. 하지만 물 사용량을 고려한 최적의 세척 시간은 5-10초 사이였다. 노즐의 오리피스 직경이 커질수록 분사압력은 낮아지며, 세척 후 목재 표면 염분농도는 높아졌다. 이는 노즐의 오리피스 직경이 세척 시스템에서 중요한 요인임을 나타낸다. 나노버블수를 이용한 세척 후 목재 표면 염분농도는 수돗물로 세척 후 목재 표면 염분농도에 비해 부채꼴형 노즐은 2.2 %, 원형 노즐은 30.9 % 낮았다. 또한, 나노버블수를 이용한 세척 실험에서 부채꼴형 노즐을 사용하여 세척하였을 때가 원형 노즐을 사용하였을 때보다 목재 표면 염분농도가 약 9.5 mg/L 낮았다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.51-57
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• 2021

함정의 해수냉각 시스템은 화생방전에 의한 유해물질의 세척과 선체 외부의 적외선 신호를 저감하기 위해 설치된다. 시스템은 압력펌프, 각종 배관 그리고 해수분사용 노즐로 구성된다. 그리고 해수의 분사 압력과 노즐 종류에 따라 산포 범위가 결정된다. 따라서 해수의 산포 범위를 넓히고 해수냉각 시스템의 효율을 극대화하기 위해서는 적절한 분사 압력의 설정과 노즐의 최적 설계가 필요하다. 금속재료로 만들어지는 해수분사용 노즐은 초기 개발단계에서 금속 틀을 만들고 최적 성능을 만족할 때까지 수정된다. 이는 많은 시간과 비용을 유발하여 노즐개발에 어려움을 일으킨다. 따라서 본 연구에서는 해수분사용 노즐의 초기 개발단계에서 시제품을 생성하기 위한 3D 프린팅 기술의 적용 가능성을 확인하였다. 이를 위해 3D 프린팅 기술을 이용하여 압출 플라스틱 시험편을 제작하고 인장시험을 통해 시험편의 물리적 특성 값을 측정하였다. 그리고 측정 결과를 유한요소해석 조건에 적용해 해수의 분사 압력에 따른 노즐의 변형과 응력을 계산하였다. 유한요소해석 결과 노즐은 최적 압력에서 탄성 범위 내로 변화하였으며, 구조적으로 안정하다고 판단되어 본 연구의 가능성을 확인하였다.

• 청정기술
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• 제27권1호
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• pp.39-46
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• 2021

4 HP, 80 LPM 급 초미세기포수 발생장치를 탑재한 도로 구조물 세척차량을 이용하여 도시 내 아파트 단지 주변 차량 통행이 많은 터널 내 콘크리트 표면과 타일 벽면을 세척하였다. 초미세기포 생성은 대기 중 공기를 2 ~ 3 LPM 으로 기액혼합 자흡펌프로 가압된 공기를 임펠러 회전력을 이용하여 마이크로 크기의 미세기포(fine-bubble)를 생성한다. 생성된 기포를 다단충돌판과 회전 노즐을 통과하면서 평균 직경 크기는 164.5 nm, 6.81 × 107 particles mL-1의 초미세기포(ultrafine bubble)를 생산하였다. 생산된 초미세기포를 함유한 세척수는 압력 150 bar, 토출량 30 LPM 으로 도로 구조물 표면에 흡착된 분진을 고압세척 분사하여 제거하였다. 분석실험은 세척 전과 후로 구분하여 표면에 흡착한 분진을 ISO 8502-3의 표면 오염 측정방법을 적용하였으며, 테이프 흡착으로 분진 입자를 채취하였다. 수집된 테이프는 중량법과 소프트웨어 ImageJ를 적용하여 분진의 무게와 입자 개수에 대한 제거율을 산정하였다. 실험 결과, 타일 벽면 표면에 흡착된 분진 입자 개수는 세척 전과 후로 각각 3,063 ± 218 particles mL-1, 20 ± 5 particles mL-1, 중량은 580 ± 82 mg, 13 ± 4 mg 으로 나타났다. 콘크리트 구조물 표면에서의 입자개수는 세척 전과 후로 각각 8,105 ± 1,738 particles mL-1, 39 ± 6 particles mL-1이었으며, 중량은 1,448 ± 190 mg, 118 ± 32 mg으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.395-409
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• 2022

기존 암반 굴착공법이 갖는 한계점을 극복하기 위해 최근 연마재 워터젯 공법을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 연마재 워터젯 암반굴착 공법은 암반에 연속적인 자유면을 형성하여 발파 시 발생하는 진동을 저감하고 굴착효율을 증진시키는 효과가 있다. 그러나 연마재 워터젯 절삭성능은 암반의 물리적 성질에 따라 변화한다. 따라서, 다양한 물리적 성질을 가진 암반이 혼재하는 굴착현장 특성상 효과적인 워터젯 활용을 위해서는 다양한 암종의 절삭성능을 분석하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 현무암과 화강암을 대상으로 수압, 이격거리, 이송속도를 변화시키며 절삭실험을 수행하고 결과를 분석하였다. 실험결과, 현무암은 화강암보다 평균적으로 약 41% 깊게 절삭되고, 절삭 폭은 약 18.5% 좁게 형성되었다. 본 연구결과는 향후 현무암과 같은 강도가 낮고 공극이 큰 암반 굴착현장에서 연마재 워터젯을 적용할 시 유용한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제26권1호
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• pp.140-148
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• 1994

원전 증기발생기 2차측 제철 화학세정을 기존의 93$^{\circ}C$ 표준공정보다 고온인 1$25^{\circ}C$에서 검증시험을 수행하였다. 원전 증기발생기를 1$25^{\circ}C$에서 화학 세정한다는 가정아래 현장세정 조건을 결정하고 이를 다시 모사하여 3l 용량의 소형 검증시험 조건을 결정하였다. 1 gallon 용량의 316 스텐레스강 압력용기를 반응용기로 사용하는 화학세정 시험장치에서 검증시험을 수행하여 스러지 용해거동, 모재 부식률, 세정제 화학조성 변화거동 등을 측정하였다. 1$25^{\circ}C$ 검증시험 결과에서 93$^{\circ}C$ 표준공정보다 세정시간을 절반이하로 단축시키고도 더 효율적인 세정효과를 얻을 수 있을 뿐만이 아니라 2차측 모재의 부식률도 감소함을 확인할 수 있었다. 그러나 고온 세정공정은 아직 현장적용 경험이 없고, 별도의 외부순환 세정 장치를 이용하는 93$^{\circ}C$ 표준공정과는 달리 주냉각재의 잠열로 2차측을 가열하므로 세정이 완료될 때까지 주냉각 펌프를 계속 가동하여야 하는 단점이 있다. 가동중인 증기발생기에 대한 화학세정을 수행할 때 93$^{\circ}C$ 표준공정과 고온공정의 장 단점을 신중히 검토하여 최적공정을 적용하여야 할 것이다.