• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.111.1-111.1
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• 2016

진공 중 산화처리 방법으로 스테인레스강 표면에 형성한 크롬 산화막에 의한 수소 기체방출 저감 효과를 수치해석 방법으로 분석하였다. 스테인레스 강 진공 용기를 진공 중 산화처리하면 표면의 확산 방지막 효과에 의하여 수소 기체방출률을 낮출 수 있다고 알려져 있으나 그 구체적인 원리는 명확하지 않다. 표면 크롬 산화막의 수소 확산계수가 스테인레스 강 내부의 확산계수보다 작으므로 수소의 확산을 지연시켜 기체방출을 낮춘다는 설명이 가능하지만, 크롬 산화막의 두께 및 확산계수가 미치는 영향을 정량적으로 분석한 예는 없었다. 본 발표에서는 스테인레스강 진공용기의 크롬산화막과 모재 내부에 서로 다른 확산계수를 부여한 후 기체방출에 관여하는 확산 방정식을 수치해석으로 풂으로써, 표면의 확산 방지막에 의한 기체방출 저감 효과를 설명하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.103-103
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• 2015

유류유출사고와 같이 하천 수표면의 흐름에 따라 이동 확산하는 부유성 오염물질의 혼합해석을 위해 많은 연구자들은 입자추적모형을 사용한 혼합모의를 수행해왔다. 입자추적모형에서 오염물질의 혼합은 평균 유속 분포에 의한 결정론적인 이동과 난류유동에 의한 무작위적인 혼합으로 나타내며, 난류혼합에 의한 수평확산은 난류확산계수로 조절한다. 따라서 표면흐름에 의한 난류확산계수의 산정을 위해 많은 연구자들은 부유성 입자를 이용한 실내실험을 수행하여 수평확산계수를 산정했고(Engelund, 1969; Cederwall, 1971), 최근에는 GPS의 발전으로 인해 해양영역에서 GPS를 장착한 표면부자를 활용한 확산실험을 통해 수평확산계수를 산정한 바 있다(Kjellson and $D{\ddot{o}}{\ddot{o}}s$, 2012; Alpers 등, 2013). 하천수질오염사고의 약 43.5%가 유류유출에 의한 것이며(환경부, 2013), 이에 따라 표면흐름에 의한 오염물질 혼합해석이 필요하나, 하천에서 수평확산계수 산정을 위한 현장실험연구는 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 낙동강 본류에서 GPS부자를 이용한 입자추적실험을 수행하여 표면흐름에 의한 확산계수를 산정했다. GPS부자를 이용한 입자추적실험은 낙동강의 강정고령보 하류와 구미보 하류의 각각 세 지점에서 수행되었다. GPS부자는 바람에 의한 교란을 최소화하기 위해 지름 10 cm의 구형으로 제작하였으며 시범테스트를 통해 입자의 주 궤적 변화가 크지 않은 지점에 GPS부자를 투입했다. GPS부자는 오염물질의 사고유출을 가정하여 한 지점에 투입했고 GPS부자 사이의 간섭을 최소화하기 위해 25 ~ 35개의 GPS부자를 이용했다. 표면흐름에 의해 이동하는 부자의 위치는 GPS에 시계열로 저장됐고 ADCP를 이용하여 실험당시의 수리량을 측정했다. 입자위치의 시계열자료로부터 GPS부자의 확산범위의 시간변화를 계산했고 단순 모멘트법을 이용하여 종, 횡 방향 확산계수를 계산했다. 그 결과, 종 방향 확산계수는 $0.003{\sim}0.041m^2/s$로 계산되었고 횡 방향 확산 계수는 $0.001{\sim}0.012m^2/s$로 계산되어, 흐름방향의 유속성분에 의한 확산이 지배적인 것으로 나타났다. 지류 합류부에서는 이송이 지배적인 혼합이 발생되었고(Pe>1) Pe의 증가에 따라 수평확산계수가 감소되었다. 25~35개 GPS부자 궤적의 앙상블 평균으로부터 계산한 Integral time scale은 모멘트법으로부터 계산한 종, 횡 방향 확산계수와 비례하는 것으로 나타나, Taylor(1921)의 이론과 일치했다. 또한 실험수로에서 수행된 기존연구결과와 비교한 결과, 하폭 대 수심비, 마찰항의 증가에 따라 수평확산계수가 증가하는 경향을 나타내었다.

• 한국진공학회지
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• 제17권5호
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• pp.381-386
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• 2008

W(110) 표면에 성장한 Co 박막에서 원자 정역학을 주사터널링 현미경으로 연구했다. 원자섬의 개수 밀도를 측정하여 원자 확산 계수의 비를 알 수 있었다. W(110) 표면, Co가 1 원자층 성장된 표면, Co가 2 원자층 성장된 표면의 원자 확산 계수의 비는 상온에서 1:124:33000인 것으로 측정되었다. Co가 2 원자층 성장된 표면의 확산 계수가 Co 가 1 원자층 성장된 표면의 확산 계수보다 큰 것은 이종성장의 스트레인 효과로 인한 것으로 해석되었다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제38권2호
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• pp.60-67
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• 2013

가우시안 플륨모델(Gaussian plume model)을 사용한 대기확산의 예측에서 확산계수는 결과에 중요한 영향을 미치는 변수이다. 확산계수의 평가방법은 다양하며, 본 연구에서는 미국 원자력규제위원회(U. S. NRC) 권고 규제지침, 캐나다 원자력안전위원회(CNSC) 권고 규제지침, 확률론적 사고결말해석코드 MACCS와 MACCS2에서 권고 또는 적용하는 방법을 고찰하였다. U. S. NRC에서 권고하는 부지적합성 평가를 위한 가상사고시 대기확산모델을 기반으로 확산계수의 평가방법이 대기확산인자에 미치는 영향을 분석하였다. 확산계수는 Pasquill-Gifford 곡선을 기반으로 각기 다른 연구자들에 의해 얻어진 곡선의 피팅식(curve fitting equations)을 적용 또는 권고하고 있음을 확인하였다. 수평확산계수는 모든 규제지침과 코드에서 플륨의 사행효과를 반영하여 보정하고 있으나 그 적용 방법에 있어서는 차이를 나타냈다. 수직확산계수는 U. S. NRC 권고 규제지침을 제외하고 표면거칠기를 반영하여 보정하고 있다. 특정 표면거칠기에 대해 확산계수의 적용방법에 따라 대기확산인자는 최대 약 4배의 차이를 나타냈다. 표면거칠기는 대기확산인자에 중요한 영향을 나타냈으며, 동일 적용방법에 대해 표면거칠기에 따라 대기확산인자는 약 2~3배의 차이를 나타냈다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.83-91
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• 2015

콘크리트 표면의 상태에 따라 염화물은 증가 또는 감소하게 되며 이는 철근부식 및 내구수명에 매우 중요한 인자가 된다. 콘크리트의 내구성 저하를 방지하기 위해 표면함침과 같이 많은 표면강화 기술이 개발되었으나 이중 콘크리트 구조와 확산계수의 시간의존성을 고려한 염화물 해석방법은 매우 제한적이다. 본 논문에서는 표면 강화된 이중구조 콘크리트에 대해 시간의존성 확산계수를 도입하여 염화물 해석기법을 제안하였으며, 역해석을 통하여 기존의 실험결과와 비교하였다. 2년간 비말대, 해수중, 조석대 상태에 노출된 표면 함침된 콘크리트 시편에 대해 표면염화물량과 확산계수를 도출하고 Life-365에서 제안한 확산계수 식과 비교 분석하였다. 시간의존성을 고려한 결과 비말대 시편의 오차는 0.28에서 0.20 수준으로, 조석대 시편은 0.29에서 0.11 수준으로, 해수중에서는 0.54에서 0.40 수준으로 오차가 감소함을 알 수 있었다. 또한 Life365에서 사용되는 확산계수식을 사용할 경우, 과다한 확산계수로 인해 상대오차가 커지고 높은 침투깊이(e)와 낮은 확산계수비($D_1/D_2$)를 필요로 함을 알 수 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.79-83
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• 2015

본 논문에서는 헤테로 애피택시(heteroepitaxy) 박막의 표면확산계수를 국부적으로 제어하여 표면에서 형성되는 나노구조물이 정렬되는 과정을 수치해석적으로 연구하였다. 격자 불일치 물질계(lattice-mismatched materials system)의 탄성변형에너지와 표면자유에너지, 그리고 습윤에너지를 고려하여 박막의 변형거동에 대한 지배방정식을 도출하였으며, 확산계수의 활성화 조건이 성장에 미치는 영향을 살펴보았다. 해석결과는 주기함수 형식으로 표면확산계수를 제어하면 표면구조물이 배열 형태로 정렬됨을 나타내며, 이는 노광 및 식각 과정을 거쳐야 하는 포토리소그래피(photolithography)로부터 탈피한 바텀업(bottom-up) 방식의 공정방법에 규칙성을 부여하여 차세대 나노기기의 개발에 일조할 것으로 기대된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권7호
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• pp.653-657
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• 2015

표면확산계수의 활성화를 통한 실리콘-게르마늄(silicon-germanium) 양자점의 성장을 수치해석적으로 구현하였다. 실리콘 기판 위에 증착된 실리콘-게르마늄 박막의 성장을 표현하는 비선형 지배방정식을 유도하였으며, 확산계수를 온도의 함수로 고려하여 표면확산계수의 국소적 향상이 미치는 효과를 살펴보았다. 해석결과는 안정상태의 박막이 섭동될 때에 양자점이 자기조립되는 과정을 보여주며, 박막표면의 국소부위에 선택적으로 구조물이 성장하는 현상을 나타낸다. 본 연구는 바텀업(bottom-up) 방식이 내재적으로 지닌 불규칙성을 해결할 대안을 마련하여 양자기기를 위한 공정개발의 방향을 제시한다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2002년도 춘계학술발표회 초록집
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• pp.2-2
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• 2002

Quartz Crystal Microbalance(QCM)은 표면에 묻은 물질의 미량의 무게변화도 간단히 측정 할 수 있어 반웅기 내에서 일어나는 현상올 in-situ로 즉시 알 수 있는 장점을 가진 장치이 다. 이 장치를 이용하면 초엄계 이산화탄소 내에서 용해도를 알 수 있고, 대상물질이 녹아냐 가는 속도를 측정하면 확산계수를 구할 수 있다. 그리고, 초음파 혼을 반응용기 내에 설치하 고, 초음파 효과를 알아보았다. 먼저 static system에서 초음파 효과를 알아보았다. Cu(acac)2를 대상으로, 밀폐된 용기에서 수행한 실험에서, 액체와 초임계 이산화탄소 내에서 용해속도를 QCM으로 구할 수 있었다. 용해속도로부터 Cu(acac)2의 확산계수를 측정할 수 있었다. 액체 내에선 $10^{-4}{\;}cm2/sec$, 초임계상태에서 $10^{-2}{\;}cm2/sec$의 값을 갖는 것으로 나타 났다. 그리고, 초음파를 사용할 경우 이 확산계수값이 4-5배정도 증가하는 것으로 냐타났다. 이어서 dynamic system에서 반응을 알아보았다. Cyanex를 함유한 C02를 반응용기에 흘리 면서 QCM표면에 묻은 Co이온의 용해속도를 측정하였다. 초음파는 용해도에 아무 역활을 안하는 것으로 나타났다. 주어진 조건에서 13 microgram/gram-cyanex의 용해도를 갖는 것 으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.18-25
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• 2019

콘크리트는 인장력에 취약한 재료적 특징을 갖기 때문에 콘크리트 구조물의 사용기간 중에 발생하는 균열은 내구성능 평가 시 필히 고려되어야 한다. 본 연구에서는 두 수준의 강도를 고려한 플라이애시 콘크리트를 배합하여 옥외 폭로 시험을 실시하였다. 노출 환경은 비말 조건으로 설정하였으며, 균열 폭이 콘크리트의 염화물 확산 거동에 미치는 영향을 평가하고자 각 배합의 시편에 0.1 mm 간격으로 최대 1.0 mm 까지의 균열 폭을 야기하였다. 그 후 3가지 수준의 노출기간(180일, 365일, 730일)을 고려하여 겉보기 염화물 확산계수 및 표면 염화물량을 산출하였다. 균열 폭의 증가에 따라 두 배합 모두 확산계수가 증가하였으며, 노출기간이 증가함에 따라 확산계수는 감소하였다. 또한 노출 기간이 증가함에 따라 균열 폭이 확산계수에 미치는 영향이 감소하였는데, 이는 염소 이온 기반 수화물이 콘크리트의 확산성을 저감시키기 때문으로 사료된다. 표면 염화물량 거동은 겉보기 염화물 확산계수 거동 대비 균열 폭의 증가에 따른 뚜렷한 변화 거동이 발생하지 않았으며, 고강도 배합에서 보통 강도 배합 대비 78.9 % ~ 90.7 %의 표면 염화물량을 나타내어 강도와의 상관관계를 갖는 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.1-8
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• 2016

이 연구의 목적은 개착식 전력구 콘크리트에 발생하는 부등건조수축에 의한 균열특성을 파악하고, 그 제어방법을 제시하는데 있다. 건조수축균열은 콘크리트 내부의 수분확산계수의 영향을 크게 받으며, 수분확산계수는 콘크리트 내부에서의 수분이동속도를 결정하는 주요인자이다. 수분확산계수와 더불어 콘크리트 표면의 표면계수와 외부의 상대습도는 콘크리트 내부에서 외부로의 수분이동에 영향을 미친다. 따라서 이 연구에서는 전력구 박스형 콘크리트 구조물의 부등건조수축에 의한 균열특성을 파악하기 위하여 세 가지 주요영향인자를 고려한 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과, 수분확산계수와 표면계수가 증가할수록 상부슬래브의 부등건조수축에 의한 균열발생시점이 빨라지며, 세 가지 요인 중에 콘크리트의 부등건조수축에 의한 균열발생 특성에 가장 큰 영향을 미치는 것은 외기습도인 것으로 나타났다. 이 연구결과를 분석한 결과, 개착식 전력구 시공시에 콘크리트 타설 후 표면보습이나 살수양생과 같이 외기습도를 증가시키는 것이 부등건조수축에 의한 균열제어에 가장 효과적인 것으로 판단되며, 콘크리트 재료적 측면의 균열저감방법으로 수분확산계수와 표면계수를 결정하는 콘크리트의 배합이나 재료특성을 적절히 선정함으로써 균열의 진전속도나 발생시점을 제어할 수 있을 것으로 판단된다.