• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.297.2-297.2
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• 2016

Photoacoustic generation of ultrasound is an effective approach for development of high-frequency and high-amplitude ultrasound transmitters. This requires an efficient energy converter from optical input to acoustic output. For such photoacoustic conversion, various light-absorbing materials have been used such as metallic coating, dye-doped polymer composite, and nanostructure composite. These transmitters absorb laser pulses with 5-10 ns widths for generation of tens-of-MHz frequency ultrasound. The short optical pulse leads to rapid heating of the irradiated region and therefore fast thermal expansion before significant heat diffusion occurs to the surrounding. In this purpose, nanocomposite thin films containing gold nanoparticles, carbon nanotubes (CNTs), or carbon nanofibers have been recently proposed for high optical absorption, efficient thermoacosutic transfer, and mechanical robustness. These properties are necessary to produce a high-amplitude ultrasonic output under a low-energy optical input. Here, we investigate carbon nanotube (CNT)-polydimethylsiloxane (PDMS) composite transmitters and their nanostructure-originated characteristics enabling extraordinary energy conversion. We explain a thermoelastic energy conversion mechanism within the nanocomposite and examine nanostructures by using a scanning electron microscopy. Then, we measure laser-induced damage threshold of the transmitters against pulsed laser ablation. Particularly, laser-induced damage threshold has been largely overlooked so far in the development of photoacoustic transmitters. Higher damage threshold means that transmitters can withstand optical irradiation with higher laser energy and produce higher pressure output proportional to such optical input. We discuss an optimal design of CNT-PDMS composite transmitter for high-amplitude pressure generation (e.g. focused ultrasound transmitter) useful for therapeutic applications. It is fabricated using a focal structure (spherically concave substrate) that is coated with a CNT-PDMS composite layer. We also introduce some application examples of the high-amplitude focused transmitter based on the CNT-PDMS composite film.

• 한국추진공학회지
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• 제6권1호
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• pp.55-62
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• 2002

미세수적과 레이저 평면광을 사용하여 새로운 유동의 가시화 방법을 제안하였다. 미세수적은 약 5 내지 $10\mu\textrm{m}$ 크기로 가정용 초음파 가습기를 사용하여 생성시켰다. 조명은 3 W의 알곤 이온 레이저와 원통형 렌즈를 사용하여 레이저 평면광을 특정 와류장 단면에 형성시켰다. 이와 같은 새로운 유동의 가시화 방법을 측정부의 크기가 $0.9 m(W){\times}$0.9 m(H){\times}2.1 m(L)$$인 공군사관학교의 소형 풍동을 통하여 적용하였다. 가시화 결과를 통하여 미세수적을 이용한 새로운 가시화 방법이 풍동실험에 적용하기에 비교적 용이하며, 안전한 방법임을 보였다. 아울러 이 방법은 일반적으로 풍동실험에 적용되고 있는 스모크 가시화의 단점들을 보완함은 물론, 좀 더 높은 유동속도에서도 적용할 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.166-173
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• 2014

본 연구에서는 레이저 가진을 이용한 초음파 전파 영상 기반 배관 비파괴 검사에 관해 다룬다. 손상의 영상화를 위해 갈바노미터 기반 레이저 미러 스캐너와 Q-Switch Nd: YAG 레이저 시스템을 사용하였다. 레이저 시스템을 가진원으로 사용하면 빠른 속도로 비접촉 초음파 가진이 가능하며, 온도의 변화가 급격한 환경이나 유해 물질이 포함된 환경에서도 대상 구조물의 원거리 가진이 가능하다. 또한 공간 해상도가 높으며, 입사각이 넓어 표면 형상이 복잡한 대상 구조물도 가진이 가능하다. 본 연구에서는 이러한 레이저 시스템으로부터 생성된 유도 초음파를 단일 PZT 센서를 사용하여 계측하고, 계측된 신호는 레이저 가진점에 해당하는 좌표점에 나열함으로써 2차원 공간좌표 및 시간축을 더한 초음파 전파 영상 생성을 위한 3차원 데이터를 구성한다. 이 데이터를 시간 축에 따라 연속적으로 반복 재생하면 초음파 전파 영상을 구할 수 있다. 이 때 웨이블릿 변환을 이용하여 계측 신호의 특정 주파수 성분을 추출해냄으로써 관찰하고자 하는 특정 유도 초음파 모드를 추출할 수 있다. 이러한 일련의 과정으로부터 획득한 초음파 전파 영상 데이터를 시간-공간 영역에서 주파수-wavenumber 영역으로 변환시켜줌으로써 손상 특성을 추출할 수 있다. 본 연구에서는 손상의 진단 및 위치 추정을 위해 wavenumber 필터링 기술을 적용하였으며, 시스템 검증을 위해 다양한 배관구조물 Testbed를 대상으로 실험을 수행하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.369-369
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• 2016

A nanostructure composite is a highly suitable substance for photoacoustic ultrasound generation. This allows an input laser beam (typically, nanosecond pulse duration) to be efficiently converted to an ultrasonic output with tens-of-MHz frequency. This type of energy converter has been demonstrated by using a carbon nanotube (CNT)-polydimethylsiloxane (PDMS) composite film that exhibit high optical absorption, rapid heat transition, and mechanical durability, all of which are necessary properties for high-amplitude ultrasound generation. In order to develop the CNT-PDMS composite film, a high-temperature chemical vapor deposition (HTCVD) method has been commonly used so far to grow CNT and then produce a CNT-PDMS composite structure. Here, instead of the complex HTCVD, we use a mixed solution of hydrophobic multi-walled CNT and dimethylformamid (DMF) and fabricate a solution-processed CNT-PDMS composite film over a spherically concave substrate, i.e. a focal energy converter. As the solution process can be applied over a large area, we could easily fabricate the focal transmitter that focuses the photoacoustic output at the moment of generation from the CNT-PDMS composite layer. With this method, we developed photoacoustic energy converters with a large diameter (>25 mm) and a long focal length (several cm). The lens performance was characterized in terms of output pressure amplitude for an incident pulsed laser energy and focal spot dimension in both lateral and axial. Due to the long focal length, we expect that the new lens can be applied for long-range ultrasonic treatment, e.g. biomedical therapy.

• Restorative Dentistry and Endodontics
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• 제40권2호
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• pp.149-154
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• 2015

Objectives: This study evaluated the penetration depth of 2% chlorhexidine digluconate (CHX) into root dentinal tubules and the influence of passive ultrasonic irrigation (PUI) using a confocal laser scanning microscope (CLSM). Materials and Methods: Twenty freshly extracted anterior teeth were decoronated and instrumented using Mtwo rotary files up to size 40, 4% taper. The samples were randomly divided into two groups (n = 10), that is, conventional syringe irrigation (CSI) and PUI. CHX was mixed with Rhodamine B dye and was used as the final irrigant. The teeth were sectioned at coronal, middle and apical levels and viewed under CLSM to record the penetration depth of CHX. The data were statistically analyzed using Kruskal-Wallis and Mann-Whitney U tests. Results: The mean penetration depths of 2% CHX in coronal, middle and apical thirds were $138{\mu}m$, $80{\mu}m$ and $44{\mu}m$ in CSI group, respectively, whereas the mean penetration depths were $209{\mu}m$, $138{\mu}m$ and $72{\mu}m$ respectively in PUI group. Statistically significant difference was present between CSI group and PUI group at all three levels (p < 0.01 for coronal third and p < 0.001 for middle and apical thirds). On intragroup analysis, both groups showed statistically significant difference among three levels (p < 0.001). Conclusions: Penetration depth of 2% CHX into root dentinal tubules is deeper in coronal third when compared to middle and apical third. PUI aided in deeper penetration of 2% CHX into dentinal tubules when compared to conventional syringe irrigation at all three levels.

• Design & Manufacturing
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• 제12권3호
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• pp.36-41
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• 2018

Metal 3D printing is very useful for making the injection molds containing complex conformal cooling channels. The most important issue of the 3D printed molds is cost and life cycle. However, powder bed fusion (PBF) methods are vulnerable to fatigue loading because of the presence of pores and rough surfaces. In the present study, the fatigue test was performed to obtain fatigue analysis input data for predicting the durability of a 3D printed injection mold core. The metal 3D printer used to manufacture the specimen was OPM250L from Sodick, and the metal powder material was maraging steel. The ultrasonic fatigue testing method was adopted for the fatigue test. A key advantage of the ultrasonic fatigue method is that $10^8{\sim}10^9$ long cycle test data or more could be obtained within a relatively short period. Based on the results of the experiment, the effect of heat treatment was negligible. However, there was an apparent difference in durability depending on the presence or absence of the surface treatment.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제24권4호
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• pp.129-134
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• 2024

본 논문에서는 적외선 센서, 레이저 센서, 초음파 센서, 정전용량 센서로 실험을 통해 수위의 변화를 선형적으로 감지할 수 있는 수위센서를 이용한 액적 토출 시스템을 연구하였다. 전원 공급으로 SMPS, 레귤레이터 5V, LDO 3.3V를 설계하였으며 수위 센서 입력부 ADC 회로와 마이크로프로세서를 이용하였다. 또한 솔레노이트 밸브 제어, 양압/음압 발생을 위한 펌프 출력 제어부와 산업용 통신을 위한 CAN 통신, 이터넷 통신, UART 통신, USB를 사용하였다. 수위의 변화를 통해 압력의 변화를 확인하였으며, 압력의 변화를 최소화하여 액적 토출을 위한 시스템을 구현하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권5호
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• pp.401-407
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• 2017

본 연구에서는 레이저 스캐닝 및 단일 주파수 정상파 가진과 파수 분석을 통해 구조물의 손상을 탐지하는 기법을 개발하였다. 구조물에 부착된 압전소자를 통해 단일 주파수로 가진하고, 이때 발생한 구조물의 정상상태 응답을 레이저 도플러 속도계와 거울 방향조절 장치를 통해 측정하였다. 구조물의 결함을 탐지하기 위해 정상상태 응답에서 파수 필터링을 이용한 손상 탐지 기법을 개발 및 적용하였다. 부식결함이 발생한 알루미늄 평판과 층간 분리가 발생한 복합재료 구조물에 대한 손상 탐지를 수행하여 손상의 위치와 크기를 정확히 파악할 수 있었다.

• 한국재료학회지
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• 제22권6호
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• pp.275-279
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• 2012

(3-mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPTMS) was used as a silylation agent, and modified silica nanoparticles were prepared by solution polymerization. 2.0 g of silica nanoparticles, 150 ml of toluene, and 20 ml of MPTMS were put into a 300 ml flask, and these mixtures were dispersed with ultrasonic vibration for 60 min. 0.2 g of hydroquinone as an inhibitor and 1 to 2 drops of 2,6-dimethylpyridine as a catalyst were added into the mixture. The mixture was then stirred with a magnetic stirrer for 8 hrs. at room temperature. After the reaction, the mixture was centrifuged for 1 hr. at 6000rpm. After precipitation, 150 ml of ethanol was added, and ultrasonic vibration was applied for 30 min. After the ultrasonic vibration, centrifugation was carried out again for 1 hr. at 6000rpm. Organo-modification of silica nanoparticles with a ${\gamma}$-methacryloxypropyl functional group was successfully achieved by solution polymerization in the ethanol solution. The characteristics of the ${\gamma}$-mercaptopropyl modified silica nanoparticles (MPSN) were examined using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, THERMO VG SCIENTIFIC, MultiLab 2000), a laser scattering system (LSS, TOPCON Co., GLS-1000), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR, JASCO INTERNATIONL CO., FT/IR-4200), scanning electron microscopy (SEM, HITACHI, S-2400), an elemental analysis (EA, Elementar, Vario macro/micro) and a thermogravimetric analysis (TGA, Perkin Elmer, TGA 7, Pyris 1). From the analysis results, the content of the methacryloxypropyl group was 0.98 mmol/g and the conversion rate of acrylamide monomer was 93%. SEM analysis results showed that the organo-modification of ultra-fine particles effectively prevented their agglomeration and improved their dispensability.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.17-21
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• 2018

오늘날까지 적층 마이크로 외팔보의 고유진동수에 대하여 연구가 진행되었다. 마이크로 보는 실리콘 재질로 만들어 지지만, 그것의 상하 표면은 얇은 금 박막층(~30nm)이 증착되어 있다. 초음파 검사를 위해 초음파 테스트 플랫폼을 사용했으며, 시간영역 신호는 광학적으로 측정되었다. 고유진동수는 파형을 고속 Fourier 변환을 통해 정량화하였으며, 결과적으로 고전적인 보 이론과 일치하는 결과를 보여 주었다. 본 연구는 마이크로/나노스케일 재료와 마이크로 구조에 대한 동적평가기법을 제공할 것으로 기대된다.