Ash deposition of heat exchange boiler, caused mainly by accumulation of particulate matter, reduces heat transfer of the boiler system. Heat and mass transfer through porous media such as ash deposits mainly depend on the microstructure of deposited ash. Therefore, in this study, we investigated microstructural and thermal properties of the ash deposited on the boiler tube. Samples for this research were obtained from the fuel economizer tube in an industrial waste incinerator. To characterize microstructures of the ash deposit samples, scanning electron microscope (SEM), energy-dispersive spectroscopy (EDS), inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES), X-ray diffraction (XRD) and BET analysis were employed. The results revealed that it had a porous structure with small particles mostly of less than a few micrometers; the contents of Ca and S were 19.3, 22.6% and 18.5, 18.7%, respectively. Also, the results showed that it consisted mainly of anhydrite ($CaSO_4$) crystals. - The thermal conductivities of the ash deposit sample obtained from the economizer tube in industrial waste incinerator were measured to be 0.63 and 0.54 W/mK at $200^{\circ}C$, which were about 100 times less than the thermal conductivity (61.32 W/mK) of the boiler tube itself, indicating that ash deposition on the boiler tube was closely related to a decrease in boiler heat transfer.
In the present study, a Zr-based amorphous alloy matrix composite reinforced with tungsten porous foam was fabricated without pores or defects by liquid pressing process, and its microstructures and mechanical properties were investigated. About 69 vol.% of tungsten foam was homogeneously distributed inside the amorphous matrix, although the matrix of the composite contained a small amount of crystalline phases. The compressive test results indicate that the composite was not fractured at one time after reaching the maximum compressive strength, but showed considerable plastic strain as the compressive load was sustained by tungsten foam. The tungsten foam greatly improved the strength (2764 MPa) and ductility (39.4%) of the composite by homogeneously dispersing the stress applied to the matrix. This was because the tungsten foam and matrix were simultaneously deformed without showing anisotropic deformation due to the excellent bonding of tungsten/matrix interfaces. These findings suggest that the liquid pressing process is useful for the development of amorphous matrix composites with improved strength and ductility.
The densification behavior of Al-20Si-5.5Fe-1.2Mg-0.5Mn powders was investigated through micro-structure analysis of sintered specimens. The specimens sintered in vacuum or in high purity (99.999%) nitrogen showed porous near-surface microstructures. The densification of near-surface part was enhanced by means of ultra-high purity (99.9999%) nitrogen atmosphere. The relationship between slow densification and oxide surfaces of Al alloy powders was discussed. And the effects of Mg addition, nitrogen gas, and humidity on densification were discussed. In addition, the rapid growth of primary Si crystals above the critical temperature was reported.
The present study suggests a novel method to produce raspberry-like microparticles containing diverse functional materials inside. The raspberry-like microparticles were produced from a random assembly of uniformly-sized poly(methyl methacrylate) (PMMA) nanoparticles via electrospraying. The solution containing the PMMA nanoparticles were supplied through the inner nozzle and compressed air was emitted through the outer nozzle. The air supply helped fast evaporation of acetone, so it enabled copious amount of microparticles as dry powder. The microparticles were highly porous both on the surface and interiors, hence various materials with a function of UV-blocking ($TiO_2$ nanoparticles and methoxyphenyl triazine) or anti-aging (ethyl(4-(2,3-dihydro-1H-indene-5-carboxyamido) benzoate)) were loaded in large amount (17 wt % versus PMMA). The surface and interior structures of the microparticles were dependent on the characteristics of functional materials. The results clearly suggest that the process to prepare the raspberry-like microparticles can be an excellent approach to generate functional microstructures.
An anode-supported SOFC single cell having $5{\mu}m$ thin electrolyte was fabricated cost-effectively by tape casting, laminating, and co-filing of anode (NiO-YSZ), cathode (LSM-YSZ), and electrolyte (YSZ) components. The optimal slurry compositions of the green tapes for SOFC components were determined by an analysis of the mean diameter, the slurry viscosity, the tensile strength/strain of the green tapes, and their green microstructures. The single cells with a dense electrolyte and porous electrodes could be co-fired successfully at $1325\sim1350^{\circ}C$ by controlling the contents of pore former and the ratio of coarse YSZ and fine YSZ in the anode and the cathode. The single cell co-fired at $1350^{\circ}C$ showed $100.2mWcm^{-2}$ of maximum power density at $800^{\circ}C$ but it was impossible to apply it to operate at low temperature because of low performance and high ASR, which were attributed to formation of the secondary phases in the cathode and the interface between the electrolyte and the cathode.
Monodispersed 3Y-$ZrO_2$ spherical agglomerates were synthesized by thermal hydrolysis process followed by crystallization processes (hydrothermal treatment and calcination). The crystallization process affected the properties of the final particles, such as the primary particle size, the agglomeration state, and the fraction of $ZrO_2$ monoclinic phase. The hydrothermal treated spherical particles were porous microstructures (weak agglomerates) composed of small primary particles with a size of 14 nm, but the calcined spherical particles had a dense microstructure due to the hard aggregation between primary particles. While the calcined particles had a low green density due to the hard aggregation, hydrothermal treated ones were soft agglomerates and had a deflection point at 50 MPa due to the rearrangement of secondary spherical particles and the filling of the interstices with the primary particles. Finally, the green density of hydrothermally treated $ZrO_2$ particles was 58% at 200 MPa.
Yun Chan Hwang;Jeong Min Sohn;Jae Hui Park;Ki-Ho Nam
Textile Coloration and Finishing
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v.35
no.2
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pp.121-127
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2023
In this study, a comprehensive investigation was conducted on the morphological and property changes of laser-induced nanocarbon (LINC) as a function of laser process parameters. LINC was formed on the surfaces of polyimide films with different backbone structures under various process conditions, including laser power, scan speed, and resolution. Three different forms of LINC electrodes (i.e., continuous 3D porous graphene, wooly nanocarbon fibers, line cut) were formed depending on the laser power and scan speed. Furthermore, heteroatom doping induced from the chemical structure of the polyimide during laser patterning was found to be effective in modifying the electrical properties of LINC electrodes. The LINC surfaces exhibited different microstructures depending on the laser beam resolution under constant laser power and scan speed, allowing for controllable surface wettability. The correlation between the chemical structure of the polymer substrate, laser process parameters, and carbonized surface properties in this study is expected to be utilized as fundamental understanding for the manufacturing of next-generation carbon-based electronic devices.
$BaTiO_3$-based ceramics with partially oxidized Ti powders were prepared by sintering at $1350^{\circ}C$ for 1 h in v vacuum, and then heated in air. In this study, the effect of partially oxidized Ti powders on electrical properties and microstructures of $BaTiO_3$-based ceramics was investigated. It was found out that the semiconductive $BaTiO_3$-based ceramics beζame to show excellent PTCR (more than $10^5$) characteristic by adding 5~7 vol% of partially oxidized Ti powder. Also, it was found out that the sintered compact had extremely porous and fine-grained microstructure. The relative density and grain size of sintered compact with 5 vol% of partially oxidized Ti powders were 54% and $1.3\;{\mu\textrm{m}}$, respectively. The mechanism for the development of PTCR characteristic in $BaTiO_3$-based ceramics with partially oxidized Ti powders due to the adsorption of oxygen at grain boundaries, and could be explained, based on Heywang model.
Microstructured Al@Al2O3 and Al@Ni-Al LDH (LDH = layered double hydroxide) core-shell metal-ceramic composites are prepared by hydrothermal reactions of aluminum (Al) metal substrates. Controlled hydrothermal reactions of Al metal substrates induce the hydrothermal dissolution of Al ions at the Al-substrate/solution interface and reconstruction as porous metal-hydroxides on the Al substrate, thereby constructing unique metal-ceramic core-shell composite structures. The morphology, composition, and crystal structure of the core-shell composites are affected largely by the ions in the hydrothermal solution; therefore, the critical physicochemical and surface properties of these unique metal-ceramic core-shell microstructures can be modulated effectively by varying the solution composition. A Ni/Al@Al2O3 catalyst with highly dispersed catalytic Ni nanoparticles on an Al@Al2O3 core-shell substrate was prepared by a controlled reduction of an Al@Ni-Al LDH core-shell prepared by hydrothermal reactions of Al in nickel nitrate solution. The reduction of Al@Ni-Al LDH leads to the exolution of Ni ions from the LDH shell, thereby constructing the Ni nanoparticles dispersed on the Al@Al2O3. The catalytic properties of the Ni/Al@Al2O3 catalyst were investigated for CO2 methanation reactions. The Ni/Al@Al2O3 catalyst exhibited 2 times greater CO2 conversion than a Ni/Al2O3 catalyst prepared by conventional incipient wetness impregnation and showed high structural stability. These results demonstrate the high effectiveness of the design and synthesis methods for the metal-ceramic composite catalysts derived by hydrothermal reactions of Al metal substrates.
Kim, Jae-Hyun;Kim, Gang-Phil;Ryu, Hong-Keun;Suh, Hong-Suk;Lee, Jung-Ho
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.06a
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pp.241-241
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2008
Macrofore formation in silicon and other semiconductors using electrochemical etching processes has been, in the last years, a subject of great attention of both theory and practice. Its first reason of concern is new areas of macropore silicone applications arising from microelectromechanical systems processing (MEMS), membrane techniques, solar cells, sensors, photonic crystals, and new technologies like a silicon-on-nothing (SON) technology. Its formation mechanism with a rich variety of controllable microstructures and their many potential applications have been studied extensively recently. Porous silicon is formed by anodic etching of crystalline silicon in hydrofluoric acid. During the etching process holes are required to enable the dissolution of the silicon anode. For p-type silicon, holes are the majority charge carriers, therefore porous silicon can be formed under the action of a positive bias on the silicon anode. For n-type silicon, holes to dissolve silicon is supplied by illuminating n-type silicon with above-band-gap light which allows sufficient generation of holes. To make a desired three-dimensional nano- or micro-structures, pre-structuring the masked surface in KOH solution to form a periodic array of etch pits before electrochemical etching. Due to enhanced electric field, the holes are efficiently collected at the pore tips for etching. The depletion of holes in the space charge region prevents silicon dissolution at the sidewalls, enabling anisotropic etching for the trenches. This is correct theoretical explanation for n-type Si etching. However, there are a few experimental repors in p-type silicon, while a number of theoretical models have been worked out to explain experimental dependence observed. To perform ordered macrofore formaion for p-type silicon, various kinds of mask patterns to make initial KOH etch pits were used. In order to understand the roles played by the kinds of etching solution in the formation of pillar arrays, we have undertaken a systematic study of the solvent effects in mixtures of HF, N-dimethylformamide (DMF), iso-propanol, and mixtures of HF with water on the macrofore structure formation on monocrystalline p-type silicon with a resistivity varying between 10 ~ 0.01 $\Omega$ cm. The etching solution including the iso-propanol produced a best three dimensional pillar structures. The experimental results are discussed on the base of Lehmann's comprehensive model based on SCR width.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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