• 제목/요약/키워드: carbon-based materials

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머신 러닝을 이용한 PIC 로봇 암 강성 향상에 대한 연구 (Stiffness Enhancement of Piecewise Integrated Composite Robot Arm using Machine Learning)

  • 지승민;함석우;전성식
    • Composites Research
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    • 제35권5호
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    • pp.303-308
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    • 2022
  • PIC(Piecewise Integrated Composite)는 적층 복합재의 기계적 특성을 향상시키기 위해 다양한 적층 순서를 모자이크 방식으로 할당하여 복합 구조를 설계하는 새로운 개념이다. 또한 머신 러닝은 인공 지능의 하위 범주로, 컴퓨터가 데이터에서 지속적으로 학습하고 데이터를 기반으로 예측하는 능력을 개발한 다음 추가 프로그래밍 없이 조정하는 과정을 의미한다. 본 연구에서는 구조적 강성을 높이기 위해 기계학습을 기반으로 넓고 얇은 LCD 디스플레이를 운반 및 이송하기 위한 테이퍼 박스형 빔형 PIC 로봇 암이 설계되었다. 필수 학습 데이터는 예비 FE 해석 과정에서 유한 요소 모델 중 의도적으로 배치된 참조 요소에서 수집되었다. 또한 인장, 압축 또는 전단과 같은 지배적인 외부 하중 유형을 판단하기 위해 각 유한 요소에 대한 3축 특성 값을 얻었다. 학습 데이터를 이용하여 머신 러닝 모델을 훈련하고 평가되었으며, 정확도 레벨을 만족한 머신 러닝 모델을 이용해 요소의 로딩 유형을 예측하였다. 특정 하중 유형에 대해 우세한 것으로 알려진 세 가지 유형의 적층 각도 순서가 PIC 로봇 암에 모자이크 방식으로 할당되었습니다. 이후 굽힘형 FE 해석을 수행한 결과 PIC 로봇 암이 기존의 단일 적층 각도 순서로 제작된 복합재 로봇 암에 비해 강성이 증가된 것으로 나타났다.

생물공학에 기반한 천연 바닐린 생산에 관한 최근 연구 (Recent Advances in the Biotechnological Production of Natural Vanillin)

  • 김현송;김영옥;이진호
    • 생명과학회지
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    • 제31권11호
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    • pp.1046-1055
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    • 2021
  • 바닐린은 천연 바닐라의 주요 향미 화합물이며 식품, 음료, 향수, 제약 산업 및 기타 응용 분야에서 광범위하게 사용된다. 바닐린은 화학합성법, 바닐라 꼬투리를 이용한 식물추출법, 천연 전구체를 이용한 생물전환법, 그리고 포도당을 사용한 직접 발효법에 의해 생산될 수 있다. 현재 상업적으로 이용 가능한 대부분의 바닐린은 큐어링 공정을 거쳐 얻어진 바닐라 꼬투리에서 추출하는 방법과 구아이아콜과 글리옥실산을 원료로 사용하여 화학적 합성법에 의해 생산된다. 환경 문제, 건강 준수, 천연 원료에 대한 선호, 천연 바닐라의 제한된 공급 및 치솟는 가격으로 인해 생명 공학 기반 바닐린 생산은 유망한 대안으로 간주된다. 페룰산, 유제놀, 이소유제놀, 리그닌을 포함한 여러 천연 전구체를 대사하고 바닐린을 축적할 수 있는 많은 미생물이 선별되고 평가되면서, 상업적으로 실행 가능한 생산 기술 개발을 위해 많은 노력을 기울였다. 본 총설은 이러한 천연 전구체를 사용하여 천연 바닐린의 생물공학적 생산에 대한 최근의 발전을 간략하게 설명한다. 또한, 포도당에서 바닐린의 새로운 생합성 경로를 기반으로 재생 가능한 탄소원에서 천연 바닐린을 생산하기 위한 최신의 개발 전략과 생산 농도를 높이는 데 발생하는 문제를 극복하기 위한 적절한 해결방안을 소개한다.

SEBS 블록 공중합체를 기반으로 한 수전해용 음이온 교환막에 대한 총설 (A Review on SEBS Block Copolymer based Anion Exchange Membranes for Water Electrolysis)

  • 김지은;박현정;최영우;이재훈
    • 멤브레인
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    • 제32권5호
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    • pp.283-291
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    • 2022
  • 재생에너지의 보급과 기후변화를 대응하기 위한 해결책으로 수소에너지에 대한 관심이 늘어나고 있다. 수소는 미이용 전력을 대용량 장주기로 저장하기에 가장 적합한 수단이며 이러한 수소를 생산하는 기술 중 수전해는 물에 전기에너지를 인가하여 수소를 생산하는 친환경적 수소생산 기술로 알려져 있다. 수전해의 구성 요소 중 분리막은 음극과 양극을 물리적으로 분리할 뿐만 아니라 생성되는 수소와 산소의 섞임 현상을 방지하며 이온의 전달을 가능하게 하는 복합적인 역할을 수행한다. 특히 기존의 수전해 기술들의 단점을 보완할 수 있는 차세대 음이온 교환막 수전해에서의 핵심은 우수한 음이온 교환막을 확보하는 것이다. 높은 이온 전도성과 알칼리 환경에서 우수한 내구성을 동시에 가지려는 많은 연구들이 진행되고 있으며 다양한 소재에 대한 탐색이 이루어지고 있다. 본 총설에서는 상용 블록 공중합체인 Polystyrene-b-poly(ethylene-co-butylene)-b-polystyrene (SEBS)를 기반으로 하는 음이온 교환막에 대한 연구에 대해 살펴보며 최신 연구 동향과 앞으로 나아가야할 점에 대해 논하고자 한다.

잡초 및 농림부산물을 이용한 Biorefinery 기술개발 (Biorefinery Based on Weeds and Agricultural Residues)

  • 황인택;황진수;임희경;박노중
    • 한국잡초학회지
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    • 제30권4호
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    • pp.340-360
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    • 2010
  • 이제 바야흐로 21세기 탈석유 시대에 대비하기 위해서는 범국가적 차원의 새로운 산업전략이 필요하게 되었다. "바이오리파이너리"란 원유로부터 각종 화학제품을 생산하는 기존의 기술과 달리 석유대신 나무나 볏짚 등과 같은 식물을 원료로 해서 바이오화학제품이나 바이오연료 등을 생산하는 기술을 총칭한다. 바이오리파이너리를 통한 바이오매스 기반의 화학산업은 석유로부터 생성되는 많은 역기능적인 문제점들을 해결할 수 있다. 바이오리파이너리 기술을 이용해서 생산할 수 있는 제품을 특성별로 분류하면, 바이오 연료, 대체원료, 특수 기능물질, 바이오폴리머 등이 있으며, 이러한 공정기술 개발이 미래지속 성장 화학기술의 중심기술이 될 것이다. 바이오 연료에는 에탄올, 디젤, 수소 등이 있고, 대체원료(chemical feedstock)로서는 글리세롤, 젖산, 아세톤, 부탄올, 프로피온산, 부틸산, 부탄디올, 프로판디올, 구연산, 숙신산, 각종 아미노산 등이 해당된다. 특수기능물질 중에는 항생제, 다당류, 미생물농약, 생리활성물질 등과 각종 생촉매 전환반응 생산제품, 바이오 식품소재 등이 있고, 바이오 폴리머는 미생물 대사산물 유기산을 원료로 하는 고분자와 미생물이 직접 생산하는 바이오 폴리머 등이 있다. 이러한 공정기술 개발이 미래 지속 성장 화학기술의 중심기술이 될 것이며, 공정기술 중에서 가장 핵심이 되는 것은 충분한 양의 바이오매스 확보 및 생화학적/열화학적 전환기술이다. 바이오매스 확보를 위하여 환경적응성이 큰 잡초의 이용이 기대된다. 바이오리파이너리는 농업으로 시작되며, 농업과 화학산업의 다리역할을 하는 기술이 바로 바이오리파이너리인 것이다.

SQP법을 사용한 복합재 조류력 발전용 블레이드의 스파 캡에 대한 두께 최적화 (Thickness Optimization for Spar Cap of Composite Tidal Current Turbine Blade using SQP Method)

  • 차명찬;김상우;정민수;이인;유승재;박천진
    • Composites Research
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    • 제26권4호
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    • pp.207-212
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    • 2013
  • 본 연구에서는 유리강화섬유폴리머(GFRP)와 탄소강화섬유폴리머(CFRP)로 적층된 조류력 블레이드의 스파 캡(Spar cap)을 대상으로 끝단 처짐의 제한에 따른 단방향(UD) GFRP의 적층 두께를 최적화 하였다. 또한 도출된 적층 두께에 따른 블레이드 내부의 응력의 변화와 블레이드의 재료비용을 확인하였다. 비선형 최적화에 뛰어난 순차 이차방정식 프로그래밍(SQP) 알고리즘을 사용하였고, 목적함수를 계산하기 위하여 상용 유한요소해석 프로그램인 Abaqus/Standard와 연계하였다. UD CFRP의 적층 두께가 9 mm로 제한된 경우, 끝단 처짐이 감소함에 따라 UD GFRP의 적층 두께가 증가하였다. 즉, 최적화된 스파 캡의 무게는 최대 96.2% 증가였으며 최대 인장응력은 최대 24.6% 감소하였다. 끝단 처짐이 126.83 mm로 제한된 경우, UD CFRP의 적층 두께가 줄어듦에 따라 UD GFRP의 적층 두께가 증가하였다. 이로 인하여 무게는 최대 40.1% 증가하였지만 재료비용은 최대 16.97% 감소하였다. 본 연구에서 제시한 블레이드 스파 캡의 최적화된 두께를 바탕으로 조류력 블레이드의 무게, 내부의 최대 응력과 재료비용의 상관관계를 제시하였다.

가혹 환경이 복합재/Ni-Cr 합금 접착전단강도에 미치는 영향 연구 (Effect of Adhesive Shear Strength of CFRP/Ni-Cr Alloy Under Severe Environmental Condition)

  • 조현태;박성민;김민준;황반토;김학인;손명숙;안종기;안지민;최진호;남영우;권진회
    • Composites Research
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    • 제33권5호
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    • pp.275-281
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    • 2020
  • 본 논문에서는 항공기 팬 블레이드에 적용되는 복합재와 금속 간의 접합 구조물에 대한 온도, 습도에 따른 접착제의 물성 변화에 관해 연구하였다. 항공기 운용 시 노출되는 환경 조건을 고려하여 상온 건조(Room Temperature Dry, RTD), 고온 흡습(Evaluated Temperature Wet, ETW), 저온 건조(Cold Temperature Dry, CTD) 세가지 환경에서 강도 시험을 수행하였다. 접착전단강도 시험은 ASTM D3528을 기준으로 수행하였고, 파손 영역에 대한 마이크로 구조 특성을 SEM이미지를 통해 분석하였다. 연구 결과에 따르면 RTD 환경에서의 전단강도 대비하여 ETW 환경에서 72.8% 저하되었으며, CTD 환경에서는 56.5% 증가되었다. 이는 고온 및 수분 흡습이 접착제의 기계적 특성에 큰 영향을 미치는 것을 확인했고, 저온 환경에서는 모재와 접착제 모두 취성의 증가로 인해 접착 전단 강도가 향상된 것으로 분석되었다.

우분(牛糞)의 유기질비료화(有機質肥料化) 연구(硏究) -II. 속성부숙방법(速成腐熟方法) (Development of Organic Fertilizer based on the Cow Dung -II. Studies on Rapid Fermentation)

  • 임동규;문윤호;신제성;우기대
    • 한국토양비료학회지
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    • 제24권3호
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    • pp.192-199
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    • 1991
  • 우분(牛糞)을 양질(良質)의 유기질비료(有機質肥料)로 제조(製造) 하는데 필수적(必須的)인 속성퇴비제조기술(速成堆肥製造技術)을 개발(開發)하기 위해 3년간(年間)('88~'90년(年)) 우분단독(牛糞單獨)과 우분(牛糞)에 충진제(充嗔劑)(볏짚, 나무껍질, 나무껍질, 톱밥)를 각각(各各) 1:2 부피비로 혼합(混合)한 처리구(處理區)들을 야외(野外)에 퇴적(堆積)한 후(後) 공기흡입장치(空氣吸入裝置)를 이용(利用) 호기적(好氣的) 발효조건(醱酵條件)으로 부숙(腐熟) 시킨후(後) 비닐하우스내(內)에서 후숙시험(後熟試驗)을 실시(實施)한 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 부숙기간중(腐熟其間中)(20일간(日間)) 부숙온도(腐熟溫度)는 퇴적후(堆積後) 7~9일(日)에 최고(最高)에 이르렀고 온도상승(溫度上昇) 효과면에서는 '88~'89년(年) 우분(牛糞)+나무껍질구(區) 혹은 우분(牛糞)+나무조각구(區) 및 우분(牛糞)+볏짚구(區)가 우분단독구(牛糞單獨區) 또는 우분(牛糞)+톱밥구(區)에 비해 높았다. 2. 후숙기간중(後熟其間中)(20일간(日間)) 퇴적내(堆積內) 온도(溫度)는 '90년도(年度) 우분구(牛糞區)를 제외(除外)한 각(各) 처리구(處理구)에서 $40^{\circ}C$ 이상(以上) 유지(維持)되었다. 3. 부숙기간중(腐熟其間中) 시료(試料)의 T-C 및 C/N율(率)은 중기(中期)에 높았다가 후기(後期)로 갈수록 낮아졌다. 4. 후숙기간중(後熟其間中) 시료(試料)의 T-N은 전반적(全般的)으로 일정(一定)한 경향(傾向)이 없었으나 T-C 및 C/N율(率)은 부숙기간(腐熟其間)과 동일(同一)한 경향(傾向)을 보였다.

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비료원과 멀칭재료에 따른 사과 유묘의 생장 및 토양이화학성 변화 (Growth and Soil Chemical Property of Small Apple Trees as Affected by Organic Fertilizers and Mulch Sources)

  • 최현석;롬컽;이연;조정래;정석규;지형진
    • 한국환경농학회지
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    • 제30권1호
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    • pp.9-15
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    • 2011
  • 본 실험은 비료 공급원으로서 1) 대조구(NF), 2) 상업용 유기질 비료($10N-2P_2O_5-8K_2O$, Nature Safe$^{(R)}$)(CF), 3) 계분 비료(PL)를 포함하였고, 멀칭 공급원으로는 4) 나무껍질 멀칭(WC), 5) 재활용 종이 멀칭(SP), 6) 식물성 퇴비 멀칭(GC), 7) 초생멀칭(GR)을 포함하였다. 유기질 비료와 멀칭의 양은 매해 유기농 사과나무 포장에 시비하였던 (50 g 질소/한 나무, 10 cm 멀칭시용/한 나무) 질소량과 체적에 각각 비례해서 각 포트에 시비하였다. CF, PL, 그리고 GR 급원은 미생물이 유기태 질소를 무기화(N-mineralization) 하는데 이상적인 탄소:질소(30:1이하)비를 보였는데, 처리 후 90일 째 되던 날에 토양중 무기태 질소 농도를 증가시켰다. CF, PL, 그리고 GR 처리된 유묘는 가장 넓은 총 엽면적과 두꺼운 직경, 그리고 큰 수고 및 건물중을 나타내어서 식물생장을 증가시키기 위한 가장 유용한 자재로 평가되었다.

High Loading for Air Pollution in the Byunsan Peninsula of Korea by an Interplay of the Saemangeum Project and Winter Monsoon

  • Ma, Chang-Jin;Kang, Gong-Unn;Kim, Ki-Hyun
    • Asian Journal of Atmospheric Environment
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    • 제6권3호
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    • pp.234-243
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    • 2012
  • The wintertime high loading for atmospheric pollutants is certainly expected in the Byunsan Peninsula of Korea because of a great-scale reclamation project having construction of 33 km tidal sea dike impounding an area of over 40,000 ha and long-range transport. The goal of this study is to trace the origin of this wintertime burden for ambient particulate matter (hereafter called "PM") in the Byunsan Peninsula of Korea. The size-segregated (i.e., cutoff size from 0.01 ${\mu}m$ to 4.7 ${\mu}m$) PM sampling was conducted at a ground-based site of Byunsan Peninsula located in the west coast of Korean Peninsula during the height of dike constructing. Data archived in this study are the mass concentrations of ionic, elemental, and carbonic components in size-fractioned PM. The elemental mass of individual submicrometer particles was also analyzed. The sum of 5-source (i.e., elemental carbon, organic materials, inorganic secondary pollutants, crustal matter, and sea-salts) concentrations shows the bimodal distribution (major and minor peaks formed around $D_p$, 0.65 ${\mu}m$ and $D_p$, 4.7 ${\mu}m$, respectively) by border with 0.19 ${\mu}m$ of cutoff size. The concentrations of EC in $PM_{1.1-0.01}$ in winter and spring times were 4.62 ${\mu}g\;m^{-3}$ and 3.74 ${\mu}g\;m^{-3}$, respectively. Elemental masses of submicron individual particles are classified into two groups, i.e., the major elements (Cl, Al, Si, S, and P) and the minor trace elements. Cluster analysis differentiated the elements in submicron individual particles into 4-cluster. Among them, three clusters are in agreement with the major (Al, Si, S, and P), minor (Fe, Ca, and K), and trace compositions of coal burning. Meanwhile, Cl classified as an independent cluster has different source profile which was mainly due to the Saemangeum seawall project. Some highly toxic elements (e.g., Cr, Mn, and As (and/or Pb)) were also detected in some part of submicron individual PM. As a consequence, the combination of the Saemangeum project and winter monsoon played a considerable part in the double aggravation of wintertime air pollution in the Byunsan Peninsular.

결정화도에 따른 Li3V2(PO4)3 음극의 전기화학적 특성 (Electrochemical Characteristics of Li3V2(PO4)3 Negative Electrode as a Function of Crystallinity)

  • 구준환;박경진;류지헌;오승모
    • 전기화학회지
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    • 제15권1호
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    • pp.27-34
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    • 2012
  • 열처리 온도를 $600^{\circ}C$$800^{\circ}C$로 다르게 하여 비정질 및 결정질구조의 탄소를 포함하는 $Li_3V_2(PO_4)_3/C$분말을 각각 합성하였으며, 결정성에 따른 리튬 이차전지용 음극으로의 특성을 비교하였다. 결정질 $Li_3V_2(PO_4)_3/C$은 추가반응에 의하여 리튬이 저장되기 때문에 260 mAh $g^{-1}$의 제한된 용량만을 지니고 있음에 비하여, 비정질 $Li_3V_2(PO_4)_3/C$는 3가의 바나듐이 금속상태에 근접할 정도로 가역적으로 반응되어 460 mAh $g^{-1}$의 큰가역용량을 발현함을 확인하였다. 이는 비정질 구조에서 기인하는 특성으로 유연한 구조로 인한 새로운 리튬의 저장공간이 확보되는 것 때문이라 할 수 있다. 또한, 비정질 $Li_3V_2(PO_4)_3/C$는 비정질 구조에 기인하는 선형적인 충방전 곡선을 지니고 있어 정확한 충전심도의 예측이 용이할 뿐만 아니라, 결함구조에서 유발된 리튬이온의 향상된 확산성으로 인하여 우수한 속도 특성도 나타내고 있다.