Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2016.11a
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pp.181-181
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2016
Hydrogenated microcrystalline silicon (${\mu}c-Si:H$) films have attracted much attention as materials of the bottom-cells in Si thin film tandem photovoltaics due to their low bandgap and excellent stability against light soaking. However, in PECVD, the source gas $SiH_4$ must be highly diluted by $H_2$, which eventually results in low deposition rate. Moreover, it is known that high-rate ${\mu}c-Si:H$ growth is usually accompanied by a large number of dangling-bond (DB) defects in the resulting films, which act as recombination centers for photoexcited carriers, leading to a deterioration in the device performance. During film deposition, Si nanoparticles generated in $SiH_4$ discharges can be incorporated into films, and such incorporation may have effects on film properties depending on the size, structure, and volume fraction of nanoparticles incorporated into films. Here we report experimental results on the effects of nonoparticles incorporation at the different substrate temperature studied using a multi-hollow discharge plasma CVD method in which such incorporation can be significantly suppressed in upstream region by setting the gas flow velocity high enough to drive nanoparticles toward the downstream region. All experiments were performed with the multi-hollow discharge plasma CVD reactor at RT, 100, and $250^{\circ}C$, respectively. The gas flow rate ratio of $SiH_4$ to $H_2$ was 0.997. The total gas pressure P was kept at 2 Torr. The discharge frequency and power were 60 MHz, 180 W, respectively. Crystallinity Xc of resulting films was evaluated using Raman spectra. The defect densities of the films were measured with electron spin resonance (ESR). The defect density of fims deposited in the downstream region (with nonoparticles) is higher defect density than that in the upstream region (without nanoparticles) at low substrate temperature of RT and $100^{\circ}C$. This result indicates that nanoparticle incorporation can change considerably their film properties depending on the substrate temperature.
A PEMFC system model for FCEV was constructed and simulated numerically to examine the heat/water flow of the system and air/fuel humidification process for various operation conditions (ambient pressure /temperature/humidity, operating temperature, power load). We modeled PEMFC stack which can generate maximum electricity of about 80 kW. This stack consists of 400 unit cells and each unit cell has $250cm^2$ reacting area. Uniform current density and uniform operating voltage per each cell was assumed. The results show the flow characteristics of heat and water at each component of PEMFC system in macro-scale. The capacity shortage of the radiator occurred when the ambient was hot $(over\;40^{\circ}C)$ and power level was high (over 50 kW). In spite of some heat release by evaporation of water in stack, heat unbalance reached to 20kW approximately in such a severe operating condition. This heat unbalance could be recovered by auxiliary radiators or high speed cooling fan with additional cost. In cold environment, the capacity of radiator exceeded the net heat generation to be released, which may cause a problem to drop the operating temperature of stack. We dealt with this problem by regulating mass flow rate of coolant and radiator fan speed. Finally, water balance was not easily broken when we retrieved condensed and/or unused water.
A pin-on-disk test is performed to measure the wear volume of a ductile cast iron (DCI) roll when it wears down using a high carbon steel and two alloy steels at different sliding velocities between the roll and the material (steel). Normal pressure is set as constant and test temperatures are 400, 500 and $600^{\circ}C$. In addition, thermal softening behavior of the DCI roll is examined using a high-temperature micro-hardness tester and the surface hardness variation of the DCI roll is expressed in terms of temperature and heating time. Based on experimental data, a wear coefficient used in Archard's wear model for each material is obtained. The wear volume is clearly observed when the test temperature is $400^{\circ}C$ and sliding velocity varies. However, it is not measured at temperatures of $500^{\circ}C$ and $600^{\circ}C$ even with variations in sliding velocity. From the optical photographs of the pin and disk, the abrasive wear is observed at $400^{\circ}C$ clearly, but no at $500^{\circ}C$ and $600^{\circ}C$. At higher temperatures, the pin surface is not smooth and has many tiny caves distributed on it. It is found that wear volume is dependent on the carbon contents rather than alloy contents. Results also reveal that the variations of wear coefficients are almost linearly proportional to the carbon contents of the material.
To characterize thermo-chemical feature of sugar conversion of woody biomass, poplar wood ($Populus\;alba{\times}glandulosa$) powder was treated with supercritical water system. Supercritical water treatment (SCWT) was performed for 60 seconds at different temperatures (subcritical zone 350; supercritical zone $300,\;400,\;425^{\circ}C$) under two pressures $230{\pm}10atm$ as well as $330{\pm}10atm$, respectively, using flow type system. After separation of solid residues from SCWT products, the monomeric sugars in aqueous part converted from poplar wood powder were quantitatively determined by high performance anionic exchange chromatography [HPAEC] equipped with PAD detector and Carbo Pac PA10 column. As the temperature treated increased, the degradation of poplar wood powder was enhanced and ca 83% of woody biomass was dissolved into the water at $425^{\circ}C$. However, the pressure didn't help the degradation of biomass components. At subcritical temperature range, xylose was first formed by degradation of xylan, which is main hemicellulose component in hardwood species, while cellulose degradation started at the transition zone between sub and supercritical conditions and was remarkably accelerated at the supercritical temperature. In the supercritical water system the maximum yield of monomeric sugars amounts to ca. 7.3% based on oven dried wood weight at $425^{\circ}C$.
The family of (Sr,Mg)-doped $LaGaO_3$ compounds, which exhibit high ionic conductivity at $600-800^{\circ}C$ over a wide range of oxygen partial pressure, appears to be promising as the electrolyte for intermediate temperature solid oxide fuel cells. Conventional synthesis routes of (Sr,Mg)-doped $LaGaO_3$ compounds based on solid state reaction have some problems such as the formation of impurity phases, long sintering time and Ga loss during high temperature sintering. Phase stability problem especially, the formation of additional phases at the grain boundary is detrimental to the electrical properties of the electrolyte. From this point of view, we focused to synthesize single phase (Sr,Mg)-doped $LaGaO_3$ electrolyte at the stage of powder synthesis and to apply relatively low heat-treatment temperature using novel synthesis route based on combustion method. The synthesized powder and sintered bulk electrolytes were characterized by XRD, TG-DTA, FT-IR and SEM. AC impedance spectroscopy was used to characterize the electrical transport properties of the electrolyte with the consideration of the contribution of the bulk lattice and grain boundary to the total conductivity. Finally, relationship between synthesis condition and electrical properties of the (Sr, Mg)-doped $LaGaO_3$ electrolytes was discussed with the consideration of phase analysis results.
This paper describes the experimental study of reverse-Brayton refrigeration system for application to high temperature superconductivity electric devices and LNG re-liquefaction. The reverse-Brayton refrigeration cycle is designed with operating pressure of 0.5 and 1.0 MPa, cooling capacity of 2 kW at 77 K, and neon as a working fluid. The refrigeration system is developed with multi scroll compressor, turbo expander and plate heat exchanger. From experiments, the performance characteristics of used components is measured and discussed for 77-120 K of operating temperature. The developed refrigeration system shows the cooling capacity of 1.23 kW at 77 K and 1.64 kW at 110 K.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.4
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pp.551-561
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1998
This paper was studied to understand the characteristics of heat transfer coefficients and surface temperature distributions around a circular combustion chamber within the heat-intercept duct of kerosene fan heater. The experiment was carried out in the heat-intercept duct of kerosene fan heater attached to the blow-down-type subsonic wind tunnel with a test section of 240 mm * 240 mm * 1200 mm. The purpose of this paper was to obtain the basic data related with normal combustion for new design from conventional kerosene fan heater, and to investigate the effect of surface temperature, local and mean heat transfer coefficients versus flow-rate of convection axial fan according to the variations of heat release conditions from kerosene fan heater during normal combustion. Consequently it was found that (i) the revolution of convection axial fan during combustion had a smaller value than that of non-combustion because of the thermal resistance due to the high temperature in the heat-intercept duct, (ii) the pressure ratio P$_{2}$/P$_{1}$ had a comparatively constant value of 0.844 according to the revolution increase of turbo fan and the heating performance of kerosene fan heater had a range of 1,494 ~ 3,852 kcal/hr, (iii) the local heat transfer coefficient around a circular combustion chamber had a comparatively larger scale in the range of 315 deg. < .theta. < 45 deg. than that in the range of 90 deg. < .theta. < 270 deg. as a result of heat transfer difference between front and back of a circular combustion chamber, and (iv) the mean heat transfer coefficient around a circular combustion chamber increased linearly like a H$_{m}$=95.196Q+104.019 in condition of high heat release according to the increase of flow-rate of axial fan.n.
This study investigated the effect of bonding temperature and holding time on microstructures and mechanical properties of diffusion bonded joint of Haynes230. The diffusion bonds were performed at the temperature of 950, 1050, and $1150^{\circ}C$ for holding times of 30, 60, 120 and 240 minutes at a pressure of 4MPa under high vacuum condition. The amount of non-bonded area and void observed in the bonded interface decreased with increasing bonding temperature and holding time. Cr-rich precipitates at the linear interface region restrained grain migration at $950^{\circ}C$ and $1050^{\circ}C$. However, the grain migration was observed in spite of short holding time due to the dissolution of precipitates to base metal in the interface region at $1150^{\circ}C$. Three types of the fracture surface were observed after tensile test. The region where the coalesce and migration of grain occurred much showed high fracture load because of base metal fracture whereas the region where those did less due to the precipitates demonstrated low fracture load because of interface fracture. The expected fracture load could be derived with the value of fracture area of base metal ($A_{BF}$) and interface ($A_{IF}$), $Load=201A_{BF}+153A_{IF}$. Based on this equation, strength of base metal and interface fracture were calculated as 201MPa and 153MPa, respectively.
The factors which affect the absorption and diffusion of disperse dye in print paste for polyester film were investigated using film roll method. When Emvatex print paste of different disperse dye concentrations were fixed by high temperature steaming(HTS) for 2 hr at $190^{\circ}C$, the dye uptake and diffusion distance of 50g/kg dye concentration for PET film were very low, but those of 100$\sim$300g/kg were increased with increasing dye concentration. It was found that sodium alginate(5%) was more effective for the absorption and diffusion of disperse dye to PET film than CMC(3%) and Emvatex(18%), and Emvatex showed comparatively low absorption in three thickeners used. The dye uptake and diffusion distance of disperse dye in sodium alginate paste for PET film were increased with increasing paste thickness to $160\sim180{\mu}m$, but were decreased at $200\sim220{\mu}m$ in both fixations of baking and HTS for 2 hr at $190^{\circ}C$, and were far more largely increased by fixation of HTS than baking because steam was very important for fixation. Also it was confirmed that dye uptake was slightly increased as steam supply pressure was raised from 1 $kg/cm^2$ to 2 $kg/cm^2$, andthe dye uptake and diffusion distance of disperse dye were outstandingly increased with raising fixing temperature from $170^{\circ}C$ to $190^{\circ}C$ and fixing time from 0.5 hr to 3 hr in the fixation of HTS.
$Mg_{3-x}Zn_xSb_2$ powders with x = 0-1.2 were fabricated by mechanical alloying in a planetary ball mill with a speed of 350 rpm for 24 hrs and then hot pressed under a pressure of 70 MPa at 773 K for 2 hrs. It was found that there were systematic shifts in the X-ray diffraction peaks of $Mg_3Sb_2$ (x = 0) toward a higher angle with increasing Zn for both the powder and the bulk sample and finally the phase of $Mg_{1.86}Zn_{1.14}Sb_2$ was formed at the Zn content of x = 1.2. The $Mg_{3-x}Zn_xSb_2$ compounds had nano-sized grains of 21-30 nm for the powder and 28-66 nm for the hot pressed specimens. The electrical conductivity of hot pressed $Mg_{3-x}Zn_xSb_2$ increased with increasing Zn content and temperature from 33 $Sm^{-1}$ for x = 0 to 13,026 $Sm^{-1}$ for x = 1.2 at 323 K. The samples for all the compositions from x = 0 to x = 1.2 had positive Seebeck coefficients, which decreased with increasing Zn content and temperature, which resulted from the increased charge carrier concentration. Most of the samples had relatively low thermal conductivities comparable to the high performance thermoelectric materials. The dimensionless figure of merit of $Mg_{3-x}Zn_xSb_2$ was directly proportional to the Zn content except for the compound with Zn = 1.2 at high temperature. The $Mg_{3-x}Zn_xSb_2$ compound with Zn = 0.8 had the largest value of ZT, 0.33 at 723 K.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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