• Title, Summary, Keyword: 열-탄소성

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Thermo-Elastoplastic Analysis of Ni/Al$_2$O$_3$Heat-Resisting Functionally Graded Composites (Ni/Al$_2$O$_3$기능경사 내열복합재의 열-탄소성 해석)

  • 조진래;김병국;하대율
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.14 no.1
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    • pp.11-19
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    • 2001
  • 기능경사재(FGM)는 구성 물질의 체적분율(volume fraction)이 복합재 전체에 걸쳐 연속적 그리고 기능적으로 분포되어 있어, 기존의 이종물질 접합식(bi-material-type) 복합재보다 현저히 우수한 열기계적 특성을 가진다. 하지만, 기능경사 내열복합재의 열-탄소성 거동은 체적분율의 분포형태와 경사층이 차지하는 상대두께비에 따라 절대적으로 좌우된다. 본 연구는 기능경사 내열복합재의 열-탄소성 특성의 이들 두 설계인자에 대한 파라메트릭 FEM해석을 다룬 것이다. 열-탄소성 이론과 유한요소 근사화에 따라 연구용 2차원 FEM 프로그램을 개발하고, 대표적인 3층 구조의 2차원 기능경사 내열복합재의 열-탄소성 특성을 설계변수의 다양한 조합에 따라 분석하였다.

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추진기관 노즐용 Needle Punch 탄소/탄소 복합재료 제조

  • Jo, Dae-Hyeon;Jo, Chae-Uk;Lee, Jong-Mun;Gu, Hyeong-Hoe;Lee, Jae-Yeol;Yun, Nam-Gyun
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • pp.467-470
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    • 2008
  • 추진기관용 노즐에 사용하는 대표적인 소재로는 흑연소재와 탄소/탄소 복합재료를 들 수 있다. 흑연 소재는 열충격 저항성이 취약하여 사용 중 파손의 발생가능성이 높아 현재는 열축격 저항성이 우수한 탄소/탄소 복합재료를 주로 사용하고 있다. 본 연구를 통하여 수입에 의존하였던 Quasi-3D 구조의 니들펀치(Needle Punch) 프리폼을 국산화 개발하였다. 본 연구에서는 니들펀치 프리폼의 제조 공정 및 밀도화 공정을 다루고자 한다.

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그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조 합성

  • Jeong, Sang-Hui;Song, U-Seok;Lee, Su-Il;Kim, Yu-Seok;Cha, Myeong-Jun;Kim, Seong-Hwan;Jo, Ju-Mi;Jeong, Min-Uk;Park, Jong-Yun
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.613-613
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    • 2013
  • 그래핀은 저차원계 구조에서 기인하는 뛰어난 전기적, 물리적, 기계적 성질을 지니고 있어 실리콘 기반 기술을 대체할 전계 효과 트랜지스터 이외에도 투명전극, 초고용량 커패시터, 전계방출 디스플레이 등 다양한 응용분야에 적용 가능하다. 최근에는 이러한 응용 연구분야에서 그래핀과 탄소나노튜브 각각의 단점을 최소화하고 장점을 극대화하기 위한 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조에 대한 연구들이 진행되고 있는 추세이다. 이전 연구들에서 환원된 그래핀 산화물(Reduced Graphene Oxide, RGO)을 이용한 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조가 제작되었는데, 이는 RGO의 제작과정에서 복잡한 공정과 긴 합성과정이 요구될 뿐 아니라, 복합 물질에서 탄소나노튜브의 밀도 제어가 어렵다는 단점을 지닌다. 또한 현재까지 제작된 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조의 경우, 열 화학기상증착법으로 합성된 다층(few-layers)의 그래핀과 탄소나노튜브 혼성 나노구조를 제작하였다 [1-6]. 본 연구에서는 우수한 전기적 특성을 가진 단층(monolayer)의 그래핀을 열 화학기상증착법으로 합성한 후, 그래핀 위에 단일벽 탄소나노튜브를 성장시킴으로써 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조를 제작하였다. 합성된 그래핀-탄소나노튜브의 구조적 특징은 주사 전자 현미경과 라만 분광기 측정을 통해 확인하였고, 촉매의 표면 형상 및 화학적 상태는 원자힘 현미경과 X선 광전자 분광법을 통해 확인하였다. 또한 그래핀 기반의 전계 효과 트랜지스터의 경우, 상온에서 그래핀은 우수한 전하 이동도를 가지며 웨이퍼 스케일에서 제작하기 쉬우나 밴드 갭이 없으므로 높은 Ion/Ioff를 가지는 그래핀 기반의 트랜지스터를 만드는 것이 과제이다. 반면 탄소나노튜브는 큰 에너지 갭을 가지고 있으므로 높은 Ion/Ioff를 구현하는 소자 제작이 가능하다. 그리하여 제작된 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조의 소자 제작을 통해 전기적 특성을 조사하였다.

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Finite Element Formulation for the Finite Strain Thermo-Elasto-Plastic Solid using Exponential Mapping Algorithm : Model and Time Integration Scheme (지수 사상을 이용한 비선형 열-탄소성 고체의 유한요소해석 : 모델과 시간적분법)

  • 박재균
    • Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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    • v.8 no.2
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    • pp.19-25
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    • 2004
  • The linear analysis for the balance of linear momentum of a structure is relatively easy to perform, but the error becomes large when the structure experiences large deformation. Therefore, the material and geometric nonlinearity need to be considered for the precise calculations in that case. The plastic flow of a ductile steel-like metal mainly transforms its dissipated mechanical energy into heat, which transfers under the first and second law of thermodynamics. This heat increases the temperature of the material and the strength of the material decreases accordingly, which affects mechanical behavior of the given structure. This paper presents a finite-strain thermo-elasto-plastic steel model. This model can handle large deformation and thermal load simultaneously, which is common during earthquake periods. Two 3-dimensional finite element analyses verify this formulation.

Thermodynamic cheracteristics of micro algae for energy conversion (조류 부산물의 에너지 전환을 위한 열역학 특성 고찰)

  • Lee, See-Hoon;Seo, Myung-Won;Kim, Sang-Don
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.447-450
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    • 2009
  • 2세대 바이오연료 생산에 적용되는 미세 조류의 열화학적 전환 특성을 열천칭 반응기를 이용하여 고찰하였다. 반응 온도 (500 - $800^{\circ}C$)와 수분 함량 (0-60wt.%)을 변수로 하였으며 미세조류로서 가장 널리 이용되는 클로렐라를 이용하였다. 대표적인 열화학적 전환 반응인 열분해, 부분 산화 (5%), 연소 반응을 고찰하였으며 실험 영역에서 반응온도 및 산소의 분압이 증가함에 따라 탄소 전환율이 증가하였으며 Shrinking-core model을 사용하여 반응 차수를 구하였다. 가스화 영역인 부분 산화 (5%) 조건에서의 activation energy와 frequency factor 값은 각각 19.60 kJ/mol, $2.47{\times}10-1\;s^{-1}$ 이었으며 산소 분압에 의한 반응 차수는 0.209 임을 확인하였다. 수분 함량에 따른 클로렐라의 반응 특성을 살펴보면, 수분 함량이 증가함에 따라 탄소 전환율과 반응성이 감소하는 경향이 발견되었다. 열분해의 경우, 건조 시료에 비하여 수분 함량이 늘어남에 따라 탄소 전환율과 반응성이 급격하게 감소하는 경향을 보였다. 반면, 부분 산화(5%) 및 연소의 경우에는 건조 시료, 수분 함량 20, 40% 시료의 탄소 전환율과 반응성은 거의 일정하였다. 그러나 수분 함량이 60%가 되면서 탄소 전환율 및 반응성이 급격히 떨어졌다.

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탄소나노튜브 나노유체의 파울링 현상에 따른 열적 특성에 대한 연구

  • Mun, Ji-Eun;Kim, Yeong-Hun;Kim, Nam-Jin
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.383.1-383.1
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    • 2016
  • 열전달 시스템에서 임계 열유속 발생 시 시스템의 물리적 손상을 야기하기 때문에 비등 열전달에서 임계 열유속은 열전달 시스템의 한계 또는 안전성을 나타낸다. 따라서 열전달 시스템의 안정성을 위해서는 임계 열유속 향상이 필수적이다. 최근에는 나노유체를 열전달 시스템에 적용할 경우 임계 열유속이 증가한다고 보고되었다. 하지만 나노유체는 원전 및 각종 열전달 시스템에 적용 시 나노입자가 열전달 표면에 침착되는 파울링 현상을 발생시킬 수 있으며, 이 때문에 시스템의 열효율이 크게 감소할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 열전달 시스템에 나노유체를 적용했을 때, 나노유체의 침착현상이 시스템에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 유속과 코팅시간이 증가할수록 산화처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체의 임계 열유속이 크게 증가하고 있음을 확인할 수 있다. 하지만 나노입자 침착정도와 유속이 증가할수록 비등 열전달 표면과 유체의 포화온도의 차이인 과열도가 상당히 크게 증가함을 알 수 있었으며, 열전달 계수는 순수 물의 0 m/s의 비등 열전달 계수와 비교하면 감소하는 것을 확인하였다.

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Characterization of Graphene Transparent Conducting Film Fabricated on Self-Assembled Monolayers/Polyethylene Terephthalate

  • Go, Yong-Hun;Jeong, Dae-Seong;Adhikari, Prashanta Dhoj;Cha, Myeong-Jun;Jeon, Seung-Han;Park, Jong-Yun
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.380.1-380.1
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    • 2014
  • 열 화학기상증착법은 여러 가지 그래핀의 제작방법 중 대면적으로 양질의 그래핀을 효과적으로 합성할 수 있는 방법으로 널리 이용되고 있다. 이 방법으로 그래핀을 합성할 경우, 주요 변수로 성장 온도와 촉매 금속이 있으며 이를 적절히 조절함으로써 합성되는 그래핀의 결정성과 층수를 조절할 수 있다[1-3]. 본 연구에서는 탄소 용해도가 작은 두꺼운 촉매 금속 기판 위에 선택적인 위치에 탄소 용해도가 큰 얇은 촉매 금속을 증착하여 그래핀의 층수를 적절하게 제어하고자 한다. 그래핀을 합성하기 위해 온도를 증가시키는 과정에서 두 층의 촉매 금속은 표면 에너지를 낮추기 위해 합금을 형성하게 되며, 이 때 탄소 용해도가 변화할 것으로 예상된다. 이 변화하는 탄소 용해도에 맞추어 탄소 공급원인 메탄 가스를 주입하는 시기를 적절히 조절하게 되면, 합성되는 그래핀의 층수 조절이 가능할 것이라 예상한다. 탄소 용해도가 큰 금속으로 니켈을, 탄소 용해도가 작은 금속으로 구리를 선택하였다. 우선 니켈의 확산 거리를 계산하여 메탄 가스를 주입하는 적절한 온도를 결정하였으며, 이 온도를 기준으로 표면에서의 니켈의 함량을 분석하였다. 니켈의 함량과 표면에서의 탄소의 구성비의 관계를 조사한 결과, 본 실험에서 이용한 방법으로 그래핀의 층수를 조절하는 것이 가능하다는 것을 확인하였다.

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Introduction of Barcelona Basic Model for Analysis of the Thermo-Elasto-Plastic Behavior of Unsaturated Soils (불포화토의 열·탄소성 거동 분석을 위한 Barcelona Basic Model 소개)

  • Lee, Changsoo;Yoon, Seok;Lee, Jaewon;Kim, Geon Young
    • Tunnel and Underground Space
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    • v.29 no.1
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    • pp.38-51
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    • 2019
  • Barcelona Basic Model (BBM) can describe not only swelling owing to decrease in effective stress, but also wetting-induced swelling due to decrease in suction. And the BBM can also consider increase in cohesion and apparent preconsolidation stress with suction, and decrease in the apparent preconsolidation stress with temperature. Therefore, the BBM is widely used all over the world to predict and to analyze coupled thermo-hydro-mechanical behavior of bentonite which is considered as buffer materials at the engineered barrier system in the high-level radioactive waste disposal system. However, the BBM is not well known in Korea, so this paper introduce the BBM to Korean rock engineers and geotechnical engineers. In this study, Modified Cam Clay (MCC) model is introduced before all, because the BBM was first developed as an extension of the MCC model to unsaturated soil conditions. Then, the thermo-elasto-plastic version of the BBM is described in detail.

CVD를 이용한 수직으로 정렬된 탄소나노튜브의 합성과 성장한계에 관한 메커니즘

  • Park, Sang-Eun;Song, U-Seok;Kim, Yu-Seok;Song, In-Gyeong;Lee, Su-Il;Park, Jong-Yun
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.615-615
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    • 2013
  • 탄소나노튜브(carbon nanotubes; CNT)는 강철보다 10~100배 견고할 뿐만 아니라 영률과 탄성률 은 각각 1.8 TPa, 1.3 TPa에 달하는 매우 우수한 기계적 강도를 지니고 있으며, 구리보다 좋은 전기 전도도와 다이아몬드의 2배에 이르는 열전도도를 지닌 물질이다. 이러한 탄소나노튜브의 우수한 특성을 이용하여 나노섬유, 고분자-탄소나노튜브의 고기능 복합체, 나노소자, 전계방출원(field emitter), 가스센서 등 다양한 분야로의 활용을 위한 연구가 진행되고 있다. 특히, 수백 ${\mu}m$ 이상의 길이로 수직 성장된 탄소나노튜브(VA-CNTs)의 합성은 길이 대 직경의 비(aspect ratio)가 비약적으로 증가하여 앞서 언급한 분야로의 활용이 더욱 유리하며, 그 중에서도 대량 생산, 나노섬유 및 나노복합체로서의 활용에 극히 유용하다. 최근에는 열 화학기상증착(thermal chemical vapor deposition; TCVD)법을 이용하여 탄소나노튜브의 구조를 제어하는 연구들이 많이 보고되고 있다. 열 화학기상증착을 이용한 수직 정렬된 탄소나노튜브의 합성에서 합성조건의 변화는 탄소나노튜브의 길이, 벽의 수, 직경, 결정성 등 구조에 큰 영향을 미친다. 탄소나노튜브는 이러한 구조에 따 라 물리적 특성이 달라지기 때문에 다양한 분야로의 응용을 위해서는 합성에 대한 근본적인 이해 가 절실히 요구된다. 본 연구에서는 열 화학기상증착법을 이용한 합성에서 성장압력의 변화에 따른 탄소나노튜브의 구조적 특성을 조사하였다. 성장압력의 변화는 탄소나노튜브의 밀도, 길이, 결정성에 큰 영향을 미치는 것을 주사전자현미경과 라만분광법을 이용하여 확인하였다. 이러한 결과 는 탄소나노튜브 박막(CNT forest)의 가장자리(edge)에 비정질 탄소(amorphous carbon)의 흡착으로 인한 나노튜브사이의 간격(intertube distance)이 좁아짐에 따른 가스공급 차단 효과로 설명이 가능 하다. 또한, 마이크로웨이브 플라즈마 화학기상증착법을 이용하여 탄소나노튜브를 합성하였다. 합성과정 중 산소(O2)를 주입 하였을 경우, 그렇지 않은 경우에 비하여 성장 속도가 증가하여 3시간 합성 시 2 mm가 넘는 수직 정렬된 탄소나노튜브를 합성 할 수 있었다. 이러한 결과는 과잉 공급 되어 탄소나노튜브로 합성되지 못하고 촉매금속의 표면과 탄소나노튜브의 벽에 비정질의 형태로 붙어있는 탄소 원자들을 추가 주입해 준 산소에 의하여 CO 또는 CO2 형태로 제거해 줌으로써 활성화된 촉매금속의 반응 시간을 향상 시켜주어 탄소공급이 원활하게 이루어졌기 때문이라 생각된다.

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Thermal Analysis of Satellite Panel Using Carbon Composites (탄소복합재를 이용한 위성 패널의 열해석)

  • Jun, Hyoung-Yoll;Kim, Jung-Hoon;Park, Jong-Seok;Park, Kun-Joo
    • Aerospace Engineering and Technology
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    • v.10 no.2
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    • pp.114-120
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    • 2011
  • Thermal control of satellite is mainly based on passive ways, such as the radiator made of aluminum honeycomb core with aluminum skins and OSR (Optical Solar Reflector). Additionally, for the thermal control of high dissipation unit, the aluminum doubler and heat pipe are utilized. Recently, efforts to find advanced thermal materials have been carried out to enhance heat rejection capability without increasing satellite size, weight and cost. This paper handles the carbon composites have high thermal conductivity with light weigh and have been considered as future thermal control materials to replace aluminum based radiator and doubler. Thermal analysis of satellite panel using APG(Annealed Pyrolytic Graphite) and carbon-carbon composites were performed and temperature contours were compared with the conventional thermal control methods.