캘빈 구조체로 이상화된 다공질 재료의 기공율과 음탄성과의 상관관계 연구

김노유(Nohyu Kim),최민주(Min Joo Choi) 한국비파괴검사학회 2021 한국비파괴검사학회지 Vol.41 No.6

본 논문에서는 다공질 재료의 불규칙한 미세구조를 캘빈 단위셀로 이루어진 규칙적인 패턴의 캘빈 구조체로 이상화하고 이 재료의 음탄성 특성과 기공율(porosity)과의 상관관계를 이론과 초음파 시험을 통해 조사하였다. 다공질 재료의 미세 구조를 다면체(polyhedron)인 캘빈 구조체로 가정하여 다공질 재료의 다양한 공극률을 이 다면체의 형상특성 변수들로 표현하고 이 변수들을 이용하여 재료의 탄성계수를 표현함으로서 캘빈 구조체 모델의 기공율과 음탄성 특성과의 상관관계를 이론적으로 평가하였다. 또한 캘빈 구조체의 기공율을 62%에서부터 95%까지 변화시킨 3D CAD 모델을 설계한 후 3D 프린터로 제작하여 초음파 시험을 통해 음속을 측정하고 탄성계수를 계산함으로서 기공율 변화에 따른 캘빈 구조체의 음탄성 특성을 실험적으로 조사하였다. 초음파 음속시험으로 결정된 탄성계수는 기공율의 증가에 따라 모재인 ABS 플라스틱 탄성계수의 11%에서 0.5%까지 선형적으로 크게 감소하는 것으로 나타났으며 이론 및 경험식에 의해 계산된 결과와 비교해 잘 일치하는 것으로 확인되었다. In this paper, a Kelvin structure is proposed to model the irregular and complex microstructures of porous materials. The effect of the porosity of the Kelvin-structured model of porous materials on acoustoelastic characteristics, such as sound speed and elastic modulus, is investigated. A generalized tetrakaidecahedron, the so-called Kelvin cell, is introduced and a mathematical model of the microstructure of porous materials is developed using the geometric parameters of the open Kelvin cell. The porosity and acoustoelastic characteristics of the Kelvin model were calculated and compared with experimental results. To determine the effect of the porosity of the Kelvin structure on the acoustoelastic properties, eight Kelvin-structured samples with porosities ranging from 62% to 95% were fabricated using a 3D printer and tested using an ultrasonic pulse-echo method to measure the speed of sound in the specimen. The elastic modulus determined from the ultrasonic sound speed decreased from 11% that of the bulk material (ABS plastic) to 0.5%, as the porosity increased from 62% to 95%, which is consistent with theoretical and empirical results.

집진용 세라믹 필터의 제조 및 공기 투과 특성

이승인,박재구,정재화 한양대학교 환경공학연구소 2000 環境科學論文集 Vol.21 No.-

슬러리발포 및 겔캐스팅법을 이용하여 세라믹 다공체를 제조하였다. 또한, 이를 분진제거용 여과재로 응용하기 위해 기공구조 및 공기 투과율에 관한 연구를 실시하였다. 기공률은 80% 정도이며, 100㎛와 200㎛, 두 종류의 기공크기를 갖는 다공체를 제조하였다. 기공들은 창(window)을 통해 연결된 연속성 기공구조를 갖는다. 미세분진을 제거하기 위해, 다공체의 한쪽 면은 표면여과층을 형성하였으며, 기공크기는 10 ㎛이하이다. 기공크기가 200㎛인 다공성지지체의 경우, 900∼1000×10-13 ㎥의 투과율은 나타내었으며,기공크기가 100㎛인 지지체의 투과율은 600∼700 × 10-13 ㎥로 각각 측정되었다. 표면여과층이 형성된 여과재의 투과율은 약 200 × 10-13 ㎥로서 지지체의 기공크기에 관계없이 거의 일정한 값을 나타냈다. 또한, Flyash 분진을 이용하여 측정한 여과재의 집진효율은 99.9% 이상인 것으로 나타났다. This study was carried out to evaluate the pore structure and air permeability of the foam ceramic filter prepared by using foam method. Two different types of agents, Benzethonium chloride(C27H42NO2Cl) and Sodium Lauryl Sulfate(CH3(CH2)11OSO3Na) were used for foaming slurry. Porosity of foam ceramics was about 80 % and pore sizes were differed as 200 and 100 ㎛ respectively according to types of agents. It was observed that foam ceramics had continuous pore structure that pores were connected each other by small pathways called windows. For collecting dust, one side of foam ceramic support was coated with fine particles that the size was 20∼50 ㎛. Pore size of the coating layer was under 10 ㎛. Permeability of foam ceramics is proportional to pore size. But coated ceramic filters have similar values without regard to pore size of supports. The permeability of supports was varied with pore size in the range of 600 × 10-13 ㎥ to 1000 × 10-13 ㎥. And for the case of the coated ceramic filter, it was about 200 × 10-13 ㎥. As a result of dust collection test with fly ash, the particle removal efficiency for the oeramic filter specimen was estimated over the 99.9%.

표면접착필름이 복합재 일체형 구조물에서의 기공 거동에 미치는 영향

박동철,김윤해 한국복합재료학회 2020 Composites research Vol.33 No.3

In this study, void behavior of composite laminate by local internal pressure gradient due to structural geometry and surface film application condition was experimentally evaluated through fabrication of spar/skin integrated structure specimens. Viscosity comparison and thermal analysis for both carbon fiber prepreg and surface film were conducted and cure characteristic and rate difference were analyzed. 2 types of spar/skin integrated structural specimens were prepared based on different application condition of surface film. Subsequently, those specimens were evaluated through visual surface inspection, non-destructive and destructive inspection. In a specimen #1 with full application of surface film, low pressurized area of composite laminate created by pressure gradient of structural geometry had voids. It exhibited that voids could not be evacuated and were locked in cured laminate by the influence of pre-cured surface film with relatively faster cure rate. In a specimen #2 without surface film, it revealed that all internal voids disappeared in the cured laminate. Therefore, it is verified that surface film acts as barrier film preventing void movement and evacuation during autoclave cure. 본 연구에서는 스파/스킨 복합재 일체형 구조물 시편 제작을 통해 구조물 형상에 의한 국부적인 내부압력 구배 및 표면접착필름 적용 조건에 따른 복합재 내부 기공의 거동에 대하여 실험적으로 평가하였다. 표면접착필름과 탄소섬유 프리프레그 소재의 점도특성 및 열분석 비교를 통해 경화특성 및 속도 차이를 확인하였다. 그리고 스파/스킨 일체형 구조물 시편을 표면접착필름 적용 조건에 따라 2가지 유형으로 성형 제작하여 표면상태검사, 비파괴 검사 및 파괴 검사를 통하여 검증하였다. 표면접착필름이 전체 표면에 적용된 시편#1의 경우 내부구조에 의한 압력 구배가 발생하고 이로 인해 낮은 압력이 적용되는 부위에서 형성된 기공들이 먼저 경화된 표면접착필름에 막혀 배출되지 못함을 확인할 수 있었으며, 표면접착필름이 적용되지 않아 탄소섬유 프리프레그가 전면노출된 시편#2에서는 내부 기공이 완전히 배출됨을 볼 수 있었으며 미리 경화된 표면접착필름이 내부 기공 이동및 배출에 있어서 차단막(Barrier film)으로 작용할 수 있음을 확인하였다.

교정 및 학교 주변 식물을 활용한 기공 관찰 탐구의 교육적 활용

홍문기,김재근 한국현장과학교육학회 2016 현장과학교육 Vol.10 No.2

In this paper, we presented an observation procedure of stomata as five steps which consisted of ‘methods’ and ‘notes’ for improved educational utilization of stomata observation which has been considered as an important part in the learning of plant structure: (1) leaf sampling → (2) applying nail polish → (3) drying → (4) tape attachment → (5) make a preparat. And we suggested an differentiated inquiry instruction on stomata observation regarding students’ level of understanding to overcome environmental limitations on observation procedure of stomata in educational spots. The differentiated inquiry instruction on stomata observation can be composed of 1) a simple observation of permanent preparats, 2) making a preparat and observation, and 3) making various types of preparat and observation. We expect that the differentiated approach regarding students’ level of understanding can provide not only participating students but also teachers with motivations and interests. To use plant materials surrounding school area such as Acer palmatum, Buxus microphylla, Crepidiastrum sonchifolium, and Taraxacum officinale may be a useful alternative when environmental conditions of the school are restricted. We also recommend teachers to grow plant materials in company with students in schools for additional educational purposes such as eco-friendly attitude and emotional development. 본 논문에서는 초ㆍ중등 교과 내용 중 식물의 구조 학습에 있어 비중 있게 다루어져온 식물의 기공 관찰 탐구의 교육적 활용 제고를 위해 1) 기공관찰 탐구 수행의 핵심이 되는 과정이라 할 수 있는 식물 프레파라트 제작을 ‘제작 방법’과 ‘유의 사항’을 각각 포함하는 다섯 단계의 형태로 제시하였다: (1) 식물 잎 채취 → (2) 매니큐어 도포 → (3) 건조 → (4) 테이프 부착 → (5) 프레파라트 제작 및 기공 관찰. 또한, 2) 기존의 선행 연구들에서식물의 기공 관찰과 관련하여 여러 차례 지적하여온 한계점으로서의 환경적 요소들을 극복하기 위한 방안으로서, 수업 대상 학생들의 이해 수준을우선적으로 고려하는 기공 관찰 탐구 수업의 기획과 운용을 제안하는 바이다. 즉, 완성된 식물 프레파라트를 단순히 관찰하는 기초적인 수준에서부터직접 프레파라트를 제작하고 관찰하는 단계 그리고 더 나아가 다양한 환경 혹은 변화된 환경에서의 기공 특성에 관한 관찰 등의 수준별 탐구를 구성하여 운용하는 것이다. 이와 같이 학생들의 이해 수준에 맞추어 수준별로 운용되는 기공 관찰 탐구는 수업에 참여하는 학생들 뿐만 아니라 이를 지도하는교사들의 동기 부여와 흥미 유발도 가능하게 할 것으로 기대하는 바이다. 또한, 기공 관찰 재료 식물로서 일반적으로 사철나무, 양달개비 그리고 자주달개비 등이 권장되어 왔으나 고들빼기, 단풍나무, 서양민들레, 그리고 회양목과 같은 교정 및 학교 주변 식물들을 대상으로 한 기공 관찰 또한 유용한대안으로서 활용될 수 있음을 확인하였다. 더불어, 기공 관찰의 재료가 되는 식물들을 학생들과 함께 선정하여 교정에서 키우며 기공 관찰에 활용하는것은 관찰을 위한 재료 식물 공급 문제를 해결해줄 뿐만 아니라 학생들의 자연 친화적 태도나 정서 함양과 같은 교육적 효과를 기대해볼 수 있다는점에서도 좋은 대안이 될 수 있을 것이다.

황산 수용액을 이용한 양극산화 방식에서 온도 및 시간이 다공성 양극산화 알루미나 기공 배열 구조에 미치는 영향

곽진호,한진규,최용찬,부상돈 한국물리학회 2013 새물리 Vol.63 No.11

We investigated the effects of the anodizing time and temperature on the pore arrangement in porous anodic alumina (PAA) fabricated in 6 M sulfuric acid under a constant voltage by using the conventional two-step anodization method. The pore arrangement depended on the anodizing time and temperature. An ordered pore arrangement composed of regularly arranged hexagons with six pores having 15-nm diameter was obtained at a voltage of 18 V. We found that the best anodizing time and temperature to get a well-ordered pore arrangement in the anodized PAAs were 70 min and 24 C, respectively. The pore arrangement was analyzed by using the fast Fourier transformation (FFT) obtained from pore arrangement images of the PAAs. In addition, we found that the current density at the best conditions was larger than that at other conditions. These results indicate that the anodization time and temperature play important roles in the formation of the pore structure in PAAs. 본 연구에서는 6 M 황산 수용액에서 성장된 다공성 양극산화 알루미나 (porous anodic alumina, PAA)의 기공 배열이 일반적인 2단계의 양극산화 과정동안 일정한 전압과 양극산화 온도 및 시간에 따라 변화하는 영향에 대해 조사하였다. 15 nm의 직경을 가진 여섯 개의 기공들이 정육각형 형태를 형성하였고, 정육각형 형태가 모여 잘 정렬된 기공 배열구조를 구성하였다. 우리는 양극산화된 PAA에서 가장 잘 정렬된 기공 배열구조를 얻기 위한 최적의 양극산화 시간과 온도가 70분과 24 C라는 것을 알 수 있었다. 기공 배열구조는 PAA의 표면 기공 배열 이미지로부터 얻어진 fast Fourier transformation (FFT) 를 통하여 분석되었다. 또한, 우리는 최적의 조건에서 측정된 전류밀도가 다른 조건에서 형성될 때보다 높은 값을 가짐을 확인하였다. 이러한 결과들은 양극산화 시간과 온도가 PAA의 기공 구조를 형성되는데 중요한 영향을 미치는 변수임을 나타낸다.

광의의 미치광이풀속(Scopolia Jacq. s.l., 가지과-Hyoscymeae족)의 잎표피 미세구조와 이의 계통분류학적 중요성

홍석표,백진협,Hong, Suk-Pyo,Paik, Jin-Hyub 한국식물분류학회 2001 식물 분류학회지 Vol.31 No.3

세계산 Scopolia Jacq. s.l.에 포함되는 세 개의 속인 Scopolia s.s., Anisodus, Atropanthe와 근연 군외군으로 선택된 Przewalskia 식물의 잎표피 미세구조를 조사하기 위하여 4속 10종(37개체)의 잎을 광학현미경 및 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 연구 분류군의 기공은 향축면과 배축면 모두에 존재하는 양면기공엽 (amphistomatic type)으로 밝혀졌다. 공변세포의 크기는 $18-64{\times}11-48{\mu}m$로 속과 종에 따라 다소 차이를 보이는데, 가장 작은 공변세포는 군외군으로 포함시킨 단형속인 Przewalskia tangutica($24-27{\times}16-17{\mu}m$)이었고, 가장 큰 공변세포는 Anisodus carniolicoides ($62-64{\times}43-48{\mu}m$)에서 나타났다. 기공복합체의 형태는 대부분 불규칙형 (anomocytic:Scopolia s.s., Anisodus taxa:A. luridus, A. carniolicoides, A. acutangulus)과 불균등형 (anisocytic:Anisodus tanguticus, Przewalskia, Atropanthe)이 나타난다. 공변세포의 모양은 대부분 초생달 모양의 타원형이나, Przewalskia tangutica에서는 거의 원형으로 나타난다. 부세포의 수충벽(anticlinal wall)은 대부분 파상형 (undulate)이며, Przewalskia tangutica에서는 다소 아치형을 이루었다. 표피세포의 형태는 거의 불규칙한 다각형 (polygonal)으로 수충벽은 다소 또는 심하게 굴곡을 이루는 undulate/sinuate형이었다. 표피세포의 표면은 왁스층이 대부분의 분류군에서는 잘 발달되지 않았고, 일부의 분류군(e.g., Anisodus tanguticus)에서만 기공 주변으로 발달한 양상을 보였다. Scopolia s.s.와 Przewalskia 분류군에서는 독특하게 다세포로 구성된 'elongate-headed' 선모가 존재하였고, Atropanthe 및 Anisodus의 대부분의 분류군은 모용이 존재하지 않았고, 단지 1종(A. luridus)에서는 단순(simple) 또는 가지를 친(branched:dendritic-type) 비선모가 존재하는 것으로 나타났다. 끝으로 조사된 Scopolia s.l.(Przewalskia 포함)의 분류군내의 속간 그리고 종간의 동정과 식별을 위한 잎의 미세형태학적 형질(기공복합체, 모용, 등)의 계통분류학적 또는 생태학적 가치를 검토하였다. To examine the leaf epidermal microstructure of three genera (Scopolia s.s., Anisodus, AtroPanthe, including Przewalskia as an outgroup) in the genera Scopolia Jacq. s.l., leaves of 10 species (37 specimens) were investigated by the light microscopy (LM) and scanning electron microscopy (SEM). The stomata of studied taxa were 'amphistomatic type' and the size (guard cell) range was $18-64{\times}11-48{\mu}m$. The size of stomata is slightly differed from between the taxa; the smallest size of stomata were found in the monotypic genus, Przewalskia ($24-27{\times}16-17{\mu}m$), on the other hand the largest one was found in Anisodus carniolicoides ($62-64{\times}43-48{\mu}m$). The stomatal complex was mostly anomocytic (in Scopolia s.s., Anisodus taxa : A. luridus, A. carniolicoides, A. acutangulus) and sometimes anisocytic (in Anisodus tanguticus, Przewalskia, Atropanthe). The stomata is mostly crescent in shape, but rarely circular, especially in Przewalskia tangutica. The shapes of epidermal cells are similar in both adaxial and abaxial sides, and mostly undulate/sinuate polygonal anticlinal wall, but rarely arched in Przewalskia tangutica. The epicuticular wax was not well developed in most studied taxa, except Anisodus tanguticus which is well developed cuticular striae around the stomatal complex. The elongate-headed glandular trichomes were found in Scopolia s.s. and Przewalskia. While the taxa of Anisodus and Atropanthe have not any trichomes (i. e., glabrous), except Anisodus luridus, which has simple or sometimes branched (dendritic- type) non-glandular trichome. Finally, the systematic and ecological significance of the leaf micromorphological features (stomata complex, trichome, etc.) in identification and elucidation of Scopolia s.l. including Przewalskia, especially between or within the genera including among the species is also discussed.

다양한 공정 조건에 따라 제조된 탄소섬유 보강근의 물리적 특성 및 미세구조분석

권도영,김남일,염우성,추용식 한국콘크리트학회 2023 콘크리트학회논문집 Vol.35 No.2

본 연구에서는 파일롯 공정 조건을 변화시켜 탄소섬유 보강근을 제조하였으며, 이후 탄소섬유 보강근의 인장강도, 탄성계수 및 기공 특성을 분석하였다. X-ray CT 및 광학현미경 분석을 통해 모든 탄소섬유 보강근에는 기공이 존재한다는 것을 확인할 수 있었으며, 다수의 기공이 탄소섬유 사이에 존재하였다. 기공률은 수지 함침조 온도, 경화 온도 및 기타 조건 등에 따라 변화되었으며, 따라서 파일롯 공정 변화는 기공률과 밀접한 상관성이 있다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 제조된 탄소섬유 보강근의 인장강도는 2,979~3,430 MPa, 탄성계수는 165~195 GPa 범위에 존재하였으며, 최대 인장강도는 3,430 MPa, 이때 탄성계수는 172 GPa이었다. 본 연구에서 도출된 최대값은 기존 탄소섬유 보강근 대비 인장강도 약 56 %, 탄성계수 약 43 %가 증가한 수준이었다.

해남 금광산 광미를 활용한 나노기공 구조를 갖는 세라믹 비드 제작

양지원,김성민,박재구 한국자원공학회 2018 한국자원공학회지 Vol.55 No.1

Ceramic beads were fabricated by using mine tailing. Ceramic bead supports with porosity of 83% and pore size of about 160 µm were prepared by gel casting and method of pelletizing in oil using mine tailing as a starting material. Mesoporous silica SBA-15 having pores of 4 to 7 nm was synthesized by self-assembling method using precursor of silicate ions extracted from mine tailing. By surface coating of the synthesized SBA-15 on porous ceramic beads, bimodal porous materials with pore structures of 4~7 nm and 160 µm were prepared. Porous ceramic beads having a specific surface area of about 0.7 m2/g increased up to 52 m2/g after SBA-15 surface coating and the cross section of coated pores was confirmed through scanning electron microscope (SEM). As the specific surface area and surface hydroxyl group density of SBA-15 increased, the specific surface area of the coated porous ceramic beads increased. 광미를 활용하여 세라믹 비드를 제작하였다. 광미를 출발원료로 하여 Gel-casting과 액중조립법을 통해 기공율 83%, 기공크기 약 160 µm의 세라믹 비드 지지체를 제조하였다. 광미로부터 추출된 실리케이트 이온을 전구체로 자기 조립법을 통해 4∼7 nm의 기공을 갖는 메조포러스 실리카 SBA-15를 합성하였다. 합성한 SBA-15의 다공성 세라믹 비드 표면 코팅을 통해, 4∼7 nm 및 160 µm의 기공구조를 갖는 Bimodal한 기공물질을 제작하였다. 약 0.7 m2/g의 비표면적 을 갖는 다공성 세라믹 비드는 SBA-15 표면코팅을 통해 52 m2/g까지 비표면적이 상승하였으며 전자주사현미경 (SEM)을 통해 코팅된 기공의 단면을 확인하였다. SBA-15의 비표면적과 표면 하이드록시기의 밀도가 높을수록 SBA-15가 코팅된 다공성 세라믹 비드의 비표면적은 커짐을 알 수 있었다.

계면활성제를 활용한 나노부터 마이크로 크기의 기공을 갖는 다단기공 실리카 구조체 제조 및 이산화탄소 흡착제로의 응용

고영건,박용성 ( Yong Sung Park ),우제완 한국공업화학회 2021 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2021 No.0

기공 구조와 반응 부산물의 영향을 고려한 촤의 가스화 모델

지준화 한국수소및신에너지학회 2010 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.21 No.4

A new gasification model for coal char was developed considering the effects of pore structure and solid reaction product (ash) and compared with conventional models. Among various parameters reflecting microscopic pore structure, initial pore surface per unit volume of char was found to have the largest effect on carbon conversions. Reaction studies showed that the proposed model can predict carbon conversion more accurately over a broader range of reaction degree compared to the conventional models. Therefore the model proposed in this study would be useful for the design of pilot or commercial scale gasifiers.