학술발표회 초록 ( 이동현상 / 고분자유변학 (4) ) : 고농도 콜로이드 분산계의 전기적 상호작용

원용선(Yong Sun Won),윤병준(Byung Jun Yoon) 한국화학공학회 1994 추계학술발표회 Vol.- No.-

Correction to: The robustness of titanium hydride potassium perchlorate (THPP) for long-term stability of pyrotechnic mechanical devices (PMDs)

Yong Sun Won,Junwoo Lee,Hyuntae Choi,안길환,백종규,류병태,김용하,원용선 한국화학공학회 2019 Korean Journal of Chemical Engineering Vol.36 No.6

일메나이트 중 철의 선택적 염화와 선광된 TiO₂의 추가 염화반응에 대한 글로벌 피팅함수

정동규,원용선,김용하,정은진,송덕용,Chung, Dong-Kyu,Won, Yong Sun,Kim, Yong-Ha,Jung, Eun-Jin,Song, Duk-Yong Materials Research Society of Korea 2019 한국재료학회지 Vol.29 No.7

Global fitting functions for Fe-selective chlorination in ilmenite($FeTiO_2$) and successive chlorination of beneficiated $TiO_2$ are proposed and validated based on a comparison with experimental data collected from the literature. The Fe-selective chlorination reaction is expressed by the unreacted shrinking core model, which covers the diffusion-controlling step of chlorinated Fe gas that escapes through porous materials of beneficiated $TiO_2$ formed by Fe-selective chlorination, and the chemical reaction-controlling step of the surface reaction of unreacted solid ilmenite. The fitting function is applied for both chemical controlling steps of the unreacted shrinking core model. The validation shows that our fitting function is quite effective to fit with experimental data by minimum and maximum values of determination coefficients of $R^2$ as low as 0.9698 and 0.9988, respectively, for operating parameters such as temperature, $Cl_2$ pressure, carbon ratio and particle size that change comprehensively. The global fitting functions proposed in this study are expressed simply as exponential functions of chlorination rate(X) vs. time(t), and each of them are validated by a single equation for various reaction conditions. There is therefore a certain practical merit for the optimal process design and performance analysis for field engineers of chlorination reactions of ilmenite and $TiO_2$.

Group Contribution Method 및 Support Vector Regression 기반 모델을 이용한 방향족 화합물 물성치 예측에 관한 연구

강하영,오창보,원용선,유준,이창준,Kang, Ha Yeong,Oh, Chang Bo,Won, Yong Sun,Liu, J. Jay,Lee, Chang Jun 한국안전학회 2021 한국안전학회지 Vol.36 No.1

To simulate a process model in the field of chemical engineering, it is very important to identify the physical properties of novel materials as well as existing materials. However, it is difficult to measure the physical properties throughout a set of experiments due to the potential risk and cost. To address this, this study aims to develop a property prediction model based on the group contribution method for aromatic chemical compounds including benzene rings. The benzene rings of aromatic materials have a significant impact on their physical properties. To establish the prediction model, 42 important functional groups that determine the physical properties are considered, and the total numbers of functional groups on 147 aromatic chemical compounds are counted to prepare a dataset. Support vector regression is employed to prepare a prediction model to handle sparse and high-dimensional data. To verify the efficacy of this study, the results of this study are compared with those of previous studies. Despite the different datasets in the previous studies, the comparison indicated the enhanced performance in this study. Moreover, there are few reports on predicting the physical properties of aromatic compounds. This study can provide an effective method to estimate the physical properties of unknown chemical compounds and contribute toward reducing the experimental efforts for measuring physical properties.

탄산나트륨 첨착섬유활성탄을 이용한 황화수소의 제거

정헌석(Hun-Suck Jung),원용선(Yong Sun Won),Devi Marietta Siregar,Sophie Kavugho Mission,임준혁(Jun-Heok Lim) 한국청정기술학회 2017 청정기술 Vol.23 No.1

본 연구에서는 섬유활성탄에 탄산나트륨을 첨착제로 이용하여 탄산나트륨 첨착섬유활성탄을 제조하고 동일조건에서 제조한 탄산나트륨 첨착입상활성탄과 황화수소 제거 성능을 비교한 후 그 활용가능성을 검토하고자 하였다. 첨착용액의 농도와 첨착시간을 변수로 하여 탄산나트륨 첨착섬유활성탄과 탄산나트륨 첨착입상활성탄의 흡착능을 구하였는데 먼저 두 경우 모두 첨착용액의 농도에 비례하여 탄산나트륨의 첨착되는 양도 증가하나 3 wt%이상에서는 기공충전(pore filling) 현상으로 첨착양에 변화가 없었다. 따라서 황화수소 제거를 위한 탄산나트륨 첨착섬유활성탄과 탄산나트륨 첨착입상활성탄의 제조시 최적의 탄산나트륨 용액 농도는 3 wt%인 것으로 판단되었다. 또한 탄산나트륨 첨착섬유활성탄의 경우 탄산나트륨 첨착을 위한 담지시간이 탄산나트륨 첨착입상활성탄에 비하여 2배 가까이 빠른 것으로 나타났다. 황화수소 제거효율은 탄산나트륨 첨착섬유활성탄이 탄산나트륨 첨착입상활성탄에 비하여 30% 이상 증가하였고 이는 비표면적의 측정결과로 설명되었다. 결과적으로 향상된 비표면적을 가진 섬유활성탄에 황화수소와 화학적으로 반응하는 탄산나트륨을 첨착하여 제조상 시간적 이점과 향상된 황화수소 흡착능을 확인할 수 있었다. We prepared sodium carbonate impregnated activated carbon fiber and evaluated its availability for hydrogen sulfide removal by the comparison with the counterpart, sodium carbonate granular impregnated activated carbon. The sodium carbonate impregnated concentration and immersion duration were chosen as two primary parameters. First, the hydrogen sulfide adsorption capacity increased in proportion to the impregnated concentration up to 3 wt%, above which the sodium carbonate impregnated amount rarely showed an increase due to the pore filling effect for both cases. The optimal impregnated concentration was thus set to 3 wt%. Meanwhile, impregnated activated carbon fiber required only half of the immersion duration compared with granular impregnated activated carbon, while showing a 30% increase on the hydrogen sulfide removal capacity. The greater specific area of impregnated activated carbon fiber explained it. In conclusion, we evaluated advantage of preparation time and improved hydrogen sulfide adsorption capacity by impregnate sodium carbonate, which is capable of reacting with hydrogen sulfide chemically, onto the activated carbon fiber with improved specific area.

휴대폰 카메라 렌즈 스페이서 적용을 위한 구리의 흑화

이예지(Yeji Lee),김용하(Yong Ha Kim),김창현(Chang Hyun Kim),원용선(Yong Sun Won) 한국청정기술학회 2021 청정기술 Vol.27 No.1

휴대폰의 카메라 모듈 내에 정렬된 카메라 렌즈들은 일반적으로 검은색 폴리머 스페이서(spacer)에 의해서 물리적으로 분리된다. 그러나 카메라 모듈이 계속 얇아지고 삽입되는 렌즈의 수는 계속 증가하는 추세를 고려해볼 때, 렌즈들을 분리해주는 스페이서의 기계적 특성이 점점 중요해지고 있다. 이에 기존 폴리머 스페이서의 대체재로서 우수한 기계적 특성을 가진 구리(Cu) 소재가 고려되고 있는데, 특히 표면에 고유한 흑색 구리(II) 산화물(CuO)을 형성하여 빛의 간섭을 줄이고 플레어(flare) 현상을 억제할 수 있기 때문에 스페이서로 적합하다. 따라서 본 연구에서는 선행 연구들과 특허들을 분석 및 정리하여 표준구리 흑화 공정과 공정 조건을 제시하였다. 전체 공정은 수세(cleaning), 탈산화(deoxidizing), 활성화(activation), 흑화(blackening), 그리고 안정화(sealing)의 단위 공정들로 구성되는데, 각 단위 공정의 온도 및 활성화 용액의 농도 등의 공정 변수가 구리 시료(strip)의 흑화도에 미치는 영향을 파악하였다. 표준 공정 조건은 색차계로 측정된 구리 시료의 흑화도가 품질만족(on-spec.) 조건에 부합하는가를 기준으로 결정되었다. Black polymer spacers are currently used for physically separating aligned camera lenses in camera modules of mobile phones. However, the mechanical properties of polymer spacers have their limits, especially in the current trend of using more lenses in thinner camera modules. Thus, copper (Cu) becomes a good candidate for those polymer spacers because of its superior mechanical properties and its inherent blackness due to its black surfaced oxides, such as copper (II) oxide (cupric oxide, CuO). The latter property is critical in quality control because the closer the color of a spacer is to black, the less light interference and flaring phenomena can occur. A standard Cu blackening process and its operational conditions were proposed in this study through a comprehensive analysis of previous research and patents. The Cu blackening process is composed of cleaning, deoxidizing, activating, blackening and sealing. The effects of operational parameters, such as the temperature of each unit process and the activator concentration, were then investigated by measuring the blackness of the Cu strips with a colorimeter. The proposed operational conditions were determined by whether the blackness of Cu strips was within the on-spec. value used in the field.

열역학 평형계산을 이용한 BKNO<SUB>3</SUB> 점화반응 분석

엄기헌(Ki Heon Eom),원용선(Yong Sun Won) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

수소불화탄소 및 수소염화불화탄소 냉매(R-134a, R-227ea, R-236fa, R-141b)를 이용한 가스 하이드레이트 형성에 관한 계산화학적 해석

김경민,안혜영,임준혁,이제근,원용선,Kim, Kyung Min,An, Hye Young,Lim, Jun-Heok,Lee, Jea-Keun,Won, Yong Sun 한국화학공학회 2017 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.55 No.5

가스 하이드레이트 형성원리를 이용한 해수담수화는 이미 상용화된 역삼투 방식에 비하여 아직 실증화 단계이지만 그 공정이 비교적 단순하고 특히 냉매를 객체가스로 사용할 경우 아주 낮은 공정 온도가 필요하지 않아 에너지 소비량(thermal budget)이 향상될 가능성이 있기 때문에 여전히 많은 관심을 받고 있다. 따라서 본 연구에서는 수소불화탄소(HFC, hydrofluorocarbon) 및 수소염화불화탄소(HCFC, hydrochlorofluorocarbon) 계열의 냉매들을 객체가스로 한 가스 하이드레이트 형성 거동을 에너지적인 관점에서 해석하고자 하였고 이를 위해 밀도 범함수(DFT, density functional method) 이론을 기반으로 한 분자모델링을 도입하였다. 객체가스(guest gas)로 R-134a, R-227ea, R-236fa, R-141b를 선정하였으며 계산을 위하여 물 분자로 이루어진 $5^{12}$, $5^{12}6^2$, $5^{12}6^4$의 세가지 구조의 동공들(cavities)을 구성하였다. 동공, 객체가스, 그리고 객체가스가 삽입된 동공의 구조를 분자모델링을 이용하여 각각 최적화하였고 계산된 각 구조의 에너지로부터 동공과 객체가스의 결합에너지(binding energy)를 계산하였다. 마지막으로 결합에너지를 비교함으로써 어느 냉매가 가장 유리한 조건에서 가스하이드레이트를 형성할 지를 판단하였다. 결과적으로 R-236fa가 가장 자발적(spontaneous)으로 가스 하이드레이트를 형성할 것으로 예상되었고 사람에 대한 낮은 독성과 물에 대한 작은 용해도 측면에서도 가장 적절한 선택으로 평가되었다. Although the desalination technique using gas hydrate formation is at a development stage compared to the commercially well-established reverse osmosis (RO), it still draws attention because of its simplicity and moderate operational conditions especially when using refrigerants for guest gases. In this study, DFT (density functional theory)-based molecular modeling was employed to explain the energetics of the gas hydrate formation using HFC (hydrofluorocarbon) and HCFC (hydrochlorofluorocarbon) refrigerants. For guest gases, R-134a, R-227ea, R-236fa, and R-141b were selected and three cavity structures ($5^{12}$, $5^{12}6^2$, and $5^{12}6^4$) composed of water molecules were constructed. The geometries of guest gas, cavity, and cavity encapsulating guest gas were optimized by molecular modeling respectively and their located energies were then used for the calculation of binding energy between the guest gas and cavity. Finally, the comparison of binding energies was used to propose which refrigerant is more favorable for the gas hydrate formation energetically. In conclusion, R-236fa was the best choice in terms of thermodynamic spontaneity, less toxicity, and low solubility in water.

무전해 동도금 Throwing Power (TP) 및 두께 편차 개선

서정욱(Jung-wook Seo),이진욱(Jinuk Lee),원용선(Yong Sun Won) 한국청정기술학회 2011 청정기술 Vol.17 No.2

전기도금의 seed layer를 형성하는 무전해 동도금 공정의 throwing power (TP)와 두께 편차를 개선하기 위한 공정 최적화 방법을 제시하였다. 실험계획법 (DOE)을 이용하여 가능한 모든 공정 인자들 가운데 TP와 두께 편차에 가장 큰 영향을 미치는 주요 인자를 파악해 보았다. 균일성을 가진 via filling을 위해서는 도금액 내의 Cu 이온의 농도를 높여주고 도금 온도를 낮추어 주는 것이 바람직한 것으로 판단되었으며 이는 표면 반응성의 측면에서 설명되었다. Kinetic Monte Carlo (MC) 모사가 이를 시각화하기 위해 도입되었으며 실험에서 관찰된 현상을 정성적으로 무리 없이 설명할 수 있었다. 실험계획법을 이용한 체계적인 실험과 이를 뒷받침하는 이론적인 모사가 결합된 본 연구의 접근법은 관련 공정에서 유용하게 활용될 수 있을 것이다. The process optimization was carried out to improve the throwing power (TP) and the thickness uniformity of the electroless copper (Cu) plating, which plays a seed layer for the subsequent electroplating. The DOE (design of experiment) was employed to screen key factors out of all available operation parameters to influence the TP and thickness uniformity the most. It turned out that higher Cu ion concentration and lower plating temperature are advantageous to accomplish uniform via filling and they are accounted for based on the surface reactivity. To visualize what occurred experimentally and evaluate the phenomena qualitatively, the kinetic Monte Carlo (MC) simulation was introduced. The combination of neatly designed experiments by DOE and supporting theoretical simulation is believed to be inspiring in solving similar kinds of problems in the relevant field.

질소도핑 메조다공성 산화티타늄 나노입자의 합성 및 리튬이온전지 음극재로의 적용

윤태관(Tae Kwan Yun),배재영(Jae Young Bae),박성수(Sung Soo Park),원용선(Yong Sun Won) 한국청정기술학회 2012 청정기술 Vol.18 No.2

Tri-block copolymer를 유연 템플레이트로 사용한 수열합성법에 의해 메조다공성 아나타제상 TiO₂ 나노입자를 합성하였다. 합성된 TiO₂ 재료는 230 m²/g의 매우 큰 표면적을 가졌으며 6.8 nm의 기공크기와 0.404 mL/g의 기공부피를 보였다. 리튬이온전지 음극재로서의 가능성을 확인하기 위해 코인셀 테스트를 실시하였는데 0.1 C에서 240 mAh/g의 방전 용량을 얻었으며 이는 LTO (Li₄Ti5O12)의 이론 방전 용량인 175 mAh/g 보다 훨씬 큰 값이었다. 비록 C-rate가 증가함에 따라 용량이 감소하는 모습을 보였으나 메조다공성 TiO₂ 재료는 리튬 이온이 침투할 수 있는 큰 표면적을 제공할 수 있다는 면에서 여전히 리튬이온전지의 음극재로서 가능성이 있다. 추가적으로 질소를 도핑하여 TiO₂ framework 내의 전자 이동을 향상시킴으로써 C-rate 증가에 따른 용량 감소를 일부 제어할 수 있음을 확인하였다. Mesoporous anatase TiO₂ nanoparticles have been synthesized by a hydrothermal method using a tri-block copolymer as a soft template. The resulting TiO₂materials have a high specific surface area of 230 m²/g, a predominant pore size of 6.8 nm and a pore volume of 0.404 mL/g. The electrochemical properties of mesoporous anatase TiO₂for lithium ion battery (LIB) anode materials have been investigated by typical coin cell tests. The initial discharge capacity of these materials is 240 mAh/g, significantly higher than the theoretical capacity (175 mAh/g) of LTO (Li₄Ti5O12). Although the discharge capacity decreases with the C-rate increase, the mesoporous TiO₂is very promising for LIB anode because the surface for the Li insertion is presented significantly with mesopores. Nitrogen doping has a certain effect to control the capacity decrease by improving the electron transport in TiO₂ framework.