최근 전세계적으로 자원 고갈로 인한 에너지 절약과 환경 문제에 관한 규제 강화는 환경 친화적인 소재 개발의 필요성을 가속화시키고 있다. 이러한 추세는 자동차 산업을 포함한 운송 산업도 예외가 아니다. 또한, 기본적으로 단순히 성능이 좋으면서도 값이 저렴한 제품이 아니라, 소비자와 사회의 요구에 부합되는 고기능성 소재의 개발이 필요하다. 이에 부합하는 소재로는 최근 운송 수단의 경량화를 위하여 많은 연구가 진행중인 탄소섬유 복합재료라할 수 있다. 최근 탄소섬유 복합재료는 자동차의 경량화를 위해 차체 및 부품 등 다양한 부분에 적용됨에 따라 그 수요는 크게 증가하고 있고, 차량에 적용시 차체 중량감소에 따른 제동, 조향, 내구 및 연비향상과 이에 따른 에너지 절약 및 이산화탄소 배출을 최소화 하는 장점을 갖는다. 따라서, 본고에서는 자동차의 경량화를 위한 탄소섬유 복합재료의 필요성과 더불어 탄소섬유 복합재료의 기술동향과 나아가야 할 방향에 대하여 살펴보도록 하겠다.
발포금속은 1948년에 Sosnik에 의해 알루미늄에 수은을 증발시키는 방법으로 발포 알루미늄을 제조한 이래, 1951년 Elliot에 의해 진보된 방식인 발포 매개체를 용탕에혼입하는 방법으로 발포금속을 제조하기 시작하였다. 현재 이들 선진국가의 생산방법 및 현황은 균질 기공의 조절, 연속주조 방식과 원가절감, 그리고 제조기술의 진보를 통하여 다양한 분야에 적용되고 있다. 그러나 실용화를 위해서는 요구특성을 만족하고 동시에 가격 경쟁력을 가진 제조기술의 보유 및 개발과 독특한 특성을활용한 새로운 적용 분야의 개척이 필요하다고 생각되며, 이를 위해 Harvard, MIT, Aachen, HMI 등 구미 유수 대학과 NASA, 미국방성등의 연구기관, ERG, 신강(新鋼) wire등 산업체를 중심으로제조 및 특성평가에 관한 기초연구와 활용방안이 활발히 모색중에 있다. 그리고 일부 자동차 생산 업체를중심으로 발포금속을 적용한 초경량, 에너지 절감형의 자동차 부품 소재,항공기 방열판 등에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 금속 기체의 GASAR 공법은 Lotus 공법으로 Osaka 대학에서 개발되어 열교환기, 항공기, 방열기 등으로 응용이 확대되고 있다 국내에서 완제품생산은 실내장식용 복합패널로서 한소 프라임이 운영상의 문제로 생산을 중단하였으며, 유닉슨(주), 금강(주)에서 Batch식, 금성산업에서 Pot식이 일부 생산 및 연구가 진행되었으나 현재는 본연구실의 협조로 (주) 폼텍에서 발포패널을 주로 생산하고 있고 (주)드림메탈과 (주)아크로폼텍에서일부 생산되고, (주)동일알루미늄에서는 폐 scrap을 이용한 발포 Al 제조가 연구단계에 있다. 생기원에서는 분말 가열 흡음패널이 개발되었으나 강도와 내열성이 낮아 이들 특성을 향상시크는 연구가 진행중이다. 이들 제품은 성능상으로는 동양강판의 흡음패널과 KIMM의 필터용은연구개발이 낮은 수준이며, 본 연구팀과 공동 개발한 (주)폼텍의 복합패널은 10여 가지의 실용특허로 건축마감재로서 오히려 선진국수준을능가한 상태이다, 한편, 발포금속 기능성 개발은, 이들이 가지고 있는 우수한 특성 때문에 군수용으로부터 민수 산업용까지 전분야에 적용이 가능한 소재이므로 수요처를확장하고 있으므로 제품의 균질성, 안정성과 기능성 개발 향상을 위해 지속적이고 체계적인 연구가 필요하다고 생각된다.
토목섬유는 목적에 따라 보강, 필터, 차수, 분리등의 기능으로 널리 사용되고 있으며 최근에는 한가지 기능을 강화하거나 다기능성을 부여하기 위해 복합화한 재료들이 사용되고 있다. 현재 토목섬유는 여러종류의 관련제품이 개발되어 상품화되고 있으나 널리 사용되고 있는 품목은 가정용ㆍ산업용 폐기물 매립시 발생되는 침출수 차단 목적과 연약지반의 지지력 보강, 부등침하방지에 의한 지반보호, 흙 댐, 터널 건설 등에 이용되는 지오멤브레인과 세립토ㆍ자갈ㆍ돌덩어리ㆍ블럭등의 혼합을 막아주는 분리기능, 자체의 인장강도에 의해 흙 구조 물의 안정성을 증가시키는 보호기능을 갖는 지오텍스타일이 있다.(중략)
오늘날, 자원 에너지의 절약이 요구되는 사회적 경제적 입장에서, 또한 석유위기를 맞이하여 유 기되는 경량화 문제의 대응책으로서 기계, 기기 및 구조물의 경량화가 절실히 요구되고 있다. 경량화는 구조물이 가진 전체로서의 기능 및 그것을 만들기 위한 생산성의 향상에 기초를 둔 경제성에 관계하고 있기 때문에 경제성을 무시한 경량화는 있을 수 없고, 항공기분야로부터 시 작한 경량화의 여파는 자동차, 철도차량, 선박관계까지 침투하고 있다. 특히 자동차업계에서는 안전성과 경제성을 양립시키는 자동차 정량화의 대응책으로서 차의 소형화 및 경량재료의 전환에 박차를 가하고 있다. 본고에서는 복합조직간의 의의 및 자동차 경량화 재료로서의 실용화에 관한 기술적 동향에 관하여 기술한다.
최근 노령화와 스포츠 인구의 증가로 인해 족부 혈액순환 장애 및 족관절의 퇴행성 질환이 증가하고 있으며 이로 인해 몸의 평형기능 및 운동성에 기능장애가 동반하게 된다. 이로 인해 일상생활 기능 저하와 낙상과 같은 이차적 합병증 발생을 초래하여 기능 및 삶의 질 저하, 활동제한 등으로 건강한 노년에 대한 심각한 위협 요인이 될 수 있다. 따라서 족부 혈액순환 증진을 위해 IT기술을 활용하여 압력에 따른 부위별 자극의 세기를 달리하고, 3D영상을 통해 가공의 상황 및 가상의 환경을 사람의 감각을 통해 느끼게 하여 실제 상호작용하고 있는 것처럼 만들어 주어, 혈액순환 개선의 효과를 극대화하고자 노화에 따른 족부건강 변화 및 족부 자극의 효과를 분석하고, 가상현실을 기반으로 한 족부혈액 순환 증진 장치와 관련 컨텐츠에 대해 제시하고자 한다.
본 연구에서는 인장 시 에너지 하베스팅을 하는 Polyvinylidene Fluoride(PVDF) 리본 하베스터를 신발에 접목한 스마트 슈즈의 에너지 하베스팅 효율을 증가시키기 위한 복합재료 프레임을 설계하였다. 프레임의 하중방향 변형량을 최소화하기 위해 이방성 재료인 탄소 연속 섬유를 사용하여 설계하고 3D 프린터를 이용하여 복잡한 형상을 제작하였다. 보행 시 발생하는 하중에 의한 안창과 중창의 변형량을 계산하기 위해 스프링 요소를 이용하여 안창과 중창을 모델링 하였다. 유한요소 해석을 사용하여 보행 시 스마트 슈즈에 장착된 리본형 하베스터의 인장량을 계산하였다. 예측된 하베스터의 최종 인장 길이 정보는 스마트 슈즈의 에너지 하베스팅 효율 증대에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
우리나라는 2000년에 고령화 사회에 공식적으로 진입하였으며 고령화는 더욱 가속화될 전망이다. 노인의 경우 신체적, 인지 및 심리적, 사회적 기능이 저하되어 올바른 사회활동을 하기가 어려울 뿐만 아니라 특성상 새로운 활동을 기피하고 쉽게 지루해 하며 소극적인 성격으로 인해 운동참여 유도가 어렵다. 노인의 건강 증진을 위해 운동 실천률을 높이는 것이 필요하며 쉽게 접근할 수 있고 상해의 위험성이 적은 환경이 제공되어야 한다. 가상현실을 기반으로 한 스포메디 융복합 기술은 스포츠를 가상현실로 구현하여 의료적 효과를 극대화 할 수 있는 기술로써 사용자의 흥미를 유발하고 운동 및 치료의 효과를 동시에 가능하게 하는 기술이다. 본 논문에서는 노인의 특징을 분석하여 가상현실 스포메디 융복합 기술이 갖춰야할 특성에 대해 제시하고, 관련 개발 기술의 연구 및 개발 동향과 스포메디 관련 시장 동향 및 정부 정책 방향에 대해서 분석하였다.
고분자 분리막의 투과성과 선택성을 향상시키기 위하여 IPN막, 고분자/액정 복합막을 다양한 기능을 가진 재료가 개발되고 있다. 본 연구에서는 알칼리메탈이온을 분리하기 위하여 고분자 지지체에 운반체로써 crown ether(macro-cyclic polyether)류를 분산시킨 고분자/운반체 복합박막을 제조하였다. 고분자/운반체 복합박막은 고분자와 운반체의 혼합용액을 수면에 전개시켜 제조하였다. 고분자는 PVC(M.W 60000, Aldrich), PS(M.W 280000, Aldrich)와 CA(M.W 30000, Sigma)를 사용하였고, 운반체로는 crown ether 중 $K^+$이온과 선택성을 가지는 18-Crown-6(Sigma)를 사용, 고분자와 18-Crown-6의 증량분을 달리하는 혼합용액을 제조하였다. 이때 용매는 Tetrahydrofuran를 사용하였다. 수면에 생성된 박막을 다공성 지지막에 적층시킨 후 감압 건조시켜 복합막을 제조하였다. 고분자와 운반체가 혼합되어 있는 용액의 점도와 표면장력을 각각 fluid spectrometer와 tensionmeter를 사용, 용액이 수면위에서 완전한 막을 형성하면서 분산될 수 있는지 조사하였으며, 고분자 지지체에 분산 고정된 운반체의 분산형태와 표면농도를 조사하기 위하여 ESCA를 이용하였다.
본 연구에서는 식물성 오일로부터 여러 가지 기능기를 가진 soybean resin(AESO, MAESO)을 제조하였으며, nanoclay를 사용하여 새로운 고기능성 바이오-나노 복합 재료를 개발하였다. 또한 제조된 soybean resin을 바인더로 이용하여 $TiO_2$ 광전극을 제조하고 친환경 염료감응형 태양전지를 개발하다. 제조된 나노복합재료의 형태는 고분자의 삽입에 의해 층간 간격이 증가된 형태와 박리된 형태를 조절하였으며 나노 클레이 함량이 증가됨에 따라 물리적 성질이 증가하였다. 또한 COOH기가 첨가된 MAESO에서 분산도가 향상되었고 초음파 처리에 의해 분산도가 더욱 향상되어 물리적 특성이 현저히 향상되었다. 또한 $TiO_2$를 질산처리 한 후 soybean resin을 바인더로 이용하여 나노 다공성 $TiO_2$ 광전극을 제조하였으며 염료를 흡착시킨 후 염료감응형 태양전지를 제조하였다. AESO와 MAESO를 바인더로 제조한 $TiO_2$ 광전극에서는 향상된 분산성과 표면적 증가로 인해 염료 흡착량이 증가하였다. 이로 인해 높은 전류밀도를 나타내었으며, 첨가된 기능기의 영향으로 $TiO_2$ 계면의 저항이 낮아져 매우 좋은 광전기화학적 특성과 높은 효율을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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