RC 교량의 손상발생 중 많은 부분을 차지하고 있는 바닥판은 동절기에 제설제 사용에 따라 콘크리트의 동결융해에 대한 내력저하와 표면열화, 심한 스켈링(Scaling)발생으로 상부 아스콘 포장층을 손상시키고 내부의 철근 부식을 가속화시켜 교량의 공용성을 저하시키는 주 요인으로 작용하고 있다. 이에따라 교량 바닥판은 우수나 제설제로 부터 콘크리트 표면의 보호를 위해 침투식 또는 도막식 방수재를 시공하여왔다. 본 연구에서는 교량 상부 포장층의 열화가 발생된 고속도로 교량을 대상으로 바닥판에서 채취한 코어를 통해 아스콘 포장층과 하부 콘크리트 바닥판의 상태를 조사한 결과 콘크리트 바닥판에 시공된 교면방수층에서 도막의 손상이나 발수성저하로 인해 우수나 제설제의 침투를 일차적으로 방지하지 못해 열화가 일어나는 것으로 나타나고 있어 교면방수를 위해 사용되는 재료의 성능평가와 시공에 대해 보다 많은 연구와 검증이 필요한 것으로 나타났다.
유리를 기판으로 하는 superstrate pin 비정질 실리콘 태양전진에서 전면 투명전도막(TCO)과 p-층의 계면은 태양전지 변환효율에 큰 영향을 미친다. 면투명전도막(TCO)으로 현재 일반적으로 사용되는 ZnO:Al는 $SnO_2:F$보다 전기, 광학적으로 우수하고, 안개율 (Haze)높으며, 수소 플라즈마에서 안정성이 높은 특징을 갖고 있다. 그래서 박막 태양전지의 특성향상에 매우 유리하나, 태양전지로 제조했을 때, $SnO_2$보다 충진율(Fill Factor:F.F)과 $V_{oc}$가 감소한다는 단점을 가지고 있다. 본 실험실에서는 $SnO_2:F$dml F.F.가 72%이 나온 반면 ZnO:Al의 F.F은 68%에 그쳤다. 이들 원인을 분석하기 위해 TCO/p-layer의 전기적 특성을 알아 본 결과, $SnO_2:F$보다 ZnO:Al의 직렬저항이 높게 측정되었다. 이러한 결과를 바탕으로 p-layer에 $R=(H_2/SiH_4)=25$로 변화, p ${\mu}c$-Si:H/p a-SiC:H로 p-layer 이중 증착, p-layer의 boron doping 농도를 증가시키는 실험을 하였다. 직렬저항이 가장 낮았던 p ${\mu}c$-Si:H/p a-SiC:H 인 p-layer 이중 증착에서 $V_{oc}$는 0.95V F.F는 70%이상이 나왔다. 이들 각 p층의 $E_a$(Activiation Energy)를 구해본 결과, ${\mu}c$-Si:H의 Ea 가 가장 낮은 것을 관찰 할 수 있었다.
Sol-gel dip coating법으로 soda lime glass 기판 위에 ATO(antimony-doped tin oxide) 투명전도막을 제조할 때, 기판 위에 형성된 $SiO_2$ barrier 층 및 $N_2$ gas annealing 에 따른 광투과율 및 전기적 특성에 대한 효과를 정량적으로 측정하고, XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 통해 고찰하였다. $SiO_2$ barrier층을 갖는 glass 기판 위에 코팅된400 nm 두께의 ATO 박막을 질소분위기에서 annealing한 결과, 광 투과율은 84%그리고 전기저항은 약 $5.0\times 10^{-3}\Omega \textrm{cm}$로 측정되었다 XPS 분석결과 이러한 우수한 전기전도성은 $SiO_2$ buffer층이 glass 기판으로부터 Na 이온의 확산을 막아 ATO막 내에 $Na_2SnO_3$ 및 SnO와 같은 2차상 불순물의 형성을 억제하여 막 내부의 Sb의 농도 및 $Sb^{5+}/Sb^{3+}$ 비를 증가시키고, $N_2$ annealing은 $Sb^{5+}$ 도 환원시키지만 $Sn^{4+}$를 환원시키는 효과가 크게 작용하였기 때문으로 사료된다.
생칠(L), 정제칠(TL), 생칠과 아교를 배합한 천연접착제(LG), 우루시올과 아교를 배합한 천연접착제(UG)의 자외선에 의한 노화 특성을 비교 분석하기 위해 도막 시편에 자외선을 조사하고 광택도, 주사전자현미경분석, 적외선분광분석, 인장전단 접착강도 측정을 수행하였다. 천연접착제 LG, UG의 광택 저하 속도는 생칠보다 다소 느렸고 손실률도 생칠보다 낮았다. 또한 생칠 도막의 표면은 자외선 노출 시간에 따라 다당류 층이 드러나 구형이 손상되면서 크랙이 발생한 것으로 관찰되었고 천연접착제 LG와 UG는 매끄러운 표면이 계속 유지됨을 관찰하였다. FT-IR 분석 결과 생칠과 정제칠 도막에서 자외선 조사 시간이 증가할수록 전체적으로 피크 세기가 감소하였고 천연접착제 LG는 변화가 없는 것으로 나타났다. 천연접착제 UG에서는 일부 피크가 사라졌고 전체적으로 세기가 감소했다. 생칠의 인장전단 접착강도는 자외선 노출 600시간 이후로 강도 값이 크게 떨어지는 것에 비해 천연접착제 LG와 UG의 접착강도는 다소 감소하거나 유지되었다. 선행연구 결과와 비교하면 옻과 아교를 이용한 천연접착제는 생칠에 비해 고온 고습에서도 큰 변화를 나타내지 않았고 자외선 조건에서도 물성을 유지하므로 생칠에 비해 내구적인 것으로 나타났다.
본 연구에서는 강교 도장재료로 사용될 수 있는 에폭시 하도 도료를 도포한 시험편을 촉진시험을 통해 열화시킨 후 도막의 외관 평가 및 EIS에 의한 평가를 실시하고, 그 2가지 방법에 대한 비교 분석을 실시하였다. 화상처리 기법에 의해 구한 총 열화 면적율과 열화도 평점 산정 결과를 상호 비교해 본 결과 녹이 발생한 경우가 그렇지 않은 경우보다 열화도 평점이 높게 나타났다. 이는 강교 도장의 열화도 평가 기준에서 단위 열화 면적율당 부여하는 열화도 평점이 박리의 경우보다 녹의 경우가 더 크기 때문이다. 열화 면적율과 EIS 측정 데이터를 비교해 본 결과 녹의 면적율 약 0.1% 이상, 블리스터링의 면적율 약 3% 이상만 되어도 도막의 임피던스는 약 $10^4{\Omega}{\cdot}cm^2$ 혹은 그 이하로 크게 저하되었다. 2개의 시험편을 제외한 모든 시험편에 대해 전하전달저항(charge transfer resistance, $R_{ct}$)과 이중층 정전용량(double layer capacitance, $C_{dl}$) 값이 나타났으며, 이 결과로부터 이들 시험편들은 도막과 강재 계면에 수분이 축적되어 부식이 진행되고 있음을 알 수 있었다. 열화도 평점과 EIS 측정결과를 상호 비교해 본 결과 저주파수(10 mHz)에서의 임피던스 값이 $10^6{\Omega}{\cdot}cm^2$ 이하로 떨어진 경우는 모두 열화도 평점이 10점 이상으로 나타났으며, NORSOK cyclic test 과정에 의해 열화시킨 경우 열화도 평점이 높지 않음에도 불구하고 임피던스는 가장 낮게 나타났다. 이것은 도장계와 열화조건이 주 시험편과 다르기 때문인 것으로 판단되며, 열화조건이 더 가혹하거나 복합적일 경우 외관 상태에 비해 도막의 저항이 더 크게 저하될 가능성이 있다고 생각된다.
복원된 숭례문 단청에서 박리 박락 등의 손상이 발생함에 따라 원인을 규명하기 위해 사용된 재료를 중심으로 연구하였다. 사용된 안료 12종에 대한 성분분석을 실시한 결과, 호분과 석간주를 제외한 10종은 인공안료로 확인되었다. 교착제의 종류와 비율을 달리하여 시편을 제작하였고, 현장에서 채취한 단청 시편을 대상으로 용해 비교 시험을 실시한 결과, 단청 시편은 변화가 없는 것으로 확인되었다. 교착제의 도포 순서를 달리하여 시편을 제작하고 촉진내후성을 평가하였다. 전체적으로 도막 층이 두꺼워지고, 다른 물성의 교착제를 교차하여 사용하였을 때 박리 박락의 발생률이 높은 것으로 확인되었다.
실란 커플링제를 사용하여 알루미나 나노 입자의 표면을 처리하였다. 표면을 개질한 나노 입자를 in-mold decoration(IMD) 포일의 경질 코팅 층에 도입하여 표면 경도 및 내마모성을 중심으로 도막의 물성 변화를 평가하였다. 전자빔(electron beam, EB) 조사가 IMD 포일을 구성하는 color layer 및 anchor layer에 미치는 영향을 색도변화와 cross-cut tape 시험을 통하여 평가하였다. 또한 EB 조사 온도에 따른 경화 거동을 표면 물성 변화 평가 및 Fourier transform infrared(FTIR) spectroscopy 관찰을 통해 정량적으로 분석함으로써 EB 경화 공정의 실용화에 필요한 데이터베이스를 구축하였다.
내후성강은 자연대기환경에 대하여 무도장 상태로 사용되고, 강재표면에 도막의 역할을 하는 밀실한 녹층은 자연환경에 의해 수년간 에 걸쳐 형성되며, 그 녹 층으로 강재의 부식 진행을 억제한다. 내후성강의 녹상태는 부식환경에 의존한다. 내후성강의 유지관리측면에서 녹상태가 어느정도 인가를 판단하는 것은 중요하다. 따라서, 국내에 있는 건축용 내후성 외장재의 외관조사결과를 바탕으로, 다변량해석에 의한 부식량(녹의 상태)과 외장재 주변환경과의 상관을 분석하고자 한다. 본 논문에서, 외장재의 지리적 데이터, 기상데이터를 이용한 다변량 분석이 수행되었고, 부식 량과 환경요인에 대한 예측식이 제안되었다. 부가적으로, 제안된 부식량 예측식을 이용하여 기호지역(서울, 경기 및 충청)에 적용한 건축용 내후성강 외장재의 부식량 추이를 평가하였다.
최근 기후가 급격히 변하고 미세 먼지가 증가하는 등 대기 환경 오염 물질의 양상도 변하고 있다. 이에 따라 채색 문화재에 사용되는 안료의 안정성 연구에 대한 필요성이 대두되고 있다. 회청은 전통 인공 무기 안료로 스몰트(Smalt)라고 불리는 청색의 유리 안료이다. 포타쉬 유리에 코발트를 녹여 만드는데 벽화, 회화 등의 채색 문화재에 사용되어왔다. 본 연구에서는 시판되는 회청 안료 3종을 수집하여 안료의 특성을 분석하였다. 회청은 제조사에 따라 발색 원소인 Co와 융제인 K의 함량에 차이를 보였는데 Smalt-3의 경우 Co 함량이 15.1 wt.%로 가장 적았고, K 함량은 29.6 wt.%로 가장 많았다. 채색 시편을 제작하여 안료의 보존에 영향을 미치는 것으로 알려진 자외선, CO2/NO2 등의 대기 오염 가스, 그리고 미세 먼지에 이온 상태로 존재하는 염(NaCl) 등 주요 환경 인자에 대한 안정성을 평가하였다. 색 안정성에 영향을 미친 인자는 NO2 가스, 자외선, 수용성 염(NaCl)이며 이 중 NO2 가스가 색 변화에 가장 큰 영향을 미친 것으로 나타났다. 성분 분석 결과, 안료의 색 변화에 K와 Co의 함량이 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었으며, Smalt-3은 NO2와 수용성 염(NaCl)에서 색의 안정성이 가장 취약하였다. 특히 수용성 염(NaCl)은 색 변화에도 작용하지만 이보다 채색층 표면 물성을 약화시켜 채색층 도막 안정성에 악영향을 미치는 것을 본 연구를 통해 확인하였다. 반면 CO2 가스에 노출된 시편들은 색상 및 성분에 큰 변화가 없었다. 따라서 CO2를 제외하고 시험에 적용된 모든 환경 인자가 회청의 색상을 변화시키고 도막의 안정성도 저해한다는 것을 알 수 있었다.
본 연구는 전통적으로 채색문화유산의 백색 무기안료로 사용된 호분안료를 대상으로 패각의 종류 및 소성 여부에 따른 재료과학적 특성을 분석하고, 보존환경 안정성을 평가하였다. 이를 위해 벚굴, 대합 패각 2종으로 제조된 호분과 이를 1,150 ℃에서 소성한 호분 2종을 수집하였다. 성분분석 결과, 소성 전의 호분안료는 calcite, aragonite 등의 탄산칼슘이고, 소성 후에는 portlandite가 주구성 물질로 calcite가 혼재되어 있었다. FE-SEM분석 결과, 소성 전에는 패각 종류에 따라 고유의 입형 조직을 보이지만 소성 후에는 다공성 입자의 조직 형태로 변하였다. 이에 따라 안료의 흡유량이 상당히 커지는 것을 볼 수 있다. 또한 소성 전보다 소성 후 백색도가 향상되는데, 대합 호분 안료(CS)의 색도 개선율이 더 높았다. 촉진내후성 시험 결과, 호분안료 채색시편은 시험 후 색차값이 2미만으로 육안으로 인지하기 어려운 정도였다. 특히 소성 전에 비해 소성 후 호분안료의 색차값이 작은 것으로 색 안정성이 높아진 것을 알 수 있다. 반면 소성 전보다 소성 후 시편에서 채색층 도막의 안정성이 떨어지는 것을 확인하였다. 항진균 효과는 공시균으로 Aspergillus niger, Tyromyces palustris, Trametes versicolor를 사용하였고, 호분안료가 곰팡이균에 대한 예방 보호적 효과가 있는 것으로 드러났다. 특히 소성과정을 거친 안료의 항진균 효과가 우수했는데, 이는 안료의 재료적 특성상 염기성이 강해진 것에 기인된 결과로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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