양이온 계면활성제인 Tetradecyltrimethylammonium bromide(TTAB)와 비이온 계면활성제인 Polyoxyethylene(23) lauryl ether(Brij 35)로 구성된 혼합계면활성제의 임계미셀농도(CMC)와 반대이온의 결합상수(B) 값을 α1 (TTAB의 겉보기 몰분율)의 함수로서 15 oC에서 35 oC까지 전도도법과 표면장력계법으로 측정하였다. CMC와 B 값의 온도에 따른 변화로부터 TTAB/Brij 35 혼합계면활성제의 미셀화에 대한 여러 가지 열역학 함수(ΔGom, ΔHom, 및 ΔSom) 값들을 계산하고 분석하였다. 계산한 ΔGom 값은 측정한 온도범위 내에서 모두 음의 값을 나타내었다. 그러나 ΔHom와 ΔSom 값은 측정한 온도와 α1의 값에 따라 양 혹은 음의 값을 나타내었다.
금속 염화물을 이용한 화학적 활성화 방법으로 페놀 수지로부터 미세기공과 증기공을 가지는 활성탄을 제조하였다. 본 연구에서 질소 흡착 데이터는 생성된 활성탄 표면의 물리적 성질을 특성화하는데 사용하였다. 표면 특성과 공동분포 분석 결과로부터, 페놀수지는 $962.3m^2/g$ 이상의 비표면적을 가지는 미세기공과 증기공을 가지는 활성탄을 생성함을 나타내었다. 이러한 동공구조를 가지는 활성탄은 금속 염화물($CdCl_2$, $CuCl_2$)의 양을 조절하여 만들어 졌으며, 동공의 발달은 금속염화물의 양이 증가함에 따라 증가함을 알 수 있었다. 열역학적인 DSC 데이터로부터, 첫 번째 발열반응의 엔탈피 변화 값(${\Delta}H$)은 금속염화물의 증가와 함께 증가하였다.
일반적인 박막 성장용 CVD는 막 성장 시간이 짧게는 수분에서 수시간 정도 소요하기 때문에 장비에 문제가 발생 할 시 조치를 취하고 다음 현상을 개선하기에 용이 하였다. 그리고 대분분의 장비가 국산화되어 있을 만큼 많은 경험치가 축척되어 있다. 그러나 2, 4 족 화합물 성장용 CVD는 고아학 렌즈 생산용 장비로 국내에서는 아직 생소하고 공정 경험이 없는 새로운 장비이다. 2,4 족 화합물의 특징은 다음과 같다. 2,4 족 화합물은 M, N 이라는 두가 물질이 결합하여 형성한다. 2,4 족 화합물은 높은 융점과 낮은 증기압을 갖니다. 이런 물질들은 고온에서 아래와 같이 평형적으로 반응한다. $$nMN_{(s)}=nM_{(g)}+Nn_{(g)}$$ 화합물인 $MN_{(g)}$의 상태로 존재할 수 있으나 일바적으로 n=2인 4족 원소의 2원자 분자로된 기체가 지배적이다. 증기상을 이용한 성장 공정에서는 구성 원자나 분자를 만들어내는 단계, 이들을 공급원에서 기판까지 수송하는 단계, 기판 위에 흡착하는 단계, 핵의 생성과 단결정을 생성하는 단계, 필요치 않는 구성물을 제거하는 단계를 거쳐 공정이 진행 된다. 각 공정은 성장 물질에 충분한 자유도를 주어야하고 자유도를 주기 위해서는 많은 열에너지가 공급 되어야 한다. 따라서 기존의 박막 성장 공정 보다 성장 속도가 느리고 증착하는 양보다는 버리는 양이 많으며 버려지는 성장물질들은 급격한 온도 변화가 생기는 곳에서 급격히 증착하기 시작한다. 본 성장 공정이 진행되는 압력은 30 torr 부근이며 공정 온도는 $1000^{\circ}C$ 부근이다. 30 torr 영역에서는 열전달이 대기압과 같은 속도로 진행되기 때문에 지속적으로 온도에의해 손상을 받는 부위가 있을 수 있다. 높은 공정 온도와 높은 공정 압력은 내부 구조물로 발생된 열을 빠르게 장비 표면으로 수송하게 되고 그 결과 장비의 연결 부분에 장착된 오링에 손상을 주게 된다. 오링 손상을 방지 하기위해 냉각수 라인을 형성하여 오링을 보호하게 되면 열역학적 기울기가 급격히 발생하는 부분이므로 CVD의 반응 부산물들이 빠른 시간동안 증착하게 되고 막히는 현상이 발생하게 된다. 목표한 두게까지 박막을 성장시키기 위해서는 장시간 공정이 필수이며 장시간 공정을 안정적으로 가져가지 위해서는 배기 라인의 막힘 현상을 해결하여야 한다. 본 논문에서는 막힘 현상의 진행을 시간에 따라 해석하였으며 장시간 공정을 진행하기위해 필요한 요소와 기구적으로 조치가 가능한 방법에 대해 작성하였다.
폐기물 소각시설 굴뚝의 배기가스를 측정하여 활용 가능한 폐열의 양과 질을 확인한 바 그 양과 온도는 13.8kg/s, $176.6^{\circ}C$ 정도였다. 본 연구에서는 R-245fa를 작동유체로 하는 소각폐열회수 유기랭킨사이클(Organic Rankine Cycle: ORC) 발전시스템을 설계하고 다음과 같이 3가지 사례조건들을 시뮬레이션을 하였다. 기본 ORC 시스템에 따른 시뮬레이션에서는 출력과 총효율이 각각 96.56kW, 14.13% 임을 확인하였다. 과열기 추가에 따른 시뮬레이션에서는 작동유체 과열에 따른 엔탈피 증가로 0.09%의 출력상승을 얻을 수 있었으나, 작동유체의 감소로 16.58kW 만큼 적은 출력을 보였다. 그리고 공정열교환기 추가에 따른 시뮬레이션에서는 남은 배기가스의 열을 공정열수를 생산하여 총효율 38.51%까지 향상시켰다.
양이온성, 비이온성, 양쪽성 계면활성제 및 그들의 혼합 계면활성제용액에서 p-클로로벤조산의 가용화상수(Ks)를 UV-Vis법으로 측정하였다. 계면활성제분자에서 탄소사슬의 길이가 서로 다른 소수성 꼬리-그룹과 친수성인 머리-그룹의 변화가 가용화에 미치는 효과를 조사하였으며, 또한 온도변화에 따른 Ks 값의 변화로부터 여러 가지 열역학적 함수 값들을 계산하고 분석하였다. 그 결과, 모든 계면활성제용액에서 p-클로로벤조산의 가용화에 대한 ΔGo 값은 모두 음의 값을 그리고 ΔHo와 ΔSo의 값은 모두 양의 값을 나타내었다.
$YO_{1.5+x}$와 $HoO_{1.5+x}$로 표시되는 산화이트륨과 산화홀뮴의 비화학양론적 조성식의 x-값을 700$^{\circ}$C에서 1000$^{\circ}$C까지의 온도영역과 대기압에서 $1{\times}10^{-6}$기압 산소압력까지의 구간에서 중량 분석법에 의하여 측정하였다. 측정된 x-값은 온도가 상승하면 증가하고 산소압력이 증가하면 또한 증가하였다. 비화학양론적 조성의 생성엔탈피 $({\Delta}H_f)$는 산소압력이 감소하면 감소하였고 그 값이 양의 값을 갖는 것으로 과잉산소의 형성 과정이 흡열과정임을 알 수 있다. 산소압력 의존성 1/n-값은 온도가 상승하면 상승하고 양의 값을 갖는 것으로 높은 온도일수록 산소압력 의존성이 커짐을 보여 주었다. 그리고 x-값과 열역학적 자료로 부터 비화학양론적 결합과 전도성메카니즘을 규명하였다.
양쪽성 계면활성제인 dodecyldimethyl(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide(LSB, $CH_3(CH_2)_{11}N^+(CH_3)_2(CH_2)_3SO{_3}^-$)와 LSB/Tween-20, LSB/Tween-40, LSB/Tween-80 및 LSB/DTAB, LSB/TTAB, LSB/CTAB 혼합계면활성제의 임계미셀농도(CMC)값을 284 K에서 312 K의 온도범위에서 UV/Vis 분광광도법으로 측정하였다. 열역학적 연구를 위해 온도의 변화가 미셀화에 어떤 영향을 미치는지를 분석하였다. 계산한 결과 측정범위 내에서 미셀화에 따른 깁스 자유에너지값은 측정범위 내에서 모두 음의 값을 나타내었다. 한편 엔탈피값은 Tween-20에서는 양의 값을 그리고 다른 계면활성제에서는 음의 값을 나타내었다. 엔트로피값은 측정한 온도범위 내에서 모두 양의 값을 나타내었다. 또한 모든 열역학 함수값들은 온도와 알킬-그룹의 길이에 따라 큰 변화를 보였다.
양이온 계면활성제인 cetyltrimethyl ammonium bromide(CTAB)를 첨가함에 따라 4-biphenyl acetate ($BPA^-$) 음이온의 202nm band의 흡광도 변화를 측정하여 CTAB의 CMC를 구하였다. 또한 $30^{\circ}C{\sim}70^{\circ}C$의 온도범위에서 CTAB의 미셀화 과정에 수반되는 열역학적 파라미터를 구하였다. 이 온도범위에서 CTAB의 미셀화 자유에너지는 음의 값을 나타내며 미셀화 엔트로피(${\Delta}S^{\circ}m$)는 큰 양의 값을 나타내고 있다. CTAB의 미셀화 과정은 자발적인 상전이(phase transition) 현상임을 알 수 있었다. $300MHz\;H^1-NMR$ 자료로부터 $BPA^-$ 음이온의 CTAB 미셀내의 배향을 알 수 있었다. $BPA^-$ 음이온의 방향족 기가 CTAB 미셀내의 palisade layer까지 침투하여 혼합 미셀을 형성함을 알 수 있었다.
양이온 계면활성제인 TTAB (tetradecyltrimethylammonium bromide)의 수용액에서 monochlorophenol 이성질체들의 가용화현상을 UV/Vis 분광광도법을 이용하여 연구하였다. 온도의 변화에 따른 가용화상수값($K_s$)의 변화를 측정함으로써 열역학적 함수값(${\Delta}G^{\circ}_s$, ${\Delta}H^{\circ}_s$ 및 ${\Delta}S^{\circ}_s$)들을 계산하고 분석하였으며, 그 결과 모든 이성질체들의 가용화에 대한 ${\Delta}G^{\circ}_s$와 ${\Delta}H^{\circ}_s$ 값은 측정한 범위 내에서 음의 값을 그리고 ${\Delta}S^{\circ}_s$ 값은 모두 양의 값을 나타내었다. 또한 monochlorophenol 이성질체들의 가용화현상에 영향을 미치는 n-부탄올과 NaCl의 효과에 대하여 조사하였다. 이러한 첨가제는 $K_s$와 CMC 값을 동시에 큰 폭으로 변하게 하였으며, 이러한 변화로부터 각 이성질체들이 미셀 내에서 가용화되는 위치를 예측할 수 있었다.
양이온성 계면활성제인 TTAB(tetradecyltrimethylammonium bromide)의 수용액에서 dichlorophenol 이성질체들의 가용화현상을 UV/Vis 분광광도법을 이용하여 연구하였다. 온도의 변화에 따른 가용화상수값($K_s$)의 변화를 측정함으로써 열역학적으로 분석하였으며, 그 결과 모든 이성질체들의 가용화에 대한 ${\Delta}Go^{\circ}_s$와 ${\Delta}H^{\circ}_s$ 값은 측정한 범위 내에서 모두 음의 값을 나타내었다. 또한 dichlorophenol 이성질체들의 가용화현상에 미치는 n-부탄올과 NaCl의 효과에 대하여 조사하였다. 이러한 첨가제는 $K_s$와 CMC 값을 동시에 큰 폭으로 변하게 하였으며, 그런 결과로부터 각 dichlorophenol 이성질체들이 미셀 내에서 가용화되는 위치를 예측할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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