• 대한기계학회논문집B
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• 제26권8호
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• pp.1172-1182
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• 2002

In the present study a general criterion for local thermal equilibrium is presented in terms of parameters of engineering importance which include the Darcy number, the effective Prandtl number of fluid, and the Reynolds number. For this, an order of magnitude analysis is performed for the case when the effect of convection heat transfer is dominant in a porous structure. The criterion proposed in this study is more general than the previous criterion suggested by Carbonell and Whitaker, because the latter is applicable only when conduction is the dominant heat transfer mode in a porous medium while the former can be applied even when convection heat transfer prevails. In order to check the validity of the proposed criterion for local thermal equilibrium, the forced convection phenomena in a porous medium with a microchanneled structure subject to an impinging jet are studied using a similarity transformation. The proposed criterion is also validated with the existing experimental and numerical results for convection heat transfer in various porous materials that include some of the parameters used in the criterion such as a microchannel heat sink with a parallel flow, a packed bed, a cellular ceramic, and a sintered metal. It is shown that the criterion presented in this work well-predicts the validity of the assumption of local thermal equilibrium in a porous medium.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.23.1-23.1
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• 2011

최근 화석연료를 대체하기 위한 지속가능한 신에너지에 대한 요구가 증대됨에 따라 태양광 발전에 대한 연구도 폭발적으로 늘어가고 있는 추세이다. 태양광이 화석연료 대체에너지로 실효성을 가지기 위해서는 태양광 발전 시스템의 발전효율을 높이고 생산 비용을 저감하는 문제가 선결되어야 한다. 기존 실리콘 태양전지 시스템 설비 비용의 60% 이상을 차지하는 모듈의 제조과정에서 소재 손실을 최소화함으로써 저가격화를 실현하고자 박막형 태양전기 기술이 태동되었다. 현재 박막 태양전지와 관련하여 활발한 기술 개발이 진행되고 있으며 상당한 시장 점유율을 보이고 있는 실정이다. 박막 태양전지 분야에서 CIGS와 같은 화합물 반도체 박막 태양전지 시장이 확대되고 있는 실정을 고려한다면 실리콘 박막 태양전지의 경우 고효율화 저가격화 달성은 더욱 절실한 문제이다. 실리콘 박막의 경우 독성이 없으며 고갈 우려가 없는 소재이면서 기존의 직접회로 산업의 인프라 구조를 활용할 수 있어 많은 기대와 관심을 끌고 있는 박막 태양전지 후보이다. 박막 태양전지 제조에 있어서 핵심기술은 도핑된 실리콘층과 광흡수를 위한 진성 실리콘층을 합성하는 공정 기술이다. 현재 박막 태양전지 산업에서 실리콘 박막 소재의 합성은 주로 PECVD법에 의해 이루어지고 있다. 그러나 스퍼터 공정을 이용한 실리콘 박막 합성 연구 또한 20년 이상의 오랜 기간 동안 연구되어 오고 있다. 스퍼터 공정을 이용한 실리콘 박막합성는 독성 가스를 사용하지 않으며, 디스플레이와 같은 기존의 소자 공정 기술을 채용할 수 있다는 장점을 가지고 있어 주목 받고 있다. 실제로 반응성 마그네트론 스퍼터링에 의해 제조된 실리콘 박막은 PECVD공정에 의한 실리콘 박막에 상응하는 우수한 광전자적 특성을 보인다. 스퍼터 공정에서는 박막 성장을 위한 수송 물질들이 열적 평형 상태에 근접한 라디칼들이라기 보다 대부분 고에너지 원자종과 이온들이 주류를 이루고 있어 합성된 실리콘 박막의 결함 제어가 어렵다는 문제가 있다. 박막 합성 기구의 규명을 통하여 이러한 문제를 해결하기 위한 시도들이 이루어 지고 있으며, 본 발표를 통하여 스퍼터 공정을 이용한 태양전지용 실리콘 박막 합성기술에 대한 현황을 소개하고자 한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.75-83
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• 2011

일반적인 불포화지반의 거동뿐만 아니라, 열과 관련된 분야, 지반환경 분야 등 다양한 분야에서 불포화 다공질 재료의 열적-수리적-역학적으로 결합된 문제들이 대두되면서 이러한 문제들을 해석하기 위한 수치도구 개발의 필요성이 대두되고 있다. 본 논문에서는 거시적 접근법(macroscopic approach)에 근거하여 불포화지반에 대한 열-수리-역학거동의 수식화를 하였다. 흙, 물, 공기에 대한 질량보존의 법칙, 에너지 보존법칙, 그리고 하중평형 조건식으로부터 결합된(coupled) 4개의 지배방정식을 유도하였다. Galerkin 간략화와 시간적분으로부터 주 변수인 변위(u), 가스압($P_g$), 유체압($P_1$), 온도(T)를 Newton의 반복과정을 이용하여 구하는 유한요소 프로그램(FEM)을 작성하였다. 개발된 프로그램을 이용하여 다공질재료에서 2상 흐름 문제 중 일차원 배수실험(u-$P_g-P_1$), 온도 압밀(u-$P_1$-T), 그리고 지표면 온도변화에 의한 말뚝의 주변지반에 대한 영향(u-$P_1$-T)에 대하여 수치해석을 수행하고 논의하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권5호
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• pp.474-480
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• 2011

지구의 저궤도에서 운용되는 영상센서는 극저온 환경에서 태양 복사 뿐 아니라 지구의 적외선 및 알베도(Albedo)의 영향을 받는다. 극한 환경에 노출되는 영상센서는 작동/비작 동시 허용 온도를 벗어나지 않도록 열설계가 필요하며, 정상상태 에너지 평형식을 통해 필요한 방열판 면적 및 히터 예비 설계 값을 설정한다. 일반적으로 위성체 패널에 주기를 갖는 발열장비가 장착되어, 패널의 일부를 방열판 면적으로 설계한다. 본 논문에서는 위성체와 분리하여 설계하는 영상센서의 열제어를 위하여, 내부에서 항상 발열하는 장비의 열을 히트파이프를 이용하여 패널에 장착된 방열판으로 효과적으로 전달하도록 설계하였다. 예비 설계값을 기준으로 수치해석에 기반을 두는 SINDA를 이용하여 궤도 열해석을 실시하여, 방열 면적 및 히터 설계는 쉽고 빠르게 계산되어졌다. 또한, 방열 성능을 유지하면서 질량을 줄이도록 방열판을 립형상(Rib-type)으로 설계하였으며, 궤도 열해석 결과, 영상센서의 열적 요구사항을 만족함을 검증하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제22권3호
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• pp.90-96
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• 2018

고체 점화제 $BKNO_3$는 항공우주 및 유도탄 등의 점화제로 널리 적용되는데 본 연구에서는 $BKNO_3$의 제조공정과 특성평가를 수행하였다. 이 고체 점화제는 금속분말과 산화제 그리고 유기 고분자물질(결합재)로 구성된다. 증발법(evaporation process)을 사용하여 원료들을 균질하게 혼합하였다. CEA 프로그램을 사용하여 $BKNO_3$의 물질특성 및 열적 반응 해석을 통한 최적 조성비를 설계하였으며, 입도, 형상, 감도, 열량 분석 등의 특성 평가를 수행하여 결과를 분석하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.433-439
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• 2017

고체 점화제 $BKNO_3$는 항공우주 및 유도탄, 자동차 산업 등에 점화제로 널리 적용되는데 본 연구에서는 $BKNO_3$의 제조공정 과 특성평가를 수행하여 정리하였다. PMD에 사용되는 고체 점화제는 보통 금속분말과 산화제 그리고 유기 고분자물질(결합재)로 구성되며, 이들 원료들을 균질하게 혼합하기 위하여 본 연구에서는 증발법(evaporation process)를 사용하여 원료를 제조하였다. 원료 물질의 특성 및 열적 반응 해석(CEA Program)을 통한 최적 조성비를 설계하였으며, 이들의 입도/형상/감도/열량 분석 등의 특성 평가를 수행하여 결과를 비교 분석하였다.

• 자원리싸이클링
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• 제9권3호
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• pp.13-21
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• 2000

본 연구는 폐용제를 가열, 증발 및 음축과정을 거쳐 용제를 회수하는 시스템의 열교환기 해석에 관한 것으로, 고온 열매체유로 가열되는 이중관형 열교환기를 사용하여 용제 증발과정의 열전달 특성을 분석하고 용제유량과 가열온도에 따라 물, 벤젠 및 알칼벤젠의 증발을 위해 요구되는 전열면적을 분석하였다. 폐용제 회수장치는 용제 공급펌프 이중관형 열교환기, 진공 스프레이 챕버 및 응축기동으로 구성되며, 이중관형 열교환기는 용제액을 열적 포화온도를 가열시키는 구간과 포화된 용제액을 증발시키는 구간으로 구성된다. 관 내 용제의 증발을 위한 전열면적을 열평형 모델링에 의해 예측하였고, 이중관형 열교화기의 관 내 온도분포 측정을 통해 이론값과 비교 분석하였다. 용제유량 0.1~0.51l/mm 및 가열온도 130~$260^{\circ}C$의 범위에서 용제유향 증가 및 가열온도 감속에 따라 단위전열면적당 열전달양이 감소하기 때문에 용제 증발을 위한 전열면적은 증가하였다. 관 내 용제 증발을 위한 전열면적의 이론적 분석결과는 측정값과 일치하였으며, 이중관형 열교환기를 사용한 폐용제의 증발과정을 통해 용제를 회수하는 기술에 적용이 가능하다.

• 한국재료학회지
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• 제10권3호
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• pp.233-240
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• 2000

소결 촉진제 첨가없이 치밀한 코디어라이트 세라믹스를 얻기 위해 Mg-Al-Si계의 열적거동을 검토하였다. 수용액 매체에서 코디어라이트 현탁액의 분산안정성을 ESA를 이용하여 조사하였으며, 코디어라이트 졸의 응집 방지와 분산성을 부여하기 위해 2N $HNO_3$와 2N $NH_4OH$ 용액으로 pH 1.03과 pH 8.30로 조절하였다. pH 8.30인 코디어라이트 졸을 $150^{\circ}C$에서 12시간 건조한 시료에서 magnesium-aluminum-silicate 복합 겔이 존재하였다. 평형상태의 코디어라이트 겔의 결정화는 $1300^{\circ}C$ 이상의 소결 온도에서 존재하였으며, $1300^{\circ}C$ 이하의 조건에서는 ${\mu}-cordierite(Mg_2Al_4Si_5O_18)$, spine($MgAl_2O_4$) 및 mullite($Al_6Si_2O_{13}$)와 같은 다양한 준안정상이 복합적으로 혼재하였다. pH 1.03과 pH 8.30로 조절된 현탁액에서 코디어라이트 겔의 핵반응은 유사하게 일어났으나, 치말화거동은 졸의 pH에 상당한 차이를 보였다. pH 1.03인 졸 보다 pH 8.30인 졸의 치밀화가 더욱 진전되었다.

• 공업화학
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• 제5권3호
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• pp.524-536
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• 1994

생체적합성이 좋은 천연고분자인 chitosan에 수용성의 비닐계 단량체인 polyethyleneglycol monomethacrylate series를 그라프트중합시켜 그 반응조건과 물성을 검토하였다. 그라프트중합은 ethylene oxide 부가몰수에 따라 PE-90, PE-200, PE-350의 세 가지 단량체에 ceric ammonium nitrate(CAN)를 개시제로 사용하였으며, 중합에서 개시제의 농도, 단량체의 농도, 반응온도, 반응시간이 총전환율, 그라프트율, 그라프트효율에 미치는 영향을 조사하여 최적조건을 규명하였다. 반응은 개시제농도 $4{\sim}5{\times}10^{-3}M$, 단량체농도 0.5~0.6M, 반응시간 2~3시간, 반응온도 $40^{\circ}C$에서 최고의 그라프트율과 총전환율을 나타냈다. 합성한 공중합체의 열적 성질, 용해성 및 점성도를 검토한 결과 고농도의 개시제를 사용하면 그라프트 중합체는 chitosan의 특성을 급격히 감소시켰다. 고유점성도의 경우, chitosan-g-PE-90이 2.81dl/g, chitosan-g-PE-200이 3.01dl/g, chitosan-g-PE-350이 4.93d1/g으로 증가하는 경향이 나타났다. 공중합체를 막으로 성형하여 그라프트율과 polyethyleneglycol monomethacrylates의 ethylene oxide 부가몰수에 따른 공중합체의 기계적 물성과 함수율을 측정하였다. 가교화 공중합체막은 150분 이내에 함수율이 평형에 이르렀다. 공중합체의 물성은 그라프트율과 ethylene oxide 부가몰수의 영향을 받았으며 chitosan의 기계적 물성과 함수율이 공중합체에서 증가되었음을 확인하였으며 그라프트율이 증가함에 따라 vitamin $B_{12}$의 투과량도 증가하였다.

• 폴리머
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• 제28권2호
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• pp.143-148
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• 2004

옥타메틸싸이클로테트라실록산과 1,3,5-트리메틸싸이클로트리실록산 및 1,3,5,7-테트라비닐-1,3,5,7-테트라메틸싸이클로테트라실록산을 테트라메틸암모늄 실록산올레이트 촉매 하에서 1,1,3,3-테트라메틸디실록산과 평형중합으로 이들을 공중합시켜 $\alpha$,$\omega$-하이드로겐 폴리(메틸-디메틸-메틸비닐)실록산 전구체를 제조하였다. 제조된 $\alpha$,$\omega$-하이드로겐 폴리(메틸-디메틸-메틸비닐)실록산 전구체에 디메틸아크릴아마이드를 백금촉매 작용 하에서 반응시켜 아크릴아마이드 변성 $\alpha$,$\omega$-하이드로겐 폴리(메틸-디메틸-메틸비닐)실록산 전구체 (APMDMS)를 제조하였으며 여기에 금속산화물인 NiO, FeO를 배위결합시켜 금속산화물이 2차 결합으로 부가된 APMDMS-MO를 제조하였다. 제조된 화합물의 구조를 FT-IR과 $^1$H-NMR로 분석하여 확인하였다. $\alpha$,$\omega$-비닐 폴리디메틸실록산과 APMDMS-MO를 백금촉매 존재 하에서 컴파운딩시켜 금속산화물 함유 액상 실리콘 고무 복합체를 제조하였으며 이 화합물을 이용하여 제조된 쉬이트의 열 전도도는 0.29 W/mW로 액상 실리콘 고무 복합체의 0.215 W/mK 보다 우수하였고 체적 저항은 1.64${\times}$$10^{5}$$\Omega$ㆍcm로 낮은 값을 나타내었다. 또한 디메틸아크릴아마이드 변성 액상 실리콘 고무 복합체의 기계적 및 열적특성은 UTM과 TGA로 측정하였다.다.