두 종류의 열방성 액정고분자와 세종류의 엔지니어링 고분자와의 블렌드들에 대해 유변학적/형구학적 연구를 한 결과 블렌드의 유동거동과 물성이현저히 다른 두 그룹으로 나 뉘어짐을 발견하였다. 즉 연속상의 조업온도가 분산상의 전이온도보다 높은 그룹A에 속하 는 블렌드의 전단점도/신장점도는 액정고분자를 첨가할수록 첨가할수록 감소하고 블렌드의 신장점도는 연속상의 그것처럼 신장변형률속도가 커질수록 증가하였다. 또한 분산상의 점도 가 연속상의 그것보다 작아서 분산상이 미세섬유구조의 형태로 존재하였다. 이와 대조적으 로 연속상의 조업온도가 액정고분자의 전이온도보다 낮은 그룹 B에 속하는 블렌드는 반대 의 거동을 보였고 분산상의 미세섬유구조가 존재하지 않았다. 그러나 연신변형이 주가 되는 방사공정을 거치면 그룹A와 B블렌드 공히 분산상이 비슷한 미세섬유구조의 형태로 존재하 고 기계적 성질도 크게 향상되는 결과를 보였다. 이는 블렌드내의 신장유동이 분산상의 섬 유구조형상에 결정적 역할을 하기 때문이라 판단된다.
가돌리늄 박막의 큐리온도를 자기화의 온도에 따른 변화를 측정함으로써 결정하였다. 박막의 큐 리돈도는 bulkrP의 큐리온도보다 낮아지며 이 박막에서의 큐리온도의 이동은 두께가얇아 질수록 커진다 는 것이 관측되었다. 이실험결과를 유한축적 이론의 관점에서 분석한 결과 전이온도의 이동에 관련된 지수 λ는 0.82$\pm$0.13로서 이론적인 값의 1.48과 상치한다는 사실이 발견되었다. 이러한 유한계의 실험치 와 유한축척이론과 파이는 여러 유한계에서 관측되었다.
Poly(n-butyl methacrylate)(PnBMA)에 의한 메탄가스의 용해도를 35atm의 압력까지 측정하였다. 용해도의 측정은 -$10^{\circ}$C 에서 30$^{\circ}$C까지의 온도범위에서 용적법에 의하여 실시하였다. PnBMA에 의한 메탄가스의 용해도는 유리 전이온도 이하에서 측정압력에 대하여 비선형으로 나타났으며, dual-mode sorption model로 만족스럽게 해석할 수 있었다. Langmuri capacity constant는 온도가 증가할수록 감소하였으며 유리전이온도 근처에서 영이 되며, 용해도 등온선은 유리 전이온도 이상에서는 직선으로 나타났다. Dual-mode sorption parameter의 온도 의존성도 고찰하였다.
AlSb는 광전자 소자응용에 매우 유용한 재료이며 이를 이용한 반도체소자 설계 및 밴드갭 엔지니어링을 위해서는 화합물 반도체의 전자밴드구조를 포함한 광학적 특성이 반드시 요구된다. 본 연구는 이러한 요구의 해결방안으로서 AlSb 화합물의 유전함수 온도의존성을 0.7~5.0 eV의 에너지 영역에서 타원편광분석법을 이용하여 분석하였다. AlSb는 산소와 급격히 반응하기 때문에, 대기 중에서 물질 고유의 광특성이 유지되기 어려울 뿐만 아니라, 박막 위에 생성되는 산화막 때문에 순수한 AlSb의 유전함수 측정이 불가능하다. 따라서 박막의 산화 효과를 최소화하기 위하여 초고진공 상태의 molecular beam epitaxy 챔버 안에서 800 K의 온도로 성장한 1.5 ${\mu}m$ 두께의 AlSb 박막을 상온 300 K 까지 온도를 단계적으로 변화시켜가며 타원편광분석기를 이용하여 실시간으로 측정하였다. 각 온도에서 측정된 AlSb의 유전함수를 2차 미분하여 전이점(critical point)을 분석한 결과 $E_0$, $E_0+{\Delta}_0$, $E_1$, $E_1+{\Delta}_1$, $E_0'$, $E_0'+{\Delta}_0'$, $E_2$, $E_2+{\Delta}_2$에 해당하는 각 전이점들의 온도 의존성을 확인할 수 있었다. 실험에서 측정된 특정 온도를 포함하여 임의의 온도에서의 AlSb의 유전함수를 유도하기 위하여 변수화모델을 사용하였고 이를 통하여 각 변수들의 온도 의존 궤적을 분석하였다. 2차 미분법을 이용한 전이점들의 온도의존성 분석결과를 기준으로 변수화 모델링을 진행하였으며 그 결과 각 온도에서 실제 유전함수와 근소한 차이를 갖는 AlSb의 유전함수 모델을 만들 수 있었다. 따라서 본 연구결과는 반도체 물성에 대한 학술적 측면뿐 아니라 고온에서의 소자공정 실시간 모니터링 및 반도체 소자 설계 등의 산업적 측면에서 매우 유용하게 사용될 것으로 기대된다.
에멀젼 구조가 변하는 에멀젼 변환은 이미 40년 전에 알려졌다. 에멀젼 변환에서는 O/W 에멀젼이 W/O 에멀젼으로, 또는 이와 반대로 구조가 변하므로 연석상과 분산상이 서로 바뀌게 된다. 그러나 3상 에멀젼에서는 이와 같은 에멀젼 변환뿐만 아니라 어떤 특정한 온도에서 연속상은 변하지 않고 분산상의 구조가 바뀌는 현상이 관찰되었다. 이 현상을 에멀젼이라고 불렀으며 에멀젼 전이가 일어나는 온도를 에멀젼 전이 온도라고 하였다. 에멀젼 전이는 이론적인 고찰의 결과이었으며 양친매성 분자/기름/물의 두 3성분계에 대해서 실험적으로 관찰하였다. 이는 이제까지 보고되지 않았던 새로운 현상이다. 본 논문에서는 에멀젼 전이와 에멀젼 전이를 비교 분석하였다.
Aluminium secondary butoxide(ASB)를 출발물질로 하여 졸-겔방법에 의해 소결거 동에 미치는 $\alpha$-Al2O3 seed의 첨가효과에 따른 알루미나의 저온소결 가능성과 알루미나의 상전이에 대하여 TEM, DTA, XRD, FT-IR등으로 고찰을 하였다. TEM 분석결과 초기 생 성물인 boehmite가 비정질에서 단결정질로 진행되어 가고 있음을 확인하였다. 그리고 DTA 분석결과 $\alpha$-Al2O3 seed의 첨가한 경우 seed의 함량이 증가함에 따라 상전이 온도는 점차 낮아졌으며 약 0.4wt%일 때 seed를 첨가하지 않은 시료의 전이온도(약 1126$^{\circ}C$)에 비하여 약 7$0^{\circ}C$ 저하된 약 1056$^{\circ}C$로나타났으며 그 이상의 seedcja가에 있어서는 전이온도에 크게 영향을 나타내지 않았다. 또한 XRD분석결과 $\alpha$-Al2O3 seed를 첨가하지 않은 경우 110$0^{\circ}C$이 상의 온도에서 $\alpha$상이 생성되었음을 알수 있었다. 또한 100$0^{\circ}C$이상의 온도에서 $\alpha$상이 생성 되었음을 나타내는 Al-O 흡수특성 피크가 400~1000cm-1 범위에서 나타내고 있는 것을 FT-IR 분석결과에서도 확인할수 있었다. 그리고 $\alpha$-Al2O3 seed를 약 0.4wt% 첨가시 900~ 95$0^{\circ}C$에서 $\alpha$상이 형성됨을 관찰할 수 있었다.
2mol%의 이트리아로 안정화된 정방정상 지르코니아 분말을 80$0^{\circ}C$부터 150$0^{\circ}C$ 까지 온도별로 열처리하여 분말내 입자크기 및 입자간에 존재하는 구속력을 변화시킨 다음, 정방정상의 전이도 및 안정화효과가 무열상전이, 응력유기상전이, 등온상전이 에 미치는 영향을 고찰하였다. 그 결과 Y-TZP 분말내 정 방정상의 전이도는 고용체의 양이 일정할 경우 열처리온도의 변화에 따른 입자크기와 입자간에 존재하는 구속력의 크기에 의존하였는데 열처리온도가 증가함에 따라 전이도가 점차 증가하여 130$0^{\circ}C$로 열처리한 분말에서 최대값을 보였다. 그러나 130$0^{\circ}C$ 이상으로 열처리한 분말에서는 열처리온도가 증가함에 따라 구속효과의 증가에 따라 전이도가 정차로 감소하였다. 전이도가 큰 분말에서는 정방정상이 무열상전이, 응력유기상전이, 등온상전이를 쉽게 일으켜 단사정상으로 전이하였다.
III-V 족 반도체 물질 중, GaN는 넓은 밴드갭을 가지고 있어 발광 다이오드나 레이저 다이오드, 트랜지스터, 스핀트로닉스 등의 응용에 유용한 물질이다 [1]. 실시간 성장 제어 및 최적화된 특정 소자 응용을 위해서는 GaN의 다양한 온도에 대한 유전율 함수 정보가 필수적이다. 편광분석법을 이용한 상온에서의 hexagonal GaN 유전율 함수는 이미 여러 연구에서 보고되었고, 80~650 K 사이의 온도 범위에 대한 언구도 수행되었다 [2,3]. 그러나, 온도변화에 대한 GaN 유전율 함수와 $E_0$ 전이점에 대한 해석은 부정확하다. 따라서 본 연구에서는 사파이어 기판 위에 분자살박막증착장치를 이용하여 c-축 방향 (0001)으로 성장 시킨 hexagonal GaN를 0.74~6.42 eV 에너지 구간에서 보다 확장된 온도 영역(26~693 K)의 유전율 함수를 편광분석법을 이용하여 측정하였다. 측정된 GaN의 유전율 함수를 회기분석법을 통한 2차 미분 표준해석법을 이용해 분석 하였고, 그 결과 $E_0$와 excitonic $E_0$ 전이점을 명확히 얻을 수 있었다. 온도가 감소함에 따라 격자상수 및 전자-포논 상호작용이 감소하여 전자 전이점이 청색천이 하고, 그 구조가 명확해 지는 결과를 얻었다. 본 연구의 결과는 GaN 유전율 함수의 온도 의존성에 대한 데이터베이스를 제공함은 물론, 실시간 모니터링과 GaN를 기반으로 하는 광소자 제작 등에 유용할 것이다.
핵융합로에서는 디버터의 열부하에 대한 안전성을 고려하기 위해 열전도도 및 열 저항성이 높은 텅스텐이 대면 물질로 고려되고 있으며, 경제적인 측면과 실용성 측면에서 텅스텐블록을 직접 제작하여 사용하는 것보다 텅스텐코팅이 효과적이라는 의견이 지배적이다. 또한 ASDEX Upgrade 에서는 탄소블럭에 텅스텐을 코팅하여 챔버 외벽 및 디버터 영역까지 구성하여 캠페인을 진행하였고, 재료적인 측면에서 안정성을 확인 하였다. 따라서 본 연구에서는 디버터 및 챔버외벽 등에 대한 대면물질을 구성하기 위해 상압 열플라즈마 제트를 이용하여 고온에서의 용융 및 냉각을 통해 모재에 텅스텐 피막을 적층하는 과정을 수행하고 있다. 기존의 연구를 통해 일부 공정 변수에 대해서는 이미 적정한 범위의 공정조건을 확보하였고, 기공도와 산화도 및 부착력 등의 물성치에 대한 추가적인 향상을 위해 주요 공정 변수에 집중하여 최적의 조건을 탐색하는 과정이 진행 중이다. 이를 위해 출력증가실험의 일환으로서 기존 36kW급 플라즈마 토치 전력을 한 단계 끌어 올려 48kW급 전력까지 단계적으로 상승시킴으로써 이에 따른 물성치 변화를 검증하고 있다. 현재 44kW 급까지 실험이 수행되었으며, 이를 통해 공극률 감소 및 미세구조 변화에 대한 결과를 얻었다. 실제로 토치의 출력을 증가시킴으로서 텅스텐 피막의 물성치가 변화하는 메커니즘은 플라즈마 제트의 중심부 온도 및 축방향 속도에 의해 결정된다. 중심부 온도가 상승하게 될수록 코팅을 위해 분사되는 분말의 용융률은 증가하지만 분말 외벽에 산화텅스텐이 형성될 가능성은 증가하게 되며, 플라즈마 제트의 모재를 향상 축방향 속도가 증가할수록 용융 된 분말이 모재에 증착 시 형성하는 형태가 원형에 가깝게 되므로 기공이 감소하는 효과가 발생한다. 특히 용융된 분말의 증착 형태는 모재의 온도 및 분말의 입사속도에 결정적이 영향을 받게 되며, 결국 모재와 분말사이의 습윤성에 의한 분말 분산속도가 분말의 입사속도에 버금갈 경우 분말은 모재 위에서 효과적으로 원형으로 전이하며 적층하게 된다. 이러한 전이 현상은 앞에서 언급한 모재의 온도 등에 의해 결정적으로 영향을 받게 되며, 모재의 온도가 전이온도 이하일 경우 폭파형태에서 원형으로 분말의 증착 형태가 전이하게 된다. 이외에 추가적으로 진행하고 있는 연구는 코팅 전처리에 해당하는 분말 효과이며, 특히 탄화텅스텐 분말을 통한 재료적 auto-shroud 효과와 미세분말을 이용한 분말 표면열속의 증가에 따른 용융률 증가효과를 연구에 포함할 계획이다. 이러한 연구는 열적, 그리고 재료적 해석을 바탕으로 해석적 접근을 통해 이루어진다.
InSb는 높은 전자이동도와 낮은 밴드갭을 가지고 있어 저전력 고효율의 고주파소자 및 비선형 광소자에 적합한 물질이다. 특히 InSb 기반 소자들은 전자-포논효과의 영향을 덜 받는 저온에서 고감도 소자로도 사용되고 있는데, 소자의 최적합 설계와 제작시의 실시간 성장제어를 위해서는 넓은 온도범위에서의 InSb의 광물성이 필요하다. 분광타원편광분석법(ellipsometry)은 물질의 광특성인 유전율 함수를 정확하게 측정 할 수 있은 기술로써, InSb 에 대한 유전율 함수는 많은 연구를 통해 잘 알려져 있다. 그러나, 온도변화에 대한 연구로는 100-700 K, 1.2-5.6 eV의 제한된 온도와 분광영역에서만 이루어졌다. 본 연구에서는 보다 확장된 온도범위(25-686 K), 광역 에너지 범위 (0.74-6.5 eV)에서 분광타원편광분석 연구를 수행하였다. 그 결과 저온에서의 전자-포논 효과의 감소로 인한 청색천이와 보다 명확한 전자전이점들의 값을 얻었다. 특히, 100 K 까지의 이전 연구에서는 구분할 수 없었던 $E_2'$ 전이점을 본 연구의 25 K 의 유전율 함수에서 명확히 구분할 수 있었고, 고에너지 영역의 $E_1'+{\Delta}_1+{\Delta}_1'$ 전이점의 온도의존성을 처음으로 연구하였다. 본 연구의 결과는 InSb 를 기반으로 한 광전자 소자의 개발 및 적용분야와 밴드갭 엔지니어링 분야에 많은 도움이 될 것으로 예상한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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