이 연구는 전하 이동을 강조한 튜토리얼을 통하여 초등 교사의 전기 개념 변화를 분석하고, 초등 교사 교육을 위한 시사점을 얻는데 있다. 튜토리얼은 사전검사, 워크시트, 사후검사로 구성되었고, 내용은 두 개의 대범주인 정전기 영역과 전류 영역으로 이루어졌다. 현직 초등 교사 68명에게 튜토리얼을 적용하고 선택형 질문지, 사전 검사, 사후 검사, 워크 시트, 튜토리얼 과정 녹화 전사본 및 면담을 통하여 초등 교사의 전기 개념 변화를 분석하였다. 연구 결과, 교사들은 도체와 부도체의 전기적 특성에 대해 이해하게 되었는데, 마찰과 유도, 접촉에서 전하들의 움직임을 고려하고 설명할 수 있게 되었다. 그러므로 대전과 전류를 혼동하는 어려움이 해소되었다. 열린 회로에서는 전압을 전하가 받는 힘을 고려하여 이해할 수 있게 되었고, 축전기를 통해 일시적 전하의 이동을 설명할 수 있었다. 이것은 전압이 전류의 결과라는 오개념을 과학적 개념으로 바꾸는데 중요한 역할을 하였다. 닫힌 회로에서는 전구 양단에 쌓이는 전하들의 분포를 강조함으로써 회로에서 전류가 소모되지 않고 일정함을 이해하게 되었고, 직렬과 병렬에서도 각 회로에서 전구 양단의 전하들의 분포를 고려함으로써 회로에 따라 전지의 역할이 달라짐을 이해할 수 있게 되었다.
본 연구에서는 Grand-Canonical Monte Carlo 시뮬레이션(GCMC)을 이용하여 서로 반대의 전하를 띤 고분자 전해질의 정전기적 특징을 이해하고, 고분자 전해질 다이오드의 메커니즘을 연구하였다. 고분자 전해질과 서로 반대의 전하를 띤 이온들의 모델은 전하를 띤 free-jointed hard chain과 hard sphere을 이용하였다. 본 연구진은 위와 같은 시뮬레이션을 통해, 평형 상태일 때의 고분자 전해질과 이온의 분포를 연구하였으며, 이 시스템에 전압을 걸어줌에 따라 이온의 이동 모습을 관찰하였다. 또한 전압의 효과와 더불어 고분자 전해질의 농도와 이온들의 크기 변화에 대해서도 연구를 진행하였다.
한국전기전자재료학회 2006년도 영호남 합동 학술대회 및 춘계학술대회 논문집 센서 박막 기술교육
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pp.63-64
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2006
본 연구에서는 광에너지를 화학적인 에너지로 변환할 때, 디바이스의 전하전달 매개를 위한 electron transfer mediator로서 널리 이용되는 Viologen이 자기조립화된 수정진동자률 전기화학법의 하나인 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry)을 이용하여 산화 환원 반응 (redox reaction) 특성과 주사속도와 피크전류와의 상관관계를 분석하였다. 먼저 수정진동자를 친수 처리한 후, 메탄올 용액과 아세토니트릴 용액을 섞은 용매에 Viologen 분자를 자기조립 (self-assembly)하여, 전해질 용액의 농도 변화에 따른 산화 환원반응 특성과 피크전류의 값을 측정하였다 주사 속도를 2 배씩 증가하여 피크전류와의 상관관계를 조사한 결과, 선형적인 증가를 보였으며, 이를 통해 가역적인 반응(reversible reaction)이 일어났음을 확인할 수 있었다. 또한, 산화 환원 반응과 동시에 측정된 수정진동자의 공진 주파수(resonant frequency) 변화로부터 전하이동(charge transfer) 특성에 의해 반응에 참가한 이온의 질량을 알 수 있었다.
나프탈렌, ${\alpha}$- 또는 ${\beta}$-메틸 나프탈렌 그리고 1,2- 1,3- 또는 2,6-디메틸나프탈렌과 클로라닐의 전하이동 착물의 흡수 극대 파장은 염화에틸렌, 염화메틸렌, 클로로포름 용매에서 그리고 10, 15, 20, 25$^{\circ}C$ 온도에서 자외선 분광광도법으로 측정하였다. 이 전하이동착물은 1:1 분자비로 결합하였으며 흡수극대 파장은 용매의 극성과 온도에 따라 변하였고, 형성상수(K$_f$)는 용매의 극성 그리고 온도가 증가함에 감소하였다. 이와같이 온도 및 용매가 형성상수에 미치는 효과를 열역학적 고찰로써 논의하였으며, 또한 전자주개들의 전자 및 입체 효과가 형성상수에 미치는 영향도 논의하였다.
헤테로원자(X=O, S, Se)의 변환에 따라 용액상에서 Merocyanine색소 및 Cyanine색소의 헤테로원자X는 p궤도의 원자보다 d궤도의 원자가 공명에 관여하여 공역계확장에 기여하였고, 유전률이 큰 용매 일수륵 Merocyanine색소는 장파장으로 흡수극대치가 이동하였다. 또 Cyanine색소의 기저상태는 $I^-$이온과 정전하 발색단을 가진 이온성 화합물로 되어 있으므로 극성용매에서 $I^-$ 이온의 전하가 색소본체로 전하 이동전이가 발생하여 단파장화 하였다. 고상에서 색소의 농도가 높을 수록 색소분자간의 거리가 가까워져 색소 상호작용이 변화하여 흡수스펙트럼에서는 전체적으로 폭이 넓은 형태로 나타났으며 이것은 농도가 높을 수록 색소분자간의 거리가 가까워져 색소 상호작용이 변화한 때문이라고 생각된다. 또한 3차원 형광의 저농도에서 보이지 않는 새로운 스펙트럼이 Cyanine색소에서 나타났으며 이 스펙트럼은 색소고유의 흡수에 기인한 것으로 Eximer형광으로 생각된다. 광전특성에 있어서는 Merocyanine색소가 Cyanine색소보다 활성화에너지가 낮아 전하이동도가 커짐에 따라 높은 광전특성을 나타내었다. 그리고 Merocyanine색소 헤테로원자(X)의 비교에서 광전특성은 O
본 연구에서는 electron acceptor로서 널리 이용되는 viologen의 전하 이동에 대하여 연구하였다. 자기조립법을 이용하여 단분자막을 형성하였으며, 그 형성과정은 수정진동자의 공진주파수와 공진저항을 이용하여 실시간으로 분석하였다. 두 단계의 가역적인 산화환원 반응시의 전하 이동을 정량적, 정성적으로 분석하기 위하여 전기화학 분석 방법 중 cyclic voltammetry법을 행하였으며, 단분자막이 형성된 수정진동자를 작업전극으로 사용하였다.
이온흡착, 전위차적정, 전기이동법 등을 이용 하여 kaolinite 현탄액의 전기 화학적 성질을 연구하였다. 0.001M 또는 0.1M NaCl 용액중에서 kaolinite로부터 용해되어 나온 알루미늄 이온이 $Na^+$ 및 $Cl^-$과 같이 지시이온으로서 kaolinite 표면에 흡착되는 것을 고려할 때 kaolinite는 pH independent + 및 -전하와 pH dependent + 및 -전하를 모두 가지고 있었다. 증류수와 0.001M NaCl 용액중에서 kaolinite 입자의 전기이동은 전기 이동셀(cell)에서 측정이 시작된 후 시간경과(전기이동 측정시간)에 관계없이 일정한 이동성을 나타냈으나 0.1M NaCl 용액중에서 kaolinite 입자는 등전점 (pH 4.7) 이상에서는 측정시간이 경과함에 따라 전하가 -에서 +로 변화하였다. 즉 최초 10초 동안에는 -전하를 가지며 그 후에는 +전하를 띠면서 전기이동 속도가 단계적으로 증가하게 되는데 약 10분 후에는 일정하게 되었다. 이것은 아마도 제일 바깥쪽 Octahedral layer 표면의 aluminol group의 부분들이 높은 이온 강도의 전해질 용액중에서 분해되어 복잡한 전기이중층(electric double layer)을 이루고 이것이 전기장 내에서 이동할 때 표면으로부터 counter이온들이 점차 떨어져 나가는 과정에서 전하(net charge)의 변화가 생기는 것으로 생각된다.
본 논문에서는 최근 국내·외적으로 활발하게 연구되고 있는 고분자 절연재료에 있어서 공간 전하가 전기적 특성에 미치는 영향에 대한 연구로서, 기존에는 보고되지 않았던 새로운 측정시스템과 분석 방법을 제시하였다. 그리고, 이러한 측정시스템을 이용하여 교류전압 하에서 PD 발생시에 절연체 표면에 축적되는 공간전하의 직접적인 관측을 통하여 공간전하와 PD와의 연관성에 대한 규명을 실시하였다. 실험결과로부터 PD 패턴은 방전에 의해 절연체 내부보다는 표면에 축적되는 동적 공간전하와 매우 밀접한 관계를 가지고 있는 것을 알 수 있었으며, 또한 PD 발생시 공기층 전압은 이러한 동적 공간전하에 의해 지배됨을 확인할 수 있었다. 그리고, 일정전계 이상에서는 공간전하의 축적에 의한 영향으로 PD 크기와 공기층 전압은 더 이상 증가하지 않았다는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 실험결과는 유전체장벽방전을 이용한 NOx, SOx 등의 공해물질의 분해에 있어서, 현재까지는 분해시스템에 전달되는 전력은 인가전압의 주파수와 크기에 비례하는 것으로 생각해 왔으나, 본 실험결과를 통하여 일정전계 이상에서는 전압상승에 의한 분해 효율의 향상을 기대하기 힘들다는 것을 나타낸다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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