Electrorheological fluids(ERFs) show a rapid and reversible increase in apparent viscosity by applied electric field. It is called the electrorheological effect (ER effect). The reason for ER effect is the induction of an electric dipole in each particle, leading to the formation of clusters in the direction of the field, which resist fluid flow. Generally, the behavior of ER fluids has been modeled on those of Bingham fluids. But there are some differences between Bingham fluids and ER fluids. The visualization of ER fliuds are presented and ER effects by the forming, growing and breaking of clusters are discussed. In the low shear rate area, the pressure drop is measured by a pressure sensor and the formation of ER particles is visualized by video camera. The reason for the nonlinear behavior of ER fluids at low shear rate is explained through results of visualization. As result, the behavior of ER fluids is nonlinear at low shear rate with overshoot area because it is different to from the clusters according to the strength of electric field. The gap of electrodes becomes narrow because of the cluster layer occurrence near to electrodes in any conditions.
비대칭 도파로 마흐젠더(Mach-Zehnder)형 $Ti:LiMbO_3$ 광변조기를 이용하여 아주 낮은 저주파대(ELF:Extremely Low Frequency)의 전계계측을 위한 센서개발을 시도하였다. $Ti:LiMbO_3$ 광변조기를 이용하는 전계센서의 감도는 광변조기의 전극구조에 따라 크게 달라지는 것을 알 수 있었다. 이의 확인을 위한 실험적 연구로서 플레이트(plate)형 프로브안테나를 부착한 광변조기를 제작하여 저주파 전계강도를 측정하였다. 전계강도의 측정은 주파수범위 60 Hz 에서 100 kHz 까지, 전계강도 0.1 V/cm 에서 60 V/cm 까지의 범위를 측정하였다. $10\;mm{\times}10\;mm$ 프로브안테나의 경우, 60 Hz, 0.1 V/cm의 피측정전계에서 $10^{-2}\;mV$의 감도를 얻을 수 있었다. 저주파 전계강도를 측정하기 위해서는 넓은 유효면적을 갖는 플레이트형 프로브안테나가 일반적인 다이폴 안테나보다 유용하다는 것을 확인하였다. 피측정 전자계의 주파수 범위에 따라 안테나의 유효면적을 적당히 조절한다면 더 좋은 센서의 감도를 얻을 수도 있다.
비대칭 도파로 마흐젠더(Mach-Zehnder)형 Ti:LiNbO₃ 광변조기를 이용하여 아주 낮은 저주파대 (ELF:Extremely Low Frequency)의 전계계측을 시도하였다. Ti:LiNbO₃ 광변조기를 이용하는 전계센서의 감도는 광변조기의 전극구조에 따라 크게 달라지는 것을 알 수 있었다. 이의 확인을 위한 실험적 연구로서 플레이트(plate)형 프로브안테나를 부착한 광변조기를 제작하여 저주파 전계강도를 측정하였다. 전계강도의 측정은 주파수범위 60㎐ 에서 100㎑ 까지, 전계강도 0.1V/㎝ 에서 60V/㎝ 까지의 범위를 측정하였다. 10㎜×10㎜ 프로브안테나의 경우, 60㎐, 0.1 V/㎝의 피측정전계에서 10㎷의 감도를 얻을 수 있었다. 저주파 전계강도를 측정하기 위해서는 넓은 유효면적을 갖는 플레이트형 프로브안테나가 일반적인 다이폴 안테나보다 유용하다는 것을 확인하였다. 피측정 전자계의 주파수 범위에 따라 안테나의 유효면적을 적당히 조절한다면 더 좋은 센서의 감도를 얻을 수도 있다.
메타표면에 가장 많이 이용되는 전기적으로 작은 크기를 갖는 정사각형 패치에 전위 연속성을 이용하여 접선방향 전기 분극률을 계산 방법을 제안하였다. 패치의 경우, 중심에 위치한 등가 전기 쌍극자에 의한 패치 표면에서의 전위가 균일하지 않기 때문에, 분극률이 한 개의 값으로 정의되지 않는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위하여 패치 표면을 메쉬로 나누고, 각 점에서 얻어진 분극률을 평균함으로써 등가 분극률을 계산하였다. 제안된 방법, 기존의 멱급수 3차항 근사식, 실험식의 결과를 비교하여 잘 일치함을 보였다. 제안된 방법으로 구해진 분극률을 generalized sheet transition conditions(GSTCs)에 적용하여 계산된 메타표면의 반사계수의 크기와 위상이 ANSYS HFSS(high-frequency structure simulator) 모의실험 결과와 잘 일치함을 보였다.
집적광학 $Ti:LiNbO_3\;1{\times}2$ Y-fed Balanced-Bridge 마하젠더 간섭기(YBB-MZI) 구조에 다이폴 패치 아테나를 적용해서 $1.3{\mu}m$ 파장대역에서 동작하는 전계센서를 구현하였다. BPM 전산모사를 통해서 소자 설계 및 동작성능을 검증하였고, $1.3{\mu}m$ 파장대역에서 ~16.6 V 스위칭전압과 이에 대응해서 소멸비는 ~14.7 dB로 측정되었다. 10 MHz, 50 MHz 각각의 주파수에서 감지 가능한 최소 전계는 1.12 V/m, 3.3 V/m로 측정 되었으며, 이에 대응되는 각 주파수에서 ~22 dB, ~18 dB의 다이나믹 범위가 측정되었다. 제작된 센서는 0.29~29.8 V/m 범위의 전계세기에 대해서 선형응답 특성을 나타내었다.
In order to investigate the radiation effects induced to electrical properties of Biaxially-Oriented Polypropylen film, several observations were carried out to the sample irradiated to various dose by $Co^{60}-{\gamma}$ ray, on the characteristics of TSC spectra measuered as a function of electric field applied to a sample of 15[ ${\mu}m$] thick. The TSC spectra observed in the temperature range of $153{\sim}403[K]$ with the electric field of intensity $10{\sim}60$ [MV/m], have shown two of the distinguished peak such as ${\beta}$, ${\alpha}$, each of which appeared at $-5{\sim}20$ [ $^{\circ}C$] and 90 [ $^{\circ}C$] respectively. As the conclusions, obtained from the studies, the origin of ${\alpha}$ peak in TSC seems to be attributed by thermal excitation of ions trapped with $0.4{\sim}0.8[eV]$ deep, at the defects formed by $Co^{60}-{\gamma}$ irradiation in a crystaline region. The origin of ${\beta}$ peak was regarded as the depolarization process of "OH" or "CO" dipole with the activation energy of $0.4{\sim}0.6[eV]$ in an amorphous region.
조사지역은 해안과 인접한 경기도 화성군 석천리에 위치하고 있으며, 그 면적은 약 1$km^2$이다. 이 지역은 기아 자동차 화성공장 건설 이전에 이미 해수침투에 의해 오염된 지역으로 알려져 왔으나, 지구물리적 또는 지구화학적 방법을 통하여 해수침투에 의한 오염분포 현황과 오염의 계속적인 진행 여부가 체계적으로 연구되지 않은 지역이다. 그러므로 본 연구에서는 지구물리적 방법(슐럼버져배열의 전기비저항 수직탐사, 쌍극자-쌍극자배열의 2차원 전기비저항탐사)을 사용하여 해수침투에 의해 오염된 범위 및 해수침투의 주 경로를 파악하고자 하였으며, 또한 해수침투의 진행 여부를 판단할 수 있는 하나의 증거인 조석운동에 의한 해수의 유동을 확인하기 위하여 슐럼버져배열을 사용한 전기비저항 모니터링도 수행하였다. 전기비저항 수직탐사의 결과로부터 조사지역은 2개의 영역, 즉 $\~30$ ohm-m 이하 그리고 그 이상의 전기비저항 분포를 나타내는 영역으로 구분된다. 여기서, $\~30$ ohm-m 이하의 낮은 전기비저항을 보이는 부분은 조사지역의 천부에 존재하는 점토층의 분포와 일치하며, 구 해안선으로 갈수록 점토층의 전기비저항은 매우 낮은 값을 갖는다. 수리 지질학적 분석에 의하면 구 해안선으로부터 약 200 m내에 분포하는 점토층은 해수에 의해 이미 오염되었으며, 이 같은 점토층은 하부에 존재하는 사질층의 전기전도도보다 약 8배 정도 높은 것으로 확인되었다. 북서-남동방향으로 평행하게 설정된 2개의 측선에서 수행된 2차원 전기비저항탐사의 해석 결과에 의하면 구 해안선으로부터 북동방향으로 서로 평행하게 발달된 2개의 가능한 해수침투 경로가 확인되었으며, 그 중 상대적으로 남쪽에 존재하는 침투경로는 심부 80 m이상까지 낮은 전기비저항대가 연장 발달된 것으로 해석되었다. 구 해안선으로부터 내륙으로 약 260 m되는 지점(2차원 전기비저항탐사로부터 심부 80 m 이상까지 연장 발달된 것으로 해석된 침투경로 상의 한 측점)에서 실시한 전기비저항 모니터링 자료에서 조석운동에 의한 12시간의 주기를 갖는 겉보기비저항의 변화를 확인할 수 있었다. 이 같은 사실로 보아 2차원 전기비저항탐사에서 해석된 낮은 전기비저항 이상대는 암반 내에 발달한 파쇄대로서, 조석운동에 의한 해수의 유동통로이며, 이같은 파쇄대를 따라 현재에도 해수침투가 진행되고 있다는 결론을 유추할 수 있다.
영구 또는 유도 쌍극자를 가지는 물질은 불균일한 전기장 하에서 전기장의 구배 방향을 따라 힘을 받게 되는데, 이 힘에 의한 물질의 이동을 유전영동(dielectrophoresis, DEP)이라 한다. DEP 힘의 크기와 방향은 입자와 매질의 유전율과 전도도, 그리고 가해지는 교류 전기장의 주파수에 의해 영향을 받게 되므로, 이러한 변수를 제어함으로써 입자의 이동을 정확하게 조작할 수 있다. 또한, 전기영동과는 달리 쌍극자가 유도되는 모든 입자에 적용이 가능하다는 장점이 있다. 이러한 DEP 기술은 미세 유체 공학은 물론 바이오 센서, 마이크로 칩 분야 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 본 논문은 먼저 DEP의 기본원리를 설명하고, DEP를 이용한 연구에서 주로 사용되는 대표적인 마이크로 전극의 구조에 대해 논의한다. 그리고, DEP의 대표적 응용분야인 입자의 분리 및 포집, 자기조립(self-assembly) 연구를 소개한다.
$BiNbO_4:RE^{3+}$ (RE = Dy, Eu, Sm, Tb) phosphors were prepared by solid-state reaction at $1100^{\circ}C$ and their structural, photoluminescent, and morphological properties were investigated. XRD patterns exhibited that all the synthesized phosphors exhibited a triclinic system with a dominant (210) diffraction peak, irrespective of the type of activator ions. The surface morphologies of rare-earth-ion-doped $BiNbO_4$ phosphors were found to depend strongly on the type of activator ions. The $Eu^{3+}$ and $Dy^{3+}$ doped $BiNbO_4$ phosphors revealed a strong red (613 nm) emission resulting from the $^5D_0{\rightarrow}^7F_2$ transition of $Eu^{3+}$ and a dominant yellow (575 nm) emission originating from the $^4F_{9/2}{\rightarrow}^6H_{13/2}$ transition of $Dy^{3+}$ respectively, which were the electric dipole transitions, indicating that the activator ions occupy sites of non-inversion symmetry in the $BiNbO_4$ phosphor. The main reddish-orange emission spectra of $Sm^{3+}$-doped $BiNbO_4$ phosphors were due to the $^4G_{5/2}{\rightarrow}^6H_{7/2}$ (607 nm) magnetic dipole transition, indicating that the $Sm^{3+}$ ions were located at inversion symmetry sites in the $BiNbO_4$ host lattice. As for $Tb^{3+}$-doped phosphors, green emission was obtained under excitation at 353 nm and its CIE chromaticity coordinates were (0.274, 0.376). These results suggest that multicolor emission can be achieved by changing the type of activator ions incorporated into the $BiNbO_4$ host crystal.
전기비저항 탐사는 최근 토목설계 및 환경분야에 있어서 단층 및 파쇄대의 탐지 등에 활발히 적용되고 있다. 국내에서는 지금까지 시공실적이 없는 직경 15 m 3열의 터널 굴착공사를 시행하는 도중 터널 유입부 지반이 당초 설계와 달리 기반암선이 낮게 형성되었고, 풍화된 사면에 핵석과 파쇄대가 존재하는 것으로 나타났다. 터널 유입부 지반의 분포양상을 정확히 파악하고자 전기비저항 쌍극자탐사를 시행하였다. 전기비저항 탐사는 암석의 종류, 공극, 온도 및 지질적 순환과정 등을 통하여 외견비저항 값이 많은 변화를 보인다. 역산해석 후 전기비저항치에 의한 지반특성을 파악하였고 유한차분법을 활용한 2차원 전기비저항 구조도를 적용하여 파쇄대를 추정하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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