To adapt to environmental changes and to maintain cellular homeostasis, microorganisms adjust the intracellular concentrations of biochemical compounds, including metal ions; these are essential for the catalytic function of many enzymes in cells, but excessive amounts of essential metals and heavy metals cause cellular damage. Metal-responsive transcriptional regulators play pivotal roles in metal uptake, pumping out, sequestration, and oxidation or reduction to a less toxic status via regulating the expression of the detoxification-related genes. The sensory and regulatory functions of the metalloregulators have made them as attractive biological parts for synthetic biology, and the exceptional sensitivity and selectivity of metalloregulators toward metal ions have been used in heavy metal biosensors to cope with prevalent heavy metal contamination. Due to their importance, substantial efforts have been made to characterize heavy metal-responsive transcriptional regulators and to develop heavy metal-sensing biosensors. In this review, we summarize the biochemical data for the two major metalloregulator families, SmtB/ArsR and MerR, to describe their metal-binding sites, specific chelating chemistry, and conformational changes. Based on our understanding of the regulatory mechanisms, previously developed metal biosensors are examined to point out their limitations, such as high background noise and a lack of well-characterized biological parts. We discuss several strategies to improve the functionality of the metal biosensors, such as reducing the background noise and amplifying the output signal. From the perspective of making heavy metal biosensors, we suggest that the characterization of novel metalloregulators and the fabrication of exquisitely designed genetic circuits will be required.
A computer-aided alloy-designing technique to develop the insert metal for transient liquid phase (TLP) bonding was applied to high aluminum Ni-base superalloys. The main procedure of a mathematical programming method was to obtain the optimal chemical composition through rationally compromising the plural objective performances of insert metal by a grid-search which involved data estimation from the limited experimental data using interpolation method. The objective function Z which was introduced as an index of bonding performance of insert metal involved the melting point, hardness (strength), formability of brittle phases and void ratio (bonding defects) in bond layer as the evaluating factors. The contour maps of objective function Z were also obtained applying the interpolation method. The compositions of Ni-3.0%Cr-4.0%B-0.5%Ce (for ${\gamma}$/${\gamma}$/${\beta}$ type alloy) and Ni3.5%Cr-3.5%B-3%Ti (for ${\gamma}$/${\gamma}$ type alloy) which optimized the objective function were determined as insert metal. SEM observations revealed that the microstructure in bond layers using the newly developed insert metals indicated quite sound morphologies without forming microconstituents and voids. The creep rupture properties of both joints were much improved compared to a commercial insert metal of MBF-80 (Ni-15.5%Cr-3.7%B), and were fairly comparable to those of base metals.
Enzyme-metal combo catalysis is described as a useful methodology for the synthesis of optically active compounds. The key point of the method is the use of enzyme and metal in combination as the catalysts for the complete transformation of racemic substrates to single enantiomeric products through dynamic kinetic resolution (DKR). In this approach, enzyme acts as an enantioselective resolving catalyst and metal does as a racemizing catalyst for the efficient DKR. Three kinds of enzyme-metal combinations - lipase-ruthenium, subtilisin-ruthenium, and lipase-palladium –have been developed as the catalysts for the DKRs of racemic alcohols, esters, and amines. The scope of the combination catalysts can be extended to the asymmetric transformations of ketones, enol acetates, and ketoximes via the DKRs. In most cases studied, enzyme-metal combo catalysis provided enantiomerically-enriched products in high yields.
Conventional manufacturing process for cast iron-babbitt metal composite is complicate and bimetallic bonding by centrifugal casting is also difficult because their melting point is largely different and nonmetallic inclusion exists on outer shell. This study is aiming to simplify multistage process by adding Cu-powder as insert metals during cast iron solidification. The variables on fabrication of composite pipe are mold rotating speed and inner surface temperature of outer metal. The optimum temperature range for fusion bonding between cast iron and Cu-layer was $1100^{\circ}C-1140^{\circ}C$ in case of mold rotating speed was 700rpm. When the inner surface of Cu-layer was at $900^{\circ}C$, the value of interfacial hardness between Cu-layer and babbitt metal were higher than Cu-matrix by forming diffusion layer, interfacial products between Cu-layer and babbitt metal are proved to be $Cu_6Sn_5({\eta})$by XRD.
Park, Young-Chul;Hue, Sun-Chul;Boo, Myoung-Hwan;Kim, Hyun-Su;Kang, Jae-Wook
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.10
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pp.1541-1550
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1997
Since the ceramic/metal joint material is made at a high temperature, the residual stress develops when it is cooled from bonding temperature to room temperature due to remarkable difference of thermal expansion coefficient between ceramic and metal. As residual stress at ceramic/metal joints influences the strength of joints, it is important to estimate residual stress quantitatively. In this study, it is attempted to estimate joint residual stress of Si$_3$N$_4$STS304 joints quantitatively and to compare the strength of joints. The difference of residual stress is measured when repeated thermal cycl is loaded, under the conditions of the practical use of the ceramic/metal joint. The residual stress increases at 1 cycle of thermal load but decreases in 3 cycles to 10 cycles of thermal load. And 4-point bending test is performed to examine the influence of residual stress on fracture strength. As a result, it is known that the stress of joint decreases as the number of thermal cycle increases.
Kim, Soo Min;Kang, Byungjun;Jeong, Sujeong;Kang, Yoonmook;Lee, Hae-seok;Kim, Donghwan
Current Photovoltaic Research
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v.3
no.2
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pp.61-64
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2015
In solar industry, numerous researchers reported about cold spray method among various electrode formation technic, but there are no known a bonding mechanism of metal powder. In this study, a cross-section of copper electrode formed by cold spray method was observed and heterogeneous phase between silicon substrate and copper electrode was analyzed using morphology observation technic. SEM and TEM analysis were performed to analyze a crystallinity and distribution shape of heterogeneous copper phase. Molecular dynamics simulation was performed to calculate glass transition temperature of copper metal. In the result, amorphous copper phase was observed near interface between silicon substrate and metal electrode. The results of the molecular dynamics simulation show that an amorphous copper phase could be formed at a temperature below the melting point of copper because cold spraying resulted in a lower glass transition temperature.
Practical automated flat pattern generation with inbuilt production features for doubly curved sheet metal components (SMCs) is addressed here utilizing a new and unique Point Transformation Algorithm (PTA). This is the third in the series of papers on practical Flat Pattern Development (FPD) [8] and Production Loft Generation Systems (PLGS) [9] complementing the pioneering work [6,7]. In the first two publications, automated loft generation programs have addressed sheet metal components having a Principal Flat Surface (PFS) only. The flat pattern development of 3-D components that do not have the flat surface(termed as Non-PFS components) having complex features of double curvature in addition to cutouts and nibbled holes typical of aircraft components were so far not addressed due to lack of relevant published algorithms. This paper traces the evolution of developments and provides the record of fully illustrated, automated loft generation scheme for aircraft SMCs including the Non-PFS components which underwent validation through production tests by sponsors. Details of some of the unique features of the system like simplified surface model generation, termed as topological model and powerful algorithms deployed with potential for CAD/CAM applications are included.
As a filler metal for lowering the melting point of Ag, many alloy metal candidates have emerged, such as cadmium, with zinc, manganese, nickel, and titanium as active metals. However, since cadmium is known to be harmful to the human body, Cd-free filler metals are now mainly used. Still, no study has been conducted comparing the characteristics of joints prepared with and without cadmium. In addition, studies have yet to be conducted comparing the typical characteristics of brazing filler metals with special structures, and the joint characteristics of brazing filler metals with available frames. In this study, the characteristics of junctions of silver-based intercalation metals were compared based on the type of filler metal additives, using a special structure, a filler metal sandwich structure, to protect the internal base metal. The general filler metal was compared using the structure, and the thickness of the filler metal according to the thickness was reached. A comparison of the characteristics of the junction was conducted to identify the characteristics of an intersection of silver-based brazing filler metal and the effect on joint strength. Each filler metal's collective tensile strength was measured, and the relationship between joint characteristics and tensile joint strength was explored. The junction was estimated through micro strength measurement, contact angle measurement with the base metal when the filler metal was melted, XRD image observation, composition analysis for each phase through SEM-EDS, and microstructure phase acquisition.
Laser beam welding is more advantageous compared to conventional methods. Titanium/Aluminium dissimilar alloy thin sheet metals are difficult to weld due to large difference in melting point. The performance of the weldment depends upon interlayer formation and distribution of intermetallics. During welding, aluminium gets lost at the temperature below the melting point of titanium. Therefore, it is needed to improve a new metal joining techniques between these two alloys. The present work is carried for welding TI6AL4V and AA2024 alloy by using Nd:YAG Pulsed laser welding unit. The performance of the butt welded interlayer structures are discussed in detail using hardness test and SEM. Test results reveal that interlayer fracture is caused near aluminium side due to low strength at the weld joint.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.9
s.174
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pp.188-193
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2005
To provide the various machining materials with excellent quality and dimensional accuracy, high -speed machining is very useful tool as one of the most effective rapid manufacturing processes. However, high-speed machining is not suitable for microscale thin-walled structures because of the lack of the structure stiffness to resist the cutting force. A new method which is able to make a very thin-walled structure rapidly will be proposed in this paper. This method is composed two processes, high-speed machining and filling process. Strong workholding force comes out of the solidification of filling materials. Low-melting point metal alloys are used in order to minimize the thermal effect during phase change and to hold arbitrary shape thin-walled structures quickly during high-speed machining. To verify the usefulness of this method, we will show some applications, for examples thin -wall cylinders and hemispherical shells, and compare the experimental results to analyze the dimensional accuracy of typical parts of the structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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