The technique of producing thin film plays a crucial role in modern science and technology as well as in industrial purposes. Numerous efforts have been made to get high quality thin film through surface treatment of materials. PVD (Physical Vapor Deposition) and CVD (Chemical Vapor Deposition) are two of the most popular deposition techniques used in both scientific study and industrial use. It is well known that the film deposited by PVD and CVD commonly possesses a columnar microstructure which affects many film properties. In recent years, various types of deposition sources which feature high material uses and excellent film properties have been developed. Electromagnetic levitation source appeared as an alternative deposition source to realize high deposition rate for industrial use. Complex film structures such as nano multilayer and multi-components have been prepared to achieve better film properties. Glancing angle deposition (GLAD) has also been developed as a technique to engineer the columnar structure of thin films on the micro- and nanoscale. In this paper, the trends and major issues of thin film technology based on PVD and CVD have been discussed together with the prospect of thin film technology.
In this disquisition, an exact solution method is developed for analyzing the vibration characteristics of magneto-electro-elastic functionally graded (MEE-FG) beams by considering porosity distribution and various boundary conditions via a four-variable shear deformation refined beam theory for the first time. Magneto-electroelastic properties of porous FG beam are supposed to vary through the thickness direction and are modeled via modified power-law rule which is formulated using the concept of even and uneven porosity distributions. Porosities possibly occurring inside functionally graded materials (FGMs) during fabrication because of technical problem that lead to creation micro-voids in FG materials. So, it is necessary to consider the effect of porosities on the vibration behavior of MEE-FG beam in the present study. The governing differential equations and related boundary conditions of porous MEE-FG beam subjected to physical field are derived by Hamilton's principle based on a four-variable tangential-exponential refined theory which avoids the use of shear correction factor. An analytical solution procedure is used to achieve the natural frequencies of porous-FG beam supposed to magneto-electrical field which satisfies various boundary conditions. A parametric study is led to carry out the effects of material graduation exponent, porosity parameter, external magnetic potential, external electric voltage, slenderness ratio and various boundary conditions on dimensionless frequencies of porous MEE-FG beam. It is concluded that these parameters play noticeable roles on the vibration behavior of MEE-FG beam with porosities. Presented numerical results can be applied as benchmarks for future design of MEE-FG structures with porosity phases.
Dip-pen nanolithography(DPN) is an atomic force microscope (AFM) based method of generating nano- or micro-patterns. This technique has been used to transfer various ink materials on the substrate through water meniscus formed between AFM tip and the substrate surface. In this study, the heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyltrimethoxysilane (HDFDTMS) ink materials were coated on the pre-coated AFM tip surface with the HDFDTMS molecules. When the tip brought into contact with the hydroxyl-functionalized silicon surface, HDFDTMS ink molecules have been successfully transported from the tip onto the surface via water meniscus. The created array and passivation area showed stable structures on the surface, and the transport of ink materials from the AFM tip to the surface followed linear increase in pattern size with contact time.
Kim, Jae-Hyun;Kim, Gang-Phil;Ryu, Hong-Keun;Suh, Hong-Suk;Lee, Jung-Ho
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.06a
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pp.241-241
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2008
Macrofore formation in silicon and other semiconductors using electrochemical etching processes has been, in the last years, a subject of great attention of both theory and practice. Its first reason of concern is new areas of macropore silicone applications arising from microelectromechanical systems processing (MEMS), membrane techniques, solar cells, sensors, photonic crystals, and new technologies like a silicon-on-nothing (SON) technology. Its formation mechanism with a rich variety of controllable microstructures and their many potential applications have been studied extensively recently. Porous silicon is formed by anodic etching of crystalline silicon in hydrofluoric acid. During the etching process holes are required to enable the dissolution of the silicon anode. For p-type silicon, holes are the majority charge carriers, therefore porous silicon can be formed under the action of a positive bias on the silicon anode. For n-type silicon, holes to dissolve silicon is supplied by illuminating n-type silicon with above-band-gap light which allows sufficient generation of holes. To make a desired three-dimensional nano- or micro-structures, pre-structuring the masked surface in KOH solution to form a periodic array of etch pits before electrochemical etching. Due to enhanced electric field, the holes are efficiently collected at the pore tips for etching. The depletion of holes in the space charge region prevents silicon dissolution at the sidewalls, enabling anisotropic etching for the trenches. This is correct theoretical explanation for n-type Si etching. However, there are a few experimental repors in p-type silicon, while a number of theoretical models have been worked out to explain experimental dependence observed. To perform ordered macrofore formaion for p-type silicon, various kinds of mask patterns to make initial KOH etch pits were used. In order to understand the roles played by the kinds of etching solution in the formation of pillar arrays, we have undertaken a systematic study of the solvent effects in mixtures of HF, N-dimethylformamide (DMF), iso-propanol, and mixtures of HF with water on the macrofore structure formation on monocrystalline p-type silicon with a resistivity varying between 10 ~ 0.01 $\Omega$ cm. The etching solution including the iso-propanol produced a best three dimensional pillar structures. The experimental results are discussed on the base of Lehmann's comprehensive model based on SCR width.
Using a DC-sputter and changing the substrate temperature to room temperature and 200$\^{C}$, we manufactured each Co-22%Cr alloy thin-films, which has a uniform micro-structure at room temperature, and a fine self-organized nato structure (SONS) at the inside of the grain at the elevated temperature. We also investigated the microstructure and domain structure using a transmission electron microscope (TEM) and a magnetic force microscope (MFM). We managed to corrode selectively Co-enriched phase, then investigate the microstructure using a TEM. We found that it has a uniform composition when it is manufactured at room temperature, but, we found that it has a unique microstructure, which has a plate-like fine Co-enriched phase, with the formation of SONS at the inside of the grain at the elevated temperature. In MFM characterization, we found maze-type domains at the period of 5000 when the substrate temperature maintains at room temperature. We define that the maze-type domain has a disadvantage at the high density recording because it generates noises easily as the exchange coupling energy between the grains is big. On the other hand, there is only a fine domain structure at the period of 500 when the substrate temperature maintains at 200 $\^{C}$. We define that the fine domain structure has an advantage at the high density magnetic recording because it has thermal stability due to small exchange coupling energy.
LEE, MIN-JI;KIM, DONGSEON;KIM, YOUNG OK;SOHN, MOONHO;MOON, CHANG-HO;BAEK, SEUNG HO
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.21
no.1
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pp.24-35
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2016
To assess the relationship between environmental factors and seasonal phytoplankton community structure, we investigated abiotic and biotic factors in Ulsan Bay, Korea. We divided the bay into two areas based on geographical characteristics and compared the difference in each factor between inner and outer bay with t-test statistics. As a result, temperature in the outer bay was higher than that of the inner bay during winter (t = -5.833, p < 0.01) and autumn (p > 0.05). However, opposite trend was observed during spring (t = 4.247, p < 0.01) and summer (t = 2.876, p < 0.05). Salinity was significantly lower in the inner bay than in the outer bay in winter, spring, and summer (p < 0.01). However, the salinity was not significantly different between the inner and the outer bay in the autumn (p > 0.05). In particular, high nutrient concentration was observed in most stations during winter season due to vertical well mixing. The nutrient concentration was significantly higher in surface layers of inner bay after rainfall, particularly in the summer. The relative contribution (approximately 70%) of < $20{\mu}m$ (nano and pico) size phytoplankton was increased in all seasons with continuously low nutrients from the offshore water due to their adaption to low nutrient without other large competitors. Interestingly, high population of Eutreptiella gymnastica was kept in the inner bay during the spring and summer associated with high DIN (nitrate+nitrite, ammonium) after river discharge following rainfall, suggesting that DIN supply might have triggered the increase of Eutreptiella gymnastica population. In addition, high density of freshwater species Oscillatoria sp. and Microcystis sp. were found in several stations of the inner bay that were provided with large amounts of freshwater from the Tae-wha River. Diatom and cryptophyta species were found to be dominant species in the autumn and winter. Of these, centric diatom Chaetoceros genus was occupied in the outer bay in the autumn. Cryptophyta species known as opportunistic micro-algae were found to have high biomass without competitors in the inner bay. Our results demonstrated that Ulsan Bay was strongly affected by freshwater from Tae-wha River during the rainy season and by the surface warm water current from the offshore of the bay during dry season. These two external factors might play important roles in regulating the seasonal phytoplankton community structures.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.04a
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pp.1-2
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2011
Hybrid rockets have lately attracted attention as a strong candidate of small, low cost, safe and reliable launch vehicles. A significant topic is that the first commercially sponsored space ship, SpaceShipOne vehicle chose a hybrid rocket. The main factors for the choice were safety of operation, system cost, quick turnaround, and thrust termination. In Japan, five universities including Hokkaido University and three private companies organized "Hybrid Rocket Research Group" from 1998 to 2002. Their main purpose was to downsize the cost and scale of rocket experiments. In 2002, UNISEC (University Space Engineering Consortium) and HASTIC (Hokkaido Aerospace Science and Technology Incubation Center) took over the educational and R&D rocket activities respectively and the research group dissolved. In 2008, JAXA/ISAS and eleven universities formed "Hybrid Rocket Research Working Group" as a subcommittee of the Steering Committee for Space Engineering in ISAS. Their goal is to demonstrate technical feasibility of lowcost and high frequency launches of nano/micro satellites into sun-synchronous orbits. Hybrid rockets use a combination of solid and liquid propellants. Usually the fuel is in a solid phase. A serious problem of hybrid rockets is the low regression rate of the solid fuel. In single port hybrids the low regression rate below 1 mm/s causes large L/D exceeding a hundred and small fuel loading ratio falling below 0.3. Multi-port hybrids are a typical solution to solve this problem. However, this solution is not the mainstream in Japan. Another approach is to use high regression rate fuels. For example, a fuel regression rate of 4 mm/s decreases L/D to around 10 and increases the loading ratio to around 0.75. Liquefying fuels such as paraffins are strong candidates for high regression fuels and subject of active research in Japan too. Nakagawa et al. in Tokai University employed EVA (Ethylene Vinyl Acetate) to modify viscosity of paraffin based fuels and investigated the effect of viscosity on regression rates. Wada et al. in Akita University employed LTP (Low melting ThermoPlastic) as another candidate of liquefying fuels and demonstrated high regression rates comparable to paraffin fuels. Hori et al. in JAXA/ISAS employed glycidylazide-poly(ethylene glycol) (GAP-PEG) copolymers as high regression rate fuels and modified the combustion characteristics by changing the PEG mixing ratio. Regression rate improvement by changing internal ballistics is another stream of research. The author proposed a new fuel configuration named "CAMUI" in 1998. CAMUI comes from an abbreviation of "cascaded multistage impinging-jet" meaning the distinctive flow field. A CAMUI type fuel grain consists of several cylindrical fuel blocks with two ports in axial direction. The port alignment shifts 90 degrees with each other to make jets out of ports impinge on the upstream end face of the downstream fuel block, resulting in intense heat transfer to the fuel. Yuasa et al. in Tokyo Metropolitan University employed swirling injection method and improved regression rates more than three times higher. However, regression rate distribution along the axis is not uniform due to the decay of the swirl strength. Aso et al. in Kyushu University employed multi-swirl injection to solve this problem. Combinations of swirling injection and paraffin based fuel have been tried and some results show very high regression rates exceeding ten times of conventional one. High fuel regression rates by new fuel, new internal ballistics, or combination of them require faster fuel-oxidizer mixing to maintain combustion efficiency. Nakagawa et al. succeeded to improve combustion efficiency of a paraffin-based fuel from 77% to 96% by a baffle plate. Another effective approach some researchers are trying is to use an aft-chamber to increase residence time. Better understanding of the new flow fields is necessary to reveal basic mechanisms of regression enhancement. Yuasa et al. visualized the combustion field in a swirling injection type motor. Nakagawa et al. observed boundary layer combustion of wax-based fuels. To understand detailed flow structures in swirling flow type hybrids, Sawada et al. (Tohoku Univ.), Teramoto et al. (Univ. of Tokyo), Shimada et al. (ISAS), and Tsuboi et al. (Kyushu Inst. Tech.) are trying to simulate the flow field numerically. Main challenges are turbulent reaction, stiffness due to low Mach number flow, fuel regression model, and other non-steady phenomena. Oshima et al. in Hokkaido University simulated CAMUI type flow fields and discussed correspondence relation between regression distribution of a burning surface and the vortex structure over the surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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