• 제목/요약/키워드: Thermal processes

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마찰대전 나노발전기의 출력 및 안정성 향상을 위한 일렉트렛 개발 (Development of Electret to Improve Output and Stability of Triboelectric Nanogenerator)

  • 감동익;장순민;윤영철;배홍은;이영진;라윤상;조수민;서경덕;차경제;최동휘
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제60권1호
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    • pp.93-99
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    • 2022
  • 초소형, 웨어러블 기기 기술의 빠른 발전에 따라, 전자기기 구동을 위한 시공간적인 제한이 없는 지속적인 전기 공급을 필요로 한다. 이에 따라, 두 가지 다른 재료의 접촉과 분리로 만들어지는 정전기를 활용하는 마찰대전 나노발전기(Triboelectric nanogenerator, TENG)는 간단한 원리 덕분에, 복잡한 과정 및 설계 없이도 자연에서 버려지는 다양한 형태의 에너지들을 효과적으로 수확하는 수단으로 활용되고 있다. 하지만, TENG의 실생활의 적용을 위해서는 전기적 출력의 증가가 필요하다. 또한, 전기적 출력의 증가뿐만 아니라 전기적 출력의 안정적인 발생은 TENG의 상용화를 위해서 해결해야 될 과제이다. 본 연구에서는 TENG의 출력을 향상시킬 뿐만 아니라, 향상된 출력을 안정적으로 나타낼 수 있는 방법을 제안하였다. 출력의 향상 및 안정성을 위해서 TENG 구성 요소 중 하나인 접촉층을 일렉트렛으로 사용하였다. 활용된 일렉트렛은 Fluorinated ethylene propylene (FEP) 필름에 코로나 차징과 열처리 과정을 순차적으로 진행함으로써 제작되었다. 코로나 차징으로 인해 인위적으로 주입된 전하가 열처리 과정에 의해서 깊은 트랩으로 들어가게 되어 전하의 이탈 현상이 최소화된 일렉트렛을 제작하고 이를 TENG 제작에 활용하였다. 제작된 일렉트렛의 출력 성능은 수직 접촉 분리 모드 TENG의 전압 출력을 측정함으로써 검증되었고, 코로나 차징 과정을 거친 일렉트렛은 어떠한 처리도 되지 않은 FEP 필름에 대비 12배 높은 출력 전압을 나타냈다. 일렉트렛의 시간 및 습도 안정성은 일반 외부 환경 및 극한의 습도 환경에 일렉트렛을 노출시킨 후, TENG의 출력 전압을 측정함으로써 확인되었다. 또한, 박수를 모티브로 한 Clap-TENG에 일렉트렛을 적용하여 LED를 작동시킴으로써 실생활에 적용할 수 있음을 보여주었다.

옥천대(沃川帶) 우라늄광층(鑛層)의 구조규제(構造規制) 및 지구화학적(地球化學的) 특성연구(特性硏究) (Lithologic and Structural Controls and Geochemistry of Uranium Deposition in the Ogcheon Black-Slate Formation)

  • 이대성;윤석규;이종혁;김정택
    • 자원환경지질
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    • 제19권spc호
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    • pp.19-41
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    • 1986
  • Structural, radioactive, petrological, petrochemical, mineralogical and stable isotopic study as well as the review of previous studies of the uranium-bearing slates in the Ogcheon sequence were carried out to examine the lithological and structural controls, and geochemical environment in the uranium deposition in the sequence. And the study was extended to the coal-bearing formation (Jangseong Series-Permian) to compare the geochemical and sedimentologic aspects of uranium chemistry between Ogcheon and Hambaegsan areas. The results obtained are as follows: 1. The uranium mineralization occurs in the carbonaceous black slates of the middle to lower Guryongsan formation and its equivalents in the Ogcheon sequence. In general, two or three uranium-bearing carbonaceous beds are found with about 1 to 1.5km stratigraphic interval and they extend from Chungju to Jinsan for 90km in distance, with intermittent igneous intrusions and structural Jisturbances. Average thickness of the beds ranges from 20 to 1,500m. 2. These carbonaceous slate beds were folded by a strong $F_1$-fold and were refolded by subsequent $F_1$-fold, nearly co-axial with the $F_1$, resulting in a repeated occurrence of similar slate. The carbonaceous beds were swelled in hing zones and were shrinked or thined out in limb by the these foldings. Minor faulting and brecciation of the carbonaceous beds were followed causing metamorphism of these beds and secondary migration and alteration of uranium minerals and their close associations. 3. Uranium-rich zones with high radioactive anomalies are found in Chungju, Deogpyong-Yongyuri, MiwonBoun, Daejeon-Geumsan areas in the range of 500~3,700 cps (corresponds to 0.017~0.087%U). These zones continue along strike of the beds for several tens to a few hundred meters but also discontinue with swelling and pinches at places that should be analogously developed toward underground in their vertical extentions. The drilling surveyings in those area, more than 120 holes, indicate that the depth-frequency to uranium rich bed ranging 40~160 meter is greater. 4. The features that higher radioactive anomalies occur particularly from the carbonaceous beds among the argillaceous lithologic units, are well demonstrated on the cross sections of the lithology and radioactive values of the major uranium deposits in the Ogcheon zone. However, one anomalous radioactive zone is found in a l:ornfels bed in Samgoe, near Daejeon city. This is interpreted as a thermal metamorphic effect by which original uranium contents in the underlying black slate were migrated into the hornfels bed. 5. Principal minerals of the uranium-bearing black slates are quartz, sericite, biotite and chlorite, and as to chemical composition of the black slates, $Al_2O_3$ contents appear to be much lower than the average values by its clarke suggesting that the Changri basin has rather proximal to its source area. 6. The uranium-bearing carbonaceous beds contain minor amounts of phosphorite minerals, pyrite, pyrrhotite and other sulfides but not contain iron oxides. Vanadium. Molybdenum, Barium, Nickel, Zirconium, Lead, Cromium and fixed Carbon, and some other heavy metals appear to be positive by correlative with uranium in their concentrations, suggesting a possibility of their genetic relationships. The estimated pH and Eh of the slate suggests an euxenic marine to organic-rich saline water environment during uranium was deposited in the middle part of Ogcheon zone. 7. The Carboniferous shale of Jangseong Series(Sadong Series) of Permian in Hambaegsan area having low radioactivity and in fluvial to beach deposits is entirely different in geochemical property and depositional environment from the middle part of Ogcheon zone, so-called "Pibanryong-Type Ogcheon Zone". 8. Synthesizing various data obtained by several aspects of research on uranium mineralization in the studied sequence, it is concluded that the processes of uranium deposition were incorporated with rich organic precipitation by which soluble uranyl ions, $U{_2}^{+{+}}$ were organochemically complexed and carried down to the pre-Ogcheon sea bottoms formed in transitional environment, from Red Sea type basin to Black Sea type basin. Decomposition of the organic matter under reducing conditions to hydrogen sulfide, which reduced the $UO{_2}^{+2}$ ions to the insoluble uranium dioxide($UO_2$), on the other side the heavy metals are precipitated as sulfides. 9. The EPMA study on the identification of uraninite and others and the genetic interpretation of uranium bearing slates by isotopic values of this work are given separately by Yun, S. in 1984.

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연속적 마이크로파 Full Scale 건조장치를 이용한 하수슬러지 케익의 최적 건조조건 연구 (A Study on the optimum drying condition of sewage sludge cake using continuous microwave full scale dryer)

  • 하상안;정왕석
    • 유기물자원화
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    • 제16권2호
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    • pp.47-56
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    • 2008
  • 본 연구는 하수슬러지 케이크를 사용하여 연속적인 마이크로파 건조기를 적용한 재활용 방안을 제시하는데 목적이 있다. 연구에 적용된 시료는 P시 N하수처리장에서 발생되는 탈수슬러지 케이크를 사용하였다. 기초실험 장치에 적용된 마이크로파 주파수는 2450MHz와 전력사용량은 1~4kW로 사용하였다. 연속적 마이크로파 건조기는 주파수 2450MHz와 전력량은 1~6kW의 범위내에서 조절하여 사용하였고, 마이크로파의 가열은 유전가열방식이고, 수분감량은 초기수분이 78~80%의 고함수율이라도 짧은 시간 안에 수분이 0.2%~2%(wt)까지 감소되어 졌다. 슬러지에 함유하고 있는 수분이 증발되는 과정에서 마이크로파 거동의 변화에 미치는 주요 매개 변수로는 제공되는 운전시간, 슬러지내 수분함량, 전력량, 슬러지 고형물량에 따른 결과로서 이에 대한 조사가 이루어졌다. 마이크로파 전력량이 4kW의 일정한 조건에서 유입되는 부하량이 3kg/min인 경우 한계건조 도달하는 시간이 60분대에, 6kg/min의 부하량 조건에서 120분대에 나타났다. 연속적인 실험장치에서 컨베이어속도는 2.5cm/min, 공급량이 6kg/min일 때 전력량의 변화에 따라 4kW일 때 한계함수율에 도달하는 시간은 120min과 6kW의 전력량인 경우 110 min에 나타남으로서 전력량에 대비하여 한계함수율에 도달하는 시간의 관계에서 4kW가 경제적임이 나타났다. 장치에 공급되는 부하량이 6 kg/min과 마이크로파 전력량이 4kW의 조건에서 컨베이어 건조장치내 공급된 슬러지 단위면적당 두께별 건조효율을 실험한 결과는 건조장치 단위면적당 두께가 2cm인 경우가 1cm와 3 cm인 경우가 한계건조에 도달하는 증발시간이 짧게 나타났다.

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열처리 방법에 따른 품종별 콩 단백질의 항원성 변화 (Allergenicity Change of Soybean Proteins by Thermal Treatment Methods)

  • 설희경;고유진;김은정;이경란;김도경;이정옥;안강모;류충호
    • 생명과학회지
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    • 제22권4호
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    • pp.524-531
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    • 2012
  • 콩은 우리나라에서 과민성 알레르기를 일으키는 대표적인 식품 중의 하나로, 식품으로 섭취 시에 가열 및 발효가공을 통한 형태로 섭취한다. 이에 본 연구에서는 콩에 알레르기 반응을 일으키는 7명의 환아 혈청과 1명의 정상인 혈청을 이용하여 열처리 방법에 따른 품종별 콩(대풍, 대원, 태광)의 알레르기성에 미치는 영향을 조사하였다. 단백질을 추출하여 SDS-PAGE, immunoblotting 및 ELISA 방법을 통하여 반응성을 조사한 결과, SDS-PAGE 상에서 열처리하지 않은 세가지 품종의 경우 9-76 kDa 위치에서 다양한 단백질 밴드를 보였는데 특히 9, 21, 34, 52, 72 그리고 76 kDa의 단백질들은 각각 LTP, Kunits trypsin inhibitor, $Gly$ m Bd 30K, ${\beta}$-conglycinin의 ${\beta}$-subunit, ${\alpha}$-subunit와 ${\alpha}$'-subunit로 주요한 콩 알레르겐으로 알려져 있다. 반면에 볶은 콩, 발효한 콩에서는 35 kDa 이하로 완전히 분해되어 열처리 방법을 통해 단백의 항원성이 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. IgE immunoblotting 을 통한 세 가지 품종의 볶은 콩과 콩 알레르기 환아 혈청과의 반응에서는 공통적으로 38-40 kDa과 10-15 kDa에서 단백질 밴드를 보였으나 발효한 콩에서는 대부분 반응성이 약하거나 나타나지 않았다. ELISA 결과, immunoblotting 분석과 동일하게 대부분의 환아 혈청과 반응시에 볶은 콩과 발효한 콩에서 비교적 낮은 수치를 보였다. 결론적으로 콩에 존재하는 알레르겐 단백질은 열처리와 발효 미생물이 분비하는 단백질 분해효소에 의해 대부분의 환아에서 콩 단백질과의 반응성이 약화되는 것으로 사료된다.

Highly Doped Nano-crystal Embedded Polymorphous Silicon Thin Film Deposited by Using Neutral Beam Assisted CVD at Room Temperature

  • 장진녕;이동혁;소현욱;홍문표
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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    • pp.154-155
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    • 2012
  • The promise of nano-crystalites (nc) as a technological material, for applications including display backplane, and solar cells, may ultimately depend on tailoring their behavior through doping and crystallinity. Impurities can strongly modify electronic and optical properties of bulk and nc semiconductors. Highly doped dopant also effect structural properties (both grain size, crystal fraction) of nc-Si thin film. As discussed in several literatures, P atoms or radicals have the tendency to reside on the surface of nc. The P-radical segregation on the nano-grain surfaces that called self-purification may reduce the possibility of new nucleation because of the five-coordination of P. In addition, the P doping levels of ${\sim}2{\times}10^{21}\;at/cm^3$ is the solubility limitation of P in Si; the solubility of nc thin film should be smaller. Therefore, the non-activated P tends to segregate on the grain boundaries and the surface of nc. These mechanisms could prevent new nucleation on the existing grain surface. Therefore, most researches shown that highly doped nc-thin film by using conventional PECVD deposition system tended to have low crystallinity, where the formation energy of nucleation should be higher than the nc surface in the intrinsic materials. If the deposition technology that can make highly doped and simultaneously highly crystallized nc at low temperature, it can lead processes of next generation flexible devices. Recently, we are developing a novel CVD technology with a neutral particle beam (NPB) source, named as neutral beam assisted CVD (NBaCVD), which controls the energy of incident neutral particles in the range of 1~300eV in order to enhance the atomic activation and crystalline of thin films at low temperatures. During the formation of the nc-/pm-Si thin films by the NBaCVD with various process conditions, NPB energy directly controlled by the reflector bias and effectively increased crystal fraction (~80%) by uniformly distributed nc grains with 3~10 nm size. In the case of phosphorous doped Si thin films, the doping efficiency also increased as increasing the reflector bias (i.e. increasing NPB energy). At 330V of reflector bias, activation energy of the doped nc-Si thin film reduced as low as 0.001 eV. This means dopants are fully occupied as substitutional site, even though the Si thin film has nano-sized grain structure. And activated dopant concentration is recorded as high as up to 1020 #/$cm^3$ at very low process temperature (< $80^{\circ}C$) process without any post annealing. Theoretical solubility for the higher dopant concentration in Si thin film for order of 1020 #/$cm^3$ can be done only high temperature process or post annealing over $650^{\circ}C$. In general, as decreasing the grain size, the dopant binding energy increases as ratio of 1 of diameter of grain and the dopant hardly be activated. The highly doped nc-Si thin film by low-temperature NBaCVD process had smaller average grain size under 10 nm (measured by GIWAXS, GISAXS and TEM analysis), but achieved very higher activation of phosphorous dopant; NB energy sufficiently transports its energy to doping and crystallization even though without supplying additional thermal energy. TEM image shows that incubation layer does not formed between nc-Si film and SiO2 under later and highly crystallized nc-Si film is constructed with uniformly distributed nano-grains in polymorphous tissues. The nucleation should be start at the first layer on the SiO2 later, but it hardly growth to be cone-shaped micro-size grains. The nc-grain evenly embedded pm-Si thin film can be formatted by competition of the nucleation and the crystal growing, which depend on the NPB energies. In the evaluation of the light soaking degradation of photoconductivity, while conventional intrinsic and n-type doped a-Si thin films appeared typical degradation of photoconductivity, all of the nc-Si thin films processed by the NBaCVD show only a few % of degradation of it. From FTIR and RAMAN spectra, the energetic hydrogen NB atoms passivate nano-grain boundaries during the NBaCVD process because of the high diffusivity and chemical potential of hydrogen atoms.

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사용후핵연료의 연소도 변화에 따른 산화 및 OREOX 공정에서 핵분열기체 방출 특성 (Release Characteristics of Fission Gases with Spent Fuel Burn-up during the Voloxidation and OREOX Processes)

  • 박근일;조광훈;이정원;박장진;양명승;송기찬
    • 방사성폐기물학회지
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    • 제5권1호
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    • pp.39-52
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    • 2007
  • 사용후핵연료의 건식 재가공을 위한 핵연료 원격 제조공정중 분말제조를 위한 산화 및 OREOX(산화 환원공정)열처리 공정으로부터 $^{85}Kr$$^{14}C$ 핵분열기체의 방출거동을 정량적으로 평가하였다. 특히 사용후핵연료의 평균 연소도가 $27,000{\sim}65,000\;MWd/tU$ 범위내에서 연소도 변화에 따른 핵분열기체의 방출 분율은 측정한 실험결과와 ORIGEN 코드로부터 계산된 초기 inventory를 상호 비교하여 구하였다. $500^{\circ}C$ 1차 산화공정(voloxidation)에서 $^{85}Kr$$^{14}C(^{14}CO_2)$의 시간에 따른 방출거동은 $UO_2$ 핵연료의 $U_3O_8$으로의 분말화 정도와 밀접한 관련이 있는 것으로 보이며, 입계(grain-boundary)에 분포된 핵분열기체가 대부분 방출되는 것으로 여겨진다. 산화분말을 이용한 OREOX 공정으로부터 핵분열기체의 높은 방출율은 $700^{\circ}C$의 환원공정에서 온도 증가에 의한 기체 확산 및 $UO_2$으로의 환원에 의한 U 원자 이동성 증가에 의존하며 주로 inter-grain 및 intra-grain에 분포된 핵분열기체가 방출된 것으로 판단된다. 일차 산화공정시 $^{85}Kr$$^{14}C$ 핵분열기체의 방출 분율은 핵 연료 연소도가 증가함에 따라 높게 나타났고 방출 분율 범위는 총 inventory의 $6{\sim}12%$정도며, 산화분말의 OREOX 공정처리시 잔류 핵분열기체 대부분이 방출되는 것으로 보인다. 아울러 사용후핵 연료로부터 핵분열기체의 제거를 위해서는 고온 환원분위기보다는 산화에 의한 분말화가 더 효과적인 것으로 여겨진다.

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사용후핵연료 심지층처분장부지 지질환경 기본요건 검토 (Study on Basic Requirements of Geoscientific Area for the Deep Geological Repository of Spent Nuclear Fuel in Korea)

  • 배대석;고용권;박주완;박진백;송종순
    • 방사성폐기물학회지
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    • 제10권1호
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    • pp.63-75
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    • 2012
  • 사용후핵연료 심지층처분장 부지선정과 최종 처분장부지의 처분적합성을 평가하는 업무는 시행-착오를 줄이고 기술적 신뢰성 확보와 합리적이고 효율적인 업무수행을 추구하여야 한다. 이에 선행하여, 우리나라에 적용 가능한 처분장부지의 지질환경 요건 설정을 위한 기본방향과 개별 인자의 처분적합성지표를 가능한 한 정량화하여 설정하고 업무에 적용하여야 한다. 사용후핵연료 처분장부지 선정과 최종처분장 부지의 안전성확보를 위한 처분요건과 관련하여 IAEA 및 OECD 회원국들과 처분연구 및 상용사업 수행 관련 선진국가들의 사례를 바탕으로 요건 별로 구분하여 현황을 분석하였다. 여기서는 사용후핵연료 처분장 부지로서 암석 암반이 갖추어야 할 충분 혹은 선호요건에 대한 이해 제고와 관련 세부 기술지침을 도출하는데 기여하고자 하였다. 이를 토대로 어떠한 암석 암반이 상대적으로 보다 유리한 조건을 가지는 선호요건으로 제시해야 하는지, 그리고 충분요건과 선호요건을 적용하여 후보부지 조사 선별평가 기간 동안 부지선정업무에 반영하고 평가하고 결정하여야 하는 방법론을 도출할 수 있도록 기본 골격을 제시하였다. 또한 처분안전성 확보를 위해 필요한 기본적인 사항을 검토하고 서술하였다. 본 논문에서 기술한 항목들은 처분안전성 확보를 위한 처분요건의 기술지침 구성 체계, 처분안전성 확보개념, 다중방벽 기능 조건, 천연방벽의 지질환경 기본요건, 그리고 우리나라에 적용 가능한 처분장부지 지질환경 기본요건(안) 등으로 구성된다. 우리나라의 사용후핵연료 심지층처분장 부지의 위치에 관한 사업자 기술지침 요건으로 제안하였다. 이와 관련하여 충분요건과 선호요건으로, 화산활동, 지진활동, 단층운동 융기 침강 운동 및 기후 해수면변동 등 장기지질안정성 요건을 비롯한 15개 충분요건과 48개 선호요건을 제안하였다. 이들 요건은 우리나라의 지질환경 특성을 충분히 반영하여 후속되는 각 부문별 특성에 적합한 정량적인 기술 기준 및 지침으로 개발되어야 할 것이다. 정량적 기술지침의 도출은 상용 처분장부지 선별평가과정 및 처분장 부지적합성평가 과정으로부터 확립될 수 있을 것이다. 또한 다양한 부문별 안전사례(safety case) 작성 혹은 연구용 지하처분연구시설 (underground research laboratory: URL)을 이용한 처분시스템의 실증과정 등을 통하여 객관적이고 신뢰성있는 정량적인 지침들이 확립될 수 있을 것이다.

사과원토양(園土壤)의 광물학적특성(鑛物學的特性)에 관(關)한 연구(硏究) (Studies on the Mineralogical Characteristics of Apple Orchard Soils)

  • 이만정
    • 한국토양비료학회지
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    • 제6권3호
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    • pp.141-152
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    • 1973
  • 화강암(花崗岩), 화강섬록암(花崗閃綠岩), 섬록암(閃綠岩), Arkose 질사암(質砂岩), 및 Tertiary 혈암(頁岩)등에 유래(由來)된 사과과수원(果樹園) 11개처(個處)의 하층토(下層土)에 대(對)해서 광물(鑛物)의 풍화과정(風化過程)과 토양생성작용(土壤生成作用) 및 광물조성(鑛物組成)과의 관계(關係)를 밝히기 위(爲)하여 일(一), 이차광물(二次鑛物)에 대(對)한 광물학적(鑛物學的) 연구(硏究)를 시도(試圖)한 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 일차광물(一次鑛物)로서 Quartz, Changed-feldspar, Plagioclase, Alkali-feldspar 등은 거의 모든 시료(試料)에 존재(存在)하였고, 또 시료(試料)에 따라 Hornblende, Biotite, Muscovite 및 Plant opal를 가진 것도 있었으며, 그 밖에 양(量)은 적으나마 Pyroxene group, Tourmaline, Epidote, Cyanite, Magnetite, Volcanic glass 및 Zircon 등도 찾아 볼 수 있었다. 토양(土壤)의 광물학적조성(鑛物學的組成)은 모재(母材)의 특성(特性)을 어느정도(程度) 반영(反映)하고 있어서, 주(主)로 Granite, Granodiorite, Diorite, Arkose 또는 그들의 풍화생성물(風化生成物)이 서로 혼입(混入)된 것에 유래(由來)된 것으로 추정(推定)할 수 있었다. 2. 점토광물조성(粘土鑛物組成)은 팽창형(膨脹型) 또는 비팽창형(非膨脹型) ${\AA}14$광물(鑛物), Illite 및 Kaolin 광물(鑛物)이 주성분(主成分)으로 되고, 시료(試料)에 따라서는 Chlorite, Christobalite, Gibbsite와 일차광물(一次鑛物)인 Quartz 및 Feldspar를 가지고 있었으나 양적(量的)으로는 모재(母材)에 따라 차(差)가 있었다. 3. 비팽창형(非膨脹型) $14{\AA}$광물(鑛物)로는 2, 8면체(面體) Vermiculite가 주(主)이고, 그 층격자간(層格子間)에 Gibbsite 모양의 수산화(水酸化) Aluminium 층(層)을 끼워 있는 것으로 추정(推定)된다. 4. Arkose 또는 Tertiary 혈암계암석(頁岩系岩石) 풍화생성물(風化生成物)에 유래(由來)된 것은 Montmorillonite가 주성분(主成分)이 였다. 그러나 Arkose만으로 된 것은 Kaolin 광물(鑛物)과 Vermiculite가 주(主)이고, 또 산성암풍화생성물(酸性岩風化生成物)이 주(主)로 된 곳은 Kaolin 광물(鑛物)을 주성분(主成分)으로 하는 것과, Kaolin 광물(鑛物) 및 Vermiculite를 주성분(主成分)으로 하는 두 Group로 크게 나눌 수 있었다.

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X-ray Diffraction and Infrared Spectroscopy Studies on Crystal and Lamellar Structure and CHO Hydrogen Bonding of Biodegradable Poly(hydroxyalkanoate)

  • Sato Harumi;Murakami Rumi;Zhang Jianming;Ozaki Yukihiro;Mori Katsuhito;Takahashi Isao;Terauchi Hikaru;Noda Isao
    • Macromolecular Research
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    • 제14권4호
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    • pp.408-415
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    • 2006
  • Temperature-dependent, wide-angle, x-ray diffraction (WAXD) patterns and infrared (IR) spectra were measured for biodegradable poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) and its copolymers, poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) P(HB-co-HHx) (HHx=2.5, 3.4, 10.5, and 12 mol%), in order to explore their crystal and lamellar structure and their pattern of C-H...O=C hydrogen bonding. The WAXD patterns showed that the P(HB-co-HHx) copolymers have the same orthorhombic system as PHB. It was found from the temperature-dependent WAXD measurements of PHB and P(HB-co-HHx) that the a lattice parameter is more enlarged than the b lattice parameter during heating and that only the a lattice parameter shows reversibility during both heating and cooling processes. These observations suggest that an interaction occurs along the a axis in PHB and P(HB-co-HHx). This interaction seems to be due to an intermolecular C-H...O=C hydrogen bonding between the C=O group in one helical structure and the $CH_3$ group in the other helical structure. The x-ray crystallographic data of PHB showed that the distance between the O atom of the C=O group in one helical structure and the H atom of one of the three C-H bonds of the $CH_3$ group in the other helix structure is $2.63{\AA}$, which is significantly shorter than the sum of the van der Waals separation ($2.72{\AA}$). This result and the appearance of the $CH_3$ asymmetric stretching band at $3009 cm^{-1}$ suggest that there is a C-H...O=C hydrogen bond between the C=O group and the $CH_3$ group in PHB and P(HB-co-HHx). The temperature-dependent WAXD and IR measurements revealed that the crystallinity of P(HB-co-HHx) (HHx =10.5 and 12 mol%) decreases gradually from a fairly low temperature, while that of PHB and P(HB-co-HHx) (HHx = 2.5 and 3.5 mol%) remains almost unchanged until just below their melting temperatures. It was also shown from our studies that the weakening of the C-H...O = C interaction starts from just above room temperature and proceeds gradually increasing temperature. It seems that the C-H...O=C hydrogen bonding stabilizes the chain holding in the lamellar structure and affects the thermal behaviour of PHB and its copolymers.

벤토나이트 수화반응 특성화를 위한 X선 단층촬영 기술 적용성 평가 (Feasibility Assessment on the Application of X-ray Computed Tomography on the Characterization of Bentonite under Hydration)

  • 멜빈;이경원;윤서현;김광염;이창수;김민섭;김진섭
    • 터널과지하공간
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    • 제32권6호
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    • pp.491-501
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    • 2022
  • 벤토나이트는 고준위 방사성 폐기물 처분장의 완충재 및 뒷채움재의 주재료로 고려되고 있다. 처분환경에서 벤토나이트는 열-수리-역학-화학적 복합적 거동을 겪게 된다. 본 연구는 제작된 수화거동 실험용 셀을 사용하여 수화 조건에서 벤토나이트의 거동 특성을 X선 단층촬영 기술을 이용하여 평가하고자 하였다. 플라스틱재료로 만들어진 원통형 셀은 상부의 탈착식 캡을 이용하여 시료 상부에 수직응력을 가하거나 팽윤압을 측정할 수 있도록 제작하였다. 수화실험은 건조밀도 1.4 g/cm3, 함수율 20%의 조건으로 제작된 경주 벤토나이트 블록시료로 수행되었다. 샘플의 직경은 27.5 mm, 높이는 34 mm 이며, 수화 실험 중 0.207 MPa의 일정한 압력으로 물을 주입하였으며, 7일 동안 수화실험을 지속하였다. 하루 동안 수화 과정을 거치면서 벤토나이트가 팽창하여 셀 내부의 공간을 채우는 것을 확인하였다. 또한, 샘플의 X선 CT값의 히스토그램 분석을 통해 수화 과정 초기의 샘플 밀도 증가와 이후 점진적인 밀도 감소가 발생함을 평가할 수 있었다. 평균 CT 값, CT값의 표준 편차, CT값 변화량에 대한 분석을 통해 샘플의 수화 과정에 대한 자세한 정보를 확인할 수 있었다. 즉, 수화 시작 후 2일 동안 시료 하부 및 상부 영역은 밀도가 감소하고 중간 영역은 밀도가 증가하였다. 그 후 수화가 진행되면서 샘플의 각 위치에서의 밀도 변화는 초기 샘플의 밀도와 비교할 때 그 차이가 점차 감소함을 확인하였다. 샘플 내 균열의 형성과정과 이후 감소되는 현상도 X선 단층촬영에 의해 확인되었다.