Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.10
no.11
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pp.2075-2082
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2006
This paper presents modeling and optimization techniques for hish efficiency solar cell process on single-crystalline float zone (FZ) wafers. Among a sequence of multiple steps of fabrication, the followings are the most sensitive steps for the contact formation: 1) Emitter formation by diffusion; 2) Anti-reflection-coating (ARC) with silicon nitride using plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD); 3) Screen-printing for front and back metalization; and 4) Contact formation by firing. In order to increase the performance of solar cells in terms of efficiency, the contact formation process is modeled and optimized using neural networks and genetic algorithms, respectively. This paper utilizes the design of experiments (DOE) in contact formation to reduce process time and fabrication costs. The experiments were designed by using central composite design which consists of 24 factorial design augmented by 8 axial points with three center points. After contact formation process, the efficiency of the fabricated solar cell is modeled using neural networks. Established efficiency model is then used for the analysis of the process characteristics and process optimization for more efficient solar cell fabrication.
Design of experiments (DoE) concept was successfully applied to determine the optimum processing conditions that yield maximum % exhaustion for berberine interaction with synthetic tanning agent pretreated polyamide substrates. The potential of synthetic tanning agent to provide anionic sites on the polyamide for berberine interaction which is cationic in nature was tested to increase the % exhaustion of berberine in this article. Experiments were designed according to Central Composite Rotatable Design (CCRD). The three factors for synthetic tanning agent pretreatment and two factors for berberine interaction each at five different levels, including central and axial points were considered. Experiments were conducted in a laboratory scale infra-red treatment instrument according to CCRD. For each response, second order polynomial models were developed using multiple linear regression analysis incorporating linear, interactions and squared effects of all variables and then optimized. The significance of the mathematical model developed was ascertained using Excel regression (solver) analysis module. Analysis of variance (ANOVA) was performed to check the adequacy and accuracy of the fitted models. The response surfaces and contour maps showing the interaction of process variables were constructed. Applying Monte Carlo simulation, response surface and contour plots, optimum operating conditions were found and at this optimum point, % exhaustion of 81% and 74% respectively for synthetic tanning agent pretreatment and berberine interaction were observed and subsequently the results were experimentally investigated.
Yang, Hee Gun;Ha, Gwangsu;Ryu, Myeong Seon;Park, Se Won;Jeong, Ho Jin;Yang, Hee-Jong;Jeong, Do-Youn
Journal of Life Science
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v.31
no.8
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pp.761-770
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2021
In this study, the optimal medium composition for enhancing protease production was established by the Bacillus strain isolated from Makgeolli, a traditional fermented food, using the response surface methodology. B. amyloliquefaciens SRCM115785 was selected as the protease producer by productivity analysis and identified by 16S rRNA gene sequencing. Plackett-Burman design (PBD) was introduced to analyze the effect of each component on protease production among the 11 selected medium components. As a result, glucose, yeast extract, and beef extract were finally selected as factors for enhancing protease production. Central composite design (CCD) analysis was designed as a method to determine the optimal concentration of each component for protease production and the concentration of each medium composition for maximum protease production was predicted to glucose 6.75 g/l, yeast extract 12.42 g/l and beef extract 17.48 g/l. The suitability of the experimental model was proved using ANOVA analysis and as a result of quantitative analysis to prove this, the amount of increase was 230.47% compared to the LB medium used as a control. Through this study, the optimization of medium composition for enhancing protease production was established, and based on this, it is expected that it can be efficient use of protease as an industrial enzyme.
Hashemi, Nooshin;Dabbagh, Reza;Noroozi, Mostafa;Baradaran, Sama
Advances in environmental research
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v.9
no.1
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pp.65-84
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2020
The potential use of Sargassum boveanum algae for the removal of uranium from aqueous solution has been studied by varying three independent parameters (pH, initial uranium ion concentration, S. boveanum dosage) using a central composite design (CCD) under response surface methodology (RSM). Batch mode experiments were performed in 20 experimental runs to determine the maximum metal adsorption capacity. In CCD design, the quantitative relationship between different levels of these parameters and heavy metal uptake (q) were used to work out the optimized levels of these parameters. The analysis of variance (ANOVA) of the proposed quadratic model revealed that this model was highly significant (R2 = 0.9940). The best set required 2.81 as initial pH(on the base of design of experiments method), 1.01 g/L S. boveanum and 418.92 mg/L uranium ion concentration within 180 min of contact time to show an optimum uranium uptake of 255 mg/g biomass. The biosorption process was also evaluated by Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevich isotherm models represented that the experimental data fitted to the Langmuir isotherm model of a suitable degree and showed the maximum uptake capacity of 500 mg/g. FTIR and scanning electron microscopy were used to characterize the biosorbent and implied that the functional groups (carboxyl, sulfate, carbonyl and amine) were responsible for the biosorption of uranium from aqueous solution. In conclusion, the present study showed that S. boveanum could be a promising biosorbent for the removal of uranium pollutants from aqueous solutions.
In this study, the O/W emulsions prepared from coconut oil and the non-ionic mixed surfactant as Tween-Span system were evaluated and optimized in order to upgrade the stability of manufactured emulsions. For the optimization, a central composite design model-response surface methodology, so called as CCD-RSM was implemented. Quantitative factors were the hydrophile-lipophilie balance (HLB), amount of non-ionic mixed surfactant and emulsification speed while experimental results included the mean droplet size (MDS), emulsion stability index (ESI), and thermal instability index (TII). Optimized values of the HLB, amount of non-ionic mixed surfactant and emulsification speed obtained from CCD-RSM were 9.1, 8.7 wt.%, and 6,200.8 rpm, respectively. Expected experimental results for MDS, ESI, and TII under the optimized experimental condition were 151.0 nm, 99.86, and 3.17%, respectively. The average error from actual experiments which established for validation of the conclusions was lower than 3.5%. Therefore, a highly favorable level could be obtained when the optimized CCD-RSM was applied to manufacturing the O/W emulsion in this study.
Lee, Seung Bum;Zuo, Chengliang;Xu, Yang;Hong, In Kwon
Applied Chemistry for Engineering
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v.31
no.5
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pp.532-538
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2020
In this study, emulsification process were conducted to manufacture the natural sunscreen from raw materials such as shea butter, olive emulsifier wax, and green tea extract. The emulsification was optimized by using the central composite design model-response surface methodology (CCD-RSM) where the response values were established as the mean droplet size (MDS) and emulsion stability index (ESI) after 7 days in addition to UV absorbance at 300nm. The amount of emulsifier and additives and emulsification time were established as operating variables and the optimal conditions of sunscreen emulsification were accepted as 3.70, 2.47 wt.%, and 15.42 min, respectively according to the result of CCD-RSM. On the other hand, the response values were estimated as 1173.80 nm and 99.56% for MDS and ESI, respectively, after 7 days, in addition to UV absorbance at 300 nm (2.47). The average error from actual experiments was a low level as about 3.0 ± 1.5%, which is mainly due to the fact that the optimization using CCD-RSM applied in this study was in the relatively high significant level.
Lee, Seung Bum;Li, Guangzong;Zuo, Chengliang;Hong, In Kwon
Applied Chemistry for Engineering
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v.30
no.5
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pp.606-614
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2019
A mixing ratio of the oil in water (O/W) emulsion of palm oil and the non-ionic surfactant (Tween-Span type) possessing different hydrophile-lipophilie balance (HLB) values was evaluated in this work. An optimum condition was determined through analysis of main and interaction effects of each quantitative factor using central composite design model-response surface methodology (CCD-RSM). Quantitative factors used by CCD-RSM were an emulsification time, emulsification speed, HLB value and amount of surfactant. On the other hand, the reaction parameters were the viscosity and mean droplet size of O/W emersion. Optimized conditions obtained from CCD-RSM were the emulsification time of 12.7 min, emulsification speed of 5,551 rpm, HLB value of 8.0 and amount of surfactant of 5.7 wt.%. Ideal experimental results under the optimized experimental condition were the viscosity of 1,551 cP and mean droplet size of 432 nm which satisfy the targeted values. The average error value from our actual experiment for verifying the conclusions was below to 2.5%. Therefore, a high favorable level could be obtained when the CCD-RSM was applied to the optimized palm oil to water emulsification.
In this study, the adsorption decolorization process of sea buckthorn oil was carried out to verify the possibility of the sea buckthorn oil as a natural UV absorber. The optimization was carried out by using the central composite design model-response surface methodology (CCD-RSM). The response values of CCD-RSM were selected as the decolorization effect through the process, acid value after decolorization, and UV absorbance of the decolored oil at 290nm. The amount of adsorbent, temperature and time were selected as the process variables for the experiments. According to the results of CCD-RSM, the results of optimization were all consistent. The optimal conditions, which satisfy CCD-RSM statically and mathematically, were 4.32 wt.%, 134.90 ℃, and 19.8 min for the amount of adsorbent, temperature and time, respectively. The estimated response values expected under these optimal conditions values were 94.78%, 2.08 mg/g KOH, and 2.91 for the decolorization effect, acid value and UV absorbance at 290 nm, respectively. Also the average error from actual experiment for verifying the conclusions was smaller than 2%. Therefore, it was confirmed that the application of CCD-RSM to the adsorption decolorization process of sea buckthorn oil showed a very high level of acceptable results and that the sea buckthorn oil has high possibility to be used as a natural UV absorber.
Rahman, Mohammad S.;Islam, Mohammad S.;Do, Jeongyun;Kim, Dookie
Structural Engineering and Mechanics
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v.63
no.3
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pp.303-315
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2017
This paper presents a review on getting a Weighted Multi-Objective Optimization (WMO) of Tuned Mass Damper (TMD) parameters based on Response Surface Methodology (RSM) coupled central composite design and Weighted Desirability Function (WDF) to attenuate the earthquake vibration of a jacket supported Offshore Wind Turbine (OWT). To optimize the parameters (stiffness and damping coefficient) of damper, the frequency ratio and damping ratio were considered as a design variable and the top displacement and frequency response were considered as objective functions. The optimization has been carried out under only El Centro earthquake results and after obtained the optimal parameters, more two earthquakes (California and Northridge) has been performed to investigate the performance of optimal damper. The obtained results also compared with the different conventional TMD's designed by Den Hartog's, Sadek et al.'s and Warburton's method. From the results, it was found that the optimal TMD based on RSM shows better response than the conventional damper. It is concluded that the proposed response model offers an efficient approach regarding the TMD optimization.
In high multistory reinforced concrete buildings, coupled shear walls can provide an efficient structural system to resist horizontal force due to wind and seismic effects. Coupled shear walls are usually built over the whole height of the building and re laid out either as a series of walls coupled by beams and/or slabs or a central core structure with openings to accommodate doors, elevators walls, windows and corridors. A number of recent studies have focused on examining the seismic response of concrete, steel, and composite coupling beams. However, since no specific equations are available for computing the bearing strength of steel coupling beam-wall connections, it is necessary to develop such strength equations. There were carried out analytical and experimental studies to develop the strength equations of steel coupling beam-connections. Experiments were conducted to determine the factors influencing the bearing strength of the steel coupling beam-wall connection. The results of the proposed equations were in good agreement with both test results and other test data from the literature. Finally, this paper provides background for design guidelines that include a design model to calculate the bearing strength of steel coupling beam-wall connections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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