In this study, an empirical relationship between the energy band gap of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and synthesis parameters in a chemical vapor deposition (CVD) reactor using factorial design of experiment was established. A bimetallic (Fe-Ni) catalyst supported on $CaCO_3$ was synthesized via wet impregnation technique and used for MWCNT growth. The effects of synthesis parameters such as temperature, time, acetylene flow rate, and argon carrier gas flow rate on the MWCNTs energy gap, yield, and aspect ratio were investigated. The as-prepared supported bimetallic catalyst and the MWCNTs were characterized for their morphologies, microstructures, elemental composition, thermal profiles and surface areas by high-resolution scanning electron microscope, high resolution transmission electron microscope, energy dispersive X-ray spectroscopy, thermal gravimetry analysis and Brunauer-Emmett-Teller. A regression model was developed to establish the relationship between band gap energy, MWCNTs yield and aspect ratio. The results revealed that the optimum conditions to obtain high yield and quality MWCNTs of 159.9% were: temperature ($700^{\circ}C$), time (55 min), argon flow rate ($230.37mL\;min^{-1}$) and acetylene flow rate ($150mL\;min^{-1}$) respectively. The developed regression models demonstrated that the estimated values for the three response variables; energy gap, yield and aspect ratio, were 0.246 eV, 557.64 and 0.82. The regression models showed that the energy band gap, yield, and aspect ratio of the MWCNTs were largely influenced by the synthesis parameters and can be controlled in a CVD reactor.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.8
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pp.56-63
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2020
The heat transfer phenomenon in the vicinity of the irradiated region of a focused laser beam of a DMT process greatly affects both the deposition characteristics of powders on a substrate and the properties of the deposited region. The goal of this paper is to investigate the heat transfer characteristics of a single bead deposition of Inconel 718 powders on S45C structural steel using a laser-aided direct metal tooling (DMT) process. The finite element analysis (FEA) model with a Gaussian volumetric heat flux is developed to simulate a three-dimensional transient heat transfer phenomenon. The cross-section of the bead for the FEA is estimated with an equivalent area method using experimental results. Through the comparison of the results of the experiments and those of the analysis, the effective beam radius of the bottom region of the volumetric heat flux and the efficiency of the heat flux model for different powers and travel speeds of the laser are predicted. From the results of the FEA, the influence of the power and the travel speed of the laser on the creation of a steady-state heat transfer region and the formation of the heat-affected zone (HAZ) in the substrate are investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.2
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pp.103-109
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2017
Metal 3D printing, which is an additive metal manufacturing (AMM) process, enables the development of full-density metallic tools and parts using metal powders that are precisely delivered and controlled for deposition with no powder bed. However, some unknown geometric defects and irregular geometric features on an STL model can possibly result in incorrect metal part fabrication after the build. This study first proposes a methodical approach for verifying the build part, including the missing facet problems in an STL model, by defining some irregular features that possibly exist on the part. Second, 2D tool paths on each build layer were investigated for detecting any singular region inside the layer. The method was implemented for building two sample STL models using a direct energy deposition process, and finally, it was visually simulated for diagnosis.
This paper presents the numerical simulations of future river bed changes using CCHE2D, a two-dimensional numerical model, for river confluences at the confluences of the Nakdong River and Gamcheon as well as Geum River and Mihocheon. The numerical simulations of future river bed changes were conducted for three years using hydrological data from August 30, 2012, to August 29, 2015 after the Four Major River Restoration Project. The simulation results demonstrated that river bed changes occurred actively near the confluence where sediment deposition was concentrated, resulting in the possibility of point bar formation. Through the numerical simulations, the characteristics of future river bed change was evaluated by investigating the characteristics of bed changes, average bed elevation changes, and the difference between deposition and erosion in the target section. The two-dimensional numerical model is expected to be used in the future to prepare effective stabilization plans for the tributary confluence.
The numerical simulation of wind and ozone ($O_3$) transport in mountainous regions was performed with a computational fluid dynamics technique. A dry deposition model for $O_3$ was designed to estimate $O_3$ deposition in complex terrain, and the qualitative validity of the predicted $O_3$ concentration field was confirmed by comparison with observed data collected with passive samplers. The simulation revealed that wind velocity increases around ridge lines and peaks of mountains. The areas with strong wind corresponded well with the sites of tree decline at high altitudes, suggesting that it is an important factor in the localization of tree/forest decline. On the other hand, there is no direct relationship between forest decline and $O_3$ concentration. The $O_3$ concentration, however, tends to increase as wind velocity becomes higher, thus the $O_3$ concentration itself may be a potential secondary factor in the localized decline phenomena. While the diffusion flux of $O_3$ is not related to localized tree decline, the pattern of advection flux is related to those of high wind velocity and localized tree decline. These results suggest that strong wind with large advection flux of $O_3$ may play a key role in the promotion of tree/forest decline at high mountain ridges and peaks.
Empirical erosion models like Universal Soil Loss Equation (USLE) models have been widely used to make spatially distributed soil erosion vulnerability maps. Even if the models detect vulnerable sites relatively well utilizing big data related to climate, geography, geology, land use, etc within study domains, they do not adequately describe the physical process of soil erosion on the ground surface caused by rainfall or overland flow. In other words, such models are still powerful tools to distinguish the erosion-prone areas at large scale, but physics-based models are necessary to better analyze soil erosion and deposition as well as the eroded particle transport. In this study a physics-based soil erosion modeling system was developed to produce both runoff and sediment yield time series at watershed scale and reflect them in the erosion and deposition maps. The developed modeling system consists of 3 sub-systems: rainfall pre-processor, geography pre-processor, and main modeling processor. For modeling system validation, we applied the system for various erosion cases, in particular, rainfall-runoff-sediment yield simulation and estimation of probable maximum sediment (PMS) correlated with probable maximum rainfall (PMP). The system provided acceptable performances of both applications.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2000.02a
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pp.212-212
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2000
Since the first obserbvation of carbon nanotubes, extensive researches have been done for the synthesis using arc discharge, laser vaporization, and plasma-enhanced chemical vapor deposition. Carbon nanotubes have unique physical and chemical properties and can allow nanoscale devices. Vertically aligned carbon nanotubes with high quality on a large area is particularly important to enable both fundamental studies and applications, such as flat panel displays and vacuum microelectronics. we have grown vertically aligned carbon nanotubes on a large area of Si substrates by thermal chemical vapor deposition using C2H2 gas at 750-950$^{\circ}C$. we deposited catalytic metal on Si susbstrate using thermal evaporation. The nanotubes reveal highly purified surface. The carbon nanotubes have multi-wall structure with a hollow inside and it reveals bamboo structure agreed with base growth model. Figure 1 shows SEM micrograph showing vertically aligned carbon nanotubes whih were grown at 950$^{\circ}C$ on a large area (20mm${\times}$30mm) of Si substrates. Figure 2 shows TEM analysis was performed on the carbon nanotubes grown at 950$^{\circ}C$ for 10 min. The carbon nanotubes are multi-wall structure with bamboo shape and the lack of fringes inside the nanotube indicates that the core of the structure is hollow. In our experiment, carbon nanotubes grown by the thermal CVD indicate base growth model.
This study was designed to describe the effect of the protein quality at different intake level of protein on the protein metabolism in the whole body of growing pigs with a simulation model. Varying to the protein level in feeds, four simulations were conducted. The feed protein level, represented as proportions of digestible protein to the metabolic energy (DP/ME, g/MJ), were 6-8, 11-13, 17-19, and 23-25 DP/ME, respectively. Two protein quality and six weeks of growth time were used at each simulation. The objective function for the simulations was protein deposition in the whole body, which was calculated from the experimental results. The parameters in the simulation were determined by the parameter estimation technique. The results obtained from the simulation were as follows: The protein synthesis and breakdown rates(g/day) in the whole body was increased with the increase of protein quality only at lower or required level of protein intake. They showed a parallel behavior in the course of growth, irrespective of quality and level of feed protein intake. The simulated protein deposition and protein synthesis showed a linear relationship between them at different protein quality and level. The affinity parameter showed a linear relationship between them at different protein quality and level. The affinity parameter showed that arginine, tryptophan and isoleucine were more efficient in the stimulation ofbody protein synthesis. Lysine and phenylalanine+tyrosine were less efficient. The oxidation parameter showed that histidine, pheyalanine+tyrosine were less efficient. The oxidation parameter showed that histidine, phenyalanine+tyrosine, and methionine+cystine were oxidized in larger magnitude than lysine and threonine. The oxidation parameter of most amino acids increased with the increase of protein intake beyond the requirement level, but not any more at highest protein intake level. Finally it was found that the improvement of feed protein quality at the lower or required level of protein intake increase protein deposition through a parallel increase of protein synthesis and breakdown.
The flow and bed change were analyzed using the CCHE2D model, which is a two-dimensional numerical model, at a confluence of the Namhan River and Seom River where deposition occurs predominantly after the "Four Major Rivers Restoration Project." The characteristic of the junction is that the tributary of Seom River joined into the curved channel of the main reach of the Namhan River. The CCHE2D model analyzes the non-equilibrium sediment transport, and the adaptation lengths for the bed load and suspended load are important variables in the model. At the target area, the adaptation length for the bed load showed the greatest influence on the river bed change. Numerical simulation results demonstrated that the discharge ratio ($Q_r$) change affected the flow and bed change in the Namhan River and Seom river junction. When $Q_r{\leq}2.5$, the flow velocity of the main reach increased before confluence, thereby reducing the flow separation zone and decreasing the deposition inside the junction. When $Q_r$>2.5, there was a high possibility that deposition would be increased, thereby forming sand bar. Numerical simulation showed that a fixed sand bar has been formed at the junction due to the change of discharge ratio, which occurred in 2013.
In this study, we analyzed the effects of trees planted in urban areas on PM2.5 reduction using a computational fluid dynamics (CFD) model. For realistic numerical simulations, the meteorological components(e.g., wind velocity components and air temperatures) predicted by the local data assimilation and prediction system (LDAPS), an operational model of the Korea Meteorological Administration, were used as the initial and boundary conditions of the CFD model. The CFD model was validated against, the PM2.5 concentrations measured by the sensor networks. To investigate the effects of trees on the PM2.5 reduction, we conducted the numerical simulations for three configurations of the buildings and trees: i) no tree (NT), ii) trees with only drag effect (TD), and iii) trees with the drag and dry-deposition effects (DD). The results showed that the trees in the target area significantly reduced the PM2.5 concentrations via the dry-deposition process. The PM2.5 concentration averaged over the domain in DD was reduced by 5.7 ㎍ m-3 compared to that in TD.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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