Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.17
no.2
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pp.145-156
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2021
Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification (UNSM) is a peening technology that generates elastic-plastic deformation on the material surface to which a static load of a air compressor and a dynamic load of ultrasonic vibration energy are applied by striking the material surface with a strike pin. In the UNSM-treated material, the structure of the surface layer is modified into a nano-crystal structure and compressive residual stress occurs. When UNSM is applied to welds in a reactor coolant system where PWSCC can occur, it has the effect of relieving tensile residual stress in the weld and thus suppressing crack initiation and propagation. In order to quantitatively evaluate the compressive residual stress generated by UNSM, many finite element studies have been conducted. In existing studies, single-path UNSM or UNSM in a limited area has been simulated due to excessive computing time and analysis convergence problems. However, it is difficult to accurately calculate the compressive residual stress generated by the actual UNSM under these limited conditions. Therefore, in this study, a minimum finite element peening analysis area that can reliably calculate the compressive residual stress is proposed. To confirm the validity of the proposed analysis area, the compressive residual stress obtained from the experiment are compared with finite element analysis results.
In order to fabricate adhesiveless 2-layer flexible copper clad laminate (FCCL) used for COF (chip on film) with high peel strength, polyimide (PI; Kapton-EN, $38\;{\mu}m$) surface was modified by reactive $O_2^+$ and $N_2O^+$ ion beam irradiation. 300 mm-long linear electron-Hall drift ion source was used for ion irradiation with ion current density (J) higher than $0.5\;mA/cm^2$ and energy lower than 200 eV. By vacuum web coating process, PI surface was modified by linear ion source and then 10-20 nm thick Ni-Cr and 200 nm thick Cu film were in-situ sputtered as a tie layer and seed layer, respectively. Above this sputtered layer, another $8-9{\mu}m$ thick Cu layer was grown by electroplating and subsequently acid and base resistance and thermal stability were tested for examining the change of peel strength. Peel strength for the FCCLs treated by both $O_2^+$ and $N_2O^+$ ion irradiation showed similar magnitudes and increased as the thickness of tie layer increased. FCCL with Cu (200 nm)/Ni-Cr (20 nm)/PI structure irradiated with $N_2O^+$ at $1{\times}10^{16}/cm^2$ ion fluence was proved to have a strong peel strength of 0.73 kgf/cm for as-received and 0.34 kgf/cm after thermal test.
The surface texture produced via surface texturing is an important approach for controlling the tribological behavior of friction behavior of mechanical devices. The purpose of this study is to investigate the effect of grooves generated via ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) technology on the tribological performance of AISI 4150 steel against stainless steel 316L. In the study, tribological tests are performed under two different regimes, namely mixed and hydrodynamic lubrication, by varying the applied normal load and reciprocating speed during the tests. According to the test results, the friction coefficient decreases as static load (10 N, 30 N, and 50 N) of UNSM technology increases in the mixed lubrication regime. Conversely, the friction coefficient increases as the static load (10 N, 30 N, and 50 N) of UNSM technology increases in the hydrodynamic lubrication regime. Hence, the results indicate that micro-grooves generate hydrodynamic pressure in the outlet, which increases the oil film thickness between the two mating surfaces. This potentially leads to a reduction in friction in the mixed lubrication regime due to the prevention of contact of asperities and debris. However, the results indicate an adverse effect in the hydrodynamic lubrication regime. In this regard, additional experiments should be performed to investigate the effect of grooves generated by UNSM technology at varying conditions on the friction behavior of AISI 4150 steel, which in turn can be controlled by the generated pressure and oil film thickness at the contact interface.
Mechanical surface treatment is an excellent approach widely used to modulate and improve the performance and service life of bearings, gears, and frictional joints. The main purpose of this study is to investigate and compare the effect of ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) and wonder process craft (WPC) on the surface and tribological properties of SUJ2 bearing steel. The surface roughness and hardness of the untreated and treated (UNSM- and WPC-treated) specimens were measured and compared. Their tribological properties were evaluated using a micro-tribometer under grease-lubricated and dry conditions against itself. Surface hardness measurement results revealed that both the UNSM- and WPC-treated specimens had a higher hardness than that of the untreated specimen. The surface roughness of the untreated specimen was reduced after UNSM and WPC treatments. Abrasive wear mode was observed on the surface of the specimens worn under grease-lubricated conditions, while adhesive wear mode was found on the surface of the specimens worn in dry conditions. According to the tribological test results, the friction coefficient and wear rate of the untreated specimens were reduced by the application of both the UNSM and WPC treatments under grease-lubricated and dry conditions.
Metallized Polyimide films are extensively used as base materials in microelectronics, optical and automotive applications. However it is difficult to deposit metals on those because of their structural stabilities. In this work, polyimide films are modified by a wet process with alkalinemetalhydroxide and additives to introduce functional groups. The surface molecular structures of polyimide are investigated using X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), fourier transform infrared reflection spectroscopy(FTIR-ATR), atomic force micro-scopic(AFM). XPS spectra and FTIR spectra show that the surface structure of polyimide is converted into potassium polyamate. AFM image and AFM cross-sectional analyses reveal the increased roughness on the modified surface of polyimide films. As a result, it is shown that the adhesion strength between polyimide surface and electroless nickel layer is increased by the nano-anchoring effect.
In this study, the effects of ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) treatment at room and high temperatures (RT and HT of 400℃) on friction and wear behavior of Ti-6Al-4V alloy prepared by selective laser melting (SLM) were investigated. The objective of this study is to improve the mechanical properties and frictional behavior of Ti-6Al-4V alloy by UNSM treatment. Dry friction and wear tests were conducted using a ball-on-disk method at RT with a bearing steel as the counter ball. Due to the high HT and UNSM treatment, the surface hardness tended to increase and surface roughness tended to reduce. X-ray diffraction (XRD) analysis showed that nanocrystallization structure and compressive residual stress were formed at the surface layer after UNSM treatment at both RT and HT. After UNSM treatment, it was observed that the wear rate was reduced by about 6% for the specimen treated at RT and a 28% reduction for the specimen treated at HT in comparison with the untreated one. Based on scanning electron microscope (SEM) images showed that the damage caused by fatigue wear occurred in the wear track of the heat-treated specimen, and it is believed to be the cause of the highest wear rate. Mechanical properties and wear resistance of Ti-6Al-4V alloy were improved and prospect of industrial application was confirmed. Further research is still required to improve the characteristics of SLM Ti-6Al-4V alloy to the level of wrought Ti-6Al-4V alloy.
Phenyltrimethoxysilane (PTMS) was anchored onto the sensitized $TiO_2$ nanoparticles. This insulating molecular layer effectively inhibited the charge recombination at the interface of $TiO_2$/electrolyte in the dye-sensitized solar cells (DSCs) without sacrificing the dye-loading capacity of the nanocrystalline $TiO_2$. DSCs using PTMS-modified $TiO_2$ exhibited a short-circuit current ($J_{SC}$) of $15.9mA/cm^2$, an open-circuit voltage ($V_{OC}$) of 789 mV, and a fill factor (FF) of 68.2%, yielding an overall conversion efficiency (${\eta}$) of 8.55% under $100mW/cm^2$ illumination. The resulting cell efficiency was improved by ~10% as compared with the reference cell.
Ji, Mi-Jung;Kim, Eun-Kyung;Ahn, Yong-Tae;Choi, Byung-Hyun
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.47
no.6
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pp.633-637
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2010
In this study, lithium manganese oxide spinel ($LiMn_{1.9}Fe_{0.1}Nb_{0.0005}O_4$) as a cathode material of lithium ion secondary batteries is synthesized with spray drying, and in order to increase its crystallinity and electrochemical properties, the granulated $LiMn_{1.9}Fe_{0.1}Nb_{0.0005}O_4$ particle surface is coated with lithium titanium oxide spinel ($Li_4Ti_5O_{12}$) through a sol-gel method. The granulated particles present a higher tap density and lower specific surface area. The crystallinity and discharge capacity of the $Li_4Ti_5O_{12}$ coated material is relatively higher than uncoated material. With the coating layer, the discharge capacity and cycling stability are increased and the capacity fading is suppressed successfully.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1997.06a
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pp.21-35
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1997
As environmental regulations become more stringent, water, used either as drinking water or as industrial process water, becomes increasingly better in its quality. As a result, an increasingly more advanced water treatment technology is required. It is believed that membrane technology will be able to satisfy such a requirement. The heart of the membrane technology is membrane. The advancement in water treatment technology using membranes, therefore, depends on the development of novel membranes which are superior in performance to the currently available membranes. In this paper, a brief review will be made how the recent progress in surface science, such as surface modification and surface characterization, has aided to improve the performance of the membranes used for water treatment. Some suggestions will also be made regarding the future direction of the research in this area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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