나노구조재료의 분석 방법 및 응용분야

소개

나노구조및물성에 대한 여러 문제를 다루고 있는 리포트입니다.
문제는 크게 3가지입니다.
1. 나노물질의 기계적물성치를 측정하는 방법, 2. 나노기반의 재생에너지 생성방법 (태양전지), 3. X선 회절분석방법

목차

1. Explain how we can evaluate and determine mechanical properties of nanomaterials?
1-1. 항복강도
1-2. 연성
1-3. Hall Petch의 역현상
1-4. 변형경화
1-5. 변형속도 감수성
1-6. 나노결정물질의 creep 특성
1-7. 나노결정물질의 피로 특성

2. Please choose one among renewable energy technologies that use nanotechnology
2-1. 재생에너지에 대한 서론
2-2. 나노기반 실리콘 태양전지
2-3. 나노입자 응용 CIGS 태양전지
2-4. 염료감응 태양전지 (DSSC)
2-5. 나노 양자점 3-5 박막 태양전지
2-6. 탄소나노튜브 복합재료 이용 태양전지

3. Among X-ray based analytic methods, select one tool and explain its detail mechanism and provide examples
3-1. x선은 무엇인가?
3-2. 시험목적
3-3. x선 회절의 원리

본문내용

1. (40 points) Explain how we can evaluate and determine mechanical properties of nanomaterials? Provide a detail process for mechanical tests that you explain.
○ 항복강도
– 나노범위의 입도를 가진 FCC 금속에 대한 기계적인 성질은 단축의 인장
/압축시험과 마이크로- 혹은 나노-노치(indentation)로 평가된다. 가끔 마이크로 크기의 인장시험은 불안전성 예를 들면, 물질의 기계적인 성질에 반대작용을 하는 기포(voids)와 같은 영향을 없애기 위하여 사용된다.
– IGC(불활성가스에서의 응축)에 의해서 제조된 나노결정의 Cu와 Pd의 압축 항복응력을 측정하였다. 이 결과, 조대한 입도를 가진 비교재보다 밀도가 더욱 높았으며, 강도와 파괴 시의 변형량도 더욱 높았다.
○ 연성
– 지금까지 입도가 감소하면 연성이 증가한다는 것은 잘 알려진 사실이다. 그래서 입도가 나노 치수로 감소되면 연성이 증가할 것으로 예상되었지만, 실제로는 25nm 이하의 입도에서는 연성이 오히려 적어져서 40~60%밖에 되지 않았다. Koch 등에 의해서 나노결정물질에 있어서 그 원인을 다음과 같이 규명하였다.
· 제조과정 중에 생긴 인공물(예, 기포)
․ 인장 시의 불안전성
․ 균열 핵생성 혹은 전단 시의 불안전성
– Zhang 등에 의하면, 액체질소 중에서 밀링시간을 변수로 하여 조사한 결과, 4시간 동안 극저온밀링 처리된 시험편이 최상의 강도의 연성의 조합을 이루었다고 한다. 더 짧거나 더 긴 시간 동안 밀링한 시험편보다도 변형경화가 더욱 많이 일어났다. 큰 입도에서는 전위의 활동도에 의해서 설명할 수 있지만, 입도가 감소함으로써 변형경화가 발생되었다고 추정하고 있으며, 결국 이 변형경화가 연성을 제공했다고 주장하고 있다.

참고자료

· http://www.fuelcelltoday.com/reference/image-bank/Schematics/PEMFC-schematic
· S. Y. Kim, S. Kim, N. P. Balsara and M. J. Park, NatureCommunications 1, 88 (2010).
· M. J. Park and N. P. Balsara, Macromolecules 41, 3678(2008).
· S. Y. Kim, A. Jackson, N. P. Balsara and M. J. Park,Macromolecules 43, 8128 (2010).
· K. A. Mauritz, R. F. Storey and C. K. Jones, in Multiphase Polymer Materials: Blends, Ionomers, and Interpenetrating Networks, eds. L. A. Utracki and R. A. Weiss, ACS Symp. Ser. No. 395 (American Chemical Society, Washington, DC, 1989), p. 401‐417.
· 차세대 나노 기반 고효율 태양전지 개발, 서홍석, 공학기술논문집, Vol.17(June 2008)