1. 크리프에 대한 설명 중 틀린 것을 고르시오.1) 크리프 발생 직전에 시간별 변형률의 변화가 가장 크다.2) 크리프는 온도가 높아질수록 발생이 증가한다.3) 2차 크리프(Secondary creep) 발생시 시간별 변형률은 일정하다.4) 크리프는 시간에 따른 주기적 응력 하에 발생하는 파괴 현상이다.해설: 주기적 응력 하에 발생하는 파괴는 피로이다.2. 다음 중 세라믹의 특성이 아닌 것을 고르시오.1) 강한 화학결합으로 인한 연성파괴가 발생한다.2) 물리, 화학적 처리를 통해 내열, 내식, 내마모, 절연성이 우수하다.3) 전도성, 반도체성, 절연성 등의 특수 기능 구현 가능하다.4) 고정밀 기계가공으로 장기간 형상을 유지할 수 있다.해설: 강한 화학결합으로 인한 취성 파괴가 발생한다.3. 열충격저항에 관한 설명으로 틀린 것을 고르시오.1) 열충격저항은 가열과 냉각과정에서의 불균일성과 관련이 있다.2) 열충격저항시 나타나는 기계적 특성은 재료의 소성변형과 관련이 있다.3) 급속 냉각 또는 가열 시 표면장력의 큰 변화가 나타난다.4) 열충격저항을 줄이기 위한 것이 열적 보호시스템이다.해설: 열충격저항시 나타나는 기계적 특성은 재료의 탄성변형과 관련이 있다.4. 구부렸다 폈다를 반복해서 장기간 사용하는 디스플레이용 재료는 어떤 기계적 특성을 측정해야 하겠는가?1)취성2) 크리프3) 피로4) 연성해설) 주기적 응력하에서 일어나는 파괴를 측정하는 것은 재료의 피로도이다.5. 다음을 설명하는 용어는 무엇인가?(a) 재료를 깨는데 필요한 에너지(b) 인장응력 시 늘어나는 성질(c) 주목할 만한 소성변형 발생 시의 강도 (ep: 0.002)(d) 표면에 영구흠집을 내는데 저항 정도답: (a) 인성, (b) 연성, (c) 항복강도, (d) 경도6. 면심입방구조를 갖는 원소의 단위세포당 원자수는?답 : 4해설: 4 원자 / 단위세포 : 6 개 면상원자 x 1/2 + 8 개 구석원자 x 1/87. 각 재료를 구성하는 결합에 맞게 연결된 것은?1) 금속-공유결합 (금속)2) 탄소-금속결합 (공유)3) 폴리머-수소결합 (공유)4) 세라믹-이온결합(V)+공유결합8. 열팽창에 관한 설명으로 틀린 것은?1) 고분자의 열팽창계수가 금속보다 큰 것은 고분자간 결합이 금속원자간 대비 약하기 때문이 다.2) 열적 팽창은 원자간거리-에너지의 상관관계에 의해 결정된다.3) 열적 팽창현상은 재료에 따라 나타나기도 하고 나타나지 않기도 한다.4) 재료의 열적팽창은 온도 증가에 따라 에너지가 커지기 때문이다.해설: 재료의 열적팽창은 원자간거리-에너지의 비대칭 때문에 나타난다.9. 다음은 인장강도 시험에서 일어나는 현상을 응력-변형률 곡선에 나타낸 것이다. 일어나는 순서대로 바르게 나열한 것은?(a) 변형경화 (Strain hardening)(b) 파괴 (Fracture)(c) 탄성변형 (Elastic deformation)(d) 네킹 (Necking)답: 탄성변형-변형경화-네킹-파괴10. 각 탄소재료에 대한 설명으로 맞는 것을 고르시오.1) 탄소섬유 – 높은 열전도성, 반도체 특성, 높은 밀도2) 카본 블랙 – 폐수 처리, 기체 분리, 오취 제거에 이용3) 활성탄 – 자동차용 타이어, 도료, 안료 등에 사용4) 다이아몬드 – 높은 기계적 강도, 높은 부식 저항성, 낮은 열팽창 특성11. 다음 중 금속재료의 특성이 아닌 것은?1) 비중이 크고 빛에 불투명하다.2) 금속 광택을 갖고 있다.3) 전성과 연성이 크다.4) 전기는 잘통하나, 열에는 부도체 특징을 나타낸다.해설: 금속은 열 및 전기의 양도체이다.12. 고분자에 해당하지 않는 것은?1) 나무, 고무2) 고무, 면화3) 실크, 울4) 가죽, 클레이해설: 클레이는 점토로써 세라믹에 속한다.13. 다음 중 취성 파괴의 특징이 아닌 것을 모두 고르시오.1) 파괴시 작은 파편으로 쪼개진다.2) Cup & Cone의 파괴 형태로 나타난다.3) 파괴전후 재료의 변형이 나타나지 않는다.4) 파괴에 주로 탄성에너지만 사용된다.해설: Cup & Cone은 연성파괴의 특징이며, 취성파괴는 작은 변형이 있다.14. 아래의 빈칸 (a)-(b)-(c)의 현상을 나타내는 용어로 올바르게 짝지어 진 것을 고르시오.(a) 한 고상이 다른 두 개의 다른 고상으로 변이(b) 액체가 두 개의 고체상으로 변이(c) 액체와 고상이 두번째 고상으로 변이1) (a) 공석 - (b) 공정- (c) 포정2) (a) 공석 - (b) 포정 - (c) 공정3) (a) 포정 - (b) 공석 - (c) 공정4) (a) 공정 - (b) 포정 - (c) 공석해설:공정-액체가 두개의 고체상으로 변리공석-한 고상이 두개의 다른 고상으로 변이포정-액체와 고상이 두번째 고상으로 변이15. 고분자 공중합체에 대한 설명으로 틀린 것은?1) 랜덤 (random) 공중합- 단량체A와 B가 무작위적 형태로 체인을 따라 위치돼 중합된다.2) 그래프트 (graft) 공중합- B 단위 단량체 체인이 주사슬A 체인에 붙어서 중합된다.3) 블록 (block) 공중합- 단량체A와 B가 고분자 체인에 교대로 위치돼 중합된다.4) 공중합체- 고분자 합성시, 두개 이상의 단량체가 함께 중합돼 형성된다.해설: 큰 블록의 A 단위 체인이 B 단위 체인과 교차로 위치돼 중합된다.16. 열용량에 대한 설명으로 틀린 것은?1) 열을 흡수할 수 있는 재료의 능력을 말한다.2) 정압 열용량 및 정적 열용량으로 구분할 수 있다.3) 1 몰의 재료에 대해 온도 1unit 상승에 요구되는 에너지이다.4) 온도가 높을수록 열용량도 항상 커진다.해설: 온도가 증가할수록 열용량이 증가하지만, 디바이 온도 이상에서는 일정해진다.17. 결정 구조에서 원자의 배열에 대해 맞는 것은?1) 결정구조는 원소의 종류와 상관이 있다.2) 결정구조와 인접원자간 결합에너지는 상관관계가 없다.3) 원소만 같으면 밀집정렬배열과 비밀집무작위 배열의 밀도는 차이가 없다.4) 밀집되어 있는 상태에서 결정구조간 차이는 없다.해설: 금속/세라믹은 규칙적결정을 갖고, 고분자는 비정질인 경우가 많다18. 다음에서 설명하는 특징을 지닌 탄소 동소체는 무엇인가?(a) 탄소원자 하나 두께의 2차원구조를 갖는 탄소재료(b) 열전도성 및 기계적 강도가 매우 높음(c) 플렉시블/투명 디스플레이 터치패널의 재료로 사용 가능답: 그래핀19. 다음 탄소 동소체 중 원자 구조가 다른 물질은 어떤 물질인가?1) 그래핀2) 탄소나노튜브3) 흑연4) 다이아몬드해설: sp3혼성궤도(다이아몬드), sp2혼성궤도(그래핀, 탄소나노튜브, 흑연)20. 세라믹의 특성이 아닌 것은?1) 강한 화학결합으로 인한 연성파괴가 발생한다.2) 물리, 화학적 처리를 통해 내열, 내식, 내마모, 절연성이 우수하다.3) 전도성, 반도체성, 절연성 등의 특수 기능 구현 가능하다.4) 고정밀 기계가공으로 장기간 형상을 유지할 수 있다.해설: 강한 화학결합으로 인한 취성 파괴가 발생한다.
대학교 학과 학번 이름 Graphene. 세상을 바꿀 미래소재 그래핀주제 : 그래핀의 정의 , 조사 필요성 및 선정이유 동소체 : 한 종류의 원자로만 이루어졌으나 그 성질이 여러가지인 물질 . 그래핀의 정의 탄소 * 동소체 중 하나로 , 탄소 원자 한 층으로 이루어진 벌집 형태 구조를 가진 소재 2 그래핀의 조사 필요성 및 선정이유 그래핀은 강도 , 열전도율 , 전자이동도 등 여러 가지 특징을 갖고 있는 유용한 소재이다 . 아직은 기초 · 응용 연구 단계에 머무르고 있으나 , 점차 상용화 될 것이다 . 미래에는 우리 생활을 크게 바꿀 소재가 될 것임이 분명하다 . 차세대 신소재로 각광받고 있는 그래핀은 디스플레이 , 이차전지 , 태양전지 , 자동차 및 조명 등 응용 분야가 다양하다 . 우리에게 익숙한 디스플레이 , 액정은 물론 최근에는 국방 분야까지 나아가고 있는 그래핀은 앞으로 우리에게 더 많은 영향을 끼칠 것이다 . 우리 삶에 많은 영향을 미칠 그래핀에 대해 자세히 알아보고 전망을 내다보는 것이 미래를 대비하는 좋은 방법이라 생각하여 그래핀을 주제로 선정하게 되었다 .내용 : 그래핀의 물성 그래핀의 물성 그래핀은 투명하며 빛의 2.3% 만을 흡수해도 상온에서 은보다 열전도성이 높으며 , 전자가 마치 질량이 없는 것처럼 움직여 기존 반도체보다 전기의 흐름이 빨라질 수 있어 실리콘 기판을 대체할 수 있는 차세대 재료로 각광받고 있다 . 현존하는 소재 중 가장 얇은 물질로 구리보다 전류밀도가 높고 극저온에서만 관측되는 양자 홀 효과를 상온에서 보이는 특성이 있다 . 그래핀은 강도 , 열전도율 , 전자이동도 등 여러 가지 특징이 현존하는 물질 중 가장 뛰어난 소재로 디스플레이 , 이차전지 , 태양전지 , 자동차 및 조명 등 다양한 분야에 응용되어 관련 산업의 성장을 견인할 전략적 핵심소재로 인정받고 있다 . 3내용 : 그래핀의 특성 , 제조과정 그래핀의 특성 탄소 원자들의 SP2 결합으로 이루어진 벌집모양의 2 차원 평면 구조 탄소 동소체이다 . 구리보다 100 것으로 예상된다 . 제조 방법의 종류로는 기계적 박리법 , 화학증착법 , 에피텍셜 합성법 , 화학적 박리법 등이 있다 .내용 : 그래핀의 용도 그래핀의 용도 투명전극 : 현재 일반적으로 사용되고 있는 투명 도전막인 ITO(Indium Tin Oxide) 를 대체할 수 있는 재료로 그래핀이 적용되고 있으며 , 터치패널 , Flexible 패널 등으로 적용된 시제품도 개발되고 있다 . 디스플레이 : 투명 디스플레이 반도체 공정에 적용가능한 대면적 합성기술과 그래핀으로 회로를 구성할 수 있는 패터닝 기술을 통해 투명 디스플레이에 적용하여 Flexible 특성 구현이 가능하다 . 이차전지 : 이차전지 전극 재료 등 전기자동차 개발을 위한 고효율 , 장수명의 리튬이온 2 차 전지에 대한 수요가 높아지는 가운데 , 그래핀의 넓은 표면적과 안정적인 결합구조 등을 활용하여 이차전지 및 슈퍼 커패시터 전극재료 등으로 개발이 진행되고 있다 . 5향후계획 그래핀의 시장상황 그래핀 관련 기술 그래핀의 역사 그래핀의 용도 추가 그래핀의 문제점 그래핀의 향후 발전방향 전망 6대학교 학과 학번 이름 Graphene. 세상을 바꿀 미래소재 그래핀소개 : 그래핀의 필요성 및 시장의 현재 상황 그래핀의 필요성 그래핀의 특성을 살펴보면 그 필요성을 알 수 있다 . 그래핀은 상온에서 실리콘보다 100 배 이상 전자가 빠르게 이동한다 . 즉 전기전도도가 매우 높다는 뜻이다 . 열 전도성은 다이아몬드의 2 배 이상이며 , 기계적 강도는 강철의 200 배 이상 , 거기에 전도성을 유지한 상태로 유연성을 취할 수 있다 . 이러한 다양한 강점들 덕분에 그래핀은 투명 전극 및 차세대 반도체 등과 같은 다양한 분야에 활용될 가능성이 매우 크다 . 이러한 그래핀의 필요성은 더 말할 필요도 없을 것이다 . 8 시장의 현재 상황 그래핀은 아직 기초 · 응용 연구 단계에 머무르고 있음에도 불구하고 이미 세계의 그래핀 시장 규모는 2020 년에 6 억 2,000 만 달러를 기록했다 . 또한 그래핀 시장 보고서에서는로는 제작이 가능했다 . 하지만 흑연에서 그래핀만 분리하는 기술이 존재하지 않아 오랜 시간 말 그대로 이론으로만 존재하였다 . 그러던 중 2004 년 가임과 노보셀로프 연구팀이 연필심에 스카치 테이프를 이용해 흑연에서 그래핀을 분리하는데 최초로 성공한다 . 이들은 연필심에 스카치 테이프를 붙여 떼어낸 뒤 , 테이프에 달라붙은 흑연 가루를 반복해서 유리 테이프로 떼어내 그래핀을 최초로 분리하였다 . 이후 2010 년 가임과 노보셀로프는 그래핀을 분리해낸 공로로 노벨 물리학상을 수상했다 . 이를 계기로 그래핀을 다양한 분야에 활용할 수 있게 되었고 , 이는 신소재 분야의 발전에 크게 기여하였다 . 그래핀의 물리적 , 화학적 특성은 매우 유용하며 , 그 활용 범위도 넓다 . 얇고 가벼우면서 내구성 강한 물체를 만들 수 있기에 비행기나 자동차 , 건축자재 등에 사용된다 . 그래핀으로 섬유를 만든다면 가볍고 내구성 좋은 전투복을 만들 수 있기에 최근 시장에서는 그래핀을 이용한 탄소섬유가 주목받고 있다 . 게다가 그래핀의 빠른 전기전도도는 전기저항을 줄여 의료산업 분야에서의 발전도 예상되고 있다 . 그래핀을 상용화 시키기 위해서는 안정적인 그래핀 생산 체계를 구축하는 것이 우선이다 . 그러나 현재 그래핀을 안정적으로 생산해 내는 기술은 아직 개발되지 않은 상태로 머물러 있다 . 게다가 최근 그래핀에서 유전독성이 있을 가능성이 제기돼 그래핀 시장의 성장은 더욱 정체될 것으로 보인다 . 9이론적 배경 그래핀의 이론적 배경 정의 : 탄소 원자 한 층 (0.35nm) 으로 되어 있는 2 차원 평면 형태 (sp2) 의 얇은 막 구조 선행연구 ( 그래핀의 원리 ): 탄소 원자에 있는 4 개의 최외각전자들 중에 3 개의 전자는 육각형의 구조를 이루기 위해 σ- 결합을 형성하고 , 남은 1 개의 전자들이 이루는 긴 범위의 π- 공액구조 (π-conjugation) 로 인해 그래핀은 우수한 물리적 , 전기적특성을 가지게 된다 . 그래핀은 반도체 소재의 주 원료인 실리콘보다 100 배 이래핀의 밴드 구조현재 그래핀 상황 : 제조 절차 그래핀의 제조 절차 현재 그래핀을 생산하는 방법은 크게 4 가지 프로세스로 구분되나 , 대량생산에 이르기까지는 일정 기간이 소요될 것으로 예상된다 . 제조 방법의 종류로는 기계적 박리법 , 화학증착법 , 에피텍셜 합성법 , 화학적 박리법 등이 있다 . 11문제점 : 그래핀의 독성 그래핀의 독성 미쉐린 연구팀은 그래핀이 유전독성 악영향을 야기할 수 있다는 실험 결과를 내놓았다 . 그래핀 기반 물질은 산화스트레스를 유발하여 유전독성에 악영향을 미칠 수 있으며 , 각 물질의 나노폼들을 개별적으로 고려해야 한다는 것이다 . 그래핀의 물성이 우수함에도 매우 제한적으로 사용되는 이유 중 하나는 건강에 미치는 잠재적인 위험성 때문이다 . 이 뿐만 아니라 이전에 수행된 연구들은 그래핀 기반 물질이 산화스트레스를 유발하고 잠재적으로 DNA 까지 손상시킬 수 있다고 했다 . 이에 연구팀은 기존의 유전독성 평가 방법을 재검토하고 , 보다 빠른 스크리닝 기법이 필요하다고 판단했다 . 향후 나노물질 적용 분야가 확대될 것이 예상되기 때문이다 . 12 양산의 어려움 그래핀은 유용한 물성을 갖고 있다 . 그러나 이러한 물성들은 ‘ 이상적인 단층 ‘ 그래핀에서만 잘 나타나기에 문제가 됐다 . 그래핀 생산 기술은 대규모 생산이 어렵거나 균일한 합성이 어렵거나 이상적인 단층 상태가 아닌 적층형 그래핀이 나오는 등 어려움에 부딪혔다 . 그렇기에 양산이 어렵다는 주장이 제기됐으나 IBS 다차원 탄소재료 연구단이 ' 단층 그래핀 ' 대면적 합성기술 개발해 활로를 모색하고 있다 .향후 발전방향 : 연구 및 시장 연구 문제점으로 지적한 두 가지 중 양산화 문제는 조만간 해결될 것으로 보인다 . 앞서 언급한 연구로 인해 고품질의 그래핀 생산이 해졌고 , 용이케이비엘러먼트는 파주에서 그래핀 양산 공장 준공해 연간 15 톤 생산을 목표로 잡았기 때문이다 . 그러나 독성 문제는 미지수이다 . 각 물질의 나노폼들을 개별적으로 확인해야 하기에 해결하는데 시간이 오활용 방안은 무궁무진하다 . 일각에서는 그래핀 응용분야 세계시장이 2025 년경에는 169 조 이상으로 성장할 것이라고 예측할 정도이다 . 시장의 관점에서 본 그래핀의 전망은 매우 밝다고 할 수 있다 .퀴즈 : 문제 문제 1 그래핀을 구성하고 있는 원자의 종류는 무엇인가 ? 14 문제 2 다음 중 그래핀의 주 응용 분야로 강의에서 언급되지 않은 것은 ? 투명 전극 방열 소재 초경량 소재 나노잉크 소재 고무장갑퀴즈 : 풀이 정답 1 탄소 . 그래핀은 탄소 원자 한 층으로 되어 있는 2 차원 평면 형태의 얇은 막 구조이다 . 15 정답 2 고무장갑 . 가볍고 튼튼한 고무장갑은 일견 유용해 보이지만 강의에서 언급되지는 않았다 .각 슬라이드 출처 정리 2 슬라이드 : 본 강의 15 주차 https://www.giikorea.co.kr/report/smrc1021474-graphene-global-market-outlook.html https://www.beautynury.com/news/view/96719/cat/10 3 슬라이드 : https://news.lgdisplay.com/kr/2015/05/graphene/ https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%95%80 https://www.beautynury.com/news/view/96719/cat/10 4 슬라이드 : http://www.kvs.or.kr/file/story/2015_06_11.pdf 5 슬라이드 : https://www.mk.co.kr/news/it/8517908 https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true blogId=msnayana logNo=80138475325 6 슬라이드 : https://www.beautynury.com/news/view/96719/cat/10 https://www.news1.kr/articles/?4414078 7 슬라이드 : https://www.etow}
현대사회와신소재 2022-2 기말 족보 문제-해설
현대사회와신소재 중간기말 만점 과제 2022-2
