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재공실 실험1 예보 - 수직자기이방성 재료의 자기특성평가

1.수직자기이방성 재료의 자기특성평가1. H(magnetic field intensity), B(magnetic flux density or magnetic induction), M(magnetization) 의 정의를 조사하시오.H(magnetic field intensity): 자계 내에 정지되어 있는 단위 자극에 작용하는 힘. 세기가 M(㏝)인 자극에 작용하는 힘을 F(N)라 할 때, H=F/M(A/m)을 자계의 세기H라 한다. 또 전류에 의한 자계의 세기는 그 자계의 세기는 그자계의 방향으로 한 바퀴 온 선적분(線積分)이 쇄교(鎖交)한 전류의 세기 와 쇄교 회수의 곱에 비례한다.B(magnetic flux density or magnetic induction): 자기장에 수직인 단면을 지나는 자기력선의 총 수를 자기선속(자속, magnetic flux)라고 하며 보통 Φ(파이)로 표시한다. 단위는 자극의 자기량 단위인 Wb(웨버)를 사용한다. 단위 면적을 지나는 자기선속을 자기력선속밀도(자속밀도)라고 하며 단위는 가우스(G) 또는 테슬라(T)를 사용한다.자기선속밀도는 자기장의 세기를 나타내며, 넓이 S인 단면을 수직으로 지나는 자기선속 Φ와 자기장 B의 세기는 다음의 관계에 있다.자기력선의 간격이 촘촘할수록 자기장의 세기가 세다. 자석의 경우, 양쪽 자극에서 자기력선의 밀도가 높고 자극으로부터 점차 멀어지면 자기력선의 밀도가 낮다. 흰 종이 아래 자석을 놓고, 종이 위에 쇳가루를 뿌리면 이를 확인할 수 있다.M(magnetization): 전자기학에서, 자기화(磁氣化, magnetization)는 자기적 성질을 가진 물질이 가진 자기 모멘트 밀도 벡터장이다. 기호는 M. 단위는 암페어 매 미터 (A/m)이다.자기화 M은 자기장 (자기 선속 밀도) B와 자기장세기 H의 차다. 즉, 식으로 쓰면 다음과 같다.. (국제단위계)여기서 는 진공의 투자율이다. 위 공식은 CGS 단위계에서 다음과 같다.자기화는 외부 자기장에 의하여 유도된 자기 모멘트의 밀도다. 즉, 자기화 M이 균일한 매질의 경우, 부피 V 속에 포함된 유도 자기 모멘트m은 다음과 같다.2.H, B, M의 관계 및 단위를 MKS(SI), CGS unit으로 조사, 비교하시오.. B = μ。(H + M) = μ。(1+χm)H = μ。μrH = μH [T]. 진공중에서 M = 0, χm = 0, μr = 1, μ=μ。. 자화 M은 외부 자기장에 의해 자성체 매질이 영향받는 특성을 반영한다.3.반자성(diamagnetism),상자성(paramagnetism),강자성(ferromagnetism)에 대해 조사하시오.반자성(diamagnetism): 반자성은 비영구적이며 외부에서 자기장이 가해지는 동안에만 형성되는 매우 약한 형태의 자성이다. 반자성은 외부에서 가해 주는 자기장에 의하여 전자의 궤도 운동이 변함으로써 유도되는 자성이다. 유도되는 자기 모멘트의 양은 매우 적으며, 외부 자기장의 방향에 반대 방향으로 형성된다. 그러므로 상대 투자율mu_r은 1보다 작게(그러나 1에 근접한 값) 나타나고, 자화율은 음의 값을 취하고 있다. 음수의 자화율은 반자성체 내의 B 자기장의 양이 진공 중에서의 값보다 작다는 것을 의미한다. 반자성체에 대한 체적 자화율x_m은-10^-5정도의 수준이다. 강한 전자석으로 이루어진 극들 사이에 반자성체를 놓으면, 반자성체는 자기장이 약한 쪽으로 끌려 들어간다.반자성은 모든 재료에서 발견되지만, 매우 약하기 때문에 다른 종류의 자성이 전혀 존재하지 않는 경우에만 관찰된다.상자성(paramagnetism): 일부 고체 재료는 구성하고 있는 각각의 원자들이 전자 스핀과 오비탈 자기 모멘트의 불완전한 상쇄로 영구적인 쌍극자 모멘트를 보유하고 있다. 외부 자기장이 없을 경우에 이러한 원자 자기 모멘트들의 방향은 무질서하게 분포되어 있어 거시적 자화는 0의 값을 나타내게 된다. 이러한 원자 쌍극자들은 자유롭게 회전하는데, 외부에서 자기장이 가해지면, 가해지는 자기장에 맞추어 회전하면서 정렬하여 상자성을 생성하게 된다. 이러한 자기 쌍극자들은 근접한 쌍극자들 사이에는 아무런 상호작용이 일어나지 않으면서 개별적으로 외부 자기장과 작용을 한다. 쌍극자들은 외부 자기장에 맞추어 정렬하면서 증강되고, 1보다 큰 상대 투자율을 가지며 양의 값을 가지나 비교적 작은 값의 자화율을 나타낸다. 상자성체의 자화율은 약10^-5 ~10^-2 범위에 걸친 값을 보이고 있다.강자성(ferromagnetism): 강자성 물질은 외부자기장이 없을 시에도 일정량의 자성을 띄는 특징을 가진다. 물질내의 원자들이 상호 영향을 주고 받으면서 Magnetic spin moment의 일정방향으로의 정렬을 이루므로, 고체 내에서도 Spin의 평행배열이 가능한 것이다. 외부자기장이 없을 때에도 초기 자기력선속 밀도를 가지므로, Hysteresis Loop 상에서 일정 크기의 면적을 가지는 Magnetic Hysteresis특성을 지닌다.

공학/기술| 2013.10.29| 4페이지| 2,000원| 조회(144)

강자성, 반자성, 상자성, 재공실, 수직자기이방성 재료의 자기특성평가

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재공실 실험1 결보 - 수직자기이방성 재료의 자기특성평가

수직자기이방성 재료의 자기특성평가1. VSM(Vibrating Sample Magnetometer)의 측정원리에 대해 서술하시오.자성체에 magnetic field를 가하면 물질 속에 있는 원자의 magnetic moment에 영향을 주어 magnetization을 일으킨다. magnetic field H내에서 magnetic moment m을 갖는 자성에 주위에 pick-up coil을 놓으면 magnetic flux는 pick-up coil을 통과하게 되고 이때 자성체를 진동시키면 pick-up coil을 통과하는 자속의 변화가 발생 이러한 자속 변화에 의해 (Faraday`s law에 의하여) pick-up coil에 기전력(e)이 유도된다.??VSM은 Hall probe에 의해서 가한 인가 자장을 기록하고 시료의 자화 값은 패러데이 법칙에 의해서 시료에 진동을 가할 때 얻어지는 기전력을 기록하여 시료의 자화 값을 측정한다.? 패러데이(Faraday)법칙은 만약 막대자석의 N극을 코일 쪽으로 향하게 하여 코일 쪽으로 밀면 검류계가 움직이며 코일에 전류가 흐름을 알 수 있다. 이러한 결과로 나타나는 전류를 유도전류라 하고 유도기전력에 의해 만들어 졌다고 한다.?VSM은 이러한 기본 작동 원리에 의하여 시료에 진동을 가할 시 발생하는 유도기전력을 search coil에서 검출하여 이 기전력에 의해 시료의 자화 값을 측정하는 방법이다.재료의 자기적 특성을 자기장, 온도, 시간의 함수로 간단히 측정할 수 있으며, 최대 2테슬라의 자력과 2 K to 1273K 온도범위의 빠른 측정이 가능하다.?VSM은 Hall probe에 의해서 가한 인가 자장을 기록하고 시료의 자화값은 패러데이 법칙에 의해서 시료에 진동을 가할 때 얻어지는 기전력을 기록하여 시료의 자화값을 측정한다.?패러데이(Faraday)법칙은 만약 막대자석의 N극을 코일쪽으로 향하게 하여 코일쪽으로 밀면 검류계가 움직이며 코일에 전류가 흐름을 알 수 있다. 이러한 결과로 나타나는 전류를 유도전류라 하고 유도기전력에 의해 만들어 졌다고 한다.?≪ System diagram of VSM ≫VSM은 이러한 작동원리에 의하여 시료에 진동을 가할 시 발생하는 유도기전력을 seerch coil에서 검출하여 이 기전력에 의해 시료의 자화값을 측정하는 방법이다.재료의 자기적 특성을 자기장, 온도, 시간의 함수로 간단히 측정할 수 있으며, 최대 2 tesla의 자력과 2 K to 1273K 온도범위의 빠른 측정이 가능하다. 또한 모든 형 태의 시료(power, solid, thinfilms, single crystals, liquids, etc)을 측정할 수 있다.2. VSM 측정을 통해 주어진 자성재료의 hysteresis curve를 얻을 수 있다. 자성재료의 hysteresis curve에서 Ms(Saturation Magnetization), Hc(Coercivity)가 무엇인지 설명하고, VSM에서 측정한 수평, 수직측정 두 결과에서 Ms, Hc를 SI, CGS unit으로 각각 구하시오.>> Ms : 자기장을 가할수록 자화가 계속 높아 지게 되는데 이렇게 자화되던 1사분면의 마지막에서 일정하게 변하지 않게 된다 . 이 점을 포화 자화라고 하고 물질의 특성중 하나이다. 각각의 물질은 포화 자화 값 이상 자화 되지 않는다.>> Hc : 강자성체를 자기 포화 상태에서 자장을 0으로 했을 때 잔류 자화가 남는데, 다시 반대 방향 자장을 증가시켰을 때 자화가 감소하고, 어느 세기의 자장에서 자화는 0이 된다. 이 때의 자장의 세기를 보자력이라 한다.수평측정(for in)CGSSIMs155 emu / cc155000 A / mHc250 Oe19904 A / m수직측정(for out)CGSSIMs155 emu / cc15000 A / mHc1700 Oe135350 A / m3. 2번에서 구한 결과를 바탕으로 주어진 박막재료가 자성기록매체에서 수직기록이 유리한지 수평기록이 유리한지 서술하시오.수평방식이 유리하다.이유는, 자화반전이 잘 일어나는 easy axis의 방향이 유리하며,보자력의 크기가 작을수록 자화반전이 잘 일어난다. 이유는 보자력이 자화된 자성체의 자화도를 0으로 만들기 위해 걸어주는 역자기장의 세기이므로, 걸어줘야 할 역자기장의 크기가 작을수록 자화의 반전이 쉽게 일어난다.따라서 위의 데이터를 종합해서 보면 수직보다는 수평방식이 유리하다.4.2. 수직자기이방성이 발견되는 격자구조 중 가장 대표적인 구조로 L10구조(CuAu prototype)를 들 수 있다. L10 구조의 구조적, 자기적 특성을 서술하시오.L10 구조 의 큰 magnetocrystalline anisotropy 때문에, L10 magnetic alloys는 미래 ultra-high density magnetic recording media분야에서 중요한 역할을 할 수 있다.Fig. 1. (a) The disordered fcc unit cell. All sites have equal occupationprobability of the two (or more) atoms of the alloy and (b) the L10structure showing the alternating stacking of (001) planes.그림은 fcc와 L10 구조이다.L10 구조은 fcc의 crystallographic derivative structure 이다. fcc와는 달리 2원자들이 그림에서처럼 배열 되어있다. 그림과 같지 않게 배열되있다면 fcc지만 그림처럼 배열되면 L10 구조라고 한다. 보통 낮은 온도 phase에서 이 구조를 갖는다. 이유는 disordered fcc alloy parent phase의 엔트로피보다 낮기 때문이다. 원자 정렬에서, L10 구조의 대칭성은 감소한다.특히 fcc에서 L10 구조 의 경우에 translational symmetry 와 point group symmetry 에 있어서 감소가 있다.L10 구조를 여러 가지 방법으로 명시할수 있다.Strukurbericht designation 의 L10 구조는 CuAu(프로토타입)으로 20세기 초반 “Structure Reports”에 보고 되었다. 이 프로토타입은 실제 상(phase)으로 처음 발견되었고, 구조상 중요한 phase이다. Pearson이 Bravais lattice 로 tP4 (if the unit cell shown in Fig. 1b is used) or tP2 (if the smaller unit cell with lattice parameters c`= c and a`= a 루트2/2 is used).로 명명했다.L10 구조의 space group은 P4/mmm 이다.L10 구조의 중요한 crystallographic 특징은 c/a ration 이다.그림과같은 경우엔 c/a ≒ 1 이고, 대부분의 구조들은 c/a 비율이 1보다 작다.만약 two atom unit cell 의 경우라면 c/a ration =sqrt {2} 이다.It should be pointed out that even if the values of a and c were equal, thesymmetry of the unit cell is tetragonal since there is no threefold axis and only one fourfold axis (along the caxis of the L10 structure). The ordering of the atomson speci?c sites has lowered the overall symmetry of the structure.(이해를 돕기위해 원문으로 넣었습니다. 이부분만)또 다른 중요한 구조적 관점은 the number 와 type of near neighbors 이다.distortion이 작기 때문에 L10 구조에는 12개의 near neighbors(방향을따라) 와 6개의 near neighbors(방향을따라) 존재한다. 각 atom들은 8개의 opposite near neighbors와 4개의 similar near neighbors를 가진다. (opposite near neighbor 결합은 same near neighbor bonds 보다 약간 더 작은 거리를 갖는다. ) 각 원자들은 6개의 similar next-near neighbors를 갖는다. 에너지를 계산 할때는 second neighbors를 반드시 넣어 주어야한다.원자들의 position은 표로 요약하였다.P4/mmm 공간군에서 2(e) sites는 일반적으로 full 공간군 대칭성은 갖지 않는다.그러나 4atom unit cell L10 구조의 경우 , 4/mmm 대칭을 갖는다. 테이블의 유닛셀은 base centered tetragonal이다. 그러나 base centered tetragonal cell이 primitive tetragonal cell로 redraw할수 있기 때문에 (Bravais lattice에서 수를 최소하하기위해) International Crystallography community에서는 all lattices라고 명시한다.Magnetic orderingferromagnetic과 anti ferromagnetic phase를 동시에 갖는 10 구조 도 존재한다고 알려져있다. ferromagnetic phases는 높은 대칭성을 갖는 축을 따라 easy axis를 갖는다. [001]이다. magnetic symmetry 관점에서 , 낮은 점그룹은 4/mmml’에서 4/mm’m’ 이고 order는 16이다. 낮은 대칭성이 2개인 이유는 uniaxial 재료에 있어서 2 magnetic domains의 존재 때문이다. anti-ferromagnetic phases의 the ordering of the spin은 확실치 않다. 많은 종류의 배열을 갖기 때문인데 그림과 같다.

공학/기술| 2013.10.29| 6페이지| 2,000원| 조회(160)

재공실, 수직자기이방성 재료의 자기특성평가, L10구조

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재공실 - 은 나노 잉크 예비보고서

Report제출일과목담당전공학번이름1. 반도체 제조 공정 중 기존의 lithograph 공정과 잉크젯 프린팅 공정의 차이에 대해 조사하고 잉크젯 프린팅 공정을 적용하였을 경우 얻어지는 장점을 알아보자.1) Lithograph 공정반도체 제조공정에서 많이 쓰이는 lithograph(노광) 기술은 일반적으로 광에 의하여 마스크 상의 기하학적 모형을 반도체 웨이퍼의 표면에 도포되어 있는 얇은 감광재료에 옮겨 놓은 것을 말한다. 다시 말하면, 집적 회로를 제작할 때 만들고자 하는 패턴을 실리콘기판에 화학 처리나 확산 처리하는 기술을 말한다. Lithography 공정은 E-Beam Lithography, UV Lithography, Soft Nano Imprint Lithography, Photo Lithography, Soft Lithography 등으로 다양하게 나눠진다. Lithography 공정은 반도체 전체 공정의 30%이상을 차지하는 단위 공정으로, 웨이퍼위에 후속 에칭 공정의 방어막 역할을 하는 유기물의 특정 패턴을 적절한 파장의 빛과 마스크를 이용하여 정확한 위치에 정확한 크기의 패턴을 전사하는 공정이라고 할 수 있다. 즉, 집적 회로 제작 시 실리콘칩 표면에 만들고자 하는 패턴을 빛으로 촬영한 수지를 칩 표면에 고정한 후 화학 처리나 확산 처리하는 기술이다. 이 기술의 핵심은 짧은 파장의 빛을 사용하여 정밀도를 높이는 것으로, 처음에는 가시광선, 자외선을 사용했으나 최근에는 전자빔을 사용해 더 미세한 패턴을 만든다.2) 잉크젯 프린팅 공정잉크젯기술은 1970년 Kyzer, Zaltan등에 의해 Drop on demand(DOD)방식이 개발되어 산업용으로 사용되어오다 1980년 초에 HP, Canon이 Thermal방식의 잉크젯헤드를 개발하고 뒤이어 Epson이 Piezo방식의 헤드를 개발함으로서 본격적인 OA용 프린터응용이 시작되었다.잉크젯 프린팅 공정은 부피가 수십 피코리터 이하의 작은 액적을 전기 또는 자기로부터 나오는 힘이나 공압에 의해 초당 대략 수백번 이상의 빈도로 인쇄할 대상에 분사하여 직접 무늬를 만드는 기술을 말한다. 잉크젯 프린팅 기술은 분사 방식에 따라 연속분사(continuous jet)와 DOD(drop on demand) 방식으로 나뉜다.연속분사방식은 고압으로 수십 마이크론 크기의 노즐을 통해 잉크를 분사하고, 형성된 잉크 액적을 고전압으로 대전시킨 후, 편향판 전극의 전압제어를 통해 잉크 액적을 편향시키거나 재순환시킨다.반면 DOD방식은 전기적 신호를 통하여 필요시(demand)에만 잉크를 분사시켜 종이에 일시적인 전극을 띄워서 잉크와 인력이 생기게 하는 방식이다. 3) 잉크젯 공정의 장점기존의 포토공정에 의한 패터닝공정을 잉크젯으로 대체할 경우 다음과 같은 많은 장점이 있다.① 대폭적인 공정 수 절감기존의 포토공정이 수십 단계에 이르는 복잡한 공정이 필요한 반면 잉크젯의 경우 원하는 곳에 필요한 물질을 패터닝할 수 있는 소위 “Pattern on Demand”공정이 가능하므로 극히 단순한 공정으로 패터닝을 완성할 수 있다.② 재료절감 및 친환경기존 반도체 제조공정의 핵심인 “리소그래피(Lithography)”는 서로 다른 회로 모양을 층층이 쌓아가며 원하는 구조의 다층 회로를 만드는 공정으로서, 금과 같은 고가의 재료를 웨이퍼에 도포한 후 필요한 부분만 남기고 유독 화학물질로 제거해야 하기 때문에 재료의 낭비와 환경오염 문제가 심각했다. 반면에 잉크젯은 필요한 부분만 재료를 도포하므로 재료효율이 거의 100%에 가까우며 결과적으로 폐기물이 없는 친환경공정 실현이 가능하다.③ 대형화 기판대응잉크젯도포는 원리적으로 타 공정에 비해 기판 사이즈 증가에 대응이 자유롭다. 멀티헤드 부착으로 대형기판 대응과 양산성 확보가 가능하다.④ 클린룸 면적절감기존의 포토공정처럼 많은 장비가 소요되지 않으므로 클린룸 소요면적이 감소되고 러닝코스트가 줄어든다.⑤ 제품원가절감재료비, 장비투자비, 클린룸 운영비, 인건비 등의 대폭감소에 의한 제품가격경쟁력의 창출이 가능하다.2. 은 나노 합성 과정중 polyol processing에 대하여 알아보자.현재까지 잉크젯 프린팅을 이용한 소자를 만들 때 가장 많이 사용되고 있는 잉크는 전도성 잉크인 실버나노 잉크이다. 이 실버나노 잉크를 제조하기 위하여 사용되어지는 실버 나노 입자의 제조 방법은 Polyol Process, Microemulsion Method, Thermal Decomposition Method, Electrolysis Method 등 여러 가지 방법이 있다.이 중 Polyol Process는 실버 나노 입자를 만드는 대표적인 방법 중 하나로 산화력이 강한 은의 질산염을 액체상태의 Polyol 용매(Ethylene glycol, Diethylene glycol 등)에 넣은 후 교반하여 제조하는 방법으로 Polyol계의 용매가 용매와 환원제의 역할을 동시에 수행한다는 특징이 있다. 이는 전형적인 1차 알코올의 산화 반응으로써 Polyol계의 용매인 Ethylene glycol은 알데히드인 옥살알데히드를 거쳐 카르복실산인 옥살산으로 산화된다. 위와 같은 반응을 거쳐 은 이온이 전자를 받아 중성 상태의 은으로 환원되어 금속 원자의 핵생성과 성장이 시작되고 이후 첨가되는 Stabilizer(Capping agent or Surfactant)가 이를 둘러싸게 되는데 첨가되는 Stabilizer의 양과 농도에 따라 나노 입자의 모양과 크기가 달라지게 된다. Polyol Process로 만들어진 나노입자를 재분산 하여 잉크로 만들때에는 높은 점도를 갖는 Polyol계 용매로 인하여 Ink-jet Printing시 Jetting에 어려움이 생길 수 있는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 Ethanol이나 n-propanol과 같은 다른 용매들을 첨가하여 점도를 낮추며 분산성을 유지하기 위한 노력들이 이루어지고 있다.3. 점도 측정에 사용되는 brookfield의 원리에 대하여 알아보자.1) 점도점도측정법은 검체의 점도를 점도계로 측정하는 방법이다. 액체가 일정한 방향으로 운동하고 그 흐름에 수직인 방향에 속도의 차가 있을 때 그 흐름에 평행인 평면의 양측에 내부마찰력이 생긴다. 이 성질을 점성이라 한다. 흐름에 평행인 평면의 단위면적당 내부마찰력을 전단응력이라 하며 흐름에 수직인 방향의 속도기울기를 전단속도라고 한다. 전단응력이 전단속도에 비례하는 액체를 뉴튼 액체라고 한다. 그 비례정수 η는 일정온도에서 그 액체의 고유정수로서 점도라고 한다. 그 단위는 보통 mPa?s로 표시한다.또한 전단응력이 전단속도에 비례하지 않는 액체는 비뉴튼액체라 하고 이 액체의 점도는 전단속도에 따라 여러 가지로 변한다. 일정의 전단속도에 대하여 얻어지는 점도는 외관상의 점도이고 전단속도와 외관 점도의 관계가 얻어지면 이 비뉴튼액체의 유동 특성을 알 수 있다. 점도 η를 같은 온도의 그 액체의 밀도로 나눈 값을 운동점도 ν라고 하며 그 단위로서는 보통 초당 제곱밀리미터(mm2/s)로 표시한다.

공학/기술| 2013.10.29| 6페이지| 2,000원| 조회(130)

잉크, 은 나노, 재공실, coffee ring effect

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재공실 - 은 나노 잉크 결과보고서

1.coffee ring effect를 제거하는 방법-coffee ring effect란?: 일상생활에서 흔히 볼 수 있는 현상으로 어떤 건조 중에 있는 액체방울은 가장자리에서 용매의 기화량이 가장 크며 중앙으로 갈수록 기화량이 줄어들게 되며 이로 인해 액체방울 내에서 대류 현상이 발생하게 되어 커피 방울이 증발된 후 남은 입자들의 고리 모양의 얼룩과 같은 현상이 발생하게 된다. 이러한 현상을 Coffee ring effect라고 한다.(액적의 중앙 부분은 0.25um 정도의 두께로 적층되어 있는 반면에 가장자리 부분은 30~50um정도의 폭을 갖는 2.5um 높이의 토끼 귀 형태의 언덕이 형성되었다)-coffee ring effect를 제거방법1) 중착된 박막의 균일한 표면을 형성하기 위해서는 건조공정의 제어가 매우 중요한데 이 문제를 해결하기 위한 방안으로 용매의 비율 제어와 건조조건 제어를 통해 해결 할 수 있다.2) 입자 모양을 바꿈으로써 특정한 액체 방울이 마르게 될 때 고리-모양의 얼룩을 제거할 수 있다. 구형 입자들은 쉽게 경계면으로부터 분리되고 이런 형태의 입자들은 공기-물 경계면에서 크기 변형되지 않기 때문에 서로 쉽게 흘러 지나가게 된다. 그러나 타원형 입자들은 표면에 고착되는 경향이 있으며 고착된 입자들은 증발 중에 물방울의 가장자리로 향해서 계속하여 흘러간다. 이것은 궁극적으로 물방울 표면을 덮는 입자들의 군집을 형성하게 만든다. 인단 구형입자들을 약 20% 늘려주면, 입자들은 균입하게 증착된다고 한다.2.잉크젯프린팅 기술의 동향저온에서 간단하게 공정할 수 있는 나노물질 패터닝(patterning) 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 패터닝이란 되풀이되는 모양이나 원하는 형태를 본뜨는 작업으로, 이번 기술 개발을 통해 나노소자 상용화에 한걸음 다가서게 됐다. 교육과학기술부는 고승환 카이스트 교수팀이 저온에서 한 번의 공정으로 원하는 위치에 나노물질을 직접 만들 수 있는 새로운 디지털 공정기술을 개발했다고 29일 밝혔다. 기존에는 복잡한 정렬 방법을 이용해 나노물질 패터닝 공정에 시간과 비용이 많이 들어 나노소자의 대량생산과 상용화에 큰 걸림돌이 됐다. 또 기존 공정은 1000℃ 이상의 높은 온도와 부식성이 강한 화학약품을 사용해 플라스틱과 같은 저렴하면서도 유연한 기판을 이용하는데 많은 제약이 있었다. 고 교수팀은 잉크젯 공정을 이용해 종이에 프린트하듯이 나노물질의 씨앗층(seed layer) 패턴을 기판 위에 만들고, 100℃ 이하의 저온 용액환경에서 나노와이어를 만들 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다. 이 방법은 저온공정이기 때문에 플라스틱과 같은 저렴하면서도 유연한 기판을 사용할 수 있고, 한 번의 공정으로 나노물질 합성과 패터닝을 동시에 수행할 수 있어 저렴하면서도 간단하게 공정을 실시할 수 있다. 아울러 새 기술을 이용하면 원하는 위치에 직접 나노물질을 합성해 기존의 공정시간을 100분의 1 이하로 대폭 단축할 수 있다.

공학/기술| 2013.10.29| 2페이지| 2,000원| 조회(104)

재공실, 은 나노 잉크, coffee ring effect

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재공실 - 압전세라믹스 예비보고서

압전 세라믹스를 통한 일반적인 세라믹 공정의 이해1.일반적인 세라믹 공정에서 각각의 과정이 가지는 의미에 대하여 조사하시오.1)Batch-원하는 특성을 갖는 ceramic을 제조하기 위해서 원료를 배합하는 단계. 최종결과물질의 특성을 고려해서 그에 알맞은 조성의 혼합비로 제조해야한다.2)Weighing-Batch 과정을 통해 나온 비율에 맞춰 시료의 질량을 재는 과정이다.3)1st ball milling-재료를 분쇄하여 Mixing 하는 과정으로 Zr계 믹싱볼과 함께 용매와 시료를 넣고ball-milling한다. Ball-milling은 solvent의 사용 유무에 따라 건식과 습식으로 나뉜다.4)Drying-함수량이 3%정도가 될 때까지 충분히 건조시킨다. 200~300도의 온도로 24시간 정도 유지한다.5)Calcination-Sintering 공정의 최적화를 위한 예비공정이다. 입자를 바로 Sintering 과정에 넣게 되면 입자가 치밀화 되기 어렵기 때문에 하소 공정을 거쳐 입자를 어느정도 조립화 하여 충진성을 개선해 주어야 한다.6)2nd ball milling-혼합물의 균일성 및 분쇄를 하는 공정이다. 습식 분쇄로 유체와 분말 분쇄 매체의 비를 조절함으로 효율적으로 수행 하고 혼합물이 시럽이나 그보다 더 진한 농도로 효과적으로 분쇄 한다.7)Sieving-고른 입자를 얻기 위해 입도에 따라 입자 크기를 나누는 과정이다. 일반적ceramic 공정에서는 사별분급( sieve screening) 방법을 이용한다.8)Press-압력을 가하여 원하는 모양의 시편을 만드는 과정으로 입자들간에 서로 서로 Packing 된다.9)Sintering-Press 과정에서 형성된 분말을 최종 소결하는 과정이다. 성형체가 열에 의해 밀도의 변화 없이 입자간의 결합력에 의해 표면적이 감소하면서 강도가 강해진다.10)Lapping-소결체의 치수 정밀도를 위해 슬러리에 현탁시킨 매우 미세한 연마분말을 이용해 천이나 나무와 같은 부드러운 공구표면에서 시편을 연마하는 방법이다.11)Electrode screening-재료에 전극을 입히는 과정이다. 압전체는 전기적 특성이 필요 하므로 표면에 전극을 발라 주어야 한다. 이때 전극을 두껍께 발라야 고온에서 열처리를 할 때 전극이 입혀져 있지 않은 부분에서의 결함을 방지할 수 있다.12)Poling-고전압을 가하여 재료 내부의 domain을 정렬시키는 과정이다. 재료 내부의 domain의 방향을 통일 시켜야 보다 나은 압전특성을 나타낼 수 있다. 보통��?의 3~5배인3~5kV/mm 으로 한다.(세라믹 제조 공정도)2.압전체의 특성으로는 위에서 언급한 d33와 Kp 이외에 Qm (Mechanical Quality Factor)이 있다. 이 세 가지 특성을 이용하여 압전체가 응용되는 분야에 대하여 조사하시오.*d33 (압전정수) : 응력과 전속밀도와의 관계를 나타내는 정수이며 재료 / 결정 방위에 따라 바뀐다.(시편에 변형을 주는 힘을 주었을 때 발생하는 전계의 양)*Kp (길이방향 확산 진동에 의한 전기기계결합계수) : 기계 ↔ 전기 적인 에너지로의 변환 효율K2 = Converted Energy / Input Energy*Qm (기계적 품질계수) : 진동체의 기계적 진동흡수(Damping) 때문에 나타난 응력에 대한 변위의 집중도 진동에 의한 손실이 작을수록 Qm 이 크다.- 압전체 응용 분야압전체는 기계적 에너지를 가해 주면 전기적 에너지로 변환하는 특징을 갖는 물질이다. (그 역도 성립한다). 이러한 특징을 이용하여 초음파를 발생시켜 각종 장비에 응용되고 있다. 압전체는 초기 전쟁시에 물속에 있는 잠수함의 위치를 추적하기 위해 개발되었으나 점차 그 응용분야가 확대되어 가고 있다. 자동차에 있어서는 휠 밸런스, 시트 벨트 경고 장치, 타이어 마모 표시기, 자동차 키, 에어백 센서 등이 있고, 컴퓨터에 있어서는 하드디스크의 마이크로 액추에이터, 노트북 트랜스포머 등이 있고, 의료용 제품으로서는 인슐린 펌프, 초음파치료기, 초음파 백내장 제거기 등이 있다. 이외에 잉크젯 프린터 헤드, 스트레인 게이지, 초음파 용접기, 연기 감지기 등이 상용 부품 및 일반 수요가의 제품으로 사용되고 있다.3.세라믹 시편은 일반적으로 다공질 물질이다. 이러한 물질의 밀도를 측정하는 방법에 대하여 조사하시오.- 세라믹재료는 분쇄-하소-소결과정을 통해 제조되기에 내외부에 미세기공이 많이 존재한다. 기공은 closed pore와 open pore가 있는데 이 기공들을 고려하는가에 따라 측정부피가 달라지고 밀도 값도 달라진다.Bulk density : open pore와 closed pore를 포함한 부피로 계산한 밀도겉보기 밀도 : open pore를 제외한 부피로 계산한 밀도이론 밀도(진밀도) : closed pore와 open pore를 제외한 부피로 계산한 밀도시편을 끓는 물에 3시간 정도 넣어두면 open pore(표면기공)에 물이 채워지게 되며 이 때 측정한 시편의 무게를 포수무게라 한다.벌크밀도 = 건조무게/(포수무게-수중무게)*온도별물의밀도겉보기밀도 = 건조무게/(건조무게-수중무게)*온도별물의밀도수중무게 = 건조무게-벌크부피의 물 무게(수중무게의 경우 포수시킨 상태의 시편을 물속에 넣어 측정한다. 이 때 open pore에 이미 물이 채워져 있으므로 시편을 넣었을 때 시편이 받는 부력은 벌크상태의 부피만큼의 물의 무게에 비례한다. 여기서 벌크상태의 부피란 open pore와 closed pore를 모두 포함한 부피를 말한다.)포수무게 : open pore 부피의 물 무게+건조무게포수무게-수중무게 : open pore 부피의 물 무게 + 벌크부피의 물 무게

공학/기술| 2013.10.29| 5페이지| 2,000원| 조회(150)

압전체, 재공실, 압전 세라믹스를 통한 일반적인 세라믹

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