제진 합금 (Damping Alloy)목차 제진 합금의 사용 예 제진 합금의 분류 제진 합금의 원리 제진 합금의 정의 제진 합금의 실용화 문제점진동발생원인 고체의 진동 자체를 감소시키는 것 . 두드렸을 때 쇳소리 대신 둔탁한 소리를 내는 금속 . 고체음의 대책은 본질적으로는 진동대책이므로 일반적으로 제진 합금은 방진 합금과 같은 의미로 쓰이며 흡진 합금 ( 吸眞蛤金 ) 또는 고 감쇠능합금 ( 高減衰能合金 ) 이라고도 부른다 . 제진 합금의 정의 제진 ( 制振 ) 합금이란 ?제진 합금 재료 진동 . 소음 대책용 재료진동의 문제점진동 감소 방법진동 감소 방법재료의 탄성한계 내에서도 엄밀히 보면 완전히 탄성거동을 보이는 것이 아니고 B 곡선에 따라 진행되고 C 곡선에 의해 회복 : 곡선 사이의 에너지 → 재료에 흡수 제진 합금의 원리 감쇠능의 표시방법- 기계공학적인 방법 : 감쇠계수 (%) 재료의 항복응력 σ y 의 10% 응력으로 비틀림 진동법으로 구한 고유 감쇠능 (SDC, specific damping capacity) 을 나타냄 . 공학에서 광범위하게 사용되는 고유 감쇠능은 일반적으로 진동하는 시편의 1 주기 당 진동 에너지의 손실율을 의미하며 , 다음과 같이 정의됨 . 제진 합금의 원리제진 합금의 원리제진 합금의 원리 금속재료의 강도와 감쇠능제진 합금의 분류 각종 강종의 제진 특성제진 합금의 분류 제진 합금의 분류제진 합금의 분류 공정 및 공석 조직이나 , 결정립계 또는 입내 석출물을 함유하는 조직 강하고 인성이 있는 기지 중에 연한 제 2 상이 혼재된 합금 조직 제 2 상과 기지조직의 경계면에서 소성유동 ( 혹은 점성유동 ) 이 일어나 진동 에너지가 소실 1. 복합형 Al-Zn 합금은 넓은 응력 범위에 걸쳐서 방진 특성을 나타내며 , 가격이 싸고 가벼워서 전축 등에 사용한다 .제진 합금의 분류 - 자구벽 (magnetic domain) 의 비가역 이동에 따른 자기 ․ 기계적 정이력 (static hysteresis) 에 의한 에너지의 소실을 이용 - 정이력 현상의 특징은 내부마찰의 진폭 의존성과 외부자장 의존성이 큼 100Oe 이하의 저자장 : 매우 큰 내부마찰 / 포화자장 : 감쇠능이 소멸 - 냉간 가공한다던가 , 혹은 C 나 N 등과 같은 침입형 불순물 원자의 함유량을 많게 하면 내부 마찰이 크게 감소하여 감쇠능을 크게 떨어뜨리게 되는데 , 이는 전위나 침입형 용질 원자의 존재가 자구벽의 이동을 방해하는 결과 2. 강자성형 실용 합금인 NIVICO-10 또는 12% Cr 강은 높은 응력 범위에서 큰 방진 특성을 나타낸다 .제진 합금의 분류 - 전위의 slip 운동에 의해 내부마찰을 증가시키는 것 ① 전위가 비교적 낮은 응력으로 이탈하기 위해서 약한 고착점을 형성하기 쉬운 불순물을 적당량 함유할 것 . ② 슬립면상의 분해 전단 응력을 크게 하기 위하여 단결정에서는 Schmidt 인자를 고려하는 방위의 선택이 바람직함 . 다결정에서는 발달한 집합조직을 갖는 경우 슬립면상의 분해 전단 응력이 감소하여 전위의 이탈이 어렵게 되어 감쇠능이 저하되는 경우가 있으므로 주의가 필요 - 예 : Mg 및 Mg-0.6%Zr 합금 3. 전위형 Mg- Zr 합금은 미사일 발사 시에 정밀 기계를 충격으로부터 보호하기 위하여 사용한다 ..제진 합금의 분류 : 마르텐사이트 변태에 따르는 격자불변 전단변형의 일종으로 , 변태쌍정을 의미 - 열탄성 마르텐사이트 : 쌍정의 경계는 일반적으로 움직이기 쉬운 성질을 갖고 있으며 , 그의 운동에 따라 에너지 손실이 큰 내부마찰 - Au-46.5-51at%Cd, In-20at%Tl, Cu-Al-Ni 및 Ni-Ti 합금 등 형상기억합금 - 높은 감쇠능과 우수한 강도를 겸비 , 가공이 비교적 용이 - 사용 온도은 단점 ( 실용적으로는 120 ℃ 내외 ) 4. 쌍정형 Mn -Cu 합금은 해수에 대한 내식성이 좋아서 선박의 추진기로 사용한다 ..제진 합금의 사용 예 제진 합금의 이용사례제진 합금의 사용 예 복합형 제진 재료 그림 방진강판의 구조와 방진 기구 방진강판은 우수한 강도 , 가공성과 고분자 재료의 큰 감쇠능을 이용한 복합체로서 구속형과 비구속형이 있다 .제진 합금의 사용 예포스코 경영 연구소 제진강판 (Vibration Damping Steel) : 1 960 년대 중반 미국에서 개발된 ‘알루미늄과 수지의 적층 판’에서 시작되었으며 , 이후 자동차 엔진 부품 등에서 부 분적으로 사용되었다 . 제 진 강판을 사용하면 용도나 환경에 따라 다르기는 하나 보통 기존 소재보다 소음을 5~20dB 정도 저감할 수 있다 . 제 진 강판의 원리는 소음과 진동 같은 외력이 강판에 가해 질 때 진동에너지를 열에너지로 전환시켜 진동을 감쇄시 키는 것이다 . 일반 강판의 경우 공진하는 성질이 있어 외 부로 가해지는 진동을 그대로 전달하는 데 반해 , 제진강판 은 점탄성을 갖는 고분자물질을 활용하여 진동을 감쇄할 수 있다 . 최 근에는 수지를 사용하지 않고 금속 상변태 ( 相變態 ) 로 발 생하는 점성유동을 활용해 진동에너지를 흡수하는 제진강 판도 개발되었는데 , Mn -Cu 계가 대표적이다 . 제진 합금의 사용 예제진 합금 관련회사 ‘ 에코틸 ( Ecoteel )’ 은 Environment + Economy + Steel 의 합성어로 만들어진 이름이다 . 점탄성수지를 이용하여 철과 비철금속을 접합시키는 획기적인 기술을 적용하여 만들어진 강판이다 . 에코틸은 탁월한 소음차단 효과에 단열 , 가공성 , 원가절감 효과가 뛰어날 뿐만 아니라 , 수려한 미관과 항균효과를 가지고 있어 여러 산업분야에서 각광을 받을 것으로 전망되고 있다 . 1. 해 원 MSC제진 합금 관 련 회사 특히 Ecoteel 은 가공성이 뛰어나 자동차 , 방화문 , 창호 등 적용 영역이 매우 넓다 . Ecoteel 은 자동차 , 건축용 마감재뿐만 아니라 , 선박 , 가전 제품 등 전 산업분야에서 다양하게 활용될 수 있으며 , 가격 경쟁력도 뛰어나서 성장 잠재력이 매우 높다 . 동영상 : http:// www.tagstory.com/video/100013645 1. 해 원 MSC제진 합금 관 련 회사 1. 해 원 MSC제진 합금 관 련 회사 1. 해 원 MSC제진 합금 관 련 회사 2 . 우진제진 합금 관 련 회사 동영상 : http://www.woojininc.com/WJP/New_eCatalog/MATERIAL/main/index.htm 2 . 우진제진 합금 관 련 회사 2 . 우진 철계 방진합금 조직 ㈜ 우진이 개발한 기능성 신소재인 철계방진합금은 환경 친화형 소재로써 철의 장점을 살리면서 기존의 방진합금의 이점을 그대로 유지 방진합금의 실용화제진 합금 관 련 회사 1984 년에 탄생한 대일시스템은 정밀기기를 위한 미세진동 제거용 제진대 를 전문으로 제작 , 판매하는 회사입니다 . 그 동안 5,000 여대의 광학테이블 과 각종제진대 를 생산하여 국내와 해외에 공급하였으며 , 2000 년부터 1,200 평 대지위에 600 평 규모의 새로운 사옥과 공장을 용인에 신축하고 최신 제조설비를 갖추어 가장 경제적이고 , 우수한 성능의 제진대 를 개발하여 공급해 왔습니다 . 3 . 대일시스템제진 합금 관 련 회사 3 . 대일시스템 제 진대의 종류제진 합금 관 련 회사 3 . 대일시스템 고성능 공기 스프링과 수평제진기구를 설치하여 수직 , 수평 전 방향의 제진효과가 우수 다년간에 걸친 독자적으로 개발한 고성능 디지털 제어기를 사용한 최고급 능동형 진동절연시스템제진 합금 실용화의 문제점 재료의 가격이 높다 . 감쇠능의 값 자체가 고분자 재료에 비해 작아서 성능이 불충분하다 . 감쇠능이 온도 및 진동폭에 대한 의존성이 강하기 때문에 사용하기 어려운 점 . 재료 구하기가 곤란한 점 등이 문제점으로 지적되고 있다 .㈜ 우진 첨단소재 / 권순용 외 3 인 / 골드 /2005 자동차재료학 / 송창엽 외 3 인 / 골든 - 벨 /2000 자동차공업재료 / 강기주 /( 주 ) 북스힐 /2003 기계재료학 / 김정규 외 2 인 / 문운당 /2009 포스코 경영 연구소 혜원 MSC ㈜ 대일시스템 재료과학과 공학 / 제 7 판 / 시그마프레스 참고 문헌THANK YOU Q A{nameOfApplication=Show}
불편한 진실①지구온난화 예방의 찬성 입장지구는 인류가 살아가는 터전이고 내 주변의 환경이라는 점에서 인간은 환경을 사용하기 때문에 보존하고 지켜야한다는 책임이 있다고 생각하는 사람으로서 나는 지구온난화 예방에 찬성입장을 표하는 바이다. 먼저 지구 온난화는 지표 부근의 대기와 바다의 평균 온도가 장기적으로 상승하는 현상이다. 최근 수십 년에 걸쳐 진행되고 있으며 앞으로도 꾸준히 높아질 것으로 예측된다. 많은 사람들은 이러한 지구 온난화가 인류의 멸망을 초래할지도 모른다는 비관적인 의견을 내놓고 있다. 온난화의 주요 원인으로는 사람의 활동으로 인한 대기 중의 이산화탄소, 메탄 등 온실 가스의 농도 증가가 주목받고 있다. 유엔 기후 변화에 관한 정부 간 패널(IPCC)에서는, 20세기 중반 이후의 관측되는 평균온도의 증가의 대부분은 인간의 활동으로 발생한 온실가스의 증가일 가능성이 매우 높다고 지적하였다. 농업발전을 통해 숲이 파괴되면서 온실가스의 영향이 커졌다고 본다. 불편한 진실에서 나왔듯이 문제를 분석해보면 첫째 기후와 해수면 상승에 관계된다. 만약 2040년에 약 3℃의 기온이 상승한다면 연간 10km의 속도로 기후대가 극 방향으로 이동한다. 그 결과 강우와 강설 양상이 바뀌고 현재와 다른 계절 변화를 가져와 극 지역의 빙하를 녹이고, 적도 지방에는 사막이 확장될 것이다. 또 지구의 대기 순환이 약해지고, 극지방과 적도 지방의 기온 차는 줄어들 것이다. 둘째 해수면 상승 그리고 무엇보다 기온이 상승하게 되면, 북극이나 남극에 있는 빙하가 녹게 된다. 만약 3℃정도의 기온이 상승할 경우, 북극에 있는 빙하는 대부분이 물에 뜬 빙산으로 녹더라도 해수면에는 특별한 영향은 없지만, 남극의 경우 대륙 빙하이기 때문에 녹으면 약 7m 정도의 해수면이 상승할 것으로 예측된다. 그럴 경우 각 대륙의 해안가를 따라 실제 물속에 잠기는 면적은 약 3%에 불과하지만, 전 세계의 대도시들의 대부분이 해안가에 발달하고, 따라서 인류의 약 1/3이 해안 지역에 거주하는 것을 감안하면농장, 도시에 새로운 해충들이 생겨나고 모기에 의한 질병들이 더욱 확산될 것이다. 뿐만 아니라 산호초나 고산초원과 같은 서식지가 사라져 많은 동식물 종이 멸종하게 될 것이다.영화에서는 에너지를 보존하고 효율을 높여야 하며, 대체에너지를 개발하는 새로운 정책을 세워야 한다. 온난화 현상을 되돌릴 수 있는 기술들은 이미 존재하고 있다. 저공해 자동차 사용, 국제 기준에 맞춘 에너지 절약 등을 당장 실행해야 한다. 개개인들의 온실가스 방출을 줄여야 한다. 주요 기업들은 지출 절감 차원에서 이미 에너지 절약 방안을 시행하고 있다. 그렇지만 아직 더 많은 개혁이 필요하다. 풍력, 태양력, 하이브리드 일렉트릭 엔진, 대체 에너지 등 새로운 청정에너지 개발이 지구온난화를 해결하기 위한 가장 중요한 과제라고 말하고 있다.나는 지구 온난화를 위해 이처럼 미리 예방하고 보호한다는 차원에서 인간의 입장에서는 해가 될게 없다고 생각한다. 물론 이를 위해서는 많은 비용이 든다는 점에서 반대를 하는 이도 적지 않겠지만 해놓고 나면 우리에겐 더 깨끗하고 자연도 좋아하는 일석이조의 방법이라고 생각한다. 우리가 지금까지 써온 지구다. 이 지구를 통해 얻은 자원을 돈의 가치로 따질 수나 있을까? 우리에게도 유익한 점이기에 에너지를 보존하고 효율을 높여 대체에너지를 개발하는 것은 좋은 현상이라고 본다. 내 경험담에서도 난 에너지 절약이 더 도움이 되는 것 같다. 가스난방을 사용하여 온수를 쓰던 옛날 우리 집은 태양열을 이용한 온수를 사용하게 되었다. 처음에는 설치비용이 많이 들어갔지만 오랫동안 쓸 수 있고 가스이용도 적어 더 효율적이며 옛날에 보일러를 이용하던 시절은 온수가 나오길 기다리며 애타했지만 태양열은 바로바로 온수를 사용할 수 있기 때문에 편리했다. 이런 점을 따지면 지구 온난화를 위해 에너지 절약을 하고 저공해 자동차를 쓰고 풍력, 태양력을 쓰는 대체에너지를 사용하는 일은 우리에게 해가 되지 않고 자연도 살리는 일이다. 그리고 우리는 더 나은 삶을 위해 기술을 개발하고 끊임없이 바뀌로 곤란을 겪을 것이라고 경고하면서 국제 협약을 통한 적극적 노력을 촉구했다. 하지만 지구 온난화를 막기 위한 국제 협약 참여에 미진한 일부 국가들을 지적하기도 한다. 미국이 대표적인 예이다. 중화인민공화국의 경우에도 석탄 탄광 개발과 급속한 산림 파괴, 산업 개발로 이산화탄소 방출량 증가율이 세계 최고에 이르고 있지만 교토 의정서 기후변화협약에 서명 하지 않고 있다. 전문가들은 이들 국가의 입장 표명이 앞으로 열릴 유엔 환경장관 회의를 앞두고 대부분의 전문가들이 이들 국가의 참여가 '온난화를 극복하는 열쇠'가 될 것이라고 예상하고 있다. 2007년에는 반기문 국제 연합 사무 총장이 미국과 중화인민공화국에 직접적으로 환경 문제에 대해 적극적인 참여를 요구했다.우리나라 입장에서 지구온난화 예방에 대한 입장을 보면 교토의정서에 의해 대한민국은 2002년 11월에 대한민국 국회가 이 조약을 비준하였으나 개발도상국으로 분류가 되어 온실가스 감축의무는 없으며, 대신 공통의무인 온실가스 국가통계 작성 및 보고의무는 부담한다. OECD국가 중 한국과 멕시코 만이 기후변화협약 상 Non-Annex I에 포함되어 교토의정서 Annex B에 따른 감축의무를 부담하고 있지 않으며, 2007년 기준으로 영국(UK)에 이어 온실가스배출량이 OECD국가 중 9위를 차지하고 있어 교토의정서의 공약기간인 2008~2012년 뒤의 Post-교토체제에서는 Annex I국가로 분류되어 감축의무를 부담하게 될 가능성이 높다. 그래서 우리나라도 이산화탄소 배출에 대해 신경을 써야 하지만 우리나라뿐만이 아닌 전 세계에서 행하는 일이다. 우리도 지구의 한 부분이기에 하나의 의무로써 행하는 일이라고 생각되지 이것이 막대한 영향을 주어 우리나라에게 해가 되지 않는 이상 받아들이고 예방하려고 노력해야 한다고 생각한다. 우리나라 기업에도 영향을 미치겠지만 그 만큼 먼저 기업에서 대체에너지개발을 위해 기술을 개발하면 이 기술로 다른 나라에게 팔 수 있고 이득이 될 수 있다. 즉, 우리나라만 놓고 보면 손해가 씩 느려지게 만들지는 않을까? 미리 예방해서 나쁠 것은 없는 것 같다. 지구온난화로 인한 피해들은 우리가 겪는 것이므로 그것을 막기 위해 투자하는 것은 나쁘지 않다. 지구온난화 예방으로 인해 발전하는 기술은 쓸모없게 되지 않기 때문이다. 그리고 깨끗한 환경을 위해 에너지와 자원절약을 하고 환경 친화적 상품을 쓰고 폐기물 재활용의 실천과 나무를 심고 가꾸기를 생활화 하는 것은 모두에게 좋은 일이고 앞으로 계속 실천되어야 할 일이다.②지구온난화 예방의 반대 입장사실 지구 온난화 예방에 대해서 긍정적인 생각만 가지고 있던 나는 반대 입장을 생각할 이유가 왜 생기는 지 알 수 없었다. 그래서 자료를 찾아보고 신문기사를 찾아보던 나는 지구 온난화 이론에 대한 다른 의견들을 보고 그들을 이해할 수 있었다. 첫째, 태양 표면의 흑점 폭발로 인해 지구의 오존층이 파괴되고 그 때문에 기온이 상승하게 된다는 것이다. 이런 주장을 주장하는 과학자들은 지구의 온도가 높았던 때와, 태양 흑점 폭발 시기가 일치한다는 점을 들고 있다. 이들은 1989년 캐나다 몬트리올에서 태양의 흑점 폭발로 인해 갑작스런 정전 사태가 발생한 예를 들며 태양 흑점 폭발의 영향력을 강조하고 있다. 그러나 이러한 주장들에 대해 일부 선진국들이 온난화 책임을 회피하고, 온실가스를 줄이기 위한 교토협약에 영향을 주기 위해 태양에 책임을 떠넘기려 한다는 음모론도 제기되고 있다.둘째, 지구 자전축의 기울기가 변하는 것도 지구온난화의 원인이 될 수 있다고 봤다.자전축은 41000년을 주기로 21.5~24.5도 사이로 움직인다. 지구의 자전축이 1도 움직였다 하여도 기울어진 면적으로부터 태양열을 받게 된다면 얼마든지 지구 온난화가 가속화 될 수 있다는 것이다. 셋째, 지구의 간빙기와 빙하기의 주기차이로 지구 온난화 현상이 발생한다고 주장하는 일부 학자도 있다. 이런 주장들을 살펴보고 반대 입장에서의 나는 아직 지구온난화가 인간의 온실가스 배출에 의한 영향을 받았다고 볼 수 있지만 미흡한 현실이고 불편한 진실에서의 과장는 잠길 것이다.-이는 불필요하게 공포를 조장하는 내용이다. 이 같은 일이 현실화된다 하더라고 1000년이상은 걸릴 것이다.4)65만년간 대기 중 이산화탄소량과 온도 추이를 그래프로 비교해 보면 완벽하게 맞는다.-이산화탄소 규모와 온도 사이에 상관관계가 있을 수 있지만 그래프 비교만으로 결론을 내리는 것은 무리다.5)킬리만자로 산의 만년설이 사라지고 있는 것도 온난화 때문이다.-인류가 유발한 기후 변화 때문에 킬리만자로 산의 눈이 녹는 다는 주장에는 아직 근거가 없다.6)아프리카 차드 호수가 거의 고갈된 것은 지구 온난화의 재앙을 보여주는 대표적 사례다.-온난화를 분명한 원인으로 지목하기엔 근거가 부족하다.7)온난화로 빙산이 줄어들자 이를 찾던 북극 곰이 장시간 헤엄치다 죽은 채 발견되고 있다.-최근 익사한 채 발견된 북극곰은 단 네 마리에 불과하다. 이마저도 폭풍 때문에 죽은 것으로 드러났다. 이것은 내가 영상을 보는 중에도 억측스러운 주장으로 보였다.8)바다 속 산호초의 탈색은 주로 온난화에 따른 해수 온도 상승에서 비롯됐다.-기후변화로 인한 것인지 아니면 과도한 어획 또는 오염 때문인지 가려내기 쉽지 않다.9)2005년 미국을 강타했던 허리케인 카트리나도 지구 온난화 때문이다.-뒷받침할 증거가 없다.이렇게 불편한 진실의 문제를 보면 과도한 공포를 유발해 환경문제에 대한 이성적 사고를 오히려 어렵게 만든다. 그리고 매번 기후 재난이 발생할 때마다 지구 자원을 무분별하게 소비하는 인간의 책임을 언급하면서 온난화에 대해 경각심을 일으키곤 한다. 이것은 지구온난화가 과장된 선전이라고 느껴지고 이에 대한 반응이 너무 과민하지 않나 생각이 든다. 환경을 이용해 사람들의 위기감을 고조시켜 정치적으로 사용한다든지, 홍보에 사용하기 위해 부풀리거나 왜곡하여 대중에게 전달하는 일은 없어야 하겠다. 그래서 위기감 조장보다는 실질적인 대응에 힘쓰는 것이 맞지 않을까 생각된다. 최근 기후변화의 현실에 대해 많은 이들의 논쟁거리가 되고 있다. 지구 온난화가 실재하는 위협인가 아닌.
염료감응태양전지 (DSSC) 그린에너지 응용 및 실험 2 조 2011-12-04 1목차 DSSC 의 정의 DSSC 의 원리와 구조 DSSC 의 효율 DSSC 의 응용 및 미래동향 참고문 헌 2011-12-04 2염료감응태양전지 염료감응태양전지란 ? (Dye-Sensitized Solar Cells ) 식물의 광합성 원리를 응용한 소자 식물의 엽록체에서 빛 에너지를 흡수하는 것과 유사 구성 태양광 흡수용 염료고분자 n 형 반도체 역할을 하는 넓은 band gap 을 갖는 반도체 산화물 p 형 반도체 역할을 하는 전해질 촉매용 상대전극 (counter electrode) 태양광 투과용 투명전극 2011-12-04 3DSSC 기존의 태양전지와 차이점 기존의 태양전지 : 태양 에너지의 흡수와 형성된 electron-hole paris 의 분리 및 이동이 전지 내부의 전위차에 의해 반도체 내에서 동시 발생 염료감응형 태양전지 : 태양에너지의 흡수는 염료 (Dye) 가 담당 , 생성된 전자의 분리 및 이송은 전자 농도차에 의해 확산되는 방식으로 반도체 나노입자에서 발생 장점 1. 기존의 실리콘 태양전지에 비하여 제조공정이 단순 - 전지의 가격이 실리콘 셀 가격의 20~30% 정도 . 2 . 안정성이 매우 높아 10 년 이상 사용하여도 초기 효율을 거의 유지 . 3 . 실리콘계 태양전지와 비교했을 때 일광량의 영향을 적게 받음 . 단점 1 . 전기 변환 효율이 기존의 태양전지에 비해 낮음 . 2 . 전해질의 안정성이 높지 못하고 액체 전해질의 경우 휘발하는 성질이 있음 . 3. 아직 상용화 단계에 이를 만큼의 충분한 연구가 이루어지지 않음 . 2011-12-04 4DSSC 의 특징 DSSC 특징 환경친화적 Low Cost 실내 발전 가능 Flexible Full Color 반 투과형 채광성능 및 투명성 확보 창호 적용 유리 (BIPV) Curtain Wall 자원적 제한 없음 (TiO 2 , 염료 ) 저탄소 배출 공정 무독성 소재사용 다양한 색상 구현 가능 이미지형상 제어생성 생성된 전자는 TiO 2 전도대로 이송되어 투명전극을 통해 외부회로로 흘러가서 전기에너지를 전달 태양광 흡수에 의해 산화된 염료는 전해질 용액으로부터 전자를 공급 받아 원래 상태로 환원 사용되는 전해질은 주로 I - /I 3 - 의 산화 / 환원 쌍으로써 상대전극으로부터 전자를 받아 염료에 전달하는 역할을 담당 (1) (2) (3) (4) 염료가 흡착된 TiO 2 전극에서 일어나는 과정 Pt 상대전극에서 발생하는 과정 V OC = E F - E REDOXDSSC 의 원리 2011-12-04 9 염료 감응형 태양전지의 가장 중요한 요소인 염료의 경우 빛 에너지를 흡수하여 바닥상태 (ground state) 에서 들뜬상태 (excited state) 로 전이 (D → D* transition) 함으로써 전자 주입 역할을 수행하게 된다 . 대부분의 광전자는 반도체 전도띠로 주입되어 전자전달에 참여 → 광 - 전기에너지 변환효율이 우수 및 장기 안정성 우수DSSC 의 원리 염료감응형 태양전지 원리의 주의사항과 핵심 전자를 생성하고 이송하는 과정은 전지의 성능을 좌우하는 중요한 역할을 함 - 우선 염료로부터 여기된 전자가 TiO2 로 투입되는 시간이 정공과 결합하여 소멸되는 시간보다 짧아야 함 . TiO2 의 전도대로 투입된 전자는 또한 전해질 속의 산화된 이온과 재결합하지 않아야 함 . 보통은 재결합하는 속도가 마이크로에서 밀리초수준으로 느린편이라 이로인해 전자 - 정공의 결합에 의한 손실이 크지 않지만 , 이러한 반응이 일어나면 전지의 효율이 나빠지게 됨 . 염료감응형 태양전지의 경우 기존 태양전지에 비해 여러계면을 포함하고 있어 각각의 계면에서의 물리화학작용을 이해하고 조절하는 것이 본 태양전지기술의 핵심 . 2011-12-04 10DSSC 의 구조 염료 , 전자 이동층 ( 반도체 입자 ), 투명전극 , 전해질로 구성 염료 : 빛을 흡수하고 전자를 내뿜는 역할 반도체입자 : 염료를 흡착시켜 전자를 이동통로가 됨 투명전극 : 빛이 들어오는 창 전해질 : 전자를됨 . 2011-12-04 13DSSC 의 구조 염 료 색을 물들이는 물질로 빛을 흡수하여 전자를 여기시키는 역할 모든 가시광선 영역을 흡수하는 black 염료가 가장 뛰어난 성능을 보임 2011-12-04 14 대표적으로 널리 사용되는 염료로는 상용염료인 N719 ( 루테니움착체색소 ) 이다 . -COOH 작용기 부분이 TiO2 의 표면에 흡착하고 흡광시 들뜬 전자를 광전극 (TiO2) 에 전달해주는 역할을 함 .DSSC 의 구조 전해질 염료가 계속해서 전자를 내보낼 수 있도록 산화환원 ( I 3 - + 2e - ⇆ 3I - ) 을 통해 비어있는 HOMO 준위에 다시 전자를 채워주는 역할 전형적인 전해질 용액은 금속 ( 또는 양이온 ), iodide, iodine, 기타 첨가물 용매로 구성된다 . 기타첨가물로는 tert-butylpyridine , guanidinium thiocyanate , pyridine 등이 사용됨 . 용매로는 acetonitrile 이 널리 사용되며 양친매성 용매인 valeronitrile 과 섞어 사용하기도 함 . 2011-12-04 15DSSC 의 구조 대전극 Triiodide 의 iodide 로의 환원 촉매 I 3 - + 2e - → 3I - ( 환원반응 ) 백금 전극이 반사판의 구실을 하여 효율을 높일 수 있으나 , 제조 단가가 비싸 탄소 나노튜브 를 사용한 대전극이 가장 큰 대체 가능성을 가지고 있음 . 2011-12-04 16Transparent Conductive Oxide (TCO) 전이금속 산화물을 거친 전자의 수송 역할 높은 전기 전도성 , 낮은 면저항 , 높은 빛 투과도 Fluorine doped Tin Oxide (FTO) 600 ℃까지의 고온에서도 안정 화학적으로 안정 고가 Indium Tin Oxide (ITO) 150℃ 이상의 온도에서 저항 급증 FTO 에 비해 높은 전기전도성 화학적으로 안정성이 부족하여 전해질과 반응 가능성 기타 ZnO 는 화학적으로 ITO 보다 안정하나 온도 안정성이 나쁨 유연 플라스틱우 조밀함 광전류 생성 : Anatase Rutile 비표면적 : Anatase Rutile , 염료분자가 단위부피당 더 많이 흡착 입자 크기 감소에 의한 비표면적 증가로 보다 많은 양의 광감응 염료 분자 흡착 가능 입자의 크기가 수 나노미터 이하로 지나치게 작게 되면 염료 흡착량은 증가 , 반면 재결합 확률 증가 ( 전자가 전해질로 손실 - 재결합 ) Dye Sensitized Solar Cells 19n 형 산화물 (TiO 2 ) (3/3) 염료감응형 태양전지에 TiO 2 를 쓰는 이유 적당한 전도띠 에너지 값 염료감응형 태양전지 전극용 산화물 선택 시 산화물의 전도띠 에너지 값을 우선적으로 고려 흡착량을 증가시킬 수 있는 나노 크기의 입자 제조 용이 입자 size 가 커질수록 재결합 양 증가 : 전자 전달 속도 (Electron transport rate) 감소 무독성 및 화학적 안정성 전해질과 반응하지 않음 재료가 경제적으로 다소 저렴함 Dye Sensitized Solar Cells 20Dye 루테늄계 유기금속 화합물 , 유기화합물 그리고 InP , CdSe 등의 양자점 무기화합물 염료가 갖추어야 할 조건 가시광선 전 영역의 빛을 흡수할 수 있어야 함 나노산화물 표면과 견고한 화학결합을 이루고 있어야 함 열 및 광학적 안정성을 지니고 있어야 함 순수 유기물 염료는 빛과 열에 불안정 ( 루테늄계 금속 – 고가 ) 루테늄계 유기금속 화합물이 가장 우수한 것으로 보고됨 Dye Sensitized Solar Cells 21 Red Dye (N3, N719) Green Dye (N749) Black Dye (N886)Electrolyte I - /I 3 - 산화 - 환원 종으로 구성 I - 는 염료분자에 전자를 제공 , I 3 - 는 대전극에 도달한 전자를 다시 받아 I - 로 환원 액체형 : 높은 에너지변환 효율 가능 , 누액의 문제 고분자형 : 누액의 염려 없음 , 에너지변환 효율에 문제 Dye Sensitized Solar Cells 22Counter Er Cells 25 (-) 전극 제조 TCO 고정 TiO 2 준비 TiO 2 바르기 TiO 2 열처리 음극판 완료 염료 담그기DSSC 제조 방법 (3/4) Dye Sensitized Solar Cells 26 (+) 전극 제조 Hole 제작 양극 판 완료 백금 코팅DSSC 제조 방법 (4/4) Dye Sensitized Solar Cells 27 셀 조립 음극 양극 셀 조립 전해질 주입 Hole 봉합 셀 제작 완료태양전지의 효율 측정 빛 ( 태양 ) 에너지가 전기에너지로 변환되는 효율은 표준 global AM 1.5 조건 (1,000 W/m 2 ) 에서 입사된 광자가 전자로 변환되는 효율을 백분율로 표시한 것 Xe 램프를 이용하여 global AM 1.5 표준 조건에 가까운 조건하에서 태양전지에 forward bias 전압을 인가하면 전류 - 전압 곡선을 얻음 V oc : 개방전압 (open-circuit voltage) 으로서 개방상태에서 태양전지 양단에 형성되는 전위차 I sc : 단락전류 (short-circuit current) 로서 회로가 단락 된 상태에서 나타내는 전류 FF : 충진 계수 (fill factor) 로서 전류 - 전압 곡선이 사각형에 가까이 갈수록 충진 계수 특성이 향상 에너지변환효율 (η) 은 입사된 빛에너지 (P in ) 에 대한 발생된 전기에너지 ( P max ) 비의 값 에너지 변환 효율을 증가시키기 위해서는 단락전류⋅개방전압 및 충진 계수의 값을 향상시켜야 함DSSC 효율 측정 실험 2011-12-04 29DSSC 의 효율 2011-12-04 30 DSSC 광전변환효율의 결과DSSC 의 효율 2011-12-04 31DSSC 의 효율 2011-12-04 32DSSC 의 기술개발 동향 2011-12-04 33 DSSC 의 성능을 좌우하는 요인DSSC 의 효율과 기술개발 2011-12-04 34DSSC 의 전망 2011-12-04 35DSSC 연구 동향 (1) 연구과제 효율 높은 염료 소재 개발 값비싼 투명전극과 상대전극의 대체물질w}
세라믹과 경도 구조세라믹스 2013-12-18 1 구조세라믹스 - 경도경도의 정의 및 측정법 세라믹과 경도 경도에 미치는 영향인자 고온 물성 세라믹의 종류 및 예 참고문헌 목차 2013-12-18 2 구조세라믹스 - 경도경도 (hardness) : 국소적인 압축응력에 의한 재료의 저항성 (= 물체가 영구 변형 또는 손상에 대한 저항 정도 ) 경도 2013-12-18 3 구조세라믹스 - 경도압축 응력 W : 압축 하중 (kg) A : 단면적 (mm 2 ) 2013-12-18 구조세라믹스 - 경도 4 경도2013-12-18 구조세라믹스 - 경도 5 경도 압입된 곳은 냉간 변형 되면서 밀려 없어져 버리며 그림에서 (A) 부분의 주위에서는 부서지지는 않으나 변형이 일어난 부분이 (B) 에 생기고 이 부분과 탄성변형역 (C) 부분이 시험하중을 떠받치는 것이며 , 이때의 압입 저항의 값을 경도값 이라고 한다 .2013-12-18 구조세라믹스 - 경도 6 경도시험의 목적 (1) 단순히 재료의 경도값을 알고자 하는 경우 , 별 문제가 없이 적절한 시험방법을 선택하면 된다 . (2) 경도값으로부터 강도 ( 인장 ) 를 추정하고 싶은 경우 , 그 근본 목적이 강도의 추정이므로 침탄처리 등의 표면처리 된 시편이나 가공경화가 많이 일어나는 재료에 있어서 가공에 의한 표면경화가 나타난 시편은 경도값으로부터 강도를 추정할 수 없다 . (3) 경도값으로부터 시편의 가공상태나 열처리상태를 비교하고 싶은 경우그에 따라 적절한 경도측정 순서나 방법을 결정해야 한다 . 이런 경우에는 대개 압자를 바꾸거나 하중을 바꾸어서 2 회 이상의 경도값을 측정해야 할 필요가 있다 .경도 ( 압축 ) 누름 자국의 깊이나 자국의 지름과 하중량의 함수 = F/A 원자간 결합 형태 국부적인 표면 강도 : σ = F/A 재료가 힘에 견디는 정도 ( 압축 , 전단 , 인장 , 비틀림 ) 원자간 결합 형태 , 결함 ( 인장 ) 2013-12-18 구조세라믹스 - 경도 7 경도와 강도인장강도는 기공률 (Porosity) 에 따라 다음과 같은 경험 식에 따른다 . 인장강도 UTS ≈ UTS0e-np P: 공극 체적분율 , UTS0: 공극이 없을 경우의 인장강도 , n : 4~7 사이의 값 탄성계수도 기공률에 의존하며 그 관계는 다음과 같다 탄성계수 E ≈ E0(1-1.9P+0.9P2) E0 는 공극이 없을 경우의 탄성계수이다 . 2013-12-18 구조세라믹스 - 경도 8 세라믹과 경도2013-12-18 구조세라믹스 - 경도 9 금속과 세라믹의 경도 micro vickers hardness장 점 단 점 - 강도 및 경도가 크다 - 내식성 및 화학적 안정성이 높다 - 내열성이 우수하다 - 가볍다 ( 비중이 낮다 ) - 마찰계수가 낮고 내마모성이 크다 - 자원이 풍부하다 - 인장강도가 매우 낮다 - 균열전파가 빠르다 ( 인성 , 피로파괴 저하 ) - 기계적성질에 이방성이 존재 2013-12-18 구조세라믹스 - 경도 10 세라믹의 장단점 ( 금속대비 )세라믹의 경도측정 압자 (indenter) 압입 영역에서의 압축 , 전단 등의 복합한 파괴에 의한 의사적한 소성변형에 대한 저항성의 측정 세라믹 재료에서는 경도와 재료강도와의 직접적인 관련을 짓는 것은 어렵다 . 2013-12-18 구조세라믹스 - 경도 11 세라믹에서의 경도세라믹과 경도 2013-12-18 12 구조세라믹스 - 경도경도 2013-12-18 13 구조세라믹스 - 경도D(mm) P(kg) 시편의 최소두께 h=30 h=10 h=5 h=2.5 10 3000 1000 500 250 6(mm) 5 750 250 125 62.5 6~3(mm) 2.5 187.5 62.5 31.2 15.6 6~3(mm) 용도 철강 구리 , Al 무른재료 매우연한재료 경도시험 : 브리넬 ( Brinell ) 2013-12-18 14 구조세라믹스 - 경도 P경도 시험 : 브리넬 시험법 2013-12-18 15 구조세라믹스 - 경도 서로 직각을 이루는 d1 과 d2 을 측정하여 평균값을 구하고 이 값을 압입자국의 지름으로 사용한다 .하중 : 예비하중 10kg, 주하중 60kg(A), 100kg(B), 150kg(C) 경도표시법 : HRB, HRC, 예비하중 → 주하중 → 예상하중으로 하였을 때의 압입자국 깊이의 역수 (1/500mm 에 1 눈금 ) 특징 : 신속하며 측정하는 사람에 따른 오차가 적고 , 주로 시편의 크기가 작고 밀도가 큰 경우에 사용한다 . 경도 시험 : 로크웰 (Rockwell) 2013-12-18 16 구조세라믹스 - 경도경도 시험 : 로크웰 (Rockwell) 2013-12-18 17 구조세라믹스 - 경도 스케일 압입자 kgf 시험하중 경도산출식 사용범위 A 다이아몬드 원추 120 °, 0.2mm 10 60 100~500h 초경합금 , 침탄강 , 단주철 B 100 C 150 F 강 구 1/16 (1.588 mm) 10 60 130~500h 동합금 , Al 합금 B 100 G 150 H 강 구 1/8 (3.175 mm) 10 60 130~500h 분말합금 , Al 합금 E 100 K 150 L 강 구 1/4 (6.35 mm) 10 60 130~500h 플라스틱 , 경합금 M 100 P 150 R 강 구 1/2 (12.7 mm) 10 60 130~500h 플라스틱 , 경합금 S 100 V 150경도 시험 : 비커스 ( Vikers ) 2013-12-18 18 구조세라믹스 - 경도 F : 작용 하중 ( kgf ) S : 압입된 자국의 표면적 d : 압입자국의 대각선의 길이Micro- Vikers 경도 : 비커스 경도시험과 측정원리는 같으나 작용하중만이 1000g 이하이다 . 미소 비커스 경도값의 단위는 사용하지 않는다 . Knoop 경도 : 미소비커스 경도보다 탄성회복의 영향을 적게 하기 위해서는 대각선을 길게 하여 마름모 꼴인 pyramid 를 압입자로 해서 사용한다 . 경도시험 : 미세경도 2013-12-18 19 구조세라믹스 - 경도경도 시험 : 누프 시험법 2013-12-18 20 구조세라믹스 - 경도 d 2 = 압흔표면적 ( 단위 mm 2 ) C p = 보정계수 0.070279 F = 하중 ( 단위 kgf )고온노 : 고온노는 압자측 부분과 시료관찰 부분의 회전 system 시료의 가열 system 과 관찰 system 은 진공상태 가열 분위기 : 가열부 내부를 진공상태로 한후 , 불할성 가스 상태로 시료를 가열 , 경도 측정 하중 전달 방법 : 고온노 내의 압자측 부분을 진공 상태에 유지해 가며 노 내의 압자가 상하 이동을 할 수 있는 system 을 구축하여 노 외부에서 노 내부의 시료에 하중을 가하는 기구 즉 , 노 외부에서 전해지는 하중과 그 하중의 제어는 비커스경도 시험기에서 제어 하중부하와 시료관찰의 교환방식 : 고온노의 상부에 위치한 회전 기구를 이용해 하중기구를 시료 위치에 및 우어 부하 및 소하 조작을 하고 , 다음에 관찰창에 시료 위치를 회전 시켜 압흔의 측정 , 시료를 관찰 2013-12-18 구조세라믹스 - 경도 21 세라믹 고온경도 측정시험편의 크기 시험편에 가해진 압력은 항복점의 수배에 이르므로 자국의 부근은 어떤 범위에 걸쳐서 소성변형을 일으킨다 . 가공된 재료에서는 항복점이 높으므로 시험편의 크기가 작아도 되지만 , 압입깊이가 두께의 1/3 이면 경도는 3% 정도 감소하기 때문에 보통은 시험편이 적으면 압력을 지지할 만한 충분한 질량이 없으므로 보다 많이 변형하고 따라서 자국도 커진다 . 시편의 두께는 압입 자국의 깊이의 약 10 배 이상으로 한다 . 경도에 미치는 영향인자 2013-12-18 22 구조세라믹스 - 경도하중작용시간 ( 하중속도 ) 외력과 변형은 항상 평형이 되어 있는 것이 아니다 . 소성영역에서는 더욱 그렇고 변형은 시간을 요하는 현상이므로 일반적으로 늦어진다 . 이것은 경질재료에서는 그다지 크지 않지만 연한재료에서는 고려해야 할 사항이다 . 따라서 , 강철에 대해서는 15~20 초 , 연한금속은 30 초 정도로 한다 . 일반적으로 하중작용시간이 길면 하중이 다소 증가한다 . 경도에 미치는 영향인자 2013-12-18 23 구조세라믹스 - 경도자국의 지름과 깊이와의 관계 압입 자국은 시험편의 소성변형에 의해서 되므로 탄성변형이 이것과 동반하게 되는 것은 일반의 경우와 마찬가지다 . 이 탄성의 회복 때문에 규정하중이 작용하고 있을 때와 이것을 제거한 후의 자국의 깊이의 차는 그 지름의 차보다 크다 . 따라서 하중을 제거한 후 자국의 지름을 구한 경도와 하중 상태에서의 자국의 깊이에서 구한 경도와는 이론적으로 일치하지 않는다 . 하중을 제거한 후의 자국의 깊이의 정밀측정은 실제로 곤란하므로 이와 관련하는 경도는 고려하지 않는다 . 경도에 미치는 영향인자 2013-12-18 24 구조세라믹스 - 경도주입자 ( 조성 , 결정상 , 양 , 입경과 분포 , 형상과 분포 , 배향성 , 내부변형 , 불순물과 결함 , 전위 등 ) 경도는 주입자의 조성의 영향이 가장 크고 기공의 양과 분포 이외의 인자의 영향은 별로 현저하지 않다 . 경도에 미치는 영향인자 - 세라믹 2013-12-18 25 구조세라믹스 - 경도세라믹의 종류와 예 2013-12-18 26 구조세라믹스 - 경도절삭공구의 조건 높은 경도와 인성 절삭저항 , 진동 , 충격에 견딜 수 있는 강도 절삭 열 → 고온경도 유지 내마모성 2013-12-18 구조세라믹스 - 경도 27 세라믹의 예 - 절삭공구2013-12-18 구조세라믹스 - 경도 28 세라믹의 예 - 절삭공구2013-12-18 구조세라믹스 - 경도 29 세라믹의 예 - 절삭공구첨단구조세라믹스 – 이홍림 , 이형직 공역 세라믹실험 – 한국세라믹학회 교육위원회 재료시험법 – 오길환 , 채두병 , 김학윤 , 연윤모 , 송 건 , 박종건 공역 참고문헌 2013-12-18 30 구조세라믹스 - 경도감사합니다 . 질의 응답 Q A 2013-12-18 구조세라믹스 - 경도 31{nameOfApplication=Show}