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PTCR(Positive Temperature Coefficient Resistence) 써미스터

< P T C R >1. 정의PTCR (positive temperature coefficient resistor) 란 일반적으로 서미스터는 저항 온도 계수가 음으로 되는데 반하여 양의 기울기를 갖는 것을 PTC termistor라 부른다.2. 개요PTC의 특징은 일정한 온도(큐리온도)에서 저항이 급격히 증가한다는 것이다. 또한 P.T.C는 저항-온도 특성 (R-T), 전압-전류특성(I-V), 전류-시간특성(I-T)의 3대 특성을 이용하여 폭 넓은 제품에 적용되고 있다.3. 특성1). 저항: 정 특성 서미스터(PTC)에 이용되고 있는 세라믹스는 티탄산바륨(BaTiO3)이며, 이러한 티탄산바륨(BaTiO3)에 도전성을 높여주기 위하여 미량(대략적으로 0.1~1.5%)의 1가인 칼륨 또는 3가의 토륨, 이트륨 등의 산화물을 혼합하여 소결한 것이다. 이와 같은 PTC는 낮은 온도에서는 비교적 작은 저항 값을 갖는데 어떠한 소정의 온도에 도달되면 그림과 같이 소정의 임의 온도부터 급격히 저항이 증가하게 되며, 그 증가되는 폭도 상당히 크다. 물론 전류를 흘러 들이면 이 온도 이상에서는 급격히 전류가 흐르기 어렵게 된다. 그림에서 보는 바와 같이 급변하는 온도를 퀴리온도 또는 퀴리점이라 한다. 온도가 퀴리점을 넘어서면 정(正)특성의 저항 급증영역에 들어가게 된다. 그림의 온도-저항특성은 국내의 서미스터 제조업체인 [자화전자(주)]에서 생산하고 있는 품명을 소재로 하였다 HYPERLINK "javascript:self.close();" 2). 전압: 전압 특성 (I-V) PTC Thermistor에 전압을 인가하여 서서히 증가 시키면 자기 발열에 의해 소자의 온도가 상승하여 큐라 온도 부근에 도달하면 전압증가에 따라 전류 감소가 나타난다. 한편 소자에 인가되는 전압이 어떤 값을 초과하면 전압의 증가에 따라 전류 값도 급격히 증가하여 Break Down에 이르게 된다. 이 전압을 파괴전압(Vb)라 한다.3). 전류: 시간특성 (I-T) 초기에 대 전류가 흐르고 그 후 감쇄해서 미소전류에 억제되는 성질은 온도 상승이 빠른 발열체로써 과전류 방지용 C-TV, MONITOR소자용, 모터 기동용, 무 접점 스위치 기능을 갖는다4. 용도별 종류1). degaussing 소자: 지구상에 존재하는 자계 때문에 브라운관의 Shadow Mask나 주변 샷시 금속 등이 쉽게 자화되어 이 자계와 지자계의 합성자계가 CRT내의 전자 Beam을 쏠리게 하기 때문에 지자계 영향을 받지 않도록 자기 Shield하 거나 착지된 금속은 소자 할 필요가 있다. 화질해상도를 위하여 칼라 TV모니터는 소량의 잔여 전류를 단계적이고 대칭적으로 감소시킨 강한 교류자장에 의해 Degaussing 되어야 한다. 이것은 디가우징(Degaussing) 회로에 P.T.C을 연결 함으로써 가능하다. 국내에는 저화전자가 Degaussing PTC를 생산 하고 있다2). 과전류 보호용: PTC 전원이 OFF될 때까지 회로보호를 계속하고 과전류가 제거될 때 P.T.C는 초기상태로 돌아온다. 또한, 비 접촉 견고 한 구조 때문에 기계적인 진동이나 충격에 강하다. *활용예: 전화, Modem, SMPS, Video기타 등등3). 과열 보호용: 저항이 정확하므로 회로설계가 쉽고, 반영구적이다. *활용예: 칼라 TV, MONITOR, 팩시밀리, 기타사무기기 등등4. 자기 발열 소자: 일시적인 온도는 어떠한 통제회로 없이, PTC 히터에 의해 제공된다 또한, 단순구조와 함께 경박단소설계에 용이하고 히터전극은 온도 조절장치로써도 가능하며, 온도 조절장치에 나타나는 온도맥동도 제거한다 *활용예: 전자모기향, 가습기, 방향제 기기 등.

공학/기술| 2008.09.18| 3페이지| 1,000원| 조회(714)

저항, PTCR

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초전도체

초전도체1.초전도체란1) 초전도체의 특징초전도체는 직류 전류에 대해 저항이 전혀 없는 완전도체이다. 가령, 예를 들어, 아래 그림과 같은 초전도체로 된 고리에 전류를 흘려주면, 초전도체를 따라 흐르는 초전류는 감쇠하지 않고 영원히 흐르게 된다.초전도체는, 또한, 외부에서 자기장을 걸어 주면 초전도체 내부의 자속밀도(B)가 0이 되는 완전 반자성체이다. 이러한 반자성 특성은 자기장을 초전도체 밖으로 밀어내는 효과로 나타나는데, 발견자의 이름을 따서 마이스너(Meissner) 효과라고 부른다.마이스너효과는, 외부에서 가해진 자기장을 상쇄시키기 위한 전류(차폐전류)가 초전도체에 흘러서 외부의 자석과 반대되는 자극을 만듦으로써 나타나는데, 자기장을 밀어내는 자기부상 효과는 자기부상 열차나 초전도 베어링 등에도 활용될 수 있다.2) 초전도 현상의 근원초전도 현상은 초전도체 내의 자유전자들이 두 개씩 쌍을 이룸으로써 생기는데, 이 전자쌍을 쿠퍼쌍이라고 부른다. 초전도체를 이루고 있는 격자 이온들의 진동이 전자의 움직임과 공명함으로써 쿠퍼쌍을 이루게 하고, 또 이들의 이동에 대해 방해가 되지 않고 저항없이 움직일 수 있게 한다.이 때, 이온 격자의 탄성이 초전도현상을 나타내는데 결정적인 역할을 하므로, 이온의 성질이나 이온들의 결합구조가 전자쌍을 이루는데 적합한 물질들만이 초전도체가 될 수 있으며, 초전도체들간에도 초전도 현상을 나타내는 조건, 즉, 초전도 임계값들이 차이가 나게 된다. 이온격자의 탄성과 초전도 현상의 밀접한 관계는, 이들 이온이 동위원소로 치환될 경우 생기는 임계온도 변화 등의 동위원소효과에서 명확하게 알 수 있다.3) 초전도체의 임계값들초전도상태와 정상상태 사이에 에너지벽이 존재하는데, 쿠퍼쌍을 이루는 전자들의 운동에너지가 커질수록 에너지벽을 쉽게 뛰어넘을 수 있어서 초전도 현상의 약화로 나타난다. 따라서, 전자의 운동에너지 상승을 가져다 주는 요인, 즉, 온도, 전류, 자기장 등의 크기에 따라 두 상태의 경계면이 결정되게 되는데, 경계면에서 이 값들을3O7, Bi2Sr2Ca1Cu2O8, Tl2Ba2Ca2Cu3O10, HgBa2Ca2Cu3O8, La2-xBa(Sr)xCuO4, 등과 같은 구리 화합물과, BaKBiO3 등과 같은 비구리 화합물이 있는데, 금속 초전도체에 비해 임계온도가 월등히 높아 흔히 ‘고온초전도체’로 불린다. 이들은 페로브스카이트(perovskite) 구조를 바탕으로 한 복잡한 격자구조를 하고 있으며, 초전도 결맞음길이가 극히 짧아서 불순물이나 구조결함에 초전도 성질이 아주 민감하게 변한다.유기물 초전도체로는 k-(BEDT-TTF)Cu[N(CN)2]Br, (BETS)2(Cl2TCNQ), a-(BEDT-TTF)2NH4Hg(SCN)4 등 많은 종류가 있는데, 이들은 매우 복잡한 유기화합물 구조를 하고 있으며, 임계온도가 매우 낮다. 최근에는 DNA 가닥이 극저온에서 초전도성을 보였다는 보고도 있었다.금속 초전도체 중 전자의 유효질량(effective mass)이 매우 큰 것들을 중페르미온(heavy fermion) 초전도체라고 따로 분류하는데, UBe13, UPt3등이 이부류에 속한다. 그 이외에도, Pb(Sn)Mo6S8, (Pb, Sn, La)Mo6Se8 등 Mo-S(Se, Te) 화합물의 쉐브럴 상 (Chevral phases) 초전도체가 있고, 정20면체 모양의 C60 풀러렌(fullerene)에 칼륨(K) 등의 금속 이온을 삽입한 풀러렌 초전도체, 그리고 YNi2B2C 과 같은 보로카바이드(Borocarbide) 등도 있다.2.초전도의역사네델란드 Leiden 대학의 카멜링 온네스(Heike Kamerlingh Onnes) 교수가 1908 년 끓는점이 절대온도 4.2 K인 헬륨의 액화에 처음으로 성공하여, 저온에서 금속의 저항을 연구하던 중, 1911년 수은(Hg)의 저항이 액체 헬륨 온도인 4.2 K에서 사라짐을 관측하였는데, 이것이 초전도 역사의 출발점이다. 카멜링 온네스는 이 공적으로 1913년에 노벨 물리학상을 수상하였다.많은 사람들이 이 신기한 현상을 가진 물질에 관한 여러 가지도체가 얇은 절연체 막을 사이에 두고 결합되었을 때 (조셉슨접합이라고 명명됨), 초전도체만이 갖는 조셉슨 효과를 예측하였고, 1963년 기에브(Ivar Giaever)는 초전도 접합의 터널 현상을 발견하였는데, 이 두 사람은 각각의 공적으로 1974년 공동으로 노벨 물리학상을 수상하였다. 조셉슨 접합은 초고속 저손실 컴퓨터소자 등으로 활용될 수 있고, 사람의 뇌에서 발생하는 미약한 자기장을 측정할 수 있는 초전도양자간섭장치(SQUID) 등에 활용될 수 있게 되었다.1986년 스위스의 IBM 연구소의 베드노르츠(A. Bednortz)와 뮐러(Karl A. Muller)는 La-Ba-Cu-O 가 35 K에서 초전도성질을 가짐을 발견함으로써 고온초전도 시대의 서막을 올렸다. 베드노르츠와 뮐러는 최초의 산화물 고온초전도체 발견으로 1987년에 노벨 물리학상을 수상하였다 1987년 1월 알라바마 대학의 우(M. K. Wu)에 의하여 액체질소온도보다 높은 92 K의 임계온도를 가진 Y1Ba2Cu3O7 초전도체 합성이 발표되었다. 그 이후, 마에다(H. Maeda)에 의해 발견된 비스무스 화합물 Bi2Sr2Ca1Cu2O8이 110 K, 쉥(Z. Z. Sheng)과 허만(A. M. Hermann) 에 의해 합성된 탈륨화합물 Tl2Ba2Ca2Cu3O10이 125 K의 임계온도를 나타내었는데, 이 때가 1988년이었다. 1993년에는 스위스의 쉴링(A. Schilling) 등이 임계온도가 133 K인 수은화합물 HgBa2Ca2Cu3O8 을 합성하는데 성공하였다. 불과 몇 년 만에 엄청난 발견들이 쏟아져 나왔으며, 새로운 초전도체에 대한 과학적 흥미와 초전도체를 이용한 여러 가지 실용화 기술 개발에 대한 높은 관심으로 인하여 상온 초전도체의 발견에 관한 연구가 본격적으로 시작되었다3.초전도체의 응용초전도체의 응용분야는 보통 응용 물질의 형태에 따라 선재 응용과 박막 응용으로 나눈다. 선재 응용에는 손실이 없는 송전선, 강한 자기장이나 아주 안정한 자기장을 발생시키는 초전도자석, 서 획기적으로 개선될 것으로 기대된다. 한 예로 celluar phone 및 PCS 기지국용으로 상용화된 고온초전도필터 서브시스템은 기지국의 수를 10 % 이상 줄일 수 있게 하며 고온초전도 공진기가 오실레이터의 공진단으로 사용된 오실레이터의 잡음특성은 기존 기술로 제작된 최상의 오실레이터에 비해 30 dBc/Hz 이상 개선된 값을 지니는 것으로 알려져 있다.이러한 고온초전도 마이크로파 소자의 제작에는 주로 YBa2Cu3O7-δ 고온초전도박막과 Tl-Ba-Ca-Cu-O 계의 박막이 사용되고 있는데, 이러한 고온초전도박막이 지닌 우수한 두 가지의 고주파 특성, 즉 (i) 표면저항이 77 K 및 PCS 주파수에서 구리에 비해 1/1000 ∼ 1/500 정도의 매우 작은 값을 지닌다는 것과 (ii) 고온초전도박막으로 제작된 전송선의 경우 신호의 확산 (dispersion)이 전혀 일어나지 않는다는 점은 고온초전도 마이크로파 소자의 우수한 특성을 가능하게 하는 가장 중요한 요인들이다. [표 1]은 초전도 통신소자로 기존 기술의 한계를 극복할 수 있는 몇 가지 예를 보여준다.연구분야기존 기술의 한계초전도 기술에 의한 해결책이동통신/PCS수신기기지국-인접신호 제거효과가 작음 --->인접 주파수 대역 신호에 의한 간섭시기지국 성능의 90 % 이상 상실-수신기 전단부 성능의 한계로 인한통화 수용량의 제한.인접신호 제거효과가 매우 큼 --->신호간섭시 기지국 성능의 2 % 이내영향 받음 -수신기 전단부의 성능향상으로 인한통화수용량 80 % 이상 증가.송신기모듈용 필터송신기에서 발생한 신호제거를 위해일정 특성이상의 필터 사용시 신호손실이 일정 값 이상이 됨.---> 신호전송 지역 제한.Outband 특성이 우수한 필터의 경우에도 신호손실이 매우 작은 값을 유지. ---> 신호전송지역 증대오실레이터기존의 기술로는 일정치 이하의 위상잡음의 구현이 불가능함.---> 주파수대역 내 채널수 제한및 data 전송속도 제한.위상잡음의 크기를 1/100 이하로 크게 개선할 수 있음.---> 이러한 초전도 통신소자 기술은 다양한 형태로 활용될 것이다.2)디지털소자(초전도 디지털 전자소자 응용)초전도체를 사용한 디지털 전자소자는 기존의 반도체 소자보다 처리속도가 100배 이상 빠르면서도 소모 전력은 1,000분의 1 수준으로 매우 적어서 차세대 전자소자로 주목을 받고 있다. 현재는 반도체 소자로서 모든 처리가 가능하여 큰 어려움을 느끼지 못하고 있으나, 앞으로 대용량의 정보처리가 요구되고 초고속 컴퓨터의 개발 등이 필요하게 될 경우 기존의 소자는 한계를 느끼게 되고 새로운 개념의 초고속 전자소자가 이 역할을 담당하리라고 전망된다. 이러한 점에서 초전도체를 사용한 전자소자는 최근에 크게 주목받고 있고, 아직은 연구 초기 단계이기 때문에 상용화에는 이르지 못하고 있으나, 미국, 일본, 유럽 등 선진국에서 활발한 연구를 수행하고 있으며, 국내에서도 이 분야의 연구가 시작되어서 활발한 연구를 수행하고 있다.정보통신 기술이 발전하게 됨에 따라 빠른 시간 내에 다량의 정보를 처리해야 하기 때문에 전자산업 분야는 앞으로 점점 더 고속으로 작동하는 전자소자를 요구하게 될 것이다. 이에 따라 반도체 소자의 고속화 연구가 현재 많이 진행되고 있으나, 반도체 소자를 고속화 할 경우 나노 구조의 선폭으로 제작하는 일이 기술적으로도 어려운 일이겠으나, 나노 구조의 제작 기술이 가능하다 해도 소비 전력 면에서 한계가 있기 때문에 10 GHz 이상의 획기적인 속도의 상승은 용이하지 않을 것으로 전망되고 있다. 반도체 회로의 경우 현재까지는 Moore의 법칙에 따라 18-24개월마다 집적도가 약 두 배로 증가하여 왔으며 현재까지 개발된 0.18 ㎛ 선폭을 사용할 경우 ∼2GHz 정도의 속도를 얻을 수 있으리라고 보고 있다. Moore의 법칙이 계속 만족되기 위해서는 0.1 ㎛ 이하의 선폭을 갖는 칩을 제작하여야 하는데, 0.1 ㎛ 이하의 선폭을 갖는 나노 구조의 공정이 용이하지 않아 Moore의 법칙이 한계점에 도달했다는 관측이 제기 되고 있다. Moore의 법칙에 따라 0.1 있다.

공학/기술| 2008.02.03| 9페이지| 1,500원| 조회(2,097)

초전도체, 초전도, squid, 마이크로파, 소자

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수소저장합금의 원리와 기술개발

수소저장합금1)수소저장합금의 이해수소는 여러 종류의 금속과 반응하여 금속수소화물을 생성한다. 예를 들어, Mg, Ti 그리고 La는 각각 MgH2, TiH2 그리고 LaH3라는 안정적인 금속수소화물을 생성한다. 한편, Fe와 Ni를 고온?F고압 하에서 수소와 반응시키면 수소화물은 불안정해진다. 안정한 수소화물을 생성하는 금속과 불안전한 수소화물을 생성하는 금속과의 합금에는 가역적으로 수소와 응하는 능력을 가지는 것이 있다.그 중에서 상온, 대기압 부근에서 수소와 반응시키면 금속수소화물의 형태로 수소를 저장하고, 가열과 감압에 의해 쉽게 수소를 방출하며 그리고 그 반응속도가 큰 합금을 수소저장합금이라고 한다. 수소저장합금에 의한 수소저장법의 특징5)은 다음과 같다.① 높은 수소밀도를 얻을 수 있고, 체적에너지밀도는 메탄올과 비슷하다.② 상온에서 체적당의 수소저장량이 많다.③ 고압용기 및 단열용기가 필요치 않다.④ 장시간의 저장이 가능하다.⑤ 안전성이 매우 높다.⑤ 순도 높은 수소를 방출한다.Table1)금속결합성 수소화물(침입형 수소화물)형태로 수소를 저장하는 수소저장합금에서 수소원자가 점유하는 금속의 격자간 위치는, 그림.2에서 보는 것처럼, 다음의 두 가지가 있다.① 금속원자 6개로 둘러싸여진 6배위의 팔면체 격자간 위치(O-site, 팔면체좌)② 금속원자 4개로 둘러싸여진 4배위의 사면체 격자간 위치(T-site, 사면체좌)fcc, hcp의 금속 단위격자 당 1개의 O-site와 2개의 T-site가 존재하여, bcc단위격자 중에는 3개의 O-site와 6개의 T-site가 존재하지만, 보통 수소는 이들의 일부만이 점유되고 있다. 금속의 원자반경의 크기에 따라 다르며, 원자반경이작은 Pd, Ti 등에서는 O-site로, 원자반경이 큰 희토류원소 Zr 등에서는 T-site로 들어가는 경향이 있다. 실제 수소의 점유위치는 모체금속이 fcc격자인 Ni, Pd 등의 경우에는 O-site에, 모체 금속이 bcc격자인 V, Nb, Ta 등의 경우에는 T사이트에, Sc 상을 α상이라 부른다. 이 경우, 금속 내에 용해해 있는 수소농도는, 금속 상 수소압력의 제곱근에 비례하는 “Sieverts의 법칙”을 성립한다. B점에 도달하면, 수소압력의 변화는 거의 없이, 그림 3에서 와같이 α상이 금속 내에서 확산되는 수소가스와 반응해 수소화물상인 β상으로 변한다. α상과 β상이 함께 공존하는 조성범위가 있고, 그 범위 내에서는 일정한 온도조건으로 평형 수소 압이 일정해 진다. 이와 같은 등온선의 수평한 부분인 BC사이를 플래토라 부른다. 대부분의 α상이 β상이 되면 C점이 되고, 그 후 다시 압력을 올리면, β상의조성이 화학양론조성에 근접해 간다(어떤 금속은 이후 β상이 수소가스와 반응해 수소화물상인 Γ상으로 변한다). 아래식의 n은 플래토좌단에서의조성과 대응한다. 수소저장과 방출과정에서 평형 수소 압의 차가 발생하며, 이 현상을 이력현상이라고 부른다.Fig.3)수소저장합금의 응용 면에서 보면, PCT곡선의 플래토영역의 위치와 폭이 중요하다. 플래토영역에서는 대량의 수소가 일정한 온도와 압력에서 고체상에 저장되거나, 방출되기 때문에 합금의 응용 면에서 적합하다는 것을 알 수 있다. 또한 플래토의 폭은 가능한 큰 쪽이 좋다.수소저장합금은 안정한 수소화합물을 형성하는 원소 A와 수소화물이 불안전한 원소 B의 조성으로 된 금속간 화합물이다. 이 중에서 대표적인 수소저장금속체인 LaNi5를 개선한 AB5형 희토류계 합금과 주로 Ti와 Zr을 성분으로 하는laves상 합금과 저가격인 TiFe계 합금, 경량인 Mg계 합금인 Mg2Ni가 1960년대부터 넓게 연구되어 그 응용성이 검토되어져 왔다. 최근에는 Ti-V-Mn계와Ti-V-Cr계 등의 체심입방(bcc)격자를 갖는 고용체합금이 3wt%의 수소저장 능력으로 인하여 고용량합금으로서 주목을 받고 있다. 지금까지 연구 개발된 수소저장합금은, Table2)에 나타낸 것처럼, 합금을 구성하는 금속의 결정구조에 따라서 크게3가지 그룹으로 분류할 수 있다. 제1그룹인 AB5형 합금은 제1세대 수소저장합 때문에2차전지용 재료로 활발한 연구가 이루어지고 있다. laves상 합금은 A원자와 B원자의 반경비가 1.225부근의 최고밀도충전구조를 가지고 AB2의 화학량론조성을 가지는 금속화합물이다. laves에 의해 발견되었으며, TiMn2, ZrMn2 그리고 TiCr2(고온상) 등의 C14형 (MgZn2형, 육방정) ZrV2와 TiCr2(저온상) 등의 C15형(MgCu2형, 정방정), MgNi2 등의 C36형(MgN12형, 육방정)의 3종류로 분류된다. 전자의 2종은 수소저장합금으로 알려져 있는 것이 많다. laves상 합금의 수소화에 관한 연구는 Pebler에 의해 ZrCr2, ZrMo2 그리고 ZrV2에 대한 것이 최초이고, 이후, 山下에 의해 C14형 Ti-Mn계 합금이 발견되면서 연구 활동이 활발하게 이루어졌다.이것에 비하여 대조적으로 제3그룹인 bcc합금 및 Mg계 합금은 큰 수소저장량에 비해 수소의 저장?방출특성의 문제점이 많아 연구개발이 적었지만, 최근 수소저장량에 중점을 두고 수소의 저장?방출특성을 개선하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이는 다른 금속간화합물과 고용체상의 공존영역을 연구대상으로 개발을 수행하는 “다상합금의 구조를 금속조직학적으로 해석하고, 그 구성상들로부터 새로운 성분과 구조를 가지는 합금을 탐색하는 방법”의 새로운 제안에 의하여 거의 2배에 가깝게 획기적으로 수소저장량을 늘린 합금을 개발 하는 것이다.Table2)처음에 수소저장합금의 주된 용도는 합금에 수소가스를 저장·수송하는 방법이다. 이 방법은 합금이 수소와 반응해 금속수소화물형태로 수소를 저장, 가열 혹은 감압하면 수소를 방출한다는 성질을 이용하는 것이다. 이미 1970년 전반부터 이와 같은 합금의 성질을 이용한 응용으로 수소저장수송용기, 수소자동차용 연료탱크, 수소분리정제장치 등의 개발이 진행되어 왔다.한편, 수소저장합금은 가역적으로 수소를 저장하고 방출하는 능력을 갖고, 그 반응속도도 빠르며, 저장 시에 발열하고, 방출 시에 흡열을 동반하는 것과 같은 반응특성에 주 작은 값을 나타내며, Mg2Ni수소화물만이 경금속이기 때문에 약간 높은 3.6wt%를 보인다. 그 밖의 합금들에서는 2wt%이하의 수소저장량을 나타내기 때문에 정지씩 수소저장용기와 같은 수소저장합금의 무게와 무관한 용도에 이용되는 경우도 있지만, 통상 단위체적당 수소밀도와 단위중량당 수소밀도 특성은 에너지저장 매체로서의 에너지밀도에 상당하기 때문에 수소저장합금의 응용 면에 있어서 커다란 단점으로 작용을 한다.Fig.5)수소저장합금에 수소를 저장?방출하면 결정격자가 팽창?수축에 의한 변형 때문에 발생하는 수소저장합금의 미분화를 방지하기 위해, 합금입자를 변형에 견딜 수 있는 수μm~수십μm의 미립자로 하여 사용을 한다. 미분화는 표면적의 증가를 초래하여 반응속도의 향상에 기여하는 현상이 생기지만, 합금미세분말의 비산과 막힘, 분말의 고결과 팽창에 의한 용기의 파괴, 열전도율의 저하 등을 일으키기 때문에 응용 면에서는 억제할 필요가 있으며, 미립화 크기 결정은 합금의 조성에 의해 크게 다르다.화학조성이 같아도, 합금의 제조방법의 차이에 따라 수소저장합금의 조직에 차이가 생기고, 그 차이가 합금의 수소화 반응의 평형특성과 열적특성, 합금의 구조, 수소화반응속도, 초기 활성화 및 수명특성(내구성) 등과 같은 물성에 큰 영향을 미친다. 수소저장합금은, 일반적으로 단 원소 금속재료들을 목적 조성이 되도록 계량 조합하여, 용해로에서 용해, 응고시키는 생산 공정에 의해 제조된다. 실제 수소저장합금의 다수가 그 조성이 다원소의 금속간화합물과의 합금으로 되어 있기 때문에, 합금조성, 특히 합금의 상구 조를 합금의 조성으로부터 예측하는 것은 매우 어렵다. 게다가, 합금조직은 합금을 제조하는 공정에 의해서도 크게 달라진다. 거시적으로는 화학조성이 같은 경우에도, 합금의 표면층과 합금내부의 벌크조직의 차이에 따라 수소저장특성은 크게 달라진다. 예를 들면, 응고 시에 냉각속도와 응고 후 열처리에 의해 합금조직에 차이가 생기고, 그것이 수소저장특성에도 영향을 준다. 냉각속도가 빨라지면 특성이 개선된 것이 얻어지고 있다.*bcc고용체 수소저장합금은 2.2~3.2wt%(H/M=1.5~1.6)의 수소저장량이 얻어지고 있지만, 수소방출량이 적고 내구성이 과제로 남아 있다.수소저장합금 재료의 최대 과제는 가역적인 수소저장량의 증대에 있다. 예를 들면 분산수송저장용 수소저장합금의 개발에서 가역적인 수소저장량은 3.0wt%이상으로 높은 수치를 목표로 하고 있으며, 이 목표달성에는 구성성분으로 부터 환산해 H/M의 값이 MmNi5계 합금에서 1.3~1.4 이상, TiFe계 합금, TiMn2계 합금 및 TiCr2계 합금에서 1.6~1.7 이상을 필요로 한다.최근 수소저장량의 목표치에 가까운 합금이 개발되고 있다. 앞으로는 열역학적 및 결정 구조적 측면에서 수소화물의 안정성을 예측하는 경험적 법칙 등을 고려한 신규 고용량의 수소저장합금의 개발이 요망된다. 또한, AB2형 laves상 Ti-Zr계 합금, 나노복합화한 Mg계 합금과 bcc고용체 V계 합금의 고성능화의 실현에 기대하고 있다.현재 합금계 재료는, 개발된 수소저장합금 중 유망한 것의 실용화 특성 개선이진 행되고 있다. 또한, 5.5wt%의 저장능력을 가지는 새로운 합금의 탐색에 착수하였으며, 차세대 수소저장합금의 방향을 모색하고 있다.첫째, 개발된 수소저장합금 중 유망한 것의 실용화 개선이 다음과 같이 진행되고 있다.* V계 수소저장합금새로 개발된 합금인 V-10%Ti-12.5%Cr-3%Mn, V-10%Ti-11%Cr-2%Mn-1.5%Ni은 1000회까지의 반복시험에서도 양호한 내구성을 가지는 것이 확인되었고, 수소중의 불순물에 의해 저장능력은 약화되지만, 순수한 수소에 의해 회복된다는 것이 판명되었으며, 수소저장 방출에 의한 미분화가 진행되지 않기 때문에 합금 층의 열전달율의 열화가 적다는 것을 알 수 있었다. 이것에 의해 기존의 합금과 비교하여 단시간에 수소의 급속충전이 가능하게 되었다. 또한, 고가의 고순도 V를 사용하지 않고 양산에 적당한 ESR(Electroslag remelting)정제에었다.

공학/기술| 2008.02.03| 11페이지| 1,500원| 조회(2,262)

수소저장, 합금, 원리, 기술개발

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Liquid Crystalline Polymer Display (액정형 결정 고분자 디스플레이)

Liquid Crystalline Polymer1.Display의 종류1)CRT.화면 안쪽의 유리면에 전기적 충격을 받으면 빛이나는 형광물질을 수많은 점으로 도포하고 뒤쪽에 있는 전자총으로 쏜 전자가 이 각각의 점에 충돌하면 빨,파,녹 각각의 색으로 빛이나고 충돌하지 않으면 어두워서 검정색으로 표현되는 원리입니다.2)LCD.화면 뒤에서 백라이트라고 하는 흰색 빛을 비춰주고 그빛을 그냥 통과시겨주면 흰색으로보이고 완전히 차단해 버리면 검정색으로 보이게 됩니다. 또 빛을 빨강,파랑,녹색의 막을 통과시켜 보여주면 그 각각의 색으로 보이게 되는 간단한 원리 입니다. 그 빛을 막아주는 역할을 하는것이 액정이란 물질이라서 액정화면이라고 하는것이지요. LCD의 LC가 액체상태의 수정을 뜻하는 Liquid Crystal의 약자로 다시말해 액정을 뜻하는 것입니다.3)PDP.두개의 유리판사이에 칸막이를 이용해서 수많은 방을 만들고 그 방에다 각각의 프라즈마라는 전기 충격에 빛을내는 물질을 집어넣어 전기를 주면 그 물질이 스스로 빛을 내면서 발광하는 방식입니다. 그래서 프라즈마 디스플레이라고 부르는 것입니다. 이 프라즈마라는 물질은 상당히 어렵고 생소한 물질로 생각하기 쉬운데 형광등 가스와 같이 우리주변에서 아주쉽게 볼 수 있는 물질입니다.(정확히 말하자면 물질 이름이 아니라 기체,액체,고체와 같이 물제의 상태를 나타내는 말입니다.) 특히 빨강,주황,파랑,녹색등의 고유의 색을 가지는 네온사인을 생각하면 쉬울 것입니다. 이러한 것을 디스플레이에 응용한 것입니다.4)LED.LCD와 이름이 비슷하다고 해서 서로 비슷한 원리가 아닌가 생각하기도 쉬운데 LED는 Light Emitting Diode 의 약자이고 LCD는 Liquid Crystal Display 의 약자로 같은 단어는 하나도 없는 전혀 다른 방식입니다.최근 많이 보이는 초대형 화면에선 발광다이오드라는 LED 소자를 사용합니다. 축구경기장이나 시내 건물벽에 있는 초대형 디스플레이가 바로 LED입니다. 최근에 새로 단장한 상암구장의 동영상 광고판 역시 이 LCD를 사용하는 것입니다. 또한 요즘에는 신호등도 이 LED를 이용하고 있습니다.이 LED는 오래전부터 정말 많이 사용하고 있는데 그 대표적인 것이 모니터 혹은 TV의 전원버튼 옆의 빨강 초록 혹은 주황색의 조그만 전구 입니다. 이것이 전구가 아니라 이 LED란 것입니다. 예전엔 빨강과 초록색 두가지 밖에 없었습니다. (둘이 같이 빛을 내면 주황색으로 보이게 됩니다.) 그래서 가게 쇼윈도나 관공서등에서 볼 수 있는 옆으로 움직이는 글씨의 소규모 전광판이 이 LED를 이용한 것입니다. 문제는 예전에는 파란색 LED를 만들 수 없거나 만들어도 그 수명이 너무 짧아서 컬러 전광판을 만들지 못했 었는데 몇년전 수명이 긴 파란 LED가 개발되어 이제는 컬러 전광판이 등장한 것이구요. 따라서 이런 초대형 화면을 구현할 수 있게 된 것입니다. 하지만 아직도 파란색 다이오드가 여전히 가격이 높고 수명이 짧다는 문제가 있습니다.5)기타?OLED (유기 LED)?LCP (Liquid Crystalline Polymer)2.Liquid Crystalline1)액정의 종류?열방성 : 특정물질을 가열하였을 때 녹는점에서 작접투명한 등방성 액체로 변하지 않고 현탁한 비등방성 용융상태를 만드는것.?유방성 : 어떤 물질이 알맞은 용매에 임계농도이상으로 용해시켰을 때 용액이 비등방성을 보이는것.?압방성 : 압력에 따라서 액정상이 유도되는 물질2)액정의 분류?스메틱 : 위치와 방향성을 동시에 가지고 있는 경우.?네마틱 : 분자위 중심은 무실서하지만 분자의 장축은 대략적으로 같은 방향으로 정돈되어있다.?콜레스테릭 : 네마틱층이 일정한 각도로 배열되어있는 상태3)액정고분자의 구조?주사슬형 액정고분자 : 고분자가 액정을 나타내기위해선 강직한 분자쇄인 메조겐이 있어야 하는데, 이런 메조겐기가 고분자의 주사슬에 위치해 있을 경우.?곁사슬형 액정고분자 : 고분자의 곁사슬에 메조겐기가 위치해 있을경우.?복합형 액정고분자 : 위의 두가지 경우가 복합적으로 있을 때.그외에 현재 여러 구조의 액정고분자가 합성되고 있다.4)합성?주사슬형 : 주로 step polymerization을 이용?곁사슬형 : 주로 chain polymerization을 이용5)분석법?편광현미경빛은 일정한 속도로 규칙정으로 진동하는 전기장과 자기장으로 구성된 전자기파이다.자연광 : 전기장(자기장)의 진동이 빛의 진행방향에 수직한 모든방향으로 분표되어있다.편광 : 전기장 (자기장)의 진동이 공간의 한방향으로 고정된 칩치다.*액정은 비등방성이기 때문에 복굴절을 띤다.

공학/기술| 2008.02.03| 5페이지| 1,000원| 조회(983)

고분자, 액정, polymer, liquid, Crystalline

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[공학]연료전지( 인산염형, 직접메탄올)

-인산염형 연료전지 -직접 메탄올 연료전지연료전지(part 2)인산염형 연료전지정의 및 구성 특징 System 및 구조 원리와 전지 반응 전지 구조와 재료 응용사례 및 전망정의 및 구성연료전지란 연료(H2)가 가지고 있는 화학에너지를 전기화학적 방법으로 연속적으로 전기에너지로 변환시키는 장치. PAFC(Phosphoric Acid Fuel Cell) 인산(H3PO4)를 전해질로 사용. 연료전지 본체(Stack), 개질 기(Reformer), 교류 변환장치(Inverter) 및 시스템 주변장치로 구성.특징System 구성도Reformer의 구조연료변환기는 일반적으로 다음과 같은 네 단계의 장치로 구성 . CO 제거부(CO Removing Part) CO 변성부(CO Shift Part) 개질 반응부(Reforming Part) 황 흡착부(Sulfur Absorbing Part)원리와 전지 반응Anode(연료극) 천연 가스나 메탄올 등을 개질하여 얻어진 수소를 주성분으로 하는 가스 공급. Cathode (공기극) 공기가 공급.원리와 전지 반응전자는 외부로 방출. 프로톤(H+)은 SiC의 미립자로 구성되어있고 빈틈에 인산이 채워진 메트릭스층을 이동. 인산이 쓰이는 이유는 다른 산에 비해 전해질의 증기압이 낮기 때문이다. 250 OC 를 넘으면 인산에서도 전해질의 증발량이 가속도적으로 증가.(작동 온도 상한)원리와 전지 반응연료극(Anode)측 반응 H2→2H+ +2e- 공기극(Cathode)측 반응 0.5O2 + 2H+ + 2e-→H2O 전체 반응 H2 + 0.5O2→ H2O 이론적 개방전압 (단 위셀) ET = Eo+ RT/2F ln(PH2PO2/PH2O) =1.17V원리와 전지 반응실제로 전류를 흘려 발전 시 분극을 일으켜 cell 출력전압은 ET보다 낮다. 분극종류 ηohm (저항 분극) ηact (활성화 분극) ηconc (농도 분극) 고 전위일수록 현저하게 나타남.(0.8V 이하 요구)원리와 전지 반응원리와 전지 반응출력 전압은 CO 피독에 의해 저하한다.V(1atm~10atm)정도.원리와 전지 반응전극반응 Anode H2→2 H++ 2e- Cathode 2H++ ½O2+ 2e-→H2O 전체반응 H2+ ½O2→H2O 의 경우 반응속도 R = I / n F mol / s I :전류(A) n :반응에 참여하는 전자몰 수 F :Faraday 상수 물질j의 생성속도 R j = νj I / n F mol /s νj전체반응에서 stoichiometric coeff. νH2= -1 RH2= - I / 2 F mol H2 /s νO2= –½ RO2= (-½) I / 2 F mol O2 /s νH2O= 1 RH2O= I / 2 F mol H2O /s원리와 전지 반응수소공급속도 QH2= -RH2= I / 2 F mol H2 /s cc [STP] / min , STP : 25oC, 1 atm QH2= I / 2 F (mol H2 /s) (24,451 cc[STP] / mol) (60 s / min) = 7.6 I cc [STP] / min QO2=½QH2 = 3.8 I cc [STP] / min QAir=79/21 QO2= 14.3 I cc [STP] / min 1 kW 연료전지에 필요한 수소 및 공기공급 속도 연료전지가 전압0.7V 에서 작동된다 할 때 (전류 I = 1000 W / 0.7 V = 1428.6 A) QH2= 7.6 I cc[STP]/min = 10.9 L[STP]/min QAir= 14.3 I cc[STP]/min = 20.4 L[STP]/min원리와 전지 반응실제수소공급속도 QH2= I / 2 F / uH2 (mol H2 /s ) = 7.6 I / uH2 (cc [STP] / min) uH2: H2 utilization 실제공기공급속도 QAir= 14.3 I / uO2 (cc [STP] / min ) uO2: O2 utilization 1 kW 연료전지에 필요한 실제 수소 및 공기 공급속도 uH2 ~ 0.7, uO2 ~ 0.5 범위에서 QH2: 약15 L[STP]/min 약1 m3 H2 / h QAir: 약40와 재료전해질 Matrix는 양극과 음극 사이에 놓여져 두 전극의 전기적 접촉을 방지. 인산 전해질은 이온 전도도(0.58~0.6 Ω-1cm-1)가 비교적 작기 때문에 이온전도에 대한 저항을 최소화 하기 위해 두께를 최소화 하여야 한다. 전해질 액체의 투과율이 좋아야 함. 전극보다 작은 pore size를 갖고 있어 반응가스의 cross -over를 방지하기에 충분한 bubble pressure를 가져야 함. 전해질에 대한 물리적 , 기계적 강도가 우수해야 함. 전기적으로 완전히 부도체이어야 하며 인산용액에 대해 화학적으로 안정해야 함.전지 구조와 재료요구 사항대표적인 재료촉매층촉매고활성 장기 안정성Pt 담지 카본발수제인산에 대한 발수성의 유지PTFE전극 기재가스 투기성,전자 전도성, 기계적 강도, 열전도성, 부식에 대한 내구성카본 섬유세퍼레이터치밀성, 전자 전도성, 기계적 강도, 열전도성, 부식에 대한 내구성카본판인산고순도105% 폴리인산매트릭스재내인산성 인산 유지성SiCInverter의 구조연료전지 스택에서 수소와 공기를 이용하여 발생된 1차 전력은 직류전원으로 일상 가정생활에 사용할 수 없는 형태입니다. 가정용 연료전지 전력변환 시스템은 연료전지의 직류 전원을 상용 부하에 사용할 수 있고, 계통에 연계할 수 있는 상용의 교류전원으로 변환하는 시스템입니다.DC-DC Converter 연료전지 출력 전압은 그 범위가 넓고 낮기때문에, DC를 상용전원 전압으로 출력하기위해 일반적으로 DC-DC 컨버터를 이용하여 승압합니다. 이때, 연료전지와 부하사이에는 안전과 노이즈 차단 및 역전류를 막기 위해 절연이 필요하고, 주로 고주파 변압기를 사용하는 Isolation 방식을 취합니다.DC-AC Inverter DC 출력을 상용전압, 주파수인 220V, 60Hz로 변환하는 장치입니다. 이때 PWM 방식, 소프트 스위칭기술, 제어기 설계, 전압/전류제어 기술이 필요합니다.Output Filter DC-AC변환 중 발생하는 스위칭 고주파를 제거하여, 양질의 전력을 전달합니료전지시스템 개발 중. 고등기술연구원 고분자막 및 Carbon재료 기초연구 . Fuel Processing 유공 산업용 Steam 개질기 제조기술 보유. Membrane 한화 연료전지용 고분자막 제조기술 보유. 포스코 경북 포항에 연료전지공장을 건설예정. 국외 일본 -정부주도의 NEDO 계획으로 핵심기술인 PEMFC를 개발 중. 미국 -DOE주관의 PNGV 계획하에 연료전지 시스템을 개발 중. 유럽 -유럽공동체인 EU의 지원하에 FEVER Project를 추진 중.메탄올 연료전지개요 정의 특징 전극 및 재료 전극 반응 전지 구조 개발 상황과 전망개요비교적 소출력 규모의 전원을 대상. 메탄올을 연료로 사용. 메탄올은 촉매가 존재하면 실온 부근에서도 전해액 중에서 전기화학 반응 가능. 현재는 산성 전해액 (묽은 황산)을 사용해서 산업용이나 가정용의 독립 전원을 위해 개발진행.특징전해질수소이온 교환 막전 하수소이온(H+)동작온도100 ℃ 이하사용연료메탄올발전효율30%출력범위(kW)1~100용도등대나 우량계의 전원.정의메탄올을 물과 혼합하여 직접적으로 전해질 연료전지의 양극에 공급하는 시스템. 수소를 사용하는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)와 유사한 구조와 작동원리. DMFC (Direct Methanol Fuel Cell). 연료로써 수소 대신 메탄올을 사용하기 때문에 전지의 소형화가 가능.전극 및 재료메탄올극- 촉매를 구비한 다공체 사용. 촉매로는 백금계가 가장 선호 (백금-루테늄,백금-금, 백금-레늄 등) 다공체는 내알카리성을 고려한 백금을 석출시킨 니켈 소결체 사용. (촉매는 미립자 모양으로 분산하고 있는 것이 좋기 때문에 계면 활성제를 가하고 환원함으로써 활성의 향상 및 백금량의 저감.)전극 및 재료공기극- 연료(메탄올)극과 동일. 알카리 전해액계 : 탄소 혹은 니켈사용. 산 전해액 : 탄소(내약품성과 가격) 전해액과 접하는 면은 백금계 촉매를 사용한 활성 탄층, 공기와 접하는 면은 방수처리를 한 흑연이나 탄소섬유의 층으로 이루어진 다층구조 사용.전지구조의 반응활성이 낮기 때문에 이상적인 열역학적 값에서 벗어나게 됨. 메탄올이 전해질 막을 통해 음극 쪽에서 양극 쪽으로 이동되어 양극의 과전압 (over potential)을 높이는 크로스오버 현상이 나타나게 됨.전지구조Ⅱ알카리 전해액계 :바깥쪽을 2매의 메탄올극을 배치해서 그 사이에 용해 연료를 공급하는 방식. 산 전해액계 : 메탄올의 농도는 알카리계보다 작게 하고, 양극 사이에 이온 교환막과 같은 격리막이 필요. 단일 전지 전압 :약0.6V (적층구조 요구)전지구조Ⅱ발전과 동시에 발열하기 때문에 냉각 필요. 연료 순환계에 열교환기를 설치하여 공기극으로 과잉의 공기 공급으로 냉각. 이동용에서는 이동시의 공기흐름, 설치형에서는 대류이용.특성백금 첨가 니켈 소결 메탄올극과 은 첨가 공기극 사용시. 방전 전압은 공기 –수소 계보다 약간 낮지만, 40℃에서도 약 100mA·cm-2 의 한계전류밀도를 가짐. 25W 등대 사용시 15mA·cm-2 의 방전을 하지만 5년 이상의 수명.특성각종 백금계 촉매를 사용한 메탄올극의 전류-전압 특성. 탄소 위에 분산시킨 루테늄(Ru)을 포함하는 백금이 가장좋음. Ru의 최적 첨가율은 30~50atm% 정도임. Ru은 백금활성을 촉진하지만, Anode 산화의 기구를 변화시키지 않는다.DMFC 의 응용사례부피 1ℓ 이하, 무게 1㎏ 이하의 초소형 제품 메탄올이 들어 있는 연료 카트리지를 교환만으로 장시간 사용 반영구적 전지일본 히타치사에서 발표한 휴대용DVD플레이어 연료전지 휴대 기기용 메탄올 연료 전지로 구동 연료 카트리지(5cc)는 1시간 간격으로 교환도시바의 메탄올 연료전지 휴대전화 두께 : 40mm 연료 주입구를 통해 메탄올 주입 1회 주입으로 일주일사용가능개발 상황과 전망알카리와 산 전해액계는 거의 동시에 개발되었지만, 특성 수명 모두 알카리 전해액계 족이 앞선 단계이다. 백금촉매의 사용과 CO2 에 의한 전해액의 오염과 같은 문제점. 비교적 적은 출력의 전원으로서 공장, 빌딩, 이동용 등에 사용될 것으로 예상.개발 상황과 전ow}

공학/기술| 2007.05.29| 38페이지| 1,500원| 조회(395)

연료전지, 전해질, 인산 염, 직접 메탄올, 친환경연료

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