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[재료금속] 신소재란 평가A+최고예요

※신소재란?신소재는 기존의 소재보다 특성이 뛰어나거나 기존의 소재가 지니고 있는 새로운 기능을 지니고 있어서 그 효용 가치가 큰 발전된 소재입니다. 신소재에는 액정, 형상 기억 합금, 수소 저장 합금, 강화 플라스틱, 초전도 물질, 파인 세라믹, 등이 있는데, 뉴메디어, 컴퓨터, 생명공학 등의 첨단 기술에 응용되고 있습니다.※기능별로 본 신소재(신금속)신금속 재료에서는 형상 기억 합금, 아모르퍼스 합금, 수소 저장 합금, 초내열합금, 초경량 합금, 초전도 재료 등이 있다.★형상 기억 합금은 어느 정해진 온도에서 현태를 만들어 놓은 후, 낮은 온도에서 형태를 변형시켜 놓아도 일정한 온도가 되면 원래의 모양으로 되돌아가는 합금이다. 보통 금속은 탄성한계를 넘어서 변형을 주면 데우거나 식혀도 원래 형태로 돌아가지 않는다. 그러나 어떤 합금은 고온에서 적당한 형상으로 성형한 다음 실온에서 변형한 후 다시 가열하면 원래 성형한 모양으로 되돌아간다. 이러한 효과를 형상 기억 효과라고 하는데, 이는 합금이 주어진 형상을 원자 배열로서 기억하고 있기 때문에 생긴다. 이러한 효과는 확산에 의하지 않고 변태하는 합금에서 나타나는데, 고온의 모상원자배열이 저온에서의 변형 때도 기억되고 있다가 다시 고온이 되면 원래의 원자 배열로 재배열하는 것이다. 이 효과는 형상 회복과 동시에, 큰 힘이 발생한다. 힘이 발생하기 때문에 형상 기억 합금은 감지 소자로서의 용도만이 아니라 기계 부품을 죄는 데 쓰거나, 열 엔진으로서 열 에너지를 위치 에너지나 운동 에너지로 변환시키는 데도 이용된다. 현재까지 이런 효과가 확인된 합금은 20여 가지인데 금은처럼 귀금속을 주성분으로 하는 것, 13족 원소를 주성분으로 하는 것, 티타늄-니켈로 대표되는 금속 간 화합물로 대별된다. 이용되는 분야는 파이프의 이음, 파라볼라 안테나, 치아 교정기, 자동 온실문, 인공 장기 재료, 온도 제어 장치등이 있다.★수소 저장 합금은 LaNi5, Mg₂Ni, FeNi를 저온의 고압 수소 속에 넣으면 수소 분자가 원자로 도 문제되지 않는 적격한 에너지 매체로서 주목되었다. 따라서 안전하면서도 효율적인 저장방법과 수송방법을 검토하게 되어, 1960년 최초로 네덜란드의 필립스사에서 란탄-니켈계의 수소저장합금을 개발하였다. 이것은 금속과 수소가 반응하면 금속이 수소가스를 흡수하게 되어 금속수소화물을 생성하고, 이를 다시 가열하면 수소가 방출되는데, 금속에 따라 흡수 ·방출의 양과 난이도가 다르다. 그 중에서도 티탄-철 합금, 란탄-니켈합금, 마그네슘-니켈합금 등은 거의 실용화 단계에 있다. 수소기관자동차, 태양열을 이 합금에 저장하는 냉난방시스템, 핵융합에 이용하는 중수소의 분리, 또한 도로에 쌓인 눈을 녹이는 데 응용하려는 연구도 진행되고 있다. 단전은 수소는 폭발적으로 연소하기에 보관하기 힘들다. 해결책으로는 수소 저장 합금을 안전한 것으로 개발하며, 연소 속도를 제어할 수 있게 하는 방법이 있다. 이용되는 분야는 수소 엔진 자동차, 수소 냉난방 장치 등이 있다.★초전도 물질은 극저온에서 물질의 전기저항이 0이 되어 초전도 현상을 일으키는 물질로서, 전기저항이 없으므로 열이 발생하지 않고 전력의 손실이 없으며 강한 자석을 만들 수 있으며, 자기 부산 열차, 자기 공명영상 장치 등에 사용된다. 대전류를 흘려주거나 강한 자기장을 발생시킨다. 니오브-티탄, 니오브-지르코늄, 니오브-주석, 바나듐-갈륨 등의 합금이 뛰어난 초전도체에 속하며, 그 성질에 따라 제 1종, 제 2 종 초전도체로 구분된다. 긴 막대모양의 초전도체에 축과 평행한 자기장을 가할 경우, 임계자기장에 도달할 때까지 완전반자성(마이스너효과)을 나타내는 것을 제 1 종 초전도체라 하며 순금속이 이에 속한다. 니오브나 다수의 합금은 하부임계자기장까지는 완전반자성을 나타내지만, 그 이상의 자기장에서는 자속이 내부에 침입하여 상부임계자기장 이상에서 항상 전도상태가 되는데, 이러한 초전도체를 제 2 종 초전도체라 한다. 1973년 전이온도 23.2K의 니오브-게르마늄이, 86년 전이온도 30K의 초전도체가 개발되었다. 또한 8라스틱은 규소, 알루미늄 등의 산화물이나 규산염의 미세한 분말을 고온, 고압에서 결합시켜 만든 것으로 고강도, 내열성, 내부식성, 내마모성 등이 강하며, 고속엔진, 내열 타일, 인공 뼈, 절삭용 공구 등에 사용된다. 고순도의 천연 무기물이나 인공물로 합성한 무기화합물을 원료로 하여 종래의 세라믹스에 없는 고도의 기능을 갖게 한 제품. 일반 세라믹은 도자기·시멘트·유리와 같이 규산염에 한정되며 기능이 용기적이고, 뉴세라믹은 물질의 종류도 다양하고 용도도 공구나 전자재료 등으로 확대되었다. 그러나 소결조제 등으로 물질 자체가 나타내야 할 뛰어난 특성을 살리지 못하는 단점이 있었다. 고순도의 천연 무기물이나 인공물로 합성한 무기화합물을 원료로 하여 종래의 세라믹스에 없는 고도의 기능을 갖게 한 제품. 일반 세라믹은 도자기·시멘트·유리와 같이 규산염에 한정되며 기능이 용기적이고, 뉴세라믹은 물질의 종류도 다양하고 용도도 공구나 전자재료 등으로 확대되었다. 그러나 소결조제 등으로 물질 자체가 나타내야 할 뛰어난 특성을 살리지 못하는 단점이 있었다. 이것을 기술적으로 한단계 진보시킨 것이 파인세라믹이다. 이 기술은 천연원료 대신 인공의 고순도원료를 이용하는 것이다. 파인세라믹 가운데 고순도화 된 것은 광통신용의 실리카 SIO₂이다. 철분·수분 등의 불순물은 ppb(1/10억) 정도도 허락하지 않는다. 원료는 일반적으로 1㎛ 이하인 것(서브마이크론)이 사용된다. 용도도 정밀성이 요구되는 것이 많으므로 제품의 치수정밀도에서도 일반 세라믹, 뉴세라믹에 비해 훨씬 고도이다. 따라서 성형·소성·가공 등에도 고도의 기술이 필요하며 용도도 다양하고 사회적 영향도 크다. 즉 전자기 광학적 기능을 갖는 것은 정보통신기술에, 열적·기계적 기능을 갖는 것은 에너지절약 기술이나 정밀기계 기술에, 내식성과 생체친화성을 살린 것은 의학용에 주로 사용된다. 정보·에너지·바이오테크놀러지 또는 생명과학이라는 첨단기술의 모든 분야에서 중요한 소재로 쓰인다.★강화플라스틱은 섬유 같은 강화재로 복합시켜, 장 일반적인 것으로서 불포화 폴리에스테르를 유리섬유로 보강하면 큰 장력강도와 내충격성을 가지는 재료가 된다. 불포화 폴리에스테르 자체는 경질폴리염화비닐과 폴리메틸메타크릴레이트에 비해서 장력강도는 작지만, 유리섬유로 보강하면 그 함유량이 증가할수록 장력강도는 커진다. 엔지니어링 플라스틱으로서 구조재료에 이용된다. FRP의 특징은 상온·상압에서의 형성이 가능하여, 특히 금형을 필요로 하지 않으며, 난연성인 데다가 바닷물 등에 내식성이 좋은 점이다. 건재, 요트·소형선박의 선체, 욕조·컨테이너·헬멧 등에 쓰인다. 탄소섬유·케블라 등과 에폭시수지의 복합재료는 유리섬유 복합재에 비해서 가볍기 때문에, 단위 무게당의 강도가 다른 재료와 비교해서 매우 크다. 가볍고 강한 특징을 살려서 항공기의 기재로 쓰인다. 탄소섬유와 에폭시수지의 복합재를 사용하면 기체의 무게를 약 30% 가볍게 할 수 있고, 날개 면적도 30% 정도 감소할 수 있다. 에폭시수지와 유리섬유로 된 적층판의 표면 등에 동박을 입히고, 또 광감광성 필름을 붙인 것은 산업용 전자기기 재료로서 대량 생산하고 있다.★내열 합금은 고온에서 사용해도 견딜 수 있도록 만들어진 합금을 말한다.내열이라는 뜻에는 두 가지가 있다. 내열알루미늄합금 등의 경우처럼 중간 정도의 녹는점을 가지는 금속을 베이스로 한 합금 중에서는 가장 높은 온도까지 사용할 수 있다는 뜻인 경우와, 700∼1,000 ℃와 같은 고온에서 사용해도 견딘다는 뜻을 가지는 경우가 있다. 보통 내열합금이라고 하면 후자를 가리킬 때가 많다. 고온에서 사용할 수 있기 위해서는 보통의 강도 외에 장시간에 걸쳐서 힘이 작용해도 허용된 정도 이상의 크리프변형 ·파단되는 일이 없어야 한다. 고온에서는 대기 속 또는 산화성 기타 금속과 반응하기 쉬운 환경에서 사용되는 일이 많으므로, 내산화성 등의 내성이 필요하다. 소정의 형태로 성형가공할 수 있을 정도의 가공성도 가지고 있는 것이 바람직하다. 보통 순도의 금속의 강도는 대체로 절대온도로 표시한 그 금속의 녹는점의 절반을 따라서 텅스텐 ·몰리브덴 등 녹는점이 높은 금속을 주체로 한 합금에는 1,000 ℃ 정도에서 높은 강도를 갖는 것도 있으나, 이들은 표면안정성이 좋지 못하고 비중이 커서 실용성이 적다. 금이나 백금은 표면이 안정하지만 강도가 적고, 가격이 비싸서 대량으로 사용할 수 없다. 이들 조건을 고려하면 크롬 특히 니켈크롬의 표면안정화강이 내열재로서는 가장 바람직하다. 오늘날 실용되는 내열합금은 베이스가 되는 금속에 따라서 ① 철계, ② 니켈계, ③ 코발트계, ④ 크롬계, ⑤ 녹는점이 높은 금속계로 분류된다. ① 철계 합금은 스테인리스강에서 시작하여 이것을 크롬 ·니켈을 증가해서 개량하거나 다른 원소를 첨가한 것이 있다. 대별해서 철-크롬계의 13-27크롬과 저크롬에 몰리브덴을 가한 2.25크롬-1몰리브덴 등과, 철-니켈-크롬계의 18-8스테인리스강에서 25-20에 이르는 것이 있으며, 이것에 몰리브덴을 가한 것에 팀켄사의 16-25-6이 있다. 또한 몰리브덴 외에 코발트를 가해 준 것에 영국의 렉스계 합금이 있다. ② 니켈계의 합금은 영국에서 제트기관용 재료로 개발된 니모닉이 있는데, 이것은 니켈에 크롬 ·코발트를 가한 것이다. 미국의 잉코넬은 헤인즈스텔라이트사(社)의 하스텔로이라는 합금(니켈-몰리브덴 합금)을 개량한 것이며, 니모닉과 비슷한 성분이다. 우디멧은 주조합금이다. ③ 코발트를 베이스로 하는 합금에는 헤인즈스텔라이트사의 스텔라이트(코발트-크롬-텅스텐)가 있었으나, 지금은 이것의 탄소를 줄이고 니켈을 가한 것이 쓰이고 있으며, 바이탈륨이 대표적이다. ④ 크롬합금은 900∼1,000 ℃용으로 만들어지고 있으나, 성형가공이 까다롭고 만들기 어려운 결점이 있다. ⑤ 녹는점이 높은 금속을 베이스로 한 합금 중에는 최근에 니오브 ·탄탈을 주성분으로 한 합금도 여러 가지 연구되고 있으나, 녹는점이 보다 높은 몰리브덴 ·텅스텐을 주체로 하는 합금도 있다. 몰리브덴에 소량의 티탄 ·지르코늄을 가한 합금은 1,200 ℃에서도 가공경화(加工硬化)시킬 수 있지만, 결점은 몰리브.

공학/기술| 2004.06.09| 4페이지| 1,000원| 조회(2,252)

신소재, 형상기억합금, 수소저장합금, 내열합금

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[반도체] 포토다이오드 평가B괜찮아요

Photo Diode의 정의p-n 접합 또는 정류성을 나타내는 금속과 반도체와의 접촉의 역방향 전류가 빛의 조사에 의한 광기전력효과로 증가하는 것을 이용한 광전변환장치.Photo Diode의 원 리1. 입사광에 대한 직선성이 좋다. 2. 응답속도가 빠르다. 3. 출력편차가 작다. 4. 감도파장의 범위가 넓다. 5. 잡음이 작다. 6. 외부전원을 사용하지 않고 사용 가능하다. 7. 장수명, 고신뢰성이다. 8. 온도에 의한 출력변동이 작다.Photo Diode의 특징제 조 공 정(1)1.3.2.제 조 공 정(2)4.5.6.제 조 공 정(3)7.8.제 조 공 정(4)9.활 용 범 위(1)활 용 범 위(2)활 용 범 위(3)활 용 범 위(4){nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2004.06.09| 11페이지| 1,000원| 조회(2,028)

다이오드, 포토다이오드, 접합

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