Microwave를 통해 形成된 MWCNT 缺陷 위의 白金 나노 粒子 담지 擧動

이용인 성균관대학교 일반대학원 2010 국내석사

환경 친화적인 에너지 기술이 각광 받으면서, 연료전지는 차세대 전원으로써 많은 그룹에서 연구가 진행되고 있다. 연료전지의 효율은 support의 전기적 특성, 촉매의 종류 및 크기 등에 의해 결정되는데, carbon nanotube (CNT)는 넓은 비표면적, 우수한 전기전도도, 내산성 등의 특징을 갖고 있기 때문에 연료전지의 support로써 주목 받고 있다. 본 연구에서는 multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs)의 표면에 microwave treatment를 이용하여 인위적으로 defects을 발생시킨 뒤, defects 정도에 따른 platinum nanoparticles (Pt NPs)의 담지 거동에 관해 연구를 진행 하였다. 1500°C에서 2 시간 열처리 해준 MWCNTs를 사용하였으며, HNO3와 산화제를 첨가한 solution을 이용하여 1분 ~ 4분간 microwave treatment 해 줌으로써 MWCNTs의 표면에 defects을 인위적으로 발생시켰다. Pt precursor로써 PtH2Cl6•6H2O를 이용하여 MWCNTs에 Pt NPs을 담지 시켰다. 먼저, TGA 분석을 통해 목표한 담지량 Pt 40 wt.%를 확인하였다. Pt NPs 담지 후 pure Pt와 탄소 만이 검출되는 것을 확인할 수 있는데, 이는 electrochemical potential 차이로 인해 Pt2+가 pure Pt로 자발적으로 환원이 되기 때문이다. [1] Raman spectroscopy를 이용하여 defects의 양을 측정해 본 결과, microwave treatment 시간이 증가할수록 defects의 양이 증가함을 확인하였고, MWCNTs에 Pt NPs을 담지 한 후에는 defects의 양이 줄어드는 것을 확인하였다. 이 사실은 Pt NPs의 담지 거동이 MWCNTs의 defects 양과 밀접한 관련이 있음을 암시하고 있으며, TEM 고분해능 이미지를 통하여 Pt NPs이 defect sites에 담지 되는 것임을 확인할 수 있었다. Pt NPs이 MWCNTs의 defect sites에서 담지가 되는 이유는 Pt NPs이 다른 곳보다 defect sites에 위치할 경우 더 강한 adsorption energy를 갖기 때문이다. [2] 이러한 이유 때문에 defect site는 Pt NP의 nucleation site 역할을 하게 되고, 결과적으로 별도의 분산제 없이 고른 분포의 Pt NPs을 얻을 수 있게 된다. 수율이 낮아서 실험에서 제외한 4분 시편을 제외하면, 3분 microwave treatment 한 시편이 1 ~ 5 nm의 가장 작은 Pt NPs이 담지가 되었으며, 가장 균일한 분포를 가지고 있는 것을 TEM 이미지를 통해서 확인하였다. 마지막으로 cyclic voltammetry를 이용하여 methanol oxidation 거동을 확인한 결과, 3분 시편의 경우에 가장 높은 If/Ib 값(1.21)이 측정되었으며, 이는 우수한 methanol oxidation 거동을 나타낼 수 있음을 의미한다. [3, 4] 이처럼 최적화된 microwave treatment를 이용한다면, 비교적 단순한 공정을 통해 신뢰성 높은 Pt/MWCNT composites을 제작할 수 있으며, 연료전지, 수소 저장체 등의 응용분야에 적용할 때 성능향상에 도움이 될 것이라 예상된다. As an eco-friendly energy technology, fuel cell has been suggested for a promising power source. The essential components of efficient fuel cell are determined by a kind of catalysts and its size with mono-dispersion on various supporting materials, which rely on the loading method. Carbon nanotubes (CNTs) have received great attention for their application as catalyst support due to their interesting properties such as large surface area, electronic conductivity and resistibility to acid/base media. We developed a simple and efficient method to load Pt nanoparticles (NPs) uniformly on defects generated in multiwalled CNTs (MWCNTs) without using reduction agents or organic reagents. Defects on the surfaces of MWCNTs were artificially generated by microwave treatment at various exposure times. After defects generation process, we loaded Pt NPs on MWCNTs by using PtH2Cl6•6H2O, as a precursor. Nucleation of Pt NPs occurs on the defect sites spontaneously due to an innate electropotential difference. Because of the correlation between defects and Pt NPs, we were able to control the size of Pt NPs by changing defect size, quantity and distribution, which was confirmed by Raman spectroscopy and TEM. After microwave treatment for 3 min, more uniform and smaller Pt NPs were observed. Also, the defects via microwave treatment make adhesion of Pt NPs stronger, which can be helpful to improve the reliability for applications. Finally, the methanol oxidation behavior of MWCNTs with Pt NPs was examined by cyclic voltammetry (CV).

마이크로파 전력전송 기술과 무선 구동 EAPap 작동기

양상열 인하대학교 대학원 2012 국내박사

The power issue for smart actuators and devices is very important. Conventional power supply methods do not reach the required specifications of smart material actuators and devices. However, this has not been well investigated yet. To solve the power issue, this thesis investigates the microwave power transmission (MPT) technology and its demonstration for smart material actuators and wireless powered high altitude airship (HAA). In MPT technology, rectifying antenna, so called rectenna, is the most important component. Rectenna is composed of microstrip antenna and rectification circuit, Schottky diode. Dipole and patch rectennas design and characterization are involved in this thesis. Dipole rectennas were designed based on the microwave engineering theory, and computer simulation was conducted depending on the dipole width and gap distance between dipole arms by using Ansoft HFSS for antenna simulation and Designer for rectifier circuit. Designed rectennas were manufactured on a flexible circuit membrane (FCM), a cellulose film and a cellulose-polypyrrole-ionic liquid (CPIL) membrane by an etching process, a screen printing process and a lift off process, respectively. Schottky barrier diodes were soldered on the middle of dipole arms. To confirm reliability of simulated result, antenna characterization was completed using network analyzer (NA) and spectrum analyzer (SA). The antenna simulation resulted in that resonance frequency of a dipole antenna, with dipole gap size of 0.6 mm and dipole width of 0.8 mm, is 8.65 GHz and return loss (RL) is -26.3 dB. And using NA, the resonance frequency and RL of the dipole antenna were measured to be 8.4 GHz and -21.1 dB, respectively. Based on the MPT test results, wirelessly-driven EAPap actuator and microwave powered HAA were demonstrated to prove a possibility of MPT. Several configurations of rectenna arrays were designed and tested to meet the power requirement for the application devices. All of microwave test were performed in the microwave anechoic chamber. The maximum converted power output of a S2-P2 flexible dipole rectenna array was about 3.1 V with 10.6 mA (32.9 mW) at 9.7 GHz. S3-P3 was 4.7 V with 17 mA (80 mW) at 9.7 GHz, and S2-P45 was 4 V, 185 mA (0.74 W) at 10.3 GHz. From the test results, S3-P2 dipole rectenna array was applied to the flower actuator, S3-P3 dipole rectenna array for the dragonfly actuator, and S2-P45 dipole rectenna array for the HAA. Using these rectenna arrays, flower actuator, dragonfly actuator and microwave powered HAA were successfully demonstrated. Microwave power transmission technology is proven to be useful for wireless smart material actuators and devices. 지능재료를 이용한 작동기나 응용장치를 개발함에 있어서 에너지를 공급하는 문제는 쉽게 해결하기 어렵다. 전통적인 에너지 공급 방법이나 시스템으로는 재능재료를 이용한 장치들의 요구 조건을 부합시키기에 제약이 있기 때문이다. 이 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 지능재료 작동기와 무선전력 구동 High Altitude Airship (HAA) 를 위한 마이크로파 무선전력전송기술에 대한 연구를 수행하였다. 마이크로파 무선전력전송기술에서는 렉테나 (rectenna)라 불리는 정류 안테나가 가장 중요한 요소인데, 렉테나는 마이크로파를 송수신하는 안테나와 정류회로가 결합되어 마이크로파를 직류로 정류하여 전원을 공급해 주는 요소이다. 본 논문에서는 다이폴과 패치 렉테나의 설계, 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 해석과 실험적 평가를 통하여 해석 결과를 검증하였다. 렉테나는 마이크로웨이브 공학의 이론에 기반하여 설계하였고 비교 평가를 위하여 컴퓨터 시뮬레이션이 수행되었다. 설계된 안테나는 다이폴의 폭과 다이폴 간의 간격의 차이에 따라 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였고, 소프트웨어는 안테나 해석에 Ansoft사의 HFSS, 정류회로의 해석에 동사의 Designer를 이용하였다. 설계된 렉테나는 Flexible Circuit Membrane (FCM), 셀룰로오스 필름과 Cellulose-Polypyrrole-Ionic Liquid (CPIL) 필름에 각각 에칭 기법, 스크린 인쇄기법, 리프트-오프(lift-off) 기법을 이용하여 제작하였다. 렉테나의 정류회로의 중요 요소인 쇼트키 다이오드 (Schottky diode)는 제작된 안테나의 중앙에 부착하였다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과의 신빙성을 확인하기 위하여 제작된 렉테나를 마이크로파 무향실에 설치하고 네트워크 분석기와 스펙트럼 분석기를 이용하여 안테나 특성평가를 수행하였다. 그 결과 다이폴 간의 간격 0.6 mm, 다이폴의 폭 0.8 mm 인 안테나의 경우 시뮬레이션에서 공진 주파수는 8.65 GHz, 반사손실 -26.3 dB 였고, 네트워크 분석기에 의한 실험에서는 8.4 Ghz, 반사손실 -21.1 dB 으로 해석값과 유사한 경향을 보였다. 이 성능평가를 기반으로 마이크로파 무선전력전송 기술의 가능성을 보여주기 위하여 무선구동 Electro-Active Paper (EAPap) 작동기와 마이크로파로 구동되는 HAA 의 작동실험을 시연하였다. 작동기의 구동에 필요한 전력을 공급하기 위해 다양한 형태의 배열 안테나가 설계 되었고 마이크로파 무선전력전송에 대한 성능평가가 수행되었다. 모든 마이크로파 실험은 마이크로파 무향챔버 안에서 진행했다. S2-P2 유연 다이폴 렉테나 배열의 경우 3.1 V, 10.6 mA (32.9 mW), S3-P3는 4.7 V, 17 mA (80 mW) 의 값이 9.7 GHz 에서 각각 측정되었다. 그리고 S2-P45는 4V, 185 mA (0.74 W) 가 10.3 GHz 에서 측정되었다. S3-P2 다이폴 배열은 flower actuator 에 적용되었고, S3-P3 다이폴 배열은 dragonfly actuator에 적용되었다. 또한 S2-P45 다이폴 렉테나 배열은 HAA 의 요구 성능에 맞게 설계되었다. 각각의 배열 다이폴 렉테나는 무선구동 flower actuator, dragonfly actuator 와 마이크로파로 구동되는 HAA 동작에 대한 시연을 하였다. 본 연구를 통하여 마이크로파 전력 전송기술이 지능재료 작동기와 응용장치들에 적용할 수 있음을 보여 주었다.

Microwave를 이용한 Fly Ash의 소결

朴哲勳 경기대학교 대학원 1999 국내석사

마이크로파 혼합가열(MHH)로 석탄회를 70wt%로 혼합하여 비중 1.6g/㎤의 슬립으로 제조된 시편을 소결하였다. 석탄화력발전 과정에서 부산되는 석탄회는 일반 폐기물로 분류되어 있고 주성분이 Al_(2)O_(3), SiO_(2), C이며 결정상이 mullite와 quartz로 이루어져 있으며 입도분포 및 내화도 등의 물리·화학적인 특성이 점토와 유사하므로 점차 고갈되어가는 요업원료의 대체 물질로서의 이용이 가능하리라 사료된다. 본 연구에서는 마이크로웨이브를 이용하여 석탄회를 소결하는 공정기법을 개발하고 microwave의 가열이 석탄회의 소결에 미치는 영향을 고찰하였다. Microwave heating과 일반소결법을 비교하기 위하여 제조된 슬립을 일반소결법(conventional sintering)과 microwave 소결법을 이용하여 1050℃, 1100℃, 1150℃에서 전기로에서는 2시간을, microwave에서는 20분간, 유지하여 소결하였다. 각 조건에서 소결한 시편들의 Bulk density는 같은 소결온도에서는 microwave heating에 의한 시편이 전기로에서 소결한 시편보다는 높게 나왔으나 겉보기 기공율은 오히려 떨어지는 것으로 나타났다. microwave에 의해 소결된 시편의 미세구조는 내측 부분과 바깥측 부분이 서로 다른 morphology를 나타내었는데 바깥쪽 부분은 입성장이 비교적 느린 반면 중심부는 상대적으로 거의 melting에 가까운 상태를 보여 대조를 이루었다. 이는 사용된 fly-ash에 포함된 미연탄소분의 영향으로서 소결공정의 시간이 길수록, 시편의 크기가 클수록 더욱 낮은 온도에서 발생하는 것으로 나타났는데 이는 열전도도가 낮은 시편의 특성에 기인한 것으로 보인다. 온도구배에 따른 시편의 불균일한 조성을 방지하기 위해서 raw material의 탈탄처리 공정을 실시하였으며 탈탄처리를 거친 fly-ash를 1150℃, microwave로 소결한 경우의 부피비중 및 기공율, 흡수율은 탈탄처리를 거치지 않은 시편이 각각 2.38, 17.6%, 11%인데 비해 2.46, 8.6%, 3.6%로 보다 뛰어난 물성을 나타내었다. 겉보기 기공율 또한 microwave에서 소결한 시편이 1100℃(23.9%)보다는 1150℃(8.6%)에서 소결한 시편이 훨씬 낮은 기공율을 나타내었으며 탈탄 처리공정을 거치지 않은 flyash를 microwave에서 소결한 시편에서 보였던 박리현상은 탈탄 처리공정을 거친 후에는 나타나지 않았다. 온도구배로 인해 시편의 흡수율이 높았던 점 또한 탈탄 처리공정을 거친 후에는 1150℃ 전기로에서 소결한 시편이 13.7%를 나타낸데 비해 microwave에서 소결한 시편은 3.8% 정도로 매우 낮아졌으며 탈탄 처리공정을 거친 시편의 경우 소결체는 시편의 크기 및 승온 속도에 관계없이 microwave의 소결에서도 균일한 조성을 가지는 것으로 나타났다. 따라서 탈탄처리가 선행되는 공정에서는 microwave에 의한 소결이 전기로에서 소결한 시편에 비해 보다 낮은 온도에서 짧은 시간내에 소결이 가능하다는 사실을 알 수 있었다.

Microwave로 가열한 분쇄 돈육 패티의 지방 및 수분 첨가수준에 따른 품질특성과의 상관관계에 관한 연구

최지훈 건국대학교 대학원 2005 국내석사

한글초록:본 연구는 microwave로 가열한 분쇄 돈육 패티의 지방 및 수분 첨가 수준(0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%)에 따른 품질특성 변화를 살펴보고 이들과의 상관관계를 조사하였다. 패티의 중심온도가 75℃가 되도록 가열하였고 가열속도, 전체 가열감량, 가열드립감량, 증발감량, 전단력, 직경 및 두께 감소율을 조사하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 지방 첨가수준에 따른 분쇄 돈육패티의 품질특성과의 상관관계1) 지방 첨가수준과 가열속도와의 상관관계는 고도의 유의성을 보였지만(p<0.001), 두 항목 간에는 낮은 상관계수(r=0.40)를 보였으며 낮은 적합성(R2=0.4142)을 보였다.2) 지방 첨가수준과 전체 가열감량 사이에는 매우 높은 상관도와 유의성을 보였고(r=0.89, p<0.001), 매우 높은 적합도(R2=0.9104)를 보였다.3) 지방 첨가수준에 따른 가열드립감량은 고도의 유의성이 있는 정(+)의 상관도를 보였으며(r=0.92, p<0.001), 매우 높은 적합도(R2=0.8986)를 보였다. 증발감량 간에는 높은 유의성을 보였으나, 낮은 부(-)의 상관도를 보였고(r=-0.38, p<0.001), 낮은 적합도(R2=0.3269)를 보였다.4) 지방 첨가수준과 전단력과의 상관관계는 고도의 유의성을 보였으며 매우 높은 부(-)의 상관도를 보였고(r=-0.86, p<0.001), 매우 높은 적합도(R2=0.954)를 보였다.5) 지방 첨가수준과 직경 감소율과의 상관관계를 본 결과, 매우 낮은 상관도를 보였으며 유의성이 나타나지 않았고(r=0.13, p>0.05), 낮은 적합도(R2=0.1371)를 보였다. 지방 첨가수준과 두께 감소율과의 상관관계는 매우 낮은 상관도를 보였으며 유의성이 나타나지 않았고(r=-0.01, p>0.05), 낮은 적합도(R2=0.242)를 보였다.2. 수분 첨가수준에 따른 분쇄 돈육 패티의 품질특성과의 상관관계1) 수분 첨가수준과 가열속도와의 상관관계는 고도의 유의성을 보였으며, 높은 상관관계를 보였고(r=0.69, p<0.001), 낮은 적합도(R2=0.4848)를 보였다.2) 수분 첨가수준과 전체 가열감량과의 상관관계는 매우 높은 유의성을 보였고(p<0.001), 고도의 상관도를 보였으며(r=0.95), 두 항목 간에 적합도는 매우 높았다(R2=0.9146).3) 수분 첨가수준과 가열드립감량과의 상관관계는 매우 높은 정(+)의 상관관계를 나타내었고(r=0.94, p<0.001), 매우 높은 적합도(R2=0.9151)를 보였다. 증발감량 간에는 고도의 유의성을 보였으며 부(-)의 상관관계를 보였지만(r=-0.62, p<0.001), 낮은 적합도를 보였다(R2=0.3913).4) 수분 첨가수준과 전단력과의 상관관계는 고도의 유의성을 보였지만 낮은 부(-)의 상관도를 보였고((r=-0.39, p<0.001), 매우 높은 적합도를 보였다(R2=0.157).5) 수분 첨가수준과 직경 감소율과의 상관관계는 높은 상관도를 보였지만(r=0.63, p<0.001), 낮은 적합도(R2=0.4113)를 보였다. 수분 첨가수준과 두께 감소율과의 상관관계는 직경 감소율보다 더 높은 상관도를 보였으며(r=0.89, p<0.001), 상당히 높은 적합도(R2=0.8379)를 보였다 영문초록: This study was carried out to elucidate the relationship between different levels of fat or water (0%, 5%, 10%, 15%, 20% and 25%) and quality characteristics(cooking rate, total cooking loss, cooking drip loss, evaporation loss, shear force and reduction in diameter and thickness) of ground pork patties cooked to reach 75℃ of internal temperature by microwave. The results obtained were summarized as follows;1. The relationship between fat level and quality characteristics of ground pork patties cooked by microwaveThe correlation coefficient between fat level and cooking rate of ground pork patties cooked by microwave was highly significant, but was low(r=0.40, p<0.001). The relationship between two measurements was a low determination coefficient(R2=0.4142). The relationship between fat level and total cooking loss of ground pork patties cooked by microwave had highly significant coefficient(r=0.89, p<0.001). The correlation coefficient between fat level and cooking drip loss of ground pork patties cooked by microwave was 0.92, which was highly significant(p<0.001). But the correlation coefficient between fat level and evaporation loss had a lower negative value(r=-0.38, p<0.001). There was very significant relationship between fat level and shear force of ground pork patties cooked by microwave(r=-0.86, p<0.001). There were no strong relationships between fat level and reduction in diameter(r=0.13, p>0.05) or thickness(r=-0.01, p>0.05) of ground pork patties cooked by microwave.2. The relationship between water level and quality characteristics of ground pork patties cooked by microwaveThe correlation coefficient between water level and cooking rate of ground pork patties cooked by microwave was highly significant, and was high(r=0.69, p<0.001). The relationship between water level and total cooking loss of ground pork patties cooked by microwave had highly significant coefficient(r=0.95, p<0.001), and a low determination coefficient between two measurements was very high(R2=0.9146). The correlation coefficient between fat level and cooking drip loss of ground pork patties cooked by microwave was 0.94, which was highly significant(p<0.001). The correlation coefficient(r=-0.38) between fat level and evaporation loss had a negative value(p<0.001). Although significant correlation on the relationship between water level and shear force was found(p<0.001), a correlation coefficient was low negative(r=-0.39). There was very significant relationship between water level and reduction in diameter(r=0.63, p<0.001) or thickness (r=0.89, p<0.001) of ground pork patties cooked by microwave

Microwave 가열에 의한 식빵 발효의 최적화에 관한 연구

박상준 경희대학교 대학원 2009 국내박사

ABSTRACT A Study on Optimizing Bread Fermentation through Microwave Heating Park, Sang Jun Adviser : Prof. Lee, Kwang Suck Dept. of Culinary Science and Food Service Management Graduate School, Kyung Hee University In order to streamline bread making process that is time-consuming in regard to the characteristics of process, this study focused on microwave irradiation to dough and raising its temperature to monitor potential variations of dough properties and bread quality, and also examined optimum irradiation time, mixture ratio and dough-mixing method to deduce effective ways for streamlining bread making process. To meet the above purposes, this study measured the content of crude ash, moisture and wet gluten in wheat flour available in domestic market, and every bread was prepared by AACC method and straight dough-mixing method (used commonly in domestic bakeries) depending on variable time of microwave irradiation. Microwave was directly irradiated to every dough to heat up its temperature for analysis on dough properties and bread quality, which was followed by deducing optimum time of microwave irradiation. Based on the optimum time of microwave irradiation, this study sought to compare and analyze the quality of three bread sample groups, i.e. straight dough group (control), emergency dough group (EM) and microwave irradiation group (MWH). In order to determine potential effects of mixture materials on microwave absorption, this study sought to compare and analyze quality of bread samples that were prepared with variable mixture of salt and fat. In each step of experiment, dough temperature, pH, fermentation rate, specific volume, oven spring and water activity were measured, and crumbScan, texture analyzer and sensory evaluation were performed to compare and analyze quality of bread. Experiment 1: According to comparison and analysis on dough properties depending on the time of microwave irradiation, it was found that MWH 2 dough (as irradiated every 80 seconds) showed the most ideal dough temperature. According to comparison and analysis on quality of bread samples, it was found that MWH 2 showed the highest specific volume and oven spring of all and the lowest hardness (i.e. the highest softness). Moreover, MWH 2 scored the highest points in overall preference under sensory characteristics. As a result, it found that 80-second heating of 700g bread dough, when exposed to microwave irradiation, contributed to the highest quality of bread. Experiment 2: For comparison and analysis on bread quality depending on dough-mixing methods, this study sought to compare and analyze the quality of three major bread sample groups, i.e. MWH 80 (a sample scoring the highest points in specific volume, texture and sensory test in the above quality analysis under certain time of microwave irradiation), emergency dough group (EM) and straight dough group without microwave irradiation (control). As a result, it was found that EM had higher specific volume and oven spring than control, but had highest hardness of all under texture test. According to the sensory acceptance, it was found that EM tended to smell much of yeast and sourish, and scored the lowest points in overall acceptance. On the other hand, it was found that MWH 80 had the highest softness under texture test, scored the highest points in overall acceptance under sensory characteristics, and there were significant differences among samples on statistical basis. Experiment 3: According to comparison and analysis on dough properties and bread quality depending on mixture materials, it was found that Salt 2 (dough with salt added relatively much) had the highest dough temperature of all, and Salt 1 had the highest fermentation rate and specific volume but the lowest hardness (i.e. highest softness). According to sensory characteristics, it was found that Salt 1.5 scored highest points in sweet taste, aftertaste, and overall acceptance, but there were significant differences among bread samples. Likewise, it was found that Fat 6 (dough with fat added relatively much) had the highest dough temperature, and had the highest fermentation rate and specific volume of all. According to texture analysis, it was found that Fat 0 had the highest hardness of all. And according to sensory characteristics, it was found that Fat 3 scored the highest points in overall acceptance. Summing up, it is concluded that it takes 80 seconds to efficiently irradiate microwave; microwave heating method is superior to emergency dough method in the aspect of dough properties and bread quality; and the optimum mixture ratio of salt and fat for microwave-irradiated bread is 1.5% salt and 3% fat.

Microwave를 이용한 흡착제의 유기용제 탈착특성 연구

송병식 全北大學校 大學院 2004 국내석사

In the absorption method, the separation and desorption technology via microwave is emerging as a process to remove and collect volatile organic chemicals, and great interests are concentrated on it, recently. Characteristics of desorption and impact of microwave upon absorbents according to power were studied. A commercial activated carbon, a natural zeolite, a synthetic zeolite, and a manufactured sintering absorbent consisted of zeolite and alumina were selected as absorbents. After solvents, such as TCE, benzene, were absorbed into and on to the absorbents, the absorbents were stored in the a quartz tube which was set up at the center of the 1Kw microwave chamber. The desorption efficiencies of the solvents from the absorbents were measured as changing microwave power from 200W-600W. The deformation of the absorbent according to microwave power was also examined. As an important result of this research, the manufactured sintering absorbent had relatively high desorption efficiency among the absorbents. The solvents were desorbed in a relatively short time compared to the other absorbents with 600W microwave power, and there was no any deformation on the surface of the manufactured sintering absorbent due to the microwave power. The other absorbents had a local heating point or a deformation on the surfaces with the 600W microwave power. The natural zeolite was not heated up to an ignition temperature under the power, however it was sintered and its surface color was changed after complete desorption. The commercial activated carbon had a relatively high dielectric constant, it was rapidly heated up and burned under the microwave power. Therefore it was not acceptable as a desorber when a microwave power was

Microwave-absorbing Honeycomb Sandwich Structures based on the Ni-coated Glass Fabric for Specific Frequency Bands

곽병수 경상대학교 대학원 2020 국내박사

기존의 전자기파 흡수 허니콤 샌드위치 구조는 전도성 나노 입자 및 미세금속분말을 기반으로 하는 코팅 또는 충진 방법 등으로 구현되었다. 하지만 이러한 기술은 전자기파 흡수 성능 및 기계적 성능의 불균질성, 설계의 불확실성 및 중량증가의 문제점들을 발생시켰다. 게다가 공개된 대부분의 연구들에서 샌드위치 구조의 전자기파 흡수 성능은 평가되었으나, 기계적 성능의 평가는 수행되지 않았다. 본 연구에서는 기존의 전자기파 흡수 구조의 한계를 극복하고자 다양한 주파수 대역에서 전자기파를 효과적으로 흡수할 수 있는 새로운 전자기파 흡수 허니콤 샌드위치 구조를 제안하였다. 새롭게 제안된 허니콤 샌드위치 구조는 니켈이 코팅된 유리섬유와 어떠한 나노 입자도 분산되지 않은 에폭시를 이용하여 설계되고 제작되었다. 유리섬유의 전자기적 물성을 변화시키기 위해 무전해 도금 기술로 니켈 입자를 유리섬유의 표면에 코팅하였고, 니켈이 코팅된 유리섬유는 주사전자현미경(SEM), 에너지분산형 X-선 분광분석법(EDS), X-선 회절분석법(XRD), 진동시료자력계(VSM) 및 X-선 광전자 분광법(XPS)을 통해 분석되었다. 니켈의 코팅을 통해 변화된 유리섬유의 전자기적 물성을 확인하기 위해 니켈이 코팅된 유리섬유/에폭시 복합재 적층판의 유전율 측정을 수행하였다. 측정 결과, 유리섬유의 표면에 코팅된 니켈이 유리섬유의 유전율을 증가시키는 것을 확인하였으며, 본 유리섬유를 이용하여 전자기파 흡수 허니콤 샌드위치 구조를 구현하였다. S-밴드부터 Ku-밴드 영역까지 효과적으로 전자기파를 흡수할 수 있는 허니콤 코어 구조를 니켈이 코팅된 유리섬유를 이용하여 설계하고 제작하였다. 제작된 코어 구조의 전자기파 흡수 및 기계적 성능평가를 시뮬레이션 및 실험으로 수행하였으며, 목표 주파수 대역에서 두 가지 성능 모두 우수함을 확인하였다. 다음으로, 니켈이 코팅된 유리섬유 기반 허니콤 코어 구조를 이용하여 광대역 및 협대역 전자기파 흡수 샌드위치 구조를 구현하였다. 제작된 광대역 전자기파 흡수 샌드위치 구조는 C-밴드부터 Ku-밴드에 이르는 주파수 대역에서 우수한 전자기파 흡수 성능을 나타내었을 뿐만 아니라 목표 주파수 대역에서 10 dB 이상의 RCS 저감 성능을 보였다. 흡수 성능과 더불어 기계적 성능 또한 구조 시험을 통해 평가되었다. 협대역 구조의 경우 X-밴드를 목표주파수로 구현되었으며, 전체 X-밴드 대역에서 제작된 흡수체의 뛰어난 전자기파 흡수 성능 및 RCS 저감 성능이 증명되었다. 극초단파 대역에서 전자기파를 효과적으로 흡수할 수 있는 허니콤 코어 구조 구현의 가능성을 확인하기 위해 측정된 전자기적 물성을 기반으로 하는 시뮬레이션 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 니켈이 코팅된 유리섬유로 제작된 허니콤 코어 구조의 빈 공간에 카르보닐 철 분말을 분산시킨 에폭시를 충진 하는 방식을 채택하였다. 시뮬레이션 결과, 제안된 흡수체는 목표 주파수 대역에서 준수한 흡수 성능을 나타내었다. 마지막으로, 본 연구에서 제작된 전자기파 흡수 허니콤 샌드위치 구조가 날개구조에 적용되었을 때 RCS 저감 성능을 평가하기 위하여, 광대역 전자기파 흡수체를 NACA 0012 날개 에어포일 모델에 적용하고 RCS 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 본 연구에서 제작된 흡수체는 C-밴드로부터 Ku-밴드 사이의 주파수 대역에서 10 dB 이상의 RCS 저감 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. The conventional microwave-absorbing honeycomb sandwich structures were implemented by coating and filling methods which are based on the nano-conductive particles and metal magnetic micropowder. However, these techniques may result in the non-homogeneous mechanical and absorption performance, design uncertainty and weight increase. Moreover, the mechanical performance of conventional sandwich absorber was rarely verified in almost published papers. In this study, to overcome the limitations of conventional sandwich absorber, a novel microwave-absorbing honeycomb sandwich structures based on the nickel-coated glass fabric, for specific frequency bands were proposed. The nickel was coated on the pristine glass fabric via an electroless plating technique to modify the electromagnetic (EM) properties, and nickel-coated glass fabric was examined by scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, vibrating-sample magnetometry, and X-ray photoelectron spectroscopy. In order to check the improvement of EM properties of glass fabric after nickel deposition, the permittivity of nickel-coated glass fabric/epoxy composite was measured. From the measurement result, it was evidently identified that the permittivity of the glass/epoxy composite was increased after the nickel coating. The honeycomb core structure which can absorb the microwave energy in S- to Ku-band was designed and fabricated by using the nickel-coated glass fabric. The absorption performance and mechanical performance of the fabricated core were checked by simulation and experiment. Next, two kinds of the honeycomb sandwich structures by using the fabricated honeycomb core were implemented. One is for the broad bandwidth and the other is for the narrow bandwidth. The broadband microwave-absorbing sandwich structure showed exceptional absorption performance from C-band to Ku-band with a resonance peak and also exhibited a RCS reduction of more than 10 dB for target frequencies. In addition to the absorption performance, the load-bearing capacity of the structure was also evaluated. In case of the narrow-band sandwich structure, the absorption and RCS reduction performances were excellent in whole X-band frequencies. The possibility of implementation of honeycomb core which can absorb the EM waves in ultra-high frequency band was also identified by simulations based on the measured EM properties. Although the method which the carbonyl iron powder/epoxy was filled into the fabricated honeycomb core was adopted, the proposed model showed the reasonable absorption performance and it was also demonstrated that the absorber can be improved. Lastly, to check the RCS reduction performance when the proposed structure was applied into the wing-shaped structure, the broadband sandwich structure was applied into the leading edge of NACA 0012 wing airfoil model. From the simulation results, it was proved that the proposed structure has the capacity to reduce the RCS of more than 10 dB from C-band to Ku-band.

Microwave 공정에 의한 Ti(CN)-WC-Ni powder의 소결

유형근 경기대학교 대학원 2005 국내석사

절삭공구로서 관심이 높은 서멧트 재료인 Ti(CN)-WC-Ni 분말을 2.45GHz의 Multi-mode microwave를 이용하여 N_(2) 분위기에서 Hybrid heating 방법에 의해 소결하였다. Ti(CN)의 입자크기는 0.2㎛, WC와 Ni의 입자크기는 각각 0.4㎛, 6㎛를 사용하였으며, WC의 함량을 5~30wt%로 5wt%씩 변화시키면서 소결하였다. 소결온도는 1400℃~1500℃의 온도범위에서 20분과 40분 동안 유지하였다. 마이크로웨이브로 소결된 시편의 물성은 기존의 진공전기로에서 소결된 시편의 물성에 상응하는 경도 및 강도를 얻을 수 있었다. 1500℃에서 20min 유지하여 15wt%WC-20wt%Ni를 함유한 시편의 경우 밀도와 경도가 99%와 15.2GPa로 높은 값을 가졌으며, 파괴강도는 9.8Mpam^(1/2) 이었다. WC의 양은 5~l5wt%까지 증가할수록, 기계적 물성값도 증가하였으나, rim phase가 집중적으로 나타나는 20, 25wt%일때는 기계적 물성값이 감소함을 알 수 있었다. 마이크로웨이브를 사용하여 소결할 경우 급속소결의 결과로 좀 더 미세한 구조를 관찰할 수 있었으며, 일반적인 cermet의 구조인 core/rim 과는 다른 구조를 확인할 수 있었다. 결론적으로, Ti(CN)-WC-Ni cermet의 소결에 있어서 기계적 물성값의 향상, 공정시간의 감소, 미세한 조직 획득의 이점을 통하여, Ti(CN)-WC-Ni cermet의 소결에 마이크로웨이브 공정을 적용할 수 있음을 확인할 수 있었다. Ti(CN)-WC-Ni cermet powder was sintered in a cylindrical cavity by 2.45GHz multi mode microwave applicator in N_(2) atmosphere. Specimens were sintered by applying hybrid-heating system using by SiC-Al_(2)O_(3) susceptor in an insulation box. The Ti(CN) particle size was 0.2 and WC content was 5, 10, 15, 20, 25 and 30 wt% respectively. Specimens were sintered at 1400℃, 1450℃ and 1500℃ and soaking time was 20min and 40min at the maximum temperature respectively. Ti(CN)-15wt%WC(0.4㎛)-20wt%Ni(6㎛) specimen sintered at 1500℃ for 20min by microwave application showed relative density, hardness and toughness of 99%, 15.2Gpa and 9.8Mpam^(1/2) respectively. Rim phase was shown 20wt% and 25wt% of WC contents, but mechanical properties was decreased. As a conclusion of this study, sintering of Ti(CN)-WC-Ni powder by microwave finished in less than a half time than by the conventional sintering method in a vacuum electric furnace. Microwave-sintered Ti(CN)-15wt%WC(0.4㎛)-20wt%Ni(6㎛) specimen sintered at 1500℃ for 30min by microwave showed the best mechanical properties

Microwave Stabilization and Carbonization of Polyacrylonitrile/Carbon Black Composite for Li-Ion Battery Anode

박인준 명지대학교 대학원 2023 국내석사

Microwave 및 세정산발효를 이용한 유기성 슬러지의 감량화 및 자원화

이원식 경북대학교 대학원 2006 국내석사

This work elucidates the effects of pretreatment of the organic sludge from wastewater treatment plant by microwave irradiation on elutriated acid fermentation. Finally, ultimate aim of this work is to study application abilities of sludge minimization and reuse. These experiments typically fell into two process; pretreatment as microwave irradiation and elutriated acid fermentation for hydrolysis and acidification as main treatment of primary sludge. The results of maximum solubilization rate of primary 1,2 and secondary sludge were 0.2, 0.12 and 0.07 gSCODprod./gICODin and the optimum irradiation time of microwave on 2,450 MHz and 900 W were 5 min. for primary sludge and 7min. for secondary sludge. From batch tests on elutriated acid fermentation that was used the pretreated primary sludge as microwave, the optimum pH and HRT(hydraulic retention times) were 7 and 5 days at 35℃ condition, meaning that the result of this condition is higher than others on SCOD(soluble chemical oxygen demand) and VFAs(volatile fatty acids) production. Based on the results of the batch tests, bench scale elutriated acid fermentation which was used the pretreated primary sludge as microwave was performed at pH 7 and 35℃. On stable results from bench test, SCOD production was 0.12~0.13 gSCOD/gVSfed., VS(volatile solid) reduction in pretreatment as microwave and in connected process as acid fermentation were approximately 15 and 56%, volume reduction were approximately 12 and 59%.