*하* 스토어

*하*

개인인증

팔로워0 팔로우

소개

등록된 소개글이 없습니다.

전문분야 등록된 전문분야가 없습니다.

판매자 정보

학교정보

입력된 정보가 없습니다.

직장정보

입력된 정보가 없습니다.

자격증

입력된 정보가 없습니다.

판매지수

판매중 자료수

15개
전체 판매량

52개
최근 3개월 판매량

0개
자료후기 점수

평균A
자료문의 응답률

-

전체자료 15개

태양광전지

1. 태양광전지란태양광전지란 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 장치를 말한다. 쉽게 말해 발광다이오드(LED)와 같이 전기에너지를 빛 에너지로 바꾸는 원리를 반대로 적용하면 태양광 전지가 되는 것이다. 태양광 전지의 역사는 1839년 프랑스의 물리학자 Edmond Becquerel(1820-1891)이 전해질 속에 담긴 2개의 전극에서 발생되는 전력이 빛에 노출되면 증가하는 현상, 즉 광전지 효과(photovoltaic effect)를 발견하면서 시작되었다.2. 태양광전지의 분류태양광전지는 물질별로 크게 분류하면 무기물 태양광전지, 염료감흥 태양광전지, 유기물 태양광전지로 분류할 수 있으며 증착에 따라서 벌크형과 박막형으로 구분할 수 있다.1)무기물 태양광전지실리콘 계열 태양전지와 CdTe, GaAs, CIGS와같은 반도체 태양전지가 이에 속한다. n형 반도체 물질과 p형 반도체 물질을 접합하여 태양전지를 제조하며, n형 반도체는 전자(electron)가, p형 반도체는 정공(hole)이 전달체 역할을 한다. 반도체 밴드갭 에너지보다 큰 에너지를 가지는 빛(photon)이 입사되면 p-n 접합 계면 근처에서 빛을 흡수하여 전자-정공쌍을 생성하고, 내부 전지장 (built-in electric field)에 의해 정공은 p형 반도체 쪽으로, 전자는 n형 반도체 전극으로 이동하여 합선회로 전류(short-circuit current, Isc)를 발생하고 개방회로전압(open-circuit voltage, Voc)은 두 반도체의 밴드갭 에너지 차이에 의해 결정된다.2)유기물 태양광전지전자주개(electron donner D) 특성과 전자받개(electron acceptor A) 특성을 갖는 유기물로 구성되어 있어, 빛을 흡수하면 전자-정공쌍을 생성하고 전자-정공쌍은 D-A 계면으로 이동하여 전하가 분리되고 전자는 전자받개로, 정공은 전자주개로 이동하여 전류를 발생한다.3)염료감흥 태양광전지표면에 염료 분자가 화학적으로 흡착된 n형 나노 입자 전자 밀도를 가지고 있다. 따라서 열적 평형상태에서 P type 반도체와 N type 반도체의 접합으로 이루어진 다이오드에서 캐리어의 농도구배에 의한 확산으로 전하의 불균형이 생기고 이 때문에 전기장이 형성되어 더 이상 캐리어(carrier)의 확산이 일어나지 않게 된다. 이러한 다이오드에 가전자대와 전도대 사이의 에너지 차이인 밴드 갭 에너지 이상의 빛을 가했을 경우 전자들은 가전자대에서 전도대로 여기가 일어난다. 이 때 전도대로 이동한 전자들은 이동이 자유로워 지며, 가전자대에 전자들이 빠져나간 부분은 정공이 형성된다. 이 것을 excess carrier 라고 하며 이 excess carrier 들은 전도대 또는 가전자대 내에서 농도차이에 의해서 확산이 일어나게 된다. 이 때 P type 반도체에서 여기된 전자들과 N type 반도체에서 만들어진 정공을 minority carrier 라고 부르며, 기존 접합전의 P type ,N type 반도체내의 carrier 들은 majority carrier 라고 부른다. 이 때 majority carrier 들은 전기장으로 인해 생긴 에너지 장벽 때문에 흐름에 영향을 받지만 P type 반도체의 minority carrier 인 전자는 N type 반도체 쪽으로 각각 이동할 수 있다. minority carrier의 확산에 의해 재료 내부의 전하의 균형이 깨져서 전압차가 생기게 되고, 이 때 P-N 접합 다이오드 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하면 태양광전지가 만들어진다.- 태양광 전지의 기본구조 -4. 태양광전지의 발전1) 2세대로의 진화처음의 태양광전지는 P-N 접합을 이루는 반도체 박막의 밴드갭 에너지보다 큰 에너지를 갖는 빛을 흡수하면 여기된 전자들이 열로 소멸되고 밴드갭 에너지 보다 낮은 에너지를 갖는 빛은 투과됨으로써 좁은 대역의 흡수능으로 이론적 최대효율이 30%를 넘지 못하였다. 그래서 2세대 반도체 태양전지는 광 흡수대역이 서로 다른 단일 접합 태양전지를 적층함으로써 흡수 대역을 넓혀 광세대의 태양광전지의 광전 변환 방법은 흡수되는 광자의 에너지에는 무관하고 오직 흡수된 광자의 수에 비례하여 전자-정공쌍을 생성함으로써 높은 에너지를 가지는 광자의 남는 에너지는 열로 소멸되는 비효율적 특성을 가지고 있었다. 3세대로 진입하면서 태양광전지는 높은 에너지 광자를 흡수하여 여기 상태에 생성된 전자와 정공이 낮은 에너지 상태로 떨어지면서 1개의 전자-정공쌍을 생성하고, 이 때 생성되는 빛 에너지를 재 흡수하여 2개 이상의 전자-정공쌍을 생성하는 매카니즘을 사용한다.5. 차세대 태양광전지(CIS 태양전지)1) CIS 태양전지의 등장 및 그 우수성21세기에 들어서면서 재생에너지에 대한 요구가 급증하고 있다. 이에 따라 태양광발전 시스템이 증가하고 태양전지의 주 원료인 실리콘 원자재 및 기판의 가격이 급증하고 있다. 따라서 고가의 실리콘 기판 대신 유리, 금속, 플라스틱과 같은 저가 기판 위에 박막형태로 태양전지를 제조하여 물질 소모량을 최소화한 박막 태양전지에 대한 개발 필요성이 크게 증가하고 있다. 이에 부합하여 CIS 태양전지는 18%의 효율 특성으로 다결정 태양전지 중에 최대 효율이며 고효율 박막형 태양전지 제작의 새로운 가능성을 제시해 주고 있다. CuInSe2로 대표되는 I-III-VI2족 Chalcopyrite계 화합물반도체는 직접천이형 에너지밴드갭을 가지고 있고, 광흡수계가 반도체중에서 가장 높아 두께 1~2 μm 의 박막만으로도 고효율의 태양전지 제조가 가능하고 또한 장기적으로 전기광학적 안정성이 매우 우수한 특성을 지니고 있다. 따라서 현재 사용되고 있는 고가의 결정질 실리콘 태양 전지를 대체하여 태양광발전의 경제성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 저가, 고효율의 태양전지 재료로 각광받고 있다. CIS(CuInSe2) 화합물 반도체 박막태양전지는 1980년대 미국 보잉사가 기존의 단결정 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 우주용의 경량 태양전지로 처음 연구되었을 만큰 효율이 높고 안정성이 우수하다. 또한 1980년대 말부터는 저가 고효율의 지u 를 배면전극으로 시도된 바 있으나 Mo 가 가장 광범위하게 사용되고 있다. 이는 Mo의 높은 전기전도도, Se 분위기 하에서의 고온안정성 때문이다. Mo 박막은 전극으로서 비저항이 낮아야 되며 열팽창계수의 차이에 의해 박리현상이 일어나지 않도록 유리기판과의 접착성이 뛰어나야 된다.•버퍼층 : CIS 태양전지는 P형 반도체인 CuInSe2 박막과 n형 반도체로 window 층으로 사용되는 ZnO 박막이 P-N 접합을 형성한다. 하지만 두 물질은 격자상수와 에너지밴드갭의 차이가 크기 때문에 양호한 접합을 위해서는 밴드갭이 두 물질의 중간에 있는 버퍼층이 필요하다. 현재 가장 높은 효율의 태양전지에 사용되는 버퍼층은 CdS 이다. CdS 박막은 CBD(Chemical Bath Deposition) 방법을 사용하여 두께 약 500 Å정도의 박막으로 형성한다. CdS 박막은 2.46 eV의 에너지밴드갭을 가지며 이는 약 550nm의 파장에 해당한다. CdS 박막은 N형 반도체이며 In, Ga, Al 등을 도핑함으로써 낮은 저항 값을 얻을 수 있다. CBD 방법에 있어 증착되는 CdS막의 특성을 결정하는 가장 중요한 변수로는 증착온도, 용액의 pH, 막의 두께 등이다. CBD법이란 용액 내에 적정량의 Cd2+와 S2-이온을 만들고 용액의 온도를 조절하여 각 이온 농도의 곱이 용액의 용해도적보다 큰 경우에 CdS 형태로 석출되는 성질을 이용한 것이다. 값싼 공정으로 우수한 특성의 박막을 얻을 수 있지만 CdS의 단점은 우선 Cd물질 자체가 독성인 점과 또한 여타 단위 박막과는 달리 습식 화학공정을 이용하는 점이다. 그 대안으로 물리적 박막공정으로 제조 가능한 InxSey 을 사용하기도 한다.•광흡수층 : 초기에 사용한 삼원화합물인 CuInSe2는 에너지밴드갭이 1.04 eV로 단락전류는 높으나, 개방전압이 낮아 높은 효율을 얻을 수 없었다. 현재 개방전압을 높이기 위해 CuInSe2의 In의 일부를 Ga원소로 대치하거나 Se를 S로 대치하는 방법을 사용하고 있다. Cu다. 현재까지 가장 좋은 효율을 얻을 수 있었던 것은 동시증발법으로서 출발물질로 4개의 금속원소-Cu, In, Ga, Se-를 사용한 것이다. 기존의 물리적 및 화학적 박막 제조법과는 달리 Mo기판 위에 나노크기의 입자(분말, 콜로이드 등)를 합성하고 이를 용매와 혼합하여 스크린프린팅, 반응소결시켜 광흡수층을 제조하는 공정도 가능하다.•window 층 : n형 반도체로서 CIS와 pn접합을 형성하는 window 층은 태양전지 전면의 투명전극으로서의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높아야 하고 전기전도성이 좋아야 한다. 현재 사용되고 있는 ZnO는 에너지밴드갭이 약 3.3 eV이고, 약 80 % 이상의 높은 광투과도를 가진다. 또한 Al이나 B 등으로 도핑하여 10-4 Ω․㎝ 이하의 낮은 저항값을 얻을 수 있다. B을 도핑하기도 하는데, 근적외선 영역의 광투과도가 증가하여 단락전류를 증가시키는 효과가 있다. ZnO박막은 RF 스퍼터링방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과, Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 그리고 유기금속화학증착법 등이 현재 사용되고 있다. 전기광학적 특성이 뛰어난 ITO 박막을 ZnO 박막 위에 증착한 2중구조를 채택하기도 한다. 최근에는 CdS 박막 위에 우선 도핑하지 않은 i형의 ZnO박막을 증착한 다음, 그 위에 낮은 저항을 가진 n형의 ZnO 박막을 증착하여 태양전지의 효율을 개선하는 방법이 널리 이용되고 있다.•반사방지막, 그리드 전극 : 태양전지에 입사되는 태양광의 반사 손실을 줄이면 약 1% 정도의 태양전지 효율 향상이 가능하다. 반사방지막의 재질로는 보통 MgF2 가 사용되는데, 물리적인 박막 제조법으로 전자빔증발법이 가장 대표적이다. 그리드 전극은 태양전지 표면에서의 전류를 수집하기 위한 것으로 Al, 또는 Ni/Al 재질이 일반적이다. 그리드 면적은 태양광이 흡수되지 않기 때문에 그 면적만큼 효율의 손실요인이 된다. 따라서 정밀한 설계가 요망된다.•패터닝 : 패터닝은 3회에 걸쳐 이루어지는데, 1차로 Mo 층은 레이욱)

공학/기술| 2009.06.21| 6페이지| 1,500원| 조회(956)

재료공학, CIS, 태양전지, 태양광전지

미리보기

닫기
자성재료실험 예비래포트

1.자성재료의 종류와 특징1)diamagnetism(반자성체)남은 각운동량은 전자의 궤도 운동에 의한 것인데, 이로 인한 자기 모멘트는 항상 외부 자기장과 반대의 자기장을 형성하므로, 결과적으로 이러한 물질 내의 자기장은 외부 자기장에 비해서 작은 값을 가진다. 이런 자기적 성질을 ‘반자성(Diamagnetism)’이라 한다. 강한 자극을 가까이 가져가면 약한 반발력을 받는다. 반자성물질의 원자는 고유의 자기 쌍극자 모멘트를 가지지 않으나 강력한 외부 자기장이 작용하면 원자내에 자기 쌍극자가 유도되기 때문이다. 즉, 자기장을 걸어주면 전류의 변화에 의한 자기 모멘트가 변해 새로운 자기 자기모멘트가 유도된다. 반자성은 온도에 거의 의존하지 않는다. 외부자기장에 의해서 유도된 전류에 의해서 생긴 자기장의 방향은 외부 자기장의 방향과 반대가 된다.반자성 물질의 자기화율은 음의 값이며 크기는 상자성의 1/10 ~ 1/100정도를 갖는다.상대투자율 :자기장 : →진공에서의 투자율, H→자기장의 세기*초전도체 : 완전도체이고, 완전 반자성 물질.(매우 강한 반자성) 외부의 강한 자기장도 물질 내부로 침투하지 못한다.초전도체의 상태투자율과 자기장은 각각,이다.- diamagnetism의 자기 모멘트 –- diamagnetism의 히스테리시스 곡선 -2)paramagnetism(상자성체)어떤 재료의 경우 각 원자에서 전자들의 스핀과 궤도 자기 모멘트가 완전히 상쇄되지 않아서 영구 자기 쌍극자를 갖고 있는 경우가 있다. 외부 자기장이 없을 때 이 원자들의 자기 모멘트는 두서없이 정렬하여 그 재료의 조각 전체적으로는 순 자화 값이 0이 된다. 이러한 원자 쌍극자는 자유롭게 회전을 하는데 외부 자기장에 따라 회전하여 정렬할 때 나타내는 특성이 상자성(Paramagnetism)이다. 이들 자기 쌍극자는 개별적으로 작용하며 이웃한 쌍극자끼리 서로 반응하지 않는다. 쌍극자가 외부 자기장에 잘 정렬하는 만큼 자기장을 강화시켜 상대투자율(μr)을 1보다 크게 증대시킨다. 그래서 비교적 작을 나타내게 되고, 일반적인 상자성체의 자화율은 10-5~10-2정도의 값을 갖는다. 상자성체도 반자성과 마찬가지로 온도 의존성이 낮다.상대투자율 :스핀이 반대인 짝이 없는 전자가 존재하는 원자나 이온들로 구성된 물질의 경우 각 원자나 이온들은 알짜 모멘트를 갖게 된다. 이 알짜 모멘트들은 외부 자기장이 가해졌을 경우, 외부 장의 방향으로 정렬하게 된다. 따라서 물질 내의 자기장은 외부 자기장보다 커지게 된다.외부 장이 없을 경우에는 보통 열적인 요동 때문에 이 알짜 모멘트의 평균값은 0이다. 결과적으로, ‘외부 장이 있을 때’만 물질 전체의 알짜 모멘트 값이 외부 장에 더해지게 되고 이런 상태를 ‘상자성(paramagnetism)’이라 한다.- paramagnetism의 자기모멘트 –- paramagnetism의 히스테리시스 곡선 –3)ferromagnetism(강자성체)일부 금속의 경우, 외부 자기장이 없는 상태에서 영구 자기 모멘트를 갖고 있으며 매우 큰 영구자화를 보인다. 이것을 강자성(Ferromagnetism) 특성이라 하고 천이 금속인 철(α철), 코발트, 니켈 등 희토류 금속에서 주로 이러한 특성을 보인다.강자성체의 영구 자기 모멘트는 전자 구조에서 전자 스핀이 상쇄되지 않아서 만들어진 원자의 자기 모멘트로부터 온다. 상자성의 경우에서처럼 알짜 모멘트 값을 가진 원자나 이온들로 구성된 물질에서 각 모멘트들이 주위의 다른 모멘트들과 강한 상호작용을 한다면 외부 자기장이 없이도 전체 알짜 모멘트의 평균값이 0이 아닌 상태가 될 수 있다. 강자성의 경우는 보통 각 모멘트들 사이의 상호 작용이 모멘트들이 서로 같은 방향을 향하게 하여 영구 자기모멘트를 형성하는 경우이다.자기적 성질 중에서 ferromagnetism이 가장 중요하다. paramagnetism과 같이 ferromagnetism 은 영구자기모멘트에 있다. 그러나 영구자기모멘트가 무질서하게 배열하는 paramagnetism과는 달리 이웃 원자들의 모멘트는 한 방향으로 정렬하므로 spontaneagnetization가 재료의 대부분 영역에서 존재하며 중요한 것은 이것이 외부 자기장이 존재하지 않아도 일어난다는 것이다.상대투자율 :ferromagnetism의 온도의존성은 Curie's law가 수정된 형태인 Curie-Weiss law를 따른다.Tc 이상에서는 paramagnetism의 특성을 보이며 Tc 이하에서는 온도에 의한 효과가 줄어들면서 이웃하는 전자 spin들 간의 interaction(exchange energy)에 의하여 서로 평행하게 배열하게 되어 spontaneous magnetization이 일어나고 그 결과 permanent magnetized material을 형성하게 된다.- Ferromagnetism의 자기모멘트 –- ferromagnetism의 히스테리시스 곡선 –4)antiferromagnetism(반강자성)반강자성체는 어떤 재료에 있어서는 이웃하는 자기 모멘트가 antiparallel한데 이 때 moment의 크기가 같은 경우에는 서로 상쇄하게 되어 net moment가 영이 된다. 이러한 것을 antiferromagnetism이라고 한다.반자성의 경우 전자의 스핀이 인접한 스핀과 균일하게 반대로 정렬하여 순 자성이 없는 상태이다. 일반적으로 반강자성 물질은 저온에서 반강자성을 보인다. 그리고 특정 온도위에서의온도의존성을 살펴보면 Tc가 음의 값을 가지게 되고 Néel temperature TN에서 자화율이 최대값을 갖게 된다. 특정한 온도 이상에서는 이상의 온도에서는 반강자성의 특성이 사라지며 무질서하게 되는데 이 천이온도를 Néel Temperature라 하고, 이 온도 위에서는 상자성이 된다. 이웃하는 자기 모멘트가 반대방향으로 정렬되는 이유를 간단히 살펴보면 양이온 사이의 산소음이온의 p orbital의 spin에 의해 양이온들이 반대방향으로 정렬하게 된다.상대투자율 :- antiferromagnetism의 자기 모멘트 -2.VSM(Vibrating Sample Magnetometer)의 작동원리VSM은 Vibrple Magnetometer의 약자로, 진동 시료 자력계라고 한다. Vibrating Sample Magnetometer이란 균일한 자기장 속에서 시료를 진동시켜 자화된 시료의 자기능률(m)을 측정하는 장치이며, 온도변화에 따른 자기능률, 비등방성, 교류 잔류곡선, 직류 잔류곡선 측정이 가능하고, 강자성체의 Hysteresis Loop 측정을 통해서 포화자화, 잔류자화, 보자력, 스위칭 필드 분포, Hysteresis loss 등을 알수 있으며, 품질 조사 연구 및 개발, 제품 시험, 공정관리용으로도 활용 가능하다.Vibrating Sample Magnetometer은 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 형태의 시료(power, solid, thinfilms, single crystals, liquids, etc)를 측정할 수 있다.시료를 Sample holder에 넣어 균일한 자기장내에 놓으면 가한 자기장과 시료의 자기적 감수율의 곱에 비례하는 자기쌍극자 모멘트가 시료에 유도된다.인가된 자기장력 H 내에 놓인 자성체에 유기되는 자화 M은 자성체 내부의 자기능률(m)에서 기인된다. 이러한 자성체 주위에 탐지코일을 놓으면 자장은 탐지코일을 통과하게 되며, 자성체를 진동시키면 담지코일을 통과하는 자장 즉, 자속(φ)이 변하게 되고 패러데이(Faraday)법칙에 의해 코일에 기전력 ε이 다음 식과 같이 유기된다.유도기전력의 크기는 자기장의 변화가 심할수록 커진다. 아무리 자기장이 강하여도 변하지 않으면 전류가 유도되지 않는다. 자기장이 변해야 전기가 생긴다는 기초적인 원리 때문이다. 변하는(운동하는) 전기(전류)은 자기장을 만들고, 운동하는 자석(자기장)은 전기를 만든다. 또한 코일을 많이 감을수록 강한 기전력이 생긴다. 코일이 많다는 것은 그 속에 전기의 근원이 되는 많은 자유전자가 있다는 말과 같으므로 당연히 전기가 더욱 된다. 즉, 유도기전력은 자기장의 변화가 클수록 커지며, 코일의 감은 횟수가 많을수록 커진다.N번 감은 코일에 유도되는 기전력의 경우, 즉, dt라는 시간동안 dΦ의 자속 변화가 있다고 할 때의 유도기전력은 다음과 같이 된다.(ε: 유도 기전력[V], N: 감은 수, dΦ: Φ의 변화량[Wb], dt: 시간[sec] )Vibrating Sample Magnetometer Console 내의 발진회로에서 발진되는 교류 신호를 Transducer에서 역학적인 진동으로 바꾸어 Sample rod를 통하여 시료를 위아래로 진동시키면 자극의 중앙부에 설치되어 있는 pick up 코일에 유도기전력이 나타난다. 이때 유도기전력은 시료의 자기모멘트와 시료가 진동하는 진폭 및 진동수에 비례하게 된다.시료가 일정한 주파수 및 진동폭을 가진 정현파 함수적으로 진동을 한다면, 탐지코일에 유기되는 기전력은,이고, ε은 탐지코일에 유기되는 기전력, k는 탐지코일의 위치 및 형태 등에 의하여 결정되는 상수이며, m은 시료의 자기능률, f는 진동주파수, A는 진폭이다.즉, 코일에 유기되는 기전력이 시료의 진동주파수, 진폭 및 자기능률에 비례하는 원리를 이용하여 시료의 자기능률 m을 측정할수 있게 된다.Vibrating Sample Magnetometer 사용시 Gaussmeter의 출력이나 또는electronic sweep generator의 출력을 XY recorder의 X축에 입력시키고 Vibrating Sample Magnetometer console의 출력 표기회로에서 시료의 자기모멘트에 비례하는 출력 전압을 recorder의 Y축에 입력시키면 자기장의 변화에 따른 자화곡선을 XY-recorder에 자동적으로 기록시킬 수 있다. 한편 저온이나 고온실험에서는 열전대의 열기전력을 recorder의 X축에 입력시키면 온도변화에 대한 자화곡선을 얻게 된다*참조 : 1)자성재료학(노태환,두양사)2)materials science and engineering an introduction3)g자료실

공학/기술| 2009.06.21| 6페이지| 1,000원| 조회(443)

재료공학, 자성재료, 재료공학실험, 재료공학실험3

미리보기

닫기
PL법과 UV vis

1.PL(photoluminescence)1)PL(photoluminescence)란Luminescence(발광)이란 외부에너지를 가하여 줌으로서 그 물질 내의 고유한 전자 상태간의 전이에 의해 흡수된 에너지를 빛 형태로 방출하면서 원래의 평형상태로 되돌아가는 일련의 물리적 현상을 말한다. 전자를 여기시키는 외부에너지의 종류에 따라 photoluminescence, electroluminescence, cathodoluminescence, Bioluminesence 로 나눌 수 있다. 즉 외부에너지로서 빛(특히 가시광선)을 이용하는 것을 photoluminescence이라 한다.*대략적인 PL분석법의 과정 : laser beam주사 →분석물 분자 들뜸 →방출(발광)스펙트럼 →스펙트럼 분석2)PL의 기본 이론을 일으키는 들뜬 상태•Ground singlet state :모든 전자스핀이 짝지어 있는 분자의 전자상태를 말한다.자기장에 놓여지는 경우에도 전자의 에너지 준위는 분리되지 않는다.•Excited singlet state :자유라디칼의 바닥상태를 말한다.홀 전자는 자기장에서 에너지가 조금 차이가 나는 두 가지 배향을 할 수 있기 때문이다.•triplet exited state :전자스핀이 짝짓지 않고 평행인 상태.triplet exited states에 있는 분자는 diamagnetic(반자성)이다. electron spin의 변화도 같이 일어난다.평균 수명은 singlet exited states의 수명인 10-10 ~10-9 초에 비하여 1~103 s초까지의 범위에 있다.•에너지 : triplet exited states < singlet exited statesGround singlet state Excited singlet state triplet exited state② 전자 전이의 종류-유기화합물의 전자는 결합에 참여하는 형태에 따라 σ-전자, n-전자(non-bonding electron),π-전자로 구별된다.-전자의 전이전자가 결합성 궤도 함수ion)복사선을 방출하지 않고 더 낮은 전자상태로 전이하는 분자내 과정•외부전환들뜬 분자와 용매 또는 다른 용질 사이에서의 에너지 전이 → 비복사 이완•계간전이(intersystem crossing)들뜬 전자의 스핀이 반대 방향으로 되는 즉, 스핀다중도가 변하는 과정•인광삼중항 상태로 계간전이 → 내부전환, 외부전환, 또는 인광에 의한 비활성화 → 삼중항/단일항 전이가 단일항/단일항 전이(형광) 보다 잘 일어나지 않음⑥형광, 인광의 특징-공통점조사광에 의해서 빛을 낸다. 형광, 인광 → 빛을 흡수하여 들뜸 → 광발광-차이점형광 : 조사광을 제거하면 바로 소멸한다.액체나 기체에서 많이 나타난다.전자 전이 시 스핀 변화가 없다.인광 : 조사광을 제거해도 계속 발광한다.고체에서 많이 나타난다형광보다 수명이 길다.전자 전이 시 스핀 변화가 있다.Excited singlet statetriplet exited state형광 흡수 인광Ground singlet state-형광과 인광에 영향을 주는 변수•양자수득률(quantum yield)들뜬 전체분자수에 대한 형광발광 분자수의 비값 →1에 가까울 수록 형광을 많이 발광하는 분자를 말한다.•양자효율과 전이형태π -> π* 전이의 양자효율이 더 커 형광현상이 더 많이 발생한다.•형광과 분자구조π -> π* 전이를 하는 방향족 작용기를 포함하는 화합물이다.•구조적 강도의 영향단단한(rigidity) 구조를 갖는 분자에서 잘 나타난다.•녹아 있는 산소의 영향형광성 화학종의 광화학적 유발산화 → 형광선의 세기 감소•농도형광복사선의 세기 F는 계에 흡수되는 복사선의 세기에 비례한다.F = K`(P0 – P)3)PL 실험장치•Light source : Band gap 이상의 에너지를 갖는 빛 이용He-Ne 레이저(red,632.8nm), Ar+ 레이저(blue, 488nm), He-Cd 레이저(uv, 325nm)•Chopper : 광 스위치 역할•Filter : 레이저의 광 중에 발진선 이외에, 약한 레이저 플라즈마선의 혼입을 차단와 발광 파장에서의 현저한 차이를 보여 주었다.첫 번째 데이터는 [110]방향의 편광을 가진 여기광의 발광특성을 나타내었고 두번 째 데이터는 [1-10] 방향의 편광을 가지는 여기광을 이용한 파장별 시분해 발광특성을 나타내었다.1.UV vis1)UV vis의 기본이론•전자기 복사선(elecromagnetic radiation)- X-선,자외선,가시선과 같은 복사선이다.- 파장의 크기에 따라 에너지의 양의 다르다.- 물질과 부딪치면 에너지의 일부가 물질에 흡수되어 그 세기가 감소한다.•전자기 복사- 광자 또는 양자라고 불리우는 입자가 파동형태로 공간을 통하여 전달되는 에너지이다.- 파장의 증가함에 따라 또는 파수가 적을수록 에너지는 작다.- 파장의 크기에 따라 물질이 부딪치었을 때 나타나는 현상이 다르다.a. X-선: 내부전자의 전이(전자들이 에너지 준위가 변함).b. 자외선 및 가시광선: 외각전자의 전이.외각전자들의 에너지 준위(궤도함수)가 변함.UV/VIS spectrometer를 이용한 물질 분석의 원리.c.적외선: 분자진동. 분자를 구성하는 원자의 결합길이 및 결합각의 변화 IR spect- rometer를 이용한 물질 분석의 원리.d. 마이크로파: 분자회전.e. 라디오파: 자기 유발된 원자의 스핀상태의 변화 NMR(핵자기공명분석기)을 이용한 물질 분석의 원리.•파장과 에너지- 파장.a. 한 파동의 정점에서 다음 파동의 정점까지의 거리.b. 단위: 미터단위(μm, nm).•진동수- V = C/λ.- V: Hz로 표시한 진동수(주기/sec).- 진동수를 cm당 주기수인 파수로 나타냄.•광자에너지는 파장에 역비례하며 진동수에 비례.E=h c /λ = h v.•자외선 분광도법- 전자들이 낮은 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 변화할 때 흡수하는 전자기 복사선(광자)의 에너지를 측정한다.- 분자가 광전자를 흡수하는 것은 그 분자 속의 작은 원자단에 속하는 전자가 들뜨기 때문이다.- 자외선과 가시광선을 이용한 분광광도법은 광전자를 흡수하는 발색단 즉, chrom며 널리 사용된다.중수소와 수소는 모두 160 내지 375nm영역에서 유용한 연속 스펙트럼을 생산한다. 유리는 350nm이하의 파장을 강하게 흡수하므로 중수소와 수소 등에서는 석영창이 사용된다.•텅스텐 필라민트등가장 흔한 가시 및 근적외선 복사선의 광원은 텅스텐 필라민트 등이다. 텅스텐 등은 350과 2500nm간의 파장 영역에서 유용하다. 낮은 파장의 한계는 필라민트가 들어있는 용기에 복사선 흡수로 정해진다.가시선 영역에서 텅스텐 등의 에너지 출력은 작동전압의 대략 4승으로 변한다. 그 결과로 안정한 복사선 광원에서 조밀한 전압조절이 필요하다. 필요한 안정도를 얻기 위하여 일정전압 변압기나 전자 전압 조절기가 일반적으로 사용된다.텅스텐/할로겐 등은 텅스텐 필라민트가 들어있는 석영용 기내에 적은 양의 요오드를 포함한다. 등의 높은 작동온도 (~3500K) 때문에 석영이 필요하다. 텅스텐 할로겐 등의 수명은 승화에 의해 형성된 기체상태의 텅스텐 과 요오드의 반응으로부터 오는 반면에 필라민트는 수명이 제한된다.텅스텐/할로겐 등은 필라민트보다 더 효율적이고 출력 범위를 자외선으로 확장한다. 이런 이유로 많은 현대 분광기기에 그들이 사용된다.•크세논 아크등이등은 크세논의 분위기를 통하여 전류가 흐름으로 세기가 큰 복사선을 생성한다. 스펙트럼은 500nm정도에서 최고의 세기를 얻으며 200과1000nm의 범위에서 연속적이다.②시료용기흡수기기의 다른 광학 부품과 같이 시료와 용매를 넣는 용기 또는 쿠벳(cuvette)은 해당 스펙트럼 영역의 복사선을 투과시키는 물질로 되어야한다. 따라서, 자외선 영역 (350nm이하)의 실험을 위해 석영이나 용융실리카가 필요하다. 동시에 이들 모두는 가시선 영역에서 투명하고 적외선 영역에서도 3μm 까지 투명하다. 350과2000nm사이의 영역에서 용융 유리가 사용될 수 있다. 플라스틱 용기도 또한 가시선 영역에서 사용된다.③필터의 선택일반적으로 광도계는 몇 개의 필터와 함께 공급되는데 각각은 여러 가지 스펙트럼의 영역을 투과시킨다. 측 물질의 화학적 특성에 따라 고유의 파장을 흡수하는 점을 나타낸다.②출력물의 해석.출력물의 기록에서 흡광도를 구할 수 있는 부분은 logε(y축)이다. 또한 시료를 UV/VIS에서 측정하기 전에 그 시료를 만들어준 농도를 알아야 하는데 농도는 곡선이 출력물에 정확히 표시되게끔 미리 충분히 묽게 한 후 사용한다. 농도가 너무 낮으면 그래프가 제대로 표현되지 않고 곡선이 아래로 깔려서 직선인 형태로 관찰되므로 결과를 나타내기엔 부족하다. 또한 농도가 너무 높을 경우 결과의 y 축이 한없이 올라간다. 따라서 수시로 대상시료들을 묽혀가며 그 곡선의 높이가 적당하게 바뀔 때까지 계속하여 측정한다(곡선의 봉우리가 점점 아래로 내려옴).그래프에 문제가 없다면 계산에 들어간다. 계산은 다음 식으로 나타낸다.A = εbc여기서 ε는 흡광계수로, 출력물의 y축엔 이 상수의 로그값으로 나타나 있다. 따라서 나온 y 수치는 원래의 ε값으로 바꿔준다. 예를 들어 logε의 값이 4.0일 경우, ε는 10000이 된다. 또한 실험에서 측정한 물질의 농도는 c로, 보통 10-4이하의 몰농도로 측정을 했다면, 다음의 과정으로 A가 계산된다. 그리고 위 식에서 b는 cell의 빛의 투과길이 이며, cell의 총 두께를 뜻한다. 보통 1cm의 cell을 사용하므로 b=1이다. 계산을 해보면A = 10000 * 1 * 10-4 =1즉, 흡광도 A는 1이다. 이것은 기기가 성능이 좋을 경우, A가 같이 계산되어 나올 수 있다.③결과의 예상: 파장영역을 미리 선정할 수 있다.출력물을 컴퓨터가 작성하는 동안 농도를 잘못 맞추어 잘못된 출력물이 나올 경우, 다음에 어느 파장에서 그 물질의 흡광계수를 측정할 수 있는 곡선이 나올는지 사용자는 그 위치를 미리 파악하는 것이 좋다. 계속해서 성공할 때까지 찍더라도 그 위치가 어딘지 알게 되면, 최소한 기기 내에서의 파장의 범위 조작 과정을 줄여 기기분석을 원활히 끝낼 수 있기 때문이다.파장영역의 결정은 물질의 구조마다, 또한 그 물질이 어떤 작용기를 갖고 희)

공학/기술| 2009.06.21| 15페이지| 1,000원| 조회(1,123)

PL, 재료공학실험, uv vis, 재료공학실험3

미리보기

닫기
전기전도도 예비레포트

1.전기전도도란일반적으로 옴의 법칙에서 쓰이는 저항값은 아래와 같이 나타낸다.여기서 비저항은 물질의 특정한 시료의 각각의 특성적인 양이라기 보다는 하나의 물질의 특성적인 양이다. 즉 길이나 단면적에 전혀 영향 받지 않는 물질 고유의 특성값인 것이다. 구리의 비저항은 1.7x10-8Ω·m 이며, 용융 수정의 비저항은 약 1016Ω·m이다. 물질의 비저항을 통해서 그 물질의 전도도 σ를 알아볼 수 있다. 이 두 양은 서로 역수 관계를 가지므로 이러한 식이 나온다.=n|e|μe2.금속,반도체의 전기전도도.1)금속EfEf(a) (b)- 금속의 밴드 구조 -(a)의 경우는 s 가전자대가 하나의 전자로 채워진 금속 예를들면 구리의 밴드 구조이다. 구리원자는 4s 각이 1개의 전자로 채워져 있어, N개의 구리 원자로 구성된 고체의 경우는 4s 밴드를 2N개의 전자가 점유하고 있다. 즉 4s 가전자대 내에 전자가 점유할 수 있는 위치의 절반이 채워져 있다.(b)의 경우는 마그네슘의 밴드 구조로서 가전자대가 가득 채워져 있지만 가전자대의 윗부분이 전도대와 겹쳐 있는 경우이다. 만약에 겹치는 부분이 없으면 전도 부분은 완전히 비어 있을 것이다. 멀리 떨어진 마그네슘 원자는 3s 아각에 2개의 전자가 채워진다. 그러나 마그네슘 고체에서는 3s와 3p 밴드가 서로 겹친 에너지밴드 구조를 나타낸다.자유전자가 되기 위해서는 페르미 에너지 보다도 높은 준위 중 비어 있는 준위로 뛰어 올라가야만 한다. 위 그림에서 봤듯이 페르미 에너지에 근접한 비어 있는 에너지 준위들이 있다. 금속은 페르미 에너지에 근접한 에너지의 전자를 가지고 있으며 이로 인해 페르미 에너지 근처의 빈 에너지 준위로 점프하는데는 아주 적은 에너지가 필요하다. 결론적으로 금속은 상당히 많은 자유 전자가 생성되어 높은 전도율을 나타낸다.2)반도체 및 절연체-절연체- -반도체-절연체와 반도체의 경우는 가전자대의 전자가 자유전자가 되기 위해서는 에너지 밴드 갭을 뛰어넘어 전도대의 바닥에 있는 빈 에너지 준위에 위치하여야 한다. 이와 같은 전자의 천이는 두 에너지 준위의 차만큼의 에너지가 전자에 공급될 때 가능하며, 두 에너지 준위차는 거의 밴드 갭에너지에 해당된다. 밴드 갭이 크면 클수록 주어진 온도에서 전지 전도율은 낮아진다. 그러므로 반도체와 부도체의 구분은 밴드 간격의 차이에 의해서 이루어진다. 반도체는 좁은 에너지 갭을 가지고 있고, 반면에 부도체는 비교적 넓은 밴드 갭을 가지고 있다.진성반도체는 순수한 재료의 전자 구조에 의한 전기적 특성을 나타내는 재료이다. 진성 반도체에는 두 가지 형태의 전하 운반자(전자와 정공)가 있으므로, 전기전도를 나타내는 표현식은 정공에 의한 영향을 고려하여 다음과 같이 바꿔 준다. σ=n|e|μe+p|e|μh 여기서 p는 단위부피당 정공의 수이고, μh는 정공의 이동도이다. 반도체에서 μh의 값은 μe의 값보다 항상 작다. 또한 진성 반도체에서 밴드 갭을 뛰어넘는 하나의 전자는 언제나 가전자대에 정공을 남긴다.외인성 반도체에서, 상온에서 공급되는 열에너지에 의하여 많은 전하 운반자(불순물 유형에 따라 좌우되는 전자 또는 정공)가 생긴다. 결국 외인성 반도체는 상온에서 상당히 높은 전기 전도율을 가지며, 대부분의 반도체 재료는 상온에서 작동되는 전자 소자의 형성에 이용된다. 반도체의 전기 전도도(또는 비저항)는 전자와(또는) 정공의 농도 이외에도 전하 운반자의 이동도, 즉 전자와 정공의 이동도는 불순물 농도와 온도에 따라 달라진다.-n형반도체- -p형반도체--그림2.(외인성반도체의 에너지밴드)-3.금속,반도체의 전기전도도 차이위에서 설명했듯이 금속과 반도체의 전기전도도 차이는 에너지 밴드 구조의 차이로 설명 되어 질 수 있다. 금속의 경우는 밴드 구조상 아주 적은 에너지로도 전자가 여기 될 수 있으므로 많은 양의 자유전자가 생성 되어 높은 전기전도율을 나타낸다. 상대적으로 반도체의 경우는 부도체보다 높은 전기전도율을 갖지만 작지만 밴드 갭으로 인해서 금속보다는 낮은 전기전도율을 나타낸다.4.온도에 따른 전기전도도의 변화1)금속아래 그림에서 보인 것과 같이, 순수한 금속과 모든 구리-니켈 합금의 비저항값이 -200℃이상에서 온도 증가에 따라 직선적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 이와 같은 관계는 다음과 같다. σt=σ0+aT 여기서 σ0와 a는 금속에 따라 다른 값을 가지는 상수이다. 온도가 비저항에 미치는 영향은 온도 증가에 ㄸ라 열진동과 격자 불규칙성[예를 들면, 공공(빈 격자점, vacancy)]이 증가하는 데에서 기인된다. 열진동과 격자 불규칙성은 전자 산란의 중심체 역할을 한다.-금속의 온도 변화에 따른 비저항의 변화-2)반도체반도체의 저항이 온도에 따라 변하는 이유는 두 가지로 나눌 수 있다. 이 두 가지 원인은 서로 상반된 결과를 초래한다.첫 번째는 온도에 따라 자유전자가 많아지는 부분인데, 이는 반도체내의 전자들은 공유결합을 하고 있기 때문에 자유전자가 없지만 온도가 올라가면 그 에너지로 인해 자유전자가 생성된다.온도가 오를 수록 자유전자가 많아져 전류가 쉽게 흐르게 된다.두 번째는 온도에 따라 핵이 진동하는 부분이다. 격자진동이라고 말하는데, 격자진동은 전류의 흐름을 방해한다. 온도가 오를 수록 전류가 흐르기 어렵게 된다.그러면 진성반도체와 외인성반도체를 나누어 설명해보면 아무 불순물이 없는 반도체 즉 진성반도체(순수 Si,Ge등등)내에는 자유전자의 개수가 비교적 적은 편이기 때문에 온도에 따라 증가하는 자유전자의 수가 절대적인 영향을 끼치게 된다.즉, 진성반도체는 온도가 올라갈 수록 저항이 작아진다.하지만 3가,혹은 5가원소를 배합한 반도체에는 이미 전류가 흐르기에 충분한 수의 전자 혹은 Hole이 있다. 온도에 따라 자유전자가 증가하더라도 전체 전류에 미치는 영향은 미미하기 때문에 이때에는 핵의 진동에 의한 방해가 더 많은 영향을 끼치게 된다.즉, 외인성반도체는 일반 도체와 마찬가지고 온도가 올라갈 수록 저항이 커진다. 아래그림을 참고해보면 온도가 증가함에 따라 전자 및 정공의 이동도가 떨어짐을 알 수 있다.-외인성반도체의 온도에 따른 이동도-*참조 : materials science and engineering an introduction.

공학/기술| 2009.06.21| 5페이지| 1,000원| 조회(532)

전기전도도, 실험레포트, 재료공학실험, 재료공학실험3

미리보기

닫기
스텔스재료

1.스텔스 기술이란현대전은 ‘보이지 않는 전쟁’이다. 적의 레이더에 잡히지 않는 스텔스 기능이 전쟁의 승패를 좌우한다. ‘먼저보고 먼저 쏘는’ 쪽이 이기는 시대가 된 것이다. 스텔스 기술이란 쉽게 말해 적의 레이더를 피하는 기술로서 군사적으로 아주 중요한 의미를 지닌다. 1992년 미 해군 연구소에서의 단파실험 중, 송신기와 수신기 사이로 자동차가 지나가자 움직이는 표면에서 전파를 반사하여 전파에 혼란이 생기는 것을 발견했는데 이를 발전시켜 오늘날의 스텔스 기술이 탄생하였다. 스텔스 기술을 적용하면 일차적으로 상대방에게 노출 되지 않을 뿐 아니라 일단 노출된 경우라도 탐지된 신호가 축소 혹은 왜곡된 상태이므로 상대방으로 하여금 정확한 상황판단을 힘들게 만든다. 요즘과 같이 고도의 과학기술을 이용하는 전쟁에서는 스텔스 기술은 특수조건이 아닌 필수조건이 되었다.2.스텔스 기술 분야스텔스 기술에는 크게 레이더 스텔스, 적외선 스텔스, 음향 스텔스로 나눌 수 있다.1)레이더 스텔스레이더란 안테나에서 발사된 전파가 물체에 반사되어 나오는 아주 미세한 전파를 감지하여 이를 증폭시켜 영상으로 나타내고 그 위치를 알아내는 방법이다. 레이더 스텔스의 방법에는 레이더포착 면적을 최소화시키는 것과 레이더 전파를 흡수하는 방법이 있다. 후자의 경우 전파흡수재료 를 사용하여 적의 레이더망을 교란 혹은 피하는 방법이다.2)적외선 스텔스적외선센서를 통해 물체에서 나오는 적외선과 외부환경의 적외선 패턴을 비교하여 움직이는 물체를 감지할 수 있다. 적외선 스텔스의 방법에는 물체표면에서 나오는 열을 막는 방법, 적외선을 흡수하는 방법, 외부환경과 물체의 적외선 패턴을 일치시키는 방법 등이 있다. 위의 방법에 쓰이는 재료로는 열의 방출이 심한 엔진과 배기관에 쓰이는 단열재료, 적외선 흡수 재료, 마지막으로 외부환경에 따라 적외선 특성이 바뀌는 재료로 온도, 전압, 빛에 의해 변화하게 된다.3)음향 스텔스주로 해상에서 음향을 이용하여 움직이는 물체를 감지한다. 음향 스텔스는 해상무기에서 발생되는 전파는 공간을 전파함에 따라서 위상면이 직선상인 평면파로 되며 평면파가 자유공간을 전파하는 경우에는 거의 감쇠되지 않지만 손실재료(유전체, 자성체, 도전체)와 같은 매질을 전파하는 경우에는 그 재료들의 전기적 특성에 따라 감쇠가 일어나고 대부분이 열에너지로의 변환을 통해 감쇠된다. 흔히 가정에서 쓰이는 전자레인지의 경우가 전파에너지를 음식의 열에너지로 변환시키는 쉬운 예이다. 저항체에 전류가 흐를 때 열이 발생하는 것도 넓은 의미에서 일종의 전파 흡수 현상이다.전파에너지 ∝ 진동에너지 ∝ 열에너지전파에너지가 전파흡수 재료의 진동에너지로 변환되고 이는 다시 열에너지로 변화되어 방출하는 것이 전파흡수의 기본적인 원리가 되겠다.•전파흡수의 방법전파흡수체는 입사한 전파를 열로 변화하여 반사파가 생기지 않게 고안한 재료로서 흡수 메커니즘에 따라서 공진형(Resonant) 전파흡수와 임피던스 경사형(Graded) 전파 흡수 방법이 있다.-공진형 전파 흡수 : 공진형 전파흡수 재료에서는 입사된 전파가 전파흡수 재료에서 일부 반사하고 나머지는 전파흡수재료 내부로 입사하여 시스템의 금속표면에서 반사되어 나오도록 임피던스를 조절한다. 또한 전파흡수 재료의 두께를 입사된 전파의 1/4파장과 같도록 설계하면 시스템의 표면까지 진행 후 반사되어 나온 전파의 위상은 전파흡수재료 표면에서 반사되는 전파에 비해 1/2파장만큼 달라진다. 이렇게 180도 위상이 다른 전파들이 재료 표면에서 만나면 서로 상쇄되어 열로 소멸됨으로써 전파흡수기능을 발휘한다. 공진형 흡수재료는 두께가 앏은 대신 목표한 주파수를 중심으로 좁은 대역의 전파만 흡수 가능한 단점이 있다.-임피던스 경사형 전파 흡수 : 임피던스 값이 재료 표면에서부터 안쪽으로 갈수록 점차 감소하도록 설계되어 있다. 따라서 재료표면 임피던스는 공기의 임피던스인 377Ω과 유사하나 안쪽으로 갈수록 점차 감소하면서 뚜렷한 계면이 없기 때문에 입사한 전파가 반사되지 않고 재료 내부로 진행하면서 점차로 흡수 소멸된다. 임피던스 경사형 전파 흡수재 세 종류로 나눌 수 있다.-유전체(유전손실재료) : 유전체에 전파를 가하면 유전손실에 의해 유전체가 가열되는 현상을 볼 수 있다. 유전성 전파흡수재료는 유전손실계수가 큰 재료를 사용하여 전파를 흡수하는 것으로 유전손실이 고주파 영역에서 일반적으로 크지 않기 때문에 실용적이지 못하며 대표적인 재료로는 마이크로파 영역에서 사용 가능한 , 등이 있다.-도전체(도전성손실재료) : 저항체에 전류를 흘리면 흐르는 전류에 의해 열이 발생하는데 이와 마찬가지로 유한한 도전률을 가지는 매질에 전계가 가해지면 도전전류가 흘러서 전파에너지는 열로 전환된다.도전손실을 이용한 전파흡수체는 도전손실재료(주로 카본)과 지지재로 구성되는데 지지재의 종류와 탄소첨가량의 변화에 의해 유전손실계수가 변화하나 GHz 이상의 영역에서 유전손실보다 크지만 자성손실보다는 상당히 작은 손실값을 나타내며 주파수변화에 대해서 손실값의 변화가 완만한것이 특징이다.-자성체(자성손실재료) : 도전성 손실재료는 두께가 두꺼워 제한된 부분에 사용되고, 유전손실은 고주파 영역에서 일반적으로 크지 않아 실용적이지 못하기에 자성손실을 가장 많이 이용한다. 자성손실을 유발하는 재료는 금속자성재료와 산화물자성재료 등이 있지만 전파 흡수체에는 주로 산화물 자성재료가 사용되며 특히 페라이트는 수백MHz 주파수 대역에서 자기이완을 일으키면서 매우 높은 흡수능을 발휘한다.최근에는 GHz 주파수 대역에서도 흡수능이 우수한 페라이트 물질들이 합성되어 세라믹타일 형태나 고무 등에 입자들을 고르게 분산시킨 Sheet형태로 사용되고 있다.대표적인 자성손실재료로는 Ferrite가 있는데 Hexagonal구조를 가지면서 보자력이 큰 Hard Ferrite 중 Ba Ferrite와 Spinel 구조를 가지면서 보자력이 작은 Soft Ferrite가 전파흡수체로 사용된다.- 전파흡수재료의 SEM사진 -위 3가지 물질들의 흡수방법, 흡수재료 및 흡수대역에 대해 정리 해보면 아래 표와 같을 것이다.종류흡수방법사용주파수흡수재료자성체자성손실KHz ~ 전파흡수도료, 전파흡수 sheet, 전파흡수판넬, 전파흡수 foam, 전파흡수 구조재 등으로 나눌 수 있다.-전파흡수도료 : 전파흡수도료는 형상이 복잡하고 앏은 두께가 요구되는 부위에 주로 사용된다. 특히 항공기는 표면형상이 약간만 변형되어도 공기역학적 특성이 나빠지며 무게증가를 최소화해야 하기 때문에 주로 도료의 형태로 사용하게 된다.전파흡수도료는 우수한 전파흡수능과 함께 내마모성, 인장강도, 내환경성 등을 동시에 갖추어야 하며 코팅두께를 정확히 유지하는 것이 매우 중요하다. 금속성 물질이 포함된 도료를 비교적 두껍게 칠해야 반사파를 흡수할 수 있기 때문에 항공기의 경우는 무게가 무시할 수 없을 정도로 증가하고 비행 중에 공기, 물방울, 이물질과 충돌할 때 쉽게 깎여나가는 단점이 있다.- 전파흡수도료 –-전파흡수 sheet : 합성고무매질에 적절한 전파흡수물질을 혼합하여 sheet의 형태로 제작하며 유연성 및 내환경성이 뛰어나 폭넓게 적용하고 있다. 단일층 전파흡수 sheet은 광대역 흡수제로 사용하기에는 한계가 있으므로 복층 또는 다층 전파흡수 sheet을 사용한다.- 전파흡수 sheet –-전파흡수판넬 : 유전물질 층과 저항막을 교대로 적층한 다층구조 형태의 전파흡수재료로서 전파흡수 sheet에 비해 훨씬 가볍고 광대역 흡수능을 발휘한다. 하지만 유연성이 없고 sheet보다 물리적 강도가 약해 선실외벽과 같은 부위에 주로 활용한다.- 전파흡수판넬 -- 전파흡수 foam : 폴리우레탄 foam에 탄소분말을 침적시킨 유전재료형태로 활용되며 내환경성 및 물리적 강도가 비교적 약하기 때문에 주로 실내에서 사용한다. 임피던스 값이 큰 층부터 작은 층을 순서대로 접착한 다층형 foam은 안테나 주위 등 오목한 공간의 레이더 반사 단면적을 줄이는데 활용하고 있다.- 전파흡수 foam –-전파흡수 구조재 : 전파흡수능과 기계적 강도를 동시에 보유하도록 설계한 복합재료로서 주로 군사용 용도로 사용된다. 마스트, 격납고, 전투포탑 등 함정 상부 구조물 제작에는 유리섬유로한다.2)스텔스 재료의 적용(군사분야)현대전투기의 탐지에는 주로 고주파레이더를 사용하는데 이러한 환경에 대응하기 위해 스텔스 재료로 자기성 흡수물질인 카보닐 철과 페라이트와 같은 철 화합물이 이용된다. 미군의 F-117 나이트호크는 외부 표면은 레이더 파를 흡수하는 기밀재질(RAM, Radar Absorption Material)로 코팅되어 있으며 동체 양쪽의 사각형의 공기 흡입구는 레이더 파를 흡수하는 재질로 만들어진 격자형 그릴로 덮혀있다. 엔진의 노즐부위는 열을 감지하여 추적하는 공대공 미사일을 회피하기 위하여 적외선 차폐 복합재료를 사용하였다.- F-117 Nighthawk –스웨덴의 비스비급 초계함은 외부선체를 100% 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)로 구성하였으며 이것은 선체의 중량감소에 따른 적재능력 및 속력증대와 더불어 레이더 신호와 자기 신호면에서 탐지가 어렵도록 스텔스성능을 강화하고 있다.- 스웨덴의 비스비급 코르벳함 -미 해군의 스텔스 함인 Sea Shadow는 F-117과 동일한 다이아몬드 커팅 외관을 가지고 있으며 A자형 프레임 안쪽에서 배기가스가 방출되어 열적외선 무기에 포착되지 않는다. 표면에는 역시 전파를 흡수하는 도료로 코팅되어 있다.- Sea Shadow 스텔스 함 –4.스텔스 재료의 동향앞으로 과학기술의 발전에 따라 목표물 감지 및 추적센서들도 신개념을 도입하면서 더욱 고도화될 전망이다. 레이더 분야에서는 송신안테나와 수신안테나가 상당한 거리를 두고 떨어진 bi-static 레이더와 레이져 빔을 이용한 레이더, 즉 레이져 레이더에 대한 연구가 상당히 진행된 상태이다. 적외선 탐지 분야에서는 다중밴드나 적외선 영역 밖의 다중 스펙트럼을 모두 활용하는 센서들의 출현이 예측된다. 그러므로 지금의 스텔스 재료의 흡수 기능으로는 스텔스 기능을 충분히 발휘하지 못할 것이 분명하다. 앞으로의 스텔스 재료는 어떠한 스팩트럼의 위협신호나 환경변화에 능동적으로 적응하여 주위환경과 완벽하게 조화할 수 있는 쪽으로 발전되야 할 것이다. 외부환경이김근홍)

공학/기술| 2009.06.21| 6페이지| 1,500원| 조회(766)

스텔스, 스텔스기술, 첨단세라믹, 스텔스재료, 첨단재료

미리보기

닫기