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창조론과 진화론 평가A+최고예요

- -Contents1. 창조론과 진화론의 논쟁2. 창조론과 진화론의 정의3. 창조론과 창조론의 비판4. 진화론과 진화론의 비판5. 결론6. Reference1. 창조론과 진화론의 논쟁창조론과 진화론의 과학적 증거를 제시하고 비판하기 이전에, 창조론과 진화론의 논쟁이 뭐 그리 중요하냐고 하는 사람들이 있다. 이러한 문제말고도 관심을 가져야 할 중요한 문제들이 많다는 것이다. 그러나 잠시만 생각해 보면 이 문제가 가장 근본적으로 중요하다는 것을 알 수 있다. 이 문제는, 우리와 이 우주가 어떻게 생겨나게 되었는가 하는 문제이다. 이를 설명하는 이론 중 하나는 창조주가 있다는 것이며, 다른 하나는 창조주가 없이 저절로 생겨났다는 것이다. 이 이외에는 다른 경우가 있을 수 없다. 만일 창조주가 있어서 어떤 목적을 가지고 우리를 만들었다면 우리는 그 뜻에 맞게 사는 것이 합당할 것이다. 만일 저절로 우연히 생겨났다면 우리는 우리 마음대로 살아도 될 것이다.지금의 세상은 진화론의 영향이 모든 분야에 영향을 미치고 있어서, 많은 사람들이 하나님을 떠나 사는데 사상적 배경을 제공하고 있다. 따라서 우주와 생명의 기원에 대한 바른 인식은 기독교 신자들뿐만 아니라 모든 사람들에게 필요한 일이다. 우주와 그 가운데 있는 생명체는 진화한 것인가, 아니면 창조된 것인가? 어떤 사람은, 만물이 저절로 진화했건 하나님에 의해 창조되었건 아득한 옛날에 일어난 일이 뭐 그리 중요한 일이냐고 할지 모른다. 그러나 이 문제는 사소한 문제가 아니다. 왜냐하면 기원에 관한 개인의 신앙은 자신의 존재에 대한 본질적인 의미와 궁극적 운명에 관한 견해를 크게 좌우하기 때문이다. 즉 기원에 대한 인간의 입장은 그의 생활철학을 바로 세우게 하는 표준과 같은 역할을 한다. 또한 생활 철학은 다시 인간의 행동에 직접적인 영향을 미친다. 오늘날 인간의 직면한 문제들(사회적, 정치적, 인종적, 생태학적)은 인간 행동의 직접 적인 결과이다.인간 행동은 세계관의 표현, 즉 세계관의 역동적 표출 과정이다. 만약 어떤 다양하므로 어느 하나로 한정짓기는 매우 힘들다 하지만, 일반적인 의미에서 창조란 이 우주 만물과 모든 생물들이 하나님의 초자연적인 활동에 의하여 탄생되었음을, 그리고 진화란 이 우주 만물과 모든 생물들이 자연적인 과정으로 탄생되었음을 말하는 것으로 정의할 수 있다.2)3. 창조론과 창조론의 비판자연신학적 창조론에 대한 생각은 고대에도 있었다. 대표적인 것이 에누마 엘리쉬(메소포타미아의 우주론적 사본)이며, 그 외 수메르의 에아 신화, 이집트의 라에 의한 창조 등이다. 그러나 그리스도교적인 입장에서는 유일신인 하느님이 태초에 완전한 자유의 입장에서 무로부터 우주 만물을 창조한 것을 가리킨다. 《창세기》 1장 1절에는 태초에 하나님이 천지를 창조하였다 고 밝히고 있다. 창조는 그리스도교 신앙과 신학에서 근본적인 개념이다. 창조 개념은 인간과 세계에 대한 삼위일체 하나님의 관계에 대한증언을 포괄적으로 규정한다. 창조의 인식은 신앙의 믿음 안에서 일어난다. 창조자와 창조에 대한 교회의 인식은 새로운 피조물”로서의 예수그리스도 안에 있는 존재의 확실성에 근거한다. 구원의 체험에 의해 비로소 모든 피조물은 하느님이 만든 것이라는 것을 인식케 한다. 창조는 지금까지 없었던 것을 있게 하는 것으로서, 제작이라는 말과 구별된다. 제작은 이미 있는 것을 다른 형태로 변형하여 만들지만, 창조는 아직까지 없었던 것을 세상에 내놓는 것이다. 성서에서의 창조는 하느님이 말씀으로 우주 만물을 창조하였고 이를 유지하며 그 목적을 달성한다. 하느님은 맨 처음 빛을 창조하였고, 이어서 물과 하늘, 흙과 식물, 천체, 물고기와 새, 동물, 기는 것, 인간의 순서로 6일간에 걸쳐 창조하였다.하지만, 찰스 다윈(Charles Darwin )이 주장한 진화론의 등장으로 창조론은 위협받았다. 더욱이 진화론적 철학이 교육을 비롯하여 정치, 종교, 산업 등 전 분야에 영향을 끼쳤다. 20세기후반에 미국을 비롯한 여러 나라에서 교과서의 교육과정에서 창조론을 가르치는 곳이 늘었고, 과학적 창조론을 주장하는 내용의 개념들을 이끌어 낸다.이 중 1번 항목에 치중하게되면 성경을 마치 과학 책처럼 다루게 되는 오류를 불러일으킨다. 성경의 어떤 구절로부터 과학적 사실을 추출하고자 하는 것과, 창세기 1장을 과학적으로 해석하려 하는 것들이 이에 해당되는데, 예를 들면 “바람의 경중을 정하시며 물을 되어 그 분량을 정하시며(욥기28:25)”라는 말씀이 바로 대기의 압력을 의미한다고 말하는 것과 창세기 1장에 나오는 궁창 위의 물이 실제 지구 대기를 둘러싸고 있었던 물 층(canopy theory)이라고 과학적으로 해석하는 것이다. 이러한 성경해석은 성경이 쓰여질 당시의 시대적 상황과 그 당시 사람들의 우주관, 그리고 하나님께서 그 구절을 기록하신 의도를 무시하는 위험한 해석이며 매우 자의적인 해석이라고 할 수 있겠다. 반대로 만약 2번 항목에 치중하게되면 과학 활동과 이성적 추론들을 필요이상으로 신뢰하게 되고 그러한 결과물로부터 하나님에 관한 지식을 얻을 수 있을 것이라는 주장을 하게된다. 서두에서 이미 언급했듯이 빅뱅이론이라는 현대의 표준우주론으로부터 하나님의 존재와 하나님의 창조, 그리고 하나님의 성품을 추출해내고자 하는 신학적 활동이 하나의 예가 될 것이다. 이는 물론 유신론적 진화론과는 거리가 멀지만 어떤 의미로는 유신론적 진화론과 같이 성경을 과학(또는 과학처럼 보이는 의사과학)과 타협시키려는 껄끄러운 시도인 것이다.여기에 대해서 좀 더 논의해보자. 물론 이는 “자연은 제 2의 성경”이라는 기준에서 볼 때 옳은 주장처럼 보이지만 과학적 방법과 신학적 방법의 한계를 무시한 저차원적 주장인 것이다. 이는 과학과 신학 그 두 분야에서의 전제 조건과 패러다임을 절대화시키고 역할분담을 혼동하는 우를 범하는 것이다. 예를 들어 시간을 초월하시고 무에서부터 시간과 공간을 창조하신 하나님이라는 신학적 개념을 “빅뱅”이라는 과학적 패러다임으로부터 추출해내었다고 하자. 이 경우, 만약 영원부터 존재해온 우주라는 새로운 이론이 과학계에 받아들여지게 되어 빅뱅이론이 버려지게 되면 어떻서 동물을 하등한 것과 고등한 것으로 분류하게 하고 진화사상을 낳게 한 토대가 되었다고 하지만 그 자신에서는 진화의 관념을 찾을 수 없다.근세에 들어와서 진화사상이 어느 정도 뚜렷이 나타나기 시작한 것은 18세기 중엽 프랑스에서였다. P. L. M. 모페르튀는 이름을 밝히지 않은 저서 《사람 및 동물의 기원》(1745)에서 식물과 동물의 종(種)의 변화에 관해 기술했는데 자연선택(自然選擇)의 원리가 예견된다고 평하는 사람도 있다. G. L. L. 뷔퐁은 《박물지》 제1권(1749)에서 지구의 역사를 다루고, 그 다음의 여러 권에서 생물의 변화문제에 언급하였는데 생물은 환경의 영향, 특히 온도와 먹이가 직접 원인이 되어 변한다고 하였다.18세기 말 영국에서 E. 다윈이 《주노미아：Zoonomia》(1794～1796)에서 생물계의 법칙성을 논하면서 생물의 욕구(欲求)가 작용을 일으키며, 그 결과 진보하고 대를 이어감에 따라 진화한다고 하였다. 그러므로 그는 J. 라마르크의 한 선구자인 셈이다. 그러나 그의 설은 아직 체계화된 것은 아니었다. 체계적인 진화론을 처음으로 제시한 사람은 라마르크이다. 그는 《동물철학》(1809)이라는 그의 저서에서 동물분류학?생명론?감각론과 함께 진화사상을 상세하게 기술하였다. 또, 《척추동물지》 제1권(1815) 서론에서 다시 이것을 논하였다. 라마르크는 무기물에서 자연발생(自然發生)한 미소한 원시적 생물이 그 구조에 따라 저절로 발달하여 복잡하게 된다는 전진적(前進的) 발달설과 습성에 의해 획득된 형질이 유전함으로써 발달한다는 설을 함께 설명하였다. 그는 전자로는 큰 동물 부류들이 단계적으로 배열됨을 설명하고 후자로는 종의 다양성을 설명하려고 하였다. 또한, 그는 동물은 내부감각으로 생기는 욕구로 진화한다고도 하였다. 라마르크의 학설은 당시에 실증적(實證的)인 생물학이 대두되고 있는 때였으므로 허무한 사변(思辯)이라고 묵살되거나 배격되었다. 그 이유는 당시 비교해부학자이며, 분류학자였던 창조론자 G. 퀴비에의 입김이 크게 작용했기 분야에 영향을 주었을 뿐만 아니라 사회사상에도 지대한 영향을 주었다. 이를테면 H. 스펜서가 제창한 사회다윈주의는 생존경쟁설(生存競爭說)에 따라 인종차별이나 약육강식을 합리화하여 강대국의 식민정책(植民政策)을 합리화하는 데 이용되었다.다윈 이후 진화학설에 관한 논의가 그치지 않았는데 그 쟁점의 하나는 라마르크와 마찬가지로 다윈도 믿었던 획득형질(獲得形質)의 유전문제였다. A. 바이스만은 이것을 부정하고 ‘생식질의 연속설’(1885)을 제창한 사람으로, 자연선택만능을 부르짖었으므로 이것을 ‘신다윈설(Neo - Darwinism)’이라고 한다. 이 신다윈설에 맞서서 획득형질의 유전을 주장하는 ‘신 라마르크설(Neo-Lamarckism)’도 나왔다. G. J. 로마네스, M. F. 바그너 등은 지리적 또는 생리적인 격리에 의한 교잡의 방지가 없이는 생물의 진화는 있을 수 없다는 ‘격리설’을 주장하였다. 19세기 말이 가까워짐에 따라 다윈설의 결함이 차차 드러나고 진화론에 입각한 계통탐구의 어려움이 인식되면서 생물학이 기재적 형태학(記載的形態學)으로부터 실험생물학으로 발전하기 시작함에 따라 진화론에 대한 관심이 차차 감소되었다.진화론이 동인(動因)이 되어 움트기 시작하던 유전 연구는 1900년 멘델리즘의 재발견을 기점으로 하여 새로운 전진을 시작했다. 그러나 20세기 초에는 유전자(遺傳子)의 불변성이 믿어졌고, W. L. 요한센은 순계설(純系說, 1903)을 내세워 선택은 순계의 분리에 소용될 뿐이며, 환경에 의한 변이는 진화에 중요하지 않다고 하였다. H. 드 브리스는 달맞이꽃의 연구로 돌연변이설(1901)을 세웠는데 진화는 순계에 있어서의 일련의 돌연변이로 말미암아 일어나며 자연선택은 별로 역할이 없다고 하였다. J. P. 로티는 교잡에 의하여 진화가 일어난다는 교잡설(1916)을 주장하였다. 이렇게 20세기 전 사반기에는 진화학설이 일면화한 경향이 있었고 유전학의 초기의 성과가 유전의 고정성만을 강조하는 인상이 짙었던 탓 등으로 인해 진화의 메커니즘에 관해서는되었다.

자연과학| 2007.03.13| 8페이지| 1,500원| 조회(1,005)

창조론, 기원, 진화론

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[세라믹성형]압출성형 평가C아쉬워요

압출 성형이란? 압출 성형 장치 압출 성형의 유동 특성 압출 성형시 사용되는 첨가제 압출 성형시 발생되는 결함 물레 성형, 롤러 기구 성형 및 가소성 압축 성형ContenstsIntroduction압출 성형 - 일반적으로 비교적 기물이 길고 기물의 형상이 대체로 좌우 대칭형인 제품들을 연속적으로 생산하는데 유용한 성형방법 - 봉형, 튜브형, 기판류, 하니컴, 필름 등의 생산에 이용 - 과거 점토, 자기질 산업에서 오랜 기간 사용 - 현재 SiC, SiN, 각종 산화물을 이용한 소재류의 생산에 이용 - 압출을 원활하게 하기 위한 건조와 소성시 결함발생의 제어가 제조상의 주요 관리 Factor - 원료가 금형을 통과시 원활하기 위한 금형의 설계가 중요 Factor압출 성형 장치Screw Type ExtruderPiston Type ExtruderScrew Type Extruder배토를 이기고 반죽하는 Pug부, 탈기를 하는 진공부, 압출을 실시하는 압출부로 구분 장점 - 혼합과 탈기 그리고 압출공정이 연속적으로 가능 단점 - 전단응력으로 인한 Auger와 Shredder, 실린더 배럴의 마모로 인한 오염과 Maintenance cost가 발생Piston Type Extruder장점 - Hydraulic Pump를 이용하여 비교적 고압의 성형 가능 - 구조가 간단하여 Maintenance각 용이 - 구조의 단순성으로 원료의 공급시 유동거동을 보다 용이하게 조절 가능 단점 - Batch Type으로 연속적인 작업이 곤란, 경제성이 상 대적으로 떨어짐 - 불연속적인 원료의 공급으로 인한 Flow patter의 변화 - 단속적인 원료의 공급으로 인한 Air의 유입으로 제품 의 결함 발생Dual Type ExtruderPiston Type Extruder의 단속적인 생산성 저하를 보완 하기 위해 개발된 Type Dual Type에 대한 보고는 있으나, 실제 운영 결과에 대해서는 알려져 있지 않음 두 개의 실린더가 하나의 피스톤을 갖는 구조로 원 료를 실린더에 장입하고 진공작업이 진행되는 동안 다른 한쪽 실린더에서 압출을 진해하는 시스템 Piston Type Extruder보다는 어느 정도의 Loss Time을 줄일 수 있다는 장점DieExtrusion die for ceramic productsExtrusion die for ceramic honeycombDie최종 제품의 형상을 결정하는 Extrusion장치에서 가장 중요한 부분 최종 제품의 형상과 압출시의 유동 특성 등을 고려 하여 설계 고려해야 할 Factor - 단순해야 한다. - 만약 Spider가 사용될 경우 가능한 Open flow area가 커야 한다. - 대체로 원료의 입사각은 25° 안쪽으로 설계 - Die의 뒤쪽인 원료공급부분과 앞쪽의 원료 압출부분의 면 적 비율은 적절해야 한다. - 경제성을 고려 - 좌우 대칭성이 좋아야 한다.압출 성형의 유동 특성성형이 진행되는 동안 Screw 또는 Piston에 의해 발생되는 Driving Force는 원료의 저항 력과 실린더 배럴내의 마찰 력보다 크게 작용 흐름을 일으키는 압력은 실 린더 배럴내에서 가장 크고, 금형을 통과하며 감소 통과 후 Finishing Tube를 진 행하며 압력이 감소압출 성형의 유동 특성Extruder내에서의 흐름 특성 - 실린더 벽면에서의 Slippage mechanism, 압출시의 Differential laminar flow, Die의 기하학적인 구 조, 원료의 유동특성에 따라 결정 - 압출기 내에서 압력을 받은 액체 의 이동은 원료의 수분구배를 일 으키며, 이러한 Slippage mechanism, Differential flow, 수분 거동에 따라 제품의 결함과 표면 의 Smoothness, 압출시 입자의 배 향정도가 결정Velocity profiles압출 성형의 유동 특성Piston Type - 피스톤에 의해 가해지는 구동력과 실린더 벽면의 마 찰력에 의해 실린더 벽면쪽에서 최대 전단력 발생, 이 로 인해 Differential flow가 발생 τ=γ(P1-P2)/2L=γΔP/2L Screw Type - 압출력은 원료의 전진속도는 중심부에서 최소값을 Auger날개 표면에서 최대값 - 실린더 배럴의 거칠음 정도, 실린더 배럴 길이와 배럴 의 단면적의 비에 따라 흐름의 정도 변화압출 성형의 유동 특성Axial stress during stead-state extrusion in a rigid tube압출 성형시 사용되는 첨가제해교, 분산, 소포, 습윤제 역할계면 활성제다공성 기물 성형발 포 제성형성의 증가세균 증식제숙성중에 일어나는 균을 방지하여 안정화살 균 제희망 기포의 강화기포 안정화제기포 방지소 포 제전하 조정, 인화성 및 폭발성 방지대전 방지제가압중의 수분 분리 방지수분 결합제표면 장력의 저하균열 방지제pH조정, 입자 표면의 전하 조절하여 1차 입자를 분산해 교 제레오로지칼 조제, 가소성과 유연성 부여가 소 제배토의 윤활성 부여, 탈형의 용이윤 활 제성형제의 건조강도 유지, 성형성 부여결 합 제기 능첨 가 제Additives압출 성형시 사용되는 첨가제Water, 기타8~25%용 매Triethylene glycol, Polyethylene glycol, Alkyl ether0.001~2%보 습 제Polypropylene glycol, Glycelin2~10%가 소 제PVA, Methyl cellulose, Starch1~6%결 합 제재 료 명첨 가 량종 류Forming Additives for Extrusion of Non-plastic Material압출 성형시 발생되는 결함Insufficient strength - 배토의 Hardness는 용매의 양을 감소 또는 콜로이드 입자의 증가와 바인더(Gels)의 사용량 증가로 해결 Crack과 박리 - 대개의 크랙과 박리는 스프링백의 차이 또는 건조수 축의 차이에 의해 발생 - 콜로이드 물질의 증가, 바인더(Gels) 사용량의 증가 또는 분자량이 큰 바인더(Gels)의 사용으로 해결압출 성형시 발생되는 결함Craters and Blisters - Craters는 공기가 탈출한 후에 생긴 분화구 모양의 불량, Blisters는 공기의 탈출이 완전치 못하여 발생된 부풀음으로 원료중의 공기를 잘 제거하기 위한 진공 처리 중요 - 액체의 이동이 없이 균일한 원료의 혼합상태를 유지 하도록 하여 건조시의 불량 발생을 제어 Periodic surface lamination - 압출 압력이 지나치게 높을 때, Die 표면이 거칠어 벽면과 마찰이 클 경우, 스프링백이 클 때 발생 - 표면의 윤활성 증진, 바인더와 액상량의 증가, 또는 압출 속도를 높여서 제거압출 성형시 발생되는 결함말림 - 튜브형과 같이 중앙이 비어있는 제품의 제조시 Core rod에 의해서 흐름의 차이가 발생하고, 이것에 의해 제품의 말림이 발생 - Core rod에 의한 마찰력의 균형을 잘 맞추어 흐름의 상태를 잘 조절해 말림문제 해결 S형 Crack - Screw형 압출기에서 봉형등의 제조시 단면에 S자형 의 Crack 발생, 압출시 Auger에 의한 중앙 부위의 원 료 공동화 현상에 기인 - 압출 압력을 충분히 높이거나 원료의 흐름을 재조정 하여 Distributor또는 Holley plate를 적절히 사용하여 해결압출 성형시 발생되는 결함Crow foot cracksSurface LamminationFlow profile around a cylindrical core rod물레 성형공동형 제품을 회전하는 바퀴 위의 지지된 재료에 대하여 손으로 압축함으로써 성형하 는 방법 현재 이 공정들은 고도로 기계화되었으며, 다양한 내화물과 표면 요철을 가진 전기용 자기 소자들, 가구용 자기, 요리용 그릇 및 파인 차이나를 만드는데 사용롤러 기구 성형 및 가소성 압출 성형이 두 가지 성형방법의 매개변수는 공급재료의 두께 와 직경, 두께 감소비, 재료의 유동 속도, 표면 형태, 윤 곽을 만드는 기구의 움직임과 그의 윤활, 부과된 진공, 압력, 온도, 소지의 유동 특성들을 포함 가소성 압축 성형 – 닫힘 속도(closure rate)는 틀의 공 동(die cavity)이 채워질 때까지는 비교적 빠르고, 층류 의 속도는 단편의 중앙근처에서 더 높다. 롤러기구 – 표면 근처의 높은 전다 때문에 과율과 체 류 시간이 충분히 높다면, 부품의 합체와 탈수가 일어 날 수 있다.롤러 기구 성형 및 가소성 압출 성형결함 - 압출된 재료 안에서 관찰된 것들을 포함 가소성 압축 성형 – 세밀한 표면 요철을 가진 큰 형태와 비교적 깊은 대칭성 형태를 가진 큰 모양을 성형하기 위하여 흔히 사용 물레서여형. 롤러 기구 성형 - 비교적 얇은 5mm아하의 별돌, 벽을 가진 원형 타원형, 더 깊은 원통형을 성형시 사용{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2007.03.13| 21페이지| 1,500원| 조회(1,552)

압출, 금형, 성형, 기물, factor

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[전자세라믹스]초임계유체 평가A좋아요

Ⅰ. Introduction of supercritical fluids① 초임계 유체의 정의일반적으로 액체와 기체의 두 상태가 서로 분간할 수 없게 되는 임계상태에서의 온도와 이 때의 증기압을 임계점이라고 한다. 일반적으로 기체는 임계온도 이하로 온도를 내리지 않는 한 아무리 압력을 가하여도 액화되지 않는다. 따라서 초임계유체란 "임계 온도와 압력 이상에서 있는 유체"로 정의임계 온도와 압력 이상에서 있는 유체를 말한다.CO2의 상태도에서 임계 온도(TC) 이상과 임계 압력(PC) 이상의 영역을 초임계 영역이라고 정의한다. 초임계 유체는 아주 높은 밀도를 갖는다. 중요한 특성으로는 임계온도(TC) 이상의 특성으로 어떤 압력 하에서도 응축이 일어나지 않는다는 것이다 .초임계 유체는 액체와 비슷한 용매화하는 성질과 가스와 비슷한 확산과 점도를 갖는다. 이 때문에 유체는 갈라진 틈과 경계층 막을 빠르게 투과하여 그곳에 포함된 유기물과 무기물 오염을 완전하게 제거한다. 더욱이 초임계와 임계값 이하 사이로 주기적인 압력을 가함으로써 입자들은 맥동 상이 팽창하는 동안 효과적으로 제거되어진다.② 초임계 유체의 특성용매의 물성은 분자의 종류와 분자사이의 거리에 따라 결정되는 분자간 상호작용에 따라 결정된다. 따라서 액체 용매는 비압축성이기 때문에 분자간 거리는 거의 변화하지 않아 단일 용매로서는 커다란 물성의 변화를 기대하기 어렵다. 이에 비해 초임계 유체는 밀도를 이상기체에 가까운 희박상태에서부터 액체 밀도에 가까운 고 밀도 상태까지 연속적으로 변화시킬 수 있기 때문에 유체의 평형 물성 (용해도, entrainer 효과), 전달 물성 (점도, 확산계수, 열전도도) 뿐만 아니라 용매화 및 분자 clustering 상태를 조절할 수 있다. 따라서 이러한 물성 조절의 용이성을 반응과 분리 등의 공정에 이용하면 단일 용매로 여러 종류의 액체용매에 상응하는 용매 특성을 얻을 수 있다. 즉 압력과 온도를 변화시킴으로서 물성을 원하는 상태로 조율할 수 있다. 또한 상온에서 기체상태인 . 그리고 이렇게 액체와 기체의 중간적인 성격을 지닌 물질을 초임계 용액(Supercritical Fluid)이라 한다. 이 초임계 용액은 Liquid상이 가지는 용해력과 Gas상이 가지는 확산성을 동시에 지니고 있어서 추출 시스템의 용매나 Chromatography에 있어서 유동상(Mobile Phase)으로서 아주 이상적이라고 할 수 있다.또 초임계 용액은 고온, 고압에서 특히 고압일수록 더 큰 용해능력을 지니는 압력 의존적인 용해 능력을 지니고 있다. 그리고 이러한 특성은 정제, 추출, 분별 그리고 다양한 재료의 재결정화 등에 응용될 수 있다. 압력 의존적인 초임계 용매의 용해력은 CO2 의 임계 압력보다 낮은 압력에서는 거의 0에 가까운 용해 능력을 보이지만 압력이 올라갈수록 용해 능력이 급격히 상승함을 알 수 있다. 이와 같은 용해 형태는 초임계 용액에 녹는 화합물에 있어 매우 보편적인 것이다. 그리고 이러한 용해 능력을 바탕으로 분리와 정제 공정 등에서 추출용매로서 초임계 용액이 사용되고 있다.● 초임계유체추출(supercritical fluid extraction)분리 공정초임계 추출 공정현재까지 사용되는 많은 추출기법들은 주로 20세기 이전에 개발된 방법이다. 최근엔 자동화된 Soxhlet 추출이 추출방법론에서의 가격 효율성과 폐기물 감소라는 이점을 지님에 따라 상용화되고 있다. 그리고 초음파추출의 경우도 고형체 추출의 또다른 수단으로 사용된다.하지만 이러한 모든 종류의 추출기법은 고형체에서의 추출에 있어 유독성의 유기적 용매에 의존하고 있고 범위 또한 화학적 분석을 위한 미량의 용매추출에 집중되어 있다. 이에 비해 초임계 추출(Supercritical Fluid Extraction)은 전통적 용매 추출을 넘어선 괄목할 만한 발전이라고 할 수 있다. 그것은 Supercritical Fluid Extraction의 대량 추출 매체로 주로 사용되는 CO2가 저렴하면서도 훌륭한 물리적 성능(무독성, 비착화성, 낮은 초임계점)을 지니고 있고, 어떤 추출산에 관심을 가져야 할 때"라고 지적하고 "초임계 유체에 따른 건식염색기법 등은 첨단 차세대 신기술인 만큼 국가차원에서의 지원이 필수"라고 강조 초임계상 그린용매 건식(무수)염색공정했다.한편 그린텍21은 두 교수의 제자 등 여섯명이 창업에 참여했으며, 전국 관련 분야 대학교수 29명과 협력계약을 체결해 전국적인 벤처네트워크 활동을 전개하고 있다. 또한 천연의약 개발에 주력하는 동시에 환경친화 기술개발 분야로 오존층 파괴용제를 대신해 청정용제를 사용하는 건식 초순수 세정기술 난분해성 폐수의 완전 분해기술, 폐프라스틱 등의 폐자원 재활용기술, 폐수방출을 근원적으로 제거한 건식 염색기술의 상용화에도 박차를 가할 방침이다.● 초임계 유체를 이용한 건식염색기술[인용]초임계상 그린용매 건식(무수) 염색공정 장치섬유산업은 우리나라뿐만 아니라 세계적으로 고부가가치 산업으로 발전하고 있다. 과거 우리나라는 저가로 대량의 섬유나 의류를 제조하여 수출전략상품으로 발전하였으나, 최근에는 고가의 고급제품으로 변화하고 있다. 한편, 염색공정은 섬유나 의류의 제조에 필수적으로 수반되어야 한다. 그러나 물을 사용하는 전통적인 습식 염색공정의 전처리 단계에서는 강 염기제, 약산, 그리고 세척 과정을 거친 후, 분산염료 수용액 상에서 염색을 하게 된다. 따라서, 염색 준비단계에서는 화학폐수가 염색단계 자체에서는 염료폐수가 발생하는 근본적인 문제를 지니고 있다.이와 같이 다량의 환경 오염물을 배출하는 염색공정이 섬유산업 발전에 커다란 장애요인이 되고 있으며, 이는 국내만이 아니라 국외에서도 문제가 되고 있다. 이로 인하여 국제적으로 염색공정에 대한 엄격한 규제가 증가되고 있다. 예를 들면, 앞으로는 발암성 염료를 사용한 섬유제품 및 환경 오염물질을 일정 기준 초과하면서 생산된 섬유제품은 국제시장에서 거래를 금지시키려는 분위기가 조성되고 있다. 이를 해결할 수 있는 기술개발을 소홀히 하면 선진국에서 제공하는 염료, 염색기술 및 장비를 수입하여 사용하여야 할 것이다.현재 선진국에서는 이를 해결하기게 되었다. 직물 제조장치들은 약 100년 동안 현재 기술에 의존해 왔지만, 초임계 풀칠은 산업을 더욱 더 값싸고, 빠르며 소규모이면서도 청정한 공정이 되도록 할 것이다.③ 건식세정 기술초임게 유체 건식세정 원리세정기술은 습식 세정법과 건식 세정법으로 구분할 수 있다. 물을 이용하 는 습식법은 세정 후 오랜 건조시간과 건조물의 부식을 유발하고 다량의 폐수를 유발한다. 한편, CFC나 perc 등 각종 유기 화합물질을 사용하는 전통적인 건식법은 습식세정의 한계를 보완할 뿐 아니라 탁월한 세정 효과를 갖고 있어 그 동안 전자부품, 반도체 등의 정밀 세정에 사용되어 왔다. 그러나, 이와 같은 물질들은 오존층의 파괴 및 환경오염의 문제로 인하여 점차 사용이 금지되고 있다. 따라서 환경 친화적인 세정용매의 개발에 심혈을 기울이고 있으며, 이의 일환으로 초임계 이산화탄소를 용매로 사용하는 건식 세정기술을 개발하고 있다.초임계 유체를 이용하는 건식 세정기술의 원리 및 공정은 매우 단순하다. 이산화탄소를 용매로 사용하는 경우에는, 펌프를 이용하여 기체를 임계 압력 이상으로 가압하여 액체로 상변화시킨 후 임계 온도 이상으로 온도를 유지시키면 사용에 적합한 초임계 유체상태로 머물게 한다. 제거하고자 하는 불순물들을 초임계 이산화탄소에 용해시킨 후 이를 분리조로 이동시킨 후 압력을 낮추면 이산화탄소는 불순물들과 분리되어 기체상태로 된다. 분리된 기체 이산화탄소는 냉각되어 액체 상태로 전환되고 이를 온도를 올려서 초임계 상태로 변환 순환시킴으로서 세정공정에 재이용되는 순환사이클을 반복한다.초임계 유체 건식세정 장치도이와 같은 기술을 이용하면 피복의 세탁은 물론이고, 고순도의 세정이 요구되는 반도체 웨이퍼의 표면세정과 미세한 기공으로 이루어진 소재의 세정에 적용될 수 있다. 이때 세정원리는 동일하며, 부품 표면과 내부에 반데르발스 인력 등에 의해서 부착되어 있는 오염물들을 초임계 상 그린용매의 강한 용해력을 이용하여 원하는 수준까지 오염물의 농도를 낮출 수 있다.초임계 유체를 이용한수 있는 대표적인 초임계 유체들로 초임계 상태의 이산화탄소, 메탄올, 에탄올, n-hexane 등을 들 수 있다. 이 물질들의 임계점 조건, 즉 임계 온도와 임계 압력은 첨부한 참고 문헌에서 찾아볼 수 있다.초임계 유체 중에서 크로마토그라피의 이동상으로 주로 사용되는 것은 초임계 이산화탄소이다. 초임계 이산화탄소는 비극성이거나, 극성이 약한 물질에 대하여는 매우 높은 용해도를 나타내지만, 극성이 강한 물질에 대해서는 용해력(solvation power)이 부족하므로, 에탄올 또는 메탄올 등과 같은 첨가제(modifier)를 이용하여 극성 분자들에 대한 용해력을 향상시키기도 한다. 에탄올과 메탄올이 modifier로 주로 사용되는 것은, 초임계 이산화탄소와 혼합할 때, 전 농도 범위에서 안정한 단일상을 유지하기 때문이다. 초임계 이산화탄소는 온도, 압력과 같은 거시 물성 조절을 통하여 밀도, 압축률, 용해력, 반응 속도 등을 넓은 범위에서 변화시킬 수 있다. 일반적으로, SFC의 경우에는 압력을 변화시킴으로써 원하는 크로마토그라피 분리를 가능하게 하는 이동상의 특성을 확보할 수 있다.초임계 유체 크로마토그라피(SFC) 기술은 기체 크로마토그라피(GC)와 액체 크로마토그라피(HPLC) 기술 사이의 중간 형태 기술로 생각될 수 있으나, 양 크로마토그라피 기술들이 가지는 장점들을 공유하는 것 이외에도 전혀 새로운 특징적인 장점들을 보유하고 있다. 모세관 칼럼(capillary column)과 충전 칼럼(packed column) 모두 사용될 수 있으나, 최근에는 대용량의 분리 조작을 위하여 충전 칼럼을 활용하는 기술이 활발히 연구 개발되고 있다. 이동상에서의 용질(solute)들의 확산 속도를 비교하면, SFC의 경우가 HPLC의 경우에 비하여 대략 3～5배 이상 빠르다. 따라서 SFC 기술은 특별히 HPLC 분리 조작에서 긴 처리시간(또는 분석시간)을 요하는 경우에 대하여 탁월하다. 최근의 주된 관심사인 조합화학(combinatorial chemistry) 기술에 있다.

공학/기술| 2006.06.03| 31페이지| 1,500원| 조회(680)

유체, 초임계유체, co2, 전자세라믹스, 임계유체

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[재료공학]ZnO 형광체

Ⅰ. ZnO의 일반적 특성ZnO의 일반적인 특성은 다음과 같다.- Molecular weight : 82.83- Melting point : 2,000℃- Dielectric constant : 9.15- Density : 5.47 - 5.78- Zn-O Distance : 1.95Å - 1.98Å- 묽은 산 및 진한 알칼리에 용해된다.- 약 300℃ 이상으로 가열하면 황색이 되나 냉각하면 다시 백색이 된다.- Oxygen Vacancy의 양에 따라서 색상이 White에서 Yellow로 변한다.ZnO는 육방정계의 Wurtzite 구조의 결정을 가지고 있다. 일반적인 격자상수는 a=3.250Å, c=5.206Å으로 c/a 의 값이 1.60으로 이상적인 Wurtzite 구조의 비인 1.633보다 다소 작다. Table. 1에 ZnO의 Physical characteristics를 나타내었으며, 그림에 ZnO의 구조를 나타내었다.Table. Physical characteristics of ZnO순수한 ZnO는 상온에서 3.2 - 3.3eV 정도의 비교적 넓은 band gap을 갖고 있으며 불순물의 첨가에 의해 쉽게 전도도를 향상시킬 수도 있기 때문에 전기적, 광학적으로 주목을 받고 있는 재료이다. 일반적인 제조법에서는 화학양론적인 ZnO를 제조할 수 없으며 보통 n-type의 전도성 ZnO 결정이 만들어 진다. 이러한 n-type 전도도는 donor로 작용하는 과잉의 Zn와 oxygen vacancy에 의한 것으로, 이 때문에 비화학양론적인 ZnO1-X 화합물이 만들어지게 되며 구조 또한 약간의 불규칙성을 포함하게 된다.Fig. 1 ZnO의 결정 구조Ⅱ. ZnO의 광학적 성질ZnO의 광학적 성질은 He-Cd laser(λ=325nm)나 전자빔을 이용한 PL / CL 연구를 통하여 주로 이루어지고 있으며, near band edge emission(NBE)과 defect에 기인한 주황색, 녹색 발광이 관측된다. ZnO의 경우는 흔히 관찰되는 녹색(510nm, 2.4eV), 적색(650nm, 1.9eV), 황색(590nm, 2.1eV) 등에 대한 발광의 원인에 대하여 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 결함에 의한 발광의 원인으로는 기본적으로 비화학양론과 관련한 공공 및 침입형 결함 등의 내재적 결합에 기인하는 것과 wafer 제작시 공정상에서 주입되는 불순물에 의한 외부 결함으로 나눌 수 있다. 내재적 결함으로는 주로 산소 공공과 침입형 Zn에 의한 주개 준위와 Zn 공공 또는 OZn 등에 의해 받개 준위가 형성되는 것 등으로 알려져 있으나 얕은 주개 준위의 원천에 대하여는 아직도 많은 논란이 있다.ZnO의 녹색 및 오렌지색 발광은 각각 산소 공공 및 Zn 침입형 주개 준위에서 받개 준위로의 주개-받개(donor-acceptor, D-A)전이로 알려지고 있다. Reynolds 등에 의하면 산소를 불어 넣으면서 분자선 증착법으로 성장한 GaN와 ZnO의 겨우, GaN의 황색 발광의 원인은 얕은 주개 준위로부터 VGa 3가의 받개와 그 주위에서 결합을 하고 있는 1가 ON 주개 준위가 결합한 2가의 VGa-ON 받개와 그 주위의 1가 ClO 주개 준위가 결합한 1가의 VZn-ClO 받개 준위로 전이하여 녹색 발광을 일으키는 것으로 GaN의 경우 2가의 받개 복합물 준위가 결합에너지가 1가의 ZnO 받개 복합물 결합에너지보다 커서 가전자로 좀더 높은 에너지 준위에 위치하여 이와 같은 발광 스펙트럼을 가진다고 알려져 있다. 따라서 ZnO의 녹색 발광은 N이 부족한 GaN의 경우 흔히 관찰되는 황색 발광과 유사한 특성을 갖는다. Table. 2에서는 이러한 ZnO의 특성을 비교하여 나타내었다.Table. 2 Basic properties of the candidate materials for a short wavelengthlight emitting diode and laser diode결정구조밴드갭(eV @RT)Lattice constant엑시톤 결합에너지(meV)cohesive energy(eV)melting point(℃)a(Å)c(Å)GaNWurtzite(hexagonal)3.43.1895.185242.241973ZnSeZinc blende2.75.668-191.291520ZnSWurtzite(Zinc blende)3.83.826(5.41)6.261(-)391.591850ZnOWurtzite(hexagonal)3.373.2495.207601.892250Ⅲ. ZnO의 발광특성순수한 ZnO는 505nm에서 510nm 사이에서의 green emission과 UV 영역에서의 edge emission이 관찰된다고 보고되고 있으며, 이 중에서 UV 영역의 edge emission은 ZnO의 exciton 구조와 관련되어 있는 것으로 알려져 있다. ZnO의 green emission의 경우에는 mechanism을 규명하기 위해 많은 연구가 진행되어 왔으나 아직도 그 정확한 설명은 이루어지지 않은 상태이며 최근에는 green emission이 순수한 ZnO 내부의 결함구조에 기인한 것이라는 주장이 설득력있게 받아들여지고 있다.ZnO의 발광은 전계 발광이 최근 들어 몇 그룹에서 불안정하게나마 보고되고 있으며, 레이징은 광학적 여기에 의한 것만이 보고되고 있다. 레이징의 메카니즘은 각각 자유 엑시톤(free-exciton), 전자-정공쌍 플라즈마(electron-hole plasma, EHP), 그리고 엑시톤간(exciton-exciton)의 충돌에 기인한다고 보고되고 있다.ZnO에 약한 빛을 쏘여주면 일단 자유 엑시톤에 의한 PL 현상이 나타나며, 다시 좀더 강한 빛을 주어 문턱 강도(threshold intensity)이상의 광학적 여기를 시키면 엑시톤-엑시톤 간의 충돌에 의해 새로운 발광(흔히 P-line 또는 P-band 라고 부른다.)이 일어난다. 이는 기존의 자유 엑시톤보다 약간 낮은 발광 에너지를 갖는데 이 차이는 대략 엑시톤 결합 에너지와 같다. 엑시톤-엑시톤 충돌과 발광 현상은 다음 식을 설명할 수 있다.exciton(A) + exciton(B) -> electron + hole + photon위 식에서 보이는 것처럼 두 개의 엑시톤이 서로 충돌하게 되면 하나의 엑시톤이 다른 엑시톤에게 에너지를 주어서 엑시톤 결합을 끊게 하고 그 자신은 다시 재결합하여 빛으로 에너지를 방출하게 된다. 따라서 이 때 나오는 광자는 엑시톤의 결합을 깨는데 필요한 에너지를 다른 엑시톤에 주기 때문에 그 만큼의 에너지가 줄어들게 된다. H. D. Sun 등은 이러한 특징을 이용하여 ZnO의 엑시톤 결합 에너지를 측정하였다. 엑시톤과 엑시톤의 충돌에 의한 발광은 자유 엑시톤의 자발 방출과는 다른 과정으로 자극 방출이라고 볼 수 있다. ZnO에서 광학적 여기에 의한 자발방출과 자극 방출의 차이는 앞서 설명한 방출되는 파장의 위치 또는 에너지의 크기가 다른 것을 확인할 수 있다. 또한, 여기 강도에 따라 발광 강도가 갑자기 지수함수적으로 증가하는 거동을 보인다.그리고 다시 좀더 강하게 광학적 여기를 시키면 EHP에 의한 레이징이 일어나게 된다. 어떤 물질 내에 엑시톤의 수가 많아지게 되면 엑시톤을 집단적인 형태로 새롭게 분석해야 하는데 이를 EHP라 한다. ZnO에서 EHP에 의한 발광이 나타나게 되면 엑시톤-엑시톤 충돌에 의한 발광 에너지보다 좀 더 작은 발광 에너지를 가지게 된다.레이징은 강한 광학적, 전기적 여기를 통해 이루어지는 과정이므로 ZnO에서의 궁극적인 레이징은 이와 같은 EHP에 의해 일어나게 된다. 여기서 말하는 EHP는 전자-정공 쌍 (electron-hole pair, EHP)과는 다른 것으로 주의해야 한다. Fig. 2는 D. M. Bagnall 등이 광학적 여기를 통해 ZnO 내에 엑시톤에 의한 발광 변화를 나타낸 그림이다.Fig. 2 여기강도에 따른 ZnO 발광특성ZnO 내에는 자유 엑시톤도 존재하지만 도너에 구속된 엑시톤과 억셉터에 구속된 엑시톤도 관찰된다. 이러한 엑시톤은 모두 저온 PL 측정에서만 관찰되는 것이며, 상온에서는 여러 발광 피크들이 합쳐진 상태로 흔히 말하는 NBE 발광으로 관찰된다. ZnO에서 자유 엑시톤, 도너 및 억셉터에 구속된 발광 에너지는 Table. 3에 나타내었다.Table. 3 저온 PL에서의 ZnO 발광 원인별 영역Ⅳ. ZnO의 발광 메카니즘ZnO는 자연적인 결함으로 인해 밴드갭 내부에 많은 결함에 의한 준위를 형성하게 된다. 이 ZnO의 자연적인 내부 결함에 대하여서는 많은 연구결과와 보고가 있으나 그것에 의한 발광 메카니즘의 규명은 아직 명확하지 않다.ZnO는 매우 다양한 종류의 자연적인 결함을 갖고 있다. 침입형 Zn의 경우 전도대 가장자리에서 -0.05eV 또는 -0.2eV가 보고되고 있으며, O 공공의 경우 -0.05eV 또는 -2.0eV로 보고되는 경우도 있다. Gopel 등에 의하면 O 공공의 경우 도너로 작용을 하게 되며 conduction band edge에서 -0.04eV 또는 -0.19eV에 위치하고, Zn 공공의 경우 -2.5eV 떨어져 있다고 보고되었다. 일반적으로 ZnO 내에 UV 발광은 포괄적으로 NBE발광이라고 부르며, 녹색 및 가시광 영역의 발광은 O 공공에 의한 도너 준위에서 Zn 공공에 의한 억셉터 준위간의 발광임을 알 수 있으나 아직도 많은 연구가 진행 중이다. 이러한 ZnI의 자연적인 결함에 따른 발광은 앞서 말한 것과 같이 현재까지도 연구 그룹마다 다소의 차이를 보이고 있다.

공학/기술| 2006.06.03| 7페이지| 2,000원| 조회(3,128)

형광체, ZnO, 산화아연

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[스피노달]Spinodal Decomposition

Spinodal Decomposition===========================================================♠상평형적 해석상평형은 형성되는 상의 종류, 수 및 조성을 결정한다. 분상된 미세구조의 크기와 형상은 속도론적 과정에 의해서도 영향을 받는다. 깁스(Gibbs)는 처음으로 상분리가 정도에 있어서는 크고 공간적인 양으로는 작거나, 정도에 있어서는 작고 공간적인 양으로는 크게 일어난다는 점을 지적하였다. 스피노달 분해(spinodal deposition)는 넓은 범위에서 조성의 작은 파동이 분해된 상들의 조성이 평형값이 도달할 때까지 증폭된다. 이 과정으로부터 상분리의 후반부에서 상이한 구조가 형성된다.스피노달 분해(Spinodal decomposition)이라 함은 합금 AB(조성:X0)를 고온(T1)에서 용체화처리하고 저온(T2)로 quenchingdmf 시켰을 때 모든 곳에서 조성은 같지만 조성의 작은 요동(fluctuation)에 의해 A가 만은 지역과 B가 많은 지역으로 상분리함으로써 전체 자유에너지가 감소되기 때문에 곧 불안정하게 되어 조성 구배의 반대방향으로 역방향 확산(up-hill diffusion)이 일어나 분해되는 것을 말한다. 즉 다음 식이 만족될 때 Spinodal 분해가 일어난다.그림 1. Phase diagram for mixture : (a) UCST, (b) LCST♠열역학적 해석Spinodal Decomposition이 일반적인 ppt성장과 다른 점은 uphill diffusion이라 할 수 있다.up-hill diffusion이 가능한 이유는 다소 복잡한 과정을 거쳐J = D dC/dz, D = MG''그러므로 확산의 방향은 G'' 에 의존한다. spinodal에서는 G'' 값이 negative이므로 up-hill diffusion 가능한 것도 하나의 이유이다.spinodal에서의 uphill diffusion이 가능하게 된 driving force는 chemical potential의 차이: [μ2-μ1] 이지만, 그러나 결과를 atom의 flux, J 식으로 표시하면 표시가능하다. spinodal의 inhibitor는 gradient energy와 strain energy가 있다.①Gradient energy : 개별 atom 주위로 조성이 다르면(sharp하게) binding energy의 차이가 있고(예를 들면, 좌?우), 이로 인해 chemical potential의 차이가 발생할 것이다. 즉, 조성 차가 매우 심해 특정 원소의 좌?우로 binding energy가 다르다고 느끼는 것에 의해 생성되는 energy이다. 이 경우 chemical potential의 변화는 위치에 따른 조성의 curvature의 (∂2x/∂z2) 함수이다.[μ2-μ1][Gradient] = -2K∂2x2/∂z2②Strain energy : 조성 x2로 homogeneous한 unstrained solid의 lattice parameter가 a0라면, 조성이 바뀜에 따라 lattice parameter가 da 만큼 바뀔 것이고, 이를 η=1/a0 (da/dx2)를 이용하여 표시하고 이로 인한 chemical potential의 차이는 다음과 같다.[μ2-μ1][strain] = 2η2Ydx2/dZ Y=E/(1-ν)spinodal의 driving force와 inhibitor를 모두 한 식에 넣어 diffusion식으로 쓰면,(J2)T = -MG''∂C2/∂Z + M?2K∂3C2/∂Z3 - M?2η2Y∂C2/∂Z※위의 식을 Fick's 2nd law 유도에서와 같이 연속식(-∂J/∂Z=∂C/∂t)에 넣어 보면,∂C2/∂t=-M[(G''+2η2Y)∂2C2/∂Z2 - 2K∂4C2/∂Z4M, G'',η, Y, K를 상수로 미분방정식 위 식의 해를 조성 profile로 구하면, 모상에서 자발적으로 segregate되는 spinodal ppt의 간격을 구할 수 있다.C2-C0=eR(λ)t cos2π/λ?Z여기서 time coefficient, R(λ)는R(λ) =-M?4π2/λ2 [G'' + 2η2Y + 8π2K/λ2]※ R(λ)가 +일 때만 cluster는 시간에 따라 성장한다.위 식의 []안의 뒷 두 term은 모두 +이므로, G''이 -일 때만 성장 가능하다.∴spontaneous decomposition은 조성, 온도가 모두 G''〈 0 인 영역에서 가능. (사실은 ｜G''｜〉 2η2Y + 8π2K/λ2 )※G'' + 2η2Y = 0인 조성과 온도의 locus ⇒“coherent spinodal"※atom이 λm/2 거리까지 확산되는 시간을 앎으로서 spontaneous decomposition의 시간 의존성을 알 수 있다.다음 식(확산거리= R=2.45√Dt ) 으로부터,t?(½λm)2/6｜D｜ = λm2/24｜D｜typical한 값을 넣으면, 즉, λm?100Å ⇒ decomposition time ?10-14/｜D｜, 따라서｜D｜ 값이 10-14cm2/s 인 곳까지 매우 빨리 quenching하여야만 spinodal decomposition을 막을 수 있다.1600년대에 Spinodal 분해의 자세한 이론이 개발되었다. Spinodal 분해는 유리, 결정질 세라믹스, 금속, 고분자 등 여러 종류의 재료에서 관찰된다. 열역학적으로 핵생성과 성장 그리고 Spinodal 분해는 균질한 재료가 적은 범위의 조성의 파동에 대해 안정한지 여부에 따라 구분된다. 이 구분은 공용간격(miscibility gap)을 갖는 2성분계의 자유에너지 곡선을 고려하면 쉽게 이해된다.임계용해온도보다 낮은 온도에서 윗 쪽으로 휜 자유에너지 곡선이 형성되고 공통접선을 그리면 상 경계를 결정할 수 있다. 상 경계내의 균질한 조성은 공통접선이 정의하는 대로 두 가지 상으로 분리되면서 자유에너지가 감소한다. 그러나 자유에너지 곡선의 변곡점을 스피노드라고 정의하면, 스피노드 외부의 조성에서는 상이 분리되는 과정 동안 에너지 장벽이 있으며 내부의 조성에서는 에너지 장벽이 없다. 스피노드 외부에서는 평균값에 대해서 작은 조성의 파동이 자유 에너지를 증가시켜서 작은 조성의 파동으로부터 용액을 안정화 시킨다.(여기서 자유 에너지의 증가는 스피노드 외부에서 자유에너지 곡선이 아래쪽으로 볼록하기 때문). 충분히 큰 조성의 파동(평형값에 도달되는)은 자유 에너지를 감소시키는데 이 경우는 작은 부피 자유에너지 조성의 핵생성 때문이다.그림 2반면에, 스피노드 내부에서 조성의 작은 파동은 즉시 자유 에너지를 감소시키는데 그 이유는 곡선이 위쪽 방향으로 볼록하기 때문이다. 따라서 조성의 파동은 안정적이고 증폭된다. 스피노드 안에서 핵생성과 성장기구와 Spinodal 기구는 서로 경쟁적이다. 그러나 스피노드 외부에서는 핵생성과 성장이 일어난다.Fig. Free energy-composition curves for systems that exhibet immiscibility phenomenac와 d사이 조성은 a와 c사이 그리고 d와 b사이의 두 조성영역과는, 단상에서의 작은 조성변동에 관하여 다른 양상을 보인다.a와 c사이 조성 e의 액체에서 작은 변동은 f와 g의 조성영역을 만든다. 점 e는 f와 g의 연결선 아래에 있으므로, 이는 free energy의 net increase와 연관된다. 따라서 이들 작은 조성변동은 unstable하다. 그러나 큰 조성변동이 일어난다면, 조성은 a와 b를 나타내기 위해 free energy감소가 일어난다.그러므로 조성 e는 작은 조성동요에는 안정하나 큰 동요에 대해서는 unstable하다.Spinodal 분해가 일어나려면 충분조선은 아니지만 자유에너지 곡선의 곡률이 음의 값이 되는 것이 필요하다. Spinodal 분해가 일어날 때 새로운 계면이 형성되기 때문에 부피자유에너지의 감소가 양의 자유에너지를 극복해야 하기 때문이다. 이것은 핵생성과 성장에서 일어나는 표면 에너지의 증가와 부피 자유 에너지의 감소와는 대칭적이다.일반적으로 각상의 양이 많은 계에서 상분리는 Spinodal 분해인지 핵생성과 성장에 의한 것인지 미세구조를 자세히 관찰하지 않으면 판단하기 어렵다. 확실히, 한 상의 분율이 상대적으로 작다면 전체 조성은 스피노드 외부에 놓여 있으며 분상은 핵생성과 성장에 의해 일어날 가능성이 크다. 두 상 모두 상당량 존재하고 공용간격의 중심에서 떨어져 있다면 종 상(minor phase)은 타원형이 되는 경향이 있기 때문에 상 분리기구와 상관없이 미세구조는 연결되지 않는 경우가 자주 있다. 반대로, 서로 연결된 구조는 상대적으로 주 상(high phase)의 핵이 형성되며 성장 후 입자가 커지게 되어서 형성될 수 있다고 주장되기도 한다.그림 3조성 e는 nucleation and growth mechanism에 의해 두 상으로 분리한다.분상은 자발적인 과정이 아니며 조성 e는 metastable하다고 간주할 수 있다.즉 큰 조성변동필요와 관련된 상당한 장벽이 있으며 상분리가 일어나기 위해서는 장범위에 걸쳐 ion의 확산이 일어나야 한다.속도론적으로 nucleation과 growth process는 보통 천천히 일어나며 핵형성과 연관된 activation energy가 존재한다.c와 d사이 조성의 처신은 매우 다르다. 조성 h경우, 조성 j와 k영역을 나타내도록 작은 조성변동이 일어난다면, free energy를 낮춘다. 변동은 liquid에서 원자나 ion의 열운동으로 생기므로, 조성 h는 unstable하며 두 상으로 자발적으로 분리한다. 조성 e에서 일어나는 것과 같은 unmixing의 장벽은 존재하지 않는다. 조성 h에서 일어나는 자발적인 분상 process를 spinodal decomposition이라고 부른다. 이는 보통 매우 빠르게 일어나며 조성 h의 균질 액체를 상분리가 일어나지 않게 실온으로 냉각하기는 어렵다.

공학/기술| 2005.09.26| 7페이지| 1,500원| 조회(5,425)

열역학, 스피노달, Spinodal Decompositi

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