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[재료금속공학] FED정의 및 원리와 제작방법

※ FED(Field emission display)정의미세팁으로부터 전자들이 전계장 방출되는 원리를 이용,화면을 구성하는 평판 디스플레이이다.FED(Field Emission Display)는 CRT 및 최근에 많이 이용되고 있는 평판 Display LCD의 장점을 모두 갖춘 평판 Display 장치이다. 즉 CRT의 단점인 부피 문제를 해결하는 대신에 장점인 넓은 작동 온도 범위, 고휘도의 특성을 가지면서 LCD의 단점인 시야각의 문제를 모두 해결할 수 있는 장치이다.FED는 그림-1처럼 음극판과 패널과 양극판 패널로 크게 구성되어 있다. FED의 음극판 패널은 전자를 방출하는 마이크로 팁(Field Emitter Array, FEA)으로 구성되어 있고, 양극판 패널은 형광체가 도포되어 있다. 이 음극(Cathode)판의 FEA를 행렬로 선택하여 양극(Anode)판의 형광체를 때려 음극 발광을 일어나게 하는 것이 FED의 Display 원리이다. 이처럼 작동 방식이 기존 브라운관과 유사하지만 평판으로 되어 있어 차세대 평판 브라운관이라고도 한다.FED는 에미터를 비롯, 형광체, 구동장치 등 각종 소자들이 1cm 이하의 얇은 패널 안에 진공상태로 구성되기 때문에 그만큼 상호 작용성이 커 하나의 소재가 절대적으로 우수하다고 단정하기는 어렵다. FED는 박형, 저전력 소비, 저공정 비용, 뛰어난 온도특성, 고속동작 등의 고른 장점을 갖추고 있어 소형 컬러TV에서부터 산업용 제품과 컴퓨터 등에 이르기까지 광범위하게 활용되고 있으며 가장 큰 수요 처는 TFT LCD와 마찬가지로 노트북 PC와 모니터, 그리고 TV가 꼽힌다.1. 개요FED는 PDP보다 나중에 등장했지만 현재 상용화 초기 단계까지 발전한 디스플레이 방식이다. 반도체 기술을 이용하여 제작되었으며 그 구조는 초소형이라는 것 이외에는 CRT와 동일하다.그림에서 발광체는 음극이며, 원형으로 구성되어 있다. 양극과 음극에 전압을 걸면 발광체에서 전자가 나와 위에 있는 형광패널에 부딪혀 형광에서 가시광선을 방출하 것.- 잔광시간이 짧을 것.- 입자크기가 작고 분산성이 뛰어날 것.② 종류현재 FED에 사용되어지고 있는 산화물 및 황화물계 형광체들은 다음 페이지에 나타난 표와 같다.TriadCompositionsCharacteristicsSulfidesRed - Y2O2S:EuGreen - Gd2O2S:Tb, SrGa2S4:Eu,ZnS:Cu/AlBlue - ZnS:Ag/Cl1. High luminous efficiency2. Non-linear current dependence3. Low contrast4. Cathode poisoningOxides 1Red - Gd2O3:EuGreen - Y3Al5O12:TbBlue - Y2SiO5:Ce1. Low luminous efficiency2. High current linearity3. High contrast4. Bad chromaticity of greenOxides 2Red - Y2O3:EuGreen - Y2SiO5:TbBlue - Y2SiO5:Ce1. Low luminous efficiency2. High current linearity3. High contrast4. Good chromaticity of green③ 문제점 및 개선 방향⒜ 황화물계 형광체CRT에서 사용되던 황화물계 형광체를 FED에 사용하는 경우, 형광체가 전자선에 노출되어 발광될 때 형광체 표면에서 Sulfur계통의 물질과 수분이 반응하여 H2S가스를 방출하여 진공도를 저하시키고 anode의 tip을 부식시키는 등의 문제점이 있다. 또한 황화물계 형광체는 보통 고전압(CRT처럼)에서 좋은 휘도를 나타내는데, 저전압으로 구동되는 FED에 사용되는 경우 발광효율이 저하된다는 문제점도 지적되고 있다. 따라서 이러한 문제점들을 해결하기 위해 표면처리에 의한 안정화 기술을 이용하여 기존의 CRT형광체를 이용하려는 연구와 Y2O2S:Eu와 Gd2O2S:Tb 및 SrGa2S4:Eu와 같이 보다 안정하면서 발광 효율이 좋은 형광체 물질을 찾는 연구가 진행되고 있ap (1002000 ㎛, 형광체의 종류에 따라 변함)을 사이에 두고 위쪽은 형광체로 coating된 anode판, 아래쪽은 cathode electrode와 gate로 구성되는 cathode판으로 구성되어있다. Cathode 판에는 row와 column electrode가 있으며 이들을 통하여 FEA들이 matrix address되어 gate에 전압이 걸리는 시간 동안 전자가 방출되고 anode전압에 의해 가속된다. 그리고 이것들이 진공 gap을 지나 anode판에 코팅 된 형광체 pixel을 때려 발광하게 되는 것이다.▶구체적인 구조① FEA (Field Emitter Array)전자의 방출은 소자구조 및 에미터 물질, 에미터 모양에 따라 그 효율이 크게 달라진다. 에미터 팁은 400Å이하의 반경을 가져야만 효과적인 전자방출을 할 수 있다. FEA에는 두 가지 종류가 있는데, SMFEA(Simple-Matrix Field Emitter Array)와 AMFEA(Active-Matrix Field Emitter Array)가 그것이다. SMFEA는 X-Y행렬, 즉 단순 매트릭스로 배열된 FEA를 냉음극(cold cathode)으로 사용한다. SMFEA는 제작공정이 단순한 장점을 가지지만 전자 방출의 불균일성, 불안전성 등 전계 방출 메커니즘에서의 근원적인 문제점을 가지고 또한 고전압 구동 회로가 필요하다. AMFEA는 MOSFET나 TFT와 같은 반도체 소자를 이용하여 전자방출을 능동적으로 제어함으로써 어드레싱(addressing) 전압이나 전력소모를 크게 줄일 수 있을 뿐 아니라 전계 방출의 안정성, 균일성도 크게 향상시킬 수 있다. 또한 AMFEA내에서의 모든 화소는 각각 전기적 고립이 가능하므로 이웃하는 화소와의 크로스-토크(cross-talk)현상과 FEA의 단락결함(short circuit failure)로 인한 라인 결함을 막을 수 있다.② 형광체형광체는 무기물질로서 activator라고 불려지는 불순물로 doping되어 있으며, 여기서 activ-pixel redundancy를 가진다는 점, (10%에 이르는 emitter가 손상되어도 단위 픽셀 동작에 지장이 없다.) 고해상도, 고광도 및 완전한 색 수행 능력, 박형, 저공정 비용, 동작 온도영역이 넓다는점(-45 ~ +85 C) 등을 특징으로 한다.기술 개선과제 및 개발동향 FED를 위한 electron emitter(?1 ㎛의 크기)는 pixel당 수천?수만개(resolution에 따라 다름)로 구성되며 공간적으로 우수한 균일성을 보장하는 전자 source로서의 역할을 해야한다. 즉 emitter를 어떤 재료로 어떻게 만들어야 낮은 전압에서 전자가 대면적에서 안정되게 tunneling할 수 있느냐가 관건이라 할 수 있겠다. FED를 비롯한 진공 마이크로 일렉트로닉스 분야에 효율적으로 이용하기 위하여 전계 방출 소자가 갖추어야 할 이상적인요건들은 다음과 같다.① 방출 영역의 균일도 및 안정성: 방출 영역이 서브 마이크론 이하의 오차로 가공 및 정의될 수 있어야 하며, 소자 동작 변형되지 않아야 한다.② 기계적, 화학적, 열적 내구성: 진공 환경 내에서 일어날 수 있는 여러 요인들, 즉 이온충돌, 잔류 기체와의 반응, 온도 상승, 그리고 방전등에 견딜 수 있어야 한다.③ 낮은 구동 전압: 방출 전류를 조절하는 전압이 가능한 낮아야 하며, 이를 위해 낮은 일 함수를 갖는 재료를 이용하거나, 공정이 허용되는 범위 내에서 게이트 전극-팁간의 거리를 줄이는 등의 방법이 고려될 수 있다.④ 높은 방출 전류: packing density를 줄이는 등의 방법을 통하여 가능한 높은 전류를 도출할 수 있어야 하는데, FED이외에도 진공 마이크로 소자로 응용하기 위해서는 최소한 10 A/cm2 정도의 전류를 도출할 수 있어야 한다.⑤ 낮은 에너지 분산: 방출된 전자들의 에너지 분산 정도가 종래의 열 이온 음극에 상당 하여야 하는데, 약 0.5 eV 이하의 값이 요구된다.⑥ 낮은 전류 표동: 방출된 전류의 표동이나 잡음이 소자의 성능을 훼손시키지 않을 정도로 적어야 한야 한다.8) 제조 공정성: 공정이 간단함으로써 비용이 적게 들고 수율 및 생산성이 높아야 한다.이상과 같은 점들을 고려하여 현재까지 사용되어 온 전계 방출 재료들을 살펴보면, 금속으로는 몰리브덴및 텅스텐 등이 있고, 반도체로서는 단결정 실리콘이 주종을 이루고 있다. 최근에는 diamond 또는DLC 등이 많이 연구되어지고 있는데, 이는 diamond 재질의 음의 전자 친화력의 특성과 화학적 안정성, 물리적인 강도, 뛰어난 열 전도도 등의 좋은 특성을 가지고 있기 때문이다. 이외에도 금속 실리사이드 계열이나 휘스커 재료들도 연구되고 있는데, Si 휘스커를 비롯한 소재는 그 형태가 전계 방출용 전극으로서 이상적인 모델에 가장 근접 하다는 특징이 있어 이 위에 다이아몬드 관련 재료들을 도포하는 등의 연구도 진행 중이다.이러한 과제를 안고 있는 FED에 혁신적인 탄소 나노 튜브를 이용한 FED의 개발이 그것이다. 탄소 나노 튜브는 `탄소 원자로 이루어진 나노 미터(nanometer:10억분의 1m)크기의 원통형 (튜브)형태의 물질'이다, 탄소원자가 3개씩 결합해 벌집모양의 구조를 갖게 된 탄소평면이 도르르 말려서 튜브모양이 됐다고 해서 붙여진 이름이다. 탄소 나노 튜브는 그 튜브의 지름이 얼마나 되느냐에 따라 도체가 되기도 하고 반도체가 되는 성질이 있고, 여러 가닥의 나노 튜브를 붙여 일종의 밧줄(rope)로 만들면 나노 튜브 간의 상호작용에 의해 전기적 성질이 바뀌면서 저절로 반도체에 도핑이 된 것과 같은 효과가 나타난다. 이러한 성질의 탄소 나노 튜브는 전자 방출원으로 크게 각광 받고 있으며, 튜브의 직경이 수 나노 미터에서 수십 나노 미터이며 탄소 층이 튜브형태로 말린 1차원적 형상을 띠고 있다, 또한 탄소 나노 튜브는 전자방출 특성이 기존의 Mo, 다이아몬드 박막이나 비정질 탄소에 비해 전지전도도 및 열전도도 등이 우수하다.또한, Emitter의 반경을 줄이고, gate hole의 직경을 줄이는 구조적인 변화는 전계 방출에 필요한 인가전압을 줄이는데 가장 한다.

공학/기술| 2005.01.10| 29페이지| 4,000원| 조회(1,225)

FED, FED정의, FED원리와제작방법

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[인문계] 이기전유전자 를 읽고 평가C아쉬워요

사람은 왜 존재하는가?우리가 왜 존재하는지에 대하여 일관성 있고 조리 있는 설명을 종합한 사람은 다윈이었다.생명에는 의미가 있는가? 우리는 무엇 때문에 존재하는가? 인간이란 무엇인가? 등과 같은 심오한 물음에 부딪힐지라도 우리는 이제 미신에 의지할 필요가 없다.사람과 기타 모든 동물이 유전자에 의해 창조된 기계에 불과하다는 것이다. 이러한 성공한 유전자에 기대되는 특질 중에 가장 중요한 것은 ‘비정한 이기주의’라는 것이다. 어떤 유전자는 한 개체에서 한정된 이타주의를 육성함으로써 자신의 이기적 목표를 가장 잘 수행할 수 있는 특별한 경우들이 있다. 우리는 비비, 인간, 그리고 기타 모든 생물의 행동을 보면 이 행동이 이기적일 것이라고 예상한다. 만약 이 예상이 잘못된 것이라는 사실을 알게 되면, 즉 인간의 행동이 진정으로 이타적이라고 관찰될 경우, 우리는 난처한 설명을 필요로 하는 사태에 직면하게 될 것이다. 어떤 실재(예를 들어 한 마리의 비비)가 자기를 희생하여 또 다른 상태의 실재의 행복을 증진시키기 위해 행동했다면 그 실재는 이타적이라고 할 수 있다. 실제 문제로서 실재하는 행동에 정의를 적용할 때는 ‘겉보기에’라는 말을 한정해야 한다. 겉보기에 이타적 행위는 표면상 이타주의자의 죽을 가능성을 (가능성이 비록 적을지라도)높이고, 동시에 수익자의 오래 살아남을 가능성을 높이는 것처럼 생각하게 하는 행위이다. 정밀하게 조사해 보면 이타적으로 보이는 행위는 실제로 모양을 바꾼 이기주의인 경우가 많다. 다시 말해 근원적 동기가 숨어있는 이기적 동기라는 뜻이 아니라 생존 가능성에 대한 행위의 실제 효과가 우리가 처음 생각한 것과는 반대라는 뜻이다. 따라서 세계는 자기 희생을 치르는 개체로 이루어진 집단이 대부분 점령하게 된다. 이것이 ‘그룹 선택설’이다.이 추론 방식은 다윈의 용어를 이용하여 표한할 수 있다. 진화는 자연 선택에 의해 진행되고 자연 선택은 ‘최적자’의 차별적 생존이다. 다윈이 이른바 생존 경쟁이라고 말한 데 있어서 경쟁하고 있는 단위가 종이라고 다음과 같다. 그것은 유전자가 적어도 부분적으로는 장래의 자기 생존에 책임이 있다는 것을 뜻한다. 즉 유전자의 생존은 유전자를 만드는데 도움이 되고, 그 속에서 몸의 효율에 의존하는 것이다. 과거에 자연 선택은 원시 수프 속에서 자유로이 떠다니는 자기 복제자의 살아남는 방법의 차이에 따라 성립되었다. 반면에 지금의 자연 선택은 생존 기계를 잘 만드는 자기 복제자, 즉 배 발생의 제어 기술이 뛰어나 유전자에게 유리하게 작용한다. 유전자는 선견지명이 없다. 그것들은 미리 계획을 세우지 않고 그저 있을 뿐이다. 그러나 유전자의 수명의 길이와 다산성을 결정하는 특성은 옛날처럼 단순하지 않고 훨씬 복잡해 졌다. 현대의 자기 복제자의 관하여 우선 이해할 것은 떼 지어 사는 성질이 강하다는 것이다. 하나의 생존기계는 하나만이 아닌 수십만이나 되는 유전자를 가진 하나의 운반체이다. 몸을 형성한다는 것은 대개의 유전자의 기여도를 구별하는 것이 거의 불가능 할 정도로 복잡한 협동사업인 것이다. 유전자란 예를 들면 설계도의 각각의 페이지에는 건물의 각 부분의 관한 지시가 쓰여 있고, 각 페이지는 수많은 다른 페이지 앞뒤를 참조함으로써 의미가 같다. 이 유전자 복합체라는 것이 불연속이 자기 복제자 즉 유전자로 나뉘어져 있다고 생각하는 것이 나름대로의 의미를 가진다. 그것은 성 이라고 하는 형상 때문이다. 유성 생식에는 유전자를 섞어 붙이는 작용이 있다. 이것은 어떤 개체의 몸도 모두 유전자 하나의 단명한 조합을 위한 하나의 임시적 매체에 불과하다는 것을 의미한다. 하나의 개체에 머물고 있는 유전자의 조합은 단명하지만 유전자 자체는 잠재적으로 수명이 매우 길다. 그것들이 밟는 길은 끊임없이 교차하면서 세대에서 세대로 이어진다. 한 개의 유전자는 세대를 거치면서 수많은 개체의 몸을 통하여 살아가는 단위라고 생각해도 좋다. 인간의 몸은 46개의 염색체는 23쌍의 염색체로 이루어져 있다. 즉 모든 세포의 핵 속에 세트로 정리되어 있는 것은 23권의 설계도의 대립적인 두 세트라고 해도 좋일반적인 형태에서 각 실체의 생존에 차이가 있다는 것을 뜻한다. 유전자가 끊임없이 혼합된다면 우리가 현재 이해하고 있는 자연 선택은 불가능하다.유전자 입자성의 또 하나의 측면은 그것이 노쇠하지 않는다는 데 있다. 유전자는 불멸의 존재이다. 오히려 불멸의 존재라는 말이 어울릴 정도로 유전 단위로서 정의된다. 유성생식을 하는 종은 개체가 자연 선택의 중요한 단위로서 자격을 얻기에는 지나치게 크고 수명이 짧은 유전 단위이다. 유성생식은 자기 복제가 아니다. 개체군이 다른 개체군에 의해 오염되듯이 한 개체의 자손은 성적 파트너에 의해 오염된다. 개체는 안정한 것이 아닌 정처 없이 떠도는 존재이다. 유전자는 교차에 의해서 파괴되지 않고 단지 파트너를 바꾸어 행진을 계속할 따름이다. 유전자들은 자기 복제자이고 우리는 유전자들의 생존 기계인 것이다. 유전자는 지질학적 시간을 사는 거주자이다. 유전자는 영원하다.유전자가 자연 선택의 기본 단위의 훌륭한 후보가 될 수 있는 것은 유전자의 잠재적 불명성 때문이다. 유전자는 생존 중에 그 대립 유전자와 직접 경쟁하고 있다. 대립 유정자를 희생하여 유전자 풀 속에서 자기의 생존 기회를 증가하도록 행동하는 유전자는 어느 것이든, 동의 반복적인 의미에서 오래 살아남는 경향이 있다. 유전자는 이기주의의 기본 단위인 것이다. 유전자의 수동적 피난처로 생긴 생존 기계는 처음에는 경쟁자들과의 화학전에서 우연한 분자 충격의 피해로부터 몸을 지키는 벽을 유전자에게 제공하는데 불과했다. 어떤 사람은 몸을 세포의 군체라고 비유적으로 표현하기도 한다. 몸을 유전자의 군체, 세포를 유전자의 화학 산업의 편리한 작업 단위라고 일컫기로 한다. 아무리 유전자의 군체라도 행동 양상을 보면 몸은 이미 부정할 수 없이 그 자체의 개체성을 획득하고 있다. 하나의 동물은 잘 조정된 한 덩이로서 즉 하나의 단위로서 행동한다. 주관적으로 인간은 자기 스스로를 하나의 군체가 아닌 하나의 단위하고 느끼고 있다. 선택은 다른 유전자와 협조하는 유전자에게 유리하게 작용했다. 유른 생존 기계를 가장 잘 이용한다는 것도 포함된다. 같은 종의 생존 기계끼리는 보다 직접적이 s방법으로 서로의 생활에 영향을 끼친다. 여기에는 여러 가지 이유가 있다. 그 가운데 하나는 자기 종에 속하는 개체군의 반수는 잠재적으로 짝짓기 상대가 될 수 있는 개체이고, 또한 그것은 잠재적으로 자기의 새끼들을 위해 열심히 일하고 이용가치가 있는 어미가 될 수 있는 개체이기 때문이다. 또 다른 이유는 서로 닮은 같은 종의 구성원에 서로 닮아서 같은 장소에서 같은 생활 수단으로 유전자를 지키고 있는 기계이기 때문에, 생활에 필요한 모든 자원을 둘러싼 직접적인 경쟁 상대라는 것이다.사실 로렌츠는 동물의 싸움, 즉 ‘공격’은 억제 가능한 신사적인 것임을 강조하고 있다. 그가 주목하는 것은 동물의 싸움이 복싱이나 펜싱의 규칙처럼 규칙에 따라 싸우는 형식을 갖춘 시합이라는 것이다.우리는 다윈 이래의 진화론에서 ESS개념의 창안을 가장 중요한 진보의 하 나로 되돌아 봐야 할 것 같다. 이 개념은 이권 충돌이 있는 곳이라면 어디에나 적용될 수 있다. 즉, 그것은 거의 모든 경우에 적용된다. 동물 행동의 연구자는 ‘사회조직’을 일컫는 습관에 배어 있다. 사회 조직은 스스로의 생물학적 ‘이점’을 갖춘 독자적 실체로서 취급되는 경우가 너무도 많다. 지금까지 살펴본 실례에서 찾는다면 ‘순위제’ 가 그것이다.이기적 유전자란 무엇일까? 그것은 단지 DNA의 작은 물리적 조각에 불과 한 것은 아니다. 원시 수프에서 그랬듯이 그것은 세계에 분포되어 있는 하나의 특별한 DNA 조각의 모든 복제들이다. 즉 개개의 이기적 유전자의 목적은 무엇인가? 그것은 유전자 풀 속에 그 수를 증대시키고자 노력하고 있는 것이다. 개개의 유전자는 기본적으로 그것이 생존하고 번식하는 장소인 몸의 프로그램을 만드는 것을 도와주어 이것을 행하고 있다. 그러나 이제 우리는 ‘그것’ 이 다수의 다른 개체 내에 동시에 존재하는 분산된 존재라고 하는 것을 강조 하고자 한다. 인가의 알비노(albino: 선천성 색소 결핍증)에그녀의 아이에 대한 유전적 근친도는 모든 아이들에 대해서 1/2로 같기 때문이다. 즉 어미의 가장 효율적인 전략은 자식들의 번식 연령까지 양육해 낼 가장 많은 수의 아이들에 대해 ‘공평한’ 투자를 하는 것이다.어머니가 어미 아이를 낳았거나 아이를 낳지 않았거나에 상관없이 그녀의 모든 아이에 대해서는 같은 유전적 근친도를 가지고 있다. 따라서 이미 말한대로 유전적인 배경만을 문제 삼는다며 그녀에게는 아이를 편애할 아무런 이유도 없다. 그럼에도 불구하고 어머니가 실제로 편애를 한다면 그 아유는 자식들 간의 나이와 다른 요인에 의존하는 평균 여명의 차이가 있기 때문이다. 어떤 개체와 마찬가지로 어머니도 그녀의 한 아이에 대한 근친도의 꼭 두 배 만큼 ‘자기 자신’ 에 대한 근친도를 가지고 있다. 이것은 다른 조건이 같다면 그녀는 자기 자원의 대부분을 자기 자신에 대해 이기적으로 투자해야 한다는 것을 의미 한다.유전자의 이기성이라는 관점에서 보면 개체는 속이려 할 것이고 새끼들은 공복 상태에 관해 거짓 행위를 할 것으로 예상할 수 있다. 하지만 이 사기 행위는 점점 심해져서 분명히 무의미한 것에 이르고 말 것이다.우린 동물 개체라는 것이 마치 유전자의 보존이라는 ‘목적’을 가지고 활동하는 생존 기계로 보기 때문에 우리는 부모와 자식간의 다툼, 즉 세대간의 싸움을 논할 수 있다. 이것은 양쪽 모두가 모든 방법을 동원하여 전개하는 섬세한 싸움이다. 부모를 물리적으로 위험하기에는 자신이 너무 무력하다는 것을 알지만 그들에게는 허위, 위장, 이기적 이용 등 자유로이 쓸 수 있는 심리적인 무기가 있다. 그들은 그것들에 의해 혈연자가 받는 불이익이 유전적 근친도가 허용할 수 있는 한도에 달하는 아슬아슬한 선까지 그러한 모든 심리적 무기를 구사한다.세대간의 다툼에서는 누가 이길 수 있는 가능성이 가장 클까? 알렉산더에 의하면 항상 부모가 이길 것이라고 한다. 예를 들면, 이타적 행동은 아이 자신의 유전자가 받는 이익 때문이 아니고 단지 부모의 유전자가 받는 이익만으로도 진화할 수

독후감/창작| 2005.01.09| 16페이지| 2,000원| 조회(585)

독후감, 유전자, 이기적, 이기적유전자

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Ⅰ. 서론1. 도금을 하는 이유정의: 물건의 표면 상태를 개선할 목적으로 다른 물질의 얇은 층으로 피복하는 일.보통은 금속 표면에 다른 금속 또는 합금의 얇은 층을 입히는 조작을 말한다. 다른 금속의 박판(薄板)을 표면에 포개서 함께 압연하고, 표피(表皮)에 다른 금속을 맞붙이는 것은 합판(合板:clad)이라 하며, 도금이라고는 하지 않는다. 도금은 서양에서는 로마시대, 동양에서는 중국의 전한(前漢)시대부터 시작되었다. 한국에서는 삼국시대에 중국으로부터 기술이 전해져서 많은 불상에 도금이 이용되었다. 이 시대에 한국을 통해 일본에도 기술이 전달되었다.오늘날 일반적으로 도금이라고 하면, 전기도금을 말하는 경우가 많다. 목적은 장식적인 미화(美化), 방식(防蝕) 및 내마모성, 접촉저항의 개선, 침탄(浸炭) 방지 등의 공업적인 응용 및 이것들을 겸하는 경우가 있다.2.1. 전기도금의 이론도금법의 중심이 되는 방법이며, 입히는 것은 순금속뿐만 아니라 합금도 가능하다.물품 표면을 깨끗하게 하고 나서 마포(磨布)로 연마한 뒤 다시 물로 세척(洗滌)하여 도금액에 담근다. 도금하고자 하는 금속을 음극으로 하고 전착(電着)시키고자 하는 금속을 양극으로 하여 전착시키고자 하는 금속의 이온을 함유한 전해액 속에 넣고, 통전(通電)하여 전해함으로써 바라는 금속이온이 물건의 표면에 전해석출하는데, 이것을 이용하여 음극에 놓은 물품 표면에 금속의 얇은 막을 만든다.따라서 도금하고자 하는 물건은 전도성(電導性)이 양호해야 하므로 금속제품에 대해서는 별 문제가 없으나, 비금속일 경우에는 전착시키고자 하는 물건의 표면에 미리 흑연가루 등을 칠한다. 그러나 이와 같은 처리를 하여 전착시켜도 벗겨져 나가기 쉬우므로 원래 전도성이 없는 것에는 밀착성이 좋은 전기도금을 하는 것은 힘들다.금속이온을 함유한 수용액 ·융해염에서 전해에 의해 금속을 음극면에 석출시키는 것은 금속정제법에서도 이용된다. 이 경우는 전착하는 금속의 순도만 양호하면 되지만, 도금의 목적에서 표면의 평활도 ·색채와 광택 ·경로 전기도금을 하려면 전착금속의 이온을 함유하는 수용액을 전해액으로 하여 각각 적당한 것을 선정하는 동시에 전류조건 ·전해액의 온도 ·전착시간을 결정한다. 도금이 끝난 후에도 깨끗하게 물로 세척하여 건조한다 .전기도금이 가능한 금속은 많지만 잘 알려진 것은 금·은·구리·니켈·크롬 등이다.※ 전기도금의 장점과 단점(1). 장점·금속적 감촉 있음·색의 종류가 적지 않음·경면 끝마무리 가능·두께 가감 가능·대량 생산이 가능(2). 단점·크기, 형상에 제한둠·균일한 두께 불가능2.2 무전해 도금의 이론무전해도금법은 외부 전원을 사용하지 않고 환원제를 사용하여 촉매화된 소지위에 자발적으로 금속 도금층을 형성시키는 방법으로, 용액중의 환원제가 산화될 때 방출한 전자를금속이온이 받아들여 Pd0로 촉매화된 소지표면에 금속이 환원석출하는 반응이다. 금속 팔라듐(Pd0)으로 촉매화된 비전도성 소지표면에 도금층이 형성되는 메카니즘은 많은 학자들이 연구하고 있으며 아직 정확히 규명된 것은 아니지만 일반적으로 통용되는 반응기구는 다음과 같다.R + H2O → OX + 2H+ + 2eM2++ 2e → M0여기서 R은 환원제, Ox는 환원제의 산화물, M2+는 금속이온, M0는 환원된 금속을 나타낸다.위와 같은 반응을 일으키게 하는 무전해도금액의 구성 성분은 주성분으로 금속염과 환원제, 보조성분으로 착화제, 촉진제, 안정제 등으로 구성된다. 금속염은 석출시키고자 하는 금속이온을 함유한 염으로 Ni도금에서는 염화니켈(NiCl2·6H2O)과 황산니켈(NiSO4·6H2O)이 사용된다. 금속이온에 전자를 공급하여 촉매화된 소지표면에 금속으로 환원시키는 환원제는 차아인산나트륨(NaH2PO2·H2O), 수소화붕소화합물, 하이드라진(N2H4)등이 사용된다. 착화제는 유기산이나 유기염이 사용되며 이들은 용액중에 첨가되어 유리금속이온을 구속함으로서 도금속도를 지배하고, 도금 시 발생하는 수소이온에 의한 용액의 급격한 pH 변화를 막는 완충제의 역할도 한다. 또한 착화제는 도금 진행에 따라 생성된 오르토아 도금속도를 증가시키기 위해 첨가되는데 이들은 용액중 하이포아인산이온의 반응성을 높이는 작용을 한다. 촉진제로는 숙신산, 탄산, 수용성불화물 등이 사용된다. 안정제는 무전해도금욕의 자발적 분해를 방지하는 역할을 한다. 무전해도금에서 자발적 분해란 용액중의 금속이온이 촉매면에서만 금속석출반응을 일으키는 것이 아니라 용액과 접촉하는 모든면 및 용액중 콜로이드 입자 표면에서 금속석출반응을 일으켜 급격히 용액이 분해되는 것을 말한다. 자발적 분해의 여러 원인중의 하나로 용액중 이물질이나 반응 생성물의 침전물 등과 같은 콜로이드 입자를 들 수 있는데 이러한 입자의 표면은 Ni가 석출하는 핵으로 작용하게 된다. 안정제는 주로 납의 염화물, 황화물, 질화물, 티오요소 등을 사용한다.※ 무전해도금의 장점과 단점(1). 장점·금속적 감촉 있음·크기, 형상에 제한 없음·균일한 두께 가능·두께 가감 가능·경면 끝마무리 가능·자기적, 화학적 특징을 가 진 코팅층을 얻을수 있음·도금이 간단(2). 단점·내마모성이 있음·가격이 고가·도금 속도가 느림3. 전자현미경 이론주사전자현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM)은 투과전자현미경과는 다소 다르다. 주사전자현미경은 전자가 표본을 통과하는 것이 아니라 초점이 잘 맞추어진 전자선 electron beam을 표본의 표면에 주사한다 주사된 전자선이 표본의 한 점에 집중되면 일차전자만 굴절되고 표면에서 발생된 이차전자는 검파기 detector에 의해 수집된다. 그 결과 생긴 신호들이 여러 점으로부터 모여들어 음극선관 cathod ray tube에 상을 형성하게 한다. 주사전자현미경의 특징은 초점이 높은 심도를 이용해서 비교적 큰 표본을 입체적으로 관찰할 수 있다는 것이다. 전자beam을 시료 위에 주사시켜서 시료로부터 튀어나온 2차 전자를 모아서 검출한 후 여러 가지 복잡한 기계장치를 거친 후 CRT에 영상화시키는 전자 현미경이다. 검출기는 scintillater라고도 하는데 scintillater로 검출된 2차 여 관찰하므로 2차적인 또는 단면적인 구조를 나타내지만 SEM은 시료 위를 주사된 상을 관찰하므로 3차원적인 입체 상을 관찰할 수 있다.Ⅱ. 실험방법【실험준비물】강판, 탈지제, 증류수, 염산, 황산아연, 도금액, 위생용장갑, PEG 100ppm【실험순서】1. 시편을고른다.2. 탈지(기름을 없애준다) 도금불량이 날수 있고, 세척을한다.3. 건조 - 무게측정(찬물에 씻고, 드라이기로 강판을 기울려서 흘러내리게 하여 건조시키 고 무게를 측정한다.)4. 산세 - 표면에 이물질이나 녹 등을 제거하고 표면을 활성화시키고 산세 처리한 다음 물 로 깨끗이 세척한다 (산세용액7∼8초간)물세척 시편장착(CLAMP READY START) 유속, 전류밀도, 시간을 세팅 한다.5. 세척6. 도금 - 도금 욕조에 가열기를 설치하고 황산아연 도금액을 267ml 채운 후 온도센서를 욕 안에 넣은 후 아연양극을 삽입하고 양극을 연결한 후 도금욕의 온도를 55 까지 올린다. 그리고 Electric platig simulator 기계에 시편을 rolling방향으로 올려 놓는다. start를 하고 작동을 한다. 그 전에 일명 '마루타 시편' 이라고 불리는 강판으로 미리 실험을 해서 전류와 유속 등을 조율하도록 한다7. 세척8. 건조 - 무게측정(위와 같은 방법으로 물로 깨끗이 세척하고 무게측정한다.)9. SEM시표준비10. GOLD 도금11. SEM사진촬영※ 전기도금의 일반적인 공정은탈수(脫銹) → 연마 → 탈지(脫脂) → 화학적 침지처리(浸漬處理) → 전기도금 → 후처리 → 건조의 순서이다. 도금을 개선하는 목적에 따라 분류하면① 방식(防蝕):원재료의 내식성(耐蝕性) 부족을 보완하고자 특정한 환경 속에서도 견딜 수 있는 금속을 입히는 것. 얇은 철판에 주석을 입히는 것(합석 등)이다.② 표면경화(表面硬化):마모에 견딜 수 있도록 소재보다 단단한 금속의 박층(薄層)을 붙이 는 것. (구리합금 제품의 크롬도금이 대표적이다.)③ 표면의 미화(美化):귀금속 또는 색채가 아름다운 금속합금의 박층을 물건이는 것. 후에 표면연마 또는 광택유지를 위하여 화학 처리를 하여 한층 더 그 특성을 향상시키는 경우도 있다.Ⅲ. 실험결과전류 효율전류효율 ={ 실제~석출량 } over { 이론~석출량 }· 이론 석출량=` { I TIMES t TIMES e } over { F }전류(I) = ① 20A/d㎡ (100 : 20 = 30 : x x = 6)② 40A/d㎡ (100 : 40 = 30 : x x = 12)3 60A/d㎡ (100 : 60 = 30 : x x = 18)시간(t) = ① 10sec② 15sec3 30sec유속 = ① 1.0 m/s② 1.5 m/s3 2.0 m/s욕 온도 = 57화학 당량(e)={ 원자량 } over { 원자가 }={ 65.38 } over { 2 }=32.69페러데이 상수(F)=`96500이론 석출량(①)=` { 20 TIMES 30TIMES 32.69 } over { 96500 }=0.06· 실제 석출량 (①)=실험 후 무게 - 실험 전 무게=25.174 - 25.116=0.058· 실제 석출량(②)=실험 후 무게 - 실험 전 무게=25.791 - 25.736=0.055· 실제 석출량(3)=실험 후 무게 - 실험 전 무게=25.114 - 25.057=0.057전류 효율(%) (①)=`{ 0.058 } over { 0.06 } ` TIMES 100`=96.666전류 효율(%) (②)=`{ 0.055 } over { 0.06 } ` TIMES 100`=91.666전류 효율(%) (3)=`{ 0.057 } over { 0.06 } ` TIMES 100`=95조전류 효율욕:염산욕1조82%2조80%3조96%4조87%5조90%조전류 효율욕:염산욕첨가제(polyehylene glycol 300ppm)6조94%7조90%8조94%9조87%10조90%11조93%그래프2) SEM사진- 조직사진의 비교관찰 -(1조) 전류 40A/d㎡ 시간 15 sec 유속 1.5 m/s 욕온도 57℃ (500배)(1조) 전류 40A/d㎡ 시간15sec유속 1.5 m/s 욕

공학/기술| 2003.05.02| 14페이지| 1,000원| 조회(2,148)

도금, 전기, 아연, 무전해도금, 전기아연도금

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밀도측정및데이터곡선

Ⅰ. 실험목적물질의 종류마다 서로 다른 종류의 물질과 구별할 수 있는 성질을 물질의 특성이라고 하는데 물질의 특성에는 겉정모양, 밀도, 녹는 점, 끊는 점, 용해도 등이 있다. 본 실험의 목적은 어떤 물질의 특성에는 밀도 즉, 부피에 대한 질량비를 구해야 한다.이 때문에 진밀도, 겉보기 밀도, 밀도, 부피 비중을 구하지 않으면 안된다.Ⅱ. 실험 방법- 이론 및 원리나무토막을 물에 넣으면 물위에 뜨지만, 쇠못을 물에 넣으면 물 속에 가라앉는다. 나무토막이 더 가볍기 때문이라고 흔히들 말한다. 그러나 커다란 통나무는 쇠못보다 더 무겁지만 물위에 뜬다. 그러므로 물질을 비교하려면 가볍다거나 무겁다는 것이 아니라, "밀도"를 이용애야 한다 밀도는 물질의 부피를 같게 하여 놓고 이들의 질량을 비교하는 것이다. 즉 한 물질의 단위 부피의 질량을 말한다. 물질의 밀도를 나타낸는 공식은 다음과 같다.밀도 = 질량/부피물질의 밀도를 구하려면 그 상태에 관계없이 부피와 질량을 알아야 한다. 이 때, 부피와 질량은 실험을 통해서 측정하고, 밀도는 이들값으로부터 계산이로 구할 수 있다. 측정하는 물질의 질량 및 부피는 가능한 소수 둘째자리 까지 측정한다.. Archimedes 원리아르키메데스는 바로 비중이 물질의 특성임을 이용하여, 금과 불순물의 함량비율이 틀림 을 증명했다는 일화가 있습니다. 세공인은 단지 금관의 질량을 같게 하여 순금의 일부를 빼돌리고 다른 금속을 집어 넣었었죠. 하지만 이것을 물 속에 집어 넣었을 때에는, 금과 다른 금속이 비록 같은 질량이었다고 하더라도 부피가 틀릴 것입니다. 물은 그 부피만큼 증가하여 흘러 넘칠 것이므로, 흘러넘친 물의 양이 다른 것을 통해 순금인지 불순물이 섞인 것임을 알 수가 있었던 것입니다.여기에서 Archimedes의 원리는 물체가 유체에 완전히 또는 부분적으로 잠겨있을 때, 유 체는 물체가 밀어낸 유체의 무게와 동등한 위쪽 방향 힘을 물체에 작용시킵니다. 이 위 로 작용하는 힘을 부력이라고 하며, 힘의 작용선은 유체의 무게중심을 통과하게 됩 니다.예를 들어 잠수하고 있는 잠수함이 평형상태에 있다면, 잠수함의 무게는 잠수함이 밀어낸 물의 무게와 같은 것입니다.- Archimedes의 이론적 근거아르키메데스 원리는 어떤 고체를 액체 속에 집어넣으면 그 고체의 무게는 제거된 액체 의 무게만큼 가벼워진다는 것이다.우리가 잘 알고 있는 아르키메데스의 일화에서는 어떤 고체를 물속에 넣어 넘친 물의 양 을 측정하여 그 물체의 부피로 삼아, 물체의 무게를 그 부피로 나누면 그 물체의 밀도를 구할 수 있는 것으로 알고 있다. 그러나 오직 물과의 밀도비(=비중)를 구하고자 한다면 굳이 부피를 구할 필요는 없다. 더구나 부피를 측정하기 위한 과정에서 다소간의 오차가 발생할 수 있으므로 정밀한 비중 측정시에는 바람직하지 못하다. 따라서 부피를 측정하 지 않고 오직 무게만을 이용해서 구해보도록 한다.우리가 비중을 구하고자 하는 부피 V(㎤)인 물보다 밀도가 큰 어떤 고체 시료를 생각하 자. 만약 이 시료의 질량이 m(g)이라 한다면 밀도는 당연히 (V/m)(g/㎤)이다. 하지만 분명히 존재하는 부피를 측정할 수 없을 때에는 어떻게 할 것인가? 이 시료를 물속에 넣어서 그 때의 무게를 측정해 보면 어떨까? 물속에서는 분명히 기공과 물의 부력으로 인해 대기중보다 가볍게 측정될 것이다. 물속에서 이 시료와 같은 부피의 물의 무게를 측정하는 것을 상상해보자. 밀도가 같으므로 그 위치를 유지하게 되고 그래서 무게는 0이다.(주위 환경이 공기가 아닌 물인 것이다!) 그리고 이 부피중의 일부분이 점차 이 시료로 바뀌어져 간다고 생각해보자. 그리고 결국 이 부피가 모두 이 시료로 채워진다고 생각해보자. 부피는 변하지 않고 오직 무게만이 달라질 뿐이다. 그것도 물과 이 시료의 밀도비(=비중)로 인해 직선적으로 무거워질 것이라 예상할 수 있다.이제 이 시료의 대기중에서 건조된 무게를W_1, 물속에서의 무게를W_2, 그리고 시료의 겉 기공을 물로 채운 뒤 대기중에서 측정한 무게를W_3, 겉 기공을 포함한 시료의 부피를V_1, 겉 기공의 부피를V_2라 하자. 물의 밀도는{W_{3}-W_{1}}over{V_{2}}=1(g/㎤)이므로W_{3}-W_{1}=V_{2}이라 생각할 수 있다. 그리고 물속에서 내부 기공을 포함한 시료의 무게는(W_{3}-W_{2})인데, 이 값은 곧 물과 시료의 밀도차로 인해 발생한 것이고 결국 이 양만큼 의 물이 시료의 부피(V_{1})만큼 채워진다면{W_{3}-W_{2}}over{V_{1}}=1(g/㎤)이다. 따라서(W_{3}-W_{2})=V_{1}이다.따라서 기공률은{V_{2}}over{V_{1}}={W_{3}-W_{1}}over{W_{3}-W_{2}}이고, 시료의 흡수율은 대기중에서의 시료의 무게에 대한 흡수된 물의 무게이므로{W_{3}-W_{1}}over{W_{1}}이다. 마지막으로 우리가 구하고자하는 시료의 밀도는 부피비중으로서W_{1}over{V_{1}}={W_{1}}over{W_{3}-W_{2}}가 된다.1) 겉보기 밀도, 기공률, 흡수율, 부피비중 측정(1)시험편의 건조 무게 측정:시험편을 110±5℃의 항온기 중에서 건조하고 항량이 되었을때의 무게를 건조무게 W1(g)로 한다. 일반적인 세라믹스 소결체의 경우에 110±5℃의 항온기 중에서 3시 간 정도 건조하면 항량이 되었다고 할수 있다 무게는 1mg까지 정확히 측정한다.(2) 포수시료의 준비:건조 무게를 측정한 시험편을 증류수 속에 담가 Hot plate에 3시간 이상 끓이고 샬 레에 휴지를 깔고 시험편을 건져내어 실온까지 냉각한다.이것을 포수 시료라 한다. 이때 증류수를 가하여 냉각하여도 무방하다.(3) 포수시료의 물속 무게 측정:아르케메데스 장치(미세 질량측정기)를 사용하여 포수시료의 물 속 무게를 측정하 여 W2(g)로 한다.(4)포수 시료의 무게 측정: 포수 시료를 물속에서 꺼내어 표면의 물기를 닦고, 무게를 재어 포수 시료의 무 게 W3(g)로 한다.※ W1 : 건조무게 W2 : 포수시료의물속무게 W3 : 포수시료의무게☞ 겉보기 밀도 계산식 :Da = { W { }_{1 } } over {W { }_{1 } - W { }_{2 } }2) 진밀도 측정(1) 비중병의 무게측정: 비중병을 110±5℃의 항온기 중에서 건조하고 비중병의 무게 P(g)를 측정한다.무게 (G)는 소수점이하 4 자리까지 정확히 구한다.(2) 비중병에 증류수를 채웠을 때 무게 측정: 비중병에 증류수를 가득 채워서 무게를 달아 P2(g)로 한다.(3) 비중병에 시험 분말을 채웠을때의 무게 측정:준비된 시험 분말을 110±5℃의 항온기 중에서 건조하고 그중 8~12g을 미리 무게를 단 50ml의 비중병에 cml하여 무게를 달아 P1(g)으로 한다.(4) 비중병에 시험 분말과 증류수를 채웠을때의 무게측정:시험 분말이 들어 있는 비중병에 약 절반 가량의 증류수를 넣고 물중탕에서 조용히 가열하여 물속의 거품을 제거한 후 상온까지 냉각한다.여기에 증류수를 눈금선까지 채워서 무게를 P3(g)로 한다※ P : 비중병무게 P1 : 비중병분말 P2 : 비중병+증류수 P3 : 비중병+분말+증류수

공학/기술| 2003.04.11| 7페이지| 1,000원| 조회(545)

세라믹, 실험, 데이터, 밀도, 아르키메데스

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