연도별 연구과제 141 페이지첫페이지로 이동

추진체 기술은 추진력을 발생시켜 기계적 에너지를 통해 물체를 가속하여 운반, 이동하는 기술이다. 산업, 교통 부분에서 물체를 이동시키는 기술은 필수적으로 요구되기 때문에, 학문적인 관점뿐만 아니라 경제적인 관점에서도 추진체 기술은 매우 중요하다. 본 연구에서는 추진체 기술의 발달에 기여하기 위해 추진체의 구조가 추진체의 가속도 및 효율에 어떤 영향을 주는지 알아볼 것이다. 특히 노즐의 구조가 추진체의 가속도 및 효율에 주는 영향에 대해 분석하고자 한다. 연구를 통해 추진체의 작동에 적합한 노즐의 형태는 어떤 것인지 파악하고, 직접 로켓 추진체를 개발해보고자 한다.

▪ 주제어: 추진체, 노즐, 가속도, 효율

산화와 환원 전극이 분리되지 않은 전지에서 환원 반응이 두 전극에서 모두 일어날 수 있다는 점에 의문을 가지고, 각 전극에서 일어나는 환원 반응의 경향성을 정량적으로 설명해보고자 구리 이온 전해질을 사용하였다. 그러나 구리 이온 전해질 용액에서 아연 전극에서 검은색 침전이 예상치 못하게 발생하였다. 나노플라워라고 불리는 형태의 결정 구조가 관찰되어 음이온의 종류, 결정 생성 시간에 따라 침전의 결정 모양 및 성분을 분석하였다.

▪ 주제어 : 나노 플라워, 전지, 환원 반응, 전자현미경, 전해질

대한민국은 더 이상 지진 안전 지대가 아니라는 것이 밝혀졌다. 이에 따라, 건축물의 안정성은 이전보다 매우 중요해지고 있다. 지오데식 돔은 안정된 구조를 바탕으로 여러 가지 방법으로 변형함에 있어 용이하다. 본 연구에서는 지오데식 돔의 차수와 접합부의 수를 바꿔가며 그 중 가장 안정한 구조를 찾고, 이를 바탕으로 다양한 방법을 통해 구조를 변형할 것이다. 최종적으로는 기존 건축물의 부족한 안정성을 보완해줄 새로운 건축구조를 제시할 것이다.

▪ 주제어: 지오데식 돔, 지진 안정성

본 연구는 물 안에 있는 나프탈렌을 대상으로 사이클로덱스트린의 전하를 띤 유도체를 이용해 나프탈렌을 포집 후 염석의 원리를 이용해 수면 바닥에 응집하고자 하였다. 알파, 베타, 감마 사이클로덱스트린의 나프탈렌 포집 효과를 확인하였으며 전하를 띤 효과적인 유도체로 베타-사이클로덱스트린-2-HPTMAC를 환류콘덱서를 이용해 둥근바닥플라스크에서 약 20시간 동안 가열하여 합성하였다. 이를 나프탈렌 용액에 투입 후 용액에 대한 원심분리를 진행하여 용액의 중간 층을 채취한 후, 분광광도법과 입도분석법으로 나프탈렌의 포집이 이루어졌음을 확인할 수 있었다. 이 연구를 통해 수면 바닥에 포집된 나프탈렌을 빼낼 수 있는 방법만 제기된다면 수면에 미량 녹아 있는 나프탈렌을 대부분 제거할 수 있는 시스템을 완성할 수 있다.

주제어: 사이클로덱스트린, 흡착, 나프탈렌, 염석, 전착
 

본 연구에서는 화학 실험 및 생화학 실험에서 요구되는 사전 전처리 과정을 자동화할 수 있는 시스템을 개발하고 검증하였다. 반복적이고 단순한 전처리 과정을 고급 연구 인력이 아닌 자동화 로봇에게 할당하게 함으로써, 연구의 효율성을 향상시키고 오차를 줄일 수 있다. 개발한 전처리 시스템은 하드웨어와 소프트웨어로 나누어진다. 전처리 기능 수행을 위해 필요한 4가지의 하드웨어를 설계하고 제작하였으며, 사용자의 니즈를 입력받는 인터페이스를 BASIC 언어 기반 터치형 컨트롤러 CT1721C를 통해 구현하고 기능 수행에 실질적인 실행 코드를 구현하였다. 개발한 전처리 시스템은 단순 피펫팅만 아니라 pH와 정밀 온도를 측정할 수 있는 기능이 추가되어 있어 폭넓게 활용이 가능하다.

유체 저항은 공학 분야에서 중요하게 다루어지는 내용이다. 특히, 배와 비행기 등에서는 유체 저항을 줄이기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 연구는 그루브-리블렛 복합형 구조의 유체 저항 감소 효과를 확인한 연구이다. 형태적인 면에서 선인장의 그루브(groove) 구조를 응용하고, 표면적인 면에서 상어 비늘의 리블렛(riblet) 구조를 적용하여 복합구조를 제안하였다. 첫단계로, 홈의 깊이와 끝 부분의 모양에 따라 유체 저항이 달라질 것이라는 가설을 수립하였다.

그 후 3D 프린터로 그루브 형태별 구조물을 출력하여 풍동 실험 장치를 통해 구조물 별 항력계수를 비교하여 위 가설들을 검증하였다. 이를 바탕으로 리블렛 구조를 추가한 복합 구조를 제작하여 같은 방법으로 유체 저항이 최소가 되는 구조를 찾아내었다. 그 결과 본 연구에서 제안한 그루브-리블렛 복합 구조는 유체 저항을 40% 가까이 감소시킬 수 있으며, 이는 비행기 등에 활용할 수 있을 것이다.

▪ 주제어: 유체 저항, groove구조, riblet 구조, 유체저항 감소

트리메틸아민뇨증(trimethylaminuria) 환자가 자신의 분비물로 방출되는 트리메틸아민(Trimethylamin, TMA)의 심한 악취로 고통받는 것에 대해 관심을 가져 이 문제의 해결방안을 모색해 보았다. 우리는 TiO2가 광촉매로 작용하여 TMA를 분해하는 것을 알고, TiO2에 Nd-doping, Slica-doping을 적용하여 가시광선 영역에서 반응하는 고효율의 광촉매를 제작하려 하였다. 또한 앞선 연구에서 연구팀은 6종의 양이온으로 진행한 제올라이트 표면개질 실험을 진행했고, 그 중 가장 고효율의 흡착 성능을 보여주었던 Ca(OH)2를 doping 한 TiO2과 섞어 추가적인 효과가 나는지 비교해 보았다.

▪ 주제어: TMA, TiO2, 광촉매, 제올라이트, 흡착

아밀레이스의 세정 효과를 일반 세정제와 증류수와 비교하여 어느 정도의 세정효과를 나타내는 지 파악하였다. 대장균을 기르는 배지를 만들어, 대장균을 정량적으로 세척할 수 있는 실험을 형성할 수 있도록 하였고, 식물의 아밀레이스 추출물 용액을 제작하여 실험을 진행하였다. 배지에 자란 대장균 수를 분석하여 세척력을 비교해 보았을 때 아밀레이스가 세정제보다는 적었지만, 유의미한 세정효과를 나타낸 다는 것을 파악하였고, 아밀레이스 농도를 높여서 다시 실험을 진행하여 최종 아밀레이스 세정효과를 검증할 것이다.

▪ 주제어: 베타 아밀레이스, 세정, 미생물

 친환경 소재인 Chitin 기반 poly-para phenylene과 Polythiophene 합성함. Polythiophene 합성 시 CrO₃와 Na_​2​CrO_​7, KMnO_​4​  를 이용하여 합성하였고 IR 스펙트럼을 이용하여 작용기를 분석함. 합성한 물질을 이용하여 BPA 흡착실험을 진행하였고, poly-thiophene-ohitin, 활성탄과 zeolite의 비율은 1:3, 1:2, 1:1, 2:1, 3:1, 활성탄, poly-thiophene-ohitin과 활성탄을 섞은 것을 순서로 흡광효율이 나타남.

▪ 주제어: Chitin, BPA, 흡착, poly-para phenylene, Polythiophene

실내공기는 한정된 공간에서 오염된 공기가 지속적으로 순환하면서 실내공기가 오염되어 큰 피해를 유발할 수 있다. 또한, 코로나 19로 인해 교실 안에서 공기를 통한 바이러스 전파 가능성을 배제할 수 없는 상황이다. 그래서 본 연구를 통하여 학생들이 가장 많은 시간을 보내는 교실 내에서 공기 흐름변화에 따른 오염물질 확산 양상을 알아보고 오염물질로 인한 피해를 최소화할 수 있는 방안을 탐구하고자 한다. 탐구를 위해 교실 모형을 제작한 후 바람의 각도와 창문에 설치한 날개의 각도의 변화시키면서 교실에 발사한 기체의 농도 변화와 흐름을 분석하였다. 이 연구를 통해 바람의 방향에 따른 교실 내의 가장 원활한 환기가 되게 하는 날개 각도를 알 수 있다. 그리고 본 탐구 결과를 이용하여　실제 학교 창문의 날개에 적용하여 교실 내의 원활한 환기를 할 수 있다.

▪ 주제어 : 자연 환기 공기순환 방법, 공기의 흐름, 창문 날개, 교실

인류의 주요 에너지원인 화석 연료가 고갈됨에 따라 신재생 에너지의 중요성이 대두되고 있다. 신재생 에너지원으로서 큰 공급 비율을 차지하는 태양광 발전은 넓은 토지 사용량과 미적 부조화 같은 문제로 인해 도시지역에 적극적으로 도입되지 못하고 있다. 본 연구의 목적은 식물의 구조 모방을 통해 면적당 발전량을 높이고 도심 환경과 조화를 이루도록 조형 태양광 발전기를 만들어 이러한 문제점을 해결하고자 하는데 있다. 오랜 진

화를 거친 식물이 광합성 효율을 높이는 방법을 탐구하고 추상화시켜 시뮬레이션을 도출 및 비교하고 이를 토대로 3D 모델을 출력하여 리얼 월드에서의 적용 가능성에 대해 연구하였다. 결과적으로 단위면적당 발전효율을 높이고 자연을 모방하여 만들어지는 아름다운 구조로 미적 효과를 높이고자 하였다.

▪ 주제어: 광합성, 태양광 발전, 식물의 구조 특이성, 굴광성

셀룰로오스는 지구상에서 가장 풍부한 바이오매스이나 나무 중 비율이 40% 정도로 순도를 높여 펄프화 하는데 많은 에너지와 화학물질이 필요한 단점이 있다. 사용한 폐종이는 주로 재생종이로 재활용(recycling)되고 있으나 셀룰로오스 비율이 80~90% 정도로 높아 우수한 바이오매스 원료가 될 가능성이 있다. 따라서 본 연구는 폐지를 값싸게 재생하여 플라스틱 제품을 대체하는 것을 목적으로, 고급 장비 없이 폐지를 이용해 펄프를 성공적으로 제조할 수 있는 시스템을 구축하고, A4 폐지를 원료로 하여 고순도의 셀룰로오스를 정제하고 이를 이용하여 CNF를 제조한 후, 펄프와 CNF를 다양한 비율로 혼합하여 제작된 재생 종이의 섬유 구조, 최대 인장력을 비교하였다. 나아가 지방산 염화물로 재생 종이를 코팅하여 소수성을 띠게 하였다. 결론적으로, 값비싼 장비 없이도 펄프를 생산할 수 있고, 폐지로 생산된 재생 종이에 적절한 비율로 CNF를 첨가하고 코팅을 진행함으로써 인장 강도와 소수성을 강화하여 현재 생산되는 플라스틱 제품을 대체할 수 있음을 시사했다.

▪ 주제어: Cellulose Nano Fibril(CNF), 펄프, 나노셀룰로오스, 재생종이, 폐지 업사이클링