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블록포장도에 자생하는 이끼는 제거해야 할 대상으로 여겨지는 바 있다. 하지만 근래 인구 밀집과 사막화로 도심 녹지가 이슈가 되고 있는 점과 이끼의 특성을 생각하였을 때 이끼는 도심의 간이 녹지의 구성 요소로서의 역할을 할 수 있다. 이에 이끼와 보도블록에 대하여 탐구하고 최적의 보도블록 이끼 시공 방안을 구하고자 한다. 쥐꼬리이끼, 서리이끼, 가는흰털이끼, 우산이끼, 깃털 이끼의 광합성 실험과 현미경 관찰을 시행하였고 깃털이끼가 가장 적합하다고 판단하였다. 이후 이끼 블록을 제작하여 열 감축 효과를 실험하였다. 실험 결과, 표면 온도 변화량, 주변 블록의 표면 온도 변화량, 내부 온도 변화량, 이산화탄소 농도 변화량의 측면에서 이끼 블록의 면적을 일반 블록의 33.3%가 되도록 시공하였을 때 가장 뚜렷한 열 감축 효과를 보인다는 결과를 얻었다. 주제어: 이끼, 도심 사막화, 블록포장도, 녹지, 열 감축
활성탄(活性炭, Activated Carbon)은 야자 껍데기, 석탄 등의 천연물을 원료로 사용하여 흡착 과정을 통해 유기 화합물을 액체 및 기체에서 제거하는 다공성 물질이다. 여러 공업 단체를 포함한 다양한 곳에서 하수 정화를 위해 활성탄을 이용하고 있다. 그 중 본 연구에서는 하천에 버려져 용해 되는 폐의약품을 정화하기 위해 활성탄을 이용할 것이다. 하천에 버려지는 폐의약품은 그 자체로 환경에 지대한 악영향을 미치므로, 하천의 정화는 필수적이다. 하지만 여러 연구에서는 활성탄을 이용한 정화가 완벽하지 않다고 한다. 따라서 본 연구에서는 활성탄의 효율을 높일 수 있는 방법을 흡광도를 활용한 HPLC 측정을 통해 연구하였다. 주제어: 폐의약품, 활성탄, 흡착, 흡광도, 고성능 액체 크로마토그래피
현재 모두가 몸소 느낄 정도로 지구 온난화 및 기후 변화가 심화된 가운데, 플라스틱 생산과 배출은 환경오염의 주된 원인으로 손꼽힌다. 때문에 플라스틱 식품 포장재를 대체할 수많은 포장재들이 연구되고 사용되고 있지만, 그 한계는 여전히 존재한다. 본 연구의 목적은 생분해가 불가능하고 완전히 재활용되지 못 한다는 플라스틱 식품 포장재의 단점과, 부분적인 생분해는 가능하지만 재활용의 어려움이 있다는 종이 식품 포장재의 단점을 모두 보완한 종이 식품 포장재의 개발이다. 종이를 코팅할 코팅액의 주 재료로 PVA와 chitosan을 선정해 가교를 진행함으로써 포장재로서의 성능과 생분해성 모두 뛰어난 포장재를 제작한다. 또한 이전에 제작한 maleic acid와 fumaric acid를 활용한 종이 식품 포장재와도 비교를 통해 보다 개선된 포장재 개발에 초점을 둔다. 주제어: PVA, chitosan, paper food packaging, coating, cross-linking
친환경 빨대의 일종인 종이 빨대는 플라스틱 빨대의 대안으로 많은 관심을 받고 있다. 하지만 종이 빨대는 사용감이 좋지 않을 뿐더러 친환경 종이 빨대는 음료나 물에 담가두면 금방 젖어서 흐물흐물 해지며 강직도를 잃어버리고, 종이맛이 느껴져 음료의 맛을 해치기도 한다는 문제점이 있었다. 또한, 실제로 종이 빨대는 음료에 쉽게 녹지 않도록 플라스틱의 일종인 폴리에틸렌 등으로 코팅되어 있기 때문에 재활용이 어렵다는 단점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 연구에서는 생분해성 고분자인 PLA를 녹여 종이를 코팅시켜 보았다. 주제어: PLA, 생분해성, 친환경, 종이빨대
본 연구에서는 환경 보호 및 지속 가능한 발전을 위해 버려지는 과일 껍질에서 추출한 펙틴과 생산 성이 높은 해조류에서 얻은 알긴산을 활용한 비식용 작물 기반 생분해성 플라스틱을 제조하고 물성 확인 실험을 수행하였다. 계산화학을 이용해 선행연구에서 사용한 칼슘과 아연 이온 중 펙틴, 알긴산 과의 결합 친화도가 더 높은 아연 이온을 펙틴-알긴산 생분해성 플라스틱을 고화시킬 금속이온으로 선정하고 펙틴과 알긴산의 비율을 달리해 총 5개 종류의 생분해성 플라스틱을 제조했다. 그 후 인장 실험, 내화학성 실험을 통해 최적의 물리적·화학적 물성을 가진 생분해성 플라스틱을 탐색했다. 그 결과 [펙틴 4g, 알긴산 4g] 시편, [펙틴 2g, 알긴산 6g] 시편이 선행연구에서 제시한 [알긴산 8g] 플라스 틱보다 물리적 성질에서 우수한 강도와 내구성을 갖추었으며, 화학적으로도 안정성을 갖추고 있음을 확인하였다. 해당 생분해성 플라스틱의 특성은 포장재 용도로 사용하기에 적합하며, 아연 이온이 첨가 되어 항균성을 지니고 있다. 본 연구의 결과는 생분해성 플라스틱의 연구에 있어서 중요한 역할을 할것으로 기대되며, 환경 오염의 해결과 지속 가능한 발전 달성에 기여할 것으로 예상된다. 주제어: 계산화학, 펙틴, 알긴산, 생분해성 플라스틱, 물성 파악
본 연구는 이온성 고분자가 전단력에 의해 뭉쳐져 있는 사슬이 풀리면서 용매 흡착으로 결정이 커지는 것에서 착안하였다. 선행연구에서 DMF결정에 가한 회전이 고분자 사슬을 푸는 것 이외의 영향으로 성장을 촉진시켰는지 여부와 다른 방식의 충격을 줄 때의 결정성장의 변화를 밝히는 것을 목적으로 한다. 본 탐구에서는 DMF와 유사한 단사정 구조를 이루지만 풀린 사슬 형태의 아세트산 나트륨의 결정에 원심력, 진동을 가해 실험을 진행하였다. 연구 결과 충격을 가한 뒤 짧은 시간이 지났을 때는 결정 성장에 큰 영향이 없었으나 충격을 주고 2달 뒤에 아세트산 나트륨 결정에 원심력을 가했을 때와 진동을 주었을 때 순서로 아무 충격을 주지 않을 때보다 결정성장이 촉진되었 다. 물리적 충격으로 결정 성장을 촉진시킨 원리를 발전시켜 신소재 개발, 의약품 개발 등 다양한 화학공정에 유용하게 쓰일 것으로 기대한다. 주제어: 결정성장, 사슬결함, 충격, 원심력
본 연구는 음식물쓰레기 부패 과정에서 발생하는 생체 아민의 이산화탄소 흡착 능력을 평가한다. 바이오매스 생산 후 남은 음식물쓰레기 슬러지 및 폐수로부터 생체 아민을 추출하여 이산화탄소 흡착제를 조제할 수 있다. 티라민과 트립타민의 카복실화 반응을 유도하여 이산화탄소를 흡착하고 반응 전후 아미노산 검출 실험과 이산화탄소 농도 측정을 수행한다. 이산화탄소와 생체 아민 수용액을 가열하여 반응시킨 후 이산화탄소 농도 변화를 측정하고 닌히드린 반응 및 크산토프로테인 반응의 색변화를 관찰한다. 실험 결과 티라민과 트립타민 모두 아미노산이 생성되었고 약 99%의 흡착률을 보였다. 생체 아민계 이산화탄소 흡착제는 음식물쓰레기 바이오매스 생산 과정에서 추출할 수있으며 CCUS 기술에서 재사용 가능한 흡착제로 사용될 것으로 전망한다. 주제어: 생체 아민, 음식물 쓰레기, 카복실화, CCS 기술
파동과 간섭은 일상생활에서 자주 접할 수 있는 물리적 현상이다. 극장이나 영화관에서 사용되는 ‘돌비 애트모스’ 기술, ‘노이즈 캔승링’ 기술 등, 음파의 간섭을 활용한 상품들이 각광받고 있다. 본 연구에서는, 이러한 기술들의 원리와 적용에 대해 고찰하고, 이를 쉽게 교육할 수 있는 교구와 시뮬레이션 제작을 목표로 실행되었다. 이에 따라, 두 파원의 파장/진동수가 다른 경우에서 상쇄간섭무늬의 형태와 거동에 대해 초점을 두고 연구를 진행하였다. Python 3와 Wolfram Mathematica를 활용하여 서로 다른 두 점파원에서 2차원 평면상에서 두 파원으로부터 생성된 파동과 이들의 간섭무늬를 출력하는 시뮬레이션을 제작하였고, 이를 확인하고자 실제 실험을 설계, 셋업 하여 물결파의 간섭을 확인하였다. 이러한 과정을 통해, 진동수가 다른 두 점파원의 간섭무늬는 이차곡선 형태를 띄며, 진동수가 상대적으로 더 작은 점파원의 방향으로 회전하는 거동을 보이는 것을 알아내었다. 본 연구에서 발견한 간섭무늬의 특징은 추후 이루어질 연구나 상품 개발에 적용될수 있을 것으로 보이며, 직접 제작한 실험 장비와 셋업, 그리고 시뮬레이션은 교구나 교육자료로 이용될 수 있을 것이다. 주제어: Wolfram Mathematica, 점파원, 간섭무늬, 파동, 물결파
본 연구는 코일의 감은 수와 거리, 그리고 모양이 상호유도계수에 미치는 영향을 실험적으로 검증하였다. 실험 결과, 상호유도계수는 두 코일의 감은 수의 곱과 거리의 제곱 값에 비례하며, 이는 이론적 배경과 일치하였을 뿐만 아니라 두 코일 사이의 거리와 감은 수에 따른 상호유도계수와의 관계를 다루는 식을 실험적으로 도출하였다. 또한, 원형 코일을 1차 코일로, 다양한 형태의 코일을 2차 코일로 설정하여 실험한 결과, 2차 코일로 사용된 정다각형의 변의 수가 커질수록 상호유도계 수가 큰 값으로 도출되었다. 이는 코일의 모양이 원형에 가까워질 수록 코일의 단면적 비가 증가하는 경향성과 일치하였다. 따라서 실제 적용을 고려해 볼 때, 스마트폰과 같은 기기에서는 직사각형 코일이 공간 효율이 좋을 것으로 예상된다. 이번 연구를 통해 코일의 형태에 따른 상호유도계수 변화를 이해하고, 이를 기반으로 코일의 설계 및 활용에 대해 정량적 기준을 제시하였다. 주제어: 패러데이 법칙, 상호 유도계수, 코일, 비오 사바르 법칙, 무선 충전
본 연구는 순수한 이론적 호기심에서 출발하였다. 팽이가 회전할 때 팽이의 회전 지속시간을 향상하는 요소를 알아내고자 하였다. 먼저 연구의 기초지식이 되는 팽이의 역학적인 움직임을 분석 하여 이에 작용하는 물리 현상들을 기술하였다. 회전 시간에 영향을 주는 요소로 팽이의 무게중심과 바닥과의 마찰력을 지정하였다. 이 요소들이 회전 시간에 주는 영향에 대해 가설을 세우고, 입증 하는 실험을 진행하였다. 이 실험은 유니티 엔진을 이용한 가상 실험으로 구현할 수 있었다. 나아가 팽이를 실제 제작하여 실제 실험도 구현하였다. 팽이와 같은 거동을 요구하는 장치(기구)를 설계할때 본 연구를 통해 알아낸 팽이의 회전 지속시간을 향상하는 요소를 고려하여 설계한다면, 보다 우수한 성능과 효율을 기대할 수 있을 것이다. 주제어: 팽이(spinning top), Unity, 회전 지속시간, CNC
광학은 양자 컴퓨팅, 나노광학 등 미래 기술 개발에 중요한 역할을 하므로 자연 현상의 광학적 탐구는 기술 발전에 해결책을 제시하는 중요한 역할을 할 수 있다. 본 연구에서는 현미경을 통해 참돔 비늘의 구조를 파악한 후, 비늘에 빛을 쏘았을 때 나타나는 회절무늬를 Wolfram Mathematica를 이용하여 분석해 본다. 이러한 과정을 위해 슬릿을 통과하는 빛의 회절현상과 같은 광학 이론을 탐구 하고, 더 나아가 푸리에 변환을 이용하여 다중격자가 만드는 회절 이미지를 시뮬레이션한다. 주제어: 회절무늬, 이미지 분석, 다중 슬릿, 참돔 비늘, 푸리에 변환
본 연구는 기존의 빛을 이용한 회절격자 현상을 초음파에 적용하는 것을 목적으로 하며, 기존의 회절격자 현상을 분석하고 이것이 다른 파동에도 적용될 수 있는지 탐구한다. 본 연구에서는 다른 파동으로 초음파를 예시로 들어 초음파를 이용한 회절격자 실험을 구상하고 각도에 따른 진폭을 분석하는 방법을 사용하여 파장별로 회절 무늬를 분석한다. 분석 결과 파장에 따라 극댓값을 갖는 각도가 달라짐이 보이나 파장이 길어질수록 진폭이 약해지는 경향을 보여 잡음이 미치는 영향이 늘어나 진폭 값에 영향을 주어 큰 오차가 나타난다. 추가 연구로 간격이 불규칙한 회절격자의 각도에 따른 회절 무늬가 각각의 격자 사이 간격에 따라 다름을 깨닫고 이를 위조지폐 식별 등에 사용할 수 있는 식별 암호로 사용될 수 있음을 제시한다. 주제어: 초음파, 암호, 회절격자, 보안