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기계연, 대면적 2차원 나노소재 롤 기반 무 손상 전사기술 개발

취재부 2021-06-14

부록 : 성형 불량의 종류 (Molding Fault Categories) 1

기고 : LS엠트론 김영기 고문010-6603-8210 / ykkim2025@gmail.com자료제공: LS엠트론 기술교육아카데미 / (http://lsmtronacademy.com)

편집부 2021-06-10

탄소나노튜브 기반의 고성능 유연 열전소재

편집부 2021-06-10

사출성형 현장에서 자주 사용하는 사출 용어에 대하여

자료제공: 우진플라임 기술교육원 / 교수 한선근사출현장에서 사용되고 있는 용어들이 잘 정리되어 있지 않아, 서로 원활한 소통을 위하여 기본적인 사출 용어를 숙지하고 있는 것이 바람직합니다.1) 형체력, 형체결력 – clamping force사출 압력에 금형이 열리지 않게 버틸 수 있게 금형을 닫아주는 힘2) 형판 – die plate일반적인 유압식 사출 성형기(소형, 중형)는 형판이 고정측, 이동측, 후판 등 3개가 있습니다. 고정측 형판과 이동측 형판 사이에 금형을 체결하고 후판은 금형의 크기에 따라 조절하는 형판을 말하는 것입니다. 대형 사출 성형기는 형판이 2개로 이루어져 있습니다. 즉 two plate 방식입니다.3) 클램프 – clamp금형을 고정측 형판과 이동측 형판에 설치 시 금형을 고정하는 도구입니다. 클램프 고정용 라쳇렌치를 이용하여 금형을 고정합니다. 다만 대형 금형은 유압을 이용하여 금형을 고정하기도 하고, 클램프의 사용이 불필요한 마그네틱 형판을 사출 성형기에 부착해서 사용하는 사출현장도 있습니다.4) 형후 조정 장치 – mold adjustment part금형의 두께에 따라 조정 및 형체력 설정을 위한 역할을 하는 장치입니다.유압 모터 및 전동 모터가 장착되어서 기어를 움직여서, 또는 유압 실린더의 전·후진 동작으로 금형의 두께에 따라 조정이 되게 하는 기구입니다.5) 토글 – toggle작은 조작력으로 큰 힘을 얻는 데 쓰이는 링크 기구의 하나로, 관절 운동으로 큰 힘을 얻을 수 있는 기구입니다. 6) 타이바 – tie bar사출 성형기 가동측 판이 금형 형개/폐 운동을 할 때 가이드 역할을 하고 형체력을 발생시키는 긴 봉의 형태입니다.(형체력은 타이바의 복원력에 의하여 발생함)7) 에젝타 – ejector금형 안에 제품을 측 코어부에 있는 제품을 취출하기 위하여 금형 안에 있는 제품을 밀어주는 장치입니다. 에젝타 방식은 제품에 따라 여러 가지가 있을 수 있습니다.8) 금형 보호 – mold protect금형을 닫을 때 이물이나 제품이 취출되지 않은 상태로 금형에 끼어 있을 때 금형을 파손되지 않게 하려고 일정 구간을 압력, 시간, 위치 등으로 설정하여 금형의 손상을 막는 사출 성형기의 기능입니다.9) 계량 – plastic cutting, charging사출성형에서 한 행정이 끝난 후 다음 사출을 하기 위한 동작으로 재료를 용융하는 과정과 수지를 가열 실린더 선단으로 이송하는 과정의 진행을 말하는 것입니다.10) 배압 - back pressure수지가 계량되어 screw 선단에 쌓이면 screw를 뒤로 후퇴하게 만드는데, 그 후퇴를 조절함으로 배럴 안에 있는 수지의 밀도를 조절하는 압력을 배압이라고 합니다.11) 슬러그 웰 – slug well사출 성형기의 노즐을 통해 금형 안으로 유입되는 수지가, 즉 식은 수지(노즐 앞쪽에 남아있던) 재료가 스프루, 런너, 게이트를 통해 캐비티로 유입 되기전에 담길 수 있게 만든 공간을 말하는 것입니다.12) 점도 – Viscosity점성이라는 것은 흐름을 방해하려는 플라스틱의 성질을 뜻하는 것으로 점성 계수에 의해 정도를 나타내는데, 이 점성 계수를 점도라고 하고, 플라스틱의 끈적함 정도에 따라 플라스틱의 속도가 변화하기도 합니다.

편집부 2021-06-10

KIST, 열 영상 센서 저가화 기술 개발, 100℃에서도 물체의 온도 식별 가능

- 휴대폰 및 자율주행 자동차용 열 영상 센서 분야 적극 활용 기대 인체나 물체의 온도를 검지하여 영상화하는 열 영상 센서1)는 최근 코로나19로 인해 수많은 건물의 출입구에서 비접촉식으로 얼굴의 온도를 체크하는 열 영상 온도계로 이용되고 있다. 이러한 상황에서 스마트폰 업계에서는 열 영상 센서를 휴대용 센서로 적용하여 실시간으로 온도를 측정할 수 있는 부가 기능 만드는 것을 적극적으로 고려하고 있다. 또한, 이를 자율주행 자동차에 적용하여 활용하면 더 안전한 자율주행이 가능할 것으로 보인다. 열 영상 센서(Thermal Image Sensor): 인체나 물체의 온도에 따라 방사되는 열을 검지하여 영상화하는 센서 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 광전소재연구단 최원준 박사팀이 전자재료연구단 백승협 박사팀, 성균관대학교 백정민 교수 연구팀과의 융합연구를 통해 기존의 가격과 작동온도 문제를 극복한 열 영상 센서 소자를 개발했다고 밝혔다. 개발한 열 영상 센서는 100℃에서도 냉각소자 없이도 동작할 수 있어 기존 센서의 가격 문제를 극복하고, 스마트폰과 자율주행 자동차에 적용할 수 있을 것으로 보인다.스마트폰 및 자율주행 자동차의 부품으로 사용되기 위해서는 각각 85℃ 및 125℃의 고온에서도 문제없이 안정적으로 동작해야만 한다. 이를 위해 기존의 열 영상 센서는 별도의 냉각소자가 필수적이어서 고 사양 소자의 경우 가격이 이백만 원을 넘고, 냉각소자가 있어도 85℃ 이상에서는 작동하지 못하기 때문에 이들 분야에 적용되지 못하고 있었다.KIST-성균관대학교 공동 연구진은 열 영상 센서 원가의 10% 이상을 차지하고, 전력 소모가 큰 냉각소자를 없애기 위해 100℃ 이상에서도 안정적인 이산화바나듐(VO2)-B2) 박막을 이용하여 열에서 발생하는 적외선을 감지하여 전기신호로 바꾸는 소자를 제작했다. 이산화바나듐(VO2): 상온 및 고온에서 반도체 성질을 갖는 산화물 반도체. 결정상태에 따라 특정 온도에서 급격하게 금속을 특성을 보이기도 하나 B 상의 경우 고온까지 안정된 반도체 특성을 보여줌. 연구진이 개발한 볼로메터 소자의 주사전자현미경 이미지(왼쪽)과 모식도(오른쪽) 제작된 소자는 100℃에서도 상온에서와 동일한 수준으로 적외선 신호를 얻을 수 있었다. 또한, 외부의 원적외선을 최대한 흡수할 수 있는 흡수체를 제작해서 함께 사용한 결과 물체의 열을 3배 더 민감하게 감지하여 전기신호로 변환할 수 있었다. 특히 응답속도는 기존 초당 30~40프레임 수준을 뛰어넘어 100프레임의 화상의 촬영이 가능하여 자율주행 자동차 부품으로 사용할 수 있을 것으로 보인다.KIST 최원준 박사는 “융합연구를 통해 개발한 소자 기술로 열 영상 센서의 제작가격을 획기적으로 낮출 원천기술을 확보했을 뿐만 아니라 기존 소자보다 민감도 및 동작 속도가 우수하다”라고 말하며, “앞으로 열 영상을 이용하는 군수용 산업 및 향후 전개될 열 영상 센서의 스마트폰 및 자율주행 자동차용 센서로의 활용이 가속화될 것으로 기대한다”라고 밝혔다.본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원을 받은 KIST 주요사업과 KIST-UNIST-울산시가 공동으로 지원하는 융합신소재연구센터사업으로 수행되었으며, 연구결과는 박막 분야의 저널인 ‘Applied Surface Science’(JCR 분야 상위 2.38%) 최신 호에 게재되었다.* 논문명: Wide-temperature (up to 100℃) operation of thermostable vanadium oxide based microbolometers with Ti/MgF2 infrared absorbing layer for longwavelength infrared (LWIR) detection - (제1저자) 한국과학기술연구원 이혜진 학생연구원 - (제1저자) 한국과학기술연구원 왕다솜 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 최원준 책임연구원 - (교신저자) 성균관대학교 백정민 교수 [ 연구진 이력 사항 ]백승협 박사(공저자)○ 소속: 한국과학기술연구원 차세대반도체연구소 전자재료연구단 책임연구원○ 전화: 02-958-5382○ e-mail: shbaek77@kist.re.kr 최원준 박사(교신저자)○ 소속: 한국과학기술연구원 차세대반도체연구소 광전소재연구단 책임연구원○ 전화: 02-958-5783○ e-mail : wjchoi@kist.re.kr 백정민 교수(교신저자)○ 소속: 성균관대학교 신소재공학부 (교수)○ 전화: 031-290-7409○ e-mail: jbaik97@skku.edu 문의: 광전소재연구단 최원준 책임연구원(T.02-958-5783, 010-8959-0673)

편집부 2021-04-21

실내조명으로 충전되는 고효율 배터리 시스템 개발!

- UNIST 연구진, 전극 물질 성능 개선으로 13.2% 에너지효율 기록- 리튬이온배터리 고속 충전에도 응용 가능… ACS Energy Lett. 표지 선정 버려지는 실내조명(빛)으로 배터리를 충전해 쓰는 에너지 재활용 시대가 앞당겨질 전망이다. 조명 불빛의 충전 효율을 크게 끌어올린 전극 소재가 새롭게 개발됐기 때문이다. UNIST(총장 이용훈) 송현곤·권태혁 교수 연구팀은 실내조명을 이용한 에너지효율을 13.2%까지 끌어올린 배터리 시스템을 개발했다. 이는 이제껏 개발된 광 충전 시스템 중 최고 기록인 11.5%를 훌쩍 뛰어넘는다.* 에너지효율: 외부로부터의 빛 에너지를 화학 에너지로 저장했다가, 다시 전기 에너지로 변환하여 사용하는 효율. (=에너지 변환·저장 효율) 태양전지의 광전변환 효율과 구분된다. 전기화학적 자극을 통한 결정 정렬 및 입자 크기 향상결정(입자) 정렬 및 크기 증가로 충전성능이 좋아진다. 입방정계(cubic)와 정방정계(tetragonal) 사이의 결정 구조 변화가 있는 3V 반응에서만 결정 정렬이 일어난다. 연구진은 전극 소재인 리튬 망간 산화물(LiMn2O4)에 리튬이온을 더 빠르게 집어넣는 방법으로 충전 효율을 높였다. 리튬 망간 산화물에 전기화학적 자극을 줘 입자들을 한 방향으로 정렬시키고 그 크기를 키움으로써, 리튬이온이 전극에 더 많이, 더 빨리 저장될 수 있도록 했다. 투과전자현미경 사진으로 입자의 방향 정렬성과 크기 개선이 확인됐다. 특히 입자 하나의 크기가 기존 26㎚(나노미터, 10-9)에서 34㎚로 커졌다. 결정이 정렬된 전극을 적용한 광 충전 배터리와 이차전지 리튬이온전지의 성능결정이 정렬된 LMO(L34 및 L34*)를 사용한 경우 실내조명에서의 효율이 그렇지 않은 경우에 비해 모든 조명에서 높은 효율을 보여준다. 빛 세기가 약할수록 결정 정렬의 효과가 크다. 또한, LIB(리튬이온배터리)의 율속 특성을 보면, 4VLi/Li+ 반응과 3VLi/Li+ 반응 모두 빠른 속도로 리튬이 삽입되는 상황에서 우수한 성능을 보여준다. 개발된 광 충전 이차전지 시스템은 염료감응 태양전지(발전기)와 발전으로 얻은 전력을 저장하는 배터리가 합쳐진 시스템이다. 리튬이온이 배터리 전극에 단위 시간당 더 많이 저장될수록 충전 효율이 높다. 연구진은 이 같은 시스템을 선행연구를 통해 개발하고, 11.5%의 높은 에너지 변환·저장 효율을 기록한 바 있다.* 염료감응 광(태양)전지: 일반적인 실리콘 태양전지 등과 달리 어두운 밝기(저조도) 빛을 통해서도 전기 생산 효율이 높다. 빛이 있을 때만 발전하기 때문에 이를 저장해 안정적으로 쓸 수 있는 배터리 시스템이 필요하다. 식물이 광합성을 할 때 식물 잎의 엽록소라는 염료가 빛을 흡수해 전자를 만드는 원리에서 착안한 전지다. 염료감응형 광 충전 이차전지(Dye-sensitized photorechargeable battery, DSPB)의 구조 및 작동 원리.빨간색 화살표는 빛으로 인해 광 전극(PE)에서 전자가 생성되고 저장 극(SE)에 저장되는 흐름을, 파란색은 방전 시 방전 전극(DE)으로의 전자의 흐름을 나타낸다. 제1 저자인 이명희 UNIST 에너지화학공학과 박사는 “리튬 망간 산화물은 일반적 리튬이온배터리에서 일어나는 반응 외에 리튬이온을 저장하는 또 다른 반응 경로가 있는데, 이를 이용하여 결정 구조를 정렬시킬 수 있었다”고 설명했다.공동 제1 저자인 김병만 UNIST 화학과 연구조교수는 “실제로 리튬이온을 추가로 넣는 반응에서는 결정 구조가 정육면체 구조(cubic)에서 정방정계 구조(tetragonal)로 바뀌게 된다”며, “충·방전으로 이런 변화가 반복되면서 입자를 정렬시키는 것”이라고 설명했다.* 리튬이온배터리: 리튬이온의 산화 환원 반응을 이용해 전기 에너지를 저장하는 장치. 각종 전자기기나 전기차의 배터리로 쓰이고 있다. 한편, 염료감응 태양전지를 이용한 실내조명 발전은 실리콘 태양전지 등과 달리 어두운 밝기(저조도) 빛으로 전기 생산이 가능하지만, 빛이 없는 조건에서도 안정적으로 쓰기 위해서는 생산된 전력을 저장하는 배터리 시스템이 함께 필요하다.권태혁 교수는 “실내조명 발전은 조명으로 버려지는 전기 에너지를 재활용하는 기술일 뿐만 아니라 태양광발전과 달리 장소, 날씨, 시간 제약이 없다는 장점이 있다”며, “개발된 일체화된 시스템 사용할 경우 실내조명으로 생산된 전기를 효율적으로 쓸 수 있을 것”이라고 기대했다.송현곤 교수는 “간단한 전기화학적 자극만으로도 저장 전극 물질의 동역학 성질을 개선해 배터리의 충전 효율을 증가시킨 것이 주효했다”며, “이 물질은 리튬이온배터리의 고속 충전 등에서도 응용될 수 있을 것”이라고 설명했다.이번 연구는 에너지 분야의 권위 학술지인 ACS Energy Letters의 표지 논문(supplementary cover)으로 선정돼 출판될 예정이다. 연구 진행은 ㈜한국전력공사(KEPCO)와 한국연구재단의 지원으로 이뤄졌다.* 논문명: Electrochemically Induced Crystallite Alignment of Lithium Manganese Oxide to Improve Lithium Insertion Kinetics for Dye-Sensitized Photorechargeable Batteries 자료문의: 에너지화학공학부: 이명희 박사 052-217-2962

관리자 2021-04-20

우리 생활에 없어서는 안될 유용한 플라스틱 제품을 만드는 사출성형기 이야기 33

편집부 2021-04-06

전자기기용 고내열성 폴리이미드 수지 기술 동향

편집부 2021-04-06