Lectures

소재를 제조 하는 데 있어서 출발 원료분말이 가지는 특성은 최종제품의 물성에 매우 큰 영향을 미친다. 그러므로 소재 분체를 제조하는 공정은 매우 중요하다고 보겠다. 따라서 순도가 좋은 미세 분말을 얻을 수 있으며 입자의 지름과 분포를 제어할 수 있는 장점이 있는 액상법에 의한 분말 제조 방법 중 공침법으로 YSZ(Yttria Stabilized Zirconia) 분말을 제조하여 고상법으로 제조한 분말과 비교 한다. YSZ 분말이 치아 보철물을 포함한 기계구조 재료 및 연료전지 전해질등에 광범위하게 활용되는 예를 살펴보며, 각 응용 분야에 따른 조성 및 제조공정의 요구사항을 살펴본다.  

In the fabrication of materials, the properties of the starting raw material powder have a great influence on the physical properties of the final product. Therefore, the process of fabricating the raw material powder is very important. It is important to obtain fine powder with good purity and to control the diameter and distribution of particles. In this class, we try to fabricate the YSZ powder being widely used in mechanical structural materials including dental prostheses and fuel cell electrolytes, and  study  the manufacturing process requirements for each application field.

재료과학 및 공학 개론의 후반부 강의로, 세라믹의 구조 및 성질, 유기물 및 고분자 화합물의 구조에 대해 다루고, 물질의 성질로는 전기적 성질, 열적 성질 및 자기적 성질을 다룬다. 이를 통해 물질를 구성하는 원자, 물질이 이루는 구조 및 물질의 성질에 대해 상호 연관관계를 학습한다.

금속 재료 중 강(steel)을 기본 재료로 해서 온도와 조성에 따른 Fe-C 상변태와 이를 응용해 물성을 제어하는 열처리 공정을 다룬다. 다양한 열처리 공정을 통해 강의 미세조직을 제어할 수 있음을 보이고, 이러한 미세조직의 변화를 통해 금속의 강도, 경도 및 피삭성등 재료 물성을 제어할 수 있음을 보여준다. 이를 통해 강의 특성을 학습함은 물론, 열역학(thermodynamcs)과 운동역학(kinetics)에 대한 지식이 재료 물성 제어에 어떻게 활용될 수있는지를 다양한 예를 통해 체험해 본다.

부도체의 대표적 특성인 유전체(dielectrics)에 대해 그 기본적인 주요 특성들을 설명하고, 그 특성이 capacitor와 같은 전기회로 소자 및 super capacitor와 같은 에너지저장등에 활용되는 원리를 학습하며, 실제 전기회로 설계 프로그램을 활용해 capacitor로 이루어진 frequency filter 회로를 설계해 본다. 세 영역으로 나눠 Part1에서는 유전체의 일반적인 특성, part 2에서는 유전체중에서도 강유전체로 분류되는 물질의 독특한 특성, part3에서는 유전체와 강유전체의 전기회로, 진동자, 그리고 에너지 변환 및 저장 분야에서의 응용에 대해 다룬다. 설계 학점을 포함하고 있어 실습을 수행한다.

화학에너지를 전기에너지로 변환하는 소자인 연료전지와 리튬이차전지에 사용되는 다양한 재료들을 살펴보고, 에너지변환 소자에서 열역학과 반응동역학이 적용되는 원리를 학습한다. 우선 연료전지의 작동 원리를 이해하기 위해 이와 관련된 열역학적 기본 지식을 소개하고,  전극에서 일어나는 반응의 속도를 결정하는 인자 및 촉매의 원리에 대해 학습한다. 이를 바탕으로 상온에서 부터 800도 고온까지 작동온도에 따른 다양한 종류의 연료전지를 소개하고, 이를 구성하는 재료들을 살펴본다. 특히, 고분자 전해질을 이용한 PEMFC와 산화물 전해질을 이용한 SOFC의 전해질 및 전극 물질에 대해 깊이있게 살펴본다. 또한 연료전지와 같이 화학에너지를 전기에너지로 바로 변환하는 또 다른 대표적인 소자인 리튬이온 이차전지에 사용되는 재료에 대해 살펴본다.

신소재공학심화 프로그램의 교육목표를 완성하기 위한 가장 중요한 종합설계(capstone design)인 project 1은 창의성, 기술성, 실현성 및 협동성을 배양하기 위해 아이디어의 참신성, 가정에 대한 현실적 확인, vision 제시하게 하고 목표의 명확성, 검증, 공학적 접근, 목표 대비 실현 정도, 공학 지식의 적용 정도, 보고서의 체계성 및 팀원 간의 brainstorming, 역할분담과 의견차이 해소, 목표달성을 위한 책임의지를 강조한다. team 구성과 산업체의 설문에 의한 요구 사항 등을 교수들로부터 전해 받아 과제를 설정하고 과제에 대한 이해와 분석을 주로 한다.