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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김대현 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

발행연도
2013
저작권
서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수4

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2013

FFM을 이용한 산화텅스텐 나노막대의 트라이볼로지 특성
김대현 2013.01 학위논문

2011

산화 텅스텐 나노막대의 트라이볼로지 특성
김대현 ,  한준희 ,  송재용 외 1명 Tribology and Lubricants 2011.12 학술저널
산화 텅스텐 나노 막대의 트라이볼로지 특성
김대현 ,  김효상 ,  한준희 외 2명 한국트라이볼로지학회 학술대회 2011.04 학술대회자료

초록· 키워드

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나노막대(Nanorods)의 기계적, 전기적, 광학적으로 독특하고 다양한 특성으로 인하여 산업분야에서 주목을 받고 있다. 그 중 수직으로 정열된 산화텅스텐 나노막대는 우수한 슈도커패시터(pseudocapacitor) 특성과 독소가 있는 가연성 유기 가스 검출에 매우 우수한 특성을 보인다. 하지만 기존의 연구들은 산화텅스텐 나노막대의 전기, 화학, 광학적인 특성만을 고려하였기에 마찰/마멸 특성에 관한 연구는 전무하다. 이번 연구에서는 나노 영역의 트라이볼로지 특성 측정을 위해 널리 사용되고 있는 기술, 원자힘 현미경(atomic force microscope)을 이용한 FFM(friction force microscope)을 활용하였다. 특히 마모 시험 중 탐침 마모의 변화를 최소화하기 위해 팁이 없는 캔틸레버 끝단에 직경 20 의 보로실리게이트 구를 부착시킨 콜로이드 탐침(colloidal probe)을 사용한 FFM 기술을 활용하였다. 따라서 나노 마모 연구에 사용되는 콜로이드 탐침의 스프링 상수를 결정하는 것은 매우 중요한 선결 조건이 되었다. 보편적으로 활용되는 스프링 상수 결정법인 thermal 방법과 Sader 방법은 캔틸레버의 형상과 재질이 균일하다는 가정 하에 사용되고 있다. 따라서 이 방법을 이용하여 캔틸레버와 재질이 다른 마이크로 크기의 구가 붙은 콜로이드 탐침의 스프링 상수를 측정할 경우 오차가 크게 발생한다. 그래서 새롭게 제작된 콜로이드 탐침의 수직 스프링 상수를 결정하기 위해 thermal 방법을 응용한 방법을 본 연구에서는 제안하였고 콜로이드 탐침의 수직 스프링 상수 측정 결과를 나노힘 교정기(측정 불확도 1.00%)로 측정한 결과와 비교하여 그 유효성을 확인할 수 있었으며 제안된 방법으로 측정한 콜로이드 탐침의 수직 스프링 상수를 기반으로 산화텅스텐 나노막대의 트라이볼로지 특성을 조사하였다.
연구 결과 기존의 thermal 방법을 응용하여 이번 연구에서 제안한 콜로이드 탐침의 수직 스프링 상수 결정 방법이 매우 간단하면서도 유용함을 확인할 수 있었고 나노 마모시험을 위해 콜로이드 탐침 활용의 필요성을 입증하였다. 그리고 나노 표면 구조를 지닌 산화텅스텐 나노막대의 객관적인 트라이볼로지 특성을 콜로이드 탐침을 이용한 FFM으로 측정할 수 있었다.

목차

요약 ⅰ
그림목차 ⅱ
표목차 ⅵ
Ⅰ. 서론 01
Ⅱ. 이론적 고찰 04
1. 원자현미경 06
2. 스프링 상수 10
1) Thermal noise 방법 11
2) Sader 방법 13
3) Reference 방법 15
3. 마모 20
1) 마모 메커니즘(wear mechanism) 22
(1) 응착마모(adhesive wear) 24
(2) 연삭마모(abrasive wear) 25
(3) 피로마모(fatigue wear) 25
(4) 박리마모(delamination wear) 26
(5) 침식마모 (erosive wear) 26
(6) 부식마모 (fretting and corrosion wear) 26
2) 접촉 모델(contact model) 27
(1) Hertz 접촉 모델 27
(2) JKR 접촉 모델 28
(3) DMT 접촉 모델 29
3) 트라이볼러지(tribology) 32
(1) 응착력 33
(2) 하중 변위 곡선 34
(3) 마찰 계수 35
(4) 마모율 35
4) 산화 나노 막대 39
Ⅲ. 실험 장치 및 실험 방법 42
1. 콜로이드 탐침 42
1) 콜로이드 탐침 제작 42
2) Thermal noise 방법 응용 45
3) 나노힘 교정기(NFC, nano force calibrator) 48
4) 콜로이드 탐침 유효길이 측정 49
2. 시편제작 50
3. 산화텅스텐 나노막대의 트라이볼로지 특성 측정 51
Ⅳ. 실험 결과 및 고찰 52
1. 콜로이드 탐침의 수직 스프링 상수 52
1) 콜로이드 탐침의 수직 스프링 상수 결과 비교 52
2) 캔틸레버 유효길이와 수직 스프링 상수의 상관관계 54
3) 레이저 반사점 위치와 수직 스프링 상수의 상관관계 56
4) 직경 20 콜로이드 탐침 활용의 필요성 59
5) 보로실리게이트 구 탄성율의 영향 62
6) 요약 및 추후 연구 방향 64
2. 산화텅스텐 나노막대의 트라이볼로지 특성 65
1) 산화텅스텐 나노막대 표면 마찰력 65
2) 슬라이딩 속도와 마찰력 68
3) 슬라이딩 속도와 마모 깊이 72
4) 수직 하중에 따른 마모 깊이와 응착력 76
5) 하중에 따른 접촉 면적, 접촉 압력, 압입 깊이 78
6) 접촉 면적과 응착력 80
7) 응착력과 마모 81
8) 주사전자현미경 분석 83
9) 트라이보케미컬 상호 작용 87
10) 산화텅스텐 나노 막대의 트라이볼로지 특성 90
11) 요약 및 추후 연구 방향 93
Ⅴ. 결론 95
참고문헌 97
영문초록 104
감사의 글 105

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