A Study of Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification on the Materials Fabricated via Direct Energy Deposition

The laser metal deposition(LMD) technology has garnered much attention for being able to realize complex shapes and producing little waste material, thereby addressing the limits of existing metal product processing. Direct energy deposition (DED), a branch of laser melting deposition technology, can realize precise structures and excellent mechanical properties, and thus, it is used for various applications such as strengthening the surface of products(hardfacing) or remodeling and repairing the damaged components. Howerver, surfaces that have been deposited by DED exhibit poor quality because the deposition bead layer shape and spatter remain on the surfaces. The surface characteristics affect not only the appearance of the product but also its mechanical functions and lifetime, making post-milling processing indispensable for refining the surface after the DED process. Furthermore, In a metal additive manufacturing process, metal powder is melted by a high-power laser before solidification; thus, a rapid temperature change is experienced, which generates tensile residual stress. The tensile residual stress in the DEDed M4 may reduce the fatigue performance and shorten the product life. UNSM technology not only improving surface roughness and refining surface microstructure by applying severe plastic deformation(S2PD) to the material surface, but also induces the compressive residual stress and improves the wear-resistance of the materials. Given that UNSM can improve a material's surface performance, in this study, UNSM technology is applied to DEDed surfaces with the aim of improving the DED product's surface quality. It was found to the UNSM technology has a beneficial effect on reducing the surface roughness and waviness by improving the poor surface of DED products. Also, it was confirmed that the UNSM technology can induce a compressive residual stress to the DED product and improve mechanical performance including wear resistance.List of Tables ⅲ List of Figures ⅳ Nomenclatures ⅸ Abstract ⅹ 1. 서 론 1 1.1 연구 배경 1 1.1.1 레이저 금속 적층된 제품의 표면 특성 2 1.1.2 직접 용융 적층법 2 1.2 연구 동향 4 1.2.1 적층 소재 표면 개선을 위한 연구 사례 4 1.2.2 적층 소재의 기계적 성능 개선 및 표면 처리 4 1.3 연구 목적 10 2. 초음파 나노표면개질 11 2.1 초음파 나노표면개질 11 2.2 기초 실험 15 2.2.1 실험 재료 22 2.2.2 DED 적층 조건 및 UNSM 조건 설정 23 2.3 실험 결과 25 2.3.1 적층 표면 구조 변화 25 2.3.2 표면부 미세조직 변화 30 3. UNSM 표면 개질 요인 효과 분석 35 3.1 반응표면분석 실험 설계 35 3.2 공정 조건에 따른 표면 특성 분석 42 3.2.1 정적 하중의 영향 43 3.2.2 인터벌의 영향 47 3.2.3 이송 속도의 영향 50 3.3 반응표면분석법을 이용한 공정 최적화 55 3.3.1 실험 결과 및 분석 55 3.3.2 UNSM 공정 최적화 67 4. DED 고속도공구강에 대한 UNSM 효과 분석 80 4.1 실험 장비 및 재료 80 4.2 실험 방법 84 4.2.1 표면 거칠기 분석 84 4.2.2 미세조직 관찰 84 4.2.3 표면 잔류응력 측정 85 4.2.4 경도시험 85 4.2.5 스크래치 시험 86 4.2.6 내마모성 시험 86 4.3 실험 결과 88 4.3.1 표면 거칠기 변화 분석 88 4.3.2 미세조직 변화 분석 94 4.3.3 표면 잔류응력 변화 분석 99 4.3.4 경도 변화 분석 103 4.3.5 스크래치 저항성 분석 107 4.3.6 내마모성 분석 112 5. 결론 118 참고문헌 121Maste

리튬이온전지를 위한 티타늄 산화물과 비스무스 전극물질의 메커니즘 연구

학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 화학생물공학부, 2022. 8. 성영은.Lithium-ion batteries (LIBs) have been received worldwide attention with increasing demands for electric vehicles and electric devices owing to their long life spans and high energy density compared to other energy storage system. However, currently widely used graphite as anode material which has low theoretical (372 mAh g-1) and volumetric capacity (840 mAh cm-3) is unable to meet increased demands. In order to replace state of the art carbon-based materials, many researchers have extensively investigated alternative electrode materials under not only ordinary temperature but elevated temperature. In chapter 1, we elucidate the general concept of LIBs to clearly understand the following chapter. More detailed, we introduce the overall chronological record of mechanism studies on anatase TiO2 and trend of bismuth metal for LIBs In chapter 2, the study is focused on the chemical and structural origin of Li-ion battery aging in mild thermal condition, using anatase TiO¬2 as a model. LIBs usually are operated under 20 – 40 °C higher degrees than room temperature with heat generation. Although macroscopic investigation of heat contribution has been proved to lead to degradation of battery performance, the molecular level structural and chemical origin under near-ambient temperature has not been elucidated. On the basis of the combined experiments of the electrochemical measurements, Cs-corrected electron microscopy and in situ analysis, we provide insights on battery performance under mild thermal conditions. Interestingly, mild thermal environment induces excess lithium storage even at 45 °C which is not detected at ordinary working temperature. Abnormal lithium intercalation enables sequential phase transition in anatase TiO2 for the first few cycles, however, consequently leading to severe crystal cracking causing battery aging. Battery aging at a high working temperature is ubiquitous in all intercalation compounds, therefore, it is significant to understand the origin of battery aging for advanced battery electrode. In chapter 3, micro/meso porous Bi@C nanoplates are synthesized by annealing Bi-MOFs (Metal Organic Frameworks) followed by microwave-assisted method to alleviate volume expansion and pulverization of anode materials during lithiation/delithiation process. The Bi@C nanoplates are composed of 10 – 50 nm sized Bi nanoparticles encapsulated in amorphous carbon shell. The electrode materials show superior cycle performance of high specific capacity (556 mAh g-1) after 100 cycles at a current density of 100 mA g-1. Moreover, Bi@C nanoplates exhibit excellent stable cycle performance, showing 200 mAh g-1 after 1000 cycles even extremely high current density of 3000 mA g-1. This outstanding performance of designed anode is due to nano-sized Bi and carbon shell which reduces the diffusion length of lithium ions and enhances the electrical conductivity of anode and suppress the pulverization and aggregation during cycling. Hierarchical micro/meso porous materials derived from Bi-MOF are a new type of nanostructure for engineering novel Bi-based anodes for LIBs.리튬이온배터리는 다른 에너지 저장 장치와 비교해서 긴 수명과 높은 에너지 밀도 때문에 전 세계에서 많은 관심을 받아오고 있다. 하지만, 현재 널리 사용중인 흑연 음극은 낮은 이론 용량 (372 mAh g-1) 과 체적용량 (840 mAh cm-3) 때문에 증가된 수요를 충족하지 못한다. 이를 대체하기 위해서, 많은 대체 전극물질에 대해서 상온 뿐만 아니라 높아진 온도에서도 연구가 되고 있다. 1 장에서는 다음 챕터들을 이해하기 쉽게하기 위해서, 리튬이온배터리의 일반적인 컨셉에 대해서 설명한다. 이어서, 더 자세하게, 티타늄 산화물의 메커니즘 연구에 대한 전체적인 연대기적 기록에 대해서 설명하고, 비스무스 메탈의 연구 트렌드에 대해서 제시한다. 2 장에서는 티타늄 산화물을 모델 물질로 사용하여서, 리튬이온배터리의 온화한 열 조건에서의 화학적이고 구조적인 원인에 대해 연구했다. 리튬이온배터리는 열 발생을 수반하면서 상온보다 20 – 40 °C 높은 조건에서 구동하는 경우가 많다. 열적 기여가 거시적인 관찰을 통해서 배터리 성능을 감소시킨다는 것이 확인되었지만, 온화한 열조건에서 분자레벨에서 구조적이고 화학적인 원인은 아직 명확하게 설명되지 않았다. 전기화학적 측정과, 전자현미경 및 제자리 분석의 실험을 결합하여, 이 실험에서 온화한 열조건에서의 배터리 성능에 대한 통찰력을 제공한다. 흥미롭게도, 일반적인 구동 온도에서는 관찰되지 않는 과량의 리튬 저장이 심지어 45 °C 에서도 관측된다. 비정상적인 리튬 삽입이 초기에는 티타늄 산화물의 추가적인 상 변화를 가능하게 하지만, 결과적으로는 치명적인 결정 균열이 일어나고 이것이 배터리 열화과정을 일으킨다. 높은 구동 온도에서의 배터리 열화는 삽입 혼합물에서 흔하게 일어나는 현상이며, 그러므로, 보다 진보된 전극물질을 위해서는 열화과정의 원인에 대해서 이해하는 것이 중요하다. 3 장에서는 마이크로/메조 다공성 Bi@C 나노 플레이트는 Bi-MOF (금속 유기 골격체) 를 열처리한 후 마이크로 웨이브 보조 방법으로 합성하여, 리튬화/탈리튬화 과정 동안 전극 물질의 부피 팽창 및 분쇄를 완화 한다. Bi@C 나노플레이트는 비정질 탄소 쉘에 쌓인 10 – 50 nm 크기의 비스무스 나노입자로 구성된다. 전극 재료는 100 mA g-1의 전류 밀도에서 100 사이클 후 높은 비용량 (556 mAh g-1) 의 우수한 사이클 성능을 나타낸다. 게다가, Bi@C 나노플레이트는 3000 mA g-1의 매우 높은 전류 밀도에서도 1000 사이클 이후에 200 mAh g-1을 나타내는 우수한 안정적인 성능을 나타낸다. 이러한 뛰어난 성능은, 설계된 음극이 리튬 이온의 확산 길이를 줄이고, 음극의 전기 전도도를 향상시켜며 구동과정에서 분쇄 및 응집을 억제하는 나노 크기의 비스무스 및 탄소 쉘 덕분이다. 비스무스 금속 유기 골격체에서 파생된 계층적 마이크로/메조 다공성 물질은 리튬이온 배터리를 위한 새로운 비스무스 기반 음극을 설계하기 위한 새로운 유형의 나노구조이다.Chapter 1. Introduction 1 1.1. General introduction of lithium-ion batteries(LIBs) 1 1.2 Mechanism study on anatase titanium dioxide 5 1.3 Bismuth-based materials as an anode for lithium ion battery 8 1.4 References 11 Chapter 2. Operando Identification of the Chemical and Structural Origin of Li-Ion battery Aging at Near-Ambient Temperature 16 2.1. Introduction 16 2.2. Experimental 19 2.3. Results and discussion 21 2.4. Conslusion 56 2.5. References 57 Chapter 3. Bi-MOF Derived Micro/Meso-Porous Bi@C Nanoplates for High Performance Lithium-Ion Batteries 63 3.1. Introduction 63 3.2. Experimental 67 3.3. Results and Discussion 70 3.4. Conclusion 93 3.5. References 94 국문 초록 103 List of Publication 105박

Face Recognition using the Embedded HMM with the 2nd-order Block-Specific Observations

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계층분석방법(AHP)을 활용한 정책 우선순위 도출

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 행정대학원 행정학과(정책학전공), 2021.8. 박상인.최근 코로나19의 여파로 비대면·디지털 경제로의 전환이 가속화 되며, 유통산업의 어려움은 가중되고 있는 상황이다. 이러한 상황에서 대형유통의 경우에는 유통과 다른 서비스와의 결합 및 AI·빅데이터를 활용한 신서비스의 개발로 시장을 선도하고 있다. 그러나 중소유통의 경우 자본과 기술력이 부족하기에 디지털 경제로의 전환에 대응하기에는 어려운 상황이다. 코로나19의 여파가 끝난다 할지라도 변화의 방향성은 그대로 유지될 것으로 보여 중소유통의 디지털 전환이 없다면 중소유통의 어려움은 지속될 것으로 보인다. 중소유통은 국민경제와 국가고용에 차지하는 역할이 크기 때문에 중소유통의 위기는 국민경제와 국가고용의 위기로 이어질 수 있어, 중소유통에 대해 국가적인 정책지원 방향이 필요한 시점이다. 이에, 정부는 다양한 정책수단을 활용하여 정책을 지원하고 있는 상황이다. R&D정책, 산업정책, 인력정책, 기반정책 등 전분야에 걸쳐 다양한 정책대안들이 활용되고 있는 상황이며, 이러한 정책은 앞으로도 계속 등장할 것으로 보인다. 그러나 이러한 정부정책의 각 정책별 우선순위에 대해 연구는 부족한 실정이다. 이에, 정책 수요자 및 전문가를 대상으로 정책 우선순위를 도출하여 실제 필요성이 높은 정책에 지원정도를 높이는 것이 필요하여, 중소유통 디지털전환 정책 우선순위를 도출한다.제 1 장 서 론 1 제 1 절 연구의 배경 1 제 2 절 연구의 목적 및 필요성 2 제 3 절 연구의 방법 및 범위 5 제 2 장 선행연구 검토 6 제 1 절 유통정책 선행연구 검토 6 제 2 절 AHP 기법 활용 선행연구 검토 8 제 3 절 디지털 전환 관련 선행연구 검토 10 제 3 장 유통정책의 분류 및 정책현황 13 제 1 절 유통정책의 분류 13 1. R&D 정책 14 2. 산업정책 15 3. 인력정책 15 4. 기반정책 16 제 2 절 유통산업정책 현황 18 1. 유통정책 현황 18 2. 중소유통 디지털전환 지원정책의 분류 19 제 4 장 연구방법 22 제 1 절 연구문제 22 제 2 절 분석틀 및 설문지 구성 23 제 5 장 중소유통 디지털 전환 지원정책에 대한설문 및 면접 조사결과 29 제 1 절 조사개요 29 제 2 절 정책별 중요성 설문결과 30 제 3 절 정책별 시급성 설문결과 33 제 4 절 정책별 파급성 설문결과 36 제 5 절 AHP 분석을 통한 평가 39 제 6 절 정책대상집단 심층면접 결과 45 1. 공무원 면접 결과 45 2. 전문가 면접 결과 47 3. 중소유통 면접 결과 50 제 6 장 결론 및 시사점 53 제 1 절 연구결과의 요약 53 제 2 절 시사점 54 제 3 절 연구의 한계 56 참고문헌 58 Abstract 60석

Control of Cyanobacteria (Microcystis aeruginosa) Blooms by Filter-feeder Bivalves (Unio douglasiae, Anodonata woodiana) : an In Situ Mesocosm Experiment using Stable Isotope Tracers

Stable isotope tracers were first applied to evaluate the Microcystis cell assimilation efficiency of bivalves, since the past identification method has been limited to tracking the changes of each chl-a, clearity, and nutrient. The filter-feeders (Sinanodonta woodiana and Unio douglasiae) were assessed under the condition of cyanobacteria (Microcystis aeruginosa) blooms through an in mesocosm experiment using 13C and 15N dual isotope tracers. chl-a concentration in the treatment mesocosm was dramatically decreased after the beginning of the second day, ranging from 116 to 66μgL−1 . In addition, the incorporated 13C and 15N atom % in the S. woodiana bivalve showed higher values than U. douglasiae bivalves. The results demonstrate that U. douglasiae has less capacity to assimilate toxic cyanobacteria derived from diet. Our results therefore also indicate that S. woodiana can eliminate the toxin more rapidly than U. douglasiae, having a larger detoxification capacity. 생물조절기법 (Biomanipulation)을 이용한 수질개선 방법으로서, 이매패류인 S. woodiana 종이 여과섭식을 통해 남조류(M. aeruginosa)를 효율적으로 제어할 수 있다는 것을 안정동위원소( 13C , 15N ) 추적자 실험을 통하여 밝혀내었다. 이매패류를 이용하여 호소수의 남조류 번성을 억제함으로서 호소 건강성을 회복시키는 것도 중요하지만, 외래종보다는 국내 자생종을 활용하는 것이 생태계 변화를 최소화 할 수 있다는 것을 고려해야 할 것이다.22Nkc