상분리를 고려한 고분자 나노복합재의 형상기억 거동에 대한 메조스케일 시뮬레이션 기반 멀티스케일 해석

학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 기계항공공학부(멀티스케일 기계설계전공), 2023. 8. 이윤석.형상 기억 폴리우레탄은 외부 열에 반응하여 가역적인 대변형이 발생하는 대표적인 스마트 소재로, 고분자 구조체 내부에 우레탄 결합을 포함한다. 고분자 재료의 비용 효율성, 경량성, 높은 변형률 및 가공성과 같은 장점들 때문에 센서나 엑츄에이터, 바이오 재료 등 다양한 응용분야에 적용되고 있으며, 또한 낮은 기계적 물성을 보완하기 위해 나노입자를 첨가한 나노복합재 설계에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 폴리우레탄 나노복합재의 열반응 형상 기억 효과를 얻기 위해서는 고분자 내 넷포인트와 분자 스위치라는 두 가지 구조적 조건이 필요하다. 물리적 얽힘, 공유 결합 또는 가교결합을 통해 본래의 모양을 기억하는 하드 세그먼트는 넷포인트 역할을, 전이 온도에서 폴리머 결정화와 같은 상 변화를 통해 형상을 복구시키는 유연한 소프트 세그먼트는 분자 스위치 역할을 한다. 두 가지 세그먼트의 물질은 본질적인 비호환성으로 인해 상분리가 일어나며, 그 비율에 따른 마이크로 구조변화는 고분자 시스템의 거동에 큰 영향을 미친다. 뿐만 아니라 고분자 메트릭스와 나노입자 사이의 화학적 비유사성으로 인한 나노입자 클러스터링 현상은 이전부터 나노복합재의 물성 개선을 위해 극복해야하는 과제로 주목받고 있다. 고분자 시스템의 구조-물성 관계를 해석하는 분자동역학 모델이나 나노입자 분포에 따른 기계적 특성을 해석하는 시뮬레이션 방법론들이 이전부터 연구가 진행되어 왔지만, 실제적인 나노복합재의 거동을 모사고 설계하는 데에는 한계가 있었다. 이에 동기를 얻어 본 논문에서는 형상 기억 폴리우레탄 나노복합재의 고분자 결정화, 상분리 거동, 그리고 나노입자의 분포 해석을 종합적으로 모사하는 설계방법을 제시하고자 한다. 본 연구에서는 분자동역학 수준에부터 메조스케일 시뮬레이션을 거쳐 연속체 스케일까지 이어지는 멀티스케일 해석을 수행하였다. 본 연구는 축소 분자동역학 모델을 구축하여 기존의 분자동역학 모델의 스케일의 한계를 극복하였다. 비드 모델을 통해 고분자 결정화 및 형상기억 사이클을 메조스케일 레벨에서 모사하여 고분자 내 각 세그먼트의 비율에 따른 폴리우레탄의 열-기계적 특성 및 나노입자 첨가 효과를 해석하였다. 이를 통해 실험에서 보고된 온도 및 분자조성에 따른 기계적 변형 트랜드를 정성적 및 정량적으로 비교하여 본 모델의 정합성을 검증하였다. 또한 소산 입자 역학 시뮬레이션 모델을 구축하여 폴리우레탄 나노복합재의 상분리 현상 및 나노입자 분포를 해석하였다. 분자레벨에서 계산한 각 물질들의 용해도를 해당 시뮬레이션의 매개변수로 사용하여, 세그먼트 비율에 따른 고분자의 위상 형태 및 나노복합재의 실제 나노입자 분포를 정확하게 예측하였다. 또한 실리카 나노입자에 추가적인 표면 처리 물질을 도입하여 최적의 나노입자 분포를 설계하고자 하였다. 그리고, 폴리우레탄 나노복합재의 상분리 모사를 통해 얻은 지오메트리를 그대로 반영한 연속체 모델을 구축하였다. 나노입자의 분산 정도에 따른 기계적 물성을 예측하기 위해 유한요소기반 균질화기법을 도입하였고, 본 논문에서는 이를 나노복합재의 다양한 형태를 설계할 수 있는 설계 방법론으로서 제시하였다. 본 논문에서 제시된 메조스케일 시뮬레이션 기반 멀티스케일 해석기법을 통해 앞으로 더 많은 연구가 진행되어 타겟 물성을 얻어내기 위한 실제 나노복합재 디자인 및 어플리케이션 응용에 활용될 수 있기를 기대한다.Shape-memory polyurethane is a promising material that undergoes large reversible deformation in response to external heat, and includes a urethane bond inside the polymer structure. These polymer materials can be applied to diverse applications, including sensors, actuators, and biomaterials, owing to their cost-effectiveness, lightweight nature, high strain capacity, and ease of processing. In addition, studies on the design of nanocomposites with nanoparticles added to compensate for the low mechanical properties of pure polymer materials are also being actively conducted. In order to obtain the thermal response shape memory effect of polyurethane nanocomposites, two structural conditions are required: a net point and a molecular switch. The hard segment, which remembers its original shape through physical entanglement, covalent bonding, or cross-linking, acts as a netpoint, and the flexible soft segment, which recovers its shape through a phase change in which polymer crystallization occurs at a transition temperature, acts as a molecular switch. Phase separation occurs between the two segments due to inherent incompatibility, and the microstructure change according to the ratio greatly affects the behavior of the polymer system. In addition, the clustering phenomenon of nanoparticles due to the chemical dissimilarity between the polymer matrix and the nanoparticles has been attention as a challenge to overcome to improve the mechanical properties of nanocomposites. Atomistic simulation models that analyze the structure-property relationship of polymer systems or simulation methodologies that analyze mechanical properties according to the distribution of nanoparticles have been studied for a long time, but there are limitations in simulating and designing the behavior of actual nanocomposites. Motivated by this, this paper proposes a design method that comprehensively simulates the polymer crystallization, phase separation behavior, and nanoparticle distribution analysis of shape-memory polyurethane nanocomposites. In this study, a multi-scale analysis from the molecular dynamics level to the continuum level was performed through mesoscale simulations. In this study, a CG MD model was developed to overcome the scale issues of existing molecular dynamics models. The polymer crystallization and shape memory cycles were simulated at the mesoscale level through a bead model to analyze the thermo-mechanical properties of polyurethane and the effect of adding nanoparticles according to the ratio of each segment in the polymer. This model model was verified by qualitatively and quantitatively comparing the thermo-mechanical trends according to the temperature and molecular composition reported in the experiment. In addition, a dissipative particle dynamics simulation model was constructed to analyze the phase separation and nanoparticle distribution of polyurethane nanocomposites. Using the solubility of each material calculated at the molecular level as a parameter of the simulation, the phase shape of the polymer and the actual nanoparticle distribution of the nanocomposite according to the segment ratio were accurately predicted. In addition, surface treatment materials were introduced into the silica nanoparticles to design an optimal nanoparticle distribution. A continuum model that reflects the geometry obtained through the phase separation simulation of the polyurethane nanocomposite was constructed. In order to predict mechanical properties according to the degree of dispersion of nanoparticles, a finite element-based homogenization technique was introduced, and this paper presented it as a design methodology capable of designing various types of nanocomposites. Through the mesoscale simulation-based multiscale analysis method presented in this paper, it is expected that more research will be conducted in the future to be used in actual nanocomposite design and application to obtain target properties.Abstract i Contents iv List of Figures vii List of Tables xiv Chapter 1. Introduction 18 1.1 Shape-memory polyurethane (SMPU) nanocomposites 18 1.2 Issues and Chanllenges of conventional computaional models on design of SMPU nanocomposites 22 1.3 Mesoscale-based multiscale analysis strategy 26 1.4 Thesis Outline 29 Chapter 2 . Shape-memory behaviors of SMPU nanocomposites 31 2.1 Coarse-grained (CG) modeling of SMPU–Silica nanocomposites 31 2.1.1 Iterative Boltzmann inversion (IBI) method 32 2.1.2 CG modeling for thermoplastic polyurethane copolymer 35 2.1.3 CG modeling for silica nanoparticle 41 2.2 Effect of molecular compositions on thermo-mechanical behaviors of pristine SMPU 48 2.2.1 Crystallinity 49 2.2.2 Melting temperature 52 2.2.3 Mechanical behaviors 52 2.2.4 Shape-memory properties 58 2.3 Effect of incorporation of silica nanofiller 67 2.3.1 SMPU microstructure on silica surface 67 2.3.2 Effect of silica nanoparticle content 72 Chapter 3 . Phase separation behaviors of SMPU 83 3.1 Dissipartive particle dynamics (DPD) simulation 84 3.2 Derivation of solubility parameters for SMPU copolymer 87 3.3 Morphologies of phase-separated SMPU 91 Chapter 4 . Multiple phase separation behaviors of SMPU – Silica nanocomposites 99 4.1 Morphologies of phase-separated SMPU nanocomposites 99 4.1.1 Mixing energy and Flory-Huggins parameters between silica nanoparticle and polymer 99 4.1.2 Nanoparticle clustering density 103 4.2 Effect of silica nanoparticle surface treatment 110 4.3 Multiscale continuum model for mechanical properties 120 4.3.1 Multiscale homogenization modeling and verification 120 4.3.2 Development of interphase for nanoparticular agglomeration effect 124 4.3.3 Reinforcement effect of anisotropic nanofiller 131 Chapter 5 . Conclusions 140 Bibliography 142 국문 요약 159박

A Study on Molecular Mechanism of Novel Mitophagy Regulators

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 생명과학부, 2015. 2. 정용근.CHDH (choline dehydrogenase) is an enzyme catalyzing the dehydrogenation of choline to betaine aldehyde in mitochondria. Apart from this well-known activity, I report here a pivotal role of CHDH in mitophagy. Knockdown of CHDH expression impairs CCCP-induced mitophagy and PARK2/parkin-mediated clearance of mitochondria in mammalian cells, including HeLa cells and SN4741 dopaminergic neuronal cells. Conversely, overexpression of CHDH accelerates PARK2-mediated mitophagy. CHDH is found on both the outer and inner membranes of mitochondria in resting cells. Interestingly, upon induction of mitophagy, CHDH accumulates on the outer membrane in a mitochondrial potential-dependent manner. I found that CHDH is not a substrate of PARK2 but interacts with SQSTM1 independently of PARK2 to recruit SQSTM1 into depolarized mitochondria. The FB1 domain of CHDH is exposed to the cytosol and is required for the interaction with SQSTM1, and overexpression of the FB1 domain only in cytosol reduces CCCP-induced mitochondrial degradation via competitive interaction with SQSTM1. In addition, CHDH, but not the CHDH FB1 deletion mutant, forms a ternary protein complex with SQSTM1 and MAP1LC3 (LC3), leading to loading of LC3 onto the damaged mitochondria via SQSTM1. Further, CHDH is crucial to the mitophagy induced by MPP+ in SN4741 cells. Overall, my results suggest that CHDH is required for PARK2-mediated mitophagy for the recruitment of SQSTM1 and LC3 onto the mitochondria for cargo recognition.ABSTRACT TABLE OF CONTENTS LIST OF FIGURES 1. INTRODUCTION 2. MATERIALS AND METHODS 2.1. Cell culture and transfection 2.2. Plasmids and siRNA 2.3. Measurement of Mito-GFP intensities 2.4. Measurement of enzyme activity and LC-MS 2.5. Immunoprecipitation, western blot and antibodies 2.6. Immunofluorescence and colocalization coefficient 2.7. Flow cytometry 2.8. Mitochondrial DNA quantification 2.9. Mitochondria fractionation 2.10. Proteinase K degradation assay 3. RESULTS 3.1. CHDH is required for PARK2-mediated mitophagy 3.2. Mitophagic activity of CHDH is independent of enzyme activity 3.3. CHDH accumulates on the outer membrane following mitochondrial damage 3.4. CHDH interacts with SQSTM1 independently of PARK2 during mitophagy 3.5. The interaction of CHDH with SQSTM1 brings LC3 to damaged mitochondria for cargo recognition during mitophagy 3.6. CHDH is implicated in MPP+-induced mitophagy in SN4741 dopaminergic cells 4. DISCUSSION 5. REFFERENCES 국문 초록Docto

빅데이터 기술을 이용한 해양구조물의 데이터 마이닝 방법

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 협동과정해양플랜트엔지니어링전공, 2019. 2. 노명일.As many products as ships and offshore structures are constructed in the shipyard, and various data are generated and stored in the design or construction stage. Big data technology needs to be applied to process data of large size quickly, obtain meaningful results and use it for decision making. In this paper, we propose a solution to two of the problems that may occur in the shipyard. One of the two problems which can arise in the shipyard has mainly happened in the design stage. Engineers can make the mistake of choosing the wrong material in the design process, and the wrong material selection in the design process can directly lead to a design error. Another problem may arise during the procurement and purchase process. In the absence of additional information such as lead time of material or inventory at the time of procurement, additional time is required to retrieve the data. Both problems arise predominantly from the unskilled. Therefore, the purpose of this study is to establish a 8 system that can inform the engineers about the relationships between materials which can be obtained by association analysis and material requirements which can be obtained by regression analysis. This kind of system can help the engineers to reduce design errors and time consuming due to the procurement process. The information of piping materials used in an offshore structure can be regarded as big data because of their various types and size, and the data mining algorithms based on the big data technology are applied to data related to the offshore structures. To analyze the relationship between materials for design, frequent pattern growth algorithm was used. For material requirement analysis, big data technology-based regression analysis was used to generate a regression model, respectively. Finally, the proposed method was used to check the relationship between materials, and to predict material requirement, and verified the effectiveness of the proposed method by comparing each result with actual cases.조선소에 많은 선박과 해양 구조물들이 건조되면서 다양한 데이터들이 설계 및 건조 과정에서 생성되고 누적된다. 누적된 데이터를 빠르게 처리하여 의사설정에 이용하려는 필요성에 발생함에 따라 빅데이터 기술의 도입 필요성도 함께 커지고 있다. 본 연구에서는 조선소에서 발생할 수 있는 두 가지 사례에 대하여 빅데이터 기반 데이터 마이닝 방법을 통한 해결책을 제안하고자 한다. 첫 번째 문제점은 설계 단계에서 발생할 수 있는 문제로, 설계 과정에서 적절하지 못한 자재를 선정하여 그것이 오작으로 이어지는 경우이다. 또 다른 한가지는 구매 및 조달 과정에서 발생할 수 있는 문제로, 조달 과정을 관리하기 위한 자재 관련 추가적인 정보를 검색하는데 추가적인 시수가 소요된다는 점이다. 두 가지 문제 모두 미숙련자에게서 주로 발생하며, 본 연구에서는 연관성 분석을 이용한 자재 추천과 회귀 분석을 이용한 소요량 예측이라는 90Contents Abstract 7 1. Introduction 9 1.1. Research background 9 1.2. Related works 14 1.3. Target of the study 15 1.4. System configuration 17 2. Data mining method for pipng material 19 2.1. Piping materials of an offshore structure 19 2.2. Association analysis 23 2.2.1. Assotication between piping material for recommendation of associated materials 23 2.2.2. Comparison of association analysis algorithms 25 2.3. Regression analysis 31 2.3.1. Assistance of purchase process by forecasting material requirement 32 2.3.2. Regression model training 35 2.4. Estabilishment of big data framework 46 2.4.1. Big data framework 46 2.4.2. Data processing 47 3. Application to big data framework 49 3.1. Recommendation of associated materials 49 3.1.1. Method of association analysis of piping material 49 3.1.2. Result of analysis and validation 56 3.2. Forecasting of material requirement 63 3.2.1. Method of training regression model 63 3.2.2. Prediction of material requirement and validation 69 4. Conclusion and future works 85 Related Works 86 국문 초록 89Maste

다중 사용자 다중 송수신 안테나 시스템에서 제로포싱 빔포밍과 결합된 스케줄링 기법

Thesis(master`s)--서울대학교 대학원 :전기공학부,2005.Maste

Re-defining Strausss Political Philosophy through Strausss Interpretation of Nietzsche: Theologico-Political Problem and Plato

스트라우스는 근대정치철학의 전개 과정에서 퇴행의 마지막 물결을 일으킨 장본인으로 니체를 지목한다. 이런 맥락에서 스트라우스의 니체 해석은 니체 철학에 대한 신랄한 비판으로 이뤄진다. 스트라우스의 니체 해석이 합당한 것인가는 논란의 여지가 있으나, 이 논문의 목적은 스트라우스의 니체 해석을 객관적으로 평가하는 것보다 스트라우스의 니체 해석을 통해 그의 정치철학을 깊이 있고 정확하게 이해하는 데 있다. 이를 위해 이 논문은 스트라우스에게 지속적으로 영향을 미친 신학·정치적 문제와 플라톤 해석을 중심으로 스트라우스의 니체 해석이 어떻게 전개되고 있는가를 검토하였다. 논문의 2장은 1920년대와 1930년대에 스트라우스의 신학·정치적 문제가 어떤 변화를 겪고 있으며 그 변화는 스트라우스의 니체 해석과 어떤 연관성이 있는가를 밝혔으며 3장은 파라비안 전회를 경험한 스트라우스의 플라톤 해석이 스트라우스의 니체 해석에 어떤 영향을 미쳤는가를 설명했다. 특히 비전주의 전통에 대한 스트라우스의 해석을 주목하며, 왜 스트라우스의 니체 해석이 신랄한 비판에서 긍정적 평가로 전환했는가를 해명하고자 했다. 마지막으로 논문은 이러한 스트라우스의 니체 해석이 스트라우스 정치철학의 정체성과 어떤 연관성이 있는가를 정리하였다.N

선형논리에 기반한 불확실성 데이터베이스 의미론

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A Syntactic Type System for Recursive Modules

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A Proof System for Separation Logic with Magic Wand

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A module system independent of base languages

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