기계·로봇·열·유체. 모빌리티·항공·소프트로보틱스.
Critically assessing sodium-ion technology roadmaps and scenarios for techno-economic competitiveness against lithium-ion batteries
리튬 이온 배터리는 핵심 광물 공급 부족과 가격 변동성으로 인해 나트륨 이온 배터리가 저비용 대안으로 주목받고 있습니다. 본 연구는 나트륨 이온 배터리의 기술경제적 경쟁력을 평가하기 위해 광물 가격과 공학적 설계 한계를 반영한 구성 요소 학습 곡선 모델링 프레임워크를 활용했습니다. 6,000개 이상의 시나리오에서 나트륨 이온 및 리튬 이온 배터리의 예상 가격 추세를 비교했으며, 나트륨 이온 기술 개발 로드맵, 공급망 시나리오, 시장 침투율 및 학습률을 다양하게 고려했습니다. 표적 연구 개발을 통해 기술 로드맵에서 상당한 진전이 …
The evolution of lithium-ion battery recycling
전기차 및 에너지 저장장치 확대로 리튬이온 배터리(LIB) 수요가 급증함에 따라, 사용 후 배터리에서 재료를 회수하여 새 배터리에 재통합하는 효율적인 순환형 재활용 전략이 필수적입니다. 본 연구는 LIB 재활용의 현재 상태를 조망하고, 산업 및 개발 중인 기술들을 평가합니다. 산업 기술 중 고온(1,000°C 이상)에서 작동하는 건식 야금법은 다양한 전극 재료에 적용 가능하나 에너지 소비가 높습니다. 반면 습식 야금법은 200°C 미만에서 작동하며 리튬, 니켈, 코발트 회수율이 최대 93%에 달하지만, 다량의 폐수를 발생시킵니다.…
Cactus-like architecture for synergistic microwave absorption and thermal management
전자 기기의 소형화, 집적화, 다양화 추세에 따라 전자기파 적합성 및 방열 문제를 해결하기 위한 열 관리 및 광대역 전자기파 흡수 복합재 개발이 중요해지고 있습니다. 이 연구는 선인장의 다단계 가시 구조에서 영감을 받아, 열전도도와 전자기파 흡수 성능을 동시에 향상시키기 위한 생체 모방 3D 네트워크 구조를 제안합니다. ‘방향 분리’ 설계를 통해 수평 열 전달 경로를 형성하는 질화붕소 나노시트(BNNS)와 층간에 수직 성장된 코발트 촉매 질소 도핑 탄소 나노튜브 배열(Co@NCNTs)을 활용하여 선인장과 유사한 이종 구조 필러를 …
Life cycle comparison of industrial-scale lithium-ion battery recycling and mining supply chains
리튬이온 배터리(LIB) 재활용은 핵심 물질을 보충하고 LIB 공급망의 환경 지속가능성을 향상시키는 중요한 방안입니다. 본 연구는 수명이 다한 LIB로부터 배터리 등급 양극재를 생산하는 산업 규모 재활용 공정의 환경 영향(온실가스 배출, 물 소비, 에너지 소비)을 기존 채굴 공급망과 비교 분석했습니다. 연구 방법론으로, 혼합 폐LIB를 배터리 등급 재료로 전환하는 과정과 기존 채굴 방식의 환경 영향을 정량적으로 평가했습니다. 특히, 재활용 공정 내 다양한 단계와 전력원 변화가 환경에 미치는 영향을 심층적으로 분석했습니다. 분석 …
Bamboo-inspired ultra-strong nanofiber-reinforced composite hydrogels
대나무와 같은 생체 재료는 뛰어난 기계적 특성을 지닌 자연 최적화 복합체입니다. 기존에는 천연 자원에서 나노섬유를 추출하여 복합 재료에 적용했으나, 이는 종종 이상적이지 못한 기계적 특성으로 이어졌습니다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하고자 대나무의 계층적 조립에서 영감을 받아, 강력한 섬유 강화 복합 하이드로젤을 개발하기 위한 상향식 나노섬유 조립 전략을 제시합니다. 자가 조립된 키토산-알긴산나트륨 나노섬유(CSNF)를 계면 가교제로 작용하는 탄닌산(TA) 및 하이드로젤 매트릭스인 폴리비닐알코올(PVA)과 결합하여 대나무의 셀룰…
IOT BASED CAR ACCIDENT PREVENTION SYSTEM
본 연구는 ESP32를 중앙 제어기로 활용하여 실시간 사고 감지 및 알림 시스템을 제안한다. 이 시스템은 차량 또는 자전거 사고와 같은 갑작스러운 충격을 감지하기 위해 진동/충격 센서(SW-420 또는 MPU6050)를 통합한다. 충격 감지 시, 시스템은 NEO-6M GPS 모듈을 활성화하여 정확한 위치 좌표를 획득한다. 이 좌표는 SIM800L GSM 모듈을 통해 긴급 연락처로 SMS 문자 메시지로 전송된다. 이 솔루션은 인터넷 연결 없이 독립적으로 작동하므로, 통신 환경이 열악한 지역에서도 효과적으로 기능한다. 또한, 저비용…
Enhancing Liquid–Vapor Phase-Change Heat Transfer with Micro/Nano-Structured Surfaces
액체-증기 상변화 열전달은 발전, 공조, 담수화, 식품 가공, 전자 기기 및 데이터 센터 열관리 등 다양한 산업 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 최근 마이크로/나노 가공 기술의 발전은 액적/기포 거동 및 모세관 액체 흐름을 제어하여 고효율 상변화 열전달을 구현할 수 있게 했습니다. 하지만 다양한 상변화 열전달 공정을 향상시키기 위한 제어된 형태 및 젖음성을 가진 마이크로/나노 구조 표면의 설계 및 제작에 대한 종합적인 고찰은 부족했습니다. 본 연구에서는 상변화 열전달 응용을 위한 마이크로/나노 구조화 기술의 발전을 검토합니다. …
Recent advance in laser powder bed fusion of Ti–6Al–4V alloys: microstructure, mechanical properties and machinability
티타늄 합금의 레이저 분말 베드 융합(LPBF)은 항공우주 및 생체 의료 분야에서 높은 잠재력을 보이지만, 비정상적인 열 이력과 공정의 한계로 인해 Ti-6Al-4V 부품의 응용 및 발전에 어려움이 있습니다. 본 논문은 LPBF Ti-6Al-4V 합금의 미세조직, 기계적 특성 및 가공 후 성능에 대한 최신 연구 동향을 다룹니다. 먼저, 주요 공정 변수와 레이저 스캐닝 전략이 LPBF Ti-6Al-4V 합금의 성형 특성에 미치는 영향을 체계적으로 검토합니다. 이어서, 고도로 국부적인 열 유동 입력, 극도로 높은 냉각 속도 및 가파른…
Machine-learning design of ductile FeNiCoAlTa alloys with high strength
수세기 동안 강하면서도 연성 있는 합금 개발이 지속되어 왔으나, 기존 합금들은 실온에서 2 GPa 항복 강도에 도달하면서 우수한 인장 연성을 동시에 갖추기 어려웠습니다. 특히, 초고강도강은 높은 강도에도 불구하고 소성 불안정성으로 인해 응력-변형률 곡선에서 불균일 변형을 보였습니다. 본 연구에서는 도메인 지식 기반 기계 학습을 활용하여 Fe35Ni29Co21Al12Ta3 조성을 갖는 다주성분 합금을 설계했습니다. 이 합금은 전례 없는 수준의 고강도와 연성을 동시에 달성할 수 있도록 가공되었습니다. 그 결과, 1.8 GPa의 항복 강…
Atomistic insights into the role of graphene sheets in CoCrNi/graphene composites
금속/그래핀(Gr) 복합재, 특히 복잡한 다주성분합금(MPEA) 시스템에서 금속/Gr 계면에서의 전위 핵생성 및 상호작용은 재료 특성 이해에 매우 중요합니다. 본 연구는 원자 시뮬레이션을 통해 CoCrNi/Gr 복합재의 계면 특성 및 전위 거동을 심층 분석했습니다. 평형 계면에서 6가지 적층 구성을 식별하고, 격자 왜곡 및 단거리 규칙(SRO)이 계면 구조에 미치는 영향을 미세 전위 패턴을 통해 규명했습니다. 전위 핵생성 시 높은 슈미트 인자가 필수적이지만, 미세 전위 응력 및 방향과 같은 추가 요인들이 계면 결함 네트워크 내 핵생…
The Crack Propagation Behaviour of CO2 Fracturing Fluid in Unconventional Low Permeability Reservoirs: Factor Analysis and Mechanism Revelation
기존 수압 파쇄 유체의 단점과 온실가스 문제를 해결하기 위해 CO2 파쇄 유체가 비전통 저투과성 유전의 새로운 저류층 재구성 유체로 주목받고 있습니다. 본 연구는 침투-응력-손상 연동 기반의 CO2 파쇄 균열 전파 수학 모델을 구축하여, 시추 유체 구성 요소와 저류층 매개변수가 저투과성 저류층의 균열 전파에 미치는 영향을 분석했습니다. 또한, 기계적 및 화학적 분석을 통해 CO2 파쇄 유체의 저투과성 저류층 균열 확장 메커니즘을 규명했습니다. 이 모델은 다양한 조건에서 균열 전파 거동을 예측하고 최적화하는 데 활용될 수 있습니다.…
Multi‐Physical Lattice Metamaterials Enabled by Additive Manufacturing: Design Principles, Interaction Mechanisms, and Multifunctional Applications
격자 메타물질은 우수한 물리적 특성과 경량화 잠재력을 지닌 첨단 소재로 주목받고 있습니다. 최근 적층 제조(AM) 기술의 발전은 복잡한 미세 구조를 가진 격자 메타물질의 제작을 용이하게 하여 다중 물리 시나리오에서의 응용을 촉진하고 있습니다. 그러나 기존 연구들은 특정 물리 분야에만 초점을 맞춰 다중 물리적 특성, 상호작용 메커니즘, 다기능 응용에 대한 논의가 제한적이었습니다. 본 논문은 적층 제조 기술을 활용한 다중 물리 격자 메타물질의 설계 원리, 구조-메커니즘-특성 관계, 상호작용 메커니즘 및 다기능 응용을 비판적으로 검토합…
A review of lithium-ion battery recycling for enabling a circular economy
사회 전반의 급격한 전동화로 인해 향후 10년 내 폐 리튬이온 배터리(LIB)의 대량 축적이 예상되며, 이는 지속 가능한 자원 관리를 위한 재활용 전략의 중요성을 부각시킨다. 배터리 생산에 필수적인 원자재 수요를 충족시키기 위해서는 폐배터리 내 기존 자원의 잠재력을 활용하는 것이 필수적이다. 이는 사회의 전동화를 가속화하고 자원 부국들의 지배력을 약화시켜 더욱 공평한 자원 환경을 조성할 수 있다. 본 연구는 LIB 시장과 전동화 관련 자원 요구사항에 대한 포괄적인 이해를 바탕으로 지속 가능한 도시 광산의 가능성을 탐구한다. LIB…
Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics: From Materials to Manufacturing and Applications
탄소섬유 강화 열가소성 복합재(CFRT)는 50여 년 전 첫 산업적 활용 이후 최근 항공우주, 에너지, 자동차 등 주요 산업 분야에서 재활용성 덕분에 높은 관심을 받으며 급속 제조 분야에서 입지를 넓히고 있습니다. 그러나 이 주제에 대한 현대적이고 비판적인 검토는 부족했습니다. 본 연구는 고성능 열가소성 수지에 중점을 두고 CFRT의 최근 발전을 검토하는 것을 목표로 합니다. 연구는 테이프, 오가노시트 및 단섬유/장섬유 구조의 연속 및 불연속 섬유 형태를 모두 다루며, 이들의 가공 및 후처리 방법, 특히 최첨단 용접 기술을 중점적…
Ultrafast laser welding of transparent materials: from principles to applications
초고속 레이저-물질 상호작용은 기초 과학 및 산업 생산 분야에 새로운 원리와 기술을 도입하고 있습니다. 특히, 초고속 레이저 용접 기술의 국부적 열 용융 및 연결 특성은 다양한 투명 재료의 용접에 혁신적인 방법을 제공하며, 항공우주, 광기계 시스템, 센서, 미세유체 및 광학 분야 등 광범위한 응용 가능성을 가집니다. 본 종합 리뷰에서는 시간적/공간적 쉐이핑 방법을 통해 과도 전자 활성화 과정, 고속 레이저 에너지 증착, 플라즈마 형태의 동적 진화를 조절함으로써 기존의 균질 투명 재료 용접에서 투명/금속 이종 재료 용접으로의 전환을…
Direct air capture of CO2 for solar fuel production in flow
대기 중 이산화탄소(CO2) 직접 포집은 대기 중 CO2 농도를 낮추는 유망 기술이나, 높은 비용과 장기 저장의 불확실성이라는 한계가 있습니다. 기존 CO2 활용 기술은 농축된 CO2 공급원이나 고온을 요구하는 단점이 있어, 대안으로 대기 중 CO2를 현장에서 직접 활용하여 재생 가능한 고부가가치 연료를 생산하는 연구가 주목받고 있습니다. 본 연구는 고온·고압 없이 빛을 이용하여 대기 중 포집된 CO2를 현장에서 활용해 합성가스(CO + H2)를 생산하는 기상 이중층 직접 공기 탄소 포집 및 활용(DACU) 흐름 반응기를 개발했습…
AI-Driven Predictive Maintenance in Mining: A Systematic Literature Review on Fault Detection, Digital Twins, and Intelligent Asset Management
광업은 높은 생산성을 유지하면서도 예기치 않은 고장과 운영 비용을 최소화해야 하는 과제에 직면해 있습니다. 분쇄기, 컨베이어 벨트, 제분기, 환기 시스템 등 핵심 자산은 극한 환경에서 작동하여 마모와 고장 위험이 가속화됩니다. 기존 유지보수 전략은 예상치 못한 가동 중단, 안전 위험 및 경제적 손실을 방지하는 데 한계가 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 산업계는 머신러닝, 사물 인터넷, 디지털 트윈을 포함한 예측 모니터링 기술을 통합하여 초기 결함 감지 및 유지보수 전략을 최적화하고 있습니다. 본 체계적 문헌 검토는 Scop…
Thermal performance of nano-architected phase change energetic materials for a next-generation solar harvesting system
이 연구는 태양 에너지 수확 시스템의 효율을 높이기 위해 새로운 콜로이드 용액 기반의 복합 상변화 물질(PCM)을 개발하고 그 열성능을 분석했습니다. 기존 시스템의 열 변환 및 저장 한계를 극복하고자, 혁신적인 코어/쉘 구조를 가진 PCM 기반 복합 재료를 물에 분산시켜 열 변환 및 저장 기능을 동시에 수행하는 용액을 설계했습니다. 연구팀은 n-Hexadecane, n-Octadecane, n-Nonadecane 등 다양한 PCM과 Au, Cu, Ag, Al 등 쉘 물질의 종류, 캡슐 크기, PCM 질량 농도, 작동 온도 및 기하…
Weaving liquid crystal elastomer fiber actuators for multifunctional soft robotics
생체 유기체의 뛰어난 적응력에 영감을 받아, 복잡한 환경을 탐색할 수 있는 다기능 소프트 로봇이 유망한 시스템으로 부상하고 있습니다. 그러나 기존의 소프트 로봇은 변형 능력과 복잡한 제조 공정에서 한계를 보였습니다. 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 섬유 소프트 액추에이터를 직조하는 새로운 전략을 제시합니다. 이 전략은 전통적인 로프 공예 기술과 전기 구동 액정 탄성체(LCE) 섬유의 반응 특성을 결합하여 다기능 소프트 액추에이터를 효율적으로 제작합니다. 이 전략을 활용하여 이중 비틀림 직조 액추에이터(DTWA), 원형…
Effect of Solution and Aging Treatment on the Microstructure and Properties of LAZ931 Mg-Li Alloy by Friction Stir Processing
열처리는 Mg-Li 합금의 미세구조와 기계적 특성을 최적화하여 경량 구조 공학 분야에서의 성능과 적용 가능성을 확대하는 데 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 마찰교반처리(FSPed)된 LAZ931 Mg-Li 합금의 미세구조, 상 변태 및 미세경도에 대한 용액 및 시효 처리의 영향을 조사하여 최적의 용액 처리 온도와 시간을 도출하고자 했다. 최적의 용액 처리는 Ar 가스 분위기에서 460°C에서 0.5시간 동안 수행되었으며, 이는 완전한 α상 용해를 촉진했다. 이후 125°C에서 시효 처리하여 석출 경화를 유도했다. X선 회절(X…
