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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 문영훈
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
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수중 운송 수단, 수중 구조물 등과 같이 물과 상대 운동이 일어나는 설비 표면에 초소수성 표면을 적용하여 항력 감소를 유도하는 것에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 초소수성 표면은 물과의 접촉각이 150°이상인 표면으로 정의된다. 이러한 초소수성 특성은 고체 표면의 물리적 거칠기 혹인 재료 고유의 낮은 표면에너지에 의해 발현된다. 마이크로-나노 패턴을 가지는 초소수성 표면이 물 내부에 위치하고 있을 때 물에 의한 젖음 상태가 Cassie-Baxter 상태인 경우, 표면에 얇은 공기층이 형성되게 되며 그 결과 고체-공기-물의 2중 경계면이 형성된다. 이에 따라 물 내부에서 고체 표면의 상대운동으로 인해 물과의 마찰이 발생할 경우, 표면이 물과 직접 접촉하지 않고 기체와 접촉된 상태로 슬립이 발생하게 되며, 이에 따라 일반 표면의 경우에 비해 낮은 항력이 발생된다. 그러나 격렬한 수중 환경에서는 표면의 공기층이 매우 불안정해지며 파괴되기 쉽다. 이에 따라 초소수성 표면을 항력 감소에 활용하기 위해서는 공기층이 안정적으로 유지될 수 있도록 하기 위한 연구가 필수적으로 선행되어야 한다.
본 연구에서는 열간 임프린팅 공정을 사용하여 다양한 피치와 깊이를 갖는 계층적 구조의 초소수성 polytetrafluoroethylene(PTFE) 표면을 제작하였다. 제작된 PTFE 표면을 이용하여 수중 환경을 모사한 정수압 조건하에서 패턴 치수에 따른 공기층의 거동을 분석하고 다양한 난류 유동 조건하에서 항력 감소 효과를 조사하였다. 항력 감소 효과를 확인하기 위해 물 순환 시스템을 설계하고 차압계를 사용하여 유동 채널에서 발생하는 차압을 측정하였다. 그 결과 항력 감소를 위한 최적의 패턴 치수를 제안하였다.
본 연구에서는 열간 임프린팅 공정을 사용하여 다양한 피치와 깊이를 갖는 계층적 구조의 초소수성 polytetrafluoroethylene(PTFE) 표면을 제작하였다. 제작된 PTFE 표면을 이용하여 수중 환경을 모사한 정수압 조건하에서 패턴 치수에 따른 공기층의 거동을 분석하고 다양한 난류 유동 조건하에서 항력 감소 효과를 조사하였다. 항력 감소 효과를 확인하기 위해 물 순환 시스템을 설계하고 차압계를 사용하여 유동 채널에서 발생하는 차압을 측정하였다. 그 결과 항력 감소를 위한 최적의 패턴 치수를 제안하였다.
목차
List of Tables iiiList of Figures iv초록 viⅠ. 서론 11. 연구 배경과 동향 12. 이론적 배경 23. 연구 목적과 내용 6Ⅱ. 열간 임프린팅 공정을 이용한 초소수성 폴리머 표면 제작 81. 재료 82. 열간 임프린팅 공정 93. 초소수성 표면 젖음성 10Ⅲ. 실험 방법 및 결과 111. 정수압 조건하에서 공기층 유지가능성 평가 11가. 실험 장치 11나. 실험 결과 112. 항력 감소 평가 13가. 실험 장치 13나. 실험 결과 13Ⅳ. 결론 15참고문헌 17Tables 21Figures 23Abstract 48
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