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나노 재료가 기존 재료보다 더 빠르게 전기를 전달하는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.나노 재료가 기존 재료보다 더 빠르게 전기를 전달하는 이유는 주로 나노 구조에서 발생하는 전자 이동의 특성 덕분입니다. 나노 크기의 재료는 표면적이 매우 커지고 이로 인해 전자의 이동 경로가 짧아져 전자들의 자유로운 이동이 용이해집니다. 또한 나노 재료는 종종 고유한 전자적 특성을 가지며 특히 탄소 나노튜브나 그래핀과 같은 나노 재료는 전자와의 상호작용이 강하고 전도성이 뛰어나기 때문에 전기 전도성이 크게 향상됩니다. 나노 재료는 또한 결함이 적거나 조직이 매우 규칙적일 수 있어 전자들이 높은 속도로 이동하며 저항을 최소화하는 효과가 있습니다. 이로 인해 나노 재료는 기존의 대형 재료들보다 더 빠르게 전기를 전달할 수 있습니다.
학문 / 재료공학
24.11.06
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우리가 공업용에 사용하는 재료 중에 철이 많나요. 비철금속이 많나요?
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.공업용 재료에서 철은 비철금속보다 훨씬 더 널리 사용됩니다. 철은 가격이 상대적으로 저렴하고 기계적 강도가 뛰어나며, 다양한 합금을 통해 물성 조절이 가능하여 건설, 자동차, 조선, 기계 등 여러 산업 분야에서 필수적인 재료로 사용됩니다. 특히 강철은 내구성이 높고 가공이 용이해 공업에서 중요한 역할을 합니다. 반면 비철금속은 철보다 부식에 강하거나 경량화가 필요한 분야에서 주로 사용되며 철보다 상대적으로 비쌉니다. 따라서 철은 그 가공성과 경제성 덕분에 공업용 재료로 더 많이 사용되는 경향이 있습니다.
학문 / 재료공학
24.11.06
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인공 근육을 위한 탄성 소재에 관하여 궁금합니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.인공 근육에 활용되는 탄성 소재로 가장 주목받고 있는 재료는 고분자 기반의 소재와 탄소 나노소재들입니다. 특히 전도성 고분자와 전도성 고분자 복합체는 전기적 자극에 반응하여 변형을 일으킬 수 있어 인공 근육의 핵심 소재로 연구되고 있습니다. 또한 그래핀과 같은 탄소 나노소재는 뛰어난 기계적 강도와 유연성을 동시에 제공하며 전기적 성질을 갖추고 있어 신축성과 전기적 반응성이 중요한 인공 근육 기술에 이상적입니다. 또 다른 중요한 재료로는 액체 금속을 포함한 소재들이 있으며 이들은 전기적 자극에 따른 변형이 가능하면서도 가볍고 효율적인 운동을 구현할 수 있습니다. 이러한 소재들은 인공 근육의 효율성과 내구성을 높이는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.
학문 / 재료공학
24.11.06
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나노입자가 더 빠르게 반응하는 이유에 대해서 질문드립니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.나노입자가 더 빠르게 반응하는 이유는 표면적이 매우 크기 때문입니다. 나노입자는 일반적인 입자보다 크기가 작고 표면적 대 부피 비율이 높아서 반응에 참여할 수 있는 표면이 더 많습니다. 이로 인해 반응물이 나노입자와 더 많이 접촉하고 활성화 에너지가 낮아져 화학 반응이 더 빨리 일어날 수 있습니다. 또한 나노입자는 특유의 물리적 화학적 특성을 가지며 이러한 특성들이 반응성을 높여주는 역할을 합니다.
학문 / 재료공학
24.11.06
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고속으로 데이터 전송시 데이터 신호 왜곡?
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.고속 데이터 전송에서 발생하는 신호 왜곡을 줄이기 위해서는 여러 가지 방법을 적용할 수 있습니다. 첫째 신호의 품질을 유지하기 위해 차폐된 케이블이나 고속 데이터 전송을 위한 특수한 전송 선로를 사용하는 것이 중요합니다. 둘째 신호 전송 시 발생하는 반사를 줄이기 위해 임피던스 정합을 고려하여 전송 라인을 설계하고 적절한 종단 저항을 사용해야 합니다. 셋째 전송 속도가 매우 빠를 경우에는 신호의 왜곡을 줄이기 위해 신호를 전압-시간 형태로 변환하는 방법이나 에러 수정 코드를 사용해 오류를 감지하고 수정하는 방법도 유효합니다. 마지막으로 송수신 장치의 클럭을 정확히 맞추는 것도 왜곡을 최소화하는 중요한 요소입니다.
학문 / 전기·전자
24.11.06
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생분해성 플라스틱의 재료 개발에 관하여 궁금합니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.생분해성 플라스틱은 환경에서 자연적으로 분해되는 특성을 가지지만 이를 상용화하는 데는 여러 도전 과제가 있습니다. 첫째 내구성과 분해성의 균형이 필요합니다. 일반 플라스틱과 유사한 내구성을 유지하면서도 분해가 잘 되는 소재를 개발하는 것은 어려운 과제입니다. 둘째 생분해성 플라스틱은 주로 특정 조건에서만 분해되는 경우가 많아 자연환경의 다양한 조건에서 일관된 분해성을 보장하기 어렵습니다. 또한 제조 비용이 높고 대량 생산 기술이 아직 부족해 기존 플라스틱보다 경제성이 떨어지는 문제도 있습니다. 마지막으로 생분해성 플라스틱이 분해될 때 발생하는 부산물의 환경 영향도 철저히 고려해야 하며 이를 위한 안전성 검증과 규제 표준화도 필요한 상황입니다.
학문 / 재료공학
24.11.06
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자기장이 강한 자석 옆에 전선을 놓으면 무슨 일이 일어날까요?
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.강한 자기장 옆에 전선을 놓으면 전자기 유도 현상에 의해 전선에 전류가 흐르게 됩니다. 이 현상은 자기장이 변할 때 전선 내부에 전류가 생성되는 것으로 패러데이의 전자기 유도 법칙에 의해 설명됩니다. 예를 들어 전선이 강한 자석 옆에서 움직이거나 자석 자체가 이동할 때 자기장이 변하게 되고 이로 인해 전선에 유도 전류가 발생합니다. 이러한 유도 전류는 전선이 자기장 속에서 빠르게 움직일수록 강하게 형성됩니다. 이 원리를 이용해 발전기에서 회전 운동을 전기에너지로 변환하거나 무선 충전 기술에서도 자계의 변화로 전기를 생성하여 활용합니다.
학문 / 전기·전자
24.11.06
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형상 기억 합금이 의료용 임플란트에서 어떤 효과가 있는지 궁금합니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.형상 기억 합금(SMA)은 특정 온도에서 원래 형태로 돌아가는 특성을 가지며 니켈-티타늄 합금이 대표적입니다. 의료용 임플란트에 사용될 때 이 특성은 특히 유용합니다. 예를 들어 동맥 스텐트와 같은 임플란트는 체온에서 확장되도록 설계되어 좁아진 혈관을 효과적으로 넓히고 혈류를 개선합니다. 이와 같은 형상 기억 합금은 자가 조정 능력이 있어 외과적 조작을 최소화하고 환자 체내에서 안정적으로 작동합니다. 또한 척추 교정기나 정형외과용 고정 장치에서도 형상 기억 합금을 사용하여 수술 중 정밀한 조정이 가능하고 절개 부위를 줄여 회복 속도를 높일 수 있다는 점에서 큰 기대를 받고 있습니다.
학문 / 재료공학
24.11.06
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온도에 따라서 변색되는 소재????
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.온도나 빛에 따라 색상이 변하는 소재는 변색 소재로 빛이나 온도에 반응하여 화학 구조가 변하면서 색상이 달라지는 특성을 가지고 있습니다. 질문하신 안경의 경우 광변색 렌즈를 사용한 것으로 이 렌즈는 자외선에 노출되면 화학 구조가 변화하여 색이 짙어지며 선글라스처럼 작용하게 됩니다. 실내로 돌아와 자외선이 줄어들면 다시 원래의 투명한 상태로 돌아갑니다. 이러한 변색 소재는 야외 활동 시 유용하여 안경 선글라스 자동차 유리 등에 적용되며 스마트 창문에도 응용되어 햇빛의 세기에 따라 투과율을 조절할 수 있어 에너지 효율을 높이는 데 활용됩니다.
학문 / 재료공학
24.11.06
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왜 번개는 직선으로가 아닌 지그재그로 치는 걸까요?
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.번개가 지그재그로 치는 이유는 공기 중에서 가장 저항이 낮은 경로를 찾아가는 특성 때문입니다. 번개는 구름과 땅 사이의 전위차로 인해 전자가 빠르게 이동하면서 발생하는데 공기 중에는 여러 가지 기압 온도 습도 등으로 인해 저항이 불균일하게 분포되어 있습니다. 번개는 이동 중 저항이 낮은 길을 선택하여 조금씩 방향을 바꾸며 이동하게 되는데 이로 인해 직선이 아닌 불규칙한 지그재그 모양을 띠게 됩니다. 또한 번개의 강력한 전류가 공기 분자를 이온화시켜 새로운 방전 경로를 계속해서 생성하기 때문에 경로가 꾸불꾸불한 형태로 보입니다.
학문 / 전기·전자
24.11.06
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