모설 데이

반도체는 재료의 특이한 전기적 특성에 의해 여러면에서 유용하게 사용이 되는데, 재료의 전기적 성질은 아주 적은 불순물에도 매우 민감하게 변하게 됩니다. 진성 반도체는 순수한 재료의 전자 구조에 의한 전기적 특성을 나타내는 재료가 됩니다. 그러나 특성이 불순물에 의해 좌우될 때는 이를 외인성 반도체라고 합니다. 진성 반도체 진성 반도체는 0K에서 전자로 꽉 채워진 가전자대와 비어 있는 전자대가 보통 2eV보다 작은 에너지 밴드 갭으로 분리된 구조에 의하여 특징 지어집니다. 화합물 반도체는 주기율표상에서 멀리 떨어져 있을수록 원자 결합이 보다 이온 결합성을 띠게 되며 에너지 밴드 갭이 증가하게 됩니다. 따라서 보다 절연체의 성향을 지니게 됩니다. 정공 진성 반도체에서 1개의 전자가 전도대로 여기될 때마다 공..

전자 이동도 전기장이 외부에서 가해지면, 자유전자는 힘을 받게 되는데, 전자는 음전하를띠고 있으므로 전기장 방햐의 반대 방향으로 가속이 됩니다. 그런데 외부에서 전기장이 계속적으로 가해진다면 전자의 속도가 계속해서 증가하여 전류는 계속 증가해야 하지만, 전류는 일정값에 도달 후 유지가 됩니다. 이는 전자의 흐름에 일정한 마찰력이 존재한다는 것을 알려줍니다. 이러한 마찰력은 전자가 결정 결함 및 원자의 열진동과의 충돌에 의해 발생하는데, 전자가 움직이며 충돌에 의해 산란이 됩니다. 산란 현상은 전류의 흐름에 대한 저항으로 표현이 되는데, 전자의 유동속도 \(v_d\)는 전기장에 의해 가해지는 힘의 방향에 대한 평균 속도이고, 전기장에 대해 \(v_d\)=\(\mu_eE\)의 수식을 만족합니다. \(\mu_..

고체의 가장 중요한 전기적 특성중 하나는 고체가 얼마나 용이하게 전류를 잘 흐르게 할 수 있는가 입니다. 옴의 법칙에 의해 V=IR의 관계를 가지게 되는데, R의 값은 시편의 형상에 따라 달라지고 많은 재료에서 전류에 무관한 모습을 보이게 됩니다. 전기 비저항은 시편 형상에 무관하고 재료 고유의 값을 나타냅니다. R과의 관계로 \(\rho = \frac{RA}{l}\)을 만족합니다. 여기서 l은 전압이 측정되는 두 지점 사이의 거리이고 A는 전류가 흐르는 방향에 수직인 단면적입니다. 옴의 법칙과 연계하여 \(\rho=\frac{VA}{Il}\)이 됩니다. 전기 전도율 전기 전도율\(\sigma\)는 재료의 전기적 특성을 명시하기 위해 사용되는데 전도율 \(\sigma=\frac{1}{\rho}\)의 관계..

대부분의 고체 재료는 열을 가하면 팽창, 냉각시키면 수축하므로 하나의 고체 재료에 대하여 온도의 변화에 따라 길이가 변하는 것을 수식으로, \(\frac{l_f-l_0}{l_0} = \alpha_l(T_f-T_0)\)로 표현 가능합니다. 여기서 \(l_f는 변화된 길이, l_0는 초기 길이를 의미합니다\) 이 계수는 어떤 재료가 가열됨으로써 팽창되는 정도를 나타내는 재료 성질이며 단위는 온도의 역수입니다. 이러한 길이가 증가하며 3차원적인 부피의 변화도 생기는데, \(\frac{\Delta V}{V_0}=\alpha_v\Delta T\)로 온도에 따른 부피 변화를 표현 할 수 있습니다. \(\alpha_v\)는 열팽창 체적 계수인데, 많은 재료에서 비등방성을 가지고 있습니다. 즉 측정하는 결정 방향에 따..

재료는 열을 받으면 여러가지 특성이 변하는데, 이러한 반응을 열적 성질이라고 합니다. 고체를 가열하면 에너지가 고체에 흡수되어 온도가 증가하게 됩니다. 열용량 열용량이란 이러한 열을 흡수할 수 있는 재료의 능력으 나타내는 것으로, 단위온도(18도)를 올리는데 필요한 에너지의 양을 의미합니다. 이를 수식으로 \(C=\frac{dQ}{dT}\) 로 나타냅니다. 여기서 dQ는 dT만큼 온도를 변화시키는데 요구되는 에너지의 양입니다. 이것의 단위는 (J/mol*K), 또는 비열 (J/Kg*K)으로 사용합니다. 열전도가 일어나는 주위 조건에 따라 이러한 값을 나타내는 두가지 방법이 있는데 \(C_v\)와 \(C_p\)입니다. \(C_v\)는 등적조건하, \(C_p\)는 등압조건 하에서의 열용량입니다. 진동 열용량..

피로 파괴가 반복되는 하중이 계속해서 있는 것이라면, 크리프는 고온에서 정적인 하중이 계속될때 일어나는 것입니다. 이 또한 인장강도에 미치지 않는데도 파괴가 일어나는 현상이 생기므로 굉장히 중요한 부분입니다. 따라서 굉장히 시간 의존적인 함수입니다. 이러한 변형은 전적으로 탄성변형 입니다. 우선 그래프를 먼저 보도록 하겠습니다. 이러한 시간 의존적인 함수의 변형률-시간 그래프는 세구역으로 나뉘어지게 됩니다. 그래프에서 표시한 1차,2차,3차인데 1차 크리프는 전이 크리프라고도 하며 크리프 속도가 연속적으로 감소하며 곡선의 기울기가 감소합니다. 이는 변형 경화로 인해 변형 속도가 감소하는 현상으로 생기게 됩니다. 2차 크리프는 정상상태 크리프라고 하며 직선영역에 해당합니다. 여기서는 변형경화와 회복현상이 ..

지금까지 파괴인성과 인장 강도 등에 대해 알아보았습니다. 그런데, 구조물의 사건 사고등을 살펴보면, 이러한 한계치에 도달하지 않는데도 파괴가 일어나는 경우가 있습니다. 그 이유가 바로 피로파괴와 크리프 때문입니다. 이번 포스팅에서는 피로파괴에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 우선 피로파괴는 정적 하중의 인장 강도보다도 아주 낮은 응력상태로 오랜시간 동적인 변동응력이 가해질 때 생기게 되는데, 이러한 피로의 형태는 크게 3가지가 있습니다. 첫번째로 교번 응력 사이클 이 사이클은 최대 인장응력(+)과 최소 압축응력(-)의 크기가 같습니다. 즉 절대값의 크기가 같습니다. 두번째로 반복 응력 사이클 이 사이클은 최대 인장응력과 최소 압축응력의 크기가 다릅니다. 즉 절대값의 크기가 다릅니다. 세번째는 규칙이 없이 ..

공학적인 설계시에, 파괴 인성 값인 \(K_{Ic}\)값을 적용하게 되지만 변수가 생기게 됩니다. 이러한 변수는 가혹한 조건일 때 생기게 되는데, 저온의 환경일떄, 높은 변형률 속도 일때, 혹은 3축 응력상태에 있어 변수를 측정해야만 합니다. 3축 응력상태에 있어서의 변수는 노치를 통해 측정 가능하게 됩니다. 충격 시험법을 통해 이러한 변수들을 측정하여 극복할 수 있는데, 충격시험법에는 두가지 종류가 있습니다. 첫번째는 샤르피(Charpy) 충격 시험법 두번쨰는 아이조드(Izod) 충격 시험법이 있습니다. 두 가지 충격 시험법의 차이는 시편 고정방법, 인가하중 방향과 균열 전파 방향이 다르다는 점에 있습니다. 이 차이는 노치의 방향에 따라 달라지게 됩니다. 그림으로 살펴보면, 이렇게, 추가 충격을 가할때..