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재료의 기계적 성질 중, 경도와 강도의 차이점이 궁금합니다.
안녕하세요. 한성민 전문가입니다.쉽게 설명드리면 1) 경도(Hardness)는 물체 표면의 단단함의 정도 의미합니다. 즉 물체의 표면에 힘을 가해도 표면 손상 없이 버틸 수 있는 힘을 의미합니다.2) 강도(Strength)는 외력이 가해졌을때 변형되지 않고 저항할 수 있는 능력을 의미합니다.예를들면 인장강도(당기는 힘에 저항하는 능력), 굽힘강도, 압축강도가 있습니다.둘은 비슷해보이지만 서로 다른 특성에 해당합니다. 따라서 어느하나가 높다고 해서 다른 하나도 높은것은 아닙니다.예를들면 유리는 경도가 강해서 스크래치에는 강하지만 충격을 주면 쉽게 깨집니다. (경도는 강하나, 강도는 약함) 휴대폰을 떨어트려도 표면에 생각보다 자잘한 스크래치는 잘 안나는데, 한번에 깨지기는 하는걸 생각하시면 됩니다.
학문 / 재료공학
24.09.11
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유리 용기에서는 미세유리가 안나오나요?
안녕하세요. 한성민 전문가입니다.플라스틱은 시간이 지남에따라 열이나 외부에서의 물리적 충격 등에 의해 분해되기 쉽습니다. 이에따라 미세플라스틱이 생길 가능성이 있고, 섭취시 신체에 문제를 발생시킬 가능성이 있습니다.이와 달리 유리는 플라스틱 보다 훨씬 화학적으로 안정하고 단단한 성질을 가지므로 "미세 유리" 라고 부를 만한 물질이 발생되기가 쉽지 않습니다. 즉, 재료의 특성때문에 양 자의 차이가 생긴다고 이해하시면 될것 같네요.
학문 / 재료공학
24.09.11
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강화유리는 어떻게 만들어지나요??
안녕하세요. 한성민 전문가입니다.강화 유리는 및 일반적 유리는 구성물질 상에서 큰 차이는 없습니다. 둘 다 이산화 규소(SiO2)를 베이스로 만들어집니다.1) 다만, 강화유리는 유리의 유리전이 온도보다 높은 온도까지 가열한 뒤에 급냉 시키는 "템퍼링" 공정을 더 거치는 특징이 있습니다. 이에따라 압축된 표면은 강한 압축응력을 가지게 되는데, 유리 내부의 인장응력과 균형을 이루게 되면서 유리 전체의 강도가 강해지는 원리입니다. 즉, 제조 방법상에서 차이가 있습니다.2) 이외에도 휴대폰에서 커버글래스로 주로쓰이는 "고릴라 글래스"와 같이 이온교환법에 의해 제조하는 경우도 있습니다. (ex. 유리를 칼륨염 용액에 침지하여 표면의 이온을 다른 이온으로 교환시키는 방법) 이에따라 유리의 표면강도가 증가하여 스크래치 발생을 효과적으로 방지할 수 있게됩니다.
학문 / 재료공학
24.09.09
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종이가 나무를 가공해 만든다고 하는데 원리가 뭘까요?
안녕하세요. 한성민 전문가입니다.나무로 종이를 만드는데 핵심이되는 것은 나무 소재에 포함되어 있는 "셀룰로오스 섬유"입니다. (셀룰로오스는 수천개의 포도당 분자가 결합된 긴 사슬 구조를 갖습니다.) 지구에 나무가 많다보니 셀룰로오스는 지구에 매우 풍부한 자원 중 하나이고, 적절한 질감과 강도를 가지고 있어서 종이로 만들어 사용하기 좋은 것입니다.나무로 종이를 만들때는 1) 나무를 잘게부수고 셀룰로오스 섬유 이외의 성분을 제거합니다. (나무와 물을 섞어 갈아버리거나, 화학적 처리를 해서 셀룰로오스 이외의 성분을 제거하기도 합니다.)2) 이후, 얇게 시트형태로 만들고, 3) 건조시키는 것이 주된 순서입니다.이 외에도 건조 후 매끄럽게 가공하는 단계가 추가되거나, 고분자 필름을 더해서 코팅된 종이를 만들기도 합니다. (예를들어 물에 잘 젖지 않는 종이컵)
학문 / 재료공학
24.09.08
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리튬이 배터리 원료로 사용되는 이유는 무엇인가요
안녕하세요. 한성민 전문가입니다.금속 중 가장 가벼운 금속이 리튬입니다. (원자번호가 3번에 불과함) 또한 리튬은 전자를 잘 방출하고 수용하는 특성을 갖고 있습니다. 이에 따라, 가벼우면서도 밀도가 높고 충,방전이 쉬운 배터리를 만들 수 있습니다.이러한 특성 때문에 종전에 사용되던 "니켈 카드뮴"또는 "니켈 수소" 배터리를 거의 대체하게 되었습니다. 특히나, 이들 소재는 무게가 무겁고, 효율이 낮으며, 중금속이 함유되어 환경 오염의 문제가 있었습니다.
학문 / 재료공학
24.09.08
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액체로 될수 있는 금속이 있다는데 어떤것이 그런가요?
안녕하세요. 한성민 전문가입니다.고체가 액체로 상변화 하는 온도를 "녹는점" 이라고 합니다. 녹는점이 상온인 금속을 생각하시면 되며, 가장 흔히 접하실 수 있는건 "수은(Hg)"입니다.참고로 녹는점은 압력의 영향을 받기 때문에 압력을 극도로 낮추는 경우 상온 정도에서도 물질이 액화되게 할 수 있는 경우가 더 있을 수 있습니다.
학문 / 재료공학
24.09.08
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여러 제품의 재료로 쓰이는 카본은 어떤 특성을 가지고 있나요?
안녕하세요. 한성민 전문가입니다.흔히 '카본' 이라고 부르는 소재는 "카본 강화 고분자(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Ploymer)" 내지 카본 섬유가 포함되어 있는 소재를 의미합니다.탄소는 4족 원소로서, 4개의 최외곽전자를 가지고 있기 때문에 4개의 전자 결합을 형성 가능합니다. 이로 인해 구조적으로 긴 사슬 형태의 분자를 만들 수 있고 이는 가공성, 내구성이 좋고 특히 가볍기 때문에 많은 곳에서 사용되고 있습니다. 소재 자체도 고급스러운 느낌이 있구요.이러한 탄소 소재로 만든 섬유를 그대로 사용하거나, 고분자에 섬유를 사이사이에 넣어서 (마치 건축에서 철근을 넣는 것처럼) 강도나 내구성을 높힐 수 있기 때문에 고급 소재에 많은 곳에서 사용됩니다.
학문 / 재료공학
24.09.08
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자석은 어떻게 철에 붙는 성질을 가지게
안녕하세요. 한성민 전문가입니다.전자는 고유한 회전운동인 스핀운동을 합니다. 전자가 일정한 축을 중심으로 특정 방향으로 회전한다고 비유될 수 있습니다. 일반적 물질은 이러한 스핀 방향이 무질서하여, 서로에 의한 영향을 상쇄하기 때문에 자기장이 발생하지 않습니다.다만, 자석은 전자가 일정 방향으로 회전하여 서로의 영향을 상쇄하지 않으므로 그로인한 영향인 '자기장'이 발생하게 됩니다. 철과 같은 금속은 자기장 영역에 놓이게 되면 전자가 정렬되기 쉬운 구조기 때문에 자석에 의해 영향을 받게 되는 것입니다.참고로, 금속 중 '철'만이 자석에 영향을 받는 것은 아니고, 금속이 모두 자석의 영향을 받는것도 아닙니다.
학문 / 재료공학
24.09.08
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토스트를 구으면 왜 갈변하고 바싹하지는지
안녕하세요. 한성민 전문가입니다.마이야르 반응이 일어나기 때문입니다. 마이야르 반응은 당과 단백질이 있을때 일정한 열을 가하면 갈변하는 현상입니다. 특유의 향과 풍미가 생겨서 요리에는 아주 중요하다고 알려져있습니다. 고기를 구우면 갈색이 되는것과 같습니다.바삭해지는건 주로 수분이 날아가서 그렇습니다. 가열과정에서 수분이 날아가니 촉촉한 빵이 바사괘지는 것이죠.
학문 / 재료공학
24.09.07
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철을 달구면 왜 붉은색을 띄게 되나요??
안녕하세요. 한성민 전문가입니다.철(Fe)을 가열하면 붉은색을 띠는 이유는 열에 의해 철 원자들이 에너지를 흡수하고, 그 에너지를 방출하면서 특정한 파장의 빛을 내기 때문입니다. 물체가 가열되면 열 에너지가 원자나 분자의 진동을 증가시키고, 그 결과로 열 복사(thermal radiation)가 발생합니다. (= 열을 받은 물체가 전자기파, 예를들면 자외선 적외선 등을 방출하는 현상)철을 가열할 때, 낮은 온도에서는 적외선 형태로 에너지를 방출하다가 온도가 올라갈수록 가시광선 영역의 빛을 방출하게 됩니다. 즉 철이 열을 받아 방출하는 빛이 적외선 영역일땐 보이진 않지만, 파장이 가시광선 영역대로 들어오게되면 눈에 보이게되는 것입니다. "적"외선 이란 용어에서 알 수 있듯이 적외선과 가장 가까운 가시광선의 파장 영역대는 적색이므로 적색을 띄는것으로 보이게 됩니다. 더 높은 온도에서는 밝은 노란색이나 흰색으로 변할 수도 있습니다.
학문 / 재료공학
24.09.07
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