![[상평형론 설계] 납(Pb)의 Heterogeneous Nucleation-1](http://images.happyhaksul.com/thumb/368/367604-0001.gif)
![[상평형론 설계] 납(Pb)의 Heterogeneous Nucleation-2](http://images.happyhaksul.com/thumb/368/367604-0002.gif)
![[상평형론 설계] 납(Pb)의 Heterogeneous Nucleation-3](http://images.happyhaksul.com/thumb/368/367604-0003.gif)
![[상평형론 설계] 납(Pb)의 Heterogeneous Nucleation-4](http://images.happyhaksul.com/thumb/368/367604-0004.gif)
![[상평형론 설계] 납(Pb)의 Heterogeneous Nucleation-5](http://images.happyhaksul.com/thumb/368/367604-0005.gif)
![[상평형론 설계] 납(Pb)의 Heterogeneous Nucleation-6](http://images.happyhaksul.com/thumb/368/367604-0006.gif)
![[상평형론 설계] 납(Pb)의 Heterogeneous Nucleation-7](http://images.happyhaksul.com/thumb/368/367604-0007.gif)
![[상평형론 설계] 납(Pb)의 Heterogeneous Nucleation-8](http://images.happyhaksul.com/thumb/368/367604-0008.gif)
![[상평형론 설계] 납(Pb)의 Heterogeneous Nucleation-9](http://images.happyhaksul.com/thumb/368/367604-0009.gif)
![[상평형론 설계] 납(Pb)의 Heterogeneous Nucleation-10](http://images.happyhaksul.com/thumb/368/367604-0010.gif)
분야
doc1.1 실험 배경
1.2 실험 예상
2. 실험 진행
2.1 1차 실험 설계
2.2 결과 분석
2.3 1차 실험 오차 원인 분석
2.4 재설계
2.5 2차 실험 설계 및 결과 분석
2.5.1 핵 생성 각도에 의한 분석
2.5.2 Microstructure에 의한 분석
3. 정량적 분석
4. 결론
1.1 실험 배경
Homogenous nucleation 이란 핵 생성에 오로지 과냉도 만이 작용하는 핵 생성 과정을 말 하며 실제 생활 속에서의 핵 생성과정 중 완전한 homogenous nucleation 은 있을 수 없으며, 실제적으론 impurity 나 defect 등이 nucleation site 가 되어 activation 에너지가 줄어 들 것이다. 따라서, 우리 조는 납땜에 이용되는 Pb를 녹여 응고 시켜봄으로써 응고 시 발생되는 Heterogeneous Nucleation을 관찰해보고 각기 다른 Nucleation 조건하에서의 거동을 관찰해보기로 하였다.
변수로 사포의 재질을 주어, 각기 다른 방수(100방, 800방, 2000방)하에서 납의 어떠한 응고를 하는지 관찰하고 각기 미세구조 사진을 찍어 Grain을 분석해 본다. 또한, θ값을 구해보고 수식에 대입해본다.
(참고. Critical radius r*는 .G*het 의 r에 대한 일차 미분식인데 균질 핵 생성과의 차이를 나타 내는 식인 S(θ) 식이 r 에 무관하므로 r*homo=r*het 이 된다.)
우리는 위의 식에서 Nucleation 의 정도를 결정짓는 척도로써 θ 가 작용할 수 있다는 점과, 아래 그림(b) 에서 보이는 Homogeneous 와 Heterogeneous nucleation의 같은 과냉도 하에서의 Nucleation rate 변화에 의한 Microstructure 차이에 착안하여 실험을 설계 진행하였다.
.
1.2예상한 실험결과
① θ 값이 클수록(180도에 다가갈수록) homogeneous nucleation에 가까워지므로 activation Energy (ΔG*)는 커질 것이다. 이를 통해 Hetero nucleation 의 정도 측정이 가능할 것이고 사포의 방수가 커 질수록 θ 는 커지고 ΔG*가 증가하는 경향성이 관찰 될 것이다.
② Heterogeneous 측면이 강한 쪽과 그렇지 않은 쪽의 Microstructure에는 분명한 차이가 보일 것이며 그 경향성은 같은 과냉이라면 rate 가 hetero한 경향이 강한 쪽이 높을 것이기 때문에 더 미세한 Microstructure 을 보일 것이다.
2. 실험 진행
2.1 실험설계
① 각각의 다른 표면 거칠기(표면이 거칠수록 heterogeneous nucleation site 의 증가로 인한 heterogeneous nucleation 의 경향성이 클 것이므로 θ 값이 작게 될 것으로 예상)
를 가진 사포를 준비하였다(100./800/2000) ⇒100방이 가장 거칠고 800방,2000방 순.
② 표면에서 Nucleation 시키기 위한 물질로는 비교적 낮은 녹는점을 가진 납땜용 납을 준비하였으며 이를 녹이기 위한 전기 인두를 준비하였다.
③ wire 형태의 납을 일정한 길이 표시 후 그 길이만큼씩만 녹이고(녹이는 양을 같게 해 주기 위해) 마지막에는 일정한 길이의 납 wire 의 무게를 측정하였다.
④ 전기인두로 녹인 납을 일정한 높이에서 각각의 사포에 떨어뜨렸다.
⑤ 떨어뜨려 응고 완료(1시간 정도의 시간을 보냈다.) 후 접사를 통해 표면적과의 각 θ를 측정하였으며 전자현미경을 통하여 Microstructure 을 측정하였다.
2.2 실험결과 및 분석
① 2000방과 100/800방 사이에는 어느 정도 θ의 차이가 크게 나 예상과 일치했지만(2000방의θ>>100/800방) 100방과 800방 사이에서는 θ의 차이가 제대로 나타나지 않았다.
② 현미경으로 찍은 Microstructure 간의 차이가 경향성을 파악하기 힘들었다.
2.3 오차의 이유/수정
일단 자체 토의 결과 무게를 측정하는 방법과 접사에서 θ를 구하는 방법자체에 문제가 있다고 판단되었다. 납의 무게를 일정하게 하는데 우리는 같은 길이를 잘라 녹였는데 그것 보다는 무게를 같게 해줌으로써 양을 같게 하는 것이 좀 더 정확한 방법으로 판단하였다. 접사를 통해서는 정확한 θ를 구하기가 힘들다고 판단하였다 결국 교수님께 자문을 구하였다.
교수님께 여쭤 본 결과, 역시 일정한 양을 획득하는 방법에 문제가 있다고 지적해 주셨으며
Hot plate를 이용하여 정확하게 일정한 양을 떨어뜨려 줘야 한다고 조언해 주셨다. 또한 Microstructure 에서 etching을 해주어야 더욱더 좋은 미세구조 사진을 얻을 수 있다고 하셨다. 따라서, 위의 두 오차를 수정한 상태에서 재 실험을 하기로 하였다.
2.4 재설계
