공머생의 공부노트

에디슨의 패배에서의 전압 강하?? 영화 커런트 워 (The Current War, 2017)에서 에디슨과 웨스팅하우스가 직류와 교류에 대해 논쟁을 펼칠때 직류는 먼 곳에 발전소를 설치하고 전력을 송전하지 못한다는 말이 나온다. 실제로 영화중에 에디슨은 직류로 충분한 전력을 공급하기 위해 도시의 설계도를 펼치고 원을 그리며 수십개의 발전소를 세울 계획을 세웠다. 실제 우리는 직류로 먼 거리를 송전하는 것은 매우 비효율적인 방법이라는 것을 알고있다. 근데 과연 왜 직류는 거리에 따라 이렇게 큰 전력손실을 발생시키는 걸까? 이 이유는 전압 강하 효과 (Voltage Drop) 때문이다. 실제로 전선의 길이가 길어지면 길어질수록 처음 걸었던 전압보다 전압이 약해지고 이로 인해 더 작은 전류가 흐르며 운송 가능한..

물질과 라만 산란의 원리 그렇다면 이러한 Raman산란 , 혹은 Rayleigh 산란은 왜 일어나고 어떤 것에 영향을 받을까? 빛은 기본적으로 전자기파이다. 시간에 따라 전자기파는 같은 지점에서 주파수에 따라 전위가 +에서 -로 바뀌고 이는 분자나 물질 자체가 전기적으로 진동하거나 내부의 전자의 움직임에 영향을 준다. 분자는 양자단위의 원자의 결합이므로 원자와 마찬가지로 원자핵과 전자를 가지고 있으며 이에 의한 분자 에너지 레벨을 가지고 있다. 당연하게도 분자는 에너지를 받으면 에너지 준위가 높아지는데 이런 에너지는 회전하거나(Erot) 제자리에서 진동하거나(Evib), 혹은 전자 준위 레벨(Eele)에 의해 축척되고 빠른 시간 내에 다시 방출된다. 즉 분자의 전체 에너지는 위의 3가지 에너지를 합한 것..

라만분석(Raman Spectroscopy)의 종류 라만분석은 분석시간도 짧고 스펙트럼의 결과가 신뢰성이 높은 뿐만이 아니라 샘플의 상황에 따라 결과에 영향을 많이 받지 않기에 Insitu 분석등으로 현 연구에서 많은 응용이 되고 있다. 특히 2D 반도체 물질(ex graphene, MoS2)같은 경우 phonon mode가 해석하기 상대적으로 용이하고 3차원 물질보다 자세한 해석이 가능하기에 2D물질 분석에 많이 응용되고 있다. monolayers, inter-layer breathing, shear modes, doping, disorder 등에 대한 분석이 가능하기에 단순히 물질 판별 뿐만이 아니라 물성이나 특징 또한 자세히 판별이 가능하다. 덕분에 라만 분석법은 25개가 넘는 변화형이 개발되었다...

라만현상이란 (Raman effect)? 일반적으로 빛은 물질과 만날때 흡광, 투과, 반사, 산란, 회절 등의 상호작용을 하게 된다. 이때 빛은 전자기파로서 파장에 따른 특정한 에너지를 가지고 있으며 일반적으로는 물질에 흡수되며 에너지를 전달한다. 입사한 빛은 대부분 물질에게 흡수되거나 반사되며 사라지지만 그중 일부 만이 회절이나 산란을 일으키는데, 라만 현상의 발견 이전에 사람들은 100의 에너지를 가진 빛(광자)가 입사하면 항상 100의 에너지를 가진 빛이 튕겨져 나오거나 흡수된다고 이해했다. 하지만 1928년 분자와 빛의 연관성에 대해 연구하던 과학자 라만(Chandrasekhra Venkata Raman)은 빛이 분자와 만나서 반사되면 아주 적은 비율로 다른 에너지를 가진 빛이 나오는 것을 관찰해..

축전기란?? 축전기(Capacitor)는 커페시터, 콘덴서 등으로 불리며 2개의 극판을 이용하여 전압을 가했을 때 전하를 모아둘 수 있는 소자를 의미한다. 일반적으로 파형 생성 및 형상, 직류 차단, 교류 신호 커플링, 필터링 및 평활화 등 많은 회로에 기본적으로 들어가는데, 주로 회로 안정화에 자주 사용되는 편이다. 이뿐만이 아니라 짧은 시간내에 많은 전하를 모으고 빠르게 방출할 수 있기에 수퍼커패시터라는 에너지 스토리지로도 상용화가 이루어지고 있다. 특히나 종류에 따라 수행가능한 전압과 전류단위가 천차만별이며 종류 또한 다양한 편이라 실험시 사용에 주의해야 한다. 적절한 위치에 적절한 커패시터를 활용해야만 안전하게 사용 가능하며 실제 연결 후에도 회로 내부에서 과전압이 걸리는지 혹은 과하게 뜨거워지는..

반도체의 전기전도도는 위의 특성에 의해 도체보다는 낮고 부도체보다는 작다. 하지만 이것이 반도체가 전도도를 자유롭게 조절하게 되는 원인은 아니다. 위의 자료의 전기전도도의 특징에서도 볼 수 있듯 부도체, 도체는 전도도가 일정한 편이다. 하지만 반도체(Ge, Si, GaAs...)들은 전도도의 폭이 상대적으로 넓다. 전기 전도도는 트렌지스터나 다이오드 등에서 자유전자의 생성과 컨트롤 하는 정도에 관계하게 되고 결과적으로는 소자의 특성을 발현시키는 가장 핵심적인 원리가 된다. 반도체의 전기전도도의 조절을 가능하게 하는 핵심적인 요소는 반도체 물질 그 자체가 아닌 도핑(doping)이라는 기술에 있다. 순수한 Si결정의 경우 전도도는 10¯⁴ S/cm 정도이다. 하지만 위의 그림처럼 ⅣA족(4가)인 실리콘에 ..

앞선 반도체의 정의에서와 마찬가지로 가장 중요한 반도체의 특성은 공학적으로 전기전도도를 조절 가능하다는 것이다. 이를 위해하기 위해서는 물질의 띠 이론과 전기전도도간의 관계를 이해해야 한다. 고체물리학에서는 원자 하나가 가지는 1s, 2s 오비탈들이 모여 일정한 띠를 형성한다고 이해한다. 주양자수가 높은 (n=2,3..) 전자 들은 원자핵에 이끌려 원자 주위에서 특정한 오비탈을 형성하는데, 만일 같은 원자가 수 많이 모여있다면 그 전자들이 존재할 수 있는 에너지 구역은 띠의 형태를 이루게 된다. Orbital structure of a single atom and energy band of solid 이때 내부의 전자가 이루는 띠중 가장 높은 띠를 가전자띠 (Valence Band, VB)라고 하고 원자..

반도체란 정의상으로 전기가 선택적으로 흐르는 물질, 즉 도체보다는 전류가 안 흐르고 부도체 보다는 전류가 흐르는 물질이다. “상온에서 전기 전도율이 도체와 절연체의 중간 정도인 물질. 낮은 온도에서는 거의 전기가 통하지 않으나 높은 온도에서는 전기가 잘 통한다. 실리콘, 저마늄, 산화 구리 따위가 있으며 정류기(整流器), 다이오드, 집적 회로, 트랜지스터 따위의 전자 소자에 널리 쓴다 / 표준국어대사전” 표준국어대사전에서는 위와 같이 정의를 하는데 이는 앞서 말했던 선택적으로 전류가 흐른다는 개념과 다름없다. 즉 반도체가 전자 장치 응용 및 에너지 변환에 주목을 받는 이유도 항상 전기가 흐르는 것이 아닌 선택적으로 전류가 흐르고 이런 상황을 조절할 수 있기 때문이다. 도체와 부도체 반도체를 구분함에 있어..

OP AMP 란? OP AMP는 현재 회로에서 가장 자주 쓰이는 증폭 회로로서 매우 다양한 역할을 수행하는 IC 칩이다. OP AMP는 말 그대로 Operation(연산) 과 amplification(증폭)의 합성어로 숫자를 더하거나 빼고 심지어 미분 적분하는 역할부터 매우 작은 신호를 트렌지스터 같이 증폭시키는 역할을 수행한다. 연산증폭기는 다양한 종류의 전자 회로에서 중요한 구성 요소(building block)이다. 연산증폭기는 그 기원이 선형, 비선형, 주파수 의존 회로에 쓰이던 아날로그 컴퓨터에 있다. 이득과 같은 최종 요소의 특성이, 온도 변화와 op-amp 자체의 불균일한 제조상태에 거의 의존하지 않고, 외부 부품(component)에 의해서 설정되기 때문에 회로 설계에서 인기가 있다. 연산..

전자에 의한 X선의 산란 (scattering by electron) 공간을 진행하는 X선은 재료에 입사되면 산란을 일으킨다. 산란이란 "빛이 미립자에 부딪혔을 때, 방향을 바꾸어 여러 방면으로 흩어지는 현상" 인데, 즉 말 그대로 X선이 재료에 의해 퍼지는 것 yumy.tistory.com 앞선 포스팅에서 전자기파인 X선이 전자에 의해 산란되는 것을 파동방정식으로 일반화 하였다. 하지만 우리가 실질적으로 물질에 대해 생각할 때는 전자 1개가 아닌 원자의 단위에서 생각할 필요가 있다. 원자와 전자밀도함수의 정의 물질을 자세히 분해해보면 수많은 결정이 복잡하게 결합된 Bulk상태에서, 원자가 입자립 내에서 정돈된 Crystal 상태, 더 확대하면 원자핵과 전자로 이루어진 atom의 상태로 해석할 수 있다...