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Comparative analysis between prediction of sinking time of capsized fishing vessels and empirical test results
No full text사고로 전복된 선박은 해양경찰 구조사가 잠수하여 선내 구조 활동을 수행하며, 전복된 선박이 침몰 할 경우 구조사와 생존자의 생명을 위협하게 된다. 본 연구는 전복된 선박의 침몰 시간 예측 간이식 도출을 통하여 구조사의 안전한 구조 활동 및 생존자의 생존성 향상에 이바지를 하고자 한다. 선박 해양사고 분석을 통해 선정한 5톤 ~ 10톤급 어선에 범용적으로 사용할 수 있는 침몰 시간 예측 간이식 도출을 위하여 전복과 침몰 상태의 전산해석을 통해 자세(sink, Heel, Trim), 무게, 침몰 속도 등의 DataBase를 구축하였다. 구축한 DateBase를 토대로 침몰 시간 예측 시나리오 및 간이식을 산출하였으며, 해상 실증시험을 통하여 실증시험 결과와 간이식 결과의 비교 검증 및 수정을 통하여 5톤 ~ 10톤급 어선에 범용적으로 산출한 간이식을 적용할 수 있음을 확인하였다. |Once a ship capsize accident occurs, maritime police rescuers get to dive and carry out rescue activities on board and when the capsized vessel sinks, the lives of rescuers and survivors are greatly threatened. This study aims to contribute to the safe rescue activities and enhanced survivability of rescuers by deriving a simple formula for the prediction of the sinking time of a capsized vessel. In order to derive a simple formula for sinking time prediction that can be universally applied to 5 to 10 ton class fishing vessels selected through marine accident analysis, a database including the position(sink, heel, trim), weight and sinking velocity of the vessels was established through computational analysis of the capsized and sinking states. The sinking time prediction scenario and simple formula were derived based on the established database, and by comparing and verifying the results of the maritime empirical tests and the simplified formula, it was found that the derived simple formula can be universally applied to 5 to 10 ton class fishing vessels.1. 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 동향 2
1.3 연구 내용 3
2. 선박 해양사고 분석 및 연구 대상 선종 선정 4
2.1 선박 해양사고 분석 4
2.1.1 선박 해양사고 현황 4
2.1.2 선박 용도별 해양사고 발생 현황 5
2.2 어선 해양사고 분석 6
2.2.1 어선 해양사고 발생률 6
2.2.2 어선 해양사고 톤수별 발생현황 7
2.3 연구 대상 어선 선정 및 제원 8
3. 어선의 모델링 및 전복 침몰 시뮬레이션 13
3.1 시뮬레이션 목적 및 이론 해석 13
3.2 선형 및 격실 모델링 21
3.3 전산해석을 통한 전복 침몰 상태의 시뮬레이션 28
3.3.1 전복 상태의 시뮬레이션 28
3.3.2 침몰 상태의 시뮬레이션 41
4. 전복된 어선 침몰 시간 예측을 위한 간이식 도출 54
4.1 침몰 시간 예측 완료 시점의 정의 54
4.2 침몰 시간 예측 방법 56
4.3 침몰 시간 예측을 위한 간이식 유도 59
4.3.1 침몰 깊이의 정규화 59
4.3.2 침몰 깊이에 따른 예비 부력비 산출 60
4.3.3 예비 부력비에 따른 최종 침몰 깊이 산출 64
4.3.4 예비 부력비에 따른 침몰 속도 비율과 초기 침몰 속도 산출 65
4.3.5 침몰 시간 예측 간이식 도출 71
5. 실해상 실증시험을 통한 간이식 검증 및 고찰 74
5.1 실증시험 대상 선박 및 장비 74
5.1.1 실증시험 대상 선박 74
5.1.2 실증시험을 위한 사용 장비 78
5.2 실증시험 결과 및 간이식 검증 79
5.2.1 실증시험 결과 79
5.2.2 실증시험 및 간이식 결과 비교 89
5.3 실증시험 결과를 반영한 간이식 수정 97
6. 결 론 102
참고문헌 104
국문초록 106Docto
A Study on the ESG Strategy of Container Terminal in Busan Port
No full text최근 국내외적으로 다양한 산업에서 ESG 전략의 중요성에 대한 논의가 매우 활발하게 진행되고 있다. 특정 산업을 영위해 나가는데 있어 ESG는 기업의 비재무적인 요소인 환경 (Environment), 사회 (Social) 및 지배구조 (Governance)를 의미하는 개념으로서 기업의 미래지향적인 지속가능한 경영을 추구함에 있어 핵심요인으로 평가된다.
따라서, 본 연구는 초기 단계로서 아직은 미미한 수준인 국내 컨테이너 터미널들의 ESG 경영전략에 대한 인식과 관련하여 객관적인 세부항목을 알아보고 부산항 컨테이너터미널들의 현재 ESG 평가지수를 들여다 봄으로서 가능한 시사점을 도출하고자 하였다.
먼저 국내 주요 항만공사의 ESG 경영 전략과 글로벌 컨테이너 터미널 운영사 (GTO)의 지속가능 보고서를 통해 객관적인 세부항목을 도출하였다. 아울러 부산항 소재 컨테이너터미널들에 대한 계층구조를 형성하여 AHP 분석을 시행함으로써 다음과 같은 결과를 도출하였다.
첫째, ESG 중요도 측면에서는 환경 (Environment) > 사회 (Social) > 지배구조 (Governance), 순으로 평가되었으며,
둘째, 세부항목에 있어서는 “친환경 항만 인프라 확대”와 “안전한 작업환경 구현”이 최우선 결정요인으로 작용할 것으로 보이며, 이어서 “상호존중의 인권문화 확립”, “친환경 항만 경영체제 구축” 순으로 중요도를 인식하는 것으로 나타났다.
셋째, 부산항 컨테이너터미널 운영사별 ESG 평가지수는 평균적으로 중반 이하의 낮은 수준이며, 신항에 비해 북항이 보다 낮은 상태로서 북항 소재 컨테이너터미널의 ESG 경영전략 도입이 시급한 것으로 나타났다.제 1 장 서론 1
제1절 연구배경 및 목적 1
제2절 연구의 방법 및 구성 2
제 2 장 이론적 배경 4
제1절 선행연구 고찰 4
1. ESG 경영전략 개요 4
2. ESG 선행연구 고찰 5
제2절 국내외 항만운영사의 ESG경영전략 사례 11
1. 국내 주요 항만공사 사례 11
2. 글로벌 컨테이너터미널 운영사(GTO) 사례 27
제3절 선행연구와의 차별성 33
제 3 장 컨테이너터미널 ESG 경영전략 수립 34
제1절 연구모형 설정 34
1. 컨테이너터미널 ESG 경영전략 34
2. 표본설계 및 설문지 구성 37
제2절 AHP 분석결과 39
제3절 시사점 45
제 4 장 결론 46
제1절 연구결과의 요약 및 시사점 46
제2절 연구의 한계점 및 향후 연구방향 48
참고문헌 49
국문초록 58Maste
A study on the Analysis of Turnover and the Countermeasures of Securing Employees in Port Transport and Operation Companies
No full text기업규모가 영세한 대부분의 항만운송 및 항만운송 관련사업체들은 대기업에 비하여 상대적으로 취약한 근로조건 때문에 필요한 인력의 수급이 원활하게 이루어지지 못하고 있으며, 자체적으로 전문적인 지원 프로그램을 통한 전문 인력 양성이 어렵고, 열악한 근무여건과 인력부족의 심화로 빈번한 이직이 발생하고 있다.
본 연구는 심각한 인력난을 겪고 있는 항만 하역업, 검수업, 감정업, 검량업 등의 항만운송사업체와 항만 용역업, 선용품 공급업, 선박수리업, 컨테이너수리업 등의 항만운송 관련사업체에 종사하는 종업원들의 이직원인을 분석하고 고용실태를 조사하였다. 그리고 이러한 분석결과를 바탕으로 항만운송 및 항만운송 관련사업체의 인력확보 및 관리방안을 마련하고자 하였다.
항만운송 및 항만운송 관련사업체의 이직원인을 분석한 결과, 현장직에서 가장 높은 이직률이 발생하였고, 근무기간이 1년 미만일 때 빈번한 이직이 발생하는 것으로 나타났다. 이는 직무 교육 및 직무 적응 후 이직자가 발생하는 것으로 이직자의 조기 이직으로 인한 이직비용이 발생하고 조직 불안정을 초래한다.
더우기 항만운송 및 항만운송 관련사업체의 낮은 임금수준, 조직생활 부적응, 가사상의 이유는 부정적 측면에서 이직률에 유의한 영향을 미치고, 더 나은 직장으로의 이직은 긍정적 측면에서 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다.
그런데 항만운송 및 항만운송 관련사업체에서 이직대책요인들로 시행하고 있는 프로그램들은 업체가 대부분 영세하여 이직 대책요인들을 시행하지 못하거나 실행 수준도 낮아 실질적으로 이직을 줄이는 요인으로 작용하지 못하는 것으로 나타났다.
항만운송 및 항만운송 관련사업체 인력관리는 능력과 성과에 따른 인센티브와 높은 복지수준이 주어질 때 채용이 원활하게 이루어지는 것으로 나타났다.
본 연구는 항만운송 및 항만운송 관련사업 분야의 인적자원관리에 대한 연구가 미비한 가운데, 항만운송 및 항만운송 관련사업체의 이직 실태 조사를 통하여 이직 원인 분석과 이직방지 대책을 제시함으로써 인적자원 경쟁력을 확보하고 항만운송 및 항만운송 관련사업체의 인적자원 관리 연구에 도움이 될 것으로 기대된다.제1장 서 론 1
제1절 연구의 배경 및 목적 1
제2절 연구의 방법 및 구성 3
제2장 이론적 배경 5
제1절 이직의 개념과 유형 및 이직 관련 요인별 연구 5
1. 이직의 개념 5
2. 이직의 유형 6
3. 이직 관련 요인별 연구 10
제2절 항만운송 및 관련 사업체 개념 및 이직문제 선행연구 15
1. 항만운송 및 관련 사업체 개념 15
2. 항만운송 및 관련 사업체의 이직문제 선행연구 17
제3장 항만운송 및 관련 사업체 현황 및 인력 현황 31
제1절 항만운송 및 관련 사업체 현황 31
제2절 항만운송 및 관련 사업체 인력 현황 39
제4장 항만운송 및 관련 사업체 이직원인 및 인력확보 실태 분석 59
제1절 이직원인 및 인력확보에 대한 설문조사 59
1. 조사의 개요 59
2. 응답기업 특성 61
제2절 항만운송 및 관련 사업체 이직원인 분석 63
1. 항만운송 및 관련 사업체 이직 실태 분석 63
2. 이직원인 분석 65
3. 이직대책 분석 72
제3절 항만운송 및 관련 사업체의 인력확보 실태분석 75
1. 항만운송 및 관련 사업체 채용 실태 75
2. 인력확보 및 관리방안 분석 77
제5장 결 론 87
제1절 연구의 요약 및 시사점 87
제2절 연구의 한계점 및 향후 연구방향 89
참고문헌 91
국문초록 96
부 록 98Maste
다양한 대체 연료를 사용하는 이중 연료 선박 엔진의 연소 및 배출 특성에 관한 연구
No full textThe shipping industry is being responsible for a significant proportion of climate change and global warming problems due to exhaust gas emissions from marine engines. As a result, the International Maritime Organization (IMO) emission regulations, as well as the local emission regulations, are becoming increasingly strict to protect human health and the environment. In another aspect, due to fossil fuels are being depleted resulting in the fuel price is being increased, there are urgent needs to undertake research and develop feasible alternative fuels to substitute for petroleum-based fuels aiming to meet the increasing global energy demand, thereby reducing the reliance on fossil-derived fuels, as well as minimum environmental and economic impacts.
This thesis presents studies on the effects of various viable alternative fuels on the combustion and emission characteristics of four-stroke and two-stroke heavy-duty dual-fuel (DF) marine engines. The computational fluid dynamic (CFD) approach together with the support of computer simulation software (AVL FIRE and ANSYS FLUENT) were used to conduct three-dimensional (3D) simulations of the combustion and emission formations occurring inside the engine cylinder in both diesel and DF mode to analyze the in-cylinder pressure, temperature, performance and emission characteristics of the engine.
The effectiveness of various viable alternative fuels, such as methane (CH4), ethane (C2H6), propane (C3H8), butane (C4H10), dimethyl ether (DME), and H2+CH4 mixture, when being employed as the primary fuel in the DF mode of the engines has been analyzed and evaluated in terms of engine performance and emission formation.
The numerical simulation results were then compared and showed a good agreement with the experimental results reported in the engine’s shop test technical data. The results showed significant benefits in both economic and environmental aspects of using gaseous fuels as the primary fuel in DF engines instead of diesel only in diesel engines. In particular, the researched fuels reduced exhaust gas emissions while keeping the engine power almost unchanged, even increasing the engine power in some operating modes.
This thesis has also studied the effects of some operating factors that affect the combustion and emission characteristics of the engine, such as the start of injection (SOI) timing and scavenging air temperature (SAT), aiming to find a way to further increase engine power and emission performance. The study results showed that in-cylinder peak pressure and temperatures were reduced as the SOI angle reduced in both diesel and DF modes, resulting in a reduction in NO emission, however, there also were reductions in the engine power. Analyzing the effects of the SAT cooling method on the combustion and emission characteristics of the engine showed that this method not only enhanced the engine performance but also reduced exhaust gas emissions.
The studies in this thesis have successfully analyzed the benefits of using various viable alternative fuels as primary fuels for heavy-duty DF marine engines, as well as the effectiveness of the SOI angle adjustment and SAT cooling methods in reducing exhaust gas emissions and keeping or enhancing engine performance of the engines to meet the emission regulations of IMO without using any emission after-treatment devices that were very rare to be found in previous studies.Chapter 1 INTRODUCTION 1
1.1 Introduction 1
1.2 Aims and Methodology 3
1.2.1 Aims of the Research 3
1.2.2 Methodology 3
1.3 Structure of the Thesis 4
Chapter 2 BACKGROUND AND LITERATURE REVIEW 5
2.1 Dual-Fuel Engine Concept 5
2.2 Merits of Operating on Gaseous Fuels 8
2.3 Combustion Process and Emission Formations in Dual-Fuel Engines 11
2.3.1 Combustion Process of Dual-Fuel Engines 11
2.3.2 Emission Formations in Dual-Fuel Engines 14
2.4 Comparison of Dual-Fuel Engines and Diesel Engines 17
2.4.1 Diesel engines 17
2.4.2 Dual-Fuel engines 18
2.5 Modelling the Combustion of Dual-Fuel Engines 19
Chapter 3 Theoretical Analysis 23
3.1 Combustion Basis Knowledge 23
3.2 Conservation Laws in Combustions 25
3.2.1 General Species Transport Equation 25
3.2.2 Mass Conservation Equation 25
3.2.3 Momentum Conservation Equation 26
3.2.4 Energy Conservation Equation 26
3.3 Combustion Models 27
3.3.1 Non-Premixed Combustion 27
3.3.2 Premixed Combustion 29
3.3.3 Partially Premixed Combustion 32
3.3.4 Extended Coherent Flame Model (ECFM) 33
3.3.5 Probability Density Function (PDF) Approach 33
3.4 Turbulence Models 35
3.4.1 Overview 35
3.4.2 The Standard k-ε model 37
3.4.3 The k-ζ model 38
3.5 Pollutant Formation Models 39
3.5.1 The NOx emission 39
3.5.2 The Kinetic Soot Model 41
3.5.3 The Moss-Brookes Model 42
3.6 Fuel Spraying Models 44
3.6.1 Fuel Droplet Motion Theory 44
3.6.2 Fuel Breakup Models 46
3.7 Heat Transfer 49
3.7.1 Modeling Conductive and Convective Heat Transfer 50
3.7.2 Modeling Radiation 51
Chapter 4 COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS APPROACH AND CFD CODE 53
4.1 Computational Fluid Dynamics (CFD) Approach 53
4.2 CFD Codes and Simulation Software 54
4.2.1 ANSYS FLUENT Code 55
4.2.2 AVL FIRE Code 56
Chapter 5 SIMULATION OF THE COMBUSTION AND EMISSION CHARACTERISTICS OF A FOUR-STROKE NATURAL GAS/DIESEL DUAL-FUEL MARINE ENGINE 58
5.1 Introduction 58
5.2 Simulated Engine and CFD Models 60
5.2.1 Simulated Engine Specifications 60
5.2.2 Three-Dimensional CFD Simulation Models 62
5.2.3 Computational Domain and Initial Conditions 65
5.2.4 Simulation Conditions 68
5.2.5 Mesh Independence Analysis 69
5.2.6 CFD Models Validation 72
5.3 Simulation Results 73
5.3.1 In-cylinder Fluid Flow Turbulence 73
5.3.2 In-cylinder Pressure 74
5.3.3 In-cylinder Temperature and NO Emission 77
5.3.4 Soot Formation 80
5.3.5 Carbon Monoxide (CO) and Carbon Dioxide (CO2) Emissions 83
5.3.6 In-cylinder Temperature Contours 85
5.3.7 Effects of Injection Timing on Combustion and Emission Formations 88
5.4 Conclusions 93
Chapter 6 SIMULATION OF THE COMBUSTION AND EMISSION CHARACTERISTICS OF A FOUR-STROKE DUAL-FUEL MARINE ENGINE USING VARIOUS ALTERNATIVE FUELS 95
6.1 Introduction 95
6.2 Numerical Setup 101
6.2.1 Engine Specifications and Fuel Properties 101
6.2.2 CFD Simulation Models 103
6.2.3 Computational Mesh, Boundary and Initial Conditions 105
6.2.4 Simulation Conditions 106
6.2.5 Mesh Independence Analysis 108
6.2.6 CFD Simulation Model Validation 110
6.3 Simulation Results 112
6.3.1 In-Cylinder Fluid Flow Turbulence 112
6.3.2 In-Cylinder Pressure 114
6.3.3 In-Cylinder Temperature and NO Emission 117
6.3.4 Soot Formation 121
6.3.5 Carbon Dioxide (CO2) Emissions 124
6.3.6 Ignition Delay 126
6.3.7 Effects of Injection Timing on Combustion and NO Emission 128
6.4 Conclusions 135
Chapter 7 SIMULATION OF THE COMBUSTION AND EMISSION CHARACTERISTICS OF A TWO-STROKE DUAL-FUEL MARINE ENGINE USING HYDROGEN AND METHANE MIXTURES 137
7.1 Introduction 137
7.2 Computational Fluid Dynamic (CFD) Analysis 142
7.2.1 Engine Specifications and Fuel Properties 142
7.2.2 CFD Models 146
7.2.3 Computational Mesh, Boundary and Initial Conditions 147
7.2.4 Simulation Conditions 151
7.2.5 CFD Model Validations 153
7.3 Simulation Results 154
7.3.1 In-Cylinder Fluid Flow Turbulence 154
7.3.2 In-Cylinder Pressure and IMEP 157
7.3.3 In-Cylinder Temperature and NO emission 159
7.3.4 Soot Formation 165
7.3.5 Carbon dioxide (CO2) Emission 168
7.3.6 Heat Loss 170
7.3.7 Effects of Scavenging Air Temperature on Combustion and Emissions.171
7.4 Conclusions 186
Chapter 8 CONCLUSIONS 188
8.1 Simulation of the Combustion and Emission Characteristics of a Four-Stroke Natural gas/Diesel Dual-Fuel Marine Engine 188
8.2 Simulation of the Combustion and Emission Characteristics of a Four-Stroke Dual-Fuel Marine Engine Using Various Alternative Fuels 190
8.3 Simulation of the Combustion and Emission Characteristics of a Two-Stroke Dual-Fuel Marine Engine Using Hydrogen and Methane Mixtures 191Docto
Fatigue Life Improvement of Cryogenic High Pressure Vaporizer for Fuel Supply System of LNG Propulsion Ship
No full textThe International Maritime Organization has tightened emission regulations on ships due to the problem of air environmental pollution. Accordingly, since the demand for eco-friendly LNG propulsion ships is increasing, the development and stabilization of various equipment technologies are required. LNG can be cooled to -165°C for transportation and storage, and then stored to a tank by high pressure liquid state. And it is vaporized into a high-pressure gaseous state of -30℃ and supplied to the engine through a high-pressure vaporizer. At this time, the high-pressure vaporizer has a large temperature difference between the inside and outside, as well as the inlet and outlet, so thermal characteristic analysis and structural design must be performed in consideration of thermal deformation.
In this paper, the structural integrity of the high-pressure vaporizer was evaluated under the design and operating conditions through finite element analysis. The integrity evaluation results based on ASME B&PV Section Ⅷ Div. 2 was confirmed to be within the allowable limit in the design conditions of the high-pressure vaporizer and it was confirmed that the cycle required by the manufacturer was satisfied by calculating the usable fatigue life cycle under the operating conditions. Additionally, the optimal design improvement was presented by comparing and analyzing the effects of the thickness of the partition plate, the change of head shape, and the rearrangement of the central hole of the tube sheet.
The tube sheet of the high-pressure vaporizer is in the form of a perforated plate because it combines with about 2,500 tubes to vaporize by increasing the temperature of LNG. However, since the number of elements and nodes increase to implement as a finite element model, there was a problem of efficiency in analysis. Therefore, equivalent material properties were calculated and applied to the tube sheet according to the ligament efficiency of ASME B&PV Section Ⅷ Div. 2, while the analysis result of the entire equivalent model and the perforated & equivalent mixed model were compared to ensure the reliability of the equivalent material properties.1. 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 내용 및 목적 3
2. 이론적 배경 4
2.1 응력과 변형률의 관계 4
2.2 다공판의 등가 모델링 6
2.2.1 리가먼트 효율 6
2.2.2 등가 탄성계수 7
2.2.3 등가 포아송비 9
3. 설계 하중에 의한 고압 기화기의 구조 건전성 평가 11
3.1 재료 물성치 11
3.2 등가 모델의 구조해석 13
3.2.1 유한요소 모델링 13
3.2.2 하중 및 경계조건 16
3.2.3 해석 결과 및 평가 18
3.3 다공 및 등가 혼합 모델의 구조해석 21
3.3.1 유한요소 모델링 21
3.3.2 하중 및 경계조건 24
3.3.3 해석 결과 및 평가 26
3.4 해석 결과 비교 분석 29
4. 운전 하중에 의한 고압 기화기의 구조 건전성 평가 30
4.1 재료 물성치 30
4.2 하중 및 경계조건 32
4.3 해석 결과 및 분석 34
4.4 피로 수명 계산 39
4.5 설계 개선 44
4.5.1 분리판의 두께에 따른 영향 44
4.5.2 헤드 형상 변경에 따른 영향 47
4.5.3 튜브 시트 중심부 홀의 재배치에 따른 영향 50
5. 결론 52
참고문헌 54Maste
외부 환경 스트레스 요인이 해만가리비 Argopecten irradians의 항산화 반응에 미치는 영향에 관한 분자내분비학적 연구
No full textScallops are widely known around the world for aqua culturing as a species with an exceptionally high economic value. Specifically, the bay scallop Argopecten irradians is a commercially important species of shellfish in Korea and China, as well as the Atlantic Coast of the United States. The population of scallops inhabiting these areas is continuously decreasing due to global climate change. To manage healthy individuals, studying effects of various stressors of the marine environment on scallops is urgently needed, as studies on the endocrine physiology of this species are rare.
A. irradians inhabiting shallow waters is frequently exposed to an environment with rapidly changing salinity caused by sudden fluctuations in water temperature due to the movement of the water layer and the inflow of fresh water. In addition, the temperature of the sea surface has been increasing due to global warming caused by rapid industrialization. Some of impacts of global climate change include glaciers and ice sheets melting, and the salinity of seawater changing, which lead to changes in the environment of the marine ecosystem. This phenomenon not only transforms the one-dimensional ecosystem, but also increases frequency of harmful algal blooms, resulting in toxicity to filter-feeding organisms such as scallops.
Industrialization has caused various organic and inorganic pollutants to be continuously discharged into the marine environment, which allows these chemicals to accumulate in marine organisms and to produce toxic reactions. Of these harmful pollutants, benzo[α]pyrene (BaP) is an endocrine disrupting substance, not only has a very long retention period when accumulated in the body, but is also converted into carcinogenic metabolites. Microplastics, types of various organic pollutants, contain minute particles and are therefore difficult to degrade. When ingested by an organism, they adversely affect physiological mechanisms in the body, particularly by remaining in the body for an extended period of time.
This study investigated variations in bay scallops when exposed to important ecological factors of the ocean such as changes in water temperature and salinity, BaP, domoic acid (DA) (a toxic substance derived from algae), and microplastics, by using molecular endocrinology analysis techniques.
1. Effects of light-emitting diodes on thermally-induced oxidative stress in the bay scallop Argopecten irradians
Water temperature is a major environmental factor that affects the physiological and biochemical reactions of scallops, and the habitat temperature is one of the factors limiting the area where stable aquaculture is possible along with the habitat distribution of scallops. However, depending on the movement of water masses such as the thermocline layer, the surrounding water temperature may change rapidly. In addition, although scallops are known to absorb 506 nm and 535 nm wavelengths, which are green wavelengths, in the retina as one of the unusual species with eyes among shellfish, there are few studies related to photo-response. Therefore, the possibility of controlling the oxidative stress generated in the bay scallop exposed to water temperature change environments with a specific light wavelength was investigated for the bay scallop, which is expected to respond to light in the green wavelength. After exposing bay scallops to various water temperature change environments (low water temperature, 17 → 11 °C; high temperature, 17 → 25 °C), the experiment was conducted white fluorescent light (control) and three LED wavelengths (red, 630 nm; green, 520 nm; blue, 460 nm).
To confirm the oxidative stress response of bay scallops, the following were investigated using the comet assay: expression changes of the representative antioxidant enzymes [superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT)] and HSP70 mRNA, changes in H2O2 concentration, and the degree of nuclear DNA damage in the digestive diverticula. As a result, HSP70, SOD and CAT expression/activity, H2O2 concentration, and the degree of nuclear DNA damage were increased as the water temperature was modified. In addition, the experimental group irradiated with the green LED wavelength was observed to have a smaller change in gene expression corresponding to the alteration of water temperature than that of the control group (white florescent bulb). Although water temperature variation surged the oxidative stress in the body of the bay scallop, the increase in oxidative stress was significantly reduced compared to that of the control group under green LED wavelength and the experimental group irradiated with other wavelengths. These results demonstrated that the green wavelength light irradiation effectively acted on stress control as scallops seemed to recognize the green wavelength light absorbed through the retina as a stable environment.
2. Effects of salinity changes on the osmoregulatory and stress responses in the bay scallop A. irradians
The change in salinity in the marine ecosystem, which is continuously affected by the recent global warming, affects the metabolism, osmotic regulation, stress of marine organisms. In particular, since the bay scallop mainly inhabits shallow waters, it is often exposed to an environment where salinity changes rapidly due to a large influx of fresh water. Nevertheless, studies on the stress response according to salinity changes in bay scallops have not been conducted in a variety of ways. Therefore, in this study, to confirm the salinity stress response of bay scallops, changes in oxidative stress and apoptosis were observed after exposing bay scallops to environment of rapid salinity changes. To investigate the antioxidant response of bay scallops exposed to five salinity change environments (55%, 70%, 75%, 100% and 120% seawater) for 72 hours, SOD mRNA, protein expression and activity, one of the antioxidant enzymes, were observed. Changes in CAT mRNA expression and activity and changes in H2O2 and LPO were also investigated. In addition, in situ hybridization to investigate the expression of heat shock protein (HSP) 70 mRNA in the digestive diverticula, where various stress-related mRNAs are highly expressed in bivalve molluscs, and to identify the region where HSP70 mRNA is actually expressed in the digestive diverticula and to confirm the expression difference. In addition, comet assay and TUNEL assay were performed on tissue cells in the digestive diverticula to confirm the degree of DNA damage and cell apoptosis.
As a result, antioxidant expressions at 55% and 70 % SW peaked at 24 h or 48 h, and then decreased. At 120% SW, they increased with exposure time. In addition, the expression of HSP70 mRNA was confirmed in the digestive diverticula through in situ hybridization, and a tendency to increase the expression level of HSP70 mRNA was observed as the salinity was changed. However, in the 55% SW experimental group, which is the lowest salinity experimental group, a tendency to decrease rapidly from 24 hours after exposure was observed. This phenomenon is thought to be caused by a decrease in the body's self-defense ability due to an increase in stress. In the case of H2O2 and LPO levels and DNA damage, it increased as the width of the salinity change increased, and the tendency of nuclear DNA damage also increased. These results suggest that variations in salinity result in significant physiological response in bay scallops. A change in habitat salinity of 15% or more produces oxidative stress that cannot be resolved by the body's antioxidant mechanism, suggesting that excessive generation of reactive oxygen species (ROS) can lead to cell death.
3. Exposure to domoic acid causes oxidative stress in bay scallops A. irradians
Domoic acid (DA) is produced by Pseudo-nitzschia spp. during harmful algal blooms and is associated with amnesic shellfish poisoning. This toxin is particularly problematic for bivalves cultured for human consumption. Very few studies of Pseudo-nitzschia have investigated the physiological effects of DA directly on shellfish. Additionally, previous studies have reported that the presence of DA in seawater did not have a physiological effect on oysters. Potential effects of DA on the stress response of bay scallops were investigated, which are economically valuable in aquaculture and prey on marine diatoms producing DA. In this analysis, we examined the effect of DA on toxicity stress in bay scallops exposed to three different concentrations of DA (20, 40, and 60 ng/mL) over a period of 48 h. Changes in the mRNA expression levels of antioxidant enzymes (SOD and CAT) and stress-related molecules (metallothionein (MT) and HSP90) in diverticula were measured. Additionally, we measured fluctuations of antioxidant enzymes and H2O2 in hemolymph. We also observed histological changes in gills that were directly exposed to toxicity. Scallops accumulated a maximum of 2.61 ng/mL DA in their diverticula when exposed to 60 ng/mL DA. Both stress indices and HSP70 levels increased during exposure to higher concentrations of DA. However, mRNA expression and activity of other stress parameters displayed peaks at different times during exposure, thereby declining afterwards. Melanization of gill epithelium indicated a strong positive response to DA at 60 ng/mL for 48 h. Exposure to DA toxic concentrations above 20 ng/mL for at least 12 h suggested the reduction of defense mechanisms in bay scallops. These results indicate that exposure to DA induces oxidative stress, disrupts metabolism and has negative effects on the defense systems of bay scallops.
4. Parameters of the immune and toxicity response after exposure to benzo[α]pyrene in the bay scallop A. irradians
Benzo[α]pyrene is one of the organic pollutants commonly found in marine ecosystems and is a carcinogen that negatively affects the functioning of marine organisms. However, studies on the immunotoxicity of BaP on marine invertebrates, especially bivalve mollusks, have only been investigated in a few species. This study established the immune response after exposing bay scallops to BaP. After exposure to four different BaP concentrations (0.5, 1.0, 10.0 and 50.0 μg/L) for 72 h, the NO generation and expression of immune substance (peptidoglycan recognition protein (PGRP) and fibrinogen-related protein (FREP)) mRNA, MT mRNA, and HSP70 mRNA were examined. Lastly, the location of MT in the diverticula was confirmed and investigated using in situ hybridization. The effect of stress on apoptosis and cell death at four different BaP concentrations were tested using comet assay and terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling assay. NO as well as FREP and MT expression in each BaP group increased significantly over time except for the BaP 0.5 group. The PGRP and HSP70 mRNA expression in the BaP 50 group increased during 6 to 24 h and then decreased. In situ hybridization also confirmed a higher MT mRNA expression in the BaP 50 group than in the control group at 72 h. Additionally, DNA damage increased with higher BaP concentration and exposure time. In summary, it was confirmed that BaP is a toxic substance that induced an immune response in bay scallops, inclusive of short-term exposure of less than 12 h. Our results revealed that the expression of certain immune-related substances (PGRP and HSP70) elevated as exposure time increased, then decreased in BaP 50. This in conjunction with the observed rise in NO per increase in BaP concentration, suggest that high levels of BaP dampen the immune response of scallops, thus decreasing their capacity to respond to oxidative stress, infection, inflammation, and tissue damage.
5. Exposure of bay scallop A. irradians to micro-polystyrene: Bioaccumulation and Toxicity
Microplastics smaller than 5 mm are buoyant, persistent, and easily distributed by currents, they are now present in every marine ecosystem. They are highly likely to have harmful effects on marine ecosystems around the world. Ingested microplastics can accumulate in marine organisms, and can be transmitted up the trophic levels, posing greater threats to predatory taxa. Few studies have simultaneously confirmed changes in accumulation and antioxidant expression from exposure to microplastics at various concentrations. Polystyrene is one of the most common types of marine microplastics and is widely used as a model for microplastic absorption and biological effects in various organisms. In this study, we investigated the accumulation of microplastics and their elicited antioxidant stress response in the bay scallop. Scallops were exposed to 1 μm diameter micro-polystyrene (MP) beads at concentrations of 10, 100, and 1000 beads/mL for a 7-day period. Bead presence in the diverticula and defense response in the diverticula and hemolymph were measured at 1, 3, 5, and 7 days. The activity and expression of the antioxidant enzymes SOD and CAT and H2O2 in the diverticula and/or hemolymph of scallops increased with microplastic concentration and exposure duration. We found that scallops began to accumulate microplastics in their diverticula within a day of being exposed and implemented oxidative stress responses that increased with a greater MP concentration and exposure duration. After having a microplastic exposure for more than 24 h, A. irradians expressed antioxidant enzymes. This confirmed a physiological response of A. irradians to 1 μm microplastics, suggesting that exposure to high concentrations of sub-micro-scale microplastics could have potential adverse effects on scallops.
Although the bay scallop is a leading aquaculture species in Korea as well as in many other countries, studies in molecular endocrinology related to antioxidant response have not been actively conducted. Therefore, this study was conducted on this species, as it must adapt to a marine ecosystem environment that is likely to be exposed to pollutants and changes that will occur due to global climate change. The results of this study are expected to be quite significant in that they could provide molecular and endocrinological information that can affect the bay scallop via environmental stressors in various aspects.가리비는 전 세계적으로 널리 알려진 양식 대상 종으로, 경제적 가치도 매우 높은 종으로 알려져 있다. 특히, 해만가리비는 대서양 연안을 비롯하여 한국 및 중국에서 상업적으로 중요하게 여겨지는 패류 종이다. 최근 기후 변화 등으로 인해 연안에서 서식하고 있는 가리비 자원이 지속적으로 감소하고 있는 실정이며, 건강한 개체의 관리를 위해서는 다양하게 변화하는 해양 환경 스트레스 요인이 가리비에 미치는 영향에 대한 연구가 절실히 요구되는 상황임에도 불구하고 아직 본 종에 대한 내분비생리학적 측면의 연구는 거의 찾아보기 어렵다.
특히, 해만가리비는 얕은 해역에 서식하기 때문에 수층의 움직임으로 인한 급격한 수온 변화 및 담수의 유입 등으로 인하여 발생되는 급격한 염분 변화 환경에 자주 노출된다. 또한, 급격한 산업화로 인한 지구 온난화 등으로 인하여 해수면의 온도가 상승하여 빙하 및 빙상 등이 녹아 해수의 염분이 변화되는데, 이는 해양생태계의 환경 변화로 이어지기도 한다. 이러한 현상은 일차원적인 생태계 환경의 변화뿐만 아니라 유해 조류의 발생 빈도를 증가시켜 이를 먹이로 하는 가리비와 같은 여과섭식 유기체들에게 유해한 조류 독성이 발생되기도 한다.
산업화로 인해 다양한 유기 및 무기 오염 물질이 해양 환경으로 지속적으로 배출되고 있으며, 이러한 화학물질은 해양생물의 체내에 축적되어 독성 반응을 유발한다. 이러한 유해 물질 중 하나인 벤조피렌의 경우 내분비교란물질로 체내에 축적되면 잔류기간이 매우 길 뿐만 아니라 발암성 대사산물로 전환되기도 한다. 또한, 다양한 유기 오염물질 중 하나인 미세플라스틱의 경우에는 입자가 매우 작고 생분해가 거의 이루어지지 않기 때문에 유기체가 섭취하게 되면 오랜 시간 동안 체내에 잔류하는 등 체내 생리학적 메커니즘에 악영향을 끼친다.
따라서 본 연구는 해양의 중요한 생태학적 요인인 수온 및 염분 변화, 벤조피렌, 조류에서 유래한 독성물질인 도모산 및 미세플라스틱 노출에 따른 해만가리비의 체내 변화를 분자내분비학적 분석 기법을 활용하여 조사하였다.
1. 수온 변화에 따른 해만가리비의 항산화 반응에 미치는 빛 파장의 영향
수온은 가리비의 생리학적 및 생화학적 반응에 영향을 미치는 주요 환경 요인으로, 서식 수온은 해만가리비의 서식 분포와 더불어 안정적인 양식이 가능한 지역을 제한시키는 요소 중 하나이다. 그러나 수온약층 등 수괴의 움직임에 따라 주변 수온이 급격하게 변화되기도 한다. 또한, 가리비는 패류 중 눈을 가지고 있는 특이한 종 중 하나로 망막에서 녹색 파장대인 506 nm 및 535 nm 파장을 흡수한다는 알려져 있지만, 광반응과 관련된 연구는 거의 찾아볼 수 없다. 따라서 녹색 파장대의 빛에 반응할 것으로 예측되는 해만가리비를 대상으로, 특정 빛 파장이 수온 변화 환경에 노출된 해만가리비 체내에서 발생되는 산화스트레스를 제어할 수 있는 가능성에 대하여 조사하였다. 해만가리비를 다양한 수온 변화 환경(저수온, 17 → 11°C; 고수온, 17 → 25°C)에 노출시킨 후, 형광등(대조구)과 3가지의 LED 파장(적색, 630 nm; 녹색, 520 nm; 청색, 460 nm)을 조사하면서 실험을 진행하였다. 해만가리비의 산화스트레스 반응을 확인하기 위하여 대표적인 항산화효소인 superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT)와 HSP70 mRNA의 발현 변화와 H2O2 농도 변화 그리고 소화맹낭에서 핵 DNA 손상 정도는 comet assay를 통하여 조사하였다. 그 결과, HSP70, SOD 및 CAT 발현/활성, H2O2 농도 그리고 핵 DNA의 손상 정도는 수온 환경이 변화함에 따라 증가하였다. 또한, 녹색 LED 파장을 조사한 실험구에서는 수온 변화에 따른 유전자의 발현 변화가 대조구에 비해 적은 것으로 관찰되었다. 그러나 수온 변화는 해만가리비 체내에서 산화스트레스를 증가시켰지만, 녹색 LED 파장을 조사한 경우에는 대조구 혹은 다른 파장을 조사한 실험구에 비해 산화스트레스의 증가 폭이 유의적으로 감소한 결과를 보였다. 이상의 결과를 종합해 볼 때, 해만가리비는 망막을 통하여 흡수된 녹색 파장대의 빛을 안정적인 환경으로 인식하는 것으로 보이기 때문에 녹색 파장대 빛의 조사는 스트레스 제어에 효과적으로 작용한 것으로 판단된다.
2. 염분 변화가 해만가리비의 산화스트레스 반응에 미치는 영향
최근 지구 온난화 현상에 의해 지속적으로 영향을 받고 있는 해양 생태계 내에서의 염분 변화는 해양생물의 대사, 삼투조절, 스트레스 등에 영향을 미친다. 특히, 해만가리비는 수심이 얕은 해역에 주로 서식하기 때문에 담수의 대량 유입으로 인해 염분이 급격하게 변화하는 환경에 자주 노출되기도 한다. 그럼에도 불구하고 해만가리비를 대상으로 염분 변화에 따른 스트레스 반응에 대한 연구는 아직까지도 다양하게 진행된 바 없다. 따라서 본 연구에서는 해만가리비의 염분 스트레스 반응을 확인해 보고자 급격한 염분 변화 환경에 해만가리비를 노출시킨 후, 산화스트레스 및 세포사멸 정도의 변화를 관찰하였다. 대조구를 포함하여 5가지 염분 변화 환경(55%, 70%, 75%, 100% 및 120% 해수)에 72시간 동안 노출시킨 해만가리비를 대상으로 항산화 반응을 확인해 보고자 항산화 효소 중 하나인 SOD mRNA 발현, 단백질 발현 및 활성 변화를 관찰하였다. CAT mRNA 발현 및 활성 변화 그리고 H2O2와 LPO 변화 또한 조사하였다. 이와 더불어 이매패류에서 다양한 스트레스 관련 mRNA가 높게 발현되는 소화맹낭에서 heat shock protein (HSP) 70 mRNA 발현 조사 및 소화맹낭 내에서 HSP70 mRNA가 실질적으로 발현되는 부위의 확인 그리고 발현 차이를 확인해 보고자 in situ hybridization을 진행하였다. 또한, DNA 손상 및 이에 따른 세포사멸 정도를 확인하기 위하여 소화맹낭 내 조직 세포를 대상으로 comet assay 및 TUNEL assay를 실시하였다. 그 결과, 항산화효소 mRNA 발현 및 활성은 55% 및 70% 해수에 노출된 실험구에서는 염분 변화 환경에 노출 후 24시간 또는 48시간째에 가장 높은 발현량을 보인 후 감소하였으며, 120% 해수에 노출된 실험구에서는 노출 시간이 경과함에 따라 발현량 및 활성이 증가하는 경향을 보였다. 더불어 in situ hybridization을 통해 소화맹낭 내에서 HSP70 mRNA의 발현을 확인하였으며, 염분이 변화함에 따라 HSP70 mRNA의 발현량이 증가하는 경향이 관찰되었다. 그러나 예외적으로 가장 낮은 염분 실험구인 55% SW 실험구에서는 노출 후 24시간째부터 발현량이 오히려 급격히 감소하는 경향이 관찰되었다. 이러한 현상은 스트레스 증가로 인하여 체내 자가회복 능력이 감소되어 발생한 것으로 사료된다. H2O2 및 LPO 수준과 핵 내 DNA 손상의 경우, 염분 변화의 폭이 커질수록 증가하였으며 핵 DNA 손상 역시 심해지는 경향이 관찰되었다. 이상의 결과를 통해 염분은 해만가리비의 생리학적 반응에 큰 영향을 미치는 요인라는 점을 재증명할 수 있었으며, 적어도 서식하고 있는 염분 환경에서 15% (약 5 ‰) 이상의 염분 변화가 발생할 경우 체내 항산화 메커니즘의 작동만으로는 해결할 수 없어 다량의 산화스트레스가 발생하게 되어 결국은 과도한 ROS의 발생으로 인해 세포사멸에까지 이르게 될 수 있음을 시사한다.
3. 도모산이 해만가리비의 항산화 반응에 미치는 영향
도모산은 해양 규조류 중 특정 종인 Pseudo-nitzschia에 의해 생성되는 독소로, Pseudo-nitzschia를 먹이로 하는 어패류의 체내에 축적되는데, 오염된 어패류를 인간이 섭취하는 경우 강력한 신경독을 유발하는 물질이다. 현재까지는 기억상실성 패독의 원인인 도모산 독소를 생산하는 원인생물인 Pseudo-nitzschia에 대한 연구가 다양하게 이루어졌지만, 도모산이 직접적으로 패류에 미치는 생리학적 영향에 대한 연구는 거의 없다. 따라서 본 연구는 도모산을 생산하는 해양 규조류를 먹이로 하는 종으로, 경제적인 가치가 높은 해만가리비를 대상으로 체내 스트레스 반응에 미치는 도모산의 잠재적인 영향 및 위험성을 밝히기 위하여 수행되었다. 해만가리비를 48시간 동안 3가지 농도의 도모산(20, 40 및 60 ng/mL)에 노출시킨 후, 노출 시간이 경과함에 따라 체내에서 항산화효소(SOD, CAT) 및 스트레스 대응 물질[metallothionein (MT), HSP90]의 mRNA 발현량 변화와 더불어 체액 내에서 항산화효소 및 H2O2의 활성 변화를 조사하였으며, 독성에 직접적으로 노출되는 아가미의 조직학적 변화를 관찰하였다. 그 결과, 가장 높은 도모산 농도인 60 ng/mL에 노출된 실험구의 경우 소화맹낭 내에서 최대 2.61 ng/mL까지 도모산이 축적되었을 확인하였으며, 노출 농도가 높을수록 스트레스 지표들의 발현 및 활성이 증가하는 것을 확인하였다. 조직학적 관찰을 통해 60 ng/mL의 도모산에 48시간 동안 노출된 실험구에서는 해만가리비 아가미의 멜라닌화가 가장 많이 발생한 것을 확인하였다. 이상의 결과를 통해 해만가리비는 20 ng/mL 이상의 도모산에 노출되면 활성산소종이 발생하고 이를 제거하기 위해 항산화시스템 및 자기방어시스템이 작동되는 것으로 판단된다. 그러나 20 ng/mL 이상의 도모산 독성 농도에서 적어도 12시간 이상 노출된 경우에는 해만가리비가 스스로 해결할 수 있는 방어기작 능력이 감소될 수 있다는 점을 시사한다.
4. 벤조피렌이 해만가리비의 면역에 미치는 영향
벤조피렌은 해양 생태계에서 흔하게 발견되는 유기 오염물질 중 하나이며, 해양생물의 기능에 부정적인 영향을 끼치는 발암성 물질이다. 그러나 이매패류에 미치는 벤조피렌의 면역에 대한 연구는 극히 일부 종을 대상으로만 조사되어 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 해양에 높은 농도로 존재하는 독성물질인 벤조피렌에 해만가리비를 노출시킨 후 체내 면역 반응을 확인하였다. 해만가리비를 단기간(72시간) 동안 4가지 농도(0.5, 1.0, 10.0 및 50.0 μg/L)의 벤조피렌에 노출시킨 후, NO의 발생 정도, 면역물질(PGRP 및 FREP)과 MT 및 HSP70 mRNA의 발현량 변화를 조사하였으며, 면역 작용을 하는 digestive diverticula 내 특정 부위에서 MT의 발현을 in situ hybridization을 통하여 확인하였다. 또한, DNA 손상 및 이에 따른 세포사멸 정도를 확인하기 위하여 소화맹낭 내 조직 세포를 대상으로 comet assay와 TUNEL assay를 실시하였다. 그 결과, NO의 발생 정도, FREP 및 MT mRNA 발현량은 벤조피렌 0.5 μg/L 실험구를 제외하고 노출 농도 및 노출 시간이 경과함에 따라 증가하였다. 벤조피렌 50μg/L 실험구에서 PGRP 및 HSP mRNA의 발현량은 노출 후 24시간까지는 벤조피렌 농도에 따라 증가하였으나, 그 이후에는 감소하는 경향이 나타났다. in situ hybridization을 통해 MT mRNA의 소화맹낭 조직 내 발현을 확인한 결과, 벤조피렌 50μg/L에서 72시간 동안 노출시킨 실험구의 해만가리비 소화맹낭에서 대조구에 비해 높은 발현이 나타난 것을 가시적으로 확인하였다. 또한, 핵 내 DNA 손상 및 세포사멸 정도는 노출 농도 및 노출 시간이 경과함에 따라 비례적으로 증가하는 경향을 보였다. 이상의 결과를 통해서, 벤조피렌은 해만가리비의 면역 반응을 유도하는 독성물질임을 재확인하였 으며, 12시간 이하의 단기간 노출만으로도 과도한 면역반응을 유발할 수 있었다. 이와 더불어, 고농도의 벤조피렌 실험구에서는 면역관련 물질(PGRP 및 HSP70)의 발현량이 노출 시간의 경과에 따라 증가하였다가 다시 감소한 점으로 보아, 고농도의 벤조피렌은 가리비의 산화스트레스를 유발시키는 동시에 염증 및 조직 손상에 반응하는 면역 능력을 약화시킬 수 있음을 시사한다.
5. 미세플라스틱이 해만가리비의 항산화 반응에 미치는 영향
광범위한 해양 생태계 오염으로 인해 미세플라스틱은 이매패류를 포함한 수생생물에게 잠재적인 위험을 유발한다. 미세플라스틱은 입자가 작고 생분해가 거의 이루어지지 않기 때문에 체내에 축적될 가능성이 매우 높으며, 유기체의 다양한 체내 생리학적 기작에 악영향을 끼치기도 한다. 그러나 이매패류를 대상으로 미세플라스틱의 독성학적 영향에 대한 연구는 아직까지도 매우 제한적이다 따라서 본 연구에서는 해양에서 가장 흔히 관찰되는 미세플라스틱의 종류 중 하나인 폴리스틸렌을 사용하여, 해만가리비를 미세플라스틱에 노출시킨 후 미세플라스틱이 해만가리비의 항산화 반응에 미치는 영향을 확인하기 위해 수행되었다. 해만가리비를 7일간 3가지 농도(10, 100 및 1,000 beads/mL)의 폴리스틸렌(약 1μm)에 노출시킨 후, 노출 시간의 경과에 따라 미세플라스틱의 체내 축적 정도를 조사하였으며, 소화맹낭에서 항산화 효소(SOD 및 CAT) mRNA의 발현량 변화를 관찰하였다. 또한, 체액에서는 항산화효소 및 H2O2의 활성 변화를 조사하였다. 그 결과 미세플라스틱에 노출 후 1일 이내의 해만가리비 소화맹낭에서 미세플라스틱이 축적되는 것이 관찰되었으며, 항산화효소 발현량 및 활성은 노출 시간과 비례하여 증가되는 것이 관찰되었다. 이와 같은 결과는 미세플라스틱의 축적으로 인해 소화맹낭에서 산화스트레스가 유도되어 해만가리비의 항산화 메커니즘에 부정적인 영향을 끼치고 있다는 사실을 의미한다. 뿐만 아니라 미세플라스틱에 1일 이상 노출 시 해만가리비는 항산화 효소의 발현 유도를 통해 체내에서 미세플라스틱에 의해 유발된 독성 스트레스를 제거하기 위한 해독 과정이 진행되는 것으로 사료된다.
해만가리비는 우리나라뿐만 아니라 다른 많은 국가에서 주요 양식 대상 종으로 활용됨에도 불구하고 아직까지도 항산화 혹은 산화스트레스와 관련된 분자내분비학적 연구가 활발히 진행되고 있지 않다. 따라서 본 연구 결과는 지구 온난화 등으로 인해 앞으로 발생될 해양 생태계의 변화 그리고 오염 물질에 노출될 가능성이 높아지고 있는 해양 생태계 환경에서 적응해 나가야만 하는 주요 패류 종인 해만가리비를 대상으로 환경 스트레스 요인들이 해만가리비에 영향을 미칠 수 있는 분자내분비학적 정보를 다양한 측면에서 제공할 수 있었다는 점에서 큰 의미를 가질 것으로 기대된다.Chapter 1. General Introduction 1
Chapter 2. Effects of light-emitting diodes on thermally-induced oxidative stress in the bay scallop Argopecten irradians 4
1. Introduction 4
2. Materials and methods 7
2.1. Experimental animals 7
2.2. Total RNA extraction and complementary DNA (cDNA) synthesis 9
2.3. Reverse transcription PCR 9
2.4. Quantitative PCR 10
2.5. Analysis of hemolymph parameters 10
2.6. Comet assays 12
2.7. Statistical analysis 12
3. Results 13
3.1. Tissue dist
조립 우선순위 및 조선소 환경 기반 선박 전산 블록 모델의 계층 구조 자동생성
No full textThe hierarchical structure of the computerized model of a ship blocks has an important role in understanding the internal structure of the block and determining the connection relationship between structural members inside the block. A model with only geometric information in the initial design stage evolves into a complex hierarchical structure containing a large amount of production information as the design stage progresses. Since the hierarchical structure is created manually through the empirical method of experts, it is difficult to define a consistent standardization method because each expert can express a different hierarchical structure. In addition, when a block model in a CAD system is converted into another CAD platform, serious problems are found in that production information is frequently lost and the hierarchical structure changes after conversion. To solve such a problem, it is urgent to easily create a hierarchical structure of a model by maximally utilizing geometric information existing in a CAD file. In this paper, we introduce an algorithm that automatically creates a hierarchical structure of blocks based on the shipyard assembly process using geometric information extracted from a neutral CAD format. The cost is calculated according to the connection relationship between the structural members, and then the complete adjacency graph is generated by applying the assembly priority function. After generating a minimum spanning tree (MST) for each set, a final hierarchical structure is created through clustering between adjacent nodes with similar costs. It was made possible to create a customized hierarchical structure in a form suitable for the work environment of the shipyard or the designer’s intention. The accuracy of the generated block hierarchy is verified through consultation with block division experts in shipyards. By applying the proposed algorithm, the block hierarchy generation, which was previously done manually, is performed in real-time. Also, the hierarchical structure of blocks lost in the CAD format conversion process can be restored only with geometric information. The proposed algorithm increases the efficiency of the subsequent designs by providing a right tool for verifying the consistency of the block model.1. 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 선행 연구 4
1.3 연구 목표 및 개요 5
2. 판넬 어셈블리 계층구조 생성 6
2.1 3차원 블록 모델 기하학 요소 추출 7
2.2 Cost function 설정 및 완전 인접 그래프 생성 8
2.3 판넬 어셈블리 별 그룹화 14
2.4 노드 클러스터링 및 계층구조 설립 19
3. 조선소 환경 기반 계층구조 설립 23
3.1 크레인 허용 중량 기준 25
3.2 조립 순위 결정 요소 기준 29
3.3 결과 비교 및 분석 31
4. 예시 적용 34
4.1 단순한 블록 34
4.2 Container 선 hopper 블록 37
5. 결론 40
참고문헌 43Maste
A Data-Driven Approach for Safe Ship Operation of Berthing Phase Using Artificial Intelligence Technique
No full textHerein, a study was conducted to derive quantitative solutions by collecting ship operation-related data and constructing algorithms using artificial intelligence (AI) techniques, such as machine learning and deep learning, so that ships can safely operate in the ports.
The Fourth Industrial Revolution expanded and increased research on unmanned autonomous ships in the fields of ships, maritime, and ports. The biggest advantage of the emergence of maritime autonomous surface ships (MASSs) is the possibility to operate safely. This can be accomplished by superseding the existing crew’s role with AI to reduce human errors and hence prevent accidents. The field of AI-based navigation technology required to manufacture MASSs needs continuous accumulation of maritime data and professional knowledge of navigation officers. However, most of the past studies have focused on navigation in the ocean-going and only a few studies have been conducted related to safe berthing and maneuvering in ports.
Therefore, in this study, four algorithms for safe ship operation in port were proposed by applying AI techniques based on a ship’s berthing and trajectory data. The ship’s berthing data were collected from March 2017 to August 2021 for a tanker jetty in the Republic of Korea, while the ship trajectory data include the arrivals and departures of ships at the target pier of Busan New Port from January to April 2020. Ships with a gross tonnage of ≥10k are the target group.
A ship’s berthing energy generated is calculated using the kinematic method, wherein the most influential factor is the berthing velocity. If a ship does not berth at an appropriate velocity, accidents could happen such as damage to port facilities and the hull. At this time, since the pilot’s voyage ends at the point when the ship completes berthing, the pilot and berthing velocity have a close relationship. Therefore, the maneuvering pattern for the pilot’s berthing velocity was analyzed with the k-means algorithm, an unsupervised machine learning method. Forty-seven pilots working at the target pier were classified into low risk, moderate risk, and high risk according to the analysis results.
When a ship is berthing, accidents can be prevented if the danger range of the berthing velocity can be predicted. The operating range of the berthing velocity of the target pier for which data was collected is categorized into “Safety,” “Warning,” and “Critical,” and nine classification algorithms corresponding to supervised machine learning were used to predict this. The input parameters of the algorithm were factors affecting the berthing velocity, including the pilot’s maneuvering pattern. After evaluating the algorithms using the confusion matrix, gradient boosting, support vector machine, random forest, and bagging classifier were classified as four models with high performance.
Water depth restrictions, marine structures, and the presence or absence of a designated route, such as a non-navigable area, affected the route planning and restricted the navigation speed of a ship maneuvering in the port, which is the preberthing stage. This is different from choosing the shortest path according to fuel consumption and time, like in the ocean-going. Therefore, the DBSCAN algorithm, an unsupervised machine learning, was used to analyze the maneuvering patterns of arriving and departing ships. Ship trajectory data based on the automatic identification system was divided into phases through DBSCAN, and changes in speed over the ground and course over the ground were analyzed in time series.
The need for quantitative maneuvering guidelines was raised after a crane collision accident of a large container ship occurred in 2020 at Busan New Port. As per the analysis of ship maneuvering patterns in port, quantile regression using general additive models and deep learning algorithms to suggest guidelines for ship’s position changes, including operating guidelines for speed over the ground and course over the ground, was used. Quantile regression is suitable for analyzing ship trajectory data with uncertainty and variability. As a result of applying the algorithm of quantile regression, the performance of the quantile regression neural network was found to be higher than that of the general additive models, making it possible to suggest quantitative ship maneuvering guidelines in port.
The practical aspects of this study can contribute to the safe operation of ships’ berthing phase. In other words, the algorithm derived from this study can make quantitative decisions based on data rather than empirical factors regarding the safety of ship operations. Moreover, this paper presented a basic application plan for the development of MASSs in the long term through the integration of AI techniques and ship data.1. Introduction 1
1.1 Background and Purpose 1
1.2 Scope and Method 4
2. Artificial Intelligence Technique based on Maritime Data 8
2.1 Maritime Data 8
2.2 Artificial Intelligence in the Maritime Field 11
2.3 Maritime Autonomous Surface Ships 15
3. Maneuvering Pattern of Pilot’s Berthing Velocity 20
3.1 Background 20
3.2 Data Collection 22
1) Definition of Berthing Velocity 22
2) Measured Data 24
3) Data Collection 26
3.3 Basic Data Analysis 26
1) Ship’s Berthing Velocity 26
2) Pilots 29
3) Berthing Velocity and Pilots 29
3.4 K-means Clustering Algorithm 33
1) Data Preprocessing 33
2) Definition of the K-means Clustering Algorithm 34
3) Evaluation Methods 36
4) Results 37
3.5 Discussion 40
4. Predicting the Risk Range of Ship’s Berthing Velocity 43
4.1 Background 43
4.2 Materials and Methods 45
1) Safety Management of Ship’s Berthing Velocity 45
2) Data Collection and Statistics 47
3) Data Preprocessing 49
4) Cross Validation 51
5) Machine Learning Algorithms 51
6) Evaluation Methods 54
4.3 Results 56
1) Data Preprocessing and Statistics 56
2) Sampling and Cross Validation 61
3) Application of Machine Learning Algorithms 62
4.4 Discussion 66
5. Pattern of Ship Trajectories in Ports 69
5.1 Background 69
5.2 Data Collection and Preprocessing 72
1) Target Port 72
2) Automatic Identification System Data 74
3) Basic Statistics and Data Preprocessing 75
5.3 DBSCAN Algorithms 78
1) Definition of the DBSCAN Algorithms 78
2) Decision of the Parameter: Epsilon and Minimum Sample 80
3) Application of the DBSCAN Algorithms 82
5.4 Results 83
1) Pattern of the Arriving Ship’s Trajectory 83
2) Pattern of the Departing Ship’s Trajectory 98
5.5 Discussion 113
6. Guideline of Safe Ship Operation in Port 117
6.1 Background 117
6.2 Materials and Methods 119
1) Ship Trajectory Data 120
2) Data Preprocessing and Statistics 121
3) Quantile Regression 123
4) Generalized Additive Models 124
5) Quantile Regression Neural Network 126
6) Evaluation Methods 128
6.3 Results 129
1) Data Statistics and Preprocessing 129
2) Modeling and Evaluation 134
6.4 Discussion 144
7. Conclusion 148
7.1 Conclusion of This Study 148
7.2 Future Work 154
References 155Docto
A Study on the Improvement of Global Value Chain Competitiveness in Korea's Shipbuilding Industry
No full text근래 들어와서는 우리나라가 전 세계적으로 각종 산업 뿐만 아니라 문화와 콘텐츠부분에서도 우수한 성과와 행보를 보이고 있다. 본 논문은 세계적으로 우수한 우리나라 조선산업의 현실과 한계를 파악하고 이를 극복할 수 있는 방안과 전략을 찾고자하였다. 선박은 인류가 살아가는 근간이 되는 무역과 물류의 환경 속에서 지속적 발전하고 개발되는 아주 중요한 수단이다.
우리나라의 조선산업은 1980년대부터 전 세계의 선두로 나서 현재까지 세계 선두권에서 수위를 유지하고 있다. 초기에 우리나라는 육상건조를 포함하여 앞선 유럽의 선진 조선소와 비교 시 열위 부분을 극복하기 위해 차별적으로 건조 환경에 맞춘 공법 개발을 통해 공기를 단축하고 노동집약적 구조의 원가경쟁력에서도 우위를 점하게 되었고, 최대 호황기인 2000년 중반까지 우리나라 업계의 선두주자인 대형조선 3개사를 포함하여 정부의 주도하에 많은 중소형 조선소들이 부산, 울산, 경남 지역에 우후죽순으로 조성 되었다. 하지만, 조선의 경기는 2008년 리먼 브라더스 금융위기를 계기로 극심한 불황에 직면하게 되었다. 또한 우리나라 조선업계가 그나마 오프쇼어(Offshore)시장으로 연명하게 되었으나, 2014년부터는 저유가 파동으로 인해 대규모 구조조정이 시작 되었다.
지난 10여년 이상 세계의 선박 수요가 줄어들었다. 자구책이 강한 대형조선소 3사는 거친 환경 속에서도 규모의 경제를 통한 수주 경쟁력을 유지할 수 있었으나, 중소 조선소와 기자재 업체들은 업종 전환과 사업 다변화 또는 구조조정을 하게 되어 조선산업 전반의 경쟁력을 잃게 되었다. 이런 과정 속에서 일반 범용선박을 건조할 수 있는 국내 조선소가 많이 사라지게 되었고, 그런 와중에 중국을 포함한 개발도상국들에서 가격 경쟁력을 무기로 일반 범용선박의 건조 시장을 장악하기 이르렀다. 아울러, 대형선박 외에도 중소형 선박은 자국 건조를 지향하고, BRICS국가들은 자국의 에너지원 생산과 수출을 위해 자국에서 조선산업을 육성하고 건조하도록 장려하였다. 이러한 세계의 환경변화에서 우리나라는 대형조선소의 우수한 퇴직 인력과 다양한 분야의 조선엔지니어링 잉여 인력을 중소 조선소로 취업을 연계할 수 있도록 정부차원의 직·간접 지원을 통한 전사적인 시스템을 구축하여 조선산업 전반의 경쟁력 향상에 기여하도록 해야 한다. 또한, 해외 조선소 연결을 통한 현지의 새로운 사업발굴과 수주 연계형 사업을 모색하는 것이 조선산업의 가치사슬측면에서 보다 공격적인 마케팅 전략이라고 보아진다.
무엇보다도 시대적으로 가장 중요한 부분은 선박의 새로운 패러다임 전개이다. 4차 산업혁명의 신기술 분야는 이미 유럽 선진 조선 엔지니어링 업체들에서부터 개발 및 적용을 시도하고 있다. 우리나라 조선산업도 이러한 경쟁적 우위를 가져오기 위해서 근본적인 자체 원천 기술 개발과 미래 지향적 인력 양성이 확보되어야 하고, 이를 토대로 고부가가치선박을 개발하여 이를 특화하고 표준화시켜야 한다. 또한, 국제기구의 환경규제 정책에 의한 친환경선박 도입은 필수적인 선택이다. 결국 미래의 조선산업은 변화에 대한 선제 대응과 기술 개발을 주도하여 품질인증을 통해 시장을 선도하는 것이 가장 중요하다. 다시 말하면, 원천기술과 고부가가치선종을 개발하고 스마트화를 통해서 가격과 품질 측면에서 경쟁력 강화 기반을 마련해야 한다.
마지막으로, 우리나라 정부는 중소조선소에 다양한 금용지원을 통해 일본과 중국 등 해외 조선업체들과 경쟁 할 수 있도록 여건을 조성해주어야 한다. 아울러, 국제해사기구의 정책 의사결정에 대한 선제적 대응뿐만 아니라 참여권을 행사하기 위한 정부차원의 적극적인 전략과 지원이 필요하다.제1장 서론 1
제1절 연구 배경 및 목적 1
제2절 연구 방법 및 구성 5
1. 연구 방법 5
2. 연구 구성 6
제2장 국내외 조선산업 현황 8
제1절 조선산업의 의의 8
1. 조선산업의 정의 및 특성 8
2. 조선기자재산업의 특성 및 분류 14
제2절 조선산업의 현황과 전망 16
1. 조선산업의 현황 16
2. 조선산업의 전망 23
제3절 조선산업의 SWOT분석 25
1. 국내 조선산업의 SWOT분석 25
2. 국내 조선산업의 시사점 35
제3장 이론적 고찰 39
제1절 조선산업의 글로벌 가치사슬 39
1. 가치사슬 의의 및 개념 39
2. 조선산업의 글로벌 가치사슬 특징 40
3. 국내 조선산업의 가치사슬 구조 41
제2절 조선산업의 글로벌 경쟁과 전략에 관한 이론적 배경 43
1. 조선산업의 글로벌 경쟁관련 선행연구 분석 43
2. 마이클 포터의 글로벌 가치사슬 모델과 가치창출 활동 53
3. 마이클 포터의 5가지 경쟁세력 모델 66
제4장 조선산업 사례분석을 통한 가치사슬 향상 방안 71
제1절 국제사례 분석 71
1. GTT의 LNG 선박 화물창 원천기술 라이선스 독과점 사례 71
2. DAMEN조선그룹의 글로벌화 구축 전략 72
3. SENER사의 해외 현지 건조 협력 사례 75
4. 신흥경제국들(BRICs)의 자국 건조주의 강화 정책(브라질 중심) 76
제2절 국내사례 분석 78
1. 국내 S사의 설계와 기자재 패키지 공급사업 사례 78
2. 중소조선 수주 경쟁력을 위한 선수금 환급보증(RG) 지원개선 79
제3절 사례분석 시사점 81
제5장 글로벌 가치사슬 경쟁력 향상 방안 84
제1절 조선산업의 경쟁력 향상 로드맵 84
제2절 국내 조선산업의 경쟁력 향상 방안 87
1. 고부가가치선 집중과 특화 선종 개발 87
2. 가격경쟁력 극복을 위한 전략적 방안 93
3. 해외조선소 건설, 운영 컨설팅 진출에 따른 효과 97
4. 정부정책 주도 RG보증 및 금융 확대 99
5. 국제해사기구(IMO) 활동 강화 및 전문가 양성 99
제6장 결론 101
제1절 연구결과의 요약 및 시사점 101
1. 연구결과의 요약 101
2. 시사점 105
제2절 연구의 한계점 및 향후 과제 110
1. 연구의 한계점 110
2. 향후 과제 110
참고문헌 117
국문초록 122Maste
A Study of Effect of the Molarity of Mg and Ga on the Properties of Zn1-xMgxO:Ga Thin films
No full text산화아연(Zinc Oxide, ZnO)은 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체 및 넓은 직접 천이형 밴드갭을 갖는 산화물 반도체의 대표적인 재료이다. ZnO의 우수한 물성때문에 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다. 또한, ZnO에 MgO를 적절히 고용하여 밴드갭 에너지를 조절할 수 있어 UV-LED의 활성층, 전계효과 트랜지스터 및 태양전지용 window 층에 응용할 수 있다. 그리고 ZnO에 MgO를 고용함으로써 산소 공공을 억제할 수 있다. 하지만 비저항이 크게 증가하게된다. 따라서 3족 원소 (Al, In, Ga 등) 들을 도너로 이용하여 전자 농도를 증가시켜 다양한 소자에 응용할 수 있다. 특히 Ga3+ 이온은 ZnO2+ 이온과 가장 유사한 원자 반경을 가졌으며 Ga-O 및 Zn-O의 공유 결합 길이는 각각 1.92 Å 및 1.97 Å로 Ga이 고농도로 첨가되어도 ZnO 격자 변형을 최소화할 수 있다.
ZnMgO:Ga 박막을 졸-겔 법을 이용하여 유리 기판 위에 제조하였다. 용액 합성을 위해 용매인 2-methoxyethanol (2-ME)에 Zn 전구체 (Zinc acetate dihydrate), Mg 전구체 (Mg acetate tetrahydrate) 및 Ga 전구체 (Ga nitrate hydrate)를 용해시켜 합성 용액을 합성했다. 그리고 졸 안정제로서 monoethanolamine (MEA)을 사용하였다. ZnO의 몰 농도는 0.3 M로 고정하고 Mg은 각각 Mg / Zn이 각각 5 mol.% 및 25 mol.% 첨가하였다. 다음으로 Ga을 Ga / Zn이 각각 1 mol.% 및 10 mol.%가 되도록 첨가하였다. 또한, 몰 농도에 따라 특성을 비교하기 위해 몰 농도를 0.1 M, 0.3 M 및 0.5 M으로 제작하였으며 Mg과 Ga은 각각 25 mol.% 및 10 mol.%로 용액을 제작하였다. 완성된 용액은 유리 기판 위에 스핀 코팅을 이용하여 증착하였다.
제작된 박막은 XRD, XPS 및 UV-vis을 통해 구조적, 화학적 결합 및 광학적 특성을 분석했다. 먼저 0.3 M로 고정하여 제작한 박막은 Mg과 Ga의 농도가 증가할수록 박막 성장 기구는 c-축 우선 배향 성장에서 무작위 성장으로 변화하였다. XPS를 이용하여 O (1s)의 화학 결합 상태를 분석한 결과, Mg과 Ga 의 첨가에 따른 산소이온 (OI) / 산소공공 (OII) 비는 증가하였다. 반응 소스의 Ga 전구체 함량이 증가할수록 박막 내로 함유되는 Mg의 농도가 반응 소스의 Mg 전구체 함량보다 작아졌다. 대부분의 시료는 가시광 영역에서 80% 이상의 투과율을 보여주었지만, Mg 25 mol.% 및 Ga 10 mol.% 첨가된 시료는 약 400 nm에서 비교적 낮은 투과율을 보여주었다. 몰 농도에 따라 비교하기 위해 제작한 0.1M, 0.3M 및 0.5M 박막은 몰 농도가 증가할수록 c-축 우선 배향 성장에서 무작위 성장으로 변화하였다. XPS 결과, 0.3M에서 산소이온 (OI) / 산소공공 (OII) 비가 가장 큰 값을 가졌다.Zinc oxide (ZnO) is a representative material for II-VI group compound semiconductors and oxide semiconductors with a wide direct transition bandgap. Due to the excellent physical characteristics of ZnO, research is being carried out in various fields. In addition, the bandgap energy can be adjusted by appropriately replaced MgO for ZnO, and it can be applied to the field effect transistor, the active layer of UV-LED, and the window layer for solar cells. Then, by replacing MgO for ZnO, oxygen vacancies can be suppressed. However, the resistivity will increase significantly. Therefore, Group 3 elements (Al, In, Ga, etc.) can be used as donors to increase the electron concentration and be applied to various devices. In particular, the Ga3+ ion has an atomic radius most similar to that of the ZnO2+ ion, and the covalent bond lengths of Ga−O and Zn−O are 1.92 Å and 1.97 Å, respectively, and even if Ga is added at a high concentration, the ZnO lattice distortion can be minimized.
A ZnMgO: Ga thin film was deposited on a glass substrate using a sol-gel method. For solution synthesis, a synthesis solution was synthesized by dissolving a Zn precursor (Zinc acetate dihydrate), a Mg precursor (Mg acetate tetrahydrate), and a Ga precursor (Ga nitrate hydrate) in 2-methoxyethanol (2-ME). And monoethanolamine (MEA) was used as a sol stabilizer. The molar concentration of ZnO was fixed at 0.3 M, and Mg/Zn was added at 5 mol.% and 25 mol.%, respectively. The molar concentration of ZnO was fixed at 0.3 M, and Mg was added 5 mol.% and 25 mol.% each for Mg / Zn, respectively. Next, Ga was added 1 mol.% and 10 mol.% each for Ga / Zn, respectively. In addition, molar concentrations were prepared at 0.1 ~ 0.5 M to compare the characteristics according to the molar concentration, and Mg and Ga were added at 25 mol.% and 10 mol, respectively. The completed solution was deposited on a glass substrate using spin coating.
The deposited thin film analyzed structural, chemical bonding, and optical properties through XRD, XPS, and UV-vis. First, as the concentrations of Mg and Ga were increased, the growth mechanism changed from a c-axis preferential orientation growth to random growth. As a result of analyzing the chemical bond state of O (1s) using XPS, the ratio of oxygen ions (OI) / oxygen vacancy (OII) increased with the addition of Mg and Ga. As the content of the Ga precursor in the reaction source was increased, the concentration of Mg contained in the film became smaller than the content of the Mg precursor in the reaction solution. Most of the samples showed a transmittance of 80% or more in the visible light region, but the samples added with Mg 25 mol.% and Ga 10 mol.% showed relatively low transmittance at about 400 nm. The 0.1M, 0.3M, and 0.5M thin films prepared for comparison according to the molar concentration changed from c-axis preferential orientation growth to random growth as the molar concentration increased. As a result of XPS, the oxygen ion (OI) / oxygen vacancy (OII) ratio had the largest value at 0.3M.1. 서 론 1
2. 이론적 배경 5
2.1 ZnO 의 기본적 특성 5
2.1.1 ZnO 의 물질 특성 5
2.1.2 ZnO 의 응용 11
2.2 MgO 의 기본적 특성 13
2.2.1 MgO 의 물질 특성 13
2.3 Zn1-xMgxO 의 기본적 특성 16
2.3.1 Zn1-xMgxO 의 물질 특성 16
2.3.2 Zn1-xMgxO 의 응용 18
2.4 졸-겔법 19
2.4.1 졸-겔법의 원리 19
2.4.2 졸-겔법의 장·단점 21
3. 실험방법 23
3.1 졸-겔 용액의 제조 23
3.2 졸-겔 박막 제조 25
3.3 박막의 특성 분석 28
3.1.1 X-ray diffraction 28
3.1.2 UV-vis spectrophotometer 32
3.1.3 X-ray photoelectron spectroscopy 34
4. 결과 및 고찰 36
4.1 Mg과 Ga의 농도 변화에 따른 ZnMgO:Ga 박막의 특성 연구 36
4.1.1 X-ray diffraction (XRD) 측정 결과 36
4.1.2 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 측정 결과 40
4.1.3 UV-vis spectrophotometer (UV-vis) 측정 결과 45
4.2 용액의 몰 농도 변화에 따른 ZnMgO:Ga 박막의 특성 연구 49
4.2.1 X-ray diffraction (XRD) 측정 결과 49
4.2.2 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 측정 결과 52
4.2.3 UV-vis spectrophotometer (UV-vis) 측정 결과 55
5. 결 론 58Maste