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코드워리어
코드워리어(CodeWarrior)는 NXP 반도체가 임베디드 시스템에 사용되는 여러 마이크로컨트롤러 및 마이크로프로세서 (프리스케일 콜드파이어, ColdFire+, Kinetis, Qorivva, PX, Freescale RS08, Freescale S08, S12Z)와 디지털 신호 컨트롤러 (DSC MC56F80X 및 MC5680XX)용 소프트웨어를 편집, 컴파일 및 디버깅하기 위해 발행한 통합 개발 환경 (IDE)이다.
이 시스템은 메트로웍스가 매킨토시에서 개발했으며, 이 플랫폼에서 기존 모토로라 68k와 파워PC (PPC) 명령어 집합 아키텍처를 모두 깨끗하게 지원한 최초의 개발 시스템 중 하나였다. 애플이 파워PC로 전환하는 동안 코드워리어는 시맨텍의 THINK C와 애플 자체의 Macintosh Programmer's Workshop을 빠르게 대체하며 맥의 사실상 표준 개발 시스템이 되었다. 1996년 애플의 NeXT 인수는 맥 프로그래밍이 NeXT 플랫폼 자체 개발 도구인 GNU 컴파일러 모음을 기반으로 구축된 인터페이스 빌더와 프로젝트 빌더로 옮겨가면서 코드워리어의 중요성이 감소하는 결과를 가져왔다.
코드워리어
메트로웍스는 코드워리어를 마이크로소프트 윈도우로 이식하고 더 다양한 플랫폼을 위한 컴파일러를 도입하며 이에 대응했다. 이는 모토로라의 다양한 마이크로컨트롤러 라인에 대한 소프트웨어 스택의 주요 부분이 되었고, 결국 1999년 모토로라가 메트로웍스를 인수하게 만들었다. 이 제품은 PPC 또는 기타 모토로라 프로세서 기반의 대부분의 플랫폼과 많은 게임 콘솔에서 널리 사용되었다. 이 제품은 2004년 프리스케일 세미컨덕터가 설립될 때 그 회사로 넘어갔고, 2015년 NXP가 프리스케일을 인수하면서 NXP로 넘어갔다.
원래는 "클래식 IDE"로 알려진 단일 통합 제품이었으나, 나중에 IDE는 이클립스 IDE로 대체되었다. 현재 버전은 클래식 IDE 6.3 버전과 이클립스 IDE 11.0 버전이다. 지원되는 언어는 C, C++, 그리고 어셈블리어이다.
코드워리어 역사
1992년 10월, 시맨텍 언어 제품 그룹의 개발 관리자였던 존 맥이너니는 자신의 파워PC 제품 작업을 위해 회사를 떠났다. 처음에는 파스칼 컴파일러를 생각했다. BBEdit의 저자인 리치 시겔은 맥이너니가 시맨텍을 떠났다는 소식을 듣고 몬트리올의 메트로웍스의 그렉 갈라노스에게 이 소식을 전했다. 갈라노스는 맥이너니에게 전화를 걸어 "꿈의 직업을 설명해달라"고 요청했다. 맥이너니는 애플이 미래에 사용하겠다고 발표한 새로운 파워PC (PPC) 칩을 위한 코드 생성기를 쓰고 싶다고 말했다.
코드워리어 역사
메트로웍스는 이미 파스칼과 모듈라-2 컴파일러를 개발했는데, 원래는 아타리 ST용이었으나 나중에 맥을 포함한 여러 동시대 기계로 이식되었다. 그들은 맥이너니를 몬트리올로 초청하여 갈라노스와 그의 파트너 장 벨랑제와 만났다. 그들은 PPC를 위한 새로운 도구 체인에 큰 기회가 있다고 느꼈고, 그들의 컴파일러와 맥이너니가 작성한 새로운 PPC 코드 생성기를 결합했다. 그들은 맥의 주요 개발 시스템 공급업체인 시맨텍보다 더 빠르게 시장에 진출할 수 있다고 느꼈다. 시맨텍은 PPC용 제품 출시를 앞두고 있지 않았고, 애플은 수년 동안 무시되었던 Macintosh Programmers Workshop (MPW)의 업데이트 버전을 PPC 개발에 사용하고 있었다. 맥이너니는 관심이 있었지만 그들의 컴파일러에 감명받지 못했고, 이 초기 접촉에서는 거의 아무것도 나오지 않았다.
코드워리어 역사
비슷한 시기에 안드레아스 호멜은 독일 대학에서 컴퓨터 과학 석사 학위를 마치고 있었다. 그는 C로 컴퓨터 게임을 작성하는 데 관심을 갖게 되었지만, 기존 컴파일러가 품질이 낮은 코드를 생성한다는 것을 알게 되었다. 그는 수년 동안 68k용 C 컴파일러와 간단한 통합 개발 환경 (IDE)을 개발했다. 대학을 마친 후 그는 함부르크에서 일자리를 제안받았지만, 자신의 컴파일러 시장성이 있는지 알아보기로 결정했다. 몇 달 후 그는 갈라노스로부터 전화를 받았다. 여러 차례의 대서양 횡단 전화 통화 끝에 갈라노스는 호멜을 몬트리올로 초대하여 함께 일하는 것에 대해 논의했다.
코드워리어 역사
1993년 2월, 갈라노스는 맥이너니에게 전화하여 팔로 알토에서 만나 메트로웍스가 인수한 새로운 C 컴파일러를 검토할 수 있는지 물었다. 맥이너니는 매우 감명받았다. 이 시스템은 초기 Think C 버전과 비슷해 보였고 매우 빨랐다. "다이아몬드 원석"이라고 묘사하며, 맥이너니는 몇 시간 내에 메트로웍스와 계약을 맺었다. 호멜은 자신의 C 컴파일러를 완전한 C++ 구현으로 확장하면서 코드 생성 단계와 분리할 것이었다. 맥이너니는 호멜의 컴파일러에 의해 구동되는 새로운 PPC 코드 생성기를 작성할 것이었다. 호멜의 기존 68K 코드 생성기는 그 플랫폼에 사용될 것이며, 파스칼도 지원하도록 약간 수정될 것이었다. 몬트리올의 베라르디노 바라타와 마르셀 아킴은 IDE 개발을 계속하고 동일한 코드 생성기에서 실행되는 파스칼 컴파일러를 개발할 것이었다.
코드워리어 역사
새로운 시스템을 검토하면서 맥이너니는 코드 생성에 완전히 새로운 접근 방식을 취하기로 결정했다. 당시의 일반적인 컴파일러는 중간 표현 (IR)을 반복적으로 검사하여 점점 더 최적화된 코드 버전을 생성한 다음 최종적으로 기계 명령어로 변환했다. 이 접근 방식은 RISC 플랫폼에는 덜 중요했는데, 명령어 집합 아키텍처가 훨씬 간단하고 주어진 작업에 어떤 특정 유형의 명령어를 사용할지 결정하는 데 훨씬 적은 노력이 들었기 때문이다. 대신 맥이너니의 새로운 코드 생성기는 초기 IR을 직접 PPC 코드로 변환했다.
주요 변경 사항은 레지스터 사용을 위한 차이틴의 알고리즘을 구현한 것이었다. 1982년에 도입된 이 시스템은 컴파일러 기술의 획기적인 발전이었다. 이는 코드 생성기가 지역 변수를 프로세서 레지스터에 매우 효율적으로 매핑할 수 있도록 했다. 성능을 위해 레지스터 사용에 의존하는 기계(RISC 프로세서의 주요 개념 중 하나)에서 이 기술은 엄청난 개선을 가져올 수 있다. 단점은 O(N2) 프로세스이므로 결과를 계산하는 데 비용이 많이 든다는 것이다.
코드워리어 역사
PPC 컴파일러 개발을 돕기 위해 애플의 조던 매트슨은 맥이너니에게 RS/6000 시스템 중 하나를 보냈다. 1993년 8월까지 기본 시스템이 실행되었다. 맥이너니는 메트로웍스에서 일자리를 찾고 있던 전 시맨텍 동료인 댄 포드웰로부터 전화를 받았다. 갈라노스는 포드웰에게 전화했고, 그는 즉시 고용되어 디버거를 작성했으며, 단 4주 만에 완료했다.
프로토타입 파워 맥 기계는 1993년 9월 회사에 보내졌다. 당시 메인 IDE와 컴파일러 도구 체인은 여전히 68k 기계에서 실행되어 PPC 바이너리를 생성했으며, 이 바이너리는 프로토타입으로 옮겨져 디버깅되었다. 이를 통해 시스템을 PPC로 빠르게 포팅할 수 있었고, 12월까지 전체 시스템이 생산 준비를 마쳤다.
이 시스템은 1994년 1월 맥월드 엑스포에서 코드워리어라는 이름으로 출시되었다. 파워 맥도 그 달에 출시될 예정이었으나, 일련의 지연으로 인해 3월 14일 파워 맥 기계의 공식 출시까지 연기되었다.
코드워리어 역사
당시 애플의 MPW와 시맨텍의 Think C는 모두 68k 기계에서만 실행되었으며, MPW만이 PPC 바이너리를 생성할 수 있었다. PPC에서 기본적으로 실행되고 해당 플랫폼 전용 코드를 기반으로 한 코드워리어는 단일 기계에서 개발 및 디버깅을 가능하게 하면서 훨씬 더 높은 성능을 제공했다. 다른 개발 시스템의 판매는 거의 하룻밤 사이에 중단되었다. 1986년부터 맥 개발 시장을 지배했던 시맨텍은 1995년 3월 말까지 기본 PPC 버전을 출시하지 않았다. 이때까지 몇몇 주요 맥 소프트웨어 공급업체는 코드워리어로 전환했으며 시맨텍은 맥에서 어떤 시장 점유율도 다시 확보할 수 없었다.
코드워리어는 애플이 기계 아키텍처를 68K 프로세서에서 파워PC로 전환하는 데 성공하는 데 핵심적인 역할을 했다. 경쟁사(애플의 MPW 도구 및 시맨텍 C++)가 대부분 불완전하거나 시장에 늦게 출시되었을 때, 코드워리어는 완전하고 견고한 파워PC 컴파일러를 제공했기 때문이다. 메트로웍스는 또한 68K 및 파워PC 코드를 모두 포함하는 팻 바이너리를 쉽게 생성할 수 있도록 했다.
매킨토시용 코드워리어의 자바 지원은 1996년 5월, 코드워리어 9에 예정되어 있다고 발표되었다. 메트로웍스는 새로운 IDE를 작성하는 대신 디버깅을 포함한 자바 도구 지원을 코드워리어에 추가하는 접근 방식을 취했다.
1997년 애플은 NeXT를 인수하여 그들의 운영체제인 OpenStep을 미래 맥 제품의 기반으로 사용했다. OpenStep은 전체 운영체제와 모든 응용 프로그램이 내부 개발 시스템을 사용하여 구축된다는 개념을 기반으로 했다. 이것은 GNU 컴파일러 모음 (GCC)을 기반으로 했다. 코드워리어는 플랫폼에서 "클래식" 맥 응용 프로그램을 작성하는 개발자에게 여전히 중요했지만, 개발이 주로 새로운 OpenStep 플랫폼을 통해 이루어질 것이므로 GCC를 통해 이루어질 것이라는 명확한 시간 프레임이 있었다.
1996년 8월, 메트로웍스는 BeOS 소프트웨어 개발자들이 이미 사용할 수 있었던 파워PC 컴파일러를 보완하는 BeOS 버전의 IDE인 BeIDE인 CodeWarrior for BeBox를 발표했다.
메트로웍스가 1999년 모토로라에 인수된 후, 회사는 임베디드 응용 프로그램에 집중했으며, 데스크톱 컴퓨터용 컴파일러에는 적은 노력을 기울였다. 2005년 7월 29일, 그들은 다음 출시 버전인 CodeWarrior Pro 10 이후에는 Mac용 CodeWarrior가 중단될 것이라고 발표했다. 메트로웍스는 지난 4년 동안 제품의 매출 비중이 22%에서 5%로 떨어졌으며, 회사가 임베디드 개발 시장에 집중하기 위한 노력 때문이라고 밝혔다. 코드워리어에 대한 수요는 애플이 엑스코드 (OS X용 자체 소프트웨어 개발 키트)를 무료로 배포하기 시작하면서 감소했을 것으로 추정된다. 또한, 애플이 인텔 칩으로 전환하면서 메트로웍스는 2005년 초에 인텔 컴파일러 기술을 노키아에 판매했기 때문에 명확한 제품이 없게 되었다.
전성기 시절 이 제품은 매년 여러 차례의 신속한 출시 주기와 독특한 광고 캠페인으로 유명했다. 그들의 "괴짜웨어" 셔츠는 뉴욕 타임스의 패션 페이지에 실리기도 했다.
코드워리어 이전 버전
프리스케일에 제품이 인수되기 전에는 매킨토시, 마이크로소프트 윈도우, 리눅스, 솔라리스, 플레이스테이션, 플레이스테이션 2, 닌텐도 게임큐브, 닌텐도 DS, Wii, 드림캐스트, 슈퍼H, M·CORE, 팜 OS, 심비안 OS, 그리고 BeOS를 대상으로 하는 버전들이 존재했다.
메트로웍스 버전의 코드워리어는 파스칼, 오브젝트 파스칼, 오브젝티브-C, 그리고 자바 컴파일러도 포함했다.
구버전 코드워리어는 클래식 맥 OS에서 개발하는 데 사용될 수 있다. Classilla는 메트로웍스 코드워리어 7.1로 빌드되었다.
코드워리어 이름의 유래
1990년대, 애플 컴퓨터는 매킨토시 프로그래밍을 위한 리소스를 담은 월간 개발자 CD-ROM 시리즈를 출시했다. 이 CD들은 초기에는 다양한 영화를 코딩 관련 말장난으로 재치있게 제목을 붙였다. 예를 들어, "The Hexorcist" (The Exorcist), "Lord of the Files" (Lord of the Flies), "Gorillas in the Disc" (Gorillas in the Mist) 등이었다.
이 중 9번째 볼륨은 영화 매드 맥스 2를 참고하여 "Code Warrior"라는 제목이 붙었다. 나중에 애플은 이러한 재치 있는 제목 대신 더 진중한 "Developer CD series"를 선호했다. 우연히도 메트로웍스 창립자인 호주인 그렉 갈라노스도 이 영화에서 영감을 받아 CodeWarrior라는 이름을 제안했다. 메트로웍스는 이후 이 이름을 새로운 개발자 제품에 사용했다.
코드워리어 이름의 유래
코드워리어 CD 패키징은 애플 개발자 CD의 전통을 많이 따랐는데, "피, 땀, 그리고 코드" ("Blood, Sweat, and Code")와 "왔노라, 보았노라, 코딩했노라" ("Veni, Vidi, Codi")와 같은 슬로건이 눈에 띄게 인쇄되어 있었다. 시맨텍의 THINK C와 같은 경쟁 제품은 더 전통적인 방식으로 마케팅되었다.
코드워리어 코드워리어 래티튜드
메트로웍스는 파워PC로의 전환 때와 마찬가지로 MacOS 소프트웨어에서 애플의 미래 운영 체제인 코드명 랩소디로 개발자들이 전환하는 데 필수적인 개발 도구가 필요하다고 예측했다.
1997년, 메트로웍스는 데이비드 헴플링과 그의 파트너로부터 The Latitude Group Inc.의 주요 자산을 인수했다. Latitude는 매킨토시 응용 프로그램을 넥스트 컴퓨터 및 기타 UNIX 시스템으로 포팅하는 데 사용되는 소프트웨어 호환성 계층이었다.
Latitude는 리 로렌젠의 Altura Mac2Win 소프트웨어와 애플 자체의 Quicktime for Windows SDK가 매킨토시 응용 프로그램을 최소한의 수정으로 Windows용으로 재컴파일할 수 있도록 한 것과 동일한 방식으로 매킨토시 시스템 7 API를 구현하는 라이브러리로 나타났다. Latitude는 이전에 어도비가 포토샵과 프리미어를 실리콘 그래픽스 및 Solaris 워크스테이션으로 포팅하는 데 성공적으로 사용되었다.
코드워리어 코드워리어 래티튜드
메트로웍스는 Latitude를 CodeWarrior Latitude로 재브랜딩하고, Developer Preview 1부터 랩소디용으로 업데이트한 다음 CodeWarrior Professional과 함께 매킨토시 개발자들에게 399달러에 별도 제품으로 판매했다.
Latitude Developer Release 1 (DR1)은 세계 개발자 회의 1997년 CodeWarrior 라운지에서 미리 선보였다. Latitude DR2는 1997년 10월 27일에 출시되었으며 1998년 맥월드에서 AAA+ 소프트웨어 F&E의 Joy와 시맨텍의 Visual Cafe for Macintosh 1.0.2를 제치고 신기술 최우수 도구로 Eddy Award를 수상했다.
코드워리어 코드워리어 래티튜드
당시 스티브 잡스는 운영 체제의 새로운 기능에 접근하기 위해 OpenStep API(Yellow Box로 이름 변경)를 적극적으로 홍보하고 있었다. C/C++/파스칼 매킨토시 개발자들에게 이것은 상당한 장애물이었다. Blue Box 내에서 실행되고 오브젝티브-C 기반인 클래식 MacOS API와는 현저하게 달랐기 때문이다. Latitude는 한동안 "그린 박스"(Green Box)로 불렸으며, 메트로웍스의 또 다른 성공작이 되고 매킨토시 개발 도구 시장에서의 지배력을 더욱 공고히 하는 것처럼 보였지만, 애플은 은밀하게 자신만의 계획을 가지고 있었다.
랩소디용 CodeWarrior IDE와 CodeWarrior Latitude는 모두 1998년 세계 개발자 회의에서 서드 파티 개발자 전시관에서 시연되었으나, 스티브 잡스의 기조연설 이후 조용히 중단되었다. 애플이 새로운 운영 체제로 전환할 실용적인 방법을 필요로 하는 개발자들을 위한 카본 API (코드명 "아이보리 타워")를 발표하면서 서드 파티 솔루션의 필요성이 사라졌기 때문이다.
메트로웍스는 Latitude를 내부적으로 사용하여 CodeWarrior를 Red Hat 및 SuSE 리눅스용으로 상업적으로 판매하고, Sun Microsystems와의 계약에 따라 Solaris용으로도 포팅했다. 두 제품 모두 UNIX 개발자 커뮤니티 내에서의 채택을 촉진하기 위해 메트로웍스 자체 컴파일러 기술 대신 gcc 명령줄 컴파일러를 사용했다.
Latitude의 최종 버전은 Solaris 2.3, SGI Irix 5.2, Rhapsody DP2를 지원하며 HP-UX 지원은 중단했다.
에릭 (소프트웨어)
에릭(eric)은 컴퓨터 프로그래밍에 사용되는 자유 통합 개발 환경 (IDE)이다. 모든 기능을 갖춘 IDE이므로, 소스 코드 작성 및 소프트웨어 프로젝트의 전문적인 프로젝트 관리에 필요한 모든 도구를 기본적으로 제공한다.
에릭은 파이썬 프로그래밍 언어로 작성되었으며, 주요 용도는 파이썬으로 작성된 소프트웨어 개발을 위한 것이다. 리눅스, macOS 및 마이크로소프트 윈도우 플랫폼에서 파이썬 3 또는 파이썬 2, Qt 5 또는 Qt 4 및 PyQt 5 또는 PyQt 4 프로젝트의 모든 조합을 개발하는 데 사용할 수 있다.
에릭 (소프트웨어) 특징
에릭은 파이썬으로 작성되었으며 Qt GUI 툴킷의 PyQt 파이썬 바인딩을 사용한다. 설계상 에릭은 QScintilla 편집기 위젯과 같은 여러 프로그램의 프런트 엔드 역할을 한다.
에릭 6의 주요 기능은 다음과 같다.
디버깅, 검사, 테스트 및 문서화:
일시 중단 중 대화형 프로빙 및 예외 발생 시 자동 중단, 다중 스레드 및 다중 프로세싱 애플리케이션 디버깅을 모두 지원하는 통합 그래픽 파이썬 디버거
정적 프로그램 분석을 위한 통합 자동 코드 검사기(구문, 오류 및 스타일, PEP-8) 및 플러그인을 통한 Pylint 지원
통합 소스 코드 문서화 시스템
명령줄 매개변수로 파이썬 코드를 실행할 수 있는 옵션을 통한 통합 유닛 테스트 지원
Enchant 맞춤법 검사 라이브러리에 대한 통합 인터페이스
애플리케이션 다이어그램
에릭 (소프트웨어) 특징
기타:
통합 웹 브라우저
장고에 대한 통합 지원(선택적 플러그인)
IDE 내에서 외부 애플리케이션 실행
구문 강조 및 자동 완성을 포함한 대화형 파이썬 셸
omniORB 기반 통합 CORBA 지원
통합 Rope 리팩토링 도구(선택적 플러그인)
cx_freeze에 대한 통합 인터페이스(선택적 플러그인)
정규식 및 Qt 대화 상자를 위한 많은 통합 마법사(핵심 플러그인)
Qt 양식 및 번역 미리보기 도구
에릭 버전 5.5.0이 출시되기 전에는 에릭 버전 4와 에릭 버전 5가 공존하며 동시에 유지보수되었다. 에릭 4는 파이썬 버전 2로 소프트웨어를 작성하기 위한 변형이었고, 에릭 버전 5는 파이썬 버전 3으로 소프트웨어를 작성하기 위한 변형이었다.
에릭 버전 5.5.0 출시와 함께 두 변형이 하나로 통합되어, 에릭 버전 5.5.0부터 모든 버전은 파이썬 2와 파이썬 3으로 소프트웨어 작성을 지원하게 되어 에릭 버전 4와 5의 별도 개발 경로는 구식이 되었다. 이 두 별도 개발 경로는 더 이상 유지보수되지 않으며, 두 버전을 5.5.0으로 통합하기 전의 마지막 버전은 4.5.25와 5.4.7이었다.
에릭 (소프트웨어) 릴리스
2016년까지 에릭은 5.0.1과 같이 세 개의 시퀀스 식별자로 구성된 소프트웨어 버전 관리 체계를 사용했다. 첫 번째 시퀀스는 기능에 상당한 변화가 있을 때 증가하는 주 버전 번호를 나타내고, 두 번째 시퀀스는 일부 기능 또는 중요한 수정 사항이 추가될 때 증가하는 부 버전 번호를 나타내며, 세 번째 시퀀스는 사소한 버그가 수정되거나 사소한 기능이 추가될 때 증가하는 개정 번호이다.
2016년 말부터 버전 번호는 출시 연도와 월을 나타낸다. 예를 들어, 2016년 11월은 16.11이다.
에릭은 개발 철학인 Release early, release often을 따르며, 대략적으로 시간 기반 릴리스 일정을 따른다. 현재 개정 버전은 매월 첫째 주말경에 출시되며, 부 버전은 매년, 대부분 12월에서 2월 사이에 출시된다.
다음 표는 에릭 버전 4.0.0부터 시작하는 버전 역사를 보여준다.
주요 (예: 6.0.0) 및 부 (예: 6.1.0) 릴리스만 나열되며, 개정 릴리스 (예: 6.0.1)는 생략된다.
에릭 (소프트웨어) 이름
파이썬 프로그래밍 언어의 이름이 유래된 영국 코미디 그룹 몬티 파이튼에 대한 여러 비유가 있다. 에릭은 그룹 멤버인 에릭 아이들을 지칭하며, 대부분의 배포판에 포함된 표준 파이썬 IDE인 IDLE도 마찬가지이다.
에릭 (소프트웨어) 비판
Eric Python IDE는 현재 통합 툴체인 기능을 제공하지 않는다.
상변화 물질
상변화 물질(phase-change material, PCM)은 상전이 시 유용한 열 또는 냉각을 제공하기에 충분한 에너지를 방출/흡수하는 물질이다. 일반적으로 상전이는 물질의 상태 중 처음 두 가지 근본적인 상태인 고체와 액체 중 하나에서 다른 하나로 일어난다. 상전이는 또한 물질이 한 결정 구조에서 다른 결정 구조로 변화하는 것과 같이 결정의 순응도와 같은 비고전적인 물질 상태 사이에서 일어날 수도 있으며, 이는 더 높거나 낮은 에너지 상태일 수 있다.
물질을 고체 상태에서 액체 상태로 변화시키는 데 필요한 에너지를 융해열이라고 한다. 융해열은 온도 상승에 기여하지 않는다. 따라서 물질이 상변화를 겪는 동안 추가되는 어떤 열에너지도 온도 상승을 일으키지 않는다. 융해열은 일반적으로 비열용량보다 훨씬 크다. 이는 물질이 등온과정을 유지하는 동안 많은 양의 열에너지가 흡수될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 얼음은 녹는 데 333.55 J/g이 필요하지만, 물은 단지 4.18 J/g이 추가되면 1도 더 상승한다. 따라서 물/얼음은 매우 효과적인 상변화 물질이며, 적어도 아케메네스 제국 시대부터 겨울의 추위를 저장하여 여름에 건물을 냉방하는 데 사용되었다.
상변화 물질
PCM은 상변화 온도(PCT)에서 녹고 굳음으로써 현열 저장과 비교하여 많은 양의 에너지를 저장하고 방출할 수 있다. 물질이 고체에서 액체로, 또는 그 반대로 변하거나 물질의 내부 구조가 변할 때 열이 흡수되거나 방출된다. 따라서 PCM은 잠열 저장(LHS) 물질이라고도 불린다.
상변화 물질에는 크게 두 가지 종류가 있다. 하나는 석유, 식물 또는 동물에서 유래한 유기(탄소 함유) 물질이고, 다른 하나는 일반적으로 바다 또는 광물 퇴적물에서 얻은 천연 염을 사용하거나 다른 공정의 부산물인 염 수화물이다. 세 번째 종류는 고체-고체 상변화이다.
PCM은 찜질팩, 전화 교환 상자 냉각, 의류 등 에너지 저장 및 안정적인 온도가 필요한 다양한 상업적 응용 분야에 사용된다.
상변화 물질
단연코 가장 큰 잠재 시장은 건물 난방 및 냉방이다. 이 분야에서 PCM은 재생 가능 전력 비용의 점진적인 감소와 이러한 전력의 간헐적인 특성과 결합되어 잠재력을 가지고 있다. 이는 최대 수요와 공급 가용성 간의 불일치를 초래할 수 있다. 북미, 중국, 일본, 호주, 남유럽 및 더운 여름이 있는 기타 선진국에서는 정오에 최대 공급이 이루어지는 반면, 최대 수요는 약 17:00부터 20:00까지이다. 이는 열 저장 매체에 대한 기회를 창출한다.
PCM을 사용하는 두 가지 일반적인 방법이 있다. 하나는 수동적으로 PCM이 온도 차이로 인해 열을 흡수하고 방출하도록 배치되어 온도가 조절되는 경우이다. 이러한 응용 분야에서 PCM은 캡슐화되어 조절될 대상이나 공간의 구조에 통합될 수 있다. 일부 응용 분야, 특히 직물에 통합이 필요한 경우, 상변화 물질은 미세 캡슐화된다. 미세 캡슐화는 PCM 코어가 녹더라도 물질이 작은 기포 형태로 고체 상태를 유지하도록 한다.
또 다른 방법은 PCM을 용기에 담고, 일반적으로 용기 내의 PCM에 잠겨 있는 열교환기를 통해 열전달 유체를 펌핑하여 PCM으로의 열 흐름을 제어하는 것이다. 이 경우 시스템은 현열 저장도 포함하는 "열 배터리" 또는 "TES"(열 에너지 저장)의 하위 범주이다.
상변화 물질 특징 및 분류
잠열 저장은 액체→고체, 고체→액체, 고체→기체, 액체→기체 등 물질의 상태 변화를 통해 이루어질 수 있다. 그러나 고체→액체 및 액체→고체 상변화만이 PCM에 실용적이다. 액체-기체 전이는 고체-액체 전이보다 높은 변환열을 가지고 있지만, 액체→기체 상변화는 물질을 기체 상태로 저장하는 데 많은 부피 또는 고압이 필요하므로 열 저장에 실용적이지 않다. 고체-고체 상변화는 일반적으로 매우 느리고 상대적으로 낮은 변환열을 가진다.
상변화 물질 특징 및 분류
초기에 고체-액체 PCM은 현열 저장(SHS) 물질처럼 작동한다. 열을 흡수하면 온도가 상승한다. PCM이 상변화 온도(융점)에 도달하면 모든 물질이 녹을 때까지 거의 일정한 온도에서 많은 양의 열을 흡수한다. 액체 물질 주변의 주변 온도가 떨어지면 PCM은 응고되어 저장된 잠열을 방출한다. −5에서 190 °C까지 필요한 모든 온도 범위에서 많은 수의 PCM을 사용할 수 있다. 20에서 30 °C 사이의 인간 쾌적 범위 내에서 일부 PCM은 매우 효과적이며, 석조물의 비열용량이 약 1 kJ/(kg·°C)인 반면, 200 kJ/kg 이상의 잠열을 저장한다. 따라서 10 °C의 온도 변화가 허용된다면 저장 밀도는 석조물보다 kg당 20배 더 높을 수 있다. 그러나 석조물의 질량이 PCM보다 훨씬 높기 때문에 이 비(질량당) 비열 용량은 어느 정도 상쇄된다. 석조 벽은 200 kg/m2의 질량을 가질 수 있으므로 열 용량을 두 배로 늘리려면 10 kg/m2의 추가 PCM이 필요하다.
탄화수소, 주로 파라핀(CnH2n+2)과 지질, 그리고 당알코올.
상변화 물질 특징 및 분류
단점
고체 상태에서 낮은 열전도율. 동결 주기 동안 높은 열전달율이 필요하다. 나노 복합체는 유효 열전도율을 최대 216%까지 증가시키는 것으로 나타났다.
증류를 통한 정화 비용이 높아 유기물은 날카로운 동결/융점을 가지지 않을 수 있다.
부피 잠열 저장 용량이 낮을 수 있다.
가연성. 이는 특수 격납으로 부분적으로 완화될 수 있다.
염 수화물(MxNy·nH2O)
단점
순환 시 불일치 용융 및 상분리를 방지하기 어려워 잠열 엔탈피 손실이 크게 발생할 수 있다.
금속과 같은 다른 많은 재료에 부식성일 수 있다. 이는 특정 금속-PCM 쌍만 사용하거나 비반응성 플라스틱에 소량으로 캡슐화함으로써 극복할 수 있다.
일부 혼합물에서는 부피 변화가 매우 크다.
고체-액체 전이에서 과냉각이 문제가 될 수 있으므로, 반복적인 순환 후에 작동하지 않을 수 있는 핵형성제 사용이 필요하다.
많은 자연 건축 자재는 흡습성이다. 즉, 물을 흡수(물이 응축)하고 방출(물이 증발)할 수 있다. 그 과정은 다음과 같다.
상변화 물질 특징 및 분류
상당한 양의 열을 전달하려면 넓은 표면적이 필요하다. 이러한 열 저장, 특히 주간 냉각은 북유럽과 동북아시아의 석조 건축물과 전통적인 스투코 마감재, 그리고 남아시아의 흙, 점토, 소똥 마감재의 장점 중 하나이다.
고체/고체 상변화를 겪으면서 많은 양의 열을 흡수하고 방출하는 특수한 PCM 그룹이다. 이 물질들은 고정되고 잘 정의된 온도에서 결정 구조를 한 격자 구성에서 다른 격자 구성으로 변경하며, 이러한 변환은 가장 효과적인 고체/액체 PCM과 유사한 잠열을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 고체/액체 PCM과 달리 과냉각을 방지하기 위한 핵형성이 필요 없으므로 유용하다. 또한 고체/고체 상변화이므로 PCM의 외관에 눈에 띄는 변화가 없으며, 액체 취급과 관련된 문제(예: 격납, 잠재적 누출 등)가 없다. 현재 고체-고체 PCM 솔루션의 온도 범위는 -50 °C (-58 °F)에서 +175 °C (347 °F)까지이다. 따라서 이 물질들은 액화 없이 상변화를 겪을 수 있는 능력 때문에 전통적인 고체/액체 PCM에 대한 유망한 대안으로 부상했다. 이 특성은 누출 위험을 제거하고 물질 안정성을 향상시킨다. 예를 들어, SSPCM에는 폴리에틸렌 글리콜 및 금속 유기 골격체(MOF)와 같은 고분자 기반 물질이 포함된다. 또한 SSPCM은 스마트 섬유, 전자 냉각 시스템 및 열 적응형 건축 자재에 사용하기 위해 탐구되었다. 열 저장 밀도를 최적화하고 장기 순환 안정성을 개선하기 위한 연구 노력이 계속되어 더 광범위한 상업적 응용을 지원하고 있다. 특히, SSPCM을 나노구조 물질 및 복합 프레임워크와 통합하여 열전도율 및 상변화 동역학을 향상시키는 연구가 진행 중이다.
상변화 물질 선정 기준
상변화 물질은 다음과 같은 열역학적 특성을 가져야 한다.
동역학적 특성
화학적 특성
경제적 특성
상변화 물질 열물리적 특성
상변화 물질의 주요 열물리적 특성에는 녹는점(Tm), 융해열(ΔHfus), 비열용량(cp)(고체 및 액체 상), 밀도(ρ)(고체 및 액체 상) 및 열전도율이 포함된다. 대표적인 PCM의 열적 특성은 아래에 나와 있다. 부피 변화 및 부피 열용량과 같은 값은 거기에서 계산할 수 있다. 주요 과제 중 하나는 많은 PCM의 본질적으로 낮은 열전도율로, 이는 열전달 효율을 제한한다. 이 문제를 해결하기 위해 탄소 나노튜브, 그래핀, 금속 나노입자와 같은 높은 열전도율 첨가제가 성능 향상을 위해 도입되었다. 또 다른 중요한 문제는 PCM이 빙점 이하에서 액체 상태로 남아 있는 과냉각이다. 핵형성제 및 미세 캡슐화 기술과 같은 솔루션이 이 효과를 완화하기 위해 개발되었다. 또한 상변화 중 부피 팽창은 재료 안정성에 영향을 미칠 수 있으므로 고급 구조 설계 및 격납 전략이 필요하다. 최근 연구에서는 열 반응 시간 및 순환 안정성을 더욱 최적화하기 위해 나노 강화 PCM 및 복합 구조도 탐구했다. 특히 금속 폼을 포함하는 이러한 나노 강화 PCM은 열전도율을 향상시켜 열 관리 응용 분야에서 효율성을 개선하는 것으로 나타났다.
상변화 물질 기술, 개발 및 캡슐화
가장 일반적으로 사용되는 PCM은 염 수화물, 지방산 및 에스터, 그리고 다양한 알케인 (옥타데케인 등)이다. 최근에는 이온성 액체도 새로운 PCM으로 연구되었다.
대부분의 유기 용액은 무수이므로 공기에 노출될 수 있지만, 모든 염 기반 PCM 용액은 수분 증발 또는 흡수를 방지하기 위해 캡슐화되어야 한다. 두 가지 유형 모두 장단점을 가지며, 올바르게 적용될 경우 일부 단점이 특정 응용 분야에서는 장점이 된다.
이들은 19세기 후반부터 축열 응용 분야의 매체로 사용되어 왔다. 철도 및 도로 응용 분야를 위한 냉장 운송과 같이 다양한 응용 분야에서 사용되었으며, 그 물리적 특성은 따라서 잘 알려져 있다.
그러나 얼음 저장 시스템과 달리 PCM 시스템은 신규 또는 개조 응용 분야 모두에서 모든 기존 물 냉각기와 함께 사용할 수 있다. 양의 온도 상변화는 원심 및 흡수식 냉각기뿐만 아니라 기존 왕복 및 스크류 냉각기 시스템 또는 냉각탑이나 건식 냉각기를 사용하여 TES 시스템을 충전하는 더 낮은 주변 조건에서도 가능하다.
상변화 물질 기술, 개발 및 캡슐화
PCM 기술이 제공하는 온도 범위는 중고온 에너지 저장 응용 분야와 관련하여 건물 서비스 및 냉동 엔지니어에게 새로운 지평을 제공한다. 이 열 에너지 응용 분야의 범위는 태양열 난방, 온수, 열 방출(즉, 냉각탑) 및 건식 냉각 회로 축열 응용 분야에 이르기까지 광범위하다.
PCM은 열 순환에서 고체-액체 사이를 변환하므로 캡슐화가 자연스럽게 명백한 저장 선택이 되었다.
상변화 물질 기술, 개발 및 캡슐화
PCM의 캡슐화
매크로 캡슐화: 부피가 큰 용기를 사용한 초기 매크로 캡슐화 개발은 대부분의 PCM의 낮은 열전도율 때문에 실패했다. PCM은 용기 가장자리에서 고형화되는 경향이 있어 효과적인 열 전달을 방해했다.
미세 캡슐화: 반면에 미세 캡슐화는 그러한 문제가 없었다. 이는 PCM이 콘크리트와 같은 건축 자재에 쉽고 경제적으로 통합될 수 있도록 한다. 미세 캡슐화된 PCM은 휴대용 열 저장 시스템도 제공한다. 미세한 크기의 PCM을 보호 코팅으로 코팅함으로써 입자는 물과 같은 연속 상에 현탁될 수 있다. 이 시스템을 상변화 슬러리(PCS)라고 할 수 있다.
분자 캡슐화는 듀폰 드 네무르가 개발한 또 다른 기술로, 고분자 화합물 내에 매우 높은 농도의 PCM을 허용한다. 5 mm 보드에 대해 최대 515 kJ/m2 (103 MJ/m3)의 저장 용량을 허용한다. 분자 캡슐화는 PCM 누출 없이 재료를 드릴링하고 절단할 수 있도록 한다.
상변화 물질은 작은 용기에서 가장 잘 작동하므로 일반적으로 셀로 나뉜다. 셀은 얕은 용기 기하학 원리를 기반으로 정적 수두를 줄이기 위해 얕다. 포장재는 열을 잘 전달해야 하며, 상변화가 발생할 때 저장 물질의 부피 변화에 자주 견딜 만큼 내구성이 있어야 한다. 또한 벽을 통한 물의 통과를 제한하여 물질이 마르지 않도록 (또는 물질이 흡습성인 경우 수분을 흡수하지 않도록) 해야 한다. 포장은 또한 누출 및 부식에 저항해야 한다. 실온 PCM과 화학적 호환성을 보이는 일반적인 포장재에는 스테인리스강, 폴리프로필렌 및 폴리올레핀이 포함된다.
나노입자는 탄소 나노튜브, 흑연, 그래핀, 금속 및 금속 산화물과 같은 PCM에 분산될 수 있다. 나노입자의 포함이 PCM의 열전도율 특성뿐만 아니라 잠열 용량, 과냉각, 상변화 온도 및 그 지속 시간, 밀도 및 점도와 같은 다른 특성도 변경한다는 점에 주목할 가치가 있다. 새로운 PCM 그룹을 NePCM이라고 한다. NePCM은 금속 폼에 추가되어 훨씬 더 높은 열전도율 조합을 만들 수 있다.
상변화 물질 열 복합재
열 복합재는 상변화 물질(PCM)과 다른 (일반적으로 고체) 구조의 조합에 부여된 용어이다. 간단한 예는 파라핀 왁스에 담긴 구리 메쉬이다. 파라핀 왁스 내의 구리 메쉬는 복합 재료로 간주될 수 있으며, 이를 열 복합재라고 한다. 이러한 하이브리드 재료는 특정 전체 또는 대량 특성(예를 들어, 표면적-부피 비율 증가 및 그에 따른 높은 열 전달 속도를 위한 개별 이산화규소 나노구에 파라핀 캡슐화)를 달성하기 위해 생성된다.
열전도율은 열 복합재를 생성함으로써 최대화되는 일반적인 속성이다. 이 경우 기본 아이디어는 높은 전도성 고체(구리 메쉬 또는 흑연 등)를 상대적으로 낮은 전도성 PCM에 첨가하여 전체 또는 벌크 (열) 전도율을 높이는 것이다. PCM이 흐르도록 요구되는 경우 고체는 메쉬와 같이 다공성이어야 한다.
상변화 물질 열 복합재
항공우주 산업을 위한 유리섬유 또는 케블라 프리프레그와 같은 고체 복합재는 일반적으로 섬유(케블라 또는 유리)와 매트릭스(섬유를 고정하고 압축 강도를 제공하기 위해 고화되는 접착제)를 의미한다. 열 복합재는 명확하게 정의되어 있지는 않지만, 마찬가지로 매트릭스(고체)와 조건에 따라 일반적으로 액체 및 고체인 PCM을 의미할 수 있다. 이는 또한 지구의 미미한 요소를 발견하기 위한 것이다.
상변화 물질 광열 변환 상변화 복합 에너지 저장 물질(PTCPCESMs)
PTCPCESM은 광열 물질과 결합된 복합 상변화 물질이다. 높은 열전도율, 광열 변환 효율, 잠열 저장 용량, 물리화학적 안정성 및 에너지 절약 효과 덕분에 다양한 산업 분야에서 광범위하게 응용된다.
PTCPCESM은 주로 기능성 담체 물질과 유기 PCM으로 구성된다. 고체-액체 상변화 동안 유기 PCM은 많은 양의 잠열을 흡수하고 방출할 수 있다. 한편, 기능성 담체 물질은 광열 변환의 안정성과 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라 다양한 에너지 변환 기능을 도입한다. 광열 변환은 광열 물질의 밴드 구조 및 기타 전기적 특성과 관련되어 다양한 흡수 태양 스펙트럼에 기여한다. 이는 탄소 기반 나노구조(예: 그래핀, CNT), 플라스몬 나노입자(예: Au, Ag), 반도체(예: TiO2, MoS2)와 같은 물질을 사용하여 달성된다. 일반적인 PCM에는 유기 물질(파라핀, 지방산) 및 무기 물질(염 수화물, 금속 합금)이 포함된다.
상변화 물질 광열 변환 상변화 복합 에너지 저장 물질(PTCPCESMs)
연구원들은 고효율 PTCPCESM 개발에 노력해 왔다. 상변화 물질과 광열 변환 물질이 통합된 이기능성 상변화 복합재의 결합 형태는 51.25%의 광열 변환 효율에 도달하고 60°C에서 24시간 동안 누출이 나타나지 않았다. 일부 연구원들은 아미노 기능화된 단일벽 탄소 나노튜브를 폴리에틸렌글리콜 기반 폴리우레탄 PCM에 통합하여 새로운 형태 안정형 태양열 변환 및 저장 물질을 합성했으며, 89.3%의 태양열 변환 및 저장 효율에 도달했다.
상변화 물질 상변화 물질의 최근 발전
고성능 PCM 개발
최근 연구는 재료 혁신을 통해 PCM의 효율성과 안정성을 향상시키는 데 초점을 맞추고 있다. 파라핀 기반 마이크로캡슐화 시스템 및 향상된 열전도율을 가진 염 수화물과 같은 새로운 유기-무기 복합 PCM은 향상된 에너지 저장 능력을 입증했다. 또한 금속 유기 골격체(MOF)는 조절 가능한 상변화 특성과 높은 열 저장 밀도 덕분에 잠재적인 PCM 후보로 연구되었다.
에너지 저장 및 관리 응용 분야
PCM은 특히 재생 에너지 응용 분야에서 에너지 저장 시스템에 점점 더 많이 활용되고 있다. 유망한 접근 방식 중 하나는 PCM을 태양광 및 풍력 발전 시스템의 축열 장치에 통합하는 것이다. 이러한 물질은 발전량의 변동을 완화하여 재생 에너지원의 신뢰성을 높인다. 또한, PCM을 리튬 이온 전지 시스템에 통합하면 열 폭주를 관리하여 배터리 안전성과 수명을 향상시킬 수 있는 잠재력을 보여주었다. 또한 PCM 강화 스마트 창문과 벽은 실내 온도를 조절하고 건물 에너지 소비를 최대 30%까지 줄이는 데 개발되었다. PCM 통합 열펌프 시스템 또한 난방 및 냉방 응용 분야에서 상당한 절약을 입증했다.
도전 과제 및 미래 전망
상변화 물질 상변화 물질의 최근 발전
PCM 열 저장의 장점에도 불구하고 광범위한 구현을 위해서는 해결해야 할 몇 가지 응용 문제가 있다. 많은 경우 유기 재료의 낮은 열전도율이 주요 한계이다.
위의 문제를 해결하기 위해 그래핀 및 탄소 나노튜브와 같은 높은 열전도율 충전재를 통합하려는 노력이 진행 중이다.
또 다른 문제는 PCM의 장기 안정성이다. 반복적인 상변화는 유기 PCM의 경우 재료 열화를 초래할 수 있고, 특정 염 수화물의 경우 상분리를 초래할 수 있지만, 이는 모든 재료를 동일한 상으로 복원하기 위해 단순히 PCM을 "조리"함으로써 일반적으로 되돌릴 수 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해 캡슐화 기술과 새로운 안정화 첨가제가 개발되고 있다. 앞으로 나노 강화 PCM 및 하이브리드 재료의 발전은 응용 분야를 더욱 확장하여 미래의 에너지 효율적인 기술에 필수적인 부분이 될 것으로 예상된다.
그러나 적절한 PCM이 제공된다면 그러한 장애물에 직면하지 않는 몇 가지 응용 분야가 있다. 예를 들어, PCM을 포함하는 대형 용기에 염 수화물로 구성된 능동형 축열 장치가 있으며, 열교환기에 의해 충전 및 방전이 이루어진다.
상변화 물질 응용 분야
상변화 물질의 응용 분야는 다음과 같으나 이에 국한되지는 않는다.
열대 지역의 통신 쉼터. 전력 소모가 많은 장비(예: 기지국 서브시스템)에서 발생하는 열을 흡수하여 실내 공기 온도를 허용 가능한 최대치 미만으로 유지함으로써 쉼터 내 고가 장비를 보호한다. 기존 냉각 시스템의 전원 공급이 실패할 경우, PCM은 디젤 발전기 사용을 최소화하며, 이는 열대 지역의 수천 개 통신 기지에서 막대한 절감 효과를 가져올 수 있다.
상변화 물질 화재 및 안전 문제
염 수화물 상변화 물질은 약 50%의 물을 함유하며 불연성이다. 일반적으로 해수에서 발견되는 일반적인 염으로 구성되어 있으며, 보통 무독성(부식성이 있지만)이며, 더 이상 원하지 않을 경우 원산지인 바다에 버릴 수 있다.
유기 PCM은 일반적으로 가연성이다. 일부는 독성 물질이며, 증류가 일반적으로 완전하지 않으므로 소량의 방향족 또는 기타 독성 석유 정제 분획을 포함할 수 있다.
따라서 PCM은 화재 및 건축 법규와 건전한 엔지니어링 관행에 따라 매우 신중하게 선택하고 적용해야 한다. 화재 위험 증가, 연기, 용기에 보관 시 폭발 가능성 때문에 주거용 또는 기타 상시 점유 건물 내에서 가연성 PCM을 사용하지 않는 것이 현명할 수 있다. 공급업체에 안전 데이터 시트를 요청해야 한다.
상변화 물질 추가 문헌
Raoux, S. (2009). 《Phase Change Materials》. 《Annual Review of Materials Research》 39. 25–48쪽. Bibcode:2009AnRMS..39...25R. doi:10.1146/annurev-matsci-082908-145405. S2CID 137035578.
왕스친
왕스친(중국어: 汪士钦, 2003년 6월 24일 ~ )는 중화인민공화국의 축구 선수로 포지션은 왼쪽 풀백, 센터백이며 현재 중국 슈퍼리그 저장 FC 소속이다.
인성 (물질)
재료과학 및 금속공학에서 인성(toughness)은 재료가 파괴되지 않고 에너지를 흡수하고 소성 변형하는 능력이다. 인성은 재료가 파괴에 저항하는 강도이다. 재료 인성의 한 가지 정의는 재료가 파괴되기 전에 흡수할 수 있는 단위 부피당 에너지의 양이다. 이 인성 측정은 재료의 파괴 저항 능력을 설명하는 파괴 인성에 사용되는 것과는 다르다.
인성은 강도와 연성의 균형을 필요로 한다.
인성 (물질) 인성과 강도
인성은 변형력-변형 곡선 아래 면적과 관련이 있다. 인성을 가지려면 재료는 강하고 연성이 있어야 한다. 예를 들어, 강하지만 연성이 제한적인 취성 재료(세라믹과 같은)는 인성이 없다. 반대로, 강도가 낮은 매우 연성 재료도 인성이 없다. 인성을 가지려면 재료는 높은 응력과 높은 변형률을 모두 견뎌야 한다. 일반적으로 강도는 재료가 얼마나 많은 힘을 지탱할 수 있는지를 나타내고, 인성은 재료가 파괴되기 전에 얼마나 많은 에너지를 흡수할 수 있는지를 나타낸다.
인성 (물질) 수학적 정의
인성은 변형력-변형 곡선을 적분하여 결정할 수 있다. 이는 파괴 전 단위 부피당 기계적 변형 에너지이다. 명시적인 수학적 설명은 다음과 같다.
여기서
항복점까지의 적분 상한이 제한되면 단위 부피당 흡수된 에너지는 회복 탄성 계수로 알려져 있다. 수학적으로 회복 탄성 계수는 항복 응력의 제곱을 영률의 두 배로 나눈 값의 곱으로 표현할 수 있다. 즉,
인성 (물질) 인성 시험
재료의 인성은 그 재료의 작은 시편을 사용하여 측정할 수 있다. 일반적인 시험기는 진자를 사용하여 정의된 단면적의 노치 시편을 변형시킨다. 진자가 떨어진 높이에서 시편을 변형시킨 후 올라간 높이를 뺀 값에 진자의 무게를 곱한 값은 진자와의 충격 중에 시편이 변형될 때 흡수된 에너지의 척도이다. 샤르피 및 아이조드 노치 충격 강도 시험은 인성을 결정하는 데 사용되는 일반적인 ASTM 시험이다.
인성 (물질) 인성 단위
인장 인성(또는 변형 에너지, UT)은 SI 시스템에서 세제곱미터당 줄 (J·m−3) 또는 등가적으로 세제곱미터당 뉴턴 미터 (N·m·m−3)로 측정되며, 미국 관습 단위에서는 세제곱인치당 인치-파운드힘 (in·lbf·in−3)로 측정된다.
SI 시스템에서 인장 인성 단위는 아래에 주어진 바와 같이 변형력-변형률(σ–ε) 곡선 아래 면적을 사용하여 쉽게 계산할 수 있다.
인성 (물질) 가장 강인한 재료
거의 동일한 양의 크로뮴, 코발트, 니켈 (CrCoNi)로 만들어진 합금은 지금까지 발견된 가장 강인한 재료이다. 이 재료는 절대 영도에 가까운 극저온에서도 파괴에 저항한다. 우주선 제작에 사용되는 재료로 고려되고 있다.
스마트 재료
스마트 재료, 지능성 재료, 지능 재료, 스마트 머티리얼(smart material), 반응성 재료는 응력, 수분, 전기장 또는 자기장, 빛, 온도, pH 또는 화학 화합물과 같은 외부 자극에 의해 제어된 방식으로 하나 이상의 특성이 크게 변할 수 있도록 설계된 재료이다. 스마트 재료는 센서와 액추에이터, 또는 인공 근육, 특히 전기 활성 고분자 (EAP)와 같은 많은 응용 분야의 기반이 된다.
스마트 재료 종류
여러 가지 유형의 스마트 재료가 있으며, 그중 일부는 이미 흔하게 사용된다. 몇 가지 예시는 다음과 같다.
위진융
위진융(중국어: 于金永, 2004년 7월 6일 ~ )는 중화인민공화국의 축구 선수로 포지션은 골키퍼이며 현재 중국 슈퍼리그 산둥 타이산 소속이다.
강상 관계 물질
강상 관계 물질(strongly correlated material)은 절연체와 전자 재료를 포함하는 광범위한 화합물 종류이며, 금속-절연체 전이, 무거운 페르미온 거동, 반쪽금속성, 스핀-전하 분리와 같이 특이한(종종 기술적으로 유용한) 전자적 및 자기적 특성을 보인다. 이러한 물질을 정의하는 본질적인 특징은 그들의 전자 또는 스피논의 행동이 비상호작용적 실체라는 관점에서 효과적으로 설명될 수 없다는 것이다. 강상 관계 물질의 전자적(페르미온) 구조에 대한 이론적 모델은 정확성을 위해 전자적(페르미온) 상관관계를 포함해야 한다. 최근에는 양자 물질이라는 용어도 강상 관계 물질 등을 지칭하는 데 사용된다.
강상 관계 물질 전이 금속 산화물
많은 전이 금속 산화물은 이 부류에 속하며 행동에 따라 세분될 수 있다. 예를 들어 고온 초전도체, 스핀트로닉스, 다강체, 모트 절연체, 스핀 페이얼스 물질, 무거운 페르미온 물질, 준저차원 물질 등이 있다. 가장 집중적으로 연구되는 효과는 아마도 도핑된 구리 산화물에서의 고온 초전도체일 것이다. 예를 들어 La2−xSrxCuO4가 있다. 다른 질서화 또는 자기 현상 및 많은 전이 금속 산화물에서 온도 유도 상전이도 "강상 관계 물질"이라는 용어 아래에 함께 묶인다.
강상 관계 물질 전자 구조
일반적으로 강상 관계 물질은 불완전하게 채워진 d- 또는 f-전자 껍질을 가지며 좁은 에너지 띠를 갖는다. 물질 내의 어떤 전자도 다른 전자들의 평균적인 움직임의 "바다"에 있다고 더 이상 간주할 수 없다(평균장 이론으로도 알려져 있다). 각 단일 전자는 그 이웃에 복잡한 영향을 미친다.
강한 상관관계라는 용어는 밀도 범함수 이론의 국소 밀도 근사법 (LDA) 또는 하트리-폭 이론과 같은 단순한 단일 전자 이론으로는 잘 설명되지 않는 (종종 질적으로도 정확하지 않은 방식) 고체 내 전자의 행동을 지칭한다. 예를 들어, 겉보기에 단순한 물질인 NiO는 부분적으로 채워진 3d 띠를 가지고 있어(Ni 원자는 가능한 10개의 3d 전자 중 8개를 가지고 있다) 좋은 도체일 것으로 예상된다. 그러나 d 전자 사이의 강한 쿨롱 반발력 (상관 효과)은 NiO를 오히려 넓은 띠틈 절연체로 만든다. 따라서 강상 관계 물질은 단순히 자유 전자와 같지도 않고 완전히 이온성도 아닌, 이 둘이 혼합된 전자 구조를 가진다.
강상 관계 물질 이론
강한 전자 상관관계로 인한 현상을 설명하기 위해 LDA의 확장(LDA+U, GGA, SIC, GW 등)과 단순화된 모델 해밀토니언(예: 허버드 모형과 같은 모델)이 제안되고 개발되었다. 그중 동적 평균장 이론 (DMFT)은 상관된 물질의 주요 특징을 성공적으로 포착한다. LDA와 DMFT를 모두 사용하는 계획은 상관된 전자의 분야에서 많은 실험 결과를 설명한다.
강상 관계 물질 구조 연구
실험적으로는 광학 분광법, 고에너지 전자 분광법, 공명 광전자 방출, 그리고 최근에는 공명 비탄성 (경질 및 연질) X선 산란 (RIXS) 및 중성자 분광학이 강상 관계 물질의 전자 및 자기 구조를 연구하는 데 사용되었다. 이러한 기술로 관찰되는 스펙트럼 특성 중 단일 전자 상태 밀도로 설명되지 않는 것들은 종종 강한 상관 효과와 관련이 있다. 실험적으로 얻은 스펙트럼은 특정 모델의 예측과 비교되거나 매개변수 집합에 대한 제약을 설정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 소위 Zaanen–Sawatzky–Allen 다이어그램 내에서 전이 금속 산화물의 분류 체계가 확립되었다.
강상 관계 물질 응용
상관 현상의 조작 및 활용은 초전도 자석 및 자기 저장 (CMR) 기술과 같은 응용 분야를 가진다. VO2의 금속-절연체 전이와 같은 다른 현상들은 방의 난방/냉방 요구 사항을 줄이기 위한 스마트 창문을 만드는 수단으로 탐구되었다. 또한, LaTiO3와 같은 모트 절연체 물질의 금속-절연체 전이는 띠 채움을 조정하여 재료의 급격한 전도도 변화를 활용하는 재래식 전계 효과 트랜지스터 구성을 사용하여 트랜지스터를 만드는 데 잠재적으로 사용될 수 있다. 모트 절연체의 금속-절연체 전이를 이용하는 트랜지스터는 종종 모트 트랜지스터라고 불리며, 이전에도 VO2를 사용하여 성공적으로 제작되었지만, 작동을 위해 게이트 물질로 이온 액체에 의해 유도되는 더 큰 전기장이 필요했다.
강상 관계 물질 더 읽어보기
Pavarini, Eva; Koch Erik; Vollhardt, Dieter; Lichtenstein, Alexander; (eds.) (2011). 《The LDA+DMFT approach to strongly correlated materials》. Forschungszentrum Jülich. ISBN 978-3-89336-734-4.  CS1 관리 - 여러 이름 (링크)
Amusia, M., Popov, K., Shaginyan, V., Stephanovich, V. (2014). 《Theory of Heavy-Fermion Compounds - Theory of Strongly Correlated Fermi-Systems》. Springer Series in Solid-State Sciences 182. Springer. doi:10.1007/978-3-319-10825-4. ISBN 978-3-319-10825-4.  CS1 관리 - 여러 이름 (링크)
경험적 관계
과학에서 경험적 관계(Empirical relationship) 또는 현상학적 관계는 실험이나 관찰에 의해 뒷받침되지만 반드시 이론에 의해 뒷받침되지는 않는 관계 또는 상관 분석을 말한다.
경험적 관계 이론 없는 해석적 해
경험적 관계는 제일원리와 같은 이론적 기반과 관계없이 확증 데이터에 의해 뒷받침된다. 때로는 처음에는 경험적 관계였던 것에 대한 이론적 설명이 발견되기도 하는데, 이 경우 관계는 더 이상 경험적이라고 간주되지 않는다. 한 가지 예는 수소 스펙트럼선의 파장을 예측하는 뤼드베리 공식이었다. 1876년에 제안된 이 공식은 라이먼 계열의 파장을 완벽하게 예측했지만, 닐스 보어가 1925년에 보어 모형을 발표하기 전까지는 이론적 근거가 없었다.
때로는 경험적 요인이라고 생각되었던 것이 나중에 무차원 물리 상수로 간주되기도 한다.