https://scholar.dgist.ac.kr/handle/20.500.11750/13616 2026-04-22T11:53:41Z https://scholar.dgist.ac.kr/handle/20.500.11750/59721 Title: A Study on the Ce-substituted Nd-Fe-B Magnets Fabricated by Melt Spinning and pressure-assisted sintering Author(s): Jung Woo Ha Abstract: Nd-Fe-B magnet offers the best performance among commercial permanent magnets. Nevertheless, their rare-earth basis entails limited reserves and significant price volatility. To mitigate the resource and cost constraints associated with Nd-Fe-B magnets, 30 wt.% of Neodymium (Nd) was replaced with Cerium (Ce). The reason why Ce was selected as a partial substitute for Nd because of its higher reserves and lower cost, thereby enhancing resource security and cost efficiency. However, when Nd in Nd-Fe-B is partially replaced by Ce, lowered magnetocrystalline anisotropy and increased soft-magnetic phase formation led to performance deterioration, it limits the commercial viability of Ce-substituted magnets. The composition and manufacturing process design of magnets to improve these performance deterioration factors, and the changes in the microstructure and magnetic properties of magnets were investigated. The composition was set to Nd21.84Ce9.36Co4.03Ga0.53Fe63.36B0.98 wt.% to minimize performance degradation caused by the formation of REFe2 phases in soft magnetic properties. In addition, to prevent decrease in magnetic properties caused by excessive RE-rich phases, the rare-earth content was partially reduced compared with that in the conventional process. In the case of the process, a button cell alloy was manufactured through arc melting, and then a melt-spun ribbon with nanometer-level grain was manufactured by melt spinning. Subsequently, based on the ribbon, short-time pressure-assisted sintering was performed through spark plasma sintering (SPS) and hot pressing to induce grain refinement and suppress grain growth to improve magnetic properties. As the rare-earth composition in the initial alloy decreased compared with that in the conventional process, the α-Fe phase formed. α-Fe phase formation was maximized as the sintering temperature increased. In addition, as the α-Fe phase formation increased, the magnetic properties decreased accordingly. In addition, higher magnetic properties were confirmed along with low α-Fe formation in hot pressing compared to the SPS based on the same sintering temperature. Because of the low rare-earth composition ratio set during the initial alloy preparation, α-Fe formed. This behavior was strongly influenced by the subsequent sintering temperature. In addition, considering that the extent of α-Fe formation and the associated decrease in magnetic properties were more pronounced in SPS, it can be concluded that the actual sintering temperature in SPS is higher. This research suggests that to inhibit the formation of the α-Fe phase, it is necessary to adjust the rare-earth ratio during the initial composition design and to optimize the sintering temperature. These results will serve as the basis for setting the process design and performance improvement direction of Ce-substituted magnets in the future.|본 논문은 Ce 치환 Nd-Fe-B 자석 제조를 통한 비용 저감 달성과 동시에 Ce 치환 시 동반되는 자석의 자기적 성능 저하 개선을 다룬다. Nd-Fe-B 자석의 조성 중 Nd의 30 wt.%를 Ce으로 치환하였을 때, 자석의 이방성 저하, 연자성 소재의 형성 등으로 인하여 자기적 성능의 저하가 발생하여 Ce 치환 자석의 상용화에 방해요소로 작용한다. 이러한 성능 저하의 방지 및 해결을 위한 자석의 조성 및 제조 공정 개선, 이에 따른 자석의 미세구조와 자기적 성능의 변화를 체계적으로 규명하였다. 조성의 경우 Nd21.84Ce9.36Co4.03Ga0.53Fe63.36B0.98 wt.%으로 Ce 치환을 통한 비용 절감 및 연자성상인 REFe2 형성으로 인한 성능 저하의 최소화를 목적으로 설정하였다. 동시에 RE-rich 상의 과도한 형성으로 인한 자기적 특성의 억제를 유도하고자 상대적으로 적은 비율의 희토류 조성을 설정하였다. 공정의 경우 arc melting을 통해 button cell 합금을 제조 후 melt spinning으로 소결 목적의 분말로 사용되는 melt-spun ribbon을 제작하였다. 해당 이후 spark plasma sintering(SPS)과 hot pressing을 통해 단시간 소결을 수행하여 결정립 미세화 및 성장을 억제함으로써 자기적 성능 향상을 유도하였다. 제조한 자석은 이후 XRD, SEM, VSM 그리고 B-H tracer 등의 장비를 사용하여 조성, 미세구조, 자기적 특성 분석을 진행하였다. 실험에 사용한 melt-spun ribbon의 경우 melt spinning 공정 중 wheel speed가 증가할수록 미세 결정립과 비정질 상의 비중이 많아지며 자기적 성능이 향상되었다. 하지만 리본의 품질이 저조해지는 경향을 보였던 점을 고려하여 미세한 결정립을 보유하였으며 동시에 균질한 리본을 제조할 수 있는 wheel speed 15 m/s를 표준 조건으로 채택하였다. Wheel speed 10 m/s 리본의 경우 결정립의 과도한 성장으로 인하여 소결과정에서 치밀화가 이루어지지 않는 점을 고려하여 대상에서 제외하였다. SPS 기준 소결 온도 750 °C 영역에서 자석을 제조하였을 때 REFe2와 동일한 연자성 상인 α-Fe의 과도한 형성과 함께 자기적 성능이 저하되었다. 이러한 α-Fe 상은 이후 소결 온도가 감소할수록 (650 °C,700 °C), 동일 온도 기준 SPS 대비 hot pressing 공정에서 형성이 억제되는 경향을 확인할 수 있었으며 보자력(Hcj)과 최대자기에너지적((BH)max)의 향상 또한 확인할 수 있었다. 즉 소결 온도가 증가함에 따라 α-Fe 상의 형성이 활성화된다. 또한 줄 발열을 통해 소결을 진행하는 SPS가 유도가열을 통해 소결을 진행하는 hot pressing과 비교하여 동일 설정 온도 기준 실제 소결 온도가 더욱 높으며 상대적으로 많은 α-Fe 상을 형성하게 되는 점 또한 확인할 수 있었다. 본 연구는 자석의 성능 향상을 위해 α-Fe 상의 형성 억제가 핵심임을 시사하며, 해결 방안으로 소결 온도 조정을 제안한다. 이러한 결과는 향후 Ce 치환 자석의 공정 설계와 성능 향상 방향 설정을 위한 근거로 작용할 것이다. Description: Nd-Fe-B magnets, Ce substitution, melt spinning, Spark plasma sintering, hot pressing, wheel speed, α-Fe, coercivity(Hcj), maximum energy product ((BH)max) 2025-12-31T15:00:00Z https://scholar.dgist.ac.kr/handle/20.500.11750/59720 Title: Development of Polyacrylonitrile-Immobilized Cobalt-Based Prussian Blue Analogues for Selective Cesium Removal from Water Author(s): Bokyung Kim Abstract: To stably remove radioactive cesium (Cs⁺) from multicomponent waters (e.g., seawater-like conditions), an adsorbent is required that combines high selectivity and sufficient capacity with reliable column operability, and reproducibility. This study adopted a stepwise strategy toward that goal. First, column process were established using Ammonium molybdophosphate-Polyacrlyonitirle (AMP–PAN). Next, a ZnFe-based Prussian Blue analogue (PBA) was immobilized in Polyacrylonitirle (PAN) and alginate matrices to compare adsorption capacity, adsorption rate, column suitability, and materials toxicity/manufacturability. Finally, hexacyano metal framework (hexacyanocobaltate, HCC) and its immobilized form were synthesized and evaluated as next- generation Cs⁺ adsorbents for seawater environments. Direct synthesis and testing of powder HCCs with different transition-metal compositions revealed critical limitations that have been under-addressed in prior literature. Powder showed poor reproducibility across repeated trials. To identify the origin of these inconsistencies, post-adsorption Cs⁺ and dissolved Co²⁺ were quantified by ICP–MS. Substantial cobalt leaching was detected over the entire concentration range, and its magnitude did not scale monotonically with concentration. These observations indicate that Cs⁺ ion exchange is accompanied by partial dissolution of the Co–CN–M lattice and/or detachment of lattice fragments, so that a portion of the measured 𝑞𝑒reflects non-adsorptive processes (dissolution/reprecipitation) rather than intrinsic ion exchange. Introducing PVP to improve crystallinity and dispersibility (2′ HCC) enhanced the initial low- concentration response but did not fully resolve the reproducibility issues, showing that the structural vulnerability of the powder state cannot be overcome by morphology control alone. By contrast, immobilizing HCC in a PAN matrix to form bead-type HCC–PAN produced markedly improved agreement among replicates, substantially and a stable, monotonic increase consistent with Langmuir-type monolayer. Under identical conditions, dissolved Co levels were significantly lower than those of the powders and exhibited weak concentration dependence. This stabilization is attributed to the polymer network, which mechanically suppresses release of unreacted precursors and detachment of lattice fragments, physically constraining the framework and preventing cumulative leaching even in the presence of local microcracks or partial dissolution. In summary, the powder form of HCC lacks the reproducibility and reliability required for use as a reference material in mechanistic analysis and performance benchmarking. In contrast, HCC–PAN simultaneously achieves low Co leaching, consistent isotherm shape, and excellent operational reproducibility, demonstrating strong promise as a practical Cs⁺ adsorbent for continuous, column-based treatment in seawater- like environments. Keywords: cesium adsorption, hexacyanocobaltate(HCC), PAN immobilization, column operation, reproducibility.|본 연구는 해수 유사 고염도·다성분 수계에서의 Cs⁺ 의 대용량 처리를 목표로, 다양한 흡착체와 고정화 전략을 유사한 실험 조건에서 정량 비교하고, 최종적으로 재현성·구조 안정성을 충족하는 새로운 흡착제를 개발하였다. 핵심 결과는 다음과 같이 요약된다. 첫째, 상용 기준으로 삼은 AMP–PAN은 공정 지표를 표준화하는 데 충분했으나, 재생 효율이 좋지 않았고, 흡착용량이 낮았다. 둘째, ZnFe(W)를 PAN 또는 알지네이트로 고정화하면 전처리 후 후처리의 문제를 확실히 개선시킬 수 있었고, 특히 알지네이트는 비독성 수계 제조의 장점을 확인했다. 셋째, 분말형 HCC는 문헌의 보고와 달리 반복 실험 간 변동성이 컸고, 같은 조성임에도 흡착의 재현성을 판단하기 어려웠다. Cs⁺와 Co3⁺의 동시 정량 결과 전 농도 범위에서 유의한 코발트 용출이 관찰되었고, 이는 부분 용해·탈락과 같은 화학적 변화가 흡착 과정에 있음을 시사한다. 마지막으로, HCC를 PAN으로 고정화한 HCC–PAN은 Co 용출을 유의미하게 낮추었고, 반복 간 오차 범위를 유의하게 축소하였다. 즉, 동일 공정 조건에서 HCC–PAN가 측정 신뢰도와 운전 재현성을 동시에 확보하였다. 이 결과는 두 가지 중요한 함의를 갖는다. 첫째, 분말형 HCC의 등온선은 진성 이온교환만을 반영하지 않는다는 점을 실험적으로 제시함으로써, HCC 분말 상태에서의 성능 비교가 단순히 가시적인 흡착 용량으로 하기는 어렵다. 둘째, 파우더의 고정화(immobilization) 가 재현성과 내구성, 그리고 실제 컬럼 충진의 적합성을 좌우하는 핵심임을 확인하였다. HCC–PAN은 이러한 원리를 구현한 결과물로, 추후 해수 유사 조건에서의 연속식 컬럼 실험의 충진재로 충분히 적용 가능하다고 판단하였다. 그러나, 재사용 가능성, 실제 수계(해수 모사 공존 이온)에서의 컬럼 실험 등이 후속 실험으로 남아 있다. 한계와 전망도 분명하다. HCC–PAN은 매우 저농도 영역에서 비드 내부 확산에 따른 초기 용량 저하가 관찰될 수 있으며, 이는 비드 직경·기공도·매트릭스 함량과 접촉시간·유량의 최적화를 통해 상쇄되어야 한다. 그럼에도 본 연구에서 확인한Cs⁺/Co²⁺ 동시 모니터링을 통한 흡착제의 불안정성의 확인과, PAN 고정화를 통한 구조 안정화를 통해 HCC가 신뢰할 수 있는 PBA계 차세대 Cs+ 흡착제임을 결론지었다. 핵심어: 세슘, 고정화, 프러시안 블루 아날로그, 헥사시아노코발테이트, 컬럼 실험 Description: cesium adsorption, hexacyanocobaltate, PAN immobilization, column operation, reproducibility 2025-12-31T15:00:00Z https://scholar.dgist.ac.kr/handle/20.500.11750/58097 Title: Development and Application of Transition Metal-Based Prussian Blue Analogs for the Selective Adsorption of Radioactive Cesium from Seawater Author(s): Semin Eun Description: Radioactive cesium, Prussian blue analog, Cesium ion, Adsorption mechanism, Cesium desorption, Practical application 2024-12-31T15:00:00Z https://scholar.dgist.ac.kr/handle/20.500.11750/51324 Title: Adaptive Data Augmentation for 3D Object Detection Author(s): Joohyun Lee Description: 3D object detection;Data augmentation;LiDAR 2023-12-31T15:00:00Z