Rare earth magnets with excellent magnetic properties are indispensable in the electric device, wind turbine, and e-mobility industries. The demand for the development of eco-friendly recycling techniques has increased to realize sustainable green technology, and the supply of rare earth resources, which are critical for the production of permanent magnets, are limited. Liquid metal extraction (LME), which is a type of pyrometallurgical recycling, is known to selectively extract the metal forms of rare earth elements. Although several studies have been carried out on the formation of intermetallic compounds and oxides, the effect of oxide formation on the extraction efficiency in the LME process remains unknown. In this study, microstructural and phase analyses are conducted to confirm the oxidation behavior of magnets pulverized by a jaw crusher. The LME process is performed with pulverized scrap, and extraction percentages are calculated to confirm the effect of the oxide phases on the extraction of Dy during the reaction. During the LME p rocess, Nd i s completely e xtracted a fter 6 h, w hile D y remains as D y2Fe17 and Dy-oxide. Because the decomposition rate of Dy2Fe17 is faster than the reduction rate of Dy-oxide, the importance of controlling Dy-oxide on Dy extraction is confirmed.

해수면온도는 해양-대기 상호작용, 열속 변화, 대양의 해양 순환을 이해할 수 있는 가장 중요한 해양 변수들 중의 하나이다. 0oC 이하 −2oC까지 극저 해수면온도는 기후변화 및 지구환경 변화를 유도하고 조절하기 때문에 다른 범위의 해수면온도보다 더 중요하게 다루어져야 한다. 전구 대양에서 이러한 극저 해수면온도의 시간적 공간적 변동성을 이해하기 위하여 1982년부터 2018년까지의 기간 동안 관측된 인공위성 일별 해수면온도 데이터베이스를 활용하여 평균 기후장을 산출하였다. 또한 장기간의 해양 실측 자료에 기반하여 생산된 표층 수온의 기후 평균장을 활용하여 극저 해수면온도가 전구 대양에서 존재하는 해역과 0oC 등온선의 월별 공간 변동을 분석하였다. 그 결과 극저 해수면온도는 북극해와 남극해와 같은 극지 해역과 고위도의 연해에서 상당한 해양의 표면적을 차지하고 있었다. 이러한 극저 해수면 온도가 어떻게 시각화되어 있는지 검토하기 위하여 6종 지구과학교과서를 분석하였다. 대부분의 교과서에서 해수면온도 삽화는 0oC 혹은 그 이상 수온에서 부터 도시하여 학생들이 극저 해수면온도에 대한 개념과 역할에 대한 이해를 획득 하는 것을 저해하고 있었다. 데이터 시각화는 데이터 리터러시의 주요한 요소 중에 하나이므로 위성 해수면온도 자료가 교과서에 적절하게 시각화되도록 교과서 삽화의 개선이 필요하다. 본 연구는 인공위성 해수면온도 자료와 해양 실측 자료를 활용하여 해양 데이터의 시각화를 통하여 해양학적 소양과 데이터 리터러시가 동시에 함양되고 강화될 수 있음을 강조하였다.

해수의 서로 다른 물성이 만나는 해양 전선은 해수의 열교환 및 운동량 교환, 물성의 혼합과정과 같은 해양 역학적 과정과 해양-대기 상호작용으로 기상변화와 기후 변화를 조절하는 중요한 역할을 한다. 이러한 해양 전선이 중등 학교 교과서에는 해류가 만난다는 의미를 가지는 ‘조경 수역’이라는 용어로 사용되고 있으며 동해 어장과의 관련성을 제시하고 있다. 그러나 고등교육과 해양과학자들은 지난 수십 년 동안 이 이 용어를 사용하지 않고 있어서 용어의 적절성이 조사되어야 하며 오개념을 제거할 필요성이 있다. 본 연구에서는 2015 개정교육과정에 기반한 중등학교 교과서 11종(중학교 5종, 고등학교 6종)을 활용하여 이와 관련된 교과 내용을 분석하였다. 또한 중등학교 과학교사 30인을 대상으로 설문 조사를 실시하여 이 문제에 대한 교사들의 인지 정도를 분석하였다. 조경 수역과 어장에 관한 교과서의 내용을 분석한 결과, 과학적 사실과 부합하지 않는 상당히 많은 오류와 오개념이 발견되었다. 교과서에서 조경 수역이라는 개념이 한류와 난류가 만나는 의미로 주로 활용되고 있으나, 수온, 염분, 밀도, 유속 등 해양의 서로 다른 물성이 접하는 ‘해양 전선’이라는 포괄적인 용어로 대체하는 것이 바람직하다. 교과서에서는 어장의 계절변동을 겨울에 남하하고 여름에 북상하고 북한한류의 계절변동과 연결하고 설명하고 있지만 이는 북한한류의 여름철 강화에 관한 그동안의 과학적 사실에 위배되는 내용이다. 동해의 어장은 동해안 좁은 영역에 국한된 것이 아니라 훨씬 더 넓은 해역에 광범 위하게 분포하고 있다. 교사들의 설문 결과는 이러한 오개념이 지난 수십 년 동안 지속되어 왔음을 입증하였다. 본 연구는 조경 수역, 어장, 북한한류와 관련된 오개념을 수정하기 위한 과학적 지식의 중요성과 교육과정으로의 전달 과정의 중요성을 강조하였다. 향후 이 연구가 교과서 수정과 교사교육에 중요한 역할을 할 수 있기를 기대한다.

해류와 해양 순환은 지구의 에너지를 분배하는 조절자로서 중요한 역할을 하고 있다. 2015 개정 교육과정에 기반한 중등학교 과학 및 지구과학 교과서에는 한반도 주변 해류 중 북한한류의 계절변동성에 대한 오개념을 포함하고 있는 것으로 드러났다. 이를 분석하기 위하여 중학교 5종, 고등학교 6종 교과서에 제시되어 있는 북한한류와 관련된 교과 내용을 수집하였으며, 중등학교 과학교사 30인을 대상으로 해류와 북한한류에 관한 설문 조사를 실시하였다. 설문 내용은 교과서에서 북한한류에 대해서 언급하고 있는지, 북한한류의 시간변동성에 대한 개념의 오류가 있는지에 관한 질문으로 구성하였고, 북한한류와 관련된 자유로운 의견을 수집하였다. 교과서에서는 북한한류의 유속이 겨울에 강하다고 제시되어 있는데, 이는 그동안 장기간의 과학계의 연구 결과와는 정반대로 배치되는 결과이다. 북한한류의 세기는 여름에 강함에도 불구하고 겨울에 강하다고 교과서에서 제시하고 있는 것에 대한 오개념의 원인과 형성 과정을 조사하였다. 교사 대상 설문을 분석한 결과, 대부분의 교사들이 북한한류의 세기가 겨울에 강하다는 지식 오류를 가지고 있었다. 이는 교 사들이 가지고 있는 용어에 대한 오개념에서 출발하여 교사들의 확고한 지식으로 각인되어 있었다. 이러한 오개념은 교사 자신이 중등학교 재학시절부터 획득한 지식에서 기원하였고, 교과서의 오개념은 수정되지 않은 상태로 오랫동안 교사와 학생들에게 전달되고 있었다. 이러한 상황은 향후 학생들의 오개념을 재생산하는 구조를 가질 수 있을 것으로 예상 된다. 따라서 본 연구는 교사 및 학생들이 가지고 있는 북한한류의 계절변동성에 관한 오개념을 단절하기 위하여 기존 의 과학적 연구 결과들의 요약하였고, 교과서 수정의 필요성과 교사 전문성 신장을 위한 재교육의 필요성을 제안하였다.

전기차, 에너지저장시스템의 수요급증으로 에너지 저장장치에 대한 관심이 세계적으로 증가해왔다. 에너지 저장장치의 핵심원료인 리튬과 바나듐 등과 같은 에너지저장광물 자원을 안정적으로 공급하기 위하여 새로운 기술적 대안이 필요하다. 이미 리튬과 바나듐을 직접 확보할 수 있는 기술에 대한 여러 국가들의 연구개발 활동이 이루어지고 있다. 이에 따라 효과적인 연구개발 전략을 수립하기 위해서 특허 및 논문 분석을 통해 각국의 기술동향을 분석하고 향후 기술발전방향을 설정하는 것이 중요하다. 본 연구는 1970년부터 2019년 10월까지 출원 공개 또는 출원 등록된 한국, 미국, 유럽, 일본의 특허자료와 2000년 1월부터 2019년 10월까지의 논문을 대상 검색된 자료를 통해 신기술 개발 동향 및 국내외 연구개발 현황을 분석하였다. 분석결과, 현재 에너지저장광물과 관련된 기술의 성장단계는 태동기 단계에 있는 것으로 분석되었다. 따라서 기술시장 선도와 기술 경쟁력 강화를 위해 새로운 기술의 개발과 개발된 기술에 대한 실증을 병행하여 빠르게 기술을 고도화 하는 전략이 필요하다고 사료된다.

This study proposes a method of separating uranium (U) and minor actinides from rare earth (RE) elements in the LiCl-KCl salt system. Several RE metals were used to reduce UCl3 and MgCl2 from the eutectic LiCl-KCl salt systems. Five experiments were performed on drawdown U and plutonium (Pu) surrogate elements from RECl3-enriched LiCl-KCl salt systems at 773 K. Via the introduction of RE metals into the salt system, it was observed that the UCl3 concentration can be lowered below 100 ppm. In addition, UCl3 was reduced into a powdery form that easily settled at the bottom and was successfully collected by a salt distillation operation. When the RE metals come into contact with a metallic structure, a galvanic interaction occurs dominantly, seemingly accelerating the U recovery reaction. These results elucidate the development of an effective and simple process that selectively removes actinides from electrorefining salt, thus contributing to the minimization of the influx of actinides into the nuclear fuel waste stream.

Two commonly used ceramics in molten salt research are alumina and mullite. The two ceramics were exposed to a combination of rare earth chlorides (YCl3, SmCl3, NdCl3, PrCl3, and CeCl3; each rare earth chloride of 1.8 weight percent) in LiCl-KCl at 773 K for approximately 13 days. Scanning electron microscopy with wave dispersion spectra was utilized to investigate a formation layer or deposition of rare earths onto the ceramic. Only the major constituents of the ceramics (Al, Si, and O2) were observed during the wave dispersion spectra. X-ray fluorescence was used as well to determine concentration changes in the molten salt as a function of ceramic exposure time. This study shows no evidence of ionic exchange or layer formation between the ceramics and molten chloride salt mixture. There are signs of surface tension effects of molten salt moving out of the tantalum crucible into secondary containment.

In this study, we analyzed the development of high school students’ argumentation through their writings on socio-scientific Issues (SSI) related to the Climate Change Unit in the Earth Science I curriculum. Pre- and post-writing assignments on the two main causes of global warming were analyzed and compared. In addition, an in-depth interview of the focus group was conducted with 7 students who showed a distinct change in the level of argumentation. According to the results, 16 of 52 students remained at the same argumentation level in pre- and post-writing assignments, and students remaining at Level 2 among five levels had difficulty in understanding the Toulmin’s argument pattern (TAP) structure. Using the TAP structure, 29 of 52 students demonstrated increased argumentation levels in the post-writing assignments. The conclusions include that writing lessons on SSI using the TAP in Earth science classes can improve the level of high school students’ argumentative writing, and that the level of students’ argumentation can develop with the elaboration of their level of falsification. Also, it is suggested that the science curriculum should increase students' science writing competencies by specifying science writing as one of the goals.

This study identified and examined earth science education department programs in Korea. Major courses provided by 11 universities and their course requirements were analyzed, and the main research results are as follows. First, many basic courses, other major requisite, and elective courses are provided in geology, astronomy, and atmospheric science. oceanography, geophysics, earth environmental science, and natural disaster and energy resources had fewer major requisite courses provided in addition to basic courses, and few elective courses were offered. Second, many courses in science education focused on earth science, while others focused on general science and there were few courses that covered education theory regarding the specific subject. Third, science course application requirements emphasized the understanding of science in general or of earth science specifically. From the above results, additional studies are proposed to reflect on the current state and supplement these programs.

SrMoO4:RE3+ (RE=Dy, Sm, Tb, Eu, Dy/Sm) phosphors are prepared by co-precipitation method. The effects of the type and the molar ratio of activator ions on the structural, morphological, and optical properties of the phosphor particles are investigated. X-ray diffraction data reveal that all the phosphors have a tetragonal system with a main (112) diffraction peak. The emission spectra of the SrMoO4 phosphors doped with several activator ions indicate different multicolor emissions: strong yellow-emitting light at 573 nm for Dy3+, red light at 643 nm for Sm3+, green light at 545 nm for Tb3+, and reddish orange light at 614 nm for Eu3+ activator ions. The Dy3+ singly-doped SrMoO4 phosphor shows two dominant emission peaks at 479 and 573 nm corresponding to the 4F9/2→6H15/2 magnetic dipole transition and 4F9/2→6H13/2 electric dipole transition, respectively. For Dy3+ and Sm3+ doubly-doped SrMoO4 phosphors, two kinds of emission peaks are observed. The two emission peaks at 479 and 573 nm are attributed to 4F9/2→6H15/2 and 4F9/2→6H13/2 transitions of Dy3+ and two emission bands centered at 599 and 643 nm are ascribed to 4G5/2→6H7/2 and 4G5/2→6H9/2 transitions of Sm3+. As the concentration of Sm3+ increases from 1 to 5 mol%, the intensities of the emission bands of Dy3+ gradually decrease; those of Sm3+ slowly increase and reach maxima at 5 mol% of Sm3+ ions, and then rapidly decrease with increasing molar ratio of Sm3+ ions due to the concentration quenching effect. Fluorescent security inks based on as-prepared phosphors are synthesized and designed to demonstrate an anticounterfeiting application.

희토류(Rare Earth) 함량이 높은 TRU 생성물 중의 RE 원소를 감소시키기 위하여 RE 원소와 UCl3의 산화반응을 이용한 RE 제거 공정의 타당성을 HSC Chemistry 코드를 이용하여 검토하였다. 사용후핵연료에 포함된 TRU 원소 및 RE 원소의 조성 및 열역학적 자료를 검토하였으며, UCl3와의 산화 반응에 따른 평형 자료를 계산하여 공정 가능성을 검토하였다. 실제 파이로 프로세싱 처리를 가정한 물질수지로부터 TRU 생성물의 RE 함량이 다른 두 가지 경우에 대하여 RE 원소 제거율과 TRU 회수율을 평가하였다. TRU 생성물을 산화제인 UCl3와 반응시켰을 때 각 원소의 Gibbs free energy의 차이에 의한 선택적 산화 반응이 일어났다. 투입된 UCl3 양을 조절하여 TRU 회수율을 최대로 유지하면서도 RE 원소를 제거하여 최종생성물의 TRU/ RE 비를 증가시킬 수 있는 가능성을 계산 결과로 확인하였다. 본 연구의 결과들은 열역학적 평형 자료에 기반한 결과이므로 실제 공정에 적용하기에는 많은 차이점이 존재한다. 그러나 TRU 물질을 취급하기 어려운 환경에서 파이로프로세싱의 TRU 생성물을 고속로의 핵연료로 공급하기 위한 공정 설계에 중요한 자료로 활용될 것으로 기대된다.

The purpose of this study was to determine whether there are differences in the verbal interactions of earth science gifted depending on their communications structures and group status in small group activities. To this end, a small group activity was conducted to measure the density of the earth, and 8 small groups were selected, including 4 coownership type and 4 monopolistics type groups with different communication structures. And then, the framework was developed for analyzing verbal interactions to compare the differences in characteristics between small groups. The results are as follows. First, regardless of the communication structures, there were showing a simple pingpong-type communication structures for all small groups. Second, negative interactions such as ‘restraint’, ‘command’, ‘complaint’, and ‘lack of confidence’ predominantly appeared in all small groups. Third, the students in the status of out-lookers in small groups were mainly verbal interactions, such as instructing the other person, acting against the other person’s actions, and expressing dissatisfaction with the attitudes and abilities of members. Therefore, teachers should guide students to use higher-level verbal interactions in their group activities in small group activities, and engage in students communication to prevent negative interactions from occurring. The teachers also need to check the level of achievement for students in the status of out-lookers in advance and guide them to participate more actively in small group activities. This study is meaningful in that it can be sued to design teaching and learning to improve students’ problem solving and communication skills.

The purpose of this study was to compare the earth science curriculums of South Korea and North Korea. Aspects such as the content of the curriculums and the timing of learning were analyzed, in order to provide basic data that can be used to design a revised and integrated Korean curriculum. The objects of this study were South Korean Science textbooks from grades 5-9, and the high school Unity of Science and Earth Science I and II textbooks. Additionally, from North Korea, the junior middle school Natural Science 1 and 2 textbooks and the senior middle school Chosun Geography 2 and Geography 1 textbooks were analyzed. The results of this study obtained through an analysis that used the Trends in International Mathematics and Science Study (TIMSS 2019) grade 8 earth science assessment framework were as follows. First, South Korea needs to adopt iterative learning. Repetitive learning, which is effective for understanding what is being learned, is applied to only 1 by 8th grade. Second, South Korea needs to adjust the time when certain content is learned. This is because there is a disparity between when content is learned in comparison to North Korea, and the timing of learning of about 50% of the TIMSS standards have not been followed. Third, it is necessary to reflect the content present within the TIMSS that have not been learned. This can be a way to increase the nations’ educational competitiveness in the international community. This paper proposed a comparative analysis of South korean and North Korean approaches to the earth science curriculum and conducted practical research to facilitate the construction of an integrated curriculum.

Oceanic current maps introduced in science and earth science textbooks can offer a valuable opportunity for students to learn about rapid climate change and the role of currents associated with the global energy balance problem. Previously developed oceanic current maps in middle and high school textbooks under the 2007 and 2009-revised national curriculum contained various errors in terms of scientific accuracy. To resolve these problems, marine experts have constructed a unified oceanographic map of the oceans surrounding the Korean Peninsula. Since 2010, this process has involved a continuous, long-term consultation procedure. By extensively gathering opinions and through verification process, a representative and scientific oceanic current map was eventually constructed. Based on this, the educational oceanic current maps, targeting the comprehension of middle and high school students, were developed. These maps were incorporated into middle and high school textbooks in accordance with the revised 2015 curriculum. In this study, we analyzed the oceanic current maps of five middle school science textbooks and six earth science textbooks that were published in high school in 2019. Although all the oceanic current maps in the textbooks were unified based on the proposed scientific oceanic current maps, there were problems such as the omission of certain oceanic currents or the use of a combination of dotted and solid lines. Moreover, several textbooks were found to be using incorrect names for oceanic currents. This study suggests that oceanic current maps, produced by integrating scientific knowledge, should be visually accurate and utilized appropriately to avoid students’ misconception.

절대 습도와 이슬점 온도의 관계에 대한 예비 교사들의 인식을 조사하기 위하여 설문지를 투입하였다. 설문 결과 예비 교사들이 “절대 습도와 이슬점 온도는 비례한다.”, “이슬점 온도는 공기 중의 수증기의 질량에 비례한다.”와 같은 견고한 오개념을 갖고 있음을 발견하였다. 예비 교사들이 갖는 이러한 오개념은 절대 습도와 이슬점 온도의 관계에 대한 7차 교육과정과 2007 개정 교육과정 중학교 과학 교과서의 부정확한 서술 내용에서 기인하는 것으로 사료된다. 한편, 2015 개정 교육과정 중학교 1학년 과학 교과서는 증발, 응결, 압력과 온도 변화에 따른 기체의 부피 변화를 분자 운동의 관점에서 다루기 때문에, 중학교 교육과정에서 이러한 관점을 유지하기 위해 수증기량과 이슬점 온도의 척도로서 수증기압의 도입은 예비 교사와 학습자의 오개념을 방지할 수 있으며, 과학 교육과정을 보다 일관되고 논리적으로 만들 수 있을 것으로 사료된다.

본 연구는 현직 및 예비 지구과학교사의 H-R도와 별의 진화에 대한 개념 이해 상태를 알아보기 위해 개념 지위 분석틀을 활용하여 수행하였다. 이해 가능성 영역에서 현직교사의 비과학적 용어 사용이 다수 발견되었고, 그래프 작성에서 낮은 과학적 탐구 능력과 개념에 대한 비과학적 비유가 발견되어 교수 과정에서 잘못된 개념 전달의 가능성이 확인되었다. 예비교사는 중등교육과정 연계 문항에서 다수의 오류를 보였으며, 이와 관련하여 학교 현장에 적용이 더 잘될 수 있도록 예비교사 교육 과정의 개선이 필요하겠다. 개연성 영역에서, 두 집단 모두 별의 진화가 갖는 우주론적 의미를 이해하고 있었으나, 예비교사의 별의 실제기작에 대한 설명이 구체적이지 않았다. 유용성 영역에서, 현직교 사는 지구과학의 학문적 특성을 반영한 교육적 고민을 하고 있었고, 지식을 현실 문제해결에 활용, 적용하려는 경향이 높았다. 반면, 예비교사는 높은 무응답률을 보여 H-R도와 별의 진화를 실용적 개념으로 파악하지 않는 것으로 확인되었다. 결과적으로, 두 집단 모두에서 H-R도와 별의 진화에 대한 비과학적 개념이 다수 발견되어 교사 교육 및 교수 학습 계획 수립 시 주의가 필요함을 확인할 수 있었다.