본 연구는 귀추가 적용된 야외 지질 답사에서 중학생들의 관찰을 통한 문제 인식과 단서 포착 과정을 조사했다. 이를 위해 진단 평가, 야외 지질 답사, 답사 정리 순서로 진행되는 8회에 걸친 프로그램을 개발하여 중학교 1학년 학생 6명에게 적용했다. 야외 지질 답사는 2회로 자료 제공, 관찰, 규칙 생성, 가설 생성, 최종 가설 발표 순서로 진행됐다. 연구 자료로 야외 지질 답사 수업 녹음 및 녹화 자료, 학생 활동지 등이 수집되어 질적으로 분석됐다. 분석 결과, 야외 지질 답사 수행에서 세 가지 관찰 양상이 나타났다. 첫째, 관찰한 후 단서로 활용한 경우, 둘째, 관찰한 후 단서로 활용 하지 않은 경우, 셋째, 관찰하지 못해 단서로 활용하지 않은 경우 등이다. 각각은 단서의 지질학적 중요도, 주목도, 단서의 종류, 관찰 특징(주목도 요소), 단서 활용 내용, 단서 버림 이유 등으로 구분할 수 있다. 이러한 결과를 종합해 각 양상에 해당하는 교육적 적용 방안을 모색하여 제시했다.

이 연구는 최근 연구가 활발히 진행되는 극지 과학에 대한 인식과 관심을 널리 확산하고, 극지 소양의 개념과 방향성을 설정하고자, 학교 공통교육과정에 해당하는 교과서에서 극지 내용을 다룬 현황을 분석했다. 우리나라를 포함해 극지 진출이 활발한 5개국-미국, 프랑스, 일본, 독일, 영국의 과학과와 사회(지리)과 교과서 110권으로부터 추출한 402건의 사례를 함께 분석했고, 내용적, 형식적, 수업 단계적 측면에서 양적·질적 분석을 시도했다. 분석 결과를 바탕으로 지질과학 교육으로서 극지 연구의 가치와 더불어 지구 환경 변화의 지표로서 극지 연구의 인식 확산이 필요함을 논의했다. 교과서는 극지 빙하, 극지 화산론, 고체지구물리학, 극지 기반 시설, 그리고 지질 유산의 보전과 지질 자원 등을 주요한 극지 주제와 소재로 활용했다. 이를 통해 극지는 지구의 과거와 현재, 미래 환경에 중요한 단서를 지닌 연구 분야이며 좋은 지질학 교육 소재임을 알 수 있지만, 이를 체계적으로 강조할 교육학적 접근이 보완될 필요가 있다. 이를 위한 연구의 시사점으로 극지 과학 연구자와 교육자의 협력 체계 구축, 극지 소양을 위한 핵심 개념 추출과 그에 따른 내용 재구성, 교과와 연관된 새로운 극지 소재 발굴, 교과서 제시 형식의 다양화와 시각 자료 수준의 심화, 올바른 인지적 이해에 기반한 정의적 심상 고취 등을 제시했다. 교과서 속 극지 내용의 정비를 통해, 학생들의 극지 소양과 극지 과학 문화가 확산되고, 장차 지속 가능한 극지 연구의 원동력이 될 것으로 기대된다.

본 연구에서는 국내외 극지 관련 연구소 및 기관에서 운영하고 있는 극지 교육 프로그램의 교수 학습 특징을 분석하여 국내 극지 교육 프로그램에 대한 개선 방향을 제공하고자 한다. 이를 위해 극지연구소에서 제공하는 데이터베이스를 활용하여 33개국 45곳의 극지 관련 연구소 및 기관 중 최종적으로 9개국 16곳의 연구소 및 기관에서 현재 운영하고 있는 120개의 프로그램을 선정했다. 교육 대상, 교수자, 교육 기간, 교육 장소, 운영 방식, 교수 학습 내용, 교수 학습 방법을 분석 기준으로 하여 프로그램들을 분석했다. 연구 결과 교수자, 운영 방식, 교육 장소, 교수 학습 방법에서 국내외 프로그램의 유의미한 차이가 발견되었다. 이를 토대로 실제 프로그램 사례를 통해 극지 교육의 저변 확대, 극지 교육 프로그램 교육 방법의 다양화, 극지 교육의 체계화 측면에서 국내 극지 교육 개선 방향에 대해 논의했다. 본 연구는 극지에 대한 과학, 사회·경제·문화적 가치와 중요성을 토대로 우리나라의 극지 교육과 문화를 더욱 확산, 지속할 수 있는 구체적인 방안을 제시한다.

The hydrogen reduction behavior of the CuO-Co3O4 powder mixture for the synthesis of the homogeneous Cu-15at%Co composite powder has been investigated. The composite powder is prepared by ball milling the oxide powders, followed by a hydrogen reduction process. The reduction behavior of the ball-milled powder mixture is analyzed by X-ray diffraction (XRD) and temperature-programmed reduction at different heating rates in an Ar-10%H2 atmosphere. The scanning electron microscopy and XRD results reveal that the hydrogen-reduced powder mixture is composed of fine agglomerates of nanosized Cu and Co particles. The hydrogen reduction kinetics is studied by determining the degree of peak shift as a function of the heating rate. The activation energies for the reduction of the oxide powders estimated from the slopes of the Kissinger plots are 58.1 kJ/mol and 65.8 kJ/mol, depending on the reduction reaction: CuO to Cu and Co3O4 to Co, respectively. The measured temperature and activation energy for the reduction of Co3O4 are explained on the basis of the effect of pre-reduced Cu particles.

Nb-Si-B alloys with Nb-rich compositions are fabricated by spark plasma sintering for high-temperature structural applications. Three compositions are selected: 75 at% Nb (Nb0.7), 82 at% Nb (Nb1.5), and 88 at% Nb (Nb3), the atomic ratio of Si to B being 2. The microstructures of the prepared alloys are composed of Nb and T2 phases. The T2 phase is an intermetallic compound with a stoichiometry of Nb5Si3-xBx (0 ≤ x ≤ 2). In some previous studies, Nb-Si- B alloys have been prepared by spark plasma sintering (SPS) using Nb and T2 powders (SPS 1). In the present work, the same alloys are prepared by the SPS process (SPS 2) using Nb powders and hypereutectic alloy powders with composition 67at%Nb-22at%Si-11at%B (Nb67). The Nb67 alloy powders comprise T2 and eutectic (T2 + Nb) phases. The microstructures and hardness of the samples prepared in the present work have been compared with those previously reported; the samples prepared in this study exhibit finer and more uniform microstructures and higher hardness.

In this study, porous Mo-5 wt% Cu with unidirectionally aligned pores is prepared by freeze drying of camphene slurry with MoO3-CuO powders. Unidirectional freezing of camphene slurry with dispersion stability is conducted at -25℃, and pores in the frozen specimens are generated by sublimation of the camphene crystals. The green bodies are hydrogen-reduced at 750℃ and sintered at 1000℃ for 1 h. X-ray diffraction analysis reveals that MoO3- CuO composite powders are completely converted to a Mo-and-Cu phase without any reaction phases by hydrogen reduction. The sintered bodies with the Mo-Cu phase show large and aligned parallel pores to the camphene growth direction as well as small pores in the internal walls of large pores. The pore size and porosity decrease with increasing composite powder content from 5 to 10 vol%. The change of pore characteristics is explained by the degree of powder rearrangement in slurry and the accumulation behavior of powders in the interdendritic spaces of solidified camphene.

W-10 wt% Ti alloys that have a homogeneous microstructure are prepared by thermal decomposition of WO3-TiH2 powder mixtures and spark plasma sintering. The reduction and dehydrogenation behavior of WO3 and TiH2 are analyzed by temperature programmed reduction and a thermogravimetric method, respectively. The X-ray diffraction analysis of the powder mixture, heat-treated in an argon atmosphere, shows W- oxides and TiO2 peaks. Conversely, the powder mixtures heated in a hydrogen atmosphere are composed of W, WO2 and TiO2 phases at 600 ℃ and W and W-rich β phases at 800 ℃. The densified specimen by spark plasma sintering at 1500 ℃ in a vacuum using hydrogen-reduced WO3-TiH2 powder mixtures shows a Vickers hardness value of 4.6 GPa and a homogeneous microstructure with pure W, β and Ti phases. The phase evolution dependent on the atmosphere and temperature is explained by the thermal decomposition and reaction behavior of WO3 and TiH2.

The hydrogen reduction behavior of MoO3-CuO powder mixture for the synthesis of homogeneous Mo-20 wt% Cu composite powder is investigated. The reduction behavior of ball-milled powder mixture is analyzed by XRD and temperature programmed reduction method at various heating rates in Ar-10% H2 atmosphere. The XRD analysis of the heat-treated powder at 300oC shows Cu, MoO3, and Cu2MoO5 phases. In contrast, the powder mixture heated at 400oC is composed of Cu and MoO2 phases. The hydrogen reduction kinetic is evaluated by the amount of peak shift with heating rates. The activation energies for the reduction, estimated by the slope of the Kissinger plot, are measured as 112.2 kJ/mol and 65.2 kJ/mol, depending on the reduction steps from CuO to Cu and from MoO3 to MoO2, respectively. The measured activation energy for the reduction of MoO3 is explained by the effect of pre-reduced Cu particles. The powder mixture, hydrogen-reduced at 700oC, shows the dispersion of nano-sized Cu agglomerates on the surface of Mo powders.

Porous Cu with a dispersion of nanoscale Al2O3 particles is fabricated by freeze-drying CuO-Al2O3/camphene slurry and sintering. Camphene slurries with CuO-Al2O3 contents of 5 and 10 vol% are unidirectionally frozen at -30oC, and pores are generated in the frozen specimens by camphene sublimation during air drying. The green bodies are sintered for 1 h at 700oC and 800oC in H2 atmosphere. The sintered samples show large pores of 100 μm in average size aligned parallel to the camphene growth direction. The internal walls of the large pores feature relatively small pores of ~10 μm in size. The size of the large pores decreases with increasing CuO-Al2O3 content by the changing degree of powder rearrangement in the slurry. The size of the small pores decreases with increasing sintering temperature. Microstructural analysis reveals that 100-nm Al2O3 particles are homogeneously dispersed in the Cu matrix. These results suggest that a porous composite body with aligned large pores could be fabricated by a freeze-drying and H2 reducing process.

Porous W-10 wt% Ti alloys are prepared by freeze-drying a WO3-TiH2/camphene slurry, using a sintering process. X-ray diffraction analysis of the heat-treated powder in an argon atmosphere shows the WO3 peak of the starting powder and reaction-phase peaks such as WO2.9, WO2, and TiO2 peaks. In contrast, a powder mixture heated in a hydrogen atmosphere is composed of the W and TiW phases. The formation of reaction phases that are dependent on the atmosphere is explained by a thermodynamic consideration of the reduction behavior of WO3 and the dehydrogenation reaction of TiH2. To fabricate a porous W-Ti alloy, the camphene slurry is frozen at -30℃, and pores are generated in the frozen specimens by the sublimation of camphene while drying in air. The green body is hydrogen-reduced and sintered at 1000℃ for 1 h. The sintered sample prepared by freeze-drying the camphene slurry shows large and aligned parallel pores in the camphene growth direction, and small pores in the internal walls of the large pores. The strut between large pores consists of very fine particles with partial necking between them.