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이창현

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이창현쌤

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최인화

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이창현

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이창현

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화학1+지구과학1

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물리+지구과학

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생명과학1 화학1

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3) 주제선택 이유(동기)

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3) 주제선택 이유(동기)

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태양탐사선 파커태양탐사선을 들어본적이 있다 이 태양탐사선은 태양가까이 다가가서 태양에서 생기는 변화 혹은 태양을 알아본다 이때 의문점이 생겼다 우리의 과학기술이 엄청나게 발전한것도 맞고 우리삶이 풍족해진 것도 맞지만 태양열을 가까이서 버틸 수 있을까라는 의문점이 생겼다 따라서 어떤 식으로 태양열을 막아내는지 궁금증이 생겼다

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3) 주제선택 이유(동기)

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3) 주제선택 이유(동기)

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3) 주제선택 이유(동기)

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3) 주제선택 이유(동기)

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3) 주제선택 이유(동기)

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3) 주제선택 이유(동기)

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지금까지 계속해서 지구온난화에 대해 다양한 방법이 논의되고 있다. 이에 대해 찾아보다 어느 글을 보게되었는데, 이러한 지구온난화를 일으키는 온난기체 중 이산화탄소에 대해 이산화탄소를 줄이는 방법으로 탄소나노튜브가 논의된 내용이었다. 이 글의 내용을 참고하여 탄소나노튜브 외에도 이러한 온실기체를 줄일 수 있는 신소재의 현 상황과 앞으로의 가능성 등을 알아보고자 선정하게 되었다.

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3) 주제선택 이유(동기)

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3) 주제선택 이유(동기)

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도파민은 몸에서 다양한 역할을 하는 신경전달물질 중 하나이고 기억력과 관련하여 탐구해보면 흥미로울 것 같았다. 보상을 받을 때 오는 행복한 감정은 도파민으로부터 오는데 이런 일은 기억에도 더 잘 남고 도파민과 기억력이 어떤 관계가 있는지에 대해 호기심이 생겼고 이를 통해서 신경전달물질 분비를 잘 조절하여 정신,신체 기능에도 긍정적인 영향을 끼칠 수 있는지 궁금했다.

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생명과학+지구과학

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4) 1일차 탐구한 내용

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4) 1일차 탐구한 내용

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이론적 배경

태양탐사선 : 태양탐사선은 태양응 탐사하고 데이터를 수집하는 탐사선이다

대표적인 탐사선으로는 파커태양탐사선이 있는데 이탐사선은 가장 태양에 근접한 탐사선이다

TPS : 태양방패, 강화탐소섬유로 만들어져 가볍지만 초 고온의 온도를 버탸낼수있는 것이다

CFRC : 탄소보강콘크리트 콘크리트에 탄소섬유를 넣어 강도를 높인 복합재료이다

세라믹페인트 : 금속이 아닌 무기질로 고온에서 구워만든 단단한물질인 세라믹을 작은 입자로 만들어 첨가한 페인트로 내열성 내구성 단열성 방수성에서 뛰어난 고기능성 페인트이다

다중 산란효과 : 파커태양탐사선에서 사용되는 다중산란효과는 복사열이 세라믹 입자들 사이를 여러번 튕기며 내부 침투를 막고 대부분의 에너리를 밖으로 내보내는 작용이다

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3) 주제선택 이유(동기)

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3) 주제선택 이유(동기)

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현재 기후변화와 환경오염이 심각해지고 있고, 그로 인한 오존층 파괴가 대기 중 자외선의 양을 증가시켜 생물권에 직접적인 영향을 미치기 때문에 자외선을 많이 받게 될 때 식물에게 어떤 영향을 미치는지에 궁금증을 느꼈기 때문이다.

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4) 1일차 탐구한 내용

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4) 1일차 탐구한 내용

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4) 1일차 탐구한 내용

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4) 1일차 탐구한 내용

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4) 1일차 탐구한 내용

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4) 1일차 탐구한 내용

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자외선 문제에 큰 영향을 미치는 오존층에 대해 탐구해보았다.

오존층은 지구 대기권의 성층권에 위치한 오존분자(O₃)가 모여있는 층이며, 태양에서 오는 해로운 자외선(UV) 중 UV-B(중파)와 UV-C(단파)를 흡수해 지구로 도달하지 못하게 막음으로써 생태계를 보호한다. 이러한 중요한 역할을 하는 오존층이 파괴되는 이유는 CFCs(염화플루오로탄소), 할론가스, 탄화수소와 메틸브로마이드와 같은 인간이 만들어낸 화학물질이 대기 중으로 방출되면 성층권까지 올라가서 자외선에 의해 분해되며 염소, 브로민 등의 원소가 오존분자를 분해하여 오존층을 파괴한다.

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4) 1일차 탐구한 내용

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4) 1일차 탐구한 내용

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이산화탄소 문제에 대해 조명되는 탄소나노튜브 등에 대해 조사하기 전에 이러한 신소재나 온실기체 등에 대한 내용이 있으면 좋을 것 같아 정부에서 운영하는 꿈틀E(한국에너지기술연구원)의 블로그 내용 등을 읽으면서 내용을 정리하고 있다. 또한 이산화탄소 등 온실기체에 대해 현재까지 나온 대처법과 신소재를 이용한 방법과의 공통점과 차이점, 그리고 탄소나노튜브 외에도 온실기체를 포집하는 등 다양한 방법으로 사용되는 신소재에 대해 찾아보는 중이다.

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4) 1일차 탐구한 내용

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4) 1일차 탐구한 내용

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탐구를 하기에 앞서 이해해야 할 개념들을 정리하고자 다양한 프로그램을 활용했다.

신경전달물질:신경세포에서 다른 세포로 신호를 전달하는 화학 물질

도파민은 신경전달물질과 호르몬으로 쓰이지만 역할이 다르다. 감정과 보상에 관해서는 신경전달물질과 연관이 있다.

도파민은 뇌의 중뇌에 위치한 흑질,복측피개영역 그리고 시상하부에서 분비한다. 특히 복측피개영역에서 분비된 도파민이 보상, 중독, 감정, 동기 역할을 한다. 도파민은 의욕,행복,즐거움,기억 등 뇌에 다방면으로 관여한다. 도파민이 과도하거나 결핍이 일어나면 투렛 증후군,ADHD,조현병 등의 증상을 유발하기도 한다.

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윤리+일사

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5) 2일차 탐구한 내용

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5) 2일차 탐구한 내용

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태양대기에 처음 도달한 파커 태양탐사선

먼저 대기는 태양 지름의 10배 이상은 넓게 퍼져있은 태양 코로나가 있다고 얘기를 한다 그 코로나까지가 태양대기라고 얘기한다 파커 태양탐사선은 그 대기까지 도달한것이다 태양과 지구의 거리를 100m라고 한다면 태양과 가까운지점에서 4m정도까지 도달한것이다 여기서 신기한 점은 코로나가 태양표면의 온도보다 높다는 점이다 우리가 생각하는 상식으로는 중심에 가까워질수록 뜨거워지고 멀어질수록 시원해 져야한다 요즘설명으로는 태양에 자기장이 있는데 그 자기장에 뜨겁게 가열된 입자들이 타고올라와 터지면서 코로나에 제공되기때문에 밀도는 낮지만 개개인에 대한 에너지는 셀 수 있다라고 얘기한다

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3) 주제선택 이유(동기)

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3) 주제선택 이유(동기)

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시험 방식이 서술형 평가 중심으로 바뀌면서

객관식 문제만 잘 푸는 것으로는 부족해지고 있어요.

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4) 1일차 탐구한 내용

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4) 1일차 탐구한 내용

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디지털시대의 윤리적 문제점으로 대두되고 있는 것이 무엇인지 알기 위해 정보시간에 배운 다양한 인공지능 기술들을 다양하게 알아보고, 여기서 제기될 수 있는 문제점을 다룬 국어 지문을 활용하여 사고를 확장하고자 노력하였다. 나의 탐구의 방향이 어떻게 진행되는 것이 맞는지에 대해 조언을 줄 수 있는 "빅데이터", "디지털 기술의 길" 등등의 도서를 검색하였으며 이 중에서 "빅데이터"라는 도서를 학교 도서관에서 대출하여 정독하고 내용을 정리하는 중이다.

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5) 2일차 탐구한 내용

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5) 2일차 탐구한 내용

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5) 2일차 탐구한 내용

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5) 2일차 탐구한 내용

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5) 2일차 탐구한 내용

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5) 2일차 탐구한 내용

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자외선이 식물에 미치는 긍정적 효과와 부정적 효과는 무엇인지에 대해 조사해보았다.

자외선이 식물에 미치는 긍정적인 효과에는 광합성 조절이 있다. UV-B 광은 플라보노이드와 같이 빛 수확에 관여하는 특정 색소처럼 식물의 광합성 관련 유전자 발현에 영향을 미쳐 광합성 과정의 효율을 최적화하며 식물이 빛 에너지를 화학에너지로 더욱 효과적으로 전환할 수 있도록 한다. 또한, 자외선은 마디 사이가 짧아져 식물이 더 촘촘하게 자라는 등 식물 형태에 영향을 미칠 수 있고 잎의 두께가 늘어나는 등 잎 발달에 영향을 미쳐 식물이 환경 스트레스에 더 잘 적응하도록 도움을 준다. 이뿐만 아니라, 자외선은 식물의 수지 생산량을 증가시켜준다. 수지란, 곰팡이, 곤충, 감염 및 기타 건강 위협이 식물을 해치거나 수분 손실을 유발하는 것을 방지하는 보호막이다. 식물의 수지 생산은 식물의 플라보노이드와 타르펜을 증가시킨다. 이는 식물이 강한 UV 파장에 노출될때마다 더욱 증가한다. 수지 생산량이 증가하면 해충 및 질병에 대한 방어력이 증가한다.

자외선이 식물에 미치는 부정적인 효과에는 DNA 손상이 있다. 과도한 UV-B방사선은 DNA 가닥에 타이민 이합체를 형성하여 정상적인 DNA 복제와 전사를 방해한다. 이로 인해 식물의 복구 메커니즘이 과부화되면 돌연변이가 발생하거나 심지어 세포가 죽을 수도 있다. 또한, 높은 수준의 자외선은 식물에 산화 스트레스를 유발할 수 있다. 이는 자외선이 슈퍼옥사이드 라디칼과 같은 활성 산소종(ROS)의 생성을 자극하기 때문이다. ROS는 지질, 단백질, 핵산과 같은 세포 성분을 손상시켜 식물의 성장과 발달을 방해할 가능성이 높다.

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5) 2일차 탐구한 내용

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5) 2일차 탐구한 내용

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-탄소나노튜브에 대하여

탄소나노튜브는 6각형 고리로 연결된 탄소들이 지름 1나노미터의 긴 대롱 모양으로 기계적 강도가 매우 높고, 전기 전도성 및 열 전도성 등이 우수하면서 강철보다 강하면서도 탄성률이 좋아 잘 휘어지는 특성을 가지고 있다. 또한 속이 비어 있어 철보다 무게가 훨씬 가볍다. 열 전도도는 다이아몬드의 2배, 전기 전도도는 구리의 1000배가 되어 '꿈의 신소재'로 불린다.
(참고 : 한국과학기술원)
- 정부 운영 연구소 블로그 내용
이 자료에서는 탄소나노튜브를 활용하여 땀을 식혀주는 스마트 섬유에 대해 설명하고 있다. 메릴랜드대학교 연구진은 사람의 체온을 조절해주는 스마트 섬유를 개발했고 이 섬유는 일반적인 고분자섬유에 탄소나노튜브를 입혀서 만들었다. 이 섬유는 주변 환경에 따라 자동으로 온도를 조절하는 것이 가능하며 이 원리의 비밀은 적외선에 있다고 한다. 우리 몸은 적외선의 형태로 열을 내보내기 때문에 적외선을 적절히 조절하면 날씨가 더울 때는 시원하게, 추울 때는 따뜻하게 하는 것이 가능해진다고도 하였다. 연구진은 셀룰로오스 트리아세테이트 바이모르프 섬유질을 설계한 후 그 표면에 탄소나노튜브 박막을 코팅해 특수섬유를 제작했으며, 탄소나노튜브의 장점 중 하나인 높은 전기전도성으로 날씨에 따라 적외선을 내보내거나 가두어 체온조절을 하게 만든 것이다.이러한 적외선 통문 효과는 실 사이사이에서 발생하는 전자기 결합에 의해 발생한다. 이때 전자기 결합이란 2가지 이상의 회로 사이에 발생하는 전자기 상호작용이다. 전기전도성을 가진 탄소나노튜브가 하나의 회로의 역할을 하며 회로 사이의 거리에 따라 상호작용을 달리하게 되는데, 섬유를 이루는 트리아세테이트가 높은 습도의 환경에서 물을 흡수하면 셀룰로오스는 반대로 밀어내면서 결과적으로 섬유가 수축하게 된다. 이 상황에서 탄소나노튜브는 섬유의 수축으로 인해 가까워져 전자기 결합 효과가 커지면서 더욱 많은 적외선을 방출시키게 되며, 반대로 습도가 낮은 경우에는 섬유가 인완되면서 탄소나노 튜브의 거리가 멀어지게 되어 약해진 적자기 결합 효과로 적외선 방출을 줄여 열 손실을 막게되는 원리이다.

또 다른 자료에서는 탄소배출에 대한 문제를 탄소나노튜브 기술이 이용될 수 있다는 내용이다. 23년 5월달 경에 대기 중 이산화탄소 농도가 424.ppm으로 인류 역사상 가장 높은 수치이다. 산업혁명 이전과 비교하면 50% 이상 증가한 것이다. 매년 지구의 평균 기온은 오르고, 북극의 빙하는 녹는 등 다양한 문제와 함께 전 세계가 '탄소 배출'이란 공통의 위협에 직면하고 있는 등 자료를 요약하여 정리하고 있으며, 이산화탄소 포집 실험과 관련한 내용 또한 자료를 수집하여 정리하고 있다.

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5) 2일차 탐구한 내용

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5) 2일차 탐구한 내용

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디지털 시대의 윤리를 바르게 정리하고자 시도하는 나의 탐구활동의 근거를 마련하기 위해 쳇GPT뿐만 아니라 현재 통용되고 있는 다양한 어플이나 프로그램들을 활용하고, 여러가지 도구들의 장단점과 윤리적인 문제를 파악하기 위해 노력하였다. 이에 관련 학술자료에 접근하여 현시대적인 문제점들을 인식하게 되었으며 이에 대해 다른 사람들은 어떻게 생각하는지 알아볼 필요성을 실감하여 설문문항을 제작하여 그 링크를 공유하고 결과를 도출하는 작업을 진행하였다.

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5) 2일차 탐구한 내용

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5) 2일차 탐구한 내용

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도파민은 복측피개영역에서 분비되어 측좌핵,전두엽 피질로 이동하는 경로인 메솔림빅 경로가 있는데 이 경로는 보상과 쾌락,동기부여를 조절한다. 도파민은 새로운 정보를 학습할 때 해마(hippocampus)와 같은 기억 관련 뇌 부위의 시냅스 강도를 증가시켜 장기기억 형성에 기여한다. 이는 ’장기강화‘라는 신경가소성 과정과 밀접하게 연관되어 있다. 시냅스 강도 증가(LTP)는 신경가소성의 대표적 예시이다. 시냅스 강도 증가는 뉴런 간 연결을 강화하여 기억 형성과 엔그램 형성에 필수적이며, 어떤 뉴런이 기억 인코딩(외부 정보를 뇌가 받아들여 저장할 수 있는 형태로 변환하는 과정)에 참여할지 조절하는 중요한 신경생물학적 메커니즘이다.

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6) 3일차 탐구한 내용

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6) 3일차 탐구한 내용

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6) 3일차 탐구한 내용

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6) 3일차 탐구한 내용

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6) 3일차 탐구한 내용

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자외선이 식물에 미치는 부정적인 영향들을 자세하게 조사해보았다.

식물의 DNA가 자외선의 조사를 받으면 DNA 손상산물인 싸이클로부탄 피리미딘 이합체가 생성된다. 이는 DNA 복제시 정상적인 염기 결합을 방해하여 돌연변이, 악성형 질변이, 세포사 등의 장해를 주게 되고 이를 복구하기 위한 에너지와 자원 소모로 다른 생장 활동이 억제된다. 단백질과 자외선과의 반응은 히스티딘, 시스테인, 페닐알라닌, 트립토판 등의 아미노산에서 일어난다. 시스테인의 S-S기는 트립토판의 에너지 전달에 의해서도 환원되며, 자외선에 의해 직접 또는 페닐알라닌 등의 아미노산의 에너지 전달에 의해 활성화되고, 최종 생성물로서 N-formylkynurenine(트립토판이 분해될 때 생성되는 중간 대사산물)이 생성된다. 이와 같은 광생생물이 자외선을 흡수하면 핵산과 반응하여 세포에 장해를 주거나 기능을 교란시킨다. 또한, 식물의 생장이나 형태 형성에는 호르몬이 관여하고 있다. 이러한 호르몬은 모두 자외선 영역에서 최대 흡수를 갖기 때문에 UV-B 증가에 의해 분해 또는 산화 등의 불활성화가 일어난다. 이로 인해, 세포 분열과 신장이 억제되어 식물의 높이, 뿌리 길이, 잎 면적 등이 감소하고 잎이 UV-B를 차단하려고 하면서 왁스층이 증가하는데, 이는 광합성 효율 저하로 이어진다. 생체막의 주요 성분에는 불포화 지방산이 포함되어있다. 불포화 지방산은 UV-B를 흡수해 지질 과산화산물을 생선한다. 또한 UV-B 조사에 의해 활성산소의 생성이 촉진되며, 활성산소의 하나인 1중항산소는 콜레스테롤과 반응하여 과산화산물을 생성하고, 이러한 과산화산물은 생체막의 지방산을 연쇄적으로 파괴한다.

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6) 3일차 탐구한 내용

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6) 3일차 탐구한 내용

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-어제 요약을 다 하지 못한 자료 요약
전 세계가 '탄소 배출'이란 공통의 위협에 직면하고 있다. 이러한 문제는 탄소나노튜브(CNT) 기술이 해답이 될 수 있다고 한다. 흔히 나노기술은 의료나 반도체 분야에서만 스인다고 생각하는데, CNT는 이산화탄소를 선택적으로 흡착 및 저장을 할 수 있는 차세대 환경 기술로 각광받고 있다. 이러한 사실은 과학기술을 통해 기후변화에 적극적으로 대응할 수 있는 방법의 일부를 알고 있다는 것이다. CNT는 다양한 고분자 속에 제대로 섞는 것은 물과 기름과 같은 까다로운 관계라고 한다. 탄소나노튜브는 차세대 소재로 각광받지만, 고분자와 섞으려고 하면 쉽게 뭉치는 이유는 탄소나노튜브 간에 작용하는 반데르발스 힘 때문이다. 이 힘은 나노튜브끼리 서로 달라붙게하여 고분자 매트릭스 속에 고르게 분산되는 것을 어렵게 만들나. 그 결과 고분자 복합재료 내에서 균일한 물성을 확보하기 어려워져 CNT의 성능을 충분히 하지 못한다.

탄소를 줄이는 것과 관련하여 탄소 포집 기술(CCS)과 CNT에 대해 정리해보면, 전통적인 산소 포집 기술인 CCS는 배출된 이산화 탄소를 저장소에 격리하여 대기 중 유입을 차단하는 방식이다. 그러나 이 기술은 막대한 비용과 저장 장소의 한계 등의 문제점을 가지고 있다. 그래서 이에 대한 대안으로 탄소나노튜브가 주목받고 있다. CNT는 나노 크기의 튜브 형태로 이산화탄소 분자와 강하게 결합할 수 있고, 매우 넓은 비표면적을 통해 흡착 효율을 높일 수 있다. 또 표면 개질을 통해 선택적으로 이산화탄소만 포집하는 기능도 강등하여 차세대 CCS 기술로 꼽힌다. 또한 CNT은 대기 중 이산화 탄소 포집 외에도, 포집한 탄소를 메탄올 또는 에틴올과 같은 연료로 전환하는 전기화학적 탄소 기술에 응용될 수 있다.

또한 이산화탄소 포집 실험과 관련한 자료는 좀 더 탐색하고 있으며 위 자료의 나머지 내용 또한 마저 정리 및 요약하고 있다.

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6) 3일차 탐구한 내용

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6) 3일차 탐구한 내용

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파커태양탐사선은 어떻개 100만도에서 500만도되는 코로나속에서 작동할수 있을까? 일단 우주에는 열을 전달하는 매개체가 ‘거의’없기 때문이다 우주공간은 지구의 대기나 물 같은 환경과는 다르게 우주공간은 텅텅비어있다 따라서 파커호에 에너지를 전달할 수 있는 입자가 거의없어 체감온도는 훨씬낮다 이 온도가 아무리 낮다고해도 태양이기때문에 방심할 수는 없을것이다 따라서 파커태양탐사선을 보낸 나사에서는 TPS(태양방패)를 사용하였다 이 TPS는 두께 11.43cm로 최대 1650도까지의 내열설계를 하였다 1371도의 온도에도 탐사선 내부온도는 29.5도로 유지된다고한다 이 TPS는 강화 탄소 섬유 CFRC로 만들어져서 무게는 72kg으로 아주 가볍다 또 방패에 흰샥의 세라믹 페인트를 발라 열을 최대한 빈사하도록 하였다 그럼에도 태양가까이 다가가면 내부 기계의 온도가 올라갈 수도 있는데 이때는 에어컨이나 냉각수 같은 시스템이 작동해서 기계 내부온도를 낮추고 촬영을 하다가 온도가 올라가는 싱황이생기면 기계들이 전부 TPS뒤로가는 시스템을 설계하였다

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6) 3일차 탐구한 내용

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6) 3일차 탐구한 내용

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어제 도출된 설문의 결과와 다양한 학술 자료를 종합하여 탐구활동을 종합해보는 시간을 가졌다. 디지털기술에서 소외되고 있는 인간의 정체성 문제에 관심을 가지고 이를 정보+국어과목에서 배운 내용들을 확장하여 나의 생각을 정리하는 PPT자료를 제작하고 있는 중이다. 현재 발표자료의 목차와 대략적인 근거가 되는 내용을 조직하였으며 내일 나의 주장을 명확히 할 수 있는 자료를 보완하여 융합적인 사고를 돕는 발표자료를 제작하려 한다.

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6) 3일차 탐구한 내용

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6) 3일차 탐구한 내용

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도파민을 잘 조절하여 기억력을 향상 시킬 수 있을지에 대해서 1~2일차에서 탐색한 내용을 종합하여 탐구했다.

일단 도파민은 적정 수준에서 기억력을 최적화시킨다. 너무 과도하거나 적으면 오히려 기억력에 부정적 영향을 줄 수 있다. 신체 활동,충분한 수면,새로운 경험과 학습 , 도파민 전구체 섭취 , 적절한 보상과 동기부여로 도파민을 느낄 수 있다. 그러나 도파민 전구체와 같은 약물을 복용할 시에는 과도할 경우
역U자 효과로 오히려 기억력이 저하 될 수 있다.

도파민 전구체(예: L-DOPA)나 도파민 작용제 등 약물은 특정 임상 상황(파킨슨병, ADHD 등)에서 인지 기능 개선 효과가 보고되었으나, 건강한 개인에게서 도파민 농도를 인위적으로 조절할 경우 신경정신계 부작용(불안, 충동조절 장애, 환각 등)과 심혈관계 이상, 내성 및 의존성 위험이 동반될 수 있다. 도파민 신경전달은 역U자 곡선 형태로 인지 기능에 영향을 미치므로, 약물로 적정 농도를 유지하는 것은 매우 어렵고, 오히려 인지 기능 저하로 이어질 수 있다. 따라서 도파민 관련 약물을 부작용 없이 기억력 증진 목적으로 사용하는 것은 신경생물학적·임상적으로 권장되지 않으며, 자연스러운 도파민 활성(운동, 수면, 새로운 경험 등)을 통한 접근이 더욱 안전하고 효과적이다.

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자외선에 대한 식물의 방어기구에 대해서 조사해보았다.

자외선 중 UV-B는 화학반응을 일으킬 수 있는 강한 에너지를 갖고 있어 세포를 투과하여 핵 안의 DNA 분자를 손상시키거나 파괴함으로써 생명에 영향을 줄 수 있다. 식물은 이와 같은 자외선의 피해를 막기 위해 세포에 여러 가지 방어물질을 축적함으로써 자외선이 세포 안으로 투과하는 것을 막는다. 식물의 잎을 싸고 있는 맨 바깥에는 표피조직이 있다. 표피조직은 한 층의 얇은 표피세포로 되어 있으며 고산으로 올라갈수록, 또는 열대 지방으로 갈수록 표피조직이 왁스나 큐티쿨라층으로 덮여 있거나 아주 작은 털로 싸여 있다. 잎이나 줄기의 표피층을 덮고 있는 왁스층, 큐티쿨라층은 수분 손실을 방지하는 역할 이외에 자외선의 투과를 막는 역할도 한다. 또한 고산식물의 잎은 대부분 좁고 빽빽하게 많이 달려 있는데, 이것 역시 잎을 겹치게 배치함으로써 직접 광선에 노출되는 것을 방지하기 위한 것이다. 잎의 색깔은 빨간색에서 파란색까지 나타낼 수 있는 플라보노이드계 물질, 노란색에서 오렌지색까지 나타낼 수 있는 카로티노이드계 물질, 녹색을 나타내는 엽록소 a, b가 있다. 이 물질들은 광선의 파장을 흡수 또는 반사한다. 잎이 나타내는 다양한 색깔은 이 물질들이 어떤 비율로 섞이느냐에 따라 여러 가지 색깔로 표현된다. 특히 액포에 들어 있는 플라보노이드는 식물이 자외선 UV-B에 대응하여 생산하는 물질이다. 잎에 도달한 자외선은 잎의 위쪽 표피세포의 액포 안에 들어 있는 플라보노이드 색소에 흡수된다. 가시광선과 UV-B는 플라보노이드에 방해받지 않고 위쪽 표피세포를 통과하여 엽육세포까지 도달할 수 있는데, 가시광선은 엽록체에 있는 엽록소에 흡수되어 광합성에 이용되고, UV-A는 파란 광선을 활성화하는 데 이용된다. 잎의 뒤쪽 표피세포에는 플라보노이드가 들어 있지 않다. 자외선이 많은 고산지대에 피는 꽃의 색깔이 짙은 색을 띠는 것은 곤충을 유인하는 한편 자외선을 차단하는 방어기능을 겸하기 때문이다.

지금까지 조사한 것과 생명과학 및 지구과학 시간에 배운 내용들을 바탕으로 보고서를 제작하려고 한다.

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-나머지 정리 요약
-CNT의 특성과 환경 정화 기술로서의 가능성
탄소나노튜브는 표면적이 넓고 친수성 또는 소수성 성질을 조절할 수 있어 물속이나 대기 중의 오염물질을 효과적으로 흡착하는 능력을 가지고 있다. 예를 들면 중금속 이온은 CNT 표면의 결함이나 작용기와 결합해 쉽게 제거될 수 있다. 또한 다양한 오염물질과의 화학적 반응을 통해 분해 속도를 높일 수 있다. 특히 표면을 특정 기능기로 변형하면 특정 오염물질에 대한 선택적 흡착이 가능해져 보다 정밀한 환경 정화가 가능하다. 기존의 환경 정화 기술에는 활성탄 흡착, 막 여과, 화학적 산화 등이 포함된다. 이러한 방법들은 효과적이지만, 유지 비용이 높거나 효율이 제한적일 수 있다. 반면 CNT를 활용한 정화 기술은 높은 흡착 용량, 재사용 가능성 등의 장접을 가지고 있다. 특히 활성탄과 비교했을 때 오염 물질의 제거 속도가 빠르고ㅗ, 더 적은 양으로도 높은 정화 효과를 낼 수 있어 경제적인 측면에서도 유리하ㅏ다. 따라서 CNT는 기존 정화 기술을 보완하고 새로운 친환경 기술로 자리 잡을 가능성이 있다.

-탄소나노튜브를 활용한 대기 오염 정화 기술
산업화와 자동차 배기가스로 인해 대기 중에는 다양한 우해 가스가 포함되어 있다. 대표적으로 이산화황, 이산화질소, 일산화탄소 등이 있으며 이는 인체 건강뿐만 아니라 환경에도 심각한 영향을 끼친다. 기존의 활성탄이나 금속 촉매 기반 흡착 기술은 한계가 있어 더 효과적인 정화 기술이 요구되고 있다. 탄소나노튜브는 넓은 비표면적과 높은 흡착 능력을 바탕으로 유해 가스를 효과적으로 제거할 수 있다. 특히 CNT의 표면을 화학적으로 개질하여 특정 가스와의 반응성을 높이면 더 빠르고 효율적인 정화가 가능하다. 예를 들어, 산화철 나노입자가 포함된 CNT 복합체는 일산화탄소를 이산화탄소로 변환하는 능력을 가진다. 또한 금속산화물과 결합된 CNT는 질소산화물 제거에 효과적이며 이는 대기 질 개선과 스모그 저감에 기여할 수 있다고 한다. 미세먼지와 초미세먼지는 인체에 치명적인 영향을 미치는 대표적인 대기 오염원이다. 특히 나노 크기의 초미세먼지는 호흡기를 통해 체내 깊숙히 침투하여 다양한 질병을 유발할 수 있다. 일반적인 정화 필터는 미세먼지를 걸러내는 방식이지만, 시간이 지나면 필터가 오염되러 교체해야 하는 단점이 있다. 탄소나노튜브는 높은 표ㅛ면적과 정전기적 성질을 활용하여 미세먼지를 보다 효육적으로 포집할 수 있다. 또한, CNT 기반 필터는 일반 필터보ㅗ다 더 많은 먼지를 흡착할 수 있으며, 이는 유지보수 비용 절감과 지속적인 공기 정화 효과를 제공한다고 한다. 대기 중의 유해가스를 단순히 흡착하는 것이 아니라 분해햐여 무해한 물질로 변환하는 기술도 중요한 연구 분야라고 한다. 탄소나노튜브는 촉매 기능을 가진 금속 나노입자와 결합할 경우, 오염 물질을 분해하는 능력이 향상된다. 예를 들어 팔라듐이 도핑된 CNT는 자동차 배기가스 내의 일산화탄소와 탄화수소를 물과 이산화탄소로 변환할 수 있다. 또한 CNT는 광촉매 반응을 이용하여 태양광이나 자외선을 활용한 오염 물질 분해 기술에도 적용될 수 있다. 이 기술은도시의 공기 질 개선, 공장 배기 가스 처리, 실내 공기 정화 등 다양한 분야에서 활용될 수 있으며, 향후 스마트 공기 청정 시스템을 발전할 가능성이 높다.

- 탄소 포집 및 저장 기술(CO2)
탄소나노튜브는 높은 기공률과 화학적 개질을 통해 이산화탄소를 선택적으로 흡착하는 능력을 가지며, 이는 탄소 포집 및 저장 기술에 적용될 수 잇다. CNT 기반 이산화탄소 포ㅗ집 시스템은 기존의 흡착제보다 더 높은 흡착 성능을 보이며, 저에너지로도 효과적인 포집이 가능하다고 한다. 또한 CNT를 활용한 전기화학적 환원 반응을 통해 이산화탄소를 유ㅠ용한 연료로 전환하는 연구도 진행되고 있다.

이러한 내용과 화학1과 지구과학1의 내용을 바탕으로 보고서를 작성하고 있다.

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파커 태양 탐사선에 사용된 TPS(Thermal Protection System)는 태양의 극심한 복사열을 차단하고 우주선 내부를 안전하게 유지하기 위해 개발된 고기능성 다층 구조이다 이 구조는 크게 표면층, 상판, 중간층(코어), 하판으로 구성된 샌드위치 형태로 설계되어 복사열의 유입을 최소화한다 표면층은 알루미늄 산화물(Al₂O₃) 기반의 세라믹 코팅으로 이루어져 있다 이 층은 눈에 보이게 흰색을 띠며, 복사열 반사율이 매우 높은 것이 특징이다 알루미나 입자(알루미늄 산화물)는 자외선과 가시광선을 포함한 태양 복사 에너지의 상당 부분을 반사시키고, 열을 흡수하지 않아 표면 온도 상승을 억제한다 또한 미세한 세라믹 입자들이 입체적으로 배열되어 다중 산란 효과를 일으켜 복사된 빛이 내부로 침투하지 못하고 겉에서 대부분 반사되는 것이다 그 결과, 태양으로부터 오는 에너지가 TPS 내부로 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다 상판은 탄소섬유를 기반으로 한 탄소–탄소 복합재로 구성되어 있다 이 복합재는 고온에서도 녹지 않고, 약 3000도 이상의 열에서도 안정적으로 형태를 유지할 수 있다 탄소가 산화되지 않으면 녹는점이 존재하지않고 3000도가 넘는 온도에서 승화가 일어나기때문이다 탄소 원자의 sp2 결합 구조는 평면상에서 매우 강한 공유결합을 형성하고 있어 열 충격에 강하며, 결정 내에서 열이 골고루 퍼지도록 하여 열 집중을 방지한다 또한 진공 상태에서 산화가 발생하지 않기 때문에, 태양 가까이 접근하는 극한의 환경에서도 재료가 손상되지 않는다 상판은 구조적으로도 중간층을 보호하는 역할을 하며, 외부 입자 충돌에도 강한 내구성을 갖는다 중간층, 즉 TPS의 코어는 발포형 탄소재료로 채워져 있다 이 발포체는 약 97% 이상이 빈 공간으로 구성된 초경량 다공성 구조이며, 열전도율이 매우 낮다 고체로 이루어진 열전달 경로가 거의 없고, 내부의 미세 공극이 열 흐름을 끊어주기 때문에, 복사열이나 전도열이 내부로 전달되는 것을 극도로 억제할 수 있다 대류는 기공 크기가 너무 작고 우주 환경이 진공이기 때문에 사실상 일어나지 않으며, 복사열도 내부에서 산란되거나 억제된다 이러한 특성 덕분에 전면이 1400도 이상이더라도 TPS 내부는 약 30도 정도의 안정된 온도를 유지할 수 있다 상판은 상판과 마찬가지로 탄소–탄소 복합재로 제작되어 TPS 전체 구조의 강성을 유지한다. 이 하판은 탐사선 본체와 직접 연결되어 있으며, 구조적 지지와 더불어 중간층 단열재의 보호 역할도 수행한다 상판과 하판 모두 열전도율은 낮으면서도 기계적 강도는 높아, 발포 코어를 안정적으로 지지하면서 외부 충격이나 진동에도 강한 내열 복합 구조를 이룬다 파커 태양 탐사선의 TPS는 각 층이 복사열 반사, 전도 차단, 기계적 보호 등 서로 다른 기능을 수행하면서 유기적으로 결합된 고기능성 열차폐 시스템이다. 이러한 구조 덕분에 탐사선은 태양 표면 700만 km 거리까지 접근하면서도 내부 시스템을 완벽히 보호할 수 있다

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어제 도출된 설문의 결과와 다양한 학술 자료를 종합하여 탐구활동을 종합해보는 시간을 가졌다. 디지털기술에서 소외되고 있는 인간의 정체성 문제에 관심을 가지고 이를 정보+국어과목에서 배운 내용들을 확장하여 나의 생각을 정리하는 PPT자료를 제작하고 있는 중이다. 현재 발표자료의 목차와 대략적인 근거가 되는 내용을 조직하였으며 내일 나의 주장을 명확히 할 수 있는 자료를 보완하여 융합적인 사고를 돕는 발표자료를 제작하려 한다.

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지금까지 탐구한 자료를 종합하여 정리하는 시간을 가지고 보고서를 작성하였다.

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생명과학 계열 진로에 대한 관심을 바탕으로 자외선이 식물에 미치는 영향에 대해 문헌 조사와 다양한 자료 분석을 수행함. 자외선이 식물의 생장과 광합성에 미치는 부정적 영향에 주목하여, 엽록소 파괴와 광합성 효소 활성 저하, 분자적 수준에서의 스트레스 유발 등 구체적 사례를 조사함. 이 과정에서 자외선이 잎의 변색, 시듦, 성장 저해 등 다양한 생리적 변화를 일으킨다는 점을 확인함. 동시에 자외선이 식물의 방어물질 합성을 촉진하여 해충 및 병원균에 대한 저항성을 높여주는 긍정적 역할도 있다는 점에 주목함. 빛의 종류와 강도, 특히 자외선의 영향이 식물 생장에 결정적 변수가 될 수 있음을 다양한 연구 결과와 교과 지식을 융합하여 분석함. 여러 자료를 비교·분석하며 자외선의 복합적 역할을 다각도로 이해하고자 노력함. 탐구 과정에서 빛이 식물에 미치는 영향을 단순화하지 않고, 다양한 관점에서 접근하는 태도를 보임. 실제 실험을 통한 직접적 관찰이 부족했던 점을 인식하고, 향후 실험적 탐구로 확장하고자 하는 의지를 보인 점이 인상 깊었으며, 생명과학 분야에서의 탐색 능력과 융합적 사고가 기대됨.

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'기후 변화와 환경 오염의 해법으로 조명되는 신소재의 현재와 미래'라는 주제로 선정하여 기후 변화에 대응 가능한 신소재로 탄노나노튜브를 밝힘. 탄소나노튜브의 성질을 밝히며 현재 탄소나노튜브의 개발 사례중 하나인 체온 조절이 가능한 섬유를 예로 제시함. 이 섬유에 대하여 섬유가 체온을 조절하는 방법을 상세히 설명함. 이후 본 탐구에 사용되는 내용을 간단히 정리하고, 환경 오염 중 대기 중의 이산화탄소의 포집에 탄소나노튜브가 적용될 수 있음을 밝힘. 또한 기존의 이산화탄소 포집 기술인 CCS의 대체제로 탄소나노튜브가 사용이 가능한 것을 보이며 이 둘의 차이점을 설명함. 기존의 CCS에 비해 탄소나노튜브를 활용한 이산화탄소의 포집 기술에 대해 자세히 설명함으로써 탄소나노튜브의 발달 가능성을 보임. 이 탐구를 통해 탄소나노튜브의 사용 분야가 매우 넓다는 것을 인식하고, 이후 탐구 방법으로 환경 오염을 줄일 수 있는 신소재에 대해 탐구를 준비 중임을 밝힘. 탐구를 진행하면서 나오는 개념에 대해 과학적으로 서술함. 이 탐구를 통해 환경 오염에 대해 신소재가 해법으로 작용할 수 있다는 사실을 알게 됨.  이러한 내용을 가지고 탐구 보고서를 자세하게 작성함.

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우주 환경에서의 극한 온도 조건을 견디는 기술에 관심을 가지고 태양과 가까운 거리에서 임무를 수행한 파커 태양 탐사선의 열차폐 시스템(TPS: Thermal Protection System)에 대해 탐구하였다 구조를 단순히 알아보는 것에 지나지 않고, TPS를 구성하는 표면층(알루미나 세라믹 입자), 상판(C–C 복합재), 중간층(탄소 발포체), 하판 각각의 재료 특성과 열 차단 원리를 과학적으로 분석하였다 특히 알루미나 입자의 다중 산란 효과가 복사열 침투를 줄이는 원리, 탄소 복합재가 sp² 구조를 통해 3000°C 이상의 고온에서 안정성을 유지하는 이유, 탄소 발포체의 열전도율이 낮은 이유를 각각 물리·화학적 관점에서 설명하며 이론적 이해를 깊이 있게 다졌다 탐구 전반에 걸쳐 진로와 직접 연계되는 전문성과 몰입도가 두드러졌으며, 이를 통해 극한 환경에서의 재료 설계와 방열 기술의 중요성을 명확히 이해하는 계기가 되었다

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(예시) 자율적 교육과정 프로젝트에 참여하여 '❶’ 주제를 선정하고 스스로 ❹핵심 질문(~, ~, ~)을 만들어 답을 찾는 탐구활동을 수행함. 이를 위해 ❻~,~,~,~, 등의 핵심 키워드로 자료를 조사함. ❼참고도서(~, ~, ~) 책을 읽고, ❽독서활동을 통해~, ❾조사 및 사례 분석~ 등을 학습함. ❿나만의 특색 활동/ 해결 방안으로 ~를 제안함.

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‘도파민을 통한 기억력 향상 가능성’을 주제로 심화 탐구를 수행하며, 도파민이 신경전달물질로서 보상, 동기, 감정뿐만 아니라 기억 형성과도 밀접한 관련이 있음을 다양한 과학 자료를 통해 분석함. 특히 도파민이 뇌의 복측피개영역에서 분비되어 측좌핵과 전두엽 피질로 이동하는 메솔림빅 경로에서 보상과 쾌락, 동기부여 등을 조절하며 해마에서 시냅스 강도를 높여 장기강화를 유도해 기억력에 영향을 준다는 점에 주목함. 역U자 곡선 형태의 도파민 효과를 통해 도파민 농도가 너무 높거나 낮을 경우 기억력이 오히려 저하될 수 있음을 이해하였고 도파민 전구체나 작용제 복용 시 부작용과 내성, 의존성 등 신경정신계 이상이 발생할 수 있어서 약물보다는 수면, 운동, 새로운 자극 등 자연적인 방법을 통해 도파민을 적정 수준으로 유지하는 것이 바람직하다는 결론에 도달함. 주제를 스스로 설정하고 뇌과학적 개념을 꾸준히 정리하며 탐구 내용을 구조화하고 심화 자료를 바탕으로 과학적 사고력, 자기주도적 학습 태도, 자료 분석 능력을 고루 갖추었음을 보여줌.

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20701 금초원- 자율적 교육과정

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20711 박효준 주제 융합 프로젝트

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20710박주원 자율적교육과정 탐구보고서