In this article, I will introduce recent developments of environmental-friendly materials fabricated using atomic layer deposition (ALD). Advantages of ALD include fine control of the thin film thickness and formation of a homogeneous thin fim on complex-structured three-dimensional substrates. Such advantages of ALD can be exploited for fabricating environmental-friendly materials. Porous membranes such as anodic aluminum oxide (AAO) can be used as a substrate for $TiO_2$ coating with a thickness of about 10 nm, and the $TiO_2$-coated AAO can be used as filter of volatile organic compound such as toluene. The unique structural property of AAO in combination with a high adsorption capacity of amorphous $TiO_2$ can be exploited in this case. $TiO_2$ can be also deposited on nanodiamonds and Ni powder, which can be used as photocatalyst for degradation of toluene, and $CO_2$ reforming of methane catalyst, respectively. One can produce structures, in which the substrates are only partially covered by $TiO_2$ domains, and these structures turns out to be catalytically more active than bare substrates, or complete core-shell structures. We show that the ALD can be widely used not only in the semiconductor industry, but also environmental science.
The operational characteristics of the duoplasmatron ion source are investigated in order to obtain the maximum achievable extraction current of the $He^+$ ion beam with the small divergence. Under the variations of the gas pressure, the arc current, the magnet current and the extraction voltage of the ion source, the change of the extracted $He^+$ ion beam current is observed. An oxide filament, the mixture of BaO and SrO coated on Ni meshes, is used as the hot cathode, and its average lifetime is about 100 hours. The extraction current is linearly proportional to the arc current. As the magnet current of the ion source is increased, the extraction current increases, but the beam divergence becomes larger. The maximum extraction current is obtained at the source pressure of 0.084 Torr. The extraction current is proportional to the extraction voltage raised to the power of 3/2 as estimated from theory. At the extraction voltage of 5.72 kV, the maximum extraction current of 50 $\mu$A is obtained under the optimized extraction condition.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.77.1-77.1
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2013
Atomic layer deposition (ALD) is known for its self-limiting reaction, which offers atomic-level controllability of the growth of thin films for a wide range of applications. The self-limiting mechanism leads to very useful properties, such as excellent uniformity over a large area and superior conformality on complex structures. These unique features of ALD provide promising opportunities for future electronics. Although the ALD of Al2O3 film (using trimethyl-aluminum and water as a metal precursor and oxygen source, respectively) can be regarded as a representative example of an ideal ALD based on the completely self-limiting reaction, there are many cases deviating from the ideal ALD reaction in recently developed ALD processes. The nonconventional aspects of the ALD reactions may strongly influence the various properties of the functional materials grown by ALD, and the lack of comprehension of these aspects has made ALD difficult to control. In this respect, several dominant factors that complicate ALD reactions, including the types of metal precursors, non-metal precursors (oxygen sources or reducing agents), and substrates, will be discussed in this presentation. Several functional materials for future electronics, such as higher-k dielectrics (TiO2, SrTiO3) for DRAM application, and resistive switching materials (NiO) for RRAM application, will be addressed in this talk. Unwanted supply of oxygen atoms from the substrate or other component oxide to the incoming precursors during the precursor pulse step, and outward diffusion of substrate atoms to the growing film surface even during the steady-state growth influenced the growth, crystal structure, and properties of the various films.
In this study, the performances of various adsorbents-red mud, zeolite, limestone, and oyster shell-were investigated for the adsorption of multi-metal ions ($Cr^{3+}$, $Ni^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Zn^{2+}$, $As^{3+}$, $Cd^{2+}$, and $Pb^{2+}$) from aqueous solutions. The result of scanning electron microscopy analyses indicated that the some metal ions were adsorbed onto the surface of the media. Moreover, Fourier transform infrared spectroscopy analysis showed that the Si(Al)-O bond (red mud and zeolite) and C-O bond (limestone and oyster shell) might be involved in heavy metal adsorption. The changes in the pH of the aqueous solutions upon applying adsorbents were investigated and the adsorption kinetics of the metal ions on different adsorbents were simulated by pseudo-first-order and pseudo-second-order models. The sorption process was relatively fast and equilibrium was reached after about 60 min of contact (except for $As^{3+}$). From the maximum capacity of the adsorption kinetic model, the removal of $Pb^{2+}$ and $Cu^{2+}$ were higher than for the other metal ions. Meanwhile, the reaction rate constants ($k_{1,2}$) indicated the slowest sorption in $As^{3+}$. The adsorption mechanisms of heavy metal ions were not only surface adsorption and ion exchange, but also surface precipitation. Based on the metal ions' adsorption efficiencies, red mud was found to be the most efficient of all the tested adsorbents. In addition, impurities in seawater did not lead to a significant decrease in the adsorption performance. It is concluded that red mud is a more economic high-performance alternative than the other tested adsorption materials for applying a removal of multi-metal in seawater.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.4
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pp.296-303
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2015
The concentration of solute in a $NaBH_4$ solution is limited due to the low solubility of $NaBO_2$. The performance of a hydrogen generation system was evaluated using various concentrations of $NaBH_4$ solution. First, a self-hydrolysis test and a hydrogen generation test for 30 min were performed. The composition of $NaBH_4$ solution was selected to be 1 wt% NaOH + 25 wt% $NaBH_4$+74wt% $H_2O$ by considering the amount of hydrogen loss, stability of hydrogen generation, $NaBO_2$ precipitation, conversion efficiency, and the purpose of its application. A hydrogen generation system for a 200 W fuel cell was evaluated for 3 h. Although hydrogen generation rate decreased with time due to $NaBO_2$ precipitation, hydrogen was produced for 3 h (conversion efficiency: 87.4%). The energy density of the 200 W fuel cell system was 263 Wh/kg. A small unmanned aerial vehicle with this fuel cell system can achieve 1.5 times longer flight time than one flying on batteries.
Kim, Eunju;Hirata, Chiharu;Jeong, Hoon Young;Kil, Youngwoo;Yang, Kyounghee
Korean Journal of Mineralogy and Petrology
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v.33
no.4
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pp.307-324
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2020
Major and trace elements, and Sr, Nd, isotopic composition analysis have been carried out on the Miocene basalt (Huangsongpu basalt, 20 Ma) 25 km to northeast from the Mt. Baekdu. The basalt has Na2O+K2O=3.5~4.7 wt.%, and MgO=9.9~11.1 wt.%, containing Mg-rich olivine (Mg#=75~86), clinopyroxene (Mg#=72~85) and Ca-rich plagioclase micro-phenocrysts. These data suggest that the basalt belongs to the alkaline magma series with a primitive nature, crystallized at a near-liquidus. The basalt is also characterized by high Cr (394~479 ppm) and Ni (389~519 ppm) contents, Nb-Ta enrichment anomalies and OIB-like trace elements patterns, displaying identical signatures to those of typical intraplate magmas. The rare earth element (REE) patterns of the basalt and high (Gd/Yb)sample/(Gd/Yb)PM ratio (=2.8~3.5) suggest the parental magma was derived from relatively low-degree (3~5%) partial melting of garnet peridotite. The 143Nd/144Nd and 87Sr/86Sr composition of the basalt are higher than those of BSE. The high 87Sr/86Sr (= ~0.7058) ratio of the basalt indicates a contribution of recycled ancient oceanic crust or continental crust on the Pacific slab suggesting that the Huangsongpu basalt was generated from metasomatized mantle.
A study on the recovery of nitric and hydrofluoric acids is carried out with pulsed column extractor in order to the industrial application of this process. Firstly, from the continuous experiments about the recovery of acids using domestic stainelss steel pickling solution, it is found out that the free nitric and hydrofluoric acids are only extracted by 70% TBP and the heaby metals such as Fe, Cr and Ni are not extracted. The effectiveness of extraction and stripping generally improves as the pulse velocity(product of amplitude and frequency) is increased, optimum performance typically occuring slightly below an amplitude-frequency product which results in flooding the column because of excessive emulsification. When the pickling solution is treated by 70% TBP at a phase ratio of A/O=1/2 in the extraction and by distilled water at a phase ratio of O/A=1 in the stripping, the concentration of refined acides are 102g/$\ulcorner$$HNO_3$and 8.8g/$\ulcorner$ HF, respectively and the recovery of $HNO_3$and HF are 90.7% and 75.2%, respectively.
Park, Hee Jung;Joo, Jong Hoon;Yang, Jae-Kyo;Jin, Yun Ho;Lee, Kyu Hyoung
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.29
no.8
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pp.510-515
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2016
Single-chamber solid oxide fuel cells (SC-SOFCs) consist of only one gas chamber, in which both the anode and the cathode are exposed to the same fuel-oxidant mixture. Thus, this configuration shows good thermal and mechanical resistance and allows rapid start-up and -down. In this study, the unit cell consisting of $La_{0.8}Sr_{0.2}MnO_3$ (cathode) / $Zr_{0.84}Y_{0.16}O_{2-x}$ (electrolyte) / $Ni-Zr_{0.84}Y_{0.16}O_{2-x}$ (anode) was fabricated and its electrochemical property was investigated as a function of temperature and the volume ratio of fuel and oxidant for SC-SOFCs. Impedance spectra were also investigated in order to figure out the electrical characteristics of the cell. As a result, the cell performance was governed by the polarization resistances of the electrodes. The cell exhibited an acceptable cell-performance of $86mW/cm^2$ at $800^{\circ}C$ and stable performance for 3 hs under 0.7 V.
This study was aimed to develop catalytic system for the dry-based reduction of oxidized mercury ($Hg^{2+}$) to elemental mercury ($Hg^0$) which is one of the most important components comprising mercury continuous emission monitoring system (Hg-CEMS). Based on the standard potential in oxidation-reduction reaction, transition metals including Fe, Cu, Ni and Co were selected as possible candidates for catalyst proceeding spontaneous reduction of $Hg^{2+}$ into $Hg^0$. These transition metal catalysts revealed high activity for reduction of $Hg^{2+}$ into $Hg^0$ in the absence of oxygen in reactant gases. However, their activities were greatly decreased in the presence of oxygen, which was attributed to the transformation of transition metals by oxygen to the corresponding transition metal oxides with less catalytic activity for the reduction of oxidized mercury. Hydrogen supplied to the reactant gases significantly enhanced $Hg^{2+}$ reduction activity even in the presence of oxygen. It might be due to occurrence of combustion reaction between $H_2$ and $O_2$ causing the consumption of $O_2$ at such high reaction temperature at which oxidized mercury reduction reaction took place. Because the system showed high activity for $Hg^{2+}$ reduction to $Hg^0$, which was compatible to that of wet-chemistry technology using $SnCl_2$ solution, the catalytic reduction system of Fe catalyst with the supply of $H_2$ could be employed as a commercial system for the reduction of oxidized mercury to elemental mercury.
Depending on the Bio-gas sources, main component gases of $CH_4$ and $CO_2$ are shown to be variously present in amounts. For the anaerobic digester, The concentration of $CH_4$ and $CO_2$ in the gases are 60~70 and 30~35 vol%. For the landfill gas, $CH_4$ and $CO_2$ are 40~60 and 40~60 vol%. For the food wastes, $CH_4$ and $CO_2$ are 60~80 and 20~40 vol%, respectively. In this study, maximum conversion rates of $CO_2$ were obtained from the variety of concentrations of $CH_4$ and $CO_2$ by the catalysts of reforming reactions. Moreover, in order to get maximum producing amount of synthetic gas, experimental studies were performed to optimize the reaction variables. On the basis of $CH_4$, 243 ml, R [$CH_4/(O2+CO_2)$] value were varied from 0.8 to 1.35, in the study of $CH_4$ and $CO_2$ reforming reactions. It was shown that the optimal results were obtained for 1.35 of R value. And also, at $850^{\circ}C$ and 1 atm, the production rate of synthetic gas was 90% and the conversion rates of $CH_4$ and $CO_2$ were higher than 99% and 90%, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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