(3-mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPTMS) was used as a silylation agent, and modified silica nanoparticles were prepared by solution polymerization. 2.0 g of silica nanoparticles, 150 ml of toluene, and 20 ml of MPTMS were put into a 300 ml flask, and these mixtures were dispersed with ultrasonic vibration for 60 min. 0.2 g of hydroquinone as an inhibitor and 1 to 2 drops of 2,6-dimethylpyridine as a catalyst were added into the mixture. The mixture was then stirred with a magnetic stirrer for 8 hrs. at room temperature. After the reaction, the mixture was centrifuged for 1 hr. at 6000rpm. After precipitation, 150 ml of ethanol was added, and ultrasonic vibration was applied for 30 min. After the ultrasonic vibration, centrifugation was carried out again for 1 hr. at 6000rpm. Organo-modification of silica nanoparticles with a ${\gamma}$-methacryloxypropyl functional group was successfully achieved by solution polymerization in the ethanol solution. The characteristics of the ${\gamma}$-mercaptopropyl modified silica nanoparticles (MPSN) were examined using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, THERMO VG SCIENTIFIC, MultiLab 2000), a laser scattering system (LSS, TOPCON Co., GLS-1000), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR, JASCO INTERNATIONL CO., FT/IR-4200), scanning electron microscopy (SEM, HITACHI, S-2400), an elemental analysis (EA, Elementar, Vario macro/micro) and a thermogravimetric analysis (TGA, Perkin Elmer, TGA 7, Pyris 1). From the analysis results, the content of the methacryloxypropyl group was 0.98 mmol/g and the conversion rate of acrylamide monomer was 93%. SEM analysis results showed that the organo-modification of ultra-fine particles effectively prevented their agglomeration and improved their dispensability.
As demand in the electric vehicle market increases, the development of high capacity, high energy density lithium-ion batteries (LIBs) is required. Silicon has a extremely high theoretical capacity of 4200 mAh/g, but low cycle life and structural instability due to high volume expansion during charging and discharging are critical issue to solve. A reduced silicon oxide has also a high theoretical capacity of 2500 mAh/g and recently studied extensively for its low-cost, superior cycle life, and structural stability. In this study, we first synstheized SiO2 particles by sol-gel method using tetraethyl orthosilicate (TEOS) precursor. The SiO2 particle size was controlled with an average particle size of 300-600 nm by the addition amount of TEOS, NH3, and H2O. The synthesized SiO2 particles were reduced to SiOx through the magnesiothermic reduction reaction (MRR), and electrochemical characteristics were evaluated according to the particle size of SiOx. For electrochemical characterization, SiOx (10 wt.%) was mixed with graphite, and 2032 half cells were fabricated to obtain charge-discharge curve, cycle performance, rate performance, and electrochemical impedance spectroscopy curves. As a result, the mean size of SiOx particle decreases from 600 to 300 nm, the initial discharge capacity increases from 459.9 to 556.5 mAh/g with the single capacity from 1359.4 to 2325.3 mAh/g, respectively. Finally, the present result shows the availability of MRR process to obtain reduced silicon oxide particles and sized dependent electrochemical properties to develop high capacity and high energy density LIBs.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.149-149
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2016
Ceramic is widely known material due to its outstanding mechanical property. Besides, Zirconia(ZrO2) has a low thermal conductivity so it is advantage in a heat insulation. Because of these superior properties, ZrO2 is attracted to many fields using ultra high temperature for example vehicle engines, aerospace industry, turbine, nuclear system and so on. However brittle fracture is a disadvantage of the ZrO2. In order to overcome this problem, we can make the ceramic materials to the forms of ceramic nanoparticles, ceramic nanowhiskers and these forms can be used to an agent of composite materials. In this work, we selected Au catalyzed Vapor-Liquid-Solid mechanism to synthesize ZrO2 nanowhiskers. The ZrO2 whiskers are grown through Hot-wall Chemical Vapor Deposition(Hot wall CVD) using ZrCl4 as a powder source and Au film as a catalyst. This Hot wall CVD method is known to comparatively cost effective. The synthesis condition is a temperature of $1100^{\circ}C$, a pressure of 760torr(1atm) and carrier gas(Ar) flow of 500sccm. To observe the morphology of ZrO2 scanning electron microscopy is used and to identify the crystal structure x-ray diffraction is used.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.8
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pp.691-695
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2016
This paper covers the investigation of the microscale behavior of Pt nanostrucures fabricated by atomic layer deposition (ALD) at elevated temperature. Nanoparticles are fabricated at up to 70 ALD cycles, while congruent porous nanostructures are observed at > 90 ALD cycles. The areal density of the ALD Pt nanostructure on top of the SiO2 substrate was as high as 98% even after annealing at $450^{\circ}C$ for 1hr. The sheet resistance of the ALD Pt nanostructure dramatically increased when the areal density of the nanostructure decreased below 85 - 89% due to coarsening at elevated temperature.
This paper reviews recent approaches to develop composite polymer-containing coatings by plasma electrolytic oxidation (PEO) using various low-molecular fractions of superdispersed polytetrafluoroethylene (SPTFE). The features of the unique approaches to form the composite polymer-containing coating on the surface of MA8 magnesium alloy were summarized. Improvement in the corrosion and tribological behavior of the polymer-containing coating can be attributed to the morphology and insulating properties of the surface layers and solid lubrication effect of the SPTFE particles. Such multifunctional coatings have high corrosion resistance ($R_p=3.0{\times}10^7{\Omega}cm^2$) and low friction coefficient (0.13) under dry wear conditions. The effect of dispersity and ${\xi}$-potential of the nanoscale materials ($ZrO_2$ and $SiO_2$) used as electrolyte components for the plasma electrolytic oxidation on the composition and properties of the coatings was investigated. Improvement in the protective properties of the coatings with the incorporated nanoparticles was explained by the greater thickness of the protective layer, relatively low porosity, and the presence of narrow non-through pores. The impedance modulus measured at low frequency for the zirconia-containing layer (${\mid}Z{\mid}_{f=0.01Hz}=1.8{\times}10^6{\Omega}{\cdot}cm^2$) was more than one order of magnitude higher than that of the PEO-coating formed in the nanoparticles-free electrolyte (${\mid}Z{\mid}_{f=0.01Hz}=5.4{\times}10^4{\Omega}{\cdot}cm^2$).
Myeong, Hyeonah;Kim, Juhyeok;Lee, Jin-Yong;Kwon, Kideok D.
Korean Journal of Mineralogy and Petrology
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v.34
no.4
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pp.265-275
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2021
Findings of microplastics and nanoplastics from diverse natural environments have increased demand for research of the fate and transport of the potentially toxic plastic particles in soils and groundwater. Weathering of microplastics would generate a significant amount of nanoplastics, but nanoplastics research is scarce because of technical difficulties in detecting nanoplastics in environments and analyzing nanoplastics adsorption to mineral surfaces. In the current study, we tested a possibility using quartz crystal microbalance (QCM) for application to nanoplastics adsorption analysis on mineral surfaces. In silica (SiO2)-packed column experiments, a measurable adsorption capacity for polystyrene nanoparticles often requires injection of unrealistically high ionic strengths or concentrated nanoplastic particles. The current test shows that QCM can measure polystyrene nanoplastics adsorbed onto SiO2 surface under the low ionic strengths and nanoplastics concentrations, where typical column experiments cannot. QCM is a promising tool for understanding the interaction between nanoplastics and mineral surfaces and thus transport of nanoplastics in soils and groundwater.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.15
no.6
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pp.291-296
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2014
In recent years, researchers have extensively investigated polymers filled with inorganic nanoparticles because these materials present improved physical properties relative to those of conventional unfilled polymers. Oxides, silica in particular, are the most commonly used inorganic particles because they possess good properties and can be fabricated at a low cost. However, oxides are hydrophilic in nature, and this leads to the presence of water at the interface between the nanoparticles and the polymer matrix. Due to the predominance of particle-matrix interfaces in nanocomposites, the presence of water at the interlayer region can be problematic. Moreover, the hydrophobic nature of most polymers, particularly for polyolefins such as polyethylene, may make it difficult to remove this interfacial water. In this paper, as-received and moistened samples of agglomerated nanosilica/polyethylene were dried using an isothermal treatment at $60^{\circ}C$, and the efficacy of this treatment was studied using dielectric spectroscopy. The Maxwell-Wagner-Sillars relaxation peaks were observed to shift to lower frequencies by three decades, and this was linked to a modification of the water content, due to drying, at the interfaces between silica and polyethylene and at the interfaces within the nanosilica agglomerates. The evolution of the extracted retardation time is explained by the nanosilica hydrophily and the free volume introduced by the nanoparticles.
A successful combination of “oxygen-assisted chemical vapor deposition (CVD) process” and Co catalyst nanoparticles to grow highly pure single walled carbon nanotubes (SWNTs) was demonstrated. Recently, it was reported that addition of small amounts of oxygen during CVD process dramatically increased the purity and yield of carbon nanotubes. However, this strategy could not be applied for discrete Fe nanoparticle catalysts from which appropriate yields of SWNTs could be grown directly on solid substrates, and fabricated into field effect transistors (FETs) quite efficiently. The main reason for this failure is due to the carbothermal reduction which results in SiO2 nanotrench formation. We found that the oxygen-assisted CVD process could be successfully applied for the growth of highly pure SWNTs by switching the catalyst from Fe to Co nanoparticles. The topological morphologies and p-type transistor electrical transport properties of the grown SWNTs were examined by using atomic force microscope (AFM), Raman, and from FET devices fabricated by photolithography.
Surface modification of silica nanoparticles was investigated using an aerosol self assembly. Stearic acid was used as surface treating agent. A two-fluid jet nozzle was employed to generate an aerosol of the colloidal suspension, which contained 20 nm of silica nanoparticles, surface modifier, and ethyl alcohol. Powder properties such as morphology, specific surface area and pore size distribution were analyzed by SEM, BET and BJH methods, respectively. Surface properties of the silica power were analyzed by FT-IR. The OH bond of the $SiO_2$ surface was converted to a C-H bond. It was revealed that the hydrophilic surface changed to a hydrophobic one due to the aerosol self assembly. Morphology of the surface treated powder was nanostructured with lots of pores having an average diameter of around $2\;{\mu}m$. Depending on the stearic acid concentration (0.25 to 1.0 wt%), the pore size distribution of the particles and the degree of hydrophobicity ranged from 1.5 nm to 180 nm and 29.6% to 50.2%, respectively.
Hokmabad, Vahideh Raeisdasteh;Davaran, Soodabeh;Aghazadeh, Marziyeh;Alizadeh, Effat;Salehi, Roya;Ramazani, Ali
Tissue Engineering and Regenerative Medicine
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v.15
no.6
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pp.735-750
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2018
BACKGROUND: The major challenge of tissue engineering is to develop constructions with suitable properties which would mimic the natural extracellular matrix to induce the proliferation and differentiation of cells. Poly(${\varepsilon}$-caprolactone)-poly(ethylene glycol)-poly(${\varepsilon}$-caprolactone) (PCL-PEG-PCL, PCEC), chitosan (CS), nano-silica ($n-SiO_2$) and nano-hydroxyapatite (n-HA) are biomaterials successfully applied for the preparation of 3D structures appropriate for tissue engineering. METHODS: We evaluated the effect of n-HA and $n-SiO_2$ incorporated PCEC-CS nanofibers on physical properties and osteogenic differentiation of human dental pulp stem cells (hDPSCs). Fourier transform infrared spectroscopy, field emission scanning electron microscope, transmission electron microscope, thermogravimetric analysis, contact angle and mechanical test were applied to evaluate the physicochemical properties of nanofibers. Cell adhesion and proliferation of hDPSCs and their osteoblastic differentiation on nanofibers were assessed using MTT assay, DAPI staining, alizarin red S staining, and QRT-PCR assay. RESULTS: All the samples demonstrated bead-less morphologies with an average diameter in the range of 190-260 nm. The mechanical test studies showed that scaffolds incorporated with n-HA had a higher tensile strength than ones incorporated with $n-SiO_2$. While the hydrophilicity of $n-SiO_2$ incorporated PCEC-CS nanofibers was higher than that of samples enriched with n-HA. Cell adhesion and proliferation studies showed that n-HA incorporated nanofibers were slightly superior to $n-SiO_2$ incorporated ones. Alizarin red S staining and QRT-PCR analysis confirmed the osteogenic differentiation of hDPSCs on PCEC-CS nanofibers incorporated with n-HA and $n-SiO_2$. CONCLUSION: Compared to other groups, PCEC-CS nanofibers incorporated with 15 wt% n-HA were able to support more cell adhesion and differentiation, thus are better candidates for bone tissue engineering applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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