• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.309.2-309.2
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• 2014

산화아연은 넓은 밴드갭과 큰 엑시톤 에너지를 갖고 있어 광전자반도체 물질로 산화인듐주석의 대체물질로 유망하다. 그러나, 산화아연 박막 및 나노막대는 대부분 c-축 방향으로의 성장이 보고되고 있다. 하지만, c-축으로 성장하는 극성 산화아연은 자발분극과 압전분극을 갖으며 이는 quantum confinement Stark effect (QCSE)를 발생시킨다. 그러므로, 반극성과 무극성 산화아연의 연구가 활발히 진행 되고 있다. 더욱이, 산화아연 나노구조체는 넓은 표면적, 높은 용해도, 광범위한 적용분야 등의 이점으로 많은 연구가 이뤄지고 있다. 본 연구에서는 m-면 사파이어 기판 위에 원자층 증착법을 이용하여 비극성 산화아연의 박막을 형성 후 전기화학증착법을 이용하여 반극성 산화아연 막대를 성장하고 이에 대한 성장 메커니즘을 분석하였다. 반극성 (10-11) 산화아연 나노구조체를 성장하기 위하여 두 단계 공정을 이용하였다. 먼저 원자층 증착법을 이용하여 m-면 사파이어 기판 위에 60 nm의 산화아연 씨앗층을 $195^{\circ}C$에서 성장 하였다. X-선 회절분석을 통하여 m-면 사파이어 위에 성장한 산화아연 씨앗층이 무극성 (10-10)으로 성장한 것을 확인하였다. 무극성 산화아연 씨앗층 위에 나노구조체를 형성하기 위하여 전기화학 증착법을 이용하여 주 공정이 진행되었다. 전구체로는 질산아연헥사수화물 ($Zn(NO3)2{\cdot}6H2O$)과 헥사메틸렌테트라민을 ((CH2)6N4)을 사용하였다. 무극성 산화아연 기판을 질산아연헥사수화물과 헥사메틸렌테트라민을 용해한 전해질에 담근 뒤 $70^{\circ}C$에서 두시간 동안 -1.0V의 정전압을 인가하였다. SEM을 이용한 표면 분석에서 원자층 증착법을 이용해 성장한 무극성 산화아연 씨앗층 위에 산화아연 나노구조체를 성장 시, 한 방향으로 기울어진 반극성 산화아연 나노구조체가 성장하는 것이 관찰되었다. 산화아연 막대의 성장 시간에 따라 XRD를 측정한 결과, 성장 초기에는 매우 약한 $31.5^{\circ}$ (100), $34.1^{\circ}$ (002), $36^{\circ}$ (101) 부근의 피크가 관찰되는 반면, 성장 시간이 증가함에 따라 강한 $36^{\circ}$ 부근의 피크가 관찰되는 X-선 회절 분석 결과를 얻을 수 있었다. 이는, 성장 초기에는 여러 방향의 나노구조체가 성장하였지만 성장시간이 점차 증가함에 따라 (101) 방향으로 우선 성장되는 것을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.50 no.4
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• pp.754-757
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• 2012

In this report, we fabricate the porous graphene films through embossing process and vacuum filtration method and demonstrate their superior electrochemical properties as supercapacitor electrode materials. Insertion/removal of polystyrene nanoparticles between the graphene sheets allows to provide pore structures, leading to the effective prevention of restacking in graphene films. As-prepared porous graphene films have a large surface area, a bicontinuous porous structures, high electrical conductivity, and excellent mechanical integrity. The electrochemical properties of the porous graphene films as electrode materials of supercapacitor are investigated by using aqueous $H_2SO_4$ and ionic liquid solution under three-electrode system. The porous graphene films exhibit a high specific capacitance (284.5 F/g), which is two-fold higher than that of packing graphene films (138.9 F/g). In addition, the rate capability (98.7% retention) and long-term cycling stability (97.2%) for the porous graphene films are significantly enhanced, due to the facilitated ion mobility between the graphene layers.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.412-412
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• 2016

염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cells, DSSCs)는 식물의 광합성원리와 매우 유사한 작동원리를 갖고 있는 전지이며, 간단한 구조, 저렴한 제조단가, 친환경성 등의 등의 장점으로 인하여 많은 관심을 모으고 있다. 이러한 염료감응 태양전지는 빛을 받아들인 염료분자가 전자-홀 쌍을 생성하며 전자는 반도체 산화물을 통해 이동되고 전해질의 산화환원 과정을 통해 염료 분자가 다시 환원되는 순환메커니즘을 따르고 있다. 일반적으로 염료감응 태양전지는 밴드 갭 에너지가 큰 반도체 산화물을 포함하는 작업전극, 산화환원 반응을 통해 전자를 염료로 보내는 전해질, 환원 촉매역할을 하는 상대전극으로 구성되어 있다. 특히, 상대전극으로는 우수한 촉매특성과 높은 전도성을 갖는 백금이 가장 많이 이용되고 있지만 가격이 비싸고 요오드에 취약하기 때문에 상용화에 큰 장애물이다. 따라서, 백금을 대체하기 위해 저가의 탄소나 고분자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있고, 그 중 탄소나노섬유(carbon nanofiber, CNFs)는 높은 표면적과 뛰어난 화학적 안정성으로 촉매효율을 증대시킬 수 있어 촉매물질로서 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 상대전극에 탄소나노섬유기반 복합체를 합성하였고, 성공적으로 저가격 및 고성능의 염료감응 태양전지를 제작하였다. 이때, 지지체인 탄소나노섬유는 전기방사법을 통해 합성하였으며, 수열합성법을 이용하여 금속산화물을 담지하였다. 이렇게 제작된 탄소나노섬유-Fe2O3 복합체는 scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, 그리고 X-ray photoelectron spectroscopy 통해 구조적, 화학적 특성을 평가하였으며 전기화학적 특성 및 광전변환 효율을 분석하기 위해 cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, 그리고 solar simulator를 사용하였다. 본 학회에서 위와 관련된 더 자세한 사항에 대해 논의할 것이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.462-462
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• 2009

$CeO_2$는 고체 산화물 연료전지 (SOFC, soild oxide fuel cell)의 전해질 재료와 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 슬러리 재료, 자동차의 3원 촉매, gas sensor, UV absorbent등 여러 분야에서 사용되고 있다. 본 연구에서는 위의 활용범위 외에 $CeO_2$의 구조적 안정성과 빠른 $Ce^{3+}/Ce^{4+}$의 전환 특성을 이용하여 lithium ion battery의 anode 재료로서 전기화학적 특성을 알아보고자 실험을 실시하였다. $CeO_2$ 합성에 사용되는 전구체인 cerium carbonate의 형상 및 크기, 비표면적과 같은 물리화학적 특성이 $CeO_2$ 분말의 특성에 직접적인 영향을 주기 때문에 전구체의 합성 단계에서 입자의 특성을 조절하였다. 전구체 합성의 출발원료로 cerium nitrate hexahydrate 와 ammonium carbonate를 사용하였고 반응온도 및 농도 등을 변화시켜 입자의 형상 및 결정상을 fiber형태의 orthorombic $Ce_2O(CO_3)_2{\cdot}H_2O$와 구형의 hexagonal $CeCO_3OH$의 세리아 전구체를 합성하였다. 이를 $300^{\circ}C$에서 30분 동안 하소하여 전구체의 입자형상을 유지하는 cubic $CeO_2$를 합성하고 X-ray diffraction, FE-SEM, micropore physisorption analyzer 분석을 통하여 입자의 결정상과 형상, 비표면적 등을 비교 분석하고 $Li/CeO_2$ couple의 충,방전 용량과 수명특성을 비교 분석하여 $CeO_2$의 전기화학적 특성을 알아보았다.

• Journal of the Korean Chemical Society
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• v.30 no.3
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• pp.289-295
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• 1986

Spectroscopic studies have been carried out on the metachromatic behavior of methylene blue(MB) and acridine orange(AO) in the presence of polyvinylsulfate(PVS) and polystyrenesulfonate(PSS) The characteristic changes of meta-band with the change of P/D value are discussed in terms of stacking theory. It has been found that the stacking effect in the PVS-dye system is stronger than that in the PSS-dye system and that MB shows stronger stacking effect than AO. A stacking model and dimension of bound dyes on the surface of polymer chain is proposed on the basis of the previously suggested model of dimer found in the aqueous solution of planar aromatic dyes. The proposed model is found to be reasonable in accordance with the experimental results obtained by various workers.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.54 no.6
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• pp.847-853
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• 2016

Here has been examined a 3-dimensional computational fluid dynamics (CFD) modeling in order to investigate the performance analysis of proton exchange membrane (PEM) fuel cells with serpentine flow fields. The present CFD model considers the isothermal transport phenomena in a fuel cell involving mass, momentum transport, electrode kinetics, and potential fields. Co-current flow patterns for a PEMFC are considered for various geometries in the single straight cell. Current density distribution from the calculated distribution of oxygen and hydrogen mass fractions has been determined, where the activation overpotential has been also calculated within anode and cathode. CFD results showed that profiles differ from those simulations subjected to each the calculated activation overpotential. It is interesting that the present serpentine flow field shows the specific distribution of current density with respect to the aspect ratio of depth to width and the ratio of reaction area for various serpentine geometries. Simulation results were considered reasonable with the other CFD results reported in literature and global comparisons of the PEMFC model.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.23 no.4
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• pp.57-61
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• 2016

Thick film sealing glass paste is required for cell packaging of NaS based battery for energy storage system, to join the beta-alumina electrolyte tube and the alpha-alumina battery cell cap components. This paper presents the effect of the particle sizes of seal glass powder and the sealing temperatures on the microstructure of the glass sealants was investigated. It was found that the larger in the particle size of seal glass powder, the smaller the pore volume and the number of pores in a unit area. Also, the number of pores decreased with increasing the sealing temperatures while the pore size was increased. This result enables the control of porosity, pore distribution and number of pores in a microstructure of glass sealing component by proper selection of glass powders particle size and sealing temperature.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.202.1-202.1
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• 2014

최근 대용량 에너지 저장장치로 사용하고자 하는 리튬-공기전지는 리튬 음극과 액체 전해질 사이의 화학적 불안정성이 문제가 되고 있다. 또한 리튬이온전지는 액체전해질의 사용으로 인해 폭발 등의 안정성 문제가 대두되고 있는 실정이다. 때문에 리튬-공기전지에서 리튬 음극을 액체 전해질로부터 보호할 수 있으며, 리튬이온전지의 액체전해질과 대체하였을 때 전극과도 안정한 고체전해질의 연구가 필요하다. 고체전해질은 구조적으로 crystalline, glassy, 폴리머로 나눌 수 있는데, 이 중 crystalline 구조의 고체전해질은 glassy 및 폴리머 고체전해질에 비해 상온에서 비교적 이온전도도가 높다고 알려져 있다 [1]. 그러나 이온전도도가 높은 황화물 및 질화물 고체전해질은 수분에 민감한 반면 [2,3], 산화물 계열의 물질은 안정할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 이온전도도가 높은 산화물인 lithium lanthanum titanate ($Li_{0.5}La_{0.5}TiO_3$, LLTO)를 고체전해질로 선정하여 다양한 환경에서 화학적 안정성에 관해 연구하였다. LLTO와 각종 용액과의 화학적 안정성을 살펴보기 위해 고체전해질을 DI water, 1 M $LiPF_6$ Ethylene Carbonate (EC)-Dimethyl Carbonate (DMC) (50:50 vol.%), 0.57 M LiOH (pH=13), 0.1 M HCl (pH=1)에 immersion하고 무게, 표면형상, 상(phase), 이온전도도 등의 변화를 관찰하였다. 또한 LLTO와 전극간의 반응성을 알아보기 위해 LLTO 분말과 음극물질인 $Li_4Ti_5O_{12}$ 및 양극물질인 $LiCoO_2$ 분말을 혼합한 후 $300^{\circ}C{\sim}700^{\circ}C$의 온도범위에서 열처리하여 반응을 가속화 한 후 상변화 현상을 살펴보았다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.30 no.3
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• pp.339-344
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• 2008

Titanium dioxide nanotubes were fabricated by self-organized electrochemical potentiostatic anodization of titanium thin film with an electrolyte solution of sodium sulfate 1M and sodium flouride 0.5wt% aqueous solution at 20$^{\circ}C$ for 20min. Field Emmision Scanning Electron Microscopy(FE-SEM) and X-ray Diffractometer(XRD) were used to evaluate the micromorphology and crystalline structure of the titanium dioxide nanotube thin film. Titanium dioxide nanotube were fabricated with diameters approx. 100nm and tube length from appox. 1 $\mu$m. Titanium dioxide films formed through anodization and annealing process at 450$^{\circ}C$ contained a phase of anatase. Also, this study was performed to evaluate the application of titanium dioxide thin film for treating humic acid dissolved in water. The reaction tended to follow the Langmuir-Hinshelwood kinetics with zero order. Comparative experiments with thin film and anatase powder showed the same zero order kinetics when 0.3g of powder had been used.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.52 no.1
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• pp.52-57
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• 2014

The MCMB-$Li_4Ti_5O_{12}$ with core-shell structure was prepared by sol-gel process to improve low cycle capability of MCMB in this study. The electrochemical characteristics were investigated for hybrid capacitor using MCMB-$Li_4Ti_5O_{12}$ as the negative electrode and $LiMn_2O_4$, Active carbon fiber as the positive electrode. The electrochemical behaviors of hybrid capacitor using organic electrolytes ($LiPF_6$, EC/DMC/EMC) were characterized by charge/discharge, cyclic voltammetry, cycle and impedance tests. The hybrid capacitor using MCMB-$Li_4Ti_5O_{12}/LiMn_2O_4$ electrodes had better capacitance than MCMB hybrid systems and was able to deliver a specific energy with 67 Wh/kg at a specific power of 781 W/kg.