Research is being conducted on graphene to provide graphene having both excellent physical as well as electrical properties in addition to unique physical properties. In this study, Hummer's method, which is a representative method for chemical exfoliation, was applied in order to investigate the possibility of the mass production of high-quality graphene oxide. Three types of graphite (graphite, crystalline graphite, and expanded graphite) were used in the preparation of graphene oxide with variations in the amount of potassium permanganate added, reaction temperature, and reaction time. Then a Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), a Raman spectrometer, and a transmission electron microscope (TEM) were used to measure the quality of the prepared graphene oxide. Of the three types of graphite used in this experiment, crystalline graphite showed the highest quality. The prepared graphene oxide was then purified with an organic solvent, and an analysis conducted using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). From the results of the residual values, we were able to confirm that both acid wastewater and wastewater were best purified using cyclohexane. The method for manufacturing graphene oxide as well as the method of purification using organic solvents that are presented in this study are expected to have less of an environmental impact, making them environmentally friendly. This makes them suitable for use in various industrial fields such as the film industry and for heat dissipation and as coating agents.
Kim, Jeong Hyun;Ryu, Cheol-Hui;Ji, Myungjun;Choi, Yomin;Lee, Young-In
Journal of Powder Materials
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v.28
no.2
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pp.143-149
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2021
In this study, (GaN)1-x(ZnO)x solid solution nanoparticles with a high zinc content are prepared by ultrasonic spray pyrolysis and subsequent nitridation. The structure and morphology of the samples are investigated by X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy, and energy-dispersive X-ray spectroscopy. The characterization results show a phase transition from the Zn and Ga-based oxides (ZnO or ZnGa2O4) to a (GaN)1-x(ZnO)x solid solution under an NH3 atmosphere. The effect of the precursor solution concentration and nitridation temperature on the final products are systematically investigated to obtain (GaN)1-x(ZnO)x nanoparticles with a high Zn concentration. It is confirmed that the powder synthesized from the solution in which the ratio of Zn and Ga was set to 0.8:0.2, as the initial precursor composition was composed of about 0.8-mole fraction of Zn, similar to the initially set one, through nitriding treatment at 700℃. Besides, the synthesized nanoparticles exhibited the typical XRD pattern of (GaN)1-x(ZnO)x, and a strong absorption of visible light with a bandgap energy of approximately 2.78 eV, confirming their potential use as a hydrogen production photocatalyst.
Two polymer precursors, polyvinylidene chloride-resin (PVDC-resin) and polyvinylidene fluoride (PVDF), are assembled into the microporous carbon by pyrolysis. Microporous carbon is advantageous as an electrode for supercapacitors that store electric charges through ion adsorption/desorption. The pyrolysis also turns the various heteroatoms of two precursors into functional groups, contributing to the additional charge storage. The analysis of the porous structure and function group during carbonization are important to develop the carbon for energy storage. Here, we analyzed the functional groups of two polymer-derived carbons through X-ray photoelectron spectroscopy. The electrochemical properties of the functional groups were explored in various pH electrolytes. The specific capacitance of two carbons in the acidic electrolyte (1 M H2SO4) was improved compared to that in the neutral electrolyte (0.5 M Na2SO4) due to the faradaic charge/discharge reaction of the quinone functional group. In particular, the carbon electrode derived from PVDC-resin exhibits a lower capacity than the carbon from PVDF due to the small micropores. In the alkaline electrolyte (6 M KOH), the highest specific capacitance and rate capability were obtained among the three electrolytes for both electrodes based on the facile adsorption of the constituent electrolyte ions (K+, OH-).
Non-Destruction Test (NDT) is a method to check internal defects without destroying the product. Among them, radiographic testing (RT) uses high-energy radiation, so it is very important to prevent radiation exposure of workers. Therefore, in this study, in this study, a radiation sensor structure that improves radiation detection performance compared to the existing PbI2 and can immediately detect accidents in RT was presented. For evaluation, the conversion efficiency was analyzed in the gamma ray source through FLUKA simulation. PbI2 with overlapping Gd2O2S:Tb presented in this study showed a higher radiation sensitivity from 1.22 to 3.22 times than that of non-overlapping PbI2. This indicates that the presented sensor is suitable for use as a radiation sensor for source detection in RT.
An eco-friendly energy conversion device without the emission of pollutants has gained much attention due to the rapid use of fossil fuels inducing carbon dioxide emissions ever since the first industrial revolution in the 18th century. Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) that can produce water during the reaction without the emission of carbon dioxide are promising devices for automotive and residential applications. As a key component of PEMFCs, polymer electrolyte membranes (PEMs) need to have high proton conductivity and physicochemical stability during the operation. Currently, perfluorinated sulfonic acid-based PEMs (PFSA-PEMs) have been commercialized and utilized in PEMFC systems. Although the PFSA-PEMs are found to meet these criteria, there is an ongoing need to improve these further, to be useful in practical PEMFC operation. In addition, the well-known drawbacks of PFSA-PEMs including low glass transition temperature and high gas crossover need to be improved. Therefore, this review focused on recent trends in the development of high-performance PFSA-PEMs in three different ways. First, control of the side chain of PFSA copolymers can effectively improve the proton conductivity and thermal stability by increasing the ion exchange capacity and polymer crystallinity. Second, the development of composite-type PFSA-PEMs is an effective way to improve proton conductivity and physical stability by incorporating organic/inorganic additives. Finally, the incorporation of porous substrates is also a promising way to develop a thin pore-filling membrane showing low membrane resistance and outstanding durability.
Mass transport through nanoporous structures such as nanopores or nanochannels has fundamental electrochemical implications and many potential applications as well. These structures can be particularly useful for water treatment, energy conversion, biosensing, and controlled delivery of substances. Earlier research focused on creating nanopores with diameters ranging from tens to hundreds of nanometers that can selectively transport cationic or anionic charged species. However, recent studies have shown that nanopores with diameters of a few nanometers or even less can achieve more complex and versatile transport control. For example, nanopores that mimic biological channels can be functionalized with specific receptors to detect viruses, small molecules, and even ions, or can be made hydrophobic and responsive to external stimuli, such as light and electric field, to act as efficient valves. This review summarizes the latest developments in nanopore-based systems that can control mass transport based on the size of the nanopores (e.g., length, diameter, and shape) and the physical/chemical properties of their inner surfaces. It also provides some examples of practical applications of these systems.
Direct methanol fuel cells (DMFCs) have been attracting attention as energy conversion devices that can directly supply methanol liquid fuel without a fuel reforming process. The commercial polymer electrolyte membranes (PEMs) currently applied to DMFC are perfluorosulfonic acid ionomer-based PEMs, which exhibit high proton conductivity and physicochemical stability during the operation. However, problems such as high methanol permeability and environmental pollutants generated during decomposition require the development of PEMs for DMFCs using novel ionomers. Recently, studies have been reported to develop PEMs using hydrocarbon-based ionomers that exhibit low fuel permeability and high physicochemical stability. This review introduces the following studies on hydrocarbon-based PEMs for DMFC applications: 1) synthesis of grafting copolymers that exhibit distinct hydrophilic/hydrophobic phase-separated structure to improve both proton conductivity and methanol selectivity, 2) introduction of cross-linked structure during PEM fabrication to reduce the methanol permeability and improve dimensional stability, and 3) incorporation of organic/inorganic composites or reinforcing substrates to develop reinforced composite membranes showing improved PEM performances and durability.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.35
no.6
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pp.128-137
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2023
In this study, the bearing pressure on the rubble mound of a gravity-based harbor structure with an arbitrarily shaped bottom was targeted. Assuming that the bottom of the structure is a rigid body, the rubble mound was modeled as a linear spring uniformly distributed on the bottom that resists compression only, and the bearing pressure evaluation formula was derived. It was confirmed that there were no errors in the derivation process by showing that when the bottom was square, the derived equation was converted to the equation used in the design. In addition, the validity of the derived equation was proven by examining the behavior and convergence value of the bearing pressure when an arbitrarily shaped bottom converges into a square one. In order to examine the adequacy of the method used in the current design, the end bearing pressure for the pre-designed breakwater cross-section was calculated and compared with the values in the design document. As a result, it was shown that the method used for design was not appropriate as it gave unsafe results. In particular, the difference was larger when the eccentricity of the vertical load was large, such as in the case of extreme design conditions.
Scattering by Sea surface roughness occurs due to sea level roughness, communication performance deteriorates by causing frequency spread in communication signals and time variation in communication channels. In order to compare the difference in time variation of underwater acoustic communication channel according to the surface roughness, an experiment was performed in a tank owned by Hanyang University Ocean Acoustics Lab. Artificial surface roughness was created in the tank and communication signals with three bandwidths were used (8 kHz, 16 kHz, 32 kHz). The measured surface roughness was converted into a Rayleigh parameter and used as a roughness parameter, and statistical analysis was performed on the time-varying channel characteristics of the surface path using Doppler spread and correlation time. For the Doppler spread of the surface path, the Weighted Root Mean Square Doppler spread (wfσν) that corrected the effect of the carrier frequency and bandwidth of the communication signal was used. Using the correlation time of the surface path and the energy ratio of the direct path and the surface path, the correlation of total channels was simulated and compared with the measured correlation time of total channels. In this study, we propose a method for efficient communication signal design in an arbitrary marine environment by using the time-varying characteristics of the sea surface path according to the sea surface roughness.
Kido Park;Gilltae Roh;Kyunghwa Kim;Changjae Moon;Jongsu Kim
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.6
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pp.666-671
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2023
As international environmental regulations on ship emissions are gradually strengthened, interest in electric propulsion and hybrid propulsion ships is increasing, and various solutions are being developed and applied to these ships, especially stabilization of the power system and system efficiency. The direct current distribution system is being applied as a way to increase the power. In addition, verification and testing of safety and performance of marine DC distribution systems is required. As a result of establishing a DC distribution test bed, verifying the performance of the DC distribution (variable speed power generation) system, and analyzing fuel consumption, this study applied a variable speed power generation system that is applied to DC power distribution for ships, and converted the power output from the generator into a rectifier. A system was developed to convert direct current power to connect to the system and monitor and control these devices. Through tests using this DC distribution system, the maximum voltage was 751.5V and the minimum voltage was 731.4V, and the voltage fluctuation rate was 2.7%, confirming that the voltage is stably supplied within 3%, and a variable speed power generation system was installed according to load fluctuations. When applied, it was confirmed through testing that fuel consumption could be reduced by more than 20% depending on the section compared to the existing constant speed power generation system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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