• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.20 no.3
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• pp.194-201
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• 2009

The e1ectrocatalytic properties of heteropolyacids(HPAs) entrapped in covalently cross-linked sulfonated polyetheretherketone(CL-SPEEK/HPA) membranes have been studied for water electrolysis. The HPAs, including tungstophosphoric acid(TPA), molybdophosphoric acid(MoPA), and tungstosilicic acid(TSiA) were used as additives in the composite membranes. The MEA was prepared by a non-equilibrium impregnation-reduction(I-R) method, using reducing agent, sodium borohydride(NaBH4) and tetraamineplatinum(II) chloride(pt(NH$_3$)$_4$Cl$_2$). The electrocatalytic properties of composite membranes such as the cell voltage were in the order of magnitude CL-SPEEKlMoPA40 (wt%) > /TPA30 > /TSiA40. In the optimum cell applications for water electrolysis, the cell voltage of PtlPEM/Pt-Ru MEA with CL-SPEEKlTPA30 membrane was 1.75 V at 80$^{\circ}$C and I A/cm$^2$ and this voltage carried lower than that of 1.81 V of Nafion 117. Consequently, in regards of electrochemical and mechanical characteristics and oxidation durability, the newly developed CL-SPEEKITPA30 composite membrane exhibited a better performance than the others, but CLSPEEKlMoPA40 showed the best electrocatalytic activity (1.71 Vat 80$^{\circ}$C and 1 A/cm$^2$) among the composite membranes.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.123-123
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• 2003

탄소나노튜브는 지금까지의 많은 연구를 통해 다양한 분야에 대한 응용 가능성이 확인되었으며, 그 중에서도 특히 탄소나노튜브를 이용한 전계방출표시소자(carbon nanotube field emission display, CNT-FED)는 상용화를 눈앞에 두고 있는 상황이다. 본 연구에서는 탄소나 노튜브를 합성할 수 있는 여러 가지 방법 중에서 열화학기상증착법(thermal chemical vapor deposition, thermal CVD)을 이용하여 유리기판 위에 탄소나노튜브를 합성하였다. Electron beam evaporation으로 유리기판 위에 전극층으로 Cr을 150nm를 증착하고 연속하여 촉매층인 Invar(Fe-53%Ni-6%Co 합금)를 10nm의 두께로 형성하였다. 사진식각으로 Cr층을 line 패턴한 후 Cr line 내의 Invar층을 line 및 dot 패턴하였다. 나노튜브 합성을 위해 480-58$0^{\circ}C$까지 진공분위기 또는 질소 분위기에서 20분간 승온한 후 CO(150sccm)와 H$_2$(1200sccm)를 주입하여 20분간 성장시키고 질소 분위기에서 냉각시켰다. 성장된 탄소나노튜브는 SEM, TEM, Raman spectroscopy 등을 통하여 구조 및 형상분석을 하였다. 진공승온의 경우 탄소불순물인 a-C이 많은 양 증착 되었으며 탄소나노튜브는 온도에 따라 1-5$\mu\textrm{m}$의 두께로 성장하였으나, 질소분위기 승온의 경우는 a-C이 거의 증착되지 않았으며 나노튜브의 두께가 10-20$\mu\textrm{m}$였다. 본 연구에서는 diode구조를 갖는 탄소나노튜브 에미터의 수명예측을 위해 여러 가지 가속측정조건에서 전계방출 특성을 연구하였다. Anode와 cathode 간의 간격을 400$\mu\textrm{m}$로 유지한 diode 구조에 대해 $10^{-6}$ torr 이하의 진공에서 전계방출을 측정하였다. 100 line의 에미터를 60Hz의 주파수에서 1/100 duty로 구동하였으며, duty비 증가에 따라 pulse의 on-time을 고정하고 frequency를 변화시켰다. dc까지 duty비가 증가됨에 따라 방출전류의 양이 선형적으로 증가하였다. 전압을 일정하게 고정시키고 각 duty비에서 시간에 따라 방출전류를 측정한 결과 duty비가 높을수록 방출전류가 시간에 따라 급격히 감소하였다. 각 duty비에서 방출전류의 양이 1/2로 감소하는 시점을 에미터의 수명으로 볼 때 duty비 대 에미터 수명관계를 구해 높은 duty비에서 전계방출을 시킴으로써 실제의 구동조건인 낮은 duty비에서의 수명을 단시간에 예측할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.11a
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• pp.399-402
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• 2006

현재까지 연료전지 전해질 막으로는 Nafion으로 잘 알려져 있는 perfluorosulfonic acid(PFSA)막이 주를 이루고 있다. 이 막들은 $80^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도의 연료전지에서 가장 좋은 성능을 보인다. PFSA 막들은 탄소-불소로 이루어진 사슬의 특성상 산화, 환원의 조건에서도 뛰어난 안정성을 보이며 이온 전도도가 0.1S/cm 이상으로 기존에 알려진 전해질 막들 중 가장 우수한 성능을 나타낸다. 하지만 연료전지의 작동온도가 $100^{\circ}C$ 이상의 높은 온도에서 는 막에 존재하던 수분이 제거되면서 수소이온 전도도가 떨어지며 기계적 물성도 떨어지는 문제점을나타낸다. $100^{\circ}C$ 이상의 온도에서 연료전지를 작동시키면 양쪽의 전극에서 일어나는 촉매반응의 속도가 향상되며, 물의 끓는점 이상에서 작동되므로, 전지 내에서 다양한 상을 고려하지 않고 기화된 물만을 고려하여 설계를 할 수가 있다. 따라서 최근 이러한 고온/저가습 운전을 위 한 전해질 막의 개발을 위해 기존의 Nafion 막에 전도성 무기 입자를 도입하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 전도성 무기 입자로서 $ZrO_2$나노입자를 합성하고, 이를 상용 10 wt.% Nafion 용액에 분산하여 solution casting 방법을 통해 $61{\mu}m$ 두께의 유기-무기 복합막을 제조하였다. 제조한 유기-무기 복합막의 성능 평가를 위하여 함수율, 이온 전도도, 당량무게 및 단위 전지를 이용한 전류-전압 곡선을 측정하여 상용 Nafion 112 막과 비교해 보았다. $ZrO_2$ 입자는 전도성이며 동시에 친수성을 나타내기 때문에 상용 막에 비하여 함수율 및 수소이온 전도도가 우수하게 나타났다. 복합막의 이러한 물성은 $100^{\circ}C$이상의 고온에서 전해질 막 내의 물 관리를 용이하게 한다. 단위 전지 운전 온도 $130^{\circ}C$, 상대습도 37%의 운전 조건에서도 상당히 우수한 전지 성능을 보임에 따라 고온/저가습 조건에서 상용 Nafion 112 막보다 우수한 막 특성을 나타냄을 확인하였다.

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.7 no.1
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• pp.29-37
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• 1996

Alkaline water electrolysis has been commercialized as the only large-scale method for a long time to produce hydrogen and the technology is superior to other methods such as photochemical, thermochemical water splitting, and thermal decomposition method in view of efficiency and related technical problem. However, such conventional electrolyzer do not have high electric efficiency and productivity to apply to large scale hydrogen production for energy or chemical feedstocks. Solid polymer electrolyte water electrolysis using a perfluorocation exchange membrane as an $H^+$ ion conductor is considered to be a promising method, because of capability for operating at high current densities and low cell voltages. So, this is a good technology for the storage of electricity generated by photovoltaic power plants, wind generators and other energy conversion systems. One of the most important R&D topics in electrolyser is how to minimize cell voltage and maximize current density in order to increase the productivity of the electrolyzer. A commercialized technology is the hot press method which the film type electrocatalyst is hot-pressed to soild polymer membrane in order to eliminate the contact resistance. Various technologies, electrocatalyst formed over Nafion membrane surface by means of nonelectrolytic plating process, porous sintered metal(titanium powder) or titanium mesh coated with electrocatalyst, have been studied for preparation of membrane-electrocatalyst composites. In this study some experiments have been conducted at a solid polymer electrolyte water electrolyzer, which consisted of single cell stack with an electrode area of $25cm^2$ in a unipolar arrangement using titanium mesh coated with electrocatalyst.

• Journal of Environmental Science International
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• v.18 no.1
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• pp.61-72
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• 2009

Fabrication and oxidants production of 3 or 4 components metal oxide electrode, which is known to be so effective to destruct non-biodegradable organics in wastewater, were studied. Five electrode materials (Ru as main component and Pt, Sn, Sb and Gd as minor components) were used for the 3 or 4 components electrode. The metal oxide electrode was prepared by coating the electrode material on the surface of the titanium mesh and then thermal oxidation at $500^{\circ}C$ for 1h. The removed RhB per 2 min and unit W of 3 components electrode was in the order: Ru:Sn:Sb=9:1:1 > Ru:Pt:Gd=5:5:1 > Ru:Sn=9:1 > Ru:Sn:Gd=9:1:1 > Ru:Sb:Gd=9:1:1. Although RhB decolorization of Ru:Sn:Sb:Gd electrode was the highest among the 4 components electrode, the RhB decolorization and oxidants formation of the Ru:Sn:Sb=9:1:1 electrode was higher than that of the 3 and 4 components electrode. Electrogenerated oxidants (free Cl and $ClO_2$) of chlorine type in 3 and 4 components electrode were higher than other oxidants such as $H_2O_2\;and\;O_3$. It was assumed that electrode with high RhB decolorization showed high oxidant generation and COD removal efficiency. OH radical which is electrogenerated by the direct electrolysis was not generated the entire 3 and 4 components electrode, therefore main mechanism of RhB degradation by metal oxide electrode based Ru was considered indirect electrolysis using electrogenerated oxidants.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.25.2-25.2
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• 2010

CNT(Carbon Nanotube)는 특이한 구조 및 뛰어난 물성을 갖고 있어, 여러가지 분야에 응용 가능한 신소재로서 연구되어 왔다. 또한 모양 및 구조에 따라 기계, 전기, 화학적인 특성이 달라 다양한 분야에서 활용이 가능하다. 외국에서는 FED tip, TR, 디스플레이 소자, 수소저장체, 고강도 복합체 및 대 표면적 전극 등 CNT의 다양한 특성을 이용한 응용이 연구되고 있는 반면, 국내에서는 이론연구와 합성연구에 편중되어 있다. 본 연구에서는 열 화학 기상법 (Thermal CVD)을 이용하여 MWNT(Multi-wall nano tube)를 성장시켜 촉매두께, 온도, gas변수에 따른 CNT의 양상을 분석하였다. Ni catalyst는 DC magnetron sputter를 이용하여 5~50nm 두께로 증착하였으며, 성장온도는 $800^{\circ}C$에서 $950^{\circ}C$까지 변화시켰다. 기판의 pre-treatment 로 ammonia($NH_3$) gas를 주입한 후, carbon precursor인 methane($CH_4$) gas와 $H_2$ dilute gas를 1:4의 비율로 주입하여 CNT를 성장시켰다. FE-SEM과 TEM, 그리고 XRD를 이용해 성장된 CNT의 형상 및 구조를 분석한 결과, 낮은 온도에서는 100nm이상의 두께를 갖는 수직형상의 MWNT가 성장되었으며, $900^{\circ}C$이상의 높은 온도에서는 20nm이하의 amorphous carbon nano rod가 성장되었다. 각각의 MWNT, carbon nano rod는 온도가 높을수록 직경이 증가하는 추세를 나타냈으며, Ni catalyst가 얇아질수록 수직형상을 갖는 결과가 나타났다. 또한 ammonia gas의 pre-treatment여부에 따라 CNT의 수직 형상이 좌우되는 결과를 확인하였다. 향후 성장된 MWNT의 최적 조건을 도출하여 디스플레이 소자인 FED(Field Emission Display)분야 등에 응용 가능할 것으로 전망된다.

• Polymer(Korea)
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• v.24 no.6
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• pp.837-844
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• 2000

The cure behavior of commercial epoxy molding compounds (EMC) commonly used for IC package was studied at constant cure temperatures as well as at constant heating rates using differential scanning calorimetry (DSC), rheometer, and dielectric analyzer (DEA). The cure kinetics were obtained using autocatalytic reaction model according to the Ryan Dutta method after assuming m+n equal to 2. The prediction of reaction rates by the model equation corresponded well to experimental data at all temperatures except for 10$0^{\circ}C$. The phase transitions such as gelation and vitrification occurred during network formation. At each isothermal cure temperature, $T_{g}$ was measured in accordance with cure time, and the vitrification point was attained when $T_{g}$ was equal to $T_{cure}$. The temperature dependence of gel points and vitrification points showed good agreement with Arrhenius relation. DEA using parallel plate electrode was effective for the monitoring of EMC cure. we knew that if the resin systems are materials of comparable quality, $_{gel}$$T_{g}$ is constant regardless of accelerator concentration in TTT (Time-Temperature-Transformation) diagram.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.350-350
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• 2011

ZnO는 II-VI족 화합물 반도체로서 3.37 ev의 band gap energy와 60 mv의 exciton binding energy를 가지며 차세대 소자로 다양한 분야에서 연구되어지고 있다. ZnO 박막과는 다르게 ZnO nano structure는 효율성과 특성 향상의 이점으로 태양전지와 투명전극 소자에 많은 연구가 되고 있으며 UV 레이저, 가스센서, LED, 압전소자, Field Emitting Transistor (FET) 등 다양한 응용분야에서 연구되고 있다. 본 연구에서는 유리 기판 위에 RF Magnetron sputtering법을 이용해 ZnO buffer layer를 다양한 두께(~1,000${\AA}$)로 증착한 뒤, Zn powder (99.99%)를 지름 2inch 석영관 안에 넣어 Thermal furnace장비를 이용하여 Thermal Evaporation법으로 약 500$^{\circ}C$에서 30분 동안 촉매 없이 성장 하였다. 수직성장된 ZnO 나노 구조체의 특성을 전계방출주사전자현미경(SEM), X-선 회절패턴(XRD), UV-spectra를 이용하여 분석하였다. SEM 분석을 통하여 ZnO buffer layer위에 성장된 ZnO 나노 구조체는 직경이 약 ~50 nm, 길이가 ~2 um까지 성장을 보였으며, XRD 측정결과, ZnO 우선 성장 방향(002)을 확인하였다. 두 가지 측정을 통하여 ZnO buffer layer의 유무에 따라 성장 특성이 향상되었음을 확인하였으며, 이는 buffer layer가 seed 역할을 한 것으로 사료된다. UV-spectra 측정을 통하여 가시광 영역(400~780 nm)에서 60%대의 투과도를 보여 가시광 영역에서 투명성을 요구하는 전자 소자 및 광소자 등에 적용 가능성을 확인하였다. 이 연구를 통하여 우수한 투과도를 가지며 유리 기판위에 수직성장된 ZnO 나노구조체는 태양전지와 플렉서블 디스플레이 등 다양한 활용 분야를 제시할 수 있다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.31 no.5
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• pp.581-584
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• 2020

The effect of a chemical pretreatment on the surface carbon was investigated using a scanning electron microscope (SEM) and electrochemical methods. Primitive carbon has a reducing power likely due to incompletely oxidized functional groups on the surface. We aim to control this reducing power by chemical treatment and apply for the spontaneous deposition of nanoparticles (NPs). Highly ordered pyrolytic graphite (HOPG) was initially treated with a reducing agent, NaBH4 or an oxidizing agent, KMnO₄, for 5 min. Subsequently, the pretreated carbon was immersed in a platinum (Pt) precursor. Unexpectedly, SEM images showed that the reducing agent increased spontaneous PtNPs deposition while the oxidizing agent decreased Pt loading more as compared to that of using bare carbon. However, the amount of Pt on the carbon obviously decreased by NaBH₄ treatment for 50 min. Secondly, spontaneous reduction on pretreated glassy carbon (GC) was investigated using the catalytic hydrogen evolution reaction (HER). GC electrode treated with NaBH4 for a short and long time showed small (onset potential: -640 mV vs. MSE) and large overpotential for the HER, respectively. Although the mechanism is unclear, the electrochemistry results correspond to the optical data. As a proof-of-concept, these results demonstrate that chemical treatments can be used to design the shapes and amounts of deposited catalytic metal on carbon by controlling the surface state.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.19 no.5
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• pp.233-239
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• 2009

The electrocatalytic behavior of the PtCo catalyst supported on the multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) has been evaluated and compared with commercial Pt/C catalyst in a polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC). A PtCo/MWNTs electrocatalyst with a Pt:Co atomic ratio of 79:21 was synthesized and applied to a cathode of PEMFC. The structure and morphology of the synthesized PtCo/MWNTs electrocatalysts were characterized by X-ray diffraction and transmission electron microscopy. As a result of the X-ray studies, the crystal structure of a PtCo particle was determined to be a face-centered cubic(FCC) that was the same as the platinum structure. The particle size of PtCo in PtCo/MWNTs and Pt in Pt/C were 2.0 nm and 2.7 nm, respectively, which were calculated by Scherrer's formula from X-ray diffraction data. As a result we concluded that the specific surface activity of PtCo/MWNTs is superior to Pt/C's activity because of its smaller particle size. From the electrochemical impedance measurement, the membrane electrode assembly(MEA) fabricated with PtCo/MWNTs showed smaller anodic and cathodic activation losses than the MEA with Pt/C, although ohmic loss was the same as Pt/C. Finally, from the evaluation of cyclic voltammetry(CV), the unit cell using PtCo/MWNTs as the cathode electrocatalyst showed slightly higher fuel cell performance than the cell with a commercial Pt/C electrocatalyst.