• Electrical & Electronic Materials
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• v.7 no.5
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• pp.438-446
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• 1994

인류는 지금 2차석기시대를 맞이하고 있으며 이 시대는 인공으로 만들어지는 돌인 세라믹이 단순히 용기나 도구로 사용되는 것 이외에 정보화사회에 있어서 기술의 관건이 될 지능소자로서 사용되고 있다. 세라믹은 내열성, 내식성, 내마모성이라는 특성으로 인해 많이 이용되어 왔지만 이러한 특성 이외에도 전자적 기능, 광학기능, 화학기능 등 "두뇌"도 우수한 재료라 할 수 있다. 더구나 세라믹은 인간을 대신하여 감지하는 것이 가능한 각종 센서로서도 폭넓게 이용되고 있다. 인간에 있어서 눈, 코, 귀, 혀, 피부 등 오감이 센서이며, 눈은 물체를 식별하는 것으로 빛을 검출하고 귀는 소리를 듣는 것으로 압력과 음파를 검출하고, 코는 냄새로 가스나 온도를 검출하고, 혀는 맛으로 미각을 검출하고, 피부는 촉각에 의한 압력, 온도, 습도를 검출하며, 인간의 오감에 대응되지 않는 것으로 세라믹 센서는 자기장을 감지할 수 있다. 이와같이 센서는 용도에 따라 수많은 센서가 개발되어 그 종류가 대단히 많기 때문에 모든 센서에 대해서 기술한다는 것은 어렵다. 그러므로 여기서는 센서중에서 기본적인 가스센서와 습도센서에 대해 소개하기로 한다. 소개하기로 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.211.2-211.2
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• 2016

그래핀은 본연의 우수한 물성으로 인하여 전자소자, 에너지 저장매체, 유연성 전도막 등 다양한 분야로의 응용가능성이 제기되었으나, 실제적인 응용을 위해서는 구조적인 결함을 최소화하며, 특성을 자유로이 제어하거나 향상시키는 공정의 개발이 요구된다. 특히 그래핀을 전자소자로 응용하기 위해서는 전기적 특성을 제어하는 것이 요구된다. 일반적으로 화학적 도핑은 그래핀의 전기적 특성을 제어하는 효율적인 방법으로 알려져 있다. 화학적 도핑은 그래핀을 구성하는 탄소원자를 이종원자로 치환하거나 표면에 흡착시켜 기능화 된 그래핀을 얻는 방법으로, 특정 가스 분위기에서 고온 열처리하거나 활성종들이 존재하는 플라즈마에 노출시키는 방법이 제시되었다. 특히 플라즈마를 이용한 도핑방법은 저온에서 단시간의 처리로 도핑이 가능하고, 플라즈마 변수를 변경하여 도핑정도를 수월하게 제어할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나 플라즈마내의 극성을 띄는 다양한 활성종들의 충돌효과로 인하여 구조적인 손상이 발생하여 오히려 특성이 저하될 수 있어 이를 고려한 플라즈마 공정조건의 설정이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 플라즈마에 노출된 그래핀의 Raman 특성을 고찰함으로써 화학적 도핑과 구조적인 결함의 경계를 확립하고 구조결함의 형성을 최소화한 효율적인 도핑조건을 도출하였다. 그래핀은 물리적 박리법을 이용하여 300 nm 두께의 실리콘 산화막이 존재하는 실리콘 웨이퍼 위에 제작하였으며, 평행 평판형 직류 플라즈마 장치를 이용하여 전극의 위치, 인가전력, 처리시간을 변수로 암모니아($NH_3$) 플라즈마를 방전하여 그래핀의 Raman 특성변화를 관찰하였다. 그래핀의 구조적 결함 및 도핑 효과는 라만 스펙트럼의 D, D', 2D밴드의 강도와 G밴드의 위치와 반치폭(Full width at half maximum; FWHM)의 변화를 통해 확인하였다. 그 결과, 인가전력과 처리시간에 따라 결함형성과 질소도핑 영역이 구분 가능함을 확인하였으며, 이를 바탕으로 결함형성을 최소화한 효율적인 도핑조건이 접지전위, 0.45 W의 인가전력, 처리시간 10초이며, 최적조건에서 계산된 도핑레벨은 $1.8{\times}10^{12}cm^{-2}$임을 확인하였다.

• Journal of the Korean Chemical Society
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• v.32 no.5
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• pp.483-494
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• 1988

The adsorption behavior of aromatic acids on Amberlite XAD-4 resin was investigated by measuring the distribution coefficient by batch method. The adsorption of solutes on XAD-4 was affected by the several factors such as, analyte concentration, the pH of solution and concentration of pairing ion. The enhanced adsorption of solutes on XAD-4 in the presence of tetraalkylammonium salt as an ion pairing reagent, referred to as ion interaction, was suggested to follow a double layer model where the pairing ion occupies a primary layer at the adsorbent while the solute anion and other anions in the system comlpete for the secondary layer. Therefore, the ability of an ion pairing reagent to enhance solute adsorption depended significantly on the type and concentration of counter-ion and co-anion accompanying the ion pairing reagent or salt used for ionic strength control. In addition, a good linear relationship between the logarithm of capacity factors measured by batch and elution method as a function of the concentration of ion pairing reagent and methanol can be used to predict the retention in elution method on the basis of capacity factors measured by batch method.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.49 no.6
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• pp.697-703
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• 2011

Capacitive deionization(CDI) is an ion removal technology that employs the basic electrochemical principle of absorbing ions in high surface area electrode. CDI technology reduce power consumption because it operates at lower electrode potential(about 1~2 V). Also, it is an environmentally friendly technology because no acid, base, or salts are required to generate the surface. In this study, we searched the patents and papers to investigate the trend of CDI technologies. Database was collected from WIPS and Scopus site and was investigated according to electrode, module and application technology of CDI. The technology trend of CDI was analyzed based on patent application year, countries, main applications and technologies.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.22 no.12
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• pp.2227-2238
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• 2000

The interfacial features of suspension system made of $CaCO_3$ particles have been investigated for the purpose of designing its effective treatment process. For the examination of variation of electrokinetic potential as a function of pH. the value of potential was observed to shift in the negative direction, which was thought to be due to the adsorption of hydroxide ion on the particle surface. Adsorption of surfactant on suspended particles resulted in the change of surface charge and shift in electrokinetic potential, which was dependent upon the sign of head charge and concentration of surfactant. Addition of inorganic salts affected stability of suspension greatly and sedimentation rate of suspension was influenced by the electric valence and amount of ions produced by dissolution of inorganic coagulants. DLVO theory made it possible to construct a energy profile diagram and a close correlation was found between experimental result and theoretically derived consequences. Non-specific adsorption of indifferent electrolyte resulted in the compression of electrical double layer and specific adsorption induced the shift of IEP and PZC in the opposite direction.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.3 no.2
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• pp.109-114
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• 2000

The relation between the phase-shift profile fur the intermediate frequencies and the Langmuir adsorption isotherm at the poly-Ir/0.1 M $H_2SO_4$ aqueous electrolyte interface has been studied using ac impedance measurements, i.e., the phase-shift methods. The simplified interfacial equivalent circuit consists of the serial connection of the electrolyte resistance $(R_s)$, the faradaic resistance $(R_F)$, and the equivalent circuit element $(C_P)$ of the adsorption pseudoca-pacitance $(C_\phi)$. The comparison of the change rates of the $\Delta(-\phi)/{\Delta}E\;and\;\Delta{\theta}/{\Delta}E$ are represented. The delayed phase shift $(\phi)$ depends on both the cathode potential (E) and frequency (f), and is given by $\phi=tan^{-1}[1/2{\pi}f(R_s+R_F)C_P]$. The phase-shift profile $(-\phi\;vs.\;E)$ for the intermediate frequency (ca. 1 Hz) can be used as an experimental method to determine the Langmuir adsorption isotherm $(\theta\;vs.\;E)$. The equilibrium constant (K) for H adsorption and the standard free energy $({\Delta}G_{ads})$ of H adsorption at the poly-Ir/0.1 M $H_2SO_4$ electrolyte interface are $2.0\times10^{-4}$ and 21.1kJ/mol, respectively. The H adsorption is attributed to the over-potentially deposited hydrogen (OPD H).

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.3 no.1
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• pp.25-30
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• 2000

The relation between the phase-shift profile for the intermediate frequencies and the Langmuir adsorption isotherm at the poly-$Pt/0.1\;M\;H_2SO_4$ aqueous electrolyte interface has been studied using ac impedance measurements, i.e., the phase-shift methods. The suggested interfacial equivalent circuit consists of the serial connection of the electrolyte resistance ($R_S$), the faradaic resistance $(R_F)$ and the equivalent circuit element $(C_P)$ of the adsorption pseudocapacitance $(C_\varphi)$. The delayed phase shift $(\varphi)$ depends on both the cathode potential (E) and frequency (f), and is given by $\varphi=-tan^{-1}[1/2{\pi}f(R_s+R_F)C_p]$. The phase-shift profile $(\varphi\;vs.\;E)$ for the intermediate frequency (ca. 6Hz) can be used as an experimental method to determine the Langmuir adsorption isotherm (9 vs. E). The equilibrium constant (K) for H adsorption and the standard free energy $({\Delta}G_{ads})$ of H adsorption at the poly-$Pt/0.1\;M\;H_2SO_4$ electrolyte interface are $1.8\times10^{-4}\;and\;21.4kJ/mol$, respectively. The H adsorption is attributed to the over-potentially deposited hydrogen (OPD H).

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.22-22
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• 2010

최근 염료감응형 태양전지(DSSC)는 광변환효율 측면에서 향상 가능성이 높으며, 전기화학적 반응을 바탕으로 하므로 생산단가가 낮아 차세대 태양전지로 관심을 모우고 있다. 염료감응형 태양전지에 있어서 주요 구성성분 중의 하나는 다공성 산화물 광전극 재료이다. 다양한 반도체 물질과 비교할 때 $TiO_2$는 전도대의 위치와 전자이동성 면에서 비교적 적합하며, 유기물과의 흡착성 및 안정성 측면에서 대단히 우수하다. 염료감응형 태양전지의 $TiO_2$ 광전극이 갖추어야 할 요건은 표면적이 넓어서 염료 흡착량이 많아야 하며, 전자전달 및 전해질 이동을 위한 효율적 구조이어야 한다. $TiO_2$ 광전극 제작을 위한 재료로서는 나노입자가 널리 이용되며, 입자의 크기는 20 nm 부근이 적합한 것으로 알려져 있다. 본 발표에서는 나노입자 외에 나노막대, 나노섬유, 나노튜브, inverse-opal 구조 등과 같이 지금까지 연구되고 있는 $TiO_2$ 나노구조 관련연구를 소개 한다. 한편으로 효율적 전극구조를 제작하려면 $TiO_2$ 나노구조 제어 외에도, 투명전극과 $TiO_2$ 전극과의 계면층(interfacial layer) 제어, 빛의 효율적 이용을 위한 산란층(scattering layer) 및 $TiO_2$ 전극에서 전해질로의 전자손실 억제를 위한 blocking layer 도입 등이 필요하다. 이에 대한 기본개념을 설명하고 다른 연구자의 연구결과를 소개한다. 본 연구실의 연구 결과인, 메조 포러스 구조, 다공성 속빈구 구조와 구형구조체를 합성하고 이를 염료감응형 태양전지에 응용한 내용을 소개한다. 다공성 속빈구의 경우, 산란층으로 대단히 우수한 결과를 나타내었고, 다공성 구형구조체는 광전극 주재료로 적합한 특성을 나타내었다. 즉, 다공성 구형구조체를 적용한 광전극은 표면적이 대단히 넓고 또한 효율적 동공구조가 형성되어 전해질 이동에도 매우 효율적이다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.52 no.1
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• pp.58-62
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• 2014

Electrochemical ammonia synthesis from water and nitrogen using a Pt/GDC/Pt cell was experimentally investigated. Electrochemical analysis and ammonia synthesis in the moisture-saturated nitrogen environment were performed under the operating temperature range $400{\sim}600^{\circ}C$ and the applied potential range OCV (Open Circuit Voltage)-1.2V. Even though the ammonia synthesis rate was augmented with the increase in the operating temperature (i.e. increase in the applied current) under the constant potential, the faradaic efficiency was decreased because of the limitation of dissociative chemisorption of nitrogen on the Pt electrode. The maximum synthesis rate of ammonia was $3.67{\times}10^{-11}mols^{-1}cm^{-2}$ with 0.1% faradaic efficiency at $600^{\circ}C$.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2002.07c
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• pp.2003-2005
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• 2002

바이오 마이크로 시스템 및 바이오 MEMS 분야, 특히 실리콘을 기질로 하는 바이오 센서 제작에서 반도체 공정 기술은 센서의 대량 생산과 초소형화를 위해서 반드시 필요한 기술이다. 그러나, 감지전극의 마이크로화에 따른 센서의 감도 및 안정성 저하 문제는 해결해야 할 과제이다. 최근, 다공질 실리콘이 갖는 대면적이 실리콘 기질과 생체 고분자 (예: 단백질, 핵산 등) 간의 결합력을 향상시킬 수 있음이 알려지면서, 바이오 센서 분야에서, 새로운 형태의 드랜스듀서 재료로서의 다공질 실리콘에 대한 논의가 활발히 전개되고 있으며 또한, ISFET (Ion-Selective Field-Effect Transistors) 와는 달리 다공질 실리콘 층은 저항이 크기 때문에 센서 제작 과정에서의 부가적인 절연막을 필요로 하지 않는다. 본 연구에서는, 백금을 증착한 다공질 실리콘 표면에 전도성 고분자로서 Polypyrrole (PPy) 필름과 생체 고분자 물질로서 Urease를 각각 전기화학적으로 흡착하였다. 다공질 실리콘 층의 형성을 위해 테플론 소재의 전기화학 전지에 불산 (49%), 에탄올 (95%), $H_2O$ 혼합 용액을 넣고 실리콘 웨이퍼에 일정시간 수 mA의 산화 전류를 흘려주었으며, 약 $200{\AA}$의 티타늄 박막과 $200{\AA}$의 백금 박막을 RF 스퍼터링하여 작업 전극을 제작하였고, 백금 박막 및 Ag를 기화 증착하여 제작한 Ag/AgCl 박막을 각각 상대 전극과 기준전극으로 하였다. 박막 전극의 표면 분석을 위해 SEM (Scanning Electron Microscopy), EDX (Energy Dispersive X-ray spectroscopy) 등을 이용하였다. 제작된 요소 센서로부터 요소 농도 범위 0.01 mmol/L ${\sim}$ 100 mmol/L에서 약 0.2 mA/decade의 감도를 얻었다.