• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.137-137
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• 2018

이 연구에서는 리튬이온전지용 음극 활물질의 리튬이온 저장 용량을 최적화시키기 위한 새로운 방법이 제안되었다. 그 방법은 솔루션 플라즈마 프로세스를 사용하여 원자 단위의 리튬을 탄소 기반 물질의 내부에 도핑 시키고, 열처리를 통해 그 내부를 재설계하는 것이다. 리튬이온전지용 음극 활물질로 리튬금속 자체를 사용하려는 시도는 있었으나, 이는 충전 및 방전 사이클이 반복됨에 따라 리튬이 수지상으로 석출되어 내부를 단락시키거나, 리튬금속 자체의 폭발성에 의한 취급상의 제약이 있었다. 한편, 원자 단위로 탄소 내부에 도핑 된 리튬은 열처리 과정 동안 탄소 내부에서 확산함으로써 더 많은 리튬이 저장될 수 있는 공간을 만들었고, 사이클이 반복됨에 따라 서서히 충전 및 방전 반응에 참여함으로써 전지의 성능을 개선시켰다. 리튬이 도핑 된 탄소의 전기화학적 테스트 결과를 Fig. 1에 나타내었다. 실험 결과에서 보여진 초기 고용량 및 장기 사이클 특성은 탄소 내부에 도핑 된 리튬이 전지 성능의 향상에 중요한 역할을 한다는 것을 시사한다. 또한, 사이클이 반복됨에 따라 점차 증가하는 용량은 첫 사이클에서 형성된 solid electrolyte interphase의 비가역 용량을 보상할 수 있을 것으로 생각된다. 이상의 결과를 통해, 탄소 내부에 원자단위의 리튬을 도핑시키는 새로운 접근은 리튬이온전지의 성능 개선을 위한 효과적인 방법이 될 수 있을 것으로 보이며, 향후 리튬 이외의 다른 원소들, 즉 소듐과 같은 물질에 대하여 도핑을 시도한다면 새로운 분야에서 이와 같은 접근법이 유용하게 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.1
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• pp.31-36
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• 2013

For the simplification of doping process in amorphous carbon film, arsenic (As) ions were implanted on the nucleated silicon wafer before the growth process. Then amorphous carbon films were grown at the condition of $CH_4/H_2=5%$ by microwave plasma chemical vapour deposition. Because the implanted seeds were grown at the high temperature and the implanted ions were spread, it was possible to reduce the process steps by leaving out the annealing process. When the implanted amorphous carbon films were electrically characterized in diode configuration, field emission current of $0.1mA/cm^2$ was obtained at the applied electric field of about $2.5V/{\mu}m$. The results show that the implanted As ions were sufficiently doped by the self-annealing process by using the growth after implantation.

• Journal of the Korean Chemical Society
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• v.54 no.5
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• pp.533-540
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• 2010

An activated carbon was tested for its ability to remove transition metal ions from aqueous solutions. Physical, chemical and liquid-phase adsorption characterizations of the carbon were done following standard procedures. Studies on the removal of Ni(II), Cu(II) and Fe(III) ions were attempted by varying adsorbate dose, pH of the metal ion solution and time in batch mode. The equilibrium adsorption data were fitted with Freundlich and Langmuir and the isotherm constants were evaluated, equilibrium time of the different three metal ions were determined. pH was found to have a significant role to play in the adsorption. The processes were endothermic and the thermodynamic parameters were evaluated. Desorption studies indicate that ion-exchange mechanism is operating.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.87-87
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• 2000

이온빔 증착에 있어서 전자의 조사가 이온빔 증착기구에 미치는 영향에 대한 연구는 지금까지 보고 되어지지 않았다. 특히 전자의 조사가 증착층의 물성에 영향을 미칠 수 있느지에 대하여 정량적인 결과를 실험을 통하여 제시한 보고는 내가 아는 한 존재하지 않는다. 한편 이와같이 박막 증착에 있어서 전하가 증착되어지는 박막의 물성에 미칠 수 있는 영향에 대해서는 많은 과학자들의 관심사이기도 하다. 본 실험에서는 kaufman ion gun을 이용하여 질소 양이온을, 그리고 Cs+ ion gun을 이용하여 탄소 음이온을 조사하고 이들을 이용하여 CN 박막을 증착하였다. 질소 양이온의 에너지는 100eV, 이온밀도는 70$\mu$A/$\textrm{cm}^2$로 고정하고, 탄소 이온빔(80$\mu$A/$\textrm{cm}^2$)의 에너지를 200cV까지 변화시켜가며 증착하였다. 이때 증착층의 특성에 음 전하의 효과를 유발하기 위하여 350~360$\mu$A/$\textrm{cm}^2$의 전자빔을 이온빔 증착과 동시에 추가로 조사하였고 이의 특성을 전자빔을 조사하지 않고 증착한 CN 박막의 특성과 서로 비교하였다. 또한 증착 표면의 전하 축적에 의한 입사 이온빔의 에너지 감소에 의한 영향을 방지하기 위하여 증착되는 Si 기판에 HF (300kHz, 3.5V) bias를 가하여 주었다. 전자빔의 조사와 동시에 이루어진 CN 박막의 증착은 입사하는 탄소 음 이온빔의 에너지가 80eV에서 180eV 사이일때 원자밀도의 향상과 질소함량의 증가, 그리고 sp2C-N 결합대비 sp3C-N 결합의 향상이 이루어졌음을 확인하였다. 이는 이온빔 충돌에 의하여 피코쵸 정도의 시간대에 이루어지는 박막내의 collision cascade 영역에 이에 의하여 생긴 결함부위에 유입된 음 전하가 위치하면 전하주위의 원자와 polarization을 형성하고 이에 의하여 탄소와 질소의 결합을 형성하는데 필요한 자유에너지의 감소를 수반하는 방향으로 원자의 배열이 이루어지기 때문으로 사료된다. 이와같이 이온빔 에너지가 이온빔 증착 기구의 주요한 인자로 널리 인식되고 있는 kinetic bonding process에 있어서 이온 에너지에 의하여 activation energy barrier를 넘은후, 전자의 조사가 자유에너지를 낮추는 방향으로 최종 결합경로를 조절할 수 있기 때문에 이온빔 증착을 조절할 수 있는 또 하나의 주요한 인자로 받아들여질 수 있으리라 판단된다. 이온빔 프로세스에 의한 DLC 혹은 탄소관련 필름을 형성하는데 있어서 입사 이온빔의 에너지에 의하여 수반되는 thermal spike 혹은 외부 열원에 의한 가열은 박막층의 흑연화를 수반하기 때문에 박막의 sp3 특성을 향상시키기 위하여 회피하여야 할 요소이지만 thermal spike에 의한 국부 영역의 가열과 같은 불가피한 인자가 존재하는 상황에서 전자에 의한 추가 전하의 조사에 의한 최종결합경로의 선택적 조절은 박막의 화학적 결합과 물리적 특성을 향상시킬 수 있는 중요한 방법이 될 수 있다고 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.129-129
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• 2010

플라즈마 처리를 통하여 수직 합성된 다중벽 탄소나노튜브가 원뿔형 다발이 될 수 있으며 원뿔형 탄소나노튜브 다발은 기존의 구조적, 기계적 성질의 향상과 더불어 향상된 전계방출 능력을 가질 것으로 기대되어 이를 X-선원, 전계방출디스플레이(FED), 유기발광다이오드(OLED) 백라이트 등의 전자빔 원으로 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 원뿔형 탄소나노튜브 다발의 형상 제어를 통하여 전계방출특성을 향상시킬 수 있으며 이를 위해 원뿔형 탄소나노튜브 다발이 생성되는 메커니즘과 조사되는 플라즈마의 역할에 대해서 이해하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 플라즈마 생성부와 조사부를 분리한 유도결합형 플라즈마 원을 사용하여 입사되는 이온의 에너지, 조사량, 입자 종을 독립적으로 제어하였고 이를 통하여 원뿔형 탄소나노튜브 다발이 형성되는 메커니즘과 플라즈마의 역할을 밝혀내었다. 알곤 및 수소 플라즈마 처리에서는 원뿔형 탄소나노튜브 다발이 형성되지 않았으나 질소 및 산소 플라즈마 처리에서는 원뿔형 탄소나노튜브 다발이 형성되었다. 특히 산소 플라즈마 처리가 원뿔형 탄소나노튜브 다발 형성에 효과적이었다. 원뿔형 탄소나노튜브 다발의 형성 메커니즘은 탄소나노튜브의 분극과 쉬스 전기장의 상호작용을 이용한 모델을 사용하여 설명하였다. 질소 및 산소 플라즈마 처리에서는 탄소나노튜브 끝단에 생성되는 C-N, C-O 결합에 의해 향상된 유도 쌍극자와 쉬스 전기장에 의해 탄소나노튜브 끝단이 모여 원뿔형 탄소나노튜브 다발이 생성됨을 밝혀내었다. 산소 플라즈마 처리에서 입사되는 이온의 에너지 조절에 의한 쉬스 전기장 조절과 조사량 조절을 독립적으로 수행하여 원뿔형 탄소나노튜브 다발의 직경 및 높이가 쉬스 전기장 및 조사량에 따라 조절 가능함을 보였다. 이로부터 입사되는 이온의 입자 종, 쉬스 전기장 및 조사량 조절 등의 플라즈마 인자 조절을 통하여 원뿔형 탄소나노튜브 다발의 형상 제어가 가능함을 보였다. 탄소나노튜브의 형상 제어와 더불어 세슘 입자 삽입을 통한 탄소나노튜브의 일함수 감소를 통하여 향상된 전계 방출 특성을 갖는 탄소나노튜브 팁의 제조 가능성을 확인하였다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.24 no.1
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• pp.49-54
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• 2013

We fabricated a composite carbon electrode to remove nitrate ions selectively from a mixed solution of anions. The electrode was fabricated by coating the surface of a carbon electrode with the nitrate-selective anion exchange resin (BHP55, Bonlite Co.) powder. We performed capacitive deionization (CDI) experiments on a mixed solution containing chloride, nitrate, and sulfate ions using a BHP55 cell constructed with the fabricated electrode. The removal of nitrate ions in the BHP55 cell was compared to that of a membrane capacitive deionization (MCDI) cell constructed with ion exchange membranes. The total quantity of ions adsorbed in BHP55 cell was $38.3meq/m^2$, which is 31% greater than that of MCDI cell. In addition, the number of nitrate adsorption in the BHP55 cell was $15.9meq/m^2$ (42% of total adsorption), 2.1 times greater than the adsorption in the MCDI cell. The results showed that the fabricated composite carbon electrode is very effective in the selective removal of nitrate ions from a mixed solution of anions.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.26 no.1
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• pp.92-98
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• 2015

In this study, phenol-based activated carbons (ACs) were fluorinated at various fluorine partial pressures (0.01~0.03 MPa) and the $Cr^{6+}$ ion adsorption of fluorinated ACs was investigated. According to BET and XPS results, the specific surface area and total pore volume of fluorinated ACs increased by 24.7 and 55.8%, respectively, and fluorine functional groups were introduced to AC surface. The most optimized condition of $Cr^{6+}$ ion adsorption was confirmed at the fluorine partial pressure of 0.02 MPa. And also the removal efficiency of $Cr^{6+}$ ion was up to 98% at 300 mg/L of the initial concentration, and these results showed an approximately three-fold increase compared to that of using untreated ACs. Furthermore, the $Cr^{6+}$ ion adsorption of fluorinated ACs was completed in less than 30 min in contrast with untreated ACs, which was expected to be an increase of the affinity between $Cr^{6+}$ ions and ACs surfaces by fluorination.

• Analytical Science and Technology
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• v.14 no.2
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• pp.123-130
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• 2001

Determination of cadmium(II) ion with a perfluorinated sulfonated polymer-ethylenediamine(nafion-en) modified glassy carbon electrode was studied. It was based on the chemical reactivity of an immobilized layer(nafion-en) to yield complex $[Cd(en)_2]^{2+}$. The reduction peak potential by differential pulse voltammetry(DPV) was observed at $-0.780({\pm}0.005)V$ vs. As/AgCl. The linear calibration curve was obtained in cadmium(II) ion concentration range $5.0{\times}10^{-7}-2.0{\times}10^{-5}M$, and the detection limit(3s) was $2.20{\times}10^{-7}M$. The detection limit of nafion-en modified glassy carbon electrode has been shown about 14 higher sensitivity than a bare glassy carbon electrode.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.07b
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• pp.1199-1202
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• 2004

리튬이온전지 음극활질용으로 Hybrid of pitch based graphite impregnating natural graphite와 Hybrid of pitch based carbon impregnating natural graphite로 탄소전극을 제작하여 전기화학적인 특성을 연구하였다. Natural graphite에 pitch based graphite나 pitch based carbon의 혼합은 흑연의 이론용량인 372 mAh/g를 초과하는 고용량을 나타내었다. 이것은 극소공동에 리튬종의 삽입과 탈삽입에 의한 것으로 파악된다. 그러나 충 방전이 계속 진행되면서 방전용량이 급격히 저하되는 현상이 관찰되었다. X-선 회절분석 결과로부터 Hybrid of pitch based carbon impregnating natural graphite 탄소전극에는 amorphous carbon이 상대적으로 다량 존재한다는 것을 확인하였고, 이는 리튬의 삽입된 상태의 전위에 분포가 있어 충 방전시에 완만한 전압의 구배를 만들며, 비가역용량을 증가시키는 요인으로 파악되었다.

• Membrane Journal
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• v.33 no.6
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• pp.315-324
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• 2023

Ion-exchange membrane (IEM), is a key component that determines the performance of the electro-membrane processes. In this review, the latest research trends in improving the performance of IEMs used in various electro-membrane processes through modification using carbon-based and metal-based nanomaterials are investigated. The nanomaterials can be introduced into IEMs through various methods. In particular, carbon-based nanomaterials can strengthen their interaction with polymer chains by introducing additional functional groups through chemical modification. Through this, not only can the ion conductivity of IEM be improved, but also the permselectivity can be improved through the sieving effect through the layered structure. Meanwhile, metal-based nanomaterials can improve permselectivity through sieving properties using the difference in hydration radius between target ions and excluded ions within a membrane by using the property of having a layered or porous structure. In addition, depending on the characteristics of the binder used, ion conductivity can be improved through interaction between nanomaterials and binders. From this review, it can be seen that the properties of IEMs can be effectively controlled using carbon-based and metal-based nanomaterials and that research on this is important to greatly improve the performance of the electro-membrane process.