• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.427-428
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• 2014

서론: 최근 전세계적인 고령화 진행에 따른 뇌졸중, 파킨슨병, 알츠하이머병 등과 같은 각종 뇌관련 질환에 대한 관심이 더욱 높아지고 있으며 다양한 뇌질환 치료를 위하여 뇌 신경 신호의 정확한 검출 대한 연구가 학계에서 활발히 진행되고 있다. 효과적인 뇌 신경 신호 검출을 위해서는 세포조직의 손상을 최소화 할 수 있는 초소형 신경탐침 및 극소 면적내에서 극대화된 검출 전극이 구현되어야 한다. 그러나, 극소 면적내에 구성된 소면적 전극을 통한 신호 검출은 전극 계면에서의 높은 임피던스를 야기시켜 정밀한 신경신호 검출에 어려움을 만든다. 따라서, 뇌 신경 신호 검출시 전극 계면에서의 낮은 임피던스를 검출하기 위한 다결정실리콘, 이리듐 산화막, 탄소나노튜브와 같은 다양한 전극 소재를 이용한 신경탐침 연구가 제안되어 왔다. 본 연구에서는 극소화된 전극면적과 신경세포 계면에서의 저 임피던스 신경신호 검출을 위하여 비이온성 계면활성제와 전해도금을 이용하여 높은 거칠기값을 갖는 나노동공 백금층을 검출 전극으로 활용하였다. 실험 결과: 제작된 신경탐침의 몸체는 실리콘으로 이루어지며, 탐침 끝단에는 신호 측정을 위한 나노동공 백금층을 갖는 전극들이 집적되어 있다. Fig. 1 는 제작된 나노동공 백금을 갖는 신경탐침의 이미지 (a), SEM (b), TEM (c), FESEM (d) 측정결과를 보여준다. 0.9 %의 NaCl 용액에서 제작된 신경탐침의 계면임피던스 및 위상각 변화에 대한 측정결과가 Fig. 2에 나타나 있다. 1.2 kHz 주파수에서 $942.6K{\Omega}$ ($0.029{\Omega}cm^2$, $3.14{\mu}m^2$)로 극대화된 실표면적을 갖는 나노동공 백금층에 의하여 매우 낮은 임피던스 특성을 보인 것으로 판단된다. 또한 제작된 신경탐침은 위상각이 $-82.9^{\circ}$로서 캐패시터와 같은 역할을 하고 있다고 예상할 수 있었으며 $4.6mFcm^{-2}$의 축전용량값을 보였다. Fig. 3는 1 M의 황산용액에서 나노동공백금층이 형성된 신경탐침 전극과 형성 전의 전기화학적 표면변화를 비교분석한 결과로서 나노동공 백금층의 형성 전/후의 전류응답 특성이 상이하게 나타났다. 나노동공 백금층의 실표면적 극대화로 인한 전류응답수치 또한 크게 향상 되었으며, 0~-0.25 V 영역에서의 수소 흡착에 따른 환원곡선은 전형적인 백금 특성을 보여주는 결과로 판단 할 수 있다. Table 1는 기존에 연구되었던 신경탐침들과 본 연구에서 제작된 나노동공 백금을 갖는 신경탐침의 임피던스와 캐패시턴스 특성을 비교한 결과이다. 결론: 본 연구에서는 실리콘 신경탐침 끝단에 집적된 전극상에 전해도금법을 이용하여 높은 거칠기값을 갖는 나노동공 백금층을 형성하고 전극 계면상의 낮은 임피던스를 검출을 하였다. 나노동공 백금층을 갖는 신경탐침은 순환전압전류법을 통해 극대화된 실표면적을 극대화를 확인할 수 있었으며, 극대화된 검출 전극면은 저 임피던스 측정에 용이함을 실험을 통해서 증명할 수 있었다. 따라서, 높은 거칠기값의 나노동공 백금층은 초소형화된 신경탐침상에 집적되는 전극면적소형화와 다수의 전극 구현에 효과적일 것으로 판단되며 보다 정확한 신경신호 검출을 통한 뇌질환의 명확한 이해에 유망할 것으로 판단된다.

• 분석과학
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• 제28권2호
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• pp.98-105
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• 2015

버얼리종 담배에서 추출물에서 얻은 peroxidase와 다중벽 탄소 나노튜브를 이용한 dopamine 정량 바이오센서를 만들었다. Peroxidase는 dopamine을 dopamine quinone으로 산화시키는 반응의 촉매 역할을 한다. 이 논문은 효소의 농도, pH와 같은 바이오센서의 감응에 영향을 주는 parameter를 조사하였다. 또한, 전극의 감도, 직선성의 범위, 전극의 안정성을 조사하였다. 본 실험에 사용한 dopamine의 정량 센서는 pH 6.50, 0.010 M 인산 완충용액, -0.15 V의 가해준 전압에서 가장 좋은 감응을 나타내었다. 전극의 검출한계(S/N ＝3)는 2.7×10⁻⁶ M이었으며, 5.0×10⁻² M dopamine을 이용하여 10회 반복 측정한 상대표준편차는 1.3%이었다.

• 공업화학
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• 제28권3호
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• pp.299-305
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• 2017

활성탄소섬유가 전사선 조사에 의해 표면 개질되었고, NO가스 감지 능력에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 이를 가스센서 전극으로 이용하였다. XPS 분석결과는 전자선에 의하여 표면처리된 활성탄소섬유의 산소 성분이 감소하였으며 표면의 $sp^2$ 결합탄소가 증가한 것을 보여주었다. 이러한 결과는 전자빔 조사에 따른 활성탄소섬유 표면의 구조적 변형때문으로 사료된다. 100 kGy의 전자빔이 조사된 활성탄소섬유 전극의 NO가스 민감도는 약 4%에서 약 8%로 크게 증가하였고, 그 감지 시간 또한 약 360 s에서 120 s로 의미 있게 향상되었다. 이러한 결과는 활성탄소섬유의 전자빔 조사에 의하여 $sp^2$ 탄소 결합의 증가때문에 기인한 것으로, 이는 NO가스 센싱에 대한 전극저항 변화에 상당히 영향을 주었다.

• 대한화학회지
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• 제37권11호
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• pp.937-942
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• 1993

Immobilon-AV Affinity membrane에 L-glutamate dehydrogenase를 고정하여 유리질 탄소전극에 부착시킨 전극을 사용하여 암모니아를 전류법으로 정량하였다. 이때 환원형의 NADH가 $NAD^+$로 산화될 때 전류를 +1.0 volt vs. Ag/AgCl에서 측정하였다. 효소 고정화된 membrane을 부착시킨 전극의 감응 특성은 다음과 같다. 곧 직선 감응 농도 범위는 $4.0\;{\times}\;10^{-5}\;{\sim}\;4.0\;{\times}\;10^{-4}$ M이었으며, 정량한계는 2.0 ${\times}\;10^{-6}$ M이었다. 또한 감응 시간은 2분이었으며 효소 고정화된 막의 최적 pH와 수명은 각각 pH 7.3∼7.6 (Dulbecco's buffer 용액)과 25일이었다. 그리고 다른 생리활성 물질의 방해는 없었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권1호
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• pp.10-14
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• 2011

철 이온 교환방법에 의해 메조기공을 갖는 활성탄소 섬유(ACF)를 제조하고, 이를 사용하여 전기 이중층 커패시터(EDLC)의 전극소재 성능을 조사하였다. 질산처리에 의해 제조된 메조기공 ACF는 비표면적이 1,249, 664 $m^2/g$이고, 메조 기공 분율이 70.6-81.3%이고, 평균 기공크기는 약 2.78~4.14 nm이다. 질산처리시간이 짧을수록 비표면적이 크고 메조 기공이 적게 발달됨을 알 수 있었다. 전기이중층 커패시터의 성능을 조사하기 위해서, 메조기공 ACF, 도전제, 바인더를 사용하여 단위 셀을 제조하였으며, 유기 전해질을 사용하였다. 2시간 질산으로 처리된 ACF의 비 축전양은 0.47 $F/cm^2$이고, 20회 충.방전 테스트에서 안정된 실험결과를 얻을 수 있었다. EDLC의 전기화학적 성능은 ACF 전극의 비표면적에 크게 영향을 받으며 메조기공은 전하의 확산저항을 감소시키는 것을 알 수 있었다.

• 전기화학회지
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• 제4권3호
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• pp.98-103
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• 2001

EDLC(electric double layer capacitor)용 활성탄소전극의 제조공정을 dip coating method, doctor blade coating method, paste rolling method로 달리하여 전기화학적 특성과 비축전 용량을 조사하였다. Dip coating method에 의한 전극제조시 전해질염으로 LiPF6를 이용하고 유기용매로 PC-DEC를 이용한 EDLC의 비축전 용량이 130F/g으로 가장 우수하였고, 선형의 시간전압곡선에서의 IR-drop도 0.11V로 작았으며 CV(cyclic voltammetry) 분석 또한 이상적인 EDLC의 특성을 나타내었다.

• 분석과학
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• 제12권3호
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• pp.218-223
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• 1999

스크린 프린팅 기술을 이용하여 일회용 에탄올 센서를 개발하고 전기화학적 방법으로 그 성능을 조사하였다. 일회용 에탄올 센서는 폴리에스테르 기질 위에 탄소와 은 반죽 그리고 절연체 잉크로 작업 및 기준전극의 감응부위와 전기적 접촉부위의 형상을 차례로 인쇄한 후 알코올탈수소효소(ADH) 또는 알코올산화효소(AOD)를 알려진 전자전달 매개체(mediator)와 함께 작업전극에 고정시켜 제작하였다. 일회용 센서의 제작 과정에서 감응도와 재현성을 높이기 위하여 프린팅한 탄소 작업전극을 전처리 하는 몇 가지 방법들을 적용하고 그 결과들을 비교하였다. 제작된 일회용 센서는 소량의 혈액시료로 음주측정을 하는데, 그리고 발효공정 제어 등에 유용하게 사용될 수 있다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.114-114
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• 2018

탄소 재료는 뛰어난 물성에서 다양한 재료로의 응용이 기대되고 있다. 특히, 이종 원소 함유 카본 재료는 전기적 특성과 촉매성의 발현 등 새로운 기능을 카본 재료에 부여할 수 있어서 연료 전지, 에너지 저장, 태양 전지 등에의 응용이 기대되고 있다. 최근, 용액 중의 저온 플라즈마인 솔루션 플라즈마(solution plasma process)를 이용하여 벤젠 용액 등에서 탄소 재료 합성에 성공하였다. 그러나 기존의 연구에서는 솔루션 플라즈마 프로세스를 이용하여 합성한 이종원소 카본은 전도성이 낮아 이종원소의 함유량을 낮추는 고온의 열처리가 필요했다. 따라서 본 연구에서는 우수한 물리적 전기적 특성을 갖는 그래핀(graphene)과 같은 이종 원소 카본 나노시트(heteroatom carbon nanosheets)의 합성 및 메커니즘(mechanism)에 대해 검토하였다. 다양한 이종원소를 포함한 유기용매 안에 바이폴라 펄스 전원에 의한 전압을 두 텅스텐 전극 간에 인가하고, 솔루션 플라즈마를 생성하여 이종원소 카본 재료를 합성했다. 플라즈마 생성은 텅스텐 봉을 전극으로 사용하고 전압을 2.0 kV, 펄스 주파수를 200 kHz, 펄스 폭을 $1.0{\mu}s$, 전극 간 거리를 1.5 mm에서 일정하게 유지하며 200 mL 유기용매 중에서 방전시키는 것으로 재료를 합성했다. 플라즈마 방전 후, 필터을 이용하여 흡인 여과한 뒤 $200^{\circ}C$에서 1 시간 동안 건조 시켰다. 건조 후의 이종원소 카본의 물리적 특성을 원소 분석, X선 회절 법(XRD), 저항률 측정, 투과형 전자 현미경(TEM) 및 라만 분광법, 전자 현미경(SEM), X-선광전자분광기(XPS)등을 이용하여 카본의 형상 및 특성을 분석하였다. 그 결과 다양한 이종원소를 포함한 유기용매 중 2-pyrrolidone을 사용했을 때, 이종 원소 카본 나노시트를 합성하는데 성공하였다. 또한, 이 연구방법을 통해서 솔루션 플라즈마 프로세스를 통한 카본 나노시트 합성의 메커니즘을 규명하였다.

• 전기화학회지
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• 제18권3호
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• pp.130-135
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• 2015

흑연 분말을 프탈로시아닌 또는 구리 프탈로시아닌과 함께 비활성 분위기에서 각각 열처리하여 표면처리를 진행하였고, 이의 속도특성과 저온 작동특성을 조사하였다. 표면처리 후 흑연 분말의 표면에 비정질 탄소와 구리의 코팅 층이 균일하게 형성되었다. 표면처리를 통하여 흑연 전극의 속도특성이 개선되는 것을 확인하였는데, 특히 구리 프탈로시아닌으로 처리한 경우 속도특성의 향상이 두드러졌다. 흑연 전극의 저항을 교류 임피던스와 펄스 저항측정법을 활용하여 조사하였는데, 구리 프탈로시아닌으로 처리된 흑연 전극의 경우가 저항이 가장 작았다. 프탈로시아닌으로 부터 유도된 비정질 탄소 층이 리튬이온의 확산을 용이하게 하고, 구리 프탈로시아닌으로부터 유도된 금속상태의 구리는 전자 전도도를 증가시키기 때문에 저항을 감소시키는 것으로 판단된다.