• 한국분말재료학회지
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• 제29권4호
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• pp.314-319
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• 2022

The effect of the laser beam diameter on the microstructure and hardness of 17-4 PH stainless steel manufactured via the directed energy deposition process is investigated. The pore size and area fraction are much lower using a laser beam diameter of 1.0 mm compared with those observed using a laser beam diameter of 1.8 mm. Additionally, using a relatively larger beam diameter results in pores in the form of incomplete melting. Martensite and retained austenite are observed under both conditions. A smaller width of the weld track and overlapping area are observed in the sample fabricated with a 1.0 mm beam diameter. This difference appears to be mainly caused by the energy density based on the variation in the beam diameter. The sample prepared with a beam diameter of 1.0 mm had a higher hardness near the substrate than that prepared with a 1.8 mm beam diameter, which may be influenced by the degree of melt mixing between the 17-4 PH metal powder and carbon steel substrate.

• 한국표면공학회지
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• 제56권4호
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• pp.259-264
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• 2023

As the demand for lithium-ion batteries, a key power source in electric vehicles and energy storage systems, continues to increase for achieving global carbon neutrality, there is a growing concern about the environmental impact of disposing of spent batteries. Extensive research is underway to develop efficient recycling methods. While hydrometallurgy and pyrometallurgy methods are commonly used to recover valuable metals from spent cathode materials, they have drawbacks including hazardous waste and complex processes. Hence, alternative recycling methods that are environmentally friendly are being explored. However, recycling spent cathode materials still remains complex and energy-intensive. This study focuses on a novel approach called solid-state synthesis, which aims at regenerating the performance of spent cathode materials. The method offers a simpler process and reduces energy consumption. Optimal heat treatment conditions were identified based on experimental results, contributing to the development of sustainable recycling technologies for lithium-ion batteries.

• 한국재료학회지
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• 제33권5호
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• pp.195-204
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• 2023

Micro-electronic gas sensor devices were developed for the detection of carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NO_x), ammonia (NH₃), and formaldehyde (HCHO), as well as binary mixed-gas systems. Four gas sensing materials for different target gases, Pd-SnO₂ for CO, In₂O₃ for NO_x, Ru-WO₃ for NH₃, and SnO₂-ZnO for HCHO, were synthesized using a sol-gel method, and sensor devices were then fabricated using a micro sensor platform. The gas sensing behavior and sensor response to the gas mixture were examined for six mixed gas systems using the experimental data in MEMS gas sensor arrays in sole gases and their mixtures. The gas sensing behavior with the mixed gas system suggests that specific adsorption and selective activation of the adsorption sites might occur in gas mixtures, and allow selectivity for the adsorption of a particular gas. The careful pattern recognition of sensing data obtained by the sensor array made it possible to distinguish a gas species from a gas mixture and to measure its concentration.

• 유기물자원화
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• 제31권1호
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• pp.57-68
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• 2023

본 연구에서는 커피 폐기물 기반의 질소가 포함된 다공성 탄소 섬유 형태로 제조하여 고에너지 EDLC용 탄소 소재로 활용하고자 하였다. 커피 폐기물은 분쇄과정을 거쳐 폴리비닐피롤리돈과 용매인 다이메틸폼아마이드에 혼합한 후 전기방사를 통해 커피 폐기물 기반의 섬유 형태(Bare-CWNF)의 물질로 만들었으며, 질소 분위기의 900℃에서 탄화를 진행하여 커피 폐기물 기반의 질소가 포함된 다공성 섬유 형태(Carbonized-CWNF)의 물질을 제조하였다. Carbonized-CWNF는 Bare-CWNF와 같이 섬유 형태를 유지하였으며 질소 함량 역시 유지되는 것을 확인하였다. 커피 폐기물의 탄화 탄소(Carbonized-CW)및 폴리아크릴로나이트릴 기반의 탄소섬유(Carbonized-PNF)를 Carbonized-CWNF와 -1.0-0.0V의 전압 범위에서 전기화학적 성능을 비교한 결과, Carbonized-CWNF가 가장 높은 비정전용량(123.8F g^-1 @ 1A g^-1)을 확보할 수 있었다. 이를 통해 커피 폐기물 기반의 질소가 함유된 다공성 탄소 섬유가 고에너지 EDLC(Electric double layer capacitor)용 전극으로 우수한 성능을 나타내는 것을 확인하였다. 최종적으로, 환경 오염의 원인이 되는 식물성 바이오매스 중 커피 폐기물을 활용하여 친환경성을 확보하였고, 식물성 바이오매스와 같은 폐기물을 슈퍼커패시터와 같은 고성능 에너지 저장 매체로의 탈바꿈 할 수 있는 가능성을 제시하였다.

• Composites Research
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• 제32권6호
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• pp.327-334
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• 2019

층간분리는 복합재 적층판에서 발생하는 특수한 파손 모드이다. 유한요소해석기법을 활용하여 균열 성장방향이 확실히 예측되는 일방향 복합재 적층판의 층간분리 거동과 관련된 많은 수치적 연구가 수행되었다. 반면에 여러 방향으로 적층된 복합재 적층판의 층간분리는 층간 균열 뿐 만 아니라 기지재료 파손 및 섬유 브릿징을 수반하는 층내 균열이 발생한다. 또한 층간 균열과 층내 균열이 불규칙적인 비율로 나타나고 층내 균열도 임의의 각도로 성장한다. 이러한 직교적층 복합재 적층판의 균열 성장 방향에 대한 예측은 확정론적 해석 방법 보다는 확률론적 해석 방법이 유리하다. 본 논문에서는 직교적층 탄소섬유/에폭시 복합재 적층판에 모드 I 하중이 가해질 때 균열 경로를 분석하여 향후 확률론적 해석의 기반 자료로 사용할 수 있는 확률 데이터를 수집하고 분석하였다. 직교이방성 재료의 균열선단에서의 응력장 해석결과를 활용하여 균열 성장 방향을 분석할 수 있는 두 가지 기준을 제안하였다. 제안한 방법을 이용하여 직교적층 탄소섬유/에폭시 복합재 적층판의 균열 성장 방향을 정성적, 정량적으로 분석하고 실험값과 비교분석하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제43권3호
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• pp.401-406
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• 2005

본 연구에서는 다중벽 탄소나노튜브의 화학적 표면처리가 에폭시 매트릭스 복합재료의 유리전이온도, 열안정성 그리고 동적 점탄성거동에 미치는 영향을 고찰하기 위하여 시차주사열량계(DSC), 열중량분석기(TGA) 그리고 동적 기계적 분석기(DMA)를 통하여 각각 측정하였다. 탄소나노튜브의 표면처리는 35 wt％의 $H_3PO_4$(A-MWNTs) 혹은 35 wt％ KOH(B-MWNTs) 용액으로 화학적 표면처리를 하였으며, 표면처리 후 표면특성 변화는 pH, 표면 산 및 염기도, 적외선 분광법(FT-IR)과 자외선 광전자 스펙트럼(XPS) 분석을 통하여 알아보았다. 그 결과로서, 산-염기 상호반응에 의한 각각의 표면처리는 탄소나노튜브의 표면특성 및 화학적 조성 변화를 가져오며, 산처리한 MWNTs/에폭시 복합재료의 경우가 염기처리 및 미처리 시편과 비교하여 열안정성 및 동적 점탄성 특성에 있어서 탄소나노튜브 표면에 도입된 산성 관능기 그룹의 영향으로 큰 값을 나타내었다. 이는 염기성을 가지는 에폭시 수지와 산성을 가지는 탄소나노튜브와의 산-염기 및 수소결합에 의한 계면결합력의 향상 때문이라 생각된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제62권1호
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• pp.99-104
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• 2024

본 연구에서는 고용량 리튬이온배터리용 음극 소재로 탄소 코팅된 할로우 구조의 실리콘(HSi/C) 복합소재를 제조하였다. CTAB (N-Cetyltrimethylammonium bromide)이 첨가된 Stöber법을 통해 할로우 실리카(HSiO₂)를 합성하였으며, HSiO₂를 마그네슘열 환원한뒤 표면에탄소를 코팅하여 HSi/C 음극복합소재를 제조하였다. 복합소재의물리적 특성과 전기화학적 특성을 CTAB 조성에 따라 조사하였다. FE-SEM 분석 결과 CTAB 조성이 감소할수록 HSiO₂ 입자의 크기가 커졌으나 두께는 감소하였다. 제조된 HSi/C 소재는 다양한 CTAB 비율(0.5, 1.0, 1.5)에서 각각 2188.6, 2164.5, 1866.7 mAh/g의 높은 초기 방전용량을 나타내었으며, 100 사이클의 충·방전 후 0.5-HSi/C가 1171.3 mAh/g의 높은 가역 용량과 70.9%의 용량 유지율을 보여주었다. 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)으로 저항 특성을 분석하였으며, 0.5-HSi/C 소재가 20 사이클 이후 다른 CTAB 조성의 HSi/C 복합소재에 비해 안정적인 저항 특성을 보이는 것을 확인하였다.

• 한국물환경학회지
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• 제31권2호
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• pp.151-158
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• 2015

The aim of this research is to derive an optimum operating condition for the thermal solubilization equipment that is employed to increase concentration of soluble organic materials and to assess whether it would be possible to use the waste sludge generated by thermal solubilization reaction as an external carbon source in biological denitrification process. For the purpose, we have constituted a laboratory-size thermal solubilization equipment and have assessed thermal hydrolysis efficiency based on various reaction temperature and reaction time. We have also derived SDNR using the waste sludge generated by thermal solubilization reaction through a batch experiment. As a result of research, the highest thermal hydrolysis efficiency of about 42.8% was achieved at $190^{\circ}C$ of reaction temperature and at 90 minutes of reaction time. And when SDNR was derived using the waste sludge, the value obtained was $0.080{\sim}0.094\;g\;NO_3{^-}-N/g\;MLVSS{\cdot}day$, showing SDNR that is higher than that obtained by the results of existing researches that used common wastewater as an external carbon source. Accordingly, in view of the fact that food wastes vary quite a bit in characteristics based on the area they are generated from and seasonal change, it seems that a flexible operation of thermal solubilization equipment is required through on-going monitoring of food wastes that are imported to food wastes recycling facilities.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권2호
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• pp.253-257
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• 2017

그래핀은 $sp^2$ 결합으로 이루어진 한 겹의 탄소 물질이며, 그래핀 본래의 우수한 물성으로 인해 다양한 분야에서 활용되고 있다. 그래핀의 높은 전기전도도와 전하이동도로 인해서 (광)전자 소자 물질로 주목받고 있다. 화학적 도핑 과정을 통해 n 형과 p 형의 그래핀이 형성 가능하며 이를 이용하여 다양한 구조의 소자 형성이 가능하게 되었다. 본 연구에서 그래핀의 도핑 효과를 선택적으로 증대시키기 위해 유전영동 현상을 도입하였다. 주파수 10 kHz, $5V_{pp}$ (peak-to-peak voltage) 조건에서 유전 영동 현상을 이용하였을 때 금나노입자들이 전극 위치 주변으로 집중됨을 확인하였다. 그래핀의 도핑 효과를 라만 분광법과 전기적 물성 변화를 통하여 조사하였으며, 그래핀에 $AuCl_3$ 용액을 이용한 유전 영동 현상을 통하여, 그래핀 기반 소자의 국소적인 부분에 선택적으로 화학적 도핑이 가능함을 확인하였다. 이러한 연구는 그래핀 기반 소자와 interconnection 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제13권2호
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• pp.199-207
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• 2022

Lithium-sulfur batteries (LSBs) have emerged as a promising alternative to lithium-ion batteries (LIBs) owing to their high energy density and economic viability. In addition, all-solid-state LSBs, which use solid-state electrolytes, have been proposed to overcome the polysulfide shuttle effect while improving safety. However, the high interfacial resistance and poor ionic conductivity exhibited by the electrode and solid-state electrolytes, respectively, are significant challenges in the development of these LSBs. Herein, we apply a poly (ethylene oxide) (PEO)-based composite solid-state electrolyte with oxide Li₇La₃Zr₂O₁₂ (LLZO) solid-state electrolyte in an all-solid-state LSB to overcome these challenges. We use an electrochemical method to evaluate the degradation of the all-solid-state LSB in accordance with the carbon content and loading weight within the cathode. The all-solid-state LSB, with sulfur-carbon content in a ratio of 3:3, exhibited a high initial discharge capacity (1386 mAh g^-1), poor C-rate performance, and capacity retention of less than 50%. The all-solid-state LSB with a high loading weight exhibited a poor overall electrochemical performance. The factors influencing the electrochemical performance degradation were revealed through systematic analysis.