Carbon nanomaterials in organic photovoltaic (OPV) cells have attracted a great deal of interest for the development of high-efficiency, flexible, and low-cost solar cells. Due to the complicated structure of OPV devices, the electrical properties and dispersion behavior of the carbon nanomaterials should be controlled carefully in order for them to be used as materials in OPV devices. In this paper, a fundamental theory of the electrical properties and dispersion behavior of carbon nanomaterials is reviewed. Based on this review, a state-of-the-art OPV device composed of carbon nanomaterials, along with issues related to such devices, are discussed.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.57
no.3
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pp.155-164
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2024
Physical properties of carbon nanomaterials are dependent on their nanostructures and they are modified by diverse synthesis methods. Among them, thermal plasma method stands out for synthesizing carbon nanomaterials by controlling chemical and physical reactions through various design and operating conditions such as plasma torch type, plasma gas composition, power capacity, raw material injection rate, quenching rate, kinds of precursors, and so on. The method enables the production of carbon nanomaterials with various nanostructures and characteristics. The high-energy integration at high-temperature region thermal plasma to the precursor is possible to completely vaporize precursors, and the vaporized materials are rapidly condensed to the nanomaterials due to the rapid quenching rate by sharp temperature gradient. The synthesized nanomaterials are averagely in several nanometers to 100 nm scale. Especially, the thermal plasma was validated to synthesize low-dimensional carbon nanomaterials, carbon nanotubes and graphene, which hold immense promise for future applications.
The work reported in this paper relates to preparation and characterization of carbon nanomaterials by CVD method on different substrates by decomposition of certain hydrocarbons at 550-$800^{\circ}C$ using a horizontal quartz tube reactor. Monometallic and bimetallic catalyst system of iron and nickel were used for the preparation of different carbon nanomaterials. The influence of various parameters such as substrate/catalyst preparation parameters, the nature of substrate, catalyst concentration, reaction time and temperature on the growth, yield and alignment of carbon nanotubes has been studied. The characterization of carbon nanomaterials has been carried out using SEM, TEM and TGA. The carbon nanomaterials developed were vertically aligned on a large area of flat quartz substrate.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.36
no.8
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pp.588-595
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2014
Carbon nanomaterials such as fullerene, carbon nanotube and graphene are representative nanomaterials and widely used in various fields. Carbon nanomaterials can be exposed to environments during their production, usage and disposal, spreading to different systems and posing a great threat to various ecological receptors. Researches are conducted in order to determine the possibility of groundwater exposure to carbon nanomaterials due to their release and passage through soils. If soils can play a significant role in limiting the transport of carbon nanomaterials, the possibility of groundwater exposure to carbon nanomaterials can be reduced greatly. This review paper presented the research works performed for the mobility of carbon nanomaterials in soil media. Also, the paper provided the factors affecting the transport of carbon nanomaterials in soil media along with the DLVO theory/colloid filtration theory/transport model, which are used to describe the transport of carbon nanomaterials in soil media. Recently, production of carbon nanomaterials and their commercial and environmental applications increase rapidly in Korea. Therefore, researches regarding the fate and transport of domestic carbon nanomaterials in soil environments should be performed in various environmental conditions.
Metallic matrix composites reinforced with carbon nanomaterials continue to attract interest because of their excellent mechanical, thermal, and electrical properties. However, two critical issues have limited their commercialization. Uniform distribution of carbon nanomaterials in metallic matrices is difficult, and the interfaces between the nanomaterials and matrices are weak. Microscope-based analysis was recently used to quantitatively examine these microstructural features and investigate their contributions to the composites' mechanical, thermal, and electrical properties. The impacts of the microstructure on these properties are discussed in the first section of this review. In the second section, the various microscopic techniques used to study the distribution of carbon nanomaterials in metallic matrices and their interfaces are described.
Semiconducting carbon-based nanomaterials including single-walled carbon nanotubes(SWCNTs), multi-walled CNT(MWCNTs), graphene(GR), graphene oxide(GO), and reduced graphene oxide(RGO), are very promising sensing materials due to their large surface area, high conductivity, and ability to operate at room temperature. Despite of these advantages, the semiconducting carbon-based nanomaterials intrinsically possess crucial disadvantages compared with semiconducting metal oxide nanomaterials, such as relatively low gas response, irreversible recovery, and poor selectivity. Therefore, in this paper, we introduce a variety of strategies to overcome these disadvantages and investigate principle parameters to improve gas sensing performances.
The ecotoxicity assessment of nanomaterials (NMs) in the environment is actively conducted throughout the world because of the concerns about their potential risk from usage and release into the environment, as well as their unique physiochemical properties. Ecotoxicity tests for NMs have been conducted using various species and methods; however, in spite of these efforts, the characteristics and toxicity of NMs have not been defined. The fish embryo toxicity test (FET) has been conducted extensively to evaluate the toxicity of NMs as an alternative to a whole-body test in fish. In this study, we collected and analyzed the trends of nanotoxicity on the early development of freshwater fish. The model nanomaterials are carbon NMs ($C_{60},\;C_{70},\;C_{60}$(OH)n and carbon nanotube). Their adverse effects were extensively investigated based on the properties of NMs, test species, and diverse exposure conditions.
We investigated how temperature influences the structural and energetic dynamics of carbon nanotubes (CNTs) undergoing a high-speed impact with a Si (110) surface. By performing molecular dynamics simulations in the temperature range of 100 - 300 K, we found that a low temperature CNT ends up with a higher vibrational energy after collision than a high temperature CNT. The vibrational temperature of CNT increases by increasing the surface temperature. Overall, the structural and energy relaxation of low temperature CNTs are faster than those of high temperature CNTs.
In this study, the physicochemical and electrochemical properties of carbon nanomaterials and synthesized nano-carbon/Si composites were studied. The nano-carbon/Si composites were ball-milled to a nano size and coated with pyrolytic carbon using Chemical Vapor Deposition (CVD). They were then finely mixed with respective nano-carbon materials. The physicochemical properties of samples were analyzed using Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Raman spectroscopy, X-ray Diffraction (XRD), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), and surface area analyzer. The electrochemical characteristics were investigated using the galvanostatic charge-discharge and cyclic voltammetry (CV) measurements. Three-electrode cells were fabricated using the carbon nanomaterials and nano-carbon/Si composites as anode materials and LiPF6 and LiClO4 as electrolytes of Li secondary batteries. Reversibility using LiClO4 as an electrolyte was superior to that of LiPF6 as the electrolyte. The initial discharge capacities of nano-carbon/Si composites were increased compared to the initial discharge capacities of nano-carbon materials.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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