Park, Dahee;Jung, Eun-Mi;Yang, Sangsun;Yun, Jung-Yeul
한국분말재료학회지
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제22권2호
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pp.87-92
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2015
Metallic porous materials have many interesting combinations of physical and geometrical properties with very low specific weight or high gas permeability. In this study, highly porous Cu foam is successfully fabricated by a slurry coating process. The Cu foam is fabricated specifically by changing the coating amount and the type of polyurethane foam used as a template. The processing parameters and pore characteristics are observed to identify the key parameters of the slurry coating process and the optimized morphological properties of the Cu foam. The pore characteristics of Cu foam are investigated by scanning electron micrographs and micro-CT analyzer, and air permeability of the Cu foam is measured by capillary flow porometer. We confirmed that the characteristics of Cu foam can be easily controlled in the slurry coating process by changing the microstructure, porosity, pore size, strut thickness, and the cell size. It can be considered that the fabricated Cu foams show tremendous promise for industrial application.
Sn-based lithium-ion batteries have low cost and high theoretical specific capacity. However, one of major problem is the capacity fading caused by volume expansion during lithiation/delithiation. In this study, 3-dimensional foam structure of Cu-Sn alloy is prepared by co-electrodeposition including large free space to accommodate the volume expansion of Sn. The Cu-Sn foam structure exhibits highly porous and numerous small grains. The result of EDX mapping and XPS spectrum analysis confirm that Cu-Sn foam consists of $SnO_2$ with a small quantity of CuO. The Cu-Sn foam structure electrode shows high reversible redox peaks in cyclic voltammograms. The galvanostatic cell cycling performances show that Cu-Sn foam electrode has high specific capacity of 687 mAh/g at a current rate of 50 mA/g. Through SEM observation after the charge/discharge processes, the morphology of Cu-Sn foam structure is mostly maintained despite large volume expansion during the repeated lithiation/delithiation reactions.
Um, Ji Hyun;Kim, Hyunwoo;Cho, Yong-Hun;Yoon, Won-Sub
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제11권1호
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pp.92-98
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2020
SnO2-based high-capacity anode materials are attractive candidate for the next-generation high-performance lithium-ion batteries since the theoretical capacity of SnO2 can be ideally extended from 781 to 1494 mAh g-1. Here 3D etched Cu foam is applied as a current collector for electron path and simultaneously a substrate for the SnO2 coating, for developing an integrated electrode structure. We fabricate the 3D etched Cu foam through an auto-catalytic electroless plating method, and then coat the SnO2 onto the self-supporting substrate through a simple sol-gel method. The catalytic dissolution of Cu metal makes secondary pores of both several micrometers and several tens of micrometers at the surface of Cu foam strut, besides main channel-like interconnected pores. Especially, the additional surface pores on etched Cu foam are intended for penetrating the individual strut of Cu foam, and thereby increasing the surface area for SnO2 coating by using even the internal of Cu foam. The increased areal capacity with high structural integrity upon cycling is demonstrated in the SnO2-coated 3D etched Cu foam. This study not only prepares the etched Cu foam using the spontaneous chemical reactions but also demonstrates the potential for electroless plating method about surface modification on various metal substrates.
본 연구에서는 서로 다른 Pore per inch (PPI, 1 inch 당 pore의 수)를 갖는 Ni-foam 사이에 Sn-3.0Ag-0.5Cu(wt.%, SAC305) 솔더 침지 공정을 수행하여 Ni-foam/SAC305 복합 솔더를 제조한 후, 이를 천이액상 확산 접합(Transient liquid Phase bonding, TLP bonding) 공정에 적용하여 형성된 접합부의 미세구조 분석 및 기계적 특성 평가가 수행되었다. 제조된 Ni-foam/SAC305 복합 솔더 프리폼 (Solder preform)은 Ni-foam 및 SAC305로 구성되었으며, Ni-foam 계면에는 (Ni,Cu)3Sn4 조성의 금속간 화합물이 형성되었다. TLP 접합 공정 수행 시, Ni-foam 계면의 금속간 화합물은 (Ni,Cu)3Sn4+Au로 변환 되었으며, 접합 시간이 증가할수록 Ni-foam과 SAC305가 지속적으로 반응하면서 접합부는 금속간 화합물로 변환되었다. 130 PPI Ni-foam/SAC305 복합 솔더 접합부가 가장 빠른 속도로 금속간 화합물로 변화되는 것을 확인하였다. 기계적 특성에 미치는 Ni-foam의 영향을 확인하기 위해 전단 시험 수행 결과, TLP 접합 초기에 모든 조건의 솔더 접합부는 50 MPa 이상의 우수한 기계적 특성을 나타내었으며, 접합 시간이 증가할수록 전단 강도는 증가하는 경향을 나타내었다.
Nanoindentation technique has been used to measure the mechanical properties of aluminium alloy foam cell walls. Al-Si-Cu-Mg alloy foams of different compositions and different cell morphologies were produced using powder metallurgical method. Cell morphology of the foam was controlled during production by varying foaming time and temperature. Mechanical properties such as hardness and Young's modulus were calculated using two different methods: a continuous stiffness measurement (CSM) and an unloading stiffness measurement (USM) method. Experimental results showed that hardness and Young's modulus of Al-5%(wt.)Si-4%Cu-4%Mg (544 alloy) precursor and foam walls are higher than those of Al-3%Si-2%Cu-2%Mg (322 alloy) precursor and foam walls. It was noticed that mechanical properties of cell wall are different from those of precursor materials.
To optimize the conductivity and to reduce the weight by as much as possible, Al-Cu composites were prepared through a suction-casting procedure. Pure copper metal foam was infiltrated by melted aluminum with the use of the vacuum, after which warm rolling was conducted to remove several remaining pores at the interface between the Cu foam and the aluminum matrix. Despite the short casting time, significant dissolution of Cu into the melt was observed. Moreover, it was found that various Al-Cu intermetallic compounds arose at the interface during the isothermal heating process after the casting and rolling steps. The average thickness of the Al-Cu intermetallic compound tended to increase in proportion to the heating time. The electrical and thermal conductivity levels of the cast composites were found to be comparatively low, mainly due to the dissolution of the Cu foam and the formation of intermetallics at the interface.
Park, Hyeji;Lee, Sukyung;Jo, Minsang;Park, Sanghyuk;Kwon, Kyungjung;Shobana, M.K.;Choe, Heeman
한국세라믹학회지
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제54권5호
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pp.438-442
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2017
This paper reports the facile synthesis of microlamella-structured porous copper (Cu)-oxide-based electrode and its potential application as an advanced anode material for lithium-ion batteries (LIBs). Nanowire-like Cu oxide, which is created by a simple thermal oxidation process, is radially and uniformly formed on the entire surface of Cu foam that has been fabricated using a combination of water-based slurry freezing and sintering (freeze casting). Compared to the Cu foil with a Cu oxide layer grown under the same processing conditions, the Cu foam anode with 63% porosity exhibits over twice as much capacity as the Cu foil (264.2 vs. 131.1 mAh/g at 0.2 C), confirming its potential for use as an anode electrode for LIBs.
그래핀(Graphene)은 전기 전도성 및 열전도성이 우수하고 1 nm 수준의 초 박막 형 필름 소재를 제조할 수 있다는 장점으로 인하여, 차세대 트랜지스터 소자 및 디스플레이 장치에 적용 가능한 방열 소재로서 많은 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 CVD(chemical vapor deposition)제조법으로 합성된 그래파이트(Graphite)는 구조의 단순성 및 유연성 때문에 안정하고 열에 강한 탄소계 방열소재로 주목 받고 있다. 본 연구는 열전도도가 우수한 폼(foam)형태의 구리를 촉매로 상압과 진공에서의 CVD법을 이용하여 그래핀을 성장시킨 후 구리 폼의 기공 안에 다양한 종류의 그래파이트(Natural graphite, expandable(/expanded) graphite, etc)를 복합 및 안정화시켜 기존보다 높은 열전도도를 가지는 방열소재를 개발하였다. 제조된 금속폼/그래파이트 소재를 OM(optical microscopy)과 SEM(scanning electron microscopy)을 이용하여 표면을 확인하였고 DSC(Differential Scanning Calorimetry), 아르키메데스 법을 활용한 비열, 밀도 결과를 확보하였다. 또한 LFA(Laser Flash Analysis)를 이용하여 열 확산계수 예측을 통한 열전도 특성을 평가하였다.
Metallic foam has been known as a functional material which can be used for absorption properties of energy and sound. The unique characteristics of Al foam of mechanical, acoustic, thermal properties depend on density, cell size distribution and cell size, and these characteristics expected to apply industry field. Al-Zn-Mg-Cu alloy foams was fabricated by following process; firstly melting the Al alloy, thickening process of addition of Ca granule to increased of viscosity, foaming process of addition of titanium hydride powder to make the pores, holding in the furnace to form of cooling down to the room temperature. Metal foams with various porosity level were manufactured by change the foaming temperature. Compressive strength of the Al alloy foams was 2 times higher at 88% porosity and 1.2 times higher at 92% porosity than pure Al foams. It's sound and vibration absorption coefficient were higher than pure Al foams and with increasing porosity.
The foam-filled tube beams can be used for the front rail and firewall structures to absorb impact energy during frontal or side collision of vehicles. In the case of side collision where bending is involved in the crushing mechanism, the foam filler would be effective in maintaining progressive crushing of the thin-walled structures so that much impact energy could be absorbed. In this study, bending behaviors of the closed-cell-aluminum-alloy-foam-filled stainless steel tube were investigated. The various foam-filled specimens including piecewise fillers were prepared and tested. The aluminum-alloy-foam filling offered the significant increase of bending resistance. Their suppression of the inward fold formation at the compression flange as well as the multiple propagating folds led to the increase of load carrying capacity of specimens. Moreover, the piecewise foams would provide the easier way to fill the thin-walled shell structures without the drawback of strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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