Electric double layer capacitors (EDLCs) are promising candidates for energy storage devices in electronic applications. An EDLC yields high power density but has low specific capacitance. Carbon material is used in EDLCs owing to its large specific surface area, large pore volume, and good mechanical stability. Consequently, the use of carbon materials for EDLC electrodes has attracted considerable research interest. In this paper, in order to evaluate the electrochemical performance, graphene is used as an EDLC electrode with flake sizes of 3, 12, and 60 nm. The surface characteristic and electrochemical properties of graphene were investigated using SEM, BET, and cyclic voltammetry. The specific capacitance of the graphene based EDLC was measured in a 1 M $TEABF_4/ACN$ electrolyte at the scan rates of 2, 10, and 50 mV/s. The 3 nm graphene electrode had the highest specific capacitance (68.9 F/g) compared to other samples. This result was attributed to graphene's large surface area and meso-pore volume. Therefore, large surface area and meso-pore volume effectively enhances the specific capacitance of EDLCs.
In this study, we fabricated multilayer graphene on a glass substrate by stacking the monolayer graphene synthesized via chemical vapor deposition. The electrical sheet resistance and optical transmittance were evaluated to confirm the quality of the stacked multilayer graphene. Using the fabricated multilayer graphene/glass structure, we characterized its thermal radiative property in terms of the integrated emissivity. The integrated emissivity of the multilayer graphene/glass structure was tuned from 0.91 to 0.72 when the number of graphene layers was changed from 1 to 12. We also demonstrated that the emissivity tunability provided a way to control the apparent temperature of an object that can be used in infrared stealth applications.
A pressure sensor is a device that converts an applied physical pressure into an electrical signal. Such sensors have a range of applications depending on the pressure level, from low to high pressure. Sensors that use physical pressure, when compared to those operating under air pressure, are not widely applied as they are inefficient. To solve this problem, graphene oxide, which exhibits good mechanical and electrical characteristics, was used to increase the efficiency of these pressure sensors. Graphene oxide has properties that control the movement of charges within the dielectric. Exploiting these properties, we evaluated the change in electrical characteristics when pressure was applied according to the ratio and thickness of the oxidation graph added to the pressure sensor.
Carbon-based nano materials have a significant effect on various fields such as physics, chemistry and material science. Therefore carbon nano materials have been investigated by many scientists and engineers. Especially, since graphene, 2-dimemsonal carbon nanostructure, was experimentally discovered graphene has been tremendously attracted by both theoretical and experimental groups due to their extraordinary electrical, chemical and mechanical properties. Electrical conductivity of graphene is about ten times to that of silicon-based material and independent of temperature. At the same time silicon-based semiconductors encountered to limitation in size reduction, graphene is a strong candidate substituting for silicon-based semiconductor. But there are many limitations on fabricating large-scale graphene sheets (GS) without any defect and controlling chirality of edges. Many scientists applied micromechanical cleavage method from graphite and a SiC decomposition method to the fabrication of GS. However these methods are on the basic stage and have many drawbacks. Thereupon, our group fabricated GS through Thermo-electrical Pulse Induced Evaporation (TPIE) motivated by arc-discharge and field ion microscopy. This method is based on interaction of electrical pulse evaporation and thermal evaporation and is useful to produce not only graphene but also various carbon-based nanostructures with feeble pulse and at low temperature. On fabricating GS procedure, we could recognize distinguishable conditions (electrical pulse, temperature, etc.) to form a variety of carbon nanostructures. In this presentation, we will show the structural properties of OS by synthesized TPIE. Transmission Electron Microscopy (TEM) and Optical Microscopy (OM) observations were performed to view structural characteristics such as crystallinity. Moreover, we confirmed number of layers of GS by Atomic Force Microscopy (AFM) and Raman spectroscopy. Also, we used a probe station, in order to measure the electrical properties such as sheet resistance, resistivity, mobility of OS. We believe our method (TPIE) is a powerful bottom-up approach to synthesize and modify carbon-based nanostructures.
Graphene formed by chemical vapor deposition was exposed to the various plasmas of Ar, O2, N2, and H2 to examine its effects on the bonding properties of graphene to metal. Upon the Ar plasma exposure of patterned graphene, the subsequently deposited metal electrodes remained intact, enabling successful fabrication of field effect transistor (FET) arrays. The effects of enhancing adhesion between graphene and metals were more evident from O2 plasmas than Ar, N2, and H2 plasmas, suggesting that chemical reaction of O radicals induces hydrophilic property of graphene more effectively than chemical reaction of H and N radicals and physical bombardment of Ar ions. From the electrical measurements (drain current vs. gate voltage) of field effect transistors before and after Ar plasma exposure, it was confirmed that the plasma treatment is very effective in controlling bonding properties of graphene to metals accurately without requiring buffer layers.
This study describes the development of graphene-$TiO_2$ conjugates for the enhancement of the photocatalytic efficiency of $TiO_2$. Graphene-based hybrid nanomaterials have attracted considerable attention because of the unique and advantageous properties of graphene. In the proposed hybrid nanomaterial, graphene serves as an electron acceptor to ensure fast charge transfer. Effective charge separation can, therefore, be achieved to slow down electron-hole recombination. This results in an enhancement of the photocatalytic activity of $TiO_2$. In addition, increased adsorption and interactions with the adsorbed reagents also lead to an improvement in the photocatalytic activity of graphene-$TiO_2$ hybrid nanomaterials. The acquired result is encouraging in that the photocatalytic activity of $TiO_2$ was initiated using visible light (630 nm) instead of the typical UV light.
Graphene is a good candidate for the future nano-electronic materials because it has excellent conductivity, mobility, transparency, flexibility and others. Until now, most graphene researches are focused on the nano electronic device applications, however, biological application of graphene has been relatively less reported. We have fabricated a deoxyribonucleic acid (DNA) conjugated graphene field-effect transistor (FET) and measured the electrical transport characteristics. We have used graphene sheets grown on Ni substrates by chemical vapour deposition. The Raman spectra of graphene sheets indicate high quality and only a few number of layers. The synthesized graphene is transferred on top of the substrate with pre-patterned electrodes by the floating-and-scooping method [1]. Then we applied adhesive tapes on the surface of the graphene to define graphene flakes of a few micron sizes near the electrodes. The current-voltage characteristic of the graphene layer before stripping shows linear zero gate bias conductance and no gate operation. After stripping, the zero gate bias conductance of the device is reduced and clear gate operation is observed. The change of FET characteristics before and after stripping is due to the formation of a micron size graphene flake. After combined with 30 base pairs single-stranded poly(dT) DNA molecules, the conductance and gate operation of the graphene flake FETs become slightly smaller than that of the pristine ones. It is considered that DNA is to be stably binding to the graphene layer due to the ${\pi}-{\pi}$ stacking interaction between nucleic bases and the surface of graphene. And this binding can modulate the electrical transport properties of graphene FETs. We also calculate the field-effect mobility of pristine and DNA conjugated graphene FET devices.
Among the prerequisites for stable neural interfacing are the long-term stability of electrical performance of and the excellent biocompatibility of conducting materials in implantable neural electrodes. Reduced graphene oxide offers a great potential for a variety of biomedical applications including biosensors and, particularly, neural interfaces due to its superb material properties such as high electrical conductivity, decent optical transparency, facile processibility, and etc. Nonetheless, there have been few systematic studies on the graphene-based neural interfaces in terms of biocompatibility of electrode materials and long term stability in electrical characteristics. In this research, we prepared the primary culture of rat hippocampal neurons directly on reduced graphene oxide films which is chosen as a model electrode material for the neural electrode. We observed that the viability of primary neuronal culture on the present structure is minimally affected by nanoscale graphene flakes below. These results implicate that the multilayer films of reduced graphene oxides can be utilized for the next-generation neural interfaces with decent biocompatibility and outstanding electrical performance.
본 연구에서는 그래핀의 인위적인 합성방법인 화학기상증착법을 활용하여 합성 파라미터들을 변화시켜줌으로써 그래핀의 물성을 조절하는 연구를 수행하였다. 먼저, 메탄가스를 탄소원으로 순수 그래핀을 합성하였고, 액상의 피리딘을 원료로 사용하여 질소가 도핑된 그래핀을 합성하였다. 각각의 그래핀의 물성은 라만 분광법, X선 광전자 분광법(XPS)을 통한 기초 광물성 측정과 게이트 전압에 따른 그래핀 채널의 전류-전압 응답특성을 통한 전기적 수송현상 측정에 의해 평가되었다. 메탄가스로 합성된 그래핀의 라만 분광 스펙트럼에서는 G-peak과 2D-peak가 선명히 보였고, XPS에서 C1s-peak가 선명하였고, 아울러 전하중성점은 게이트 전압 약 +4 V 정도에서 나타났다. 피리딘을 원료로 합성된 그래핀의 라만 분광 스펙트럼에서는 D-peak, G-peak 그리고 다소 약해진 2D-peak 등이 보였고, XPS에서는 C1s-peak은 물론 N1s-peak도 나타났으며, 전하중성점은 게이트 전압 약 -96 V 정도에서 나타났다. 결과적으로 우리는 화학기상증착법을 활용하여 그래핀의 물성을 성공적으로 조절하였다.
Ahmadian, Mehdi;Jafari, Kian;Sharifi, Mohammad Javad
ETRI Journal
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제40권6호
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pp.794-801
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2018
This paper proposes a novel graphene-based optical microelectromechanical systems MEMS accelerometer that is dependent on the intensity modulation and optical properties of graphene. The designed sensing system includes a multilayer graphene finger, a laser diode (LD) light source, a photodiode, and integrated optical waveguides. The proposed accelerometer provides several advantages, such as negligible cross-axis sensitivity, appropriate linearity behavior in the operation range, a relatively broad measurement range, and a significantly wider bandwidth when compared with other important contributions in the literature. Furthermore, the functional characteristics of the proposed device are designed analytically, and are then confirmed using numerical methods. Based on the simulation results, the functional characteristics are as follows: a mechanical sensitivity of 1,019 nm/g, an optical sensitivity of 145.7 %/g, a resonance frequency of 15,553 Hz, a bandwidth of 7 kHz, and a measurement range of ${\pm}10g$. Owing to the obtained functional characteristics, the proposed device is suitable for several applications in which high sensitivity and wide bandwidth are required simultaneously.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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