• Journal of Industrial and Engineering Chemistry
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• 제68권
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• pp.293-300
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• 2018

Reduced graphene oxide (rGO) nanosheets were patterned with poly[benzodithiophene-bis(decyltetradecyl-thien) naphthothiadiazole] (PBDT-DTNT) and poly[bis(triiso-propylsilylethynyl) benzodithiophene-bis(decyltetradecyl-thien) naphthobisthiadiazole] (PBDT-TIPS-DTNT-DT) and used in photovoltaics. Conductive patternings changed via surface modification of rGO; because polymers encountered a high hindrance while assembling onto grafted rGO. The best records were detected in indium tin oxide (ITO):poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS):PBDTDTNT/rGO:PBDT-DTNT:LiF:Al devices, i.e., short current density $(J_{sc})=11.18mA/cm^2$, open circuit voltage $(V_{oc})=0.67V$, fill factor (FF) = 62% and power conversion efficiency (PCE) = 4.64%. PCE increased 2.31 folds after incorporation of PBDT-DTNT into thin films. Larger polymer assemblies on bared-rGO nanosheets resulted in greater phase separations.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제2권1호
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• pp.1-7
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• 2011

Nanocomposites of reduced graphene oxide and manganese (II,III) oxide can be synthesized by the freeze-drying process of the mixed colloidal suspension of graphene oxide and manganese oxide, and the subsequent heat-treatment. The calcined reduced graphene oxide-manganese (II,III) oxide nanocomposites are X-ray amorphous, suggesting the formation of homogeneous and disordered mixture without any phase separation. The reduction of graphene oxide to reduced graphene oxide upon the heat-treatment is evidenced by Fourier-transformed infrared spectroscopy. Field emission-scanning electronic microscopy and energy dispersive spectrometry clearly demonstrate the formation of porous structure by the house-of-cards type stacking of reduced graphene oxide nanosheets and the homogeneous distribution of manganese ions in the nanocomposites. According to Mn K-edge X-ray absorption spectroscopy, manganese ions in the calcined nanocomposites are stabilized in octahedral symmetry with mixed Mn oxidation state of Mn(II)/Mn(III). The present reduced graphene oxide-manganese oxide nanocomposites show characteristic pseudocapacitance behavior superior to the pristine manganese oxide, suggesting their applicability as electrode material for supercapacitors.

• Current Applied Physics
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• 제18권11호
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• pp.1327-1337
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• 2018

This paper investigates the vibration behavior of pristine and defected triangular graphene sheets; which has recently attracted the attention of researchers and compare these two types in natural frequencies and sensitivity. Here, the molecular dynamics method has been employed to establish a virtual laboratory for this purpose. After measuring the different parameters obtained by the molecular dynamics approach, these data have been analyzed by using the frequency domain decomposition (FDD) method, and the dominant frequencies and mode shapes of the system have been extracted. By analyzing the vibration behaviors of pristine triangular graphene sheets in four cases (right angle of 45-90-45 configuration, right angle of 60-90-30 configuration, equilateral triangle and isosceles triangle), it has been demonstrated that the natural frequencies of these sheets are higher than the natural frequency of a square sheet, with the same number of atoms, by a minimum of 7.6% and maximum of 26.6%. Therefore, for increasing the resonance range of sensors based on 2D materials, nonrectangular structures, and especially the triangular structure, can be considered as viable candidates. Although the pristine and defective equilateral triangular sheets have the highest values of resonance, the sensitivity of defective (45,90,45) triangular sheet is more than other configurations and then, defective (45,90,45) sheet is the worst choice for sensor applications.

• 멤브레인
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• 제27권2호
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• pp.167-181
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• 2017

그래핀 기반 소재는 높은 가공성과 초박성으로 인하여 분리막 소재로서 각광받고 있다. 본 연구에서는, 스핀 코팅법을 이용하여 제조된 산화그래핀 분리막의 기체 투과 거동을 평가하였다. 산화그래핀 분리막의 구조는 산화그래핀의 크기와 산화그래핀 용액의 pH 조절을 통하여 조절될 수 있다. 산화그래핀의 크기가 작을수록 굴곡률이 작아짐에 따라 분리막의 기체 투과도 및 선택도가 증가하는 경향을 보인다. 또한 산화그래핀에서의 기체 투과 거동은 적층된 산화그래핀 사이의 채널크기에 따라 영향을 받는다. 특히 산화그래핀 분리막의 좁은 기공과 이산화탄소 선택적인 산화그래핀 자체의 특성으로 인하여 산화그래핀 분리막은 이산화탄소에 대한 높은 투과도 및 선택성을 가지며, 이는 이산화탄소 포집에 적합한 특성을 가진다. 이러한 산화그래핀 분리막의 특이한 기체 투과 거동은 흡착-촉진 확산 거동(표면 확산 기작)으로 설명될 수 있다. 본 연구를 통하여 이산화탄소 선택성 분리막 소재 설계와 슬릿 형태의 기공과 적층 구조를 가진 분리막을 통한 기체 투과 거동 연구가 활발히 이루어질 것으로 기대한다.

• 접착 및 계면
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• 제23권3호
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• pp.94-99
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• 2022

졸-겔 공정 및 용액 블렌딩 공정을 이용하여 삼성분계(그래핀/실리카/EVOH) 나노 복합 코팅 물질을 제조하였다. SEM 관찰 및 XRD 분석을 통하여 제조된 산화 그래핀의 삽입/박리 구조뿐만 아니라 나노 복합 물질 내에서의 그래핀 나노 판상체와 실리카 입자의 박리 구조 및 분산 상태를 확인하였다. 삼성분계 나노 복합 물질로 코팅된 BOPP의 산소 차단성은 산화 그래핀 및 실리카 입자를 일정 수준의 함량으로 첨가했을 때 이성분계(실리카/EVOH) 나노 복합 코팅 필름에 비해 뚜렷하게 향상되었나, 그 이상의 함량으로 첨가하면 불완전한 박리 및 그래핀 적층체의 분산과 실리카 클러스터의 미세 크랙 발생으로 인하여 차단성이 거의 일정하거나 또는 그 증가 폭이 매우 작은 것으로 나타났다. 또한 나노 복합 코팅 필름의 투명성은 그래핀 함량에 따른 필름의 광투과율을 측정함으로써 확인하였으며, 이러한 결과로부터 식품 포장 필름으로의 적용 가능성을 제시할 수 있었다.

• 공업화학
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• 제29권5호
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• pp.533-540
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• 2018

그래핀은 표면 에너지가 낮고 원자단위의 얇은 물질로서 다양한 소재의 표면에 코팅시키거나 윤활제에 분산시켜 접착력과 마찰을 줄여주는 우수한 윤활유 첨가제로 보고되고 있다. 본 연구에서는 산화 그래핀 나노시트를 세 가지 종류의 염화알킬(butyl chloride, octyl chloride 및 tetradecyl chloride)을 이용하여 액체 윤활제 첨가제용 기능화 산화 그래핀(alkyl functionalized GO, FGO)을 제조하였다. 제조한 기능화 산화 그래핀의 화학적 및 구조적 특성은 Fourier transform infrared (FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, scanning electron microscope (SEM), and transmission electron microscope (TEM)으로 분석하였다. 제조한 기능화 산화 그래핀은 PAO-0W40 오일에 0.02 wt%의 농도로 분산시켰으며, 트라이볼로지적 특성을 high frequency friction/wear tester로 분석한 결과, FGO-14이 첨가된 PAO-0W40 오일은 ball-on-disk의 직선왕복운동 하에서 기유에 비해 ~5.88%의 마찰계수와 ~3.8%의 마모 트랙 폭을 감소시킴으로써 내마모성이 향상됨을 확인하였다. 본 연구에서는 산화 그래핀의 성공적인 기능화와 더불어 다양한 탄화수소사슬 길이에 따른 분산 안정성 및 트라이볼로지적 특성의 향상을 입증하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권9호
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• pp.502-507
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• 2016

이산화바나듐은 섭씨 68도에서 금속-절연체 상전이 특성을 나타내는 써모크로믹(thermochromic) 소재로서, 상전이 현상이 일어날 때 광학적, 전기적 성질이 급격히 변화하며, 이러한 상전이 현상은 가역적인 특성을 가지고 있다. 이산화바나듐의 금속-절연체 상전이 현상을 응용하기 위하여 상전이 온도를 상온 부근으로 낮추고자하는 많은 시도들이 있었으며, 직경 100 nm의 1차원 나노구조를 갖는 이산화바나듐 나노와이어의 경우 $29^{\circ}C$ 근처에서 상전이 현상이 일어남이 보고되었다. 본 연구에서는 기상 수송 방법(vapor transport method)을 사용하여 1차원 또는 2차원 나노구조를 갖는 이산화바나듐을 성장시켰다. 특히 동일한 성장 조건에서도 기판에 따라 다른 형태로 이산화바나듐이 성장하는 것을 확인하였다. 즉 Si 기판($Si{\setminus}SiO_2$(300 nm) 위에서는 1차원 나노와이어 형태의 이산화바나듐이 성장하였고, 그래핀 나노시트 위에서 합성된 이산화바나듐은 2차원 또는 3차원 나노구조를 가지고 성장하였다. 바나듐 옥사이드 나노구조체의 성장에 사용된 Si 웨이퍼 위에 박리-전사된 그래핀 나노시트 기판과 thermal CVD 시스템으로 성장된 1D 또는 2D & 3D 나노 구조를 갖는 $VO_2$의 결정학적 특성을 Raman 분광학으로 분석하였다. Raman 분석결과 성장된 바나듐 옥사이드는 $VO_2$ 상을 갖는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.431-431
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• 2011

Graphene, two dimensional sheet of sp2-hybridized carbon, has attracted an enormous amount of interest due to excellent electrical, chemical and mechanical properties for the application of transparent conducting films, clean energy devices, field-effect transistors, optoelectronic devices and chemical sensors. Especially, graphene is promising candidate to detect the gas molecules and biomolecules due to the large specific surface area and signal-to-noise ratios. Despite of importance to the disease diagnosis, there are a few reports to demonstrate the graphene- and rGO-FET for biological sensors and the sensing mechanism are not fully understood. Here we describe scalable and facile fabrication of rGO-FET with the capability of label-free, ultrasensitive electrical detection of a cancer biomarker, prostate specific antigen/${\alpha}1$-antichymotrypsin (PSA-ACT) complex, in which the ultrathin rGO sensing channel was simply formed by a uniform self-assembly of two-dimensional rGO nanosheets on aminated pattern generated by inkjet printing. Sensing characteristics of rGO-FET immunosensor showed the highly precise, reliable, and linear shift in the Dirac point with the analyte concentration of PSA-ACT complex and extremely low detection limit as low as 1 fg/ml. We further analyzed the charge doping mechanism, which is the change in the charge carrier in the rGO channel varying by the concentration of biomolecules. Amenability of solution-based scalable fabrication and extremely high performance may enable rGO-FET device as a versatile multiplexed diagnostic biosensor for disease biomarkers.

• 한국재료학회지
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• 제28권11호
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• pp.627-632
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• 2018

Two dimensional(2D) crystals, composed of a single layer or a few atomic layers extracted from layered materials are attracting researchers' interest due to promising applications in the nanoelectromechanical systems. Worldwide researchers are preparing devices with suspended 2D materials to study their physical and electrical properties. However, during the fabrication process of 2D flakes on a target substrate, contamination occurs, which makes the measurement data less reliable. We propose a dry transfer method using poly-methyl methacrylate(PMMA) for the 2D flakes to transfer onto the targeted substrate. The PMMA is then removed from the device by an N-Methyl-2-pyrrolidone solution and a critical point dryer, which makes the suspended 2D flakes residue free. Our method provides a clean, reliable and controllable way of fabricating micrometer-sized suspended 2D nanosheets.

• 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.