Recently, high-thermal-conductivity graphene and carbon nanotube nanoparticles have attracted particularly close attention from researchers. In the present study, the thermal conductivity and viscosity properties of two kinds of graphene and carbon nanotube nanofluids added to distilled water - two graphenes and carbon nanotubes of differing size - were compared and analyzed. The thermal conductivities of the nanofluids, formulated in the usual manner by adding graphene and carbon nanotube to distilled water and subjecting the mixture to ultrasonic dispersion, were measured by the transient hot-wire method, and the viscosities were determined using a rotational digital viscometer. As a result, we concluded that the nanofluid of small particle diameter of graphene have outstanding properties as heat transfer media, due to their excellent thermal conductivity and viscosity, compared with the other nanofluid.
Graphene is a perfectly two-dimensional (2D) atomic crystal which consists of sp2 bonded carbon atoms like a honeycomb lattice. With its unique structure, graphene provides outstanding electrical, mechanical, and optical properties, thus enabling wide variety of applications including a strong potential to extend the technology beyond the conventional Si based electronic materials. Currently, the widespread application for electrostatically switchable devices is limited by its characteristic of zero-energy gap and complex process in its synthesis. Several groups have investigated nanoribbon, strained, or nanomeshed graphenes to induce a band gap. Among various techniques to synthesize graphene, chemical vapor deposition (CVD) is suited to make relatively large scale growth of graphene layers. Direct growth of graphene on hexagonal boron nitride (h-BN) using CVD has gained much attention as the atomically smooth surface, relatively small lattice mismatch (~1.7%) of h-BN provides good quality graphene with high mobility. In addition, induced band gap of graphene on h-BN has been demonstrated to a meaningful value about ~0.5 eV.[1] In this paper, we report the synthesis of grpahene / h-BN bilayer in a chemical vapor deposition (CVD) process by controlling the gas flux ratio and deposition rate with temperature. The h-BN (99.99%) substrate, pure Ar as carrier gas, and $CH_4$ are used to grow graphene. The number of graphene layer grown on the h-BN tends to be proportional to growth time and $CH_4$ gas flow rate. Epitaxially grown graphene on h-BN are characterized by scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and Raman spectroscopy.
The research of graphene, a monolayer of carbon atoms with honeycomb lattice structure, has explosively increased after appeared in 2004. As a result, its high transmittance, mobility, thermal conductivity, and outstanding mechanical and chemical stability have been proved. Especially, many researches were executed about the field of transparent electrode highlighting material of substituting the indium tin oxide (ITO). In addition, qualitative and quantitative improvements have been achieved due to many synthesis methods were discovered. Among them, mostly used method is chemical vapour deposition of graphene grown on copper or nickel. The transmittance, mobility, sheet resistance, and other many properties are completely changed according to these two types of synthesis method of graphene. In this research, considering the difference of characteristics as the synthesis method of graphene, what types of graphene should be used and how to use it were studied. The stacked graphene harvested on copper and multi-layer graphene harvested on nickel were compared and analyzed, as a result, the transmittance of 90% and the sheet resistance of $70{\Omega}{\square}$ was showed even though stacked graphene layers were 4 layers. The reason that could bring these results is lowered sheet resistance due to stacked monolayer graphenes. Moreover, light output power of the three stacked graphene spreading layer shows the highest value, but light-emitting diode with multi-layer graphene died out from 12mA due to also its high sheet resistance. Therefore, we need to clarify about what types of graphene and how to use the graphene in use.
Transition metal-based organometallic complexes have shown great talents as a catalyst in various reactions. Designing organic molecules and coordinating them to such active centers have been a promising route to control the catalytic natures. Metallocene, which has transition metal atoms sandwiched by aromatic rings, is one of the representative systems for organometallic catalysts. Group 4-based metallocene catalysts have been most commonly used for the production of polyolefins, which have great world-wide markets in the real life. Graphenes and carbon nanotubes (CNTs) were composed of extended $sp^2$ carbon networks, showing high electron mobility as well as have extremely large steric bulkiness relative to metal centers. We were inspired by these characteristics of such carbon-based nano-materials and assumed that they could intimately interact with active centers of metallocene catalysts. We examined this hypothesis and, recently, reported that CNTs dramatically changed catalytic natures of group 4-based catalysts when they formed hybrid systems with such catalysts. In conclusion, we produced hybrid materials composed of group-4 based metallocenes, $Cp_2ZrCl_2$ and $Cp_2TiCl_2$, and carbon-based nano-materials such as RGO and MWCNT. Such hybrids were generated via simple adsorption between Cp rings of metallocenes and graphitic surfaces of graphene/CNT. The hybrids showed interesting catalytic behaviors for ethylene polymerizations. Resulting PEs had significantly increased Mw relative to those produced from free metallocene-based catalytic systems, which are not adsorbed on carbon-based nano-materials. UHMWPEs with extremely high Mw were obtained at low Tp.
Hummers and Offeman 방법을 이용하여 흑연으로부터 산화 그래핀(graphene oxide; GO)을 합성하였고, 이를 이용하여 두 가지 다른 작용기화 그래핀(FGS)을 합성하였다. 그래핀 판상(graphene sheet; GS)에 수직방향으로 hexadecylamine(HDA)이 치환된 Ver-HDA-GS을 HDA와 에폭시기를 반응하여 얻었고, 한편으로, 환원된 GO(Reduced-GO; RGO)를 통하여 hexadecanol(HDO)와 알코올을 반응시켜 HDO가 수평 방향으로 치환된 Hor-HDO-GS를 합성하였다. 합성된 GO, RGO, Ver-HDA-GS 그리고 Hor-HDO-GS의 합성여부를 확인하기 위하여 FTIR을 이용하였으며, 합성된 물질들의 열 안정성 및 모폴로지를 각각 확인하였다. 원자간력 현미경(AFM)을 통해서 Ver-HDA-GS는 한 층 또는 두 층 두께의 그래핀으로 이루어졌고, 평균 두께는 1.76 nm임을 확인하였다. 합성된 FGS들의 열 안정성은 GO나 RGO보다 더 나았으며, 분산도의 경우에 Ver-HDA-GS는 DMSO, 톨루엔, 클로로포름, 데카린 등의 일상적인 용매에서 잘 분산되었다.
Graphene oxide powders prepared by two different drying processes, freeze drying and spray drying, were studied to compare the effect of the drying method on the physical properties of graphene oxide powder. The graphene oxide dispersion was prepared from graphite by chemical delamination with the aid of sulfuric acid and permanganic acid, and the dispersion was further washed and re-dispersed in a mixed solvent of water and isopropyl alcohol. A freeze drying method can feasibly minimize damage to the sample, but it requires a long process time. In contrast, spray drying is able to remove a solvent in a relatively short time, though this process requires exposure to a high temperature for a rapid evaporation of the solvent. The powders prepared by freeze drying and spray drying were characterized and compared by Raman spectroscopy, X-ray diffraction, field-emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and by an elemental analysis. The graphene oxide powders showed similar chemical compositions; however, the morphologies of the powders differed in that the graphene oxide prepared by spray drying had a winkled morphology and a higher apparent density compared to the powder prepared by freeze drying. The graphene oxide powders were reduced at $900^{\circ}C$ in an atmosphere of $N_2$. The effect of the drying process on the properties of the reduced graphene oxide was examined by SEM, TEM and Raman spectroscopy.
본 논문에서는 마이크로대역에서 단층 및 다층 그래핀이 각각 결합된 인터디지털 커패시터의 전기적 특성을 비교 분석하였다. 그래핀이 결합된 커패시터의 등가회로에서 커패시터의 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 성분들 간 차이가 분명하게 나타났다. 특히 단층 그래핀이 결합된 커패시터의 경우, 순수 커패시터와 다층 그래핀이 결합된 커패시터에 비해 추가적으로 인덕턴스와 저항 성분이 나타났고, 또한, 커패시터 전극의 저항 성분이 증가하였다. 한편, 커패시터의 자기공명주파수는 더 낮은 주파수대역으로 이동하였고, 0.5~4 GHz 주파수 대역에서 투과특성이 상당히 향상되었다. 반면, 다층 그래핀이 결합된 커패시터의 경우, 순수한 커패시터의 전기적 특성과 약간의 차이만 나타났다. 결과적으로 본 연구를 통해서 단층 그래핀이 다층 그래핀에 비해 인터디지털 커패시터의 전기적 특성과 성능에 더욱 민감한 영향을 줄 수 있음을 확인하였다.
폴리이미드(PI) 나노복합체 필름 제조에 사용된 작용기화 4-amino-N-hexadecylbenzamide graphene sheets (AHB-GSs)는 graphene oxide 분산액에 4-amino-N-hexadecylbenzamide(AHB)를 반응시켜 합성하였다. AHB-GS의 주사탐침 현미경(atomic force microscope, AFM) 이미지와 모식도를 통해서 AHB-GS의 평균 두께가 약 3.21 nm임을 확인하였다. PI는 4,4'-biphthalic anhydride와 bis(4-aminophenyl)sulfide를 사용하여 합성하였다. PI 나노복합체는 0-10 wt%의 다양한 함량의 AHB-GS를 용액 삽입(solution intercalation) 방법을 사용하여 합성하였고, 이미드화는 각각 $250^{\circ}C$ 및 $350^{\circ}C$까지 열 처리하였다. AHB-GS는 대부분 고분자 매트릭스에 잘 분산되었고 약간 뭉친 것도 있었지만 마이크로미터 수준의 입자는 관찰되지 않았다. TEM으로 관찰하였을 때, 평균적으로 입자의 두께는 10 nm 미만이었다. PI 복합체 필름 중 소량의 AHB-GS만으로도 가스 투과도와 전기 전도도는 향상되었지만, 반대로 유리전이 온도와 초기 분해 온도는 AHB-GS의 함량이 10 wt%까지 증가함에 따라 지속적으로 감소되는 경향을 보였다. 전체적으로는, $250^{\circ}C$까지 이미드화한 PI에 비해 $350^{\circ}C$까지 열처리한 PI 필름이 보다 향상된 특성을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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