In this study, optical emission spectroscopy was used to monitor the plasma produced during the RF magnetron sputtering of a $BaTiO_3$ target. The intensities of chemical species were measured by real time monitoring with various discharge parameters such as RF power, pressure, and discharge gas. The emission lines of elemental and ionized species from $BaTiO_3$ and Ti targets were analyzed to evaluate the film composition and the optimized growth conditions for $BaTiO_3$ films. The emissions from Ar(I, II), Ba(I, II) and Ti(I) were found during sputtering of the $BaTiO_3$ target in Ar atmosphere. With increasing RF power, all the line intensities increased because the electron density increased with increasing RF power. When the Ar pressure increased, the Ba(II) and Ti(I) line intensity increased, but the $Ar^+$ line intensity decreased with increasing pressure. This result shows that high pressure is of greater benefit for the ionization of Ba than for that of Ar. Oxygen depressed the intensity of the plasma more than Ar did. When the Ar/$O_2$ ratio decreased, the intensity of Ba decreased more sharply than that of Ti. This result indicates that the plasma composition strongly depends on the discharge gas atmosphere. When the oxygen increased, the Ba/Ti ratio and the thickness of the films decreased. The emission spectra showed consistent variation with applied power to the Ti target during co-sputtering of the $BaTiO_3$ and Ti targets. The co-sputtered films showed a Ba/Ti ratio of 1.05 to 0.73 with applied power to the Ti target. The films with different Ba/Ti ratios showed changes in grain size. Ti excess films annealed at $600^{\circ}C$ did not show the second phase such as $BaTi_2O_5$ and $TiO_2$.
Hexagonal barium ferrite ($BaFe_{12}O_{19}$) nano-particles have been successfully fabricated by spraypylorysis process. $BaFe_{12}O_{19}$ precursor solutions were synthesized by self-assembly method. Diethyleneamine (DEA) surfactant was used to fabricate the micelle structure of Ba-DEA complex under various DEA concentrations. $BaFe_{12}O_{19}$ powders were synthesized with addition of Fe ions to Ba-DEA complex and then fabricated $BaFe_{12}O_{19}$ powders by spray-pyrolysis process at the temperature range of $800{\sim}1000^{\circ}C$. The molar ratio of Ba/DEA and heat-treatment temperatures significantly affected the magnetic properties and morphology of $BaFe_{12}O_{19}$ powders. $BaFe_{12}O_{19}$ powders synthesized with Ba/DEA molar ratio of 1 and heat-treated at $900^{\circ}C$ showed the coercive forces (iHc) of 4.2 kOe with average crystal size of about 100 nm.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.31
no.4
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pp.748-758
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2014
The purpose of this study is to find the optimum conditions for manufacturing titanium dioxide using a hybrid self-assembly forming method, to confirm the shape, properties and synergy effect of UV protection for hybrid titanium dioxide. Hybrid titanium dioxide, manufactured by forming self-assembly of different sizes consisting of two kinds of titanium dioxides, has micro titanium dioxide (250nm~300nm) for support material, Nano titanium dioxide (20~30nm) for surface material, coating support material. Adjustment experiments of $AlCl_3$ concentration and both titanium dioxide ratio were conducted to find the optimized conditions for the surface coating of titanium dioxide striking a negative charge, a sample made of the optimized process was confirmed through an optical analysis, particle size analysis, and potentiometric analysis. The SPF in-vitro value of the cosmetics samples containing hybrid titanium dioxide showed 15~30% higher levels than the cosmetics samples containing both titanium dioxides mixture.
In this work, carbon nanotube and nano-size alumina particle are exploited as additive for lubrication experiment. We used pin-on-disk type tribometer to investigate the tribological characteristics of lubricants with respect to additives and rotational speed. We conducted more than 15 trials of tribotests for two hours for each specimen to obtain stable and accurate frictional force and to create measurable wear track on the substrate. We conducted tests at the boundary/mixed lubrication regime to evaluate the influence of additives on the tribological characteristics. We found that the friction coefficient decreased as the rotational speed increased and as additives were added. In particular, the reduction of friction by adding additives was more significant at low rotational speed than at high rotational speed. We speculate that the additives helped to separate and protect the two contacting surfaces at low speed, while the influence of additives was not significant at high speed since sufficiently thick lubricant film was formed. The wear of the substrate was also reduced by adding additives to the lubricant. However, in contrast to friction, the amount of wear at high rotational speed was less when alumina particles were added to the lubricant than the amount of wear at low speed. We speculate that the increased wear at low rotational speed is as a result of the intermittent abrasive wear caused by alumina particles with uneven shape, while the reduced wear at high speed is as a result of sufficient film thickness which prevented the abrasive wear.
Dung, Mai Xuan;Lee, June-Key;Soun, Woo-Sik;Jeong, Hyun-Dam
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.08a
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pp.281-281
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2010
Very low refractive index (<1.4) materials have been proved to be the key factor improving the performance of various optical components, such as reflectors, filters, photonic crystals, LEDs, and solar cell. Highly porous SiO2 are logically designed for ultralow refractive index materials because of the direct relation between porosity and index of refraction. Among them, ordered macroporous SiO2 is of potential material since their theoretically low refractive index ~1.10. However, in the conventional synthesis of ordered macroporous SiO2, the time required for the crystallization of organic nanoparticles, such as polystyrene (PS), from colloidal solution into well ordered template is typical long (several days for 1 cm substrate) due to the low interaction between particles and particle - substrate. In this study, polystyrene - polyacrylic acid (PS-AA) nanoparticles synthesized by miniemulsion polymerization method have hydrophilic polyacrylic acid tails on the surface of particles which increase the interaction between particle and with substrate giving rise to the formation of PS-AA film by simply spin - coating method. Less ordered with controlled thickness films of PS-AA on silicon wafer were successfully fabricated by changing the spinning speed or concentration of colloidal solution, as confirmed by FE-SEM. Based on these template films, a series of macroporous SiO2 films whose thicknesses varied from 300nm to ~1000nm were fabricated either by conventional sol - gel infiltration or gas phase deposition followed by thermal removal of organic template. Formations of SiO2 films consist of interconnected air balls with size ~100 nm were confirmed by FE-SEM and TEM. These highly porous SiO2 show very low refractive indices (<1.18) over a wide range of wavelength (from 200 to 1000nm) as shown by SE measurement. Refraction indices of SiO2 films at 633nm reported here are of ~1.10 which, to our best knowledge, are among the lowest values having been announced.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.11
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pp.1003-1009
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2008
In this study, liquid phase sintered SiC (LPS-SiC) materials were made by hot pressing method. The particle size of nano-SiC powder was 30nm. Alumina ($Al_2O_3$), yttria ($Y_2O_3$) and silica ($SiO_2$) were used for sintering additives. To investigate effects of $SiO_2$, ratios of $SiO_2$ contents were changed by five kinds. Materials have been sintered for 1 hour at $1760^{\circ}C$, $1780^{\circ}C$ and $1800^{\circ}C$ under the pressure of 20MPa. The system of sintering additives which affects a property of sintering as well as the influence depending on compositions of sintering additives were investigated by measurement of density, mechanical properties such as flexural strength, vickers hardness and sliding wear resistance were investigated to make sure of the optimum condition which is about matrix of $SiC_f$/SiC composites. The abrasion test condition apply to load of 20N at 100RPM for 20min. Sintered density, flexural strength of fabricated LPS-SiC increased with increasing the sintering temperature. And in case of LPS-SiC with low $SiO_2$, sliding wear resistance has very excellent. Monolithic SiC $1800^{\circ}C$ sintering temperatures and 3wt% have excellent wear resistance.
Yoon, Han Ki;Jung, Hun Chea;Hinoki, T.;Kohyama, A.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.5
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pp.483-487
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2014
In this study, joining methods with SiC powder as the joining adhesives were studied in order to avoid the residual stresses coming from CTE (Coefficient of Thermal Expansion) mismatch between substrate and joining layer. The shear strength and microstructure of joined material between SiC substrates are investigated. The commercial Hexoloy-SA (Saint-Gobain Ceramics, USA) used in this work as substrate material. The fine ${\beta}$-SiC nano-powder which the average particle size is below 30 nm, $Al_2O_3$, $Y_2O_3$, and $SiO_2$ were used as joining adhesives. The specimens were joined with 20MPa and $1400-1900^{\circ}C$ by hot pressing in argon atmosphere. The shear test was performed to investigate the bonding strength. The cross-section of the joint was characterized by using an optical microscope and scanning electron microscopy (SEM).
Recently, silica nanostructures are widely used in various applicationary areas such as chemical sensors, biosensors, nano-fillers, markers, catalysts, and as a substrate for quantum dots etc, because of their excellent physical, chemical and optical properties. Additionally, these days, semiconductor silica and silicon with high purity is a key challenge because of their metallurgical grade silicon (MG-Si) exhibit purity of about 99% produced by an arc discharge method with high cast. Tremendous efforts are being paid towards this direction to reduce the cast of high purity silicon for generation of photovoltaic power as a solar cell. In this direction, which contains a small amount of impurities, which can be further purified by acid leaching process. In this regard, initially the low cast rice-husk was cultivated from local rice field and washed well with high purity distilled water and were treated with acid leaching process (1:10 HCl and $H_2O$) to remove the atmospheric dirt and impurity. The acid treated rice-husk was again washed with distilled water and dried in an oven at $60^{\circ}C$. The dried rice-husk was further annealed at different temperatures (620 and $900^{\circ}C$) for the formation of silica nanospheres. The confirmation of silica was observed by the X-ray diffraction pattern and X-ray photoelectron spectroscopy. The morphology of obtained nanostructures were analyzed via Field-emission scanning electron microscope(FE-SEM) and Transmission electron microscopy(TEM) and it reveals that the size of each nanosphares is about 50-60nm. Using the Inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS), Silica was analyzed for the amount of impurities.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.371-372
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2012
We have studied lead-based gapless semiconductors, $PbPdO_2$, which is very sensitive to external parameters such as temperature, pressure, electric field, etc[1]. We have fabricated pure $PbPdO_2$, Co- and Mn-doped $PbPdO_2$ thin films using the pulsed laser deposition. Because of the volatile element of Pb, it is very difficult to grow the films. Note that in case of $MgB_2$, Mg is also volatile element. So in order to enhance the quality of $MgB_2$, some experiments are carried out in annealing with Mg-rich atmosphere [2]. This annealing process with volatile element plays an important role in making smooth surface. Thus, we applied such process to our studies of $PbPdO_2$ thin films. As a result, we found the optimal condition of ex-situ annealing temperature ${\sim}650^{\circ}C$ and time ~12 hrs. The ex-situ annealing brought the extreme change of surface morphology of thin films. After ex-situ annealing with PbO-rich atmosphere, the grain size of thin film was almost 100 times enlarged for all the thin films and also the PbO impurity phase was smeared out. And from X-ray diffraction measurements, we determined highly crystallized phases after annealing. So, we measured electrical and magnetic properties. Because of reduced grain boundary, the resistivity of ex-situ annealed samples changed smaller than no ex-situ sample. And the carrier densities of thin films were decreased with ex-situ annealing time. In this case, oxygen vacancies were removed by ex-situ annealing. Furthermore, we will discuss the transport and magnetic properties in pure $PbPdO_2$, Co- and Mn-doped $PbPdO_2$ thin films in detail.
$TiO_2$ thin films for high energy density capacitors were prepared by r.f. magnetron sputtering at room temperature. Flexible PET (Polyethylene terephtalate) substrate was used to maintain the structure of the commercial film capacitors. The effects of deposition pressure on the crystallization and electrical properties of $TiO_2$ films were investigated. The crystal structure of $TiO_2$ films deposited on PET substrate at room temperature was unrelated to deposition pressure and showed an amorphous structure unlike that of films on Si substrate. The grain size and surface roughness of films decreased with increasing deposition pressure due to the difference of mean free path. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis revealed the formation of chemically stable $TiO_2$ films. The dielectric constant of $TiO_2$ films was significantly changed with deposition pressure. $TiO_2$ films deposited at low pressure showed high dissipation factor due to the surface microstructure. The dielectric constant and dissipation factor of films deposited at 70 mTorr were found to be 100~120 and 0.83 at 1 kHz, respectively. The temperature dependence of the capacitance of $TiO_2$ films showed the properties of class I ceramic capacitors. $TiO_2$ films deposited at 10~30 mTorr showed dielectric breakdown at applied voltage of 7 V. However, the films of 500~300 nm thickness deposited at 50 and 70 mTorr showed a leakage current of ${\sim}10^{-8}{\sim}10^{-9}$ A at 100 V.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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