Superhydrophobic $SiO_2$ layers with a micro-nano hierarchical surface structure were prepared. $SiO_2$ layers deposited via an electrospray method combined with a sol-gel chemical route were rough on the microscale. Au particles were decorated on the surface of the microscale-rough $SiO_2$ layers by use of the photo-reduction process with different intensities ($0.11-1.9mW/cm^2$) and illumination times (60-240 sec) of ultraviolet light. With the aid of nanoscale Au nanoparticles, this consequently resulted in a micro-nano hierarchical surface structure. Subsequent fluorination treatment with a solution containing trichloro(1H,2H,2H,2H-perfluorooctyl)silane fluorinated the hierarchical $SiO_2$ layers. The change in surface roughness factor was in good agreement with that observed for the water contact angle, where the surface roughness factor developed as a measure needed to evaluate the degree of surface roughness. The resulting $SiO_2$ layers revealed excellent repellency toward various liquid droplets with different surface tensions ranging from 46 to 72.3 mN/m. Especially, the micro-nano hierarchical surface created at an illumination intensity of $0.11mW/cm^2$ and illumination time of 60 sec showed the largest water contact angle of $170^{\circ}$. Based on the Cassie-Baxter and Young-Dupre equations, the surface fraction and work of adhesion for the micronano hierarchical $SiO_2$ layers were evaluated. The work of adhesion was estimated to be less than $3{\times}10^{-3}N/m$ for all the liquid droplets. This exceptionally small work of adhesion is likely to be responsible for the strong repellency of the liquids to the micro-nano hierarchical $SiO_2$ layers.
Deodorization of natural zeolites have been improved not only for polar but also for non-polar pollutants by sucessive ion exchanges of H and Ag ions starting from Korean natural zeolite with high adsorption capacity. The modified zeolites with $TiO_2$ coating on the surface revealed high deodorization and photocatalytic decomposition effects. Further modification was made with $10{\sim}20nm$ silica nano particles coating on the surface, the resulting composite particles of $SiO_2/TiO_2/modified$ natural zeolite revealed not only comparable deodorization but also better durability and resisatnce to color change compared to the $TiO_2$/modified natural zeolite without much compensation of photocatalytic decomposition effect, when the composite particles were exposed to the polypropylene non-woven fiber coated with organic binder. It is expected for the composite particle prepared here to be used as indoor building materials for indoor air quality control.
In this study, shear thickening fluid (STF) filled with rigid nano silica particles was impregnated in plain woven Kevlar fabrics to improve the impact resistance performance. The nano silica particles with an average diameter of 100nm, 300nm, and 500nm were used to make shear thickening fluid to estimate the effect of particle size on the impact behavior of STF impregnated Kevlar fabrics. The yam pull-out and frictional tests were conducted to estimate the effect of impregnated STF on the frictional characteristics. The test results showed that the friction forces were dramatically increased at the STF onset shear strain rates that were measured in preliminary rheology tests. The low speed impact tests were performed using the drop test machine. The results showed that the impregnated STF improved the impact resistance performance of the Kevlar fabrics in terms of the impact energy absorption and the deformation. It has been shown through tests that the impregnated STF affects the interfacial friction which contributes to improve the energy absorption in the Kevlar fabrics. Especially, the impregnation of the STF with the smaller particle size into the Kevlar fabrics showed the better performance in impact energy absorption.
Nano-sized mullite (3Al$_2$O$_3$$.$2SiO$_2$) colloids were prepared by use of the spray combustion method. For combustion reaction, Al(NO$_3$)$_3$$.$9$H_2O$, and CH$_{6}$N$_4$O were used as an oxidizer and a fuel respectively, and then colloidal silica was also added as 2SiO$_2$source for mullite. The temperature of the reaction chamber was kept at 80$0^{\circ}C$ to initiate the ignition of droplets of the mixed precursors. For preventing droplet coagulation, the droplet number concentration was reduced using the metal screen filter, and the residence time of aerosol was kept at 2.5 seconds for laminar flow. The synthesized colloidal particles had an uniform spherical shape with 130 nanometer size and the crystalline phase showed the mullite with stoichiometry in the observations of XRD and TEM.
In this paper, the relationship between the material removal rate and the interfacial mechanical properties at particle-surface contact situation, which can be seen in an abrasive machining process using micro/nano-sized particles, was discussed. Friction and stiffnesses were measured experimentally on an atomic force microscope (AFM) by using colloidal probes which have a silica colloid particle in place of tip to simulate a particle-flat surface contact in an abrasive machining process. From the experimental investigation and theoretical contact analysis, the interfacial contact properties such as lateral stiffness of contact, friction, the material removal rate were presented with respect to some of material surfaces and the relationship between the properties as well.
Kim, Seung-Hyun;Hong, Seung-kwan;Yoon, Je-Yong;Kim, Doo-Il;Lee, Sang-Ho;Kweon, Ji-Hyang;Kim, Hyung-Soo;ko, Seok-Dock;Kuk, Ji-Hoon
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.25
no.2
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pp.201-212
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2011
Nanotechnology is the applied science which develops new materials and systems sized within 1 to 100 nanometer, and improves their physical, chemical, and biological characteristics by manipulating on an atomic and molecular scale. This nanotechnology has been applied to wide spectrum of industries resulting in production of various nanoparticles. It is expected that more nanoparticles will be generated and enter to natural water bodies, imposing great threat to potable water resources. However their toxicity and treatment options have not been throughly investigated, despite the significant growth of nanotechnology-based industries. The objective of this study is to provide fundamental information for the management of nanoparticles in water supply systems through extensive literature survey. More specifically, two types of nanoparticles are selected to be a potential problem for drinking water treatment. They are carbon nanoparticles such as carbon nanotube and fullerene, and metal nanoparticles including silver, gold, silica and titanium oxide. In this study, basic characteristics and toxicity of these nanoparticles were first investigated systematically. Their monitoring techniques and treatment efficiencies in conventional water treatment plants were also studied to examine our capability to mitigate the risk associated with nanoparticles. This study suggests that the technologies monitoring nanopartilces need to be greatly improved in water supply systems, and more advanced water treatment processes should be adopted for better control of these nanoparticles.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.24
no.2
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pp.174-181
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2007
In this study, $SiO_2/poly(ethylene-co-vinyl$ alcohol)(EVOH) hybrid coating materials with gas barrier property could be produced using sol-gel method. The biaxially oriented polypropylene (BOPP) substrate with surface pretreatment was coated with the prepared hybrid sols containing various inorganic silicate component by a spin coating method. Crystallization behavior of the hybrids was investigated in terms of analysis of X-ray diffraction and cooling thermogram from DSC experiment. From the morphological observation of the $SiO_2/EVOH$ hybrid gel, it was confirmed that there existed an optimum content of inorganic silicate precursor, Tetraethylorthosilicate (TEOS), to produce hybrid materials with dense microstructure, exhibiting uniformly dispersed silica particles with average size below 100 nm. When TEOS was added at below or above the optimum content, particle clusters with large domain were observed, resulting in phase separation. This morphological result was found to be in good agreement with that of oxygen permeability of the hybrid coated films. In the case of film coated with hybrid prepared from addition of 0.01 - 0.02mol of TEOS, a remarkable improvement in barrier property could be obtained, however, with the addition of TEOS more than 0.04 mol, the barrier property was dramatically reduced because of phase separation and micro-crack formation on the film surface.
The hydrogen in nominally anhydrous mineral is known to be associated with lattice defects, but it also can exist in the form of water and hydroxyl groups on the large surface of the nanoscale particles. In this study, we investigate the effectiveness of 1H solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy as a robust experimental method to quantify the hydrogen atomic environments of amorphous silica nanoparticles with varying relative humidity. Amorphous silica nanoparticles were packed into NMR rotors in a temperature-humidity controlled glove box, then stored in different atmospheric conditions with 25% and 70% relative humidity for 2~10 days until 1H NMR experiments, and a slight difference was observed in 1H NMR spectra. These results indicate that amount of hydrous species in the sample packed in the NMR rotor is rarely changed by the external atmosphere. The amount of hydrogen atom, especially the amount of physisorbed water may vary in the range of ~10% due to the temporal and spatial inhomogeneity of relative humidity in the glove box. The quantitative analysis of 1H NMR spectra shows that the amount of hydrogen atom in amorphous silica nanoparticles linearly increases as the relative humidity increases. These results imply that the sample sealing capability of the NMR rotor is sufficient to preserve the hydrous environments of samples, and is suitable for the quantitative measurement of water content of ultrafine nominally anhydrous minerals depending on the atmospheric relative humidity. We expect that 1H solid-state NMR method is suitable to investigate systematically the effect of surface area and crystallinity on the water content of diverse nano-sized nominally anhydrous minerals with varying relative humidity.
In the non-conductive adhesives (NCAs) for adhesion of micro electro mechanical system (MEMS), there are some problems such as delamination and cracking resulting from the large differences of coefficients of thermal expansion (CTE) between NCAs and substrates. So, the addition of inorganic particles such as silica and nano clay to the CTEs composit have been applied to reduce the CTEs of the adhesives. Additions of the flexibilizers such as siloxanes have also been performed to improve the flexibility of epoxy composite. Amino modified siloxane (AMSs) were used to improve compatibility between epoxy and siloxane. In this study, glass transition temperatures (Tg) and moduli of those composites were measured to confirm the effects of AMS with two different equivalents on thermal/mechanical properties of AMS/epoxy composites. Tg of KF-8010/epoxy composites decreased from 148 to $122^{\circ}C$ and those of X-22-161A/epoxy composites decreased from 148 to $121^{\circ}C$. Moduli of KF-8010/epoxy composites decreased from 2648 to 2143 MPa by adding KF-8010 and moduli of X-22-161A/epoxy composites decreased from 2648 to 2014 MPa. In short, using long Si-O chain AMS leads to a greater decrease in moduli. However, haven't showed significant differences in Tg's.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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