The carbonization and activation conditions for the PAN-based ACF of various grade were investigated to obtain the optimun activation condition with high surface area. And the surface properties and the absorption performance of toxic gas for terror were examined toward the PAN-ACF with the highest surface area. In the test results the surface area increased with increase of the activation temperature, but decreased with increase of the carbonization temperature. After carbonization condition ($900^{\circ}C$-15min) and activation condition ($900^{\circ}C$-30 min), we got the ACF with the highest surface area of $1204m^2/g$. In the absorption test of iodine and toxic gas for terror, this ACF showed more excellent absorption performance than the existing carbon-based adsorbent. Also, in order to give the function characteristic for a selective absorption, the stable nanoparticles of the Ag, Pt, Cu, Pd were prepared and impregnated on the PAN-based ACF in replacement of the existing method supporting metal catalysis. And were analyzed the surface characteristics and the $SO_{2}$ adsorption characteristics. In the $SO_{2}$ absorption performance test of the PAN-ACF with the impregnated nanoparticles, it wasn't change breakthrough time of Ag, Pt, Cu nanoparticle supported the PAN-ACF comparing with breakthrough time (326 sec) of the non supported PAN-ACF but Pd nanoparticle supported the PAN-ACF achieved excellent $SO_{2}$ absorption performance which has break-through time 925 sec.
The effect of heat treatment temperature (HTT) on the mechanical properties of polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fiber had been investigated. The heat treatment on the carbon fiber was conducted under high vacuum atmosphere of $10^{-6}mmHg$, and the range of temperature of $1,000^{\circ}C$ to $2,000^{\circ}C$. As a results, The tensile strength of carbon fiber and carbon fiber composites showed increasing tendency with the rise of heat treatment temperature. And, the shape parameter of Weibull distribution for the strength of carbon single fiber showed an increasing trend until $1,800^{\circ}C$. But the shape parameter of Weibull distribution for the strength of carbon fiber composites showed no clear tendency with the rise of heat treatment temperature. The cause of reinforcement effect of the carbon fiber by the heat treatment was regarded as the carbonization of carbon single fiber.
Electrospinning is a technique that produces sub-micron sized continuous fibers by electric force from polymer solutions or melts. Due to its versatile manufacturability and the cost effectiveness, this method has been recently adopted for the fabrication of one-dimensional materials. Here, we fabricated polyacrylonitrile (PAN) polymer fibers, from which uniform carbon fibers with diameters of 100-200 nm were obtained after carbonization at 800 $^{\circ}C$ in N$_2$. Special emphasis was directed to the influence of the phase separated polymer solution on the morphology and the microstructure of the resulting carbon fiber. The addition of poly(stylene-co-acrylonitile) (SAN) makes the polymer solution phase separated, which allows for the formation of internal pores by its selective elimination after electrospinning. XPS and Raman Spectroscopy were used to confirm the surface composition and the degree of carbonization. At the PAN:SAN = 50:50 in vol%, the uniform carbon fibers with diameters of 300$\sim$500 nm and surface area of 131.6 m$^2$g$^{-1}$ were obtained.
Commercial PAN fibers were thermally stabilized at 220 or $240^{\circ}C$ for 30 min. Those fibers were further stabilized using radio-frequency (RF) capacitive plasma discharge during 5 or 15 min. From Fourier transform infrared spectroscopy results, it was observed that an additional plasma treatment led to further stabilization of PAN fibers. After stabilization, carbonization was performed to investigate the final tensile properties of the fabricated carbon fibers (CFs). The results revealed that a combination of thermal and plasma treatment is a possible stabilization process for manufacturing CFs. Morphology of CFs was investigated using scanning electron microscopy. The morphology shows that the plasma stabilization performed by the RF large gap plasma discharge may damage the surface of the CF, so it is necessary to select a proper process condition to minimize the damage.
Nanoporous non-woven carbon fibers for a gas sensor were prepared from a pitch/polyacrylonitrile (PAN) mixed solution through an electrospinning process and their gas-sensing properties were investigated. In order to create nanoscale pores, magnesium oxide (MgO) powders were added as a pore-forming agent during the mixing of these carbon precursors. The prepared nanoporous carbon fibers derived from the MgO pore-forming agent were characterized by scanning electron microscopy (SEM), $N_2$-adsorption isotherms, and a gas-sensing analysis. The SEM images showed that the MgO powders affected the viscosity of the pitch/PAN solution, which led to the production of beaded fibers. The specific surface area of carbon fibers increased from 2.0 to $763.2m^2/g$ when using this method. The template method therefore improved the porous structure, which allows for more efficient gas adsorption. The sensing ability and the response time for the NO gas adsorption were improved by the increased surface area and micropore fraction. In conclusion, the carbon fibers with high micropore fractions created through the use of MgO as a pore-forming agent exhibited improved NO gas sensitivity.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.384.1-384.1
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2014
대면적 그래핀을 합성하는 방법으로 주로 화학기상증작법, SiC 기판을 고온 열처리하는 방법 그리고 최근에는 고체소스를 활용하여 그래핀을 합성하는 방법 등이 보고되고 있다. 이에, 본 연구에서는 폴리머 용액들을 원하는 기판에 스핀코팅하여 건조시킨 후, 후 열처리 공정을 통해 그래핀을 합성하고 물성을 평가해보았다. 그래핀 합성을 위해서 사용된 폴리머 탄소원은 Vinyl계 폴리머 용액으로, polystyrene (PS), polyacrylonitrile (PAN), 그리고 polymethylmetacrylate (PMMA) 등으로 2wt%의 폴리머 용액을 $SiO_2$기판에 스핀 코팅을 하고, 그 위에 Nickel이나 Copper와 같은 catalytic metal을 capping layer로 증착하고, 고진공에서 후열처리 공정에 의해 그래핀을 성장하였다. 이때, 탄소원으로 쓰인 PS, PMMA 폴리머는 pristine graphene 합성을 위해, PAN 폴리머는 질소가 도핑된(n-type) 그래핀 합성을 위해 사용되었다. 그래핀의 물성은 폴리머 종류, 코팅된 두께, 촉매 금속층 종류와 두께, 그리고 후열처리 공정 온도와 시간에 따라서 조절이 가능하였다. 우리는 Raman spectroscopy, AFM, SEM 등을 활용하여 그래핀의 층수, 결함, 표면양상 등을 평가하였고, 또한 전사된 그래핀을 기반으로 제작된 FET의 게이트 전압에 따른 I-V 곡선을 측정하여 캐리어 종류 및 전하 이동도 등을 평가하였다. 더욱 상세한 내용은 프레젠테이션에서 논하겠다.
Rhee, Inkyu;Kim, Jin Hee;Park, Sang Hee;Lee, Sungho;Ryu, Bong Ryeul;Kim, Yoong Ahm
Carbon letters
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v.23
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pp.22-29
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2017
The compressive strength and electrical resistance of pitch-based carbon fiber (CF) in cementitious materials are explored to determine the feasibility of its use as a functional material in construction. The most widely used CFs are manufactured from polyacrylonitrile (PAN-based CF). Alternatively, short CFs are obtained in an economical way using pitch as a precursor in a melt-blown process (pitch-based CF), which is cheaper and more eco-friendly method because this pitch-based CF is basically recycled from petroleum residue. In the construction field, PAN-based CFs in the form of fabric are used for rehabilitation purposes to reinforce concrete slabs and piers because of their high mechanical properties. However, studies have revealed that construction materials with pitch-based CF are not popular. This study explores the compressive strength and electrical resistances of a cement paste prism using pitch-based CF.
In this study, the oxyfluorination of PAN-based carbon fibers was undertaken at room temperature using fluorine-oxygen mixtures, and the influence of oxyfluorination on properties was investigated. The surface characteristics of the modified fiber were determined by using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and dynamic contact angle analyzer. The oxyfluorination of carbon fibers was one of the more effective methods to increase surface wettability by the formation of semicovalent C-F bond and C-O bond depending on reaction conditions. When oxygen mole fraction is increased from 0.5 to 0.9, it is probable that attached fluorine atoms at the surface of the fibers reacted with other components. As increased oxyfluorination time and decreased its pressures, semi-covalent peak is increased at 0.5 of oxygen mole fraction. The total surface free energy of oxyfluorinated carbon fibers decreased with increasing oxygen mole fraction over 0.5. These results indicate that the surface of carbon fibers became much more hydrophilic after the short oxyfluorination. The surface free energy of oxyfluorinated carbon fibers progressively decreased after 10 min treatment. The polar components of surface free energies were however, significantly higher for all oxyfluorinated samples than that for the untreated carbon fiber.
Lee, Yeong Ju;Kim, Hyun Bin;Lee, Seung Jun;Kang, Phil Hyun
Journal of Radiation Industry
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v.9
no.1
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pp.15-20
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2015
Carbon fiber has received much attention owing to its properties, including a large surface-to-volume ratio, chemical and thermal stability, high thermal and electrical conductivity, and high mechanical strengths. In particular, magnetic nanopowder dispersed carbon fiber has been attractive in technological applications such as the electrochemical capacitor and electromagnetic wave shielding. In this study, the nickel-oxide-nanoparticle dispersed polyacrylonitrile (PAN) fibers were prepared through an electrospinning method. Electron beam irradiation was carried out with a 2.5 MeV beam energy to stabilize the materials. The samples were then heat-treated for stabilization and carbonization. The nanofiber surface was analyzed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). The crystal structures of the carbon matrix and nickel nanopowders were analysed using X-ray diffraction (XRD). In addition, the magnetic and electrical properties were analyzed using a vibrating sample magnetometer (VSM) and 4 point probe. As the irradiation dose increases, the density of the carbon fiber was increased. In addition, the electrical properties of the carbon fiber improved through electron beam irradiation. This is because the amorphous region of the carbon fiber decreases. This electron beam effect of PAN fibers containing nickel nanoparticles confirmed their potential as a high performance carbon material for various applications.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.19
no.1
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pp.9-27
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2021
As an example of research activities in decontamination for decommissioning, new data are presented on the options for corrosion layer dissolution during the decommissioning decontamination, or persulfate regeneration for decontamination solutions re-use. For the management of spent decontamination solutions, new method based on solvent extraction of radionuclides into ionic liquid followed by electrodeposition of the radionuclides has been developed. Fields of applications of composite inorganic-organic absorbers or solid extractants with polyacrylonitrile (PAN) binding matrix for the treatment of liquid radioactive waste are reviewed; a method for americium separation from the boric acid containing NPP evaporator concentrates based on the TODGA-PAN material is discussed in more detail. Performance of a model of radionuclide transport, developed and implemented within the GoldSim programming environment, for the safety studies of the LLW/ILW repository is demonstrated on the specific case of the Richard repository (Czech Republic). Continuation and even broadening of these activities are expected in connection with the approaching end of the lifespan of the first blocks of the Czech NPPs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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