• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 추계학술발표대회
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• pp.16.2-16.2
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• 2011

Graphene has attracted significant attention due to its unique characteristics and promising nanoelectronic device applications. For practical device applications, it is essential to synthesize high-quality and large-area graphene films. Graphene has been synthesized by eloborated mechanical exfoliation of highly oriented pyrolytic graphite, chemical reduction of exfoliated grahene oxide, thermal decomposition of silicon carbide, and chemical vapor deposition (CVD) on metal substrates such as Ni, Cu, Ru etc. The CVD has advantages over some of other methods in terms of mass production on large-areas substrates and it can be easily separated from the metal substrate and transferred to other desired substrates. Especially, plasma-enhanced CVD (PECVD) can be very efficient to synthesize high-quality graphene. Little information is available on the synthesis of graphene by PECVD even though PECVD has been demonstrated to be successful in synthesizing various carbon nanostructures such as carbon nanotubes and nanosheets. In this study, we synthesized graphene on $Ni/SiO_2/Si$ and Cu plate substrates with CH4 diluted in $Ar/H_2$ (10%) by using an inductively-coupled PECVD (ICPCVD). High-quality graphene was synthesized at as low as $700^{\circ}C$ with 600 W of plasma power while graphene layer was not formed without plasma. The growth rate of graphene was so fast that graphene films fully covered on substrate surface just for few seconds $CH_4$ gas supply. The transferred graphene films on glass substrates has a transmittance at 550 nm is higher 94%, indicating 1~3 monolayers of graphene were formed. FETs based on the grapheme films transferred to $Si/SiO_2$ substrates revealed a p-type. We will further discuss the synthesis of graphene and doped graphene by ICPVCD and their characteristics.

• 한국진공학회지
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• 제20권6호
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• pp.436-441
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• 2011

각종 전자 방출원 및 디스플레이 응용 분야에서 뛰어난 가능성을 보이고 있는 탄소나노튜브의 전계 방출 특성을 개선하고 전자방출의 신뢰성을 개선하기 위해 탄소나노튜브의 표면에 수 nm 두께의 금속 코팅을 적용하였다. 탄소나노튜브는 실리콘 기판위에 2 nm 두께의 Invar (52% Fe, 42% Ni, 6% Co alloy) 촉매를 사용하여 $450^{\circ}C$의 온도에서 플라즈마 화학기상 증착법으로 성장시켰다. 성장된 탄소나노튜브의 밀도 제어를 위해 성장 후 질소 플라즈마로 일부를 식각한 후 티타늄(Ti) 금속을 탄소나노튜브 표면에 5~150 nm 두께로 스퍼터링 증착하였다. 5 nm로 티타늄을 탄소나노튜브 표면에 코팅한 경우, 코팅 전에 비해 6 V/${\mu}m$의 전계에서 전류밀도가 4배 이상 증가되었으며, 전계 방출 전류의 요동(fluctuation) 또한 40% 이상 감소됨을 확인할 수 있었다. 이는 티타늄의 일함수가 4.3 eV로 탄소나노튜브의 5 eV에 비해 작을 뿐만 아니라, 탄소나노튜브의 약점으로 지적되는 기판과의 접착성과 접촉저항이 티타늄의 표면 코팅으로 인해 크게 개선된 결과로 판단된다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.264-264
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• 2010

Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) were grown on a Si wafer by using thermal chemical vapor deposition (t-CVD). We investigated the effect of the catalyst deposition rate on the types of CNTs grown on the substrate. In general, smaller islands of catalyst occur by agglomeration of a catalyst layer upon annealing as the catalyst layer becomes thinner, which results in the growth of CNTs with smaller diameters. For the same thickness of catalyst, a slower deposition rate will cause a more uniformly thin catalyst layer, which will be agglomerated during annealing, producing smaller catalyst islands. Thus, we can expect that the smaller-diameter CNTs will grow on the catalyst deposited with a lower rate even for the same thickness of catalyst. The 0.5-nm-thick Fe served as a catalyst, underneath which Al was coated as a catalyst support as well as a diffusion barrier on the Si substrate. The catalyst layers were. coated by using thermal evaporation. The deposition rates of the Al and Fe layers varied to be 90, 180 sec/nm and 70, 140 sec/nm, respectively. We prepared the four different combinations of the deposition rates of the AI and Fe layers. CNTs were synthesized for 10 min by flowing 60 sccm of Ar and 60 sccm of $H_2$ as a carrier gas and 20 sccm of $C_2H_2$ as a feedstock at 95 torr and $810^{\circ}C$. The substrates were subject to annealing for 20 sec for every case to form small catalyst islands prior to CNT growth. As-grown CNTs were characterized by using field emission scanning electron microscopy, high resolution transmission electron microscopy, Raman spectroscopy, UV-Vis NIR spectroscopy, and atomic force microscopy. The fast deposition of both the Al and Fe layers gave rise to the growth of thin multiwalled CNTs with the height of ${\sim}680\;{\mu}m$ for 10 min while the slow deposition caused the growth of ${\sim}800\;{\mu}m$ high SWCNTs. Several radial breathing mode (RBM) peaks in the Raman spectra were observed at the Raman shifts of $113.3{\sim}281.3\;cm^{-1}$, implying the presence of SWCNTs (or double-walled CNTs) with the tube diameters 2.07~0.83 nm. The Raman spectra of the as-grown SWCNTs showed very low G/D peak intensity ratios, indicating their low defect concentrations.

• Composites Research
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• 제28권4호
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• pp.226-231
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• 2015

CNT(carbon nanotubes) 강화 알루미늄 나노복합재는 우수한 기계적 특성으로 자동차용 차세대 경량재료로 주목을 받고 있으나 소재 제조 과정에 있어 CNT의 균일 분산 확보가 어렵고 대량제조 공정 확립이 어려워 자동차 부품으로의 적용이 어렵다. 그러나 점차 CNT 생산이 대량화 되고 있고 복합재로서의 특성이 개선되고 있다. 따라서 본 연구는 CNT강화 알루미늄 나노복합재의 현 수준을 확인하고 자동차 부품 관점에서의 적용가능성을 검토하고자 하였다. 평가에 사용된 소재는 20L급 High energy milling기에서 알루미늄 분말과 CNT를 혼합한 후, 소결 및 압출하여 봉상(${\phi}80$)으로 제조되었다. 소재 관점에서 기계적 특성 및 열적 특성을 분석하였으며, 부품 적용성 관점에서는 현재 자동차 부품에 사용되는 소재와 그 소재가 사용되는 각 부품의 주요 요구 특성을 상대 비교하였다. 고강성과 성형성이 요구되는 부품에 사용되는 상용소재(A390) 및 SiC/Al 복합재와 성형성 비교평가를 진행하였으며, 탄성계수를 측정하였다. 피로 내구 및 경량화가 요구되는 메인베어링캡 양산소재와의 내구성 비교 평가를 실시하였다. 또한 고온 안정성이 요구되는 피스톤용 내열 소재와 열팽창계수 및 열화에 따른 강도저하를 비교 평가하였다. 구배가 큰 금형을 설계하여 단조 가공 후, 성형성(외관 crack 및 성형압 측정)을 비교하였으며, 내구성 평가를 위해 실제 부품인 H사(社) 소형 엔진블록의 메인베어링 캡을 적용하여 일축 단품 피로 시험을 진행하였다. 이를 통해 우수한 소재 특성을 확인하였고, 자동차 구조용 부품으로 적용이 가능함을 확인하였다.

• 한국재료학회지
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• 제20권11호
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• pp.623-627
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• 2010

Semiconducting metal oxides have been frequently used as gas sensing materials. While zinc oxide is a popular material for such applications, structures such as nanowires, nanorods and nanotubes, due to their large surface area, are natural candidates for use as gas sensors of higher sensitivity. The compound ZnO has been studied, due to its chemical and thermal stability, for use as an n-type semiconducting gas sensor. ZnO has a large exciton binding energy and a large bandgap energy at room temperature. Also, ZnO is sensitive to toxic and combustible gases. The NO gas properties of zinc oxide-single wall carbon nanotube (ZnO-SWCNT) composites were investigated. Fabrication includes the deposition of porous SWCNTs on thermally oxidized $SiO_2$ substrates followed by sputter deposition of Zn and thermal oxidation at $400^{\circ}C$ in oxygen. The Zn films were controlled to 50 nm thicknesses. The effects of microstructure and gas sensing properties were studied for process optimization through comparison of ZnO-SWCNT composites with ZnO film. The basic sensor response behavior to 10 ppm NO gas were checked at different operation temperatures in the range of $150-300^{\circ}C$. The highest sensor responses were observed at $300^{\circ}C$ in ZnO film and $250^{\circ}C$ in ZnO-SWCNT composites. The ZnO-SWCNT composite sensor showed a sensor response (~1300%) five times higher than that of pure ZnO thin film sensors at an operation temperature of $250^{\circ}C$.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.75-75
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• 2018

Commercially pure titanium (CP-Ti) and Ti-6Al-4V alloys have been widely used in implant materials such as dental and orthopedic implants due to their corrosion resistance, biocompatibility, and good mechanical properties. However, surface modification of titanium and titanium alloys is necessary to improve osseointegration between implant surface and bone. Especially, when titanium oxide nanotubes are formed on the surface of titanium alloy, cell adhesion is greatly improved. In addition, plasma electrolytic oxide (PEO) coatings have a good safety for osseointegration and can easily and quickly form coatings of uniform thickness with various pore sizes. Recently, the effects of bone element such as magnesium, zinc, strontium, silicon, and manganese for bone regeneration are researching in dental implant field. The purpose of this study was researched on the surface morphology of PEO-treated Ti-6Al-4V alloy after anodic titanium oxide treatmentusing various instruments. Ti-6Al-4V ELI disks were used as specimens for nanotube formation and PEO-treatment. The solution for the nanotube formation experiment was 1 M $H_3PO_4$ + 0.8 wt. % NaF electrolyte was used. The applied potential was 30V for 1 hours. The PEO treatment was performed after removing the nanotubes by ultrasonics for 10 minutes. The PEO treatment after removal of the nanotubes was carried out in the $Ca(CH_3)_2{\cdot}H_2O+(CH_3COO)_2Mg{\cdot}4H_2O+Mn(CH_3COO)_2{\cdot}4H_2O+Zn(CH_3CO_2)_2Zn{\cdot}2H_2O+Sr(CH_2COO)_2{\cdot}0.5H_2O+C_3H_7CaO_6P$ and $Na_2SiO_3{\cdot}9H_2O$ electrolytes. And the PEO-treatment time and potential were 3 minutes at 280V. The morphology changes of the coatings on Ti-6Al-4V alloy surface were observed using FE-SEM, EDS, XRD, AFM, and scratch tester. The morphology of PEO-treated surface in 5 ion coating solution after nanotube removal showed formation or nano-sized mesh and micro-sized pores.

• 한국진공학회지
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• 제17권1호
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• pp.67-72
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• 2008

본 연구에서는 염료감응 태양전지의 상대전극으로써 다중벽 탄소나노튜브를 사용하여 전기화학적 특성에 미치는 열처리 효과에 대해 연구하였다. 다중벽 탄소나노튜브는 실리콘 기판위에 철 촉매를 사용하여 열화학 기상증착법으로 합성하였다. 직경이 다른 다중벽 탄소나노튜브를 각각 성장하여 두 개의 샘플을 준비하였고 질소 분위기의 RTA(rapid thermal annealing) system에서 $900^{\circ}C$ 온도로 1분간 열처리 하였다. 다중벽 탄소나노튜브의 구조적, 전기적, 전기화학적 특성은 FE-SEM, Raman spectroscopy, 2-point probe station, electrochemical impedance spectroscopy (EIS)을 이용하여 측정하였다. 라만 스펙트럼 분석에서 열처리 한 다중벽 탄소나노튜브의 I(D)/I(G) ratio는 상당히 감소한 것을 확인하였으며, 다중벽 탄소나 노튜브 표면과 전해질과의 산화 환원 반응 특성에서는 열처리 전보다 열처리 후의 전해질과의 산화 환원 반응 특성이 향상된 것을 알 수 있었다. 표면에서의 반응 저항 또한 열처리 후의 다중벽 탄소나노튜브가 더 낮은 값을 나타내었다. 그 결과, 열처리 후의 다중벽 탄소나노튜브를 상대전극으로 사용하였을 때의 전기화학적 특성이 더 좋은 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.293.1-293.1
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• 2013

탄소나노튜브(carbon nanotubes; CNTs)는 우수한 물성으로 인하여 전자소자, 에너지 저장매체, 투명전도막, 복합재료 등 매우 다양한 분야에 응용이 가능할 것으로 예측되고 있으며, 더욱이 이러한 특성은 구조변형, 화학적 도핑뿐만 아니라 표면처리를 통해서 제어가 가능하다고 알려져 있다. 이를 위해 기존에는 열처리를 통하여 CNTs를 표면처리한 결과들이 보고되었으나, 고온에서 장시간의 공정이 요구되는 열처리 공정의 단점을 보완하기 위하여 플라즈마 처리를 통해 상온에서 단시간의 공정으로 CNTs를 표면처리하는 방법이 제시되었다. 특히 최근에는, 향후 산업적 응용을 목적으로 종래의 진공 환경에서 벗어나 대기압 연속공정 개발을 위한 대기압 플라즈마 기반의 표면처리 공정에 대하여 관심이 집중되고 있는 상황이다. 본 연구에서는 대기압에서 플라즈마를 안정적으로 방전 및 유지 할 수 있는 플라즈마 토치 시스템을 구축하였고, 이를 이용하여 수직배향 CNTs를 표면 처리함으로써 그 영향을 살펴보았다. CNTs는 $SiO_2$ 웨이퍼 위에 증착한 철 촉매를 이용하여 $750^{\circ}C$에서 수직배향 합성하였으며, 원료가스로는 아세틸렌을 사용하였다. 대기압 플라즈마 장치의 경우 고전압 교류 전원장치를 이용하여 토치타입으로 제작하였다. 플라즈마는 아르곤과 질소가스를 시용하여 방전하고, 기판과의 거리 및 처리시간을 변수로 CNTs를 표면처리하였다. 플라즈마 처리 전후 접촉각 측정을 통하여 소수성이었던 CNTs 표면이 친수성으로 변화하는 것을 확인하였다. 또한 Raman 분석을 통하여 대기압 플라즈마의 처리조건에 따른 CNTs 의 구조적 결함 발생 정도를 정량화 시킬 수 있었다. 이를 통하여 대기압 플라즈마를 이용할 경우, CNTs의 구조적 손상을 최소화 하면서 효율적으로 표면특성을 변화시킬 수 있는 처리조건을 도출하였다.