Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.36
no.3
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pp.203-213
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2023
Owing to carbon materials' diverse functionalization and versatility, the design and synthesis of carbon-based three-dimensional porous structures have become important foundational research topics across various fields. Among the various methods for producing porous carbon structures, laser-induced graphene (LIG) has garnered attention because of its large surface area, controllable structure, excellent electrical conductivity, scalability, and eco-friendly synthesis process. In addition, recent research results have reported more novel functionalities by advancing further from the unique characteristics of LIG through functionalization or compounding of LIG, making it an attractive material for various applications in electronic devices, sensing, catalysis, and energy storage. This review aims to update the research trends in LIG and its functionalization, providing insights to inspire more interesting studies on functional LIG to expand its potential applications ultimately. Starting with the synthesis method and material characteristics of LIG, we introduce the functionalization of LIG, which is classified into surface modification, heteroatom doping, and hybridization based on the interaction mechanism. Finally, we summarize and discuss the prospects of LIG and its functionalization.
Here, we demonstrate surface functionalization of Au chips with 4-(carboxymethyl)aniline (CMA) and amine-terminated polyamidoamine (PAMAM) dendrimers for immobilization of antibodies on the Au surfaces. Use of the functionalization strategy led to high surface density of the immobilized antibodies on the Au chips. Specifically, we found that the functionalization of Au chips with CMA and amine-terminated $6^{th}$ generation PAMAM dendrimers allowed immobilization of immunoglobulin (IgG) antibodies with high surface density, which is 5 times higher than that obtained with Au surfaces functionalized with CMA and ethylenediamine.
Prussian blue (PB) is known to be an effective material for radioactive cesium adsorption, but its nano-range size make it difficult to be applied for contaminated water remediation. In this study, a simple and versatile approach to immobilize PB in the supporting matrix via surface functionalization was investigated. The commercially available poly vinyl alcohol (PVA) sponge was functionalized by acrylic acid (AA) to change its major functional group from hydroxyl to carboxylic, which provides a stronger ionic bond with PB. The amount of AA added was optimized by evaluating the weight change rate and iron(III) ion adsorption test. The FTIR results revealed the surface functional group changing to a carboxyl group. The surface functionalization enhanced the attachment of PB, which minimized the leaching out of PB. The $Cs^+$ adsorption capacity significantly increased due to surface functionalization from 1.762 to 5.675 mg/g. These findings showed the excellent potential of the PB-PAA-PVA sponge as a cesium adsorbent as well as a versatile approach for various supporting materials containing the hydroxyl functional group.
The surface functionalization of a fluoropolymer by ion beam-induced graft polymerization was described in this research. The surface of poly(tetrafluoroethylene) (PTFE) films were irradiated by a 150 keV $H^+$ ions, and 4-vinyl pyridine (4VP) as a functional monomer was then thermally graft polymerized on the irradiated surface. The surface properties of poly(4-vinyl pyridine) (P4VP)-grafted PTFE films were investigated in terms of grafting degree, wettability, chemical structure, and morphology. The results revealed that the surface of PTFE films was successfully functionalized by ion beam-induced graft polymerization of 4VP.
Fibrous supercapacitors (FSs), owing to their high power density, good safety characteristic, and high flexibility, have recently been in the spotlight as energy storage devices for wearable electronics. However, despite these advantages, FCs face many challenges related to their active material of carbon fiber (CF). CF has low surface area and poor wettability between electrode and electrolyte, which result in low capacitance and poor long-term stability at high current densities. To overcome these limits, fibrous supercapacitors made using surface-activated CF (FS-SACF) are here suggested; these materials have improved specific surface area and better wettability, obtained by introducing porous structure and oxygen-containing functional groups on the CF surface, respectively, through surface engineering. The FS-SACF shows an improved ion diffusion coefficient and better electrochemical performance, including high specific capacity of 223.6 mF cm-2 at current density of 10 ㎂ cm-2, high-rate performance of 171.2 mF cm-2 at current density of 50.0 ㎂ cm-2, and remarkable, ultrafast cycling stability (96.2 % after 1,000 cycles at current density of 250.0 ㎂ cm-2). The excellent electrochemical performance is definitely due to the effects of surface functionalization on CF, leading to improved specific surface area and superior ion diffusion capability.
We functionalized a wear-resistant carbon-based MoS2 filler to solve its limited wear condition problem. The filler exhibits excellent lubricative properties. The surface modification of MoS2 was carried out using a (3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GPTMS) silane coupling agent to improve the low compatibility and dispersibility of the filler that generally degrade the performance of composites. A silane coupling agent was employed for the functionalization of MoS2, and its effect on the wear resistance of MoS2/Polyamide-6,6 was investigated. The silanization of MoS2 was identified by contact angle analysis and Fourier-transform infrared, energy dispersive X-ray, and X-ray photoelectron spectroscopies. The wear resistance of the composite was found to be improved significantly by the surface functionalization of MoS2.
Three types of functionalized flexible optical composite films based on Bragg structure porous silicon interferometer have been successfully fabricated by casting a toluene solution of polystyrene onto the free-standing porous silicon. The optical properties of composite films are measured. Surface functionalization of porous silicon is determined by FT-IR measurement. Reflectance and transparence properties of composite films are measured for the possible application of tunable optical filter and indicate that the transmission peak occurred at the identical location where the reflection peak appeared.
Jin Soon Han;MiRae Youm;Hyun-Hee Choi;Yeon-Gil Jung;Sung-Churl Choi;Gye Seok An
Journal of Ceramic Processing Research
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v.21
no.5
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pp.515-523
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2020
Since chelating chemical had focused for enhancing bio-susceptibility and ability for the binding with biomaterials, in this study, Nitrilotiriacetic acid (NTA) was utilized for the developing chelate ligand attached superparamagnetic nanoparticle. In order to conjugate NTA, carboxylic group was needed on the surface of substrate particle for building peptide bond with amine group which was branched from the NTA structure. Therefore Fe3O4 nanoparticle was functionalized with various of amine precursor (Polyethyleneimine (PEI), (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES)), and carboxyl precursor (Polyacrylic acid (PAA)) before the conjugation of NTA. Then NTA conjugation behavior was estimated which is varied with the type of amine precursor which affects to the surface properties.
A novel strategy for the simultaneous reduction and functionalization of graphene oxide (G-O) was developed using polyallylamine hydrochloride (PAAH) as a multi-functional agent. The G-O functionalization by PAAH was carried out under basic conditions to catalyze the epoxide ring opening reaction of G-O with abundant amine groups of PAAH. We found that G-O was not only functionalized with PAAH but also reduced under the reaction condition. Moreover, the synthesized PAAH-functionalized G-O sheets were soluble in water and applicable to the synthesis of nanocomposites with gold nanoparticles.
The roll-to-roll (R2R) fabrication method to make micro-scale pillar arrays for biomimetic functionalization of surfaces is presented. Inspired by the micro-structure of plants in nature, a surface with a synthetic micro-scale pillar array is fabricated via maskless photolithography. After the surface is SAM (self-assembled monolayer) coated with trichlorosilane in a vacuum desiccator, it displays a hydrophobic property even in R2R replicas of original substrate, whose properties are further characterized using various pitches and diameters. In order to perform a comparison between the original micro-pattern and its replicas, surface morphology was analyzed using scanning electron microscopy and wetting characteristics were measured via a contact angle measurement tool with a $10{\mu}L$ water droplet. Efficient roll-to-roll imprinting for a biomimetic functionalized surface has the potential for use in many fields ranging from water repelling and self-cleaning to microfluidic chips.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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