The mechanical properties of B$_4$C/Al composites normally depend on the species and quantity of reaction products between B$_4$C and Al and then the control of reaction products is necessary to make desirable composites for lightweight advanced or armor materials. TiB$_2$ is chemically inert with aluminum and has a lower contact angle (85$^{\circ}$ at 100$0^{\circ}C$) to liquid aluminum than B$_4$C. Thus, TiB$_2$ coating on B$_4$C may lower infiltration temperature of aluminum when the B$_4$C/Al composites is fabricated by infiltration process. In this study, the effects of TiB$_2$ on the microstructure and mechanical properties of the B$_4$C/Al composites have been investigated. TiB$_2$ coated B$_4$C powder was prepared using the sol-gel technique. It was found that the B$_4$C surface is homogeneously covered with TiB$_2$ having a particles size of 20-50 nm. While the B$_4$C/Al composites prepared by infiltration after TiB$_2$ coating had 17 wt% of unreacted Al, on the other hand, the B$_4$C/Al composites without coating included 14 wt% of Al. As a result, the composites infiltrated after the coating showed higher fracture toughness and lower hardness. This strongly suggests that TiB$_2$ not only lowers the infiltration temperature, but also inhibits the reaction between B$_4$C and Al.
The peroxo-polytungstic acid was formed by the direct reaction of tungsten powder with the hydrogen peroxide solution. Peroxo-polytungstic powder were prepared by rotary evaporator using the fabricated on to ITO coated glass as substrate by dip-coating method using $2g/10mL(W-IPA/H_2O)$ sol solution. A substrate was dipped into the sol solution and after a meniscus had settled, the substrate was withdrawn at a constant rate of the 3mm/sec. Thicker layer could be built up by repeated dipping/post-treatment 15 times cycles. The layers dried at the temperature of $65{\sim}70^{\circ}C$ during the withdrawn process, and then tungsten oxides thin film was formed by final heating treatment at the temperature of $230{\sim}240^{\circ}C$ for 30min. A linear rotation between the thickness of thin film and the number of dipping/post-treatment cycles for tungsten oxides thin films made by dip-coating was found. The thickness of thin film had $60{\AA}$ after one dipping. From the patterns of XRD, the structure of tungsten oxides thin film identified as amorphous one and from the photographs of SEM, the defects and the moderate cracks were observed on the tungsten oxides thin film, but the homogeneous surface of thin films were mostly appeared. The electrochemical characteristic of the $ITO/WO_3$ thin film electrode were confirmed by the cyclic voltammetry and the cathodic Tafel polaization method. The coloring bleaching processes were clearly repeated up to several hundreds cycles by multiple cyclic voltammetry, but the dissolved phenomenon of thin film revealed in $H_2SO_4$ solution was observed due to the decrease of the current densities. The diffusion coefficient was calculated from irreversible Randles-Sevick equation from the data obtained by the cyclic voltammetry with various scan rates.
Ju Jeh Beck;Kang Tae Young;Cho Sung Jin;Sohn Tae Won
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.7
no.3
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pp.131-137
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2004
Sol-gel method which provides better electrochemical and physiochemical properties compared to the solid-state method was used to synthesize the material of $LiFe_yMn_{2-y}O_4$. Fe was substituted to increase the structural stability so that the effects of the substitution amount and sintering temperature were analyzed. XRD was used for the structural analysis of produced material, which in turn, showed the same cubic spinel structure as $LiMn_2O_4$ despite the substitution of $Fe^{3+}$. During the synthesis of $LiFe_yMn_{2-y}O_4$, as the sintering temperature and the doping amount of Fe(y=0.05, 0.1, 0.2)were increased, grain growth proceeded which in turn, showed a high crystalline and a large grain size, certain morphology with narrow specific surface area and large pore volume distribution was observed. In order to examine the ability for the practical use of the battery, charge-discharge tests were undertaken. When the substitution amount of $Fe^{3+}\;into\;LiMn_2O_4$ increased, the initial discharge capacity showed a tendency to decrease within the region of $3.0\~4.2V$ but when charge-discharge processes were repeated, other capacity maintenance properties turned out to be outstanding. In addition, when the sintering temperature was $800\~850^{\circ}C$, the initial capacity was small but showed very stable cycle performance. According to EVS(electrochemical voltage spectroscopy) test, $LiFe_yMn_{2-y}O_4(y=0,\;0.05,\;0.1,\;0.2)$ showed two plateau region and the typical peaks of manganese spinel structure when the substitution amount of $Fe^{3+}$ increased, the peak value at about 4.15V during the charge-discharge process showed a tendency to decrease. From the previous results, the local distortion due to the biphase within the region near 4.15V during the lithium extraction gave a phase transition to a more suitable single phase. When the transition was derived, the discharge capacity decreased. However the cycle performance showed an outstanding result.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.29
no.3
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pp.377-392
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2012
It has been known that small solid particles act as a stabilizer in pickering emulsion system. In this study, we successfully prepared stable pickering emulsion in n-hexylalcohol and water system with $TiO_2$ whose surface was treated by alkylsilane. The optimum condition to prepare pickering emulsion stabilized by $TiO_2$ particles was determined by amount of $TiO_2$ particles and ratio of water and oil phase. The type of pickering emulsion was dependent on wettability of particles for water and n-hexylalcohol. When the amount of $TiO_2$ particles increased up to 5.00 wt%, the stability of pickering emulsion was showed to be improved. The most stable pickering emulsion was prepared in the case of W/O type which has the ratio of oil and water phase (3 : 7). We tried to prepare porous $SiO_2-TiO_2$ composite pigments using a pickering emulsion as template at the optimal condition. Porous pigments were synthesized with Ludox HS-30 as an inorganic material by sol-gel process. The characteristics and shape of porous pigments were measured by optical microscope, SEM, BET, XRD and EDS.
Purpose: A simple and efficient method to prepare nanocrystalline ZnO thin film with pure strong UV emission on soda-lime-silica glass substrates by low-temperature annealing was improved. Methods: Crystal structural, surface morphological, and optical characteristics of nanocrystalline ZnO thin films deposited on soda-lime-silica glass substrates by prefiring final annealing process at 300$^{\circ}C$ were investigated by using X-ray diffraction analysis, field emission-scanning electron microscope, scanning probe microscope, ultraviolet-visible-near infrared spectrophotometer, and photoluminescence. Results: Highly c-axis-oriented ZnO films were obtained by prefiring at 300$^{\circ}C$. A high transmittance in the visible spectra range and clear absorption edge in the ultra violet range of the film was observed. The PL spectrum of ZnO thin film with a deep near band edge emission was observed while the defect-related broad green emission was nearly quenched. Conclusions: Our work will be possibly adopted to cheaply and easily fabricate ZnO-based optoelectronic devices at low temperature, below 300$^{\circ}C$, in the future.
Vanadium pentoxide xerogels with a doping ratio of $Al/V_2O_5$ ranging from 0.01 to 0.05 were synthesized by doping Al into $V_2O_5$ xerogel via the sol-gel process. By using the synthesized $Al_xV_2O_5$, the $Li/Al_xV_2O_5$ cells were assembled to investigate the chemical and electrochemical properties. Surface morphology of the $Al_xV_2O_5$ xerogel showed an anisotropic corrugated sheet-like matrix, and the interlayer distance was about $11.5{\AA}$. The IR spectra of the $Al_xV_2O_5$ revealed that the doped Al was coordinated to the vanadyl group in $V_2O_5$. The $Al_xV_2O_5$ xerogels showed enhanced reversibility and energy density compared with the $V_2O_5$ xerogel. The specific capacity of the $Al_{0.05}V_2O_5$ xerogel was more than 200 mAh/g at 10 mA/g discharge rate, and cycle efficiency was about 90% after the 31st cycling test between 1.9 V and 3.9 V.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2012.05a
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pp.65-65
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2012
Copper zinc tin sulfide ($Cu_2ZnSnS_4$, CZTS) is a very promising material as a low cost absorber alternative to other chalcopyrite-type semiconductors based on Ga or In because of the abundant and economical elements. In addition, CZTS has a band-gap energy of 1.4~1.5eV and large absorption coefficient over ${\sim}10^4cm^{-1}$, which is similar to those of $Cu(In,Ga)Se_2$(CIGS) regarded as one of the most successful absorber materials for high efficient solar cell. Most previous works on the fabrication of CZTS thin films were based on the vacuum deposition such as thermal evaporation and RF magnetron sputtering. Although the vacuum deposition has been widely adopted, it is quite expensive and complicated. In this regard, the solution processes such as sol-gel method, nanocrystal dispersion and hybrid slurry method have been developed for easy and cost-effective fabrication of CZTS film. Among these methods, the hybrid slurry method is favorable to make high crystalline and dense absorber layer. However, this method has the demerit using the toxic and explosive hydrazine solvent, which has severe limitation for common use. With these considerations, it is highly desirable to develop a robust, easily scalable and relatively safe solution-based process for the fabrication of a high quality CZTS absorber layer. Here, we demonstrate the fabrication of a high quality CZTS absorber layer with a thickness of 1.5~2.0 ${\mu}m$ and micrometer-scaled grains using two different non-vacuum approaches. The first solution-processing approach includes air-stable non-toxic solvent-based inks in which the commercially available precursor nanoparticles are dispersed in ethanol. Our readily achievable air-stable precursor ink, without the involvement of complex particle synthesis, high toxic solvents, or organic additives, facilitates a convenient method to fabricate a high quality CZTS absorber layer with uniform surface composition and across the film depth when annealed at $530^{\circ}C$. The conversion efficiency and fill factor for the non-toxic ink based solar cells are 5.14% and 52.8%, respectively. The other method is based on the nanocrystal dispersions that are a key ingredient in the deposition of thermally annealed absorber layers. We report a facile synthetic method to produce phase-pure CZTS nanocrystals capped with less toxic and more easily removable ligands. The resulting CZTS nanoparticle dispersion enables us to fabricate uniform, crack-free absorber layer onto Mo-coated soda-lime glass at $500^{\circ}C$, which exhibits a robust and reproducible photovoltaic response. Our simple and less-toxic approach for the fabrication of CZTS layer, reported here, will be the first step in realizing the low-cost solution-processed CZTS solar cell with high efficiency.
$Li_4Ti_5O_{12}$ is a promising next-generation anode material for lithium-ion batteries due to excellent cycle life, low irreversible capacity, and little volume expansion during charge-discharge process. However, it has poor charge capacity at high current density due to its low electrical conductivity. To improve this weakness, porous $Li_4Ti_5O_{12}$ was synthesized by sol-gel method with P123 as chelating agent. The physical characteristics of as-prepared sample was investigated by XRD, SEM, and BET analysis, and electrochemical properties were characterized by cycle performance test, cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS). $Li_4Ti_5O_{12}$ synthesized by 0.01mol ratio of P123/Ti showed most unified particle size, high specific surface area, and relatively high porosity. EIS analysis showed that depressed semicircle size was remarkably reduced, which suggested resistance value in electrode was decreased. Capacity in rate performance showed 178 mAh/g at 0.2C, 170 mAh/g at 0.5C, 110 mA/h at 5C, and 90 mAh/g at 10C. Capacity retention also showed 99% after rate performance.
Kim, Jiseung;Choi, Haryeong;Kim, Taehee;Lee, Wonjun;Lee, Hong-Sub
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.29
no.4
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pp.9-14
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2022
Silica aerogel is a porous material with a very low density and high specific surface area. Still, its application is limited due to its weak mechanical properties due to structural features. To solve this problem, a method of complexing it with various polymers has been proposed. We synthesized polyimide cross-linked silica aerogel by the sol-gel process to obtain high mechanical properties. Tetraethyl orthosilicate (TEOS) was used as a precursor to make silica aerogel, and 3- aminopropyltriethoxysilane (APTES) was used as a coupling agent for cross-linking polyimide. Polyimide was synthesized using pyromellitic dianhydride and 3,5-diaminobenzoic acid, and mechanical properties were improved by crosslinking polyimide with 10 repeating units in the polyimide chain using the reaction formula ${\frac{n_1}{n_2}}={\frac{n}{n+1}}$ To realize silica aerogel, polyimide having various weight ratios was added before gelation, resulting in a 19-fold or greater increase in maximum compressive strength compared to pure silica aerogel. From this study, an enhancement of silica aerogel could be enhanced through polymer cross-linking bonds.
Fe2O3 nanoparticles with the mixed structure of cubic and nanorod were synthesized by precipitation, hydrothermal, sol-gel method, etching process and heat treatment. Fe2O3/TiO2 core-shell (CS) of type Fe2O3@TiO2 composite was fabricated on a 20 nm nanolayer of TiO2 coated on the surface of Fe2O3 nanoparticles. Fe2O3/TiO2 yolk-shell (YS) composite was prepared by chemical etching and heat treatment of Fe2O3/TiO2 CS nanoparticles. Physical properties of Fe2O3, Fe2O3@TiO2 CS and Fe2O3@TiO2 YS nanoparticles were characterized by FE-SEM, HR-TEM and X-ray diffraction. The solar reflectance, commission internationale de l'Elcairage (CIE) color coordinate and heat shield temperatures of Fe2O3, CS and YS type Fe2O3@TiO2 pigments filled with poly acrylate (PA) paints were investigated by UV-Vis-NIR spectrometer and homemade heat shield temperature measuring device. The Fe2O3@TiO2 YS red pigment filled PA composite exhibited excellent near infrared light reflecting performance and also reduced the heat shield temperature of 13 ℃ than that of Fe2O3 filled counterparts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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