Ziheng Huang;Ruifeng Niu; Depeng Wang;Weitian Wang
Korean Journal of Materials Research
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v.34
no.7
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pp.321-329
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2024
In this work, a series of BaTiO3-based ceramic materials, Ba(Al0.5Nb0.5)xTi1-xO3 (x = 0, 0.04, 0.06, 0.08), were synthesized using a standard solid-state reaction technique. X-ray diffraction profiles indicated that the Al+Nb co-doping into BaTiO3 does not change the crystal structure significantly with a doping concentration up to 8 %. The doping ions exist in Al3+ and Nb5+ chemical states, as revealed by X-ray photoelectron spectroscopy. The frequency-dependent complex dielectric properties and electric modulus were studied in the temperature range of 100~380 K. A colossal dielectric permittivity (>1.5 × 104) and low dielectric loss (<0.01) were demonstrated at the optimal dopant concentration x = 0.04. The observed dielectric behavior of Ba(Al0.5Nb0.5)xTi1-xO3 ceramics can be attributed to the Universal Dielectric Response. The complex electric modulus spectra indicated the grains exhibited a significant decrease in capacitance and permittivity with increasing co-doping concentration. Our results provide insight into the roles of donor and acceptor co-doping on the properties of BaTiO3-based ceramics, which is important for dielectric and energy storage applications.
Islam G. Alhindawy;Mohammad. W. Marashdeh;Mamduh. J. Aljaafreh;Mohannad Al-Hmoud;Sitah Alanazi;K. Mahmoud
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.7
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pp.2444-2451
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2024
This work demonstrates a new sol-gel approach for synthesizing PbO2-doped zirconia using zircon mineral precursors. The streamlined methodology enables straightforward fabrication of the doped zirconia composites. Comprehensive materials characterization was performed using XRD, SEM, and TEM techniques to analyze the crystal structure, microstructure, and morphology. Quantitative analysis of the XRD data provided insights into the nanoscale crystallite sizes achieved, along with their relationship to lattice imperfections. Furthermore, the gamma-ray shielding capacity for the PbO2-doped zirconia samples was estimated by the Monte Carlo simulation, which proves an increase in the gamma ray shielding properties by raising the Pb concentration. The linear attenuation coefficient increased between 0.467 and 0.499 cm-1 (at 0.662 MeV) by increasing the Pb content between 11 and 21 wt%. By increasing the Pb content to 21 wt%, the synthesized composites' lead equivalent thickness reaches 2.49 cm. The radiation shielding properties for the synthesized composites revealed a remarkable performance against low and intermediate γ-ray photons, with radiation shielding capacity of 37.3 % and 21.4 % at 0.662 MeV and 2.506 MeV, respectively. As a result, the developed composites can be employed as an alternative shielding material in hospitals and radioactive zones.
This paper presents the analysis about the stability of the Pohang deep geothermal borehole drilled in 2006. Severe wellhole instability problems such as collapse and tight hole occurred in weak rocks while drilling. Optimal mud pressure (mud window) required to prevent instability problems during drilling is obtained from analysis on in-situ stress and rock strength. The window is bounded by vertical stress in its upper limit and by either collapse pressure or pore pressure in its lower limit. Mud window varies with different types of rocks. In the top-most semi-consolidated mudstone formation, no mud window can secure borehole stability. In some weak rock types (basic dyke and crystal tuff), the borehole pressure needs to be higher by $50{\sim}60%$ than hydrostatic pressure. That means a mud density of 1.5 g/$cm^3$ or higher should be applied during drilling in order to prevent excessive collapse around the borehole.
In this study, it was intended to suggest new cooling method that enables to improve the applicability and added value higher than existing slag by applying new cooling method(powder cooling slag) at the time discharging slag, which is produced from the ash melting system that the plasma torch is used for the first time in Korea. It is suggested the applicative direction in the development of future recycling process by discovering its nature of material and applicative possibility as earthwork material. The ashes produced after the sewage sludge discharged from Y city was incinerated by the fluidized bed method and was used as test materials. As result of XRF(X-Ray Flourescence Spectrometry) analysis, main ingredient of sewage sludge ashes was $SiO_2$(32%) besides CaO, $Al_2O_3$, $Fe_2O_3$, and so on. In addition, as result of XRD analysis, traditional diffuse pattern of glass could be found from granulated air-cooled slags, while a minor crystal phase could be observed from powder cooling slag, because the powder on the surface exists in the state not melted. From EDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) analysis, it is deemed that powder ingredient has no change before and after it is used as cooling medium, and accordingly it is thought that the powder can be produced as the material where the function is added if used in different shape.
Park, Joonwoo;Seo, Youngjoo;Ryu, Seung Hyeong;Kim, Shin Dong
Applied Chemistry for Engineering
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v.28
no.3
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pp.355-359
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2017
Zeolite X with Si/Al molar ratio = 1.08~1.20 was produced using a hydrothermal synthesis method. Ion-exchanged zeolite X samples were then prepared by using metal nitrate solutions containing $Mg^{2+}$ or $Cu^{2+}$. For all zeolite X samples, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive spectrometry (EDS) were used to identify the change in crystal structure. The analysis of ammonia adsorption capability of zeolite X samples was conducted through the ammonia temperature-programmed desorption ($NH_3$-TPD) method. From XRD results, the prepared zeolite X samples maintained the Faujasite (FAU) structure regardless of cation contents in zeolite X, but the crystallinity of zeolite X containing $Mg^{2+}$ and $Cu^{2+}$ cations decreased. The distribution of cation contents in zeolite X was identified via EDS analysis. $NH_3$-TPD analysis showed that the $NH_3$ adsorption capacity of $Mg^{2+}$- and $Cu^{2+}$-zeolite X were 1.76 mmol/g and 2.35 mmol/g, respectively while the $Na^+$-zeolite X was 3.52 mmol/g ($NH_3/catalyst$). $Na^+$-zeolite X can thus be utilized as an adsorbent for the removal of ammonia in future.
Thermodynamic modeling of the $Ni_{0.5}Zn_{0.4}Cu_{0.1}Fe_2O_4$ complex ferrite system has been adopted as a rational approach to establish routes to better synthesis conditions for pure phase $Ni_{0.5}Zn_{0.4}Cu_{0.1}Fe_2O_4$ complex ferrite. Quantitative analysis of the different reaction equilibria involved in the precipitation of $Ni_{0.5}Zn_{0.4}Cu_{0.1}Fe_2O_4$ from aqueous solutions has been used to determine the optimum synthesis conditions. The spinel ferrites, such as magnetite and substitutes for magnetite, with the general formula $MFe_2O_4$, where M= $Fe^{2+}$, $Co^{2+}$, and $Ni^{2+}$ are prepared by coprecipitation of $Fe^{3+}$ and $M^{2+}$ ions with a stoichiometry of $M^{2+}/Fe^{3+}$= 0.5. The average particle size of the as synthesized $Ni_{0.5}Zn_{0.4}Cu_{0.1}Fe_2O_4$, measured by transmission electron microscopy (TEM), is 14.2 nm, with a standard deviation of 3.5 nm the size when calculated using X-ray diffraction (XRD) is 16 nm. When $Ni_{0.5}Zn_{0.4}Cu_{0.1}Fe_2O_4$ ferrite is annealed at elevated temperature, larger grains are formed by the necking and mass transport between the $Ni_{0.5}Zn_{0.4}Cu_{0.1}Fe_2O_4$ ferrite nanoparticles. Thus, the grain sizes of the $Ni_{0.5}Zn_{0.4}Cu_{0.1}Fe_2O_4$ gradually increase as heat treatment temperature increases. Based on the results of Thermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Scanning Calorimeter (DSC) analysis, it is found that the hydroxyl groups on the surface of the as synthesized ferrite nanoparticles finally decompose to $Ni_{0.5}Zn_{0.4}Cu_{0.1}Fe_2O_4$ crystal with heat treatment. The results of XRD and TEM confirmed the nanoscale dimensions and spinel structure of the samples.
Nickel oxide was doped with a wide range of concentrations (mol%) of Aluminum (Al) by solvothermal synthesis; single-phased nano powder of nickel oxide was generated after calcination at$900^{\circ}C$. When the concentration of Al dopant was increased, the reduced intensity was confirmed through XRD analysis. Lattice parameters of the synthesized NiO powder were decreased after treatment of the dopant; parameters were increased when the concentration of Al was over the doping limit (5 mol% Al). The binding energy of $Ni^{2+}$ was chemically shifted to $Ni^{3+}$ by doping $Al^{3+}$ ion, as confirmed by the XPS analysis. The tilted structure of the synthesized NiO with 5 mol% Al dopant and the polycrystalline structure of the $Ni_{0.75}Al_{0.25}O$ were observed by HR-TEM analysis. The electrical conductivity of the newly synthesized NiO was highly improved by Al doping in the conductivity test. The electrical conductivity values of the commercial NiO and the synthesized NiO with 5 mol% Al dopant ($Ni_{0.95}Al_{0.05}O$) were 1,400 s/cm and 2,230 s/cm at $750^{\circ}C$, respectively. However, the electrical conductivity of the synthesized NiO with 10 mol% Al dopant ($Ni_{0.9}Al_{0.1}O$) decreased due to the scattering of free-electrons caused by the large number of impurity atoms; the electrical conductivity of $Ni_{0.9}Al_{0.1}O$ was 545 s/cm at $750^{\circ}C$.
Green $BaSi_2O_2N_2:0.02Eu^{2+}$ phosphor is synthesized through a two-step solid state reaction method. The first firing is for crystallization, and the second firing is for reduction of $Eu^{3+}$ into $Eu^{2+}$ and growth of crystal grains. By thermal analysis, the three-time endothermic reaction is confirmed: pyrolysis reaction of $BaCO_3$ at $900^{\circ}C$ and phase transitions at $1,300^{\circ}C$ and $1,400^{\circ}C$. By structural analysis, it is confirmed that single phase [$BaSi_2O_2N_2$] is obtained with Cmcm space group of orthorhombic structure. After the first firing the morphology is rod-like type and, after the second firing, the morphology becomes round. Our phosphor shows a green emission with a peak position of 495 nm and a peak width of 32 nm due to the $4f^65d^1{\rightarrow}4f^7$ transition of $Eu^{2+}$ ion. An LED package (chip size $5.6{\times}3.0mm$) is fabricated with a mixture of our green $BaSi_2O_2N_2$, and yellow $Y_3Al_5O_{12}$ and red $Sr_2Si_5N_8$ phosphors. The color rendering index (90) is higher than that of the mixture without our green phosphor (82), which indicates that this is an excellent green candidate for white LEDs with a deluxe color rendering index.
Kim, Daesup;Lim, Chaehun;Kim, Seokjin;Lee, Young-Seak
Applied Chemistry for Engineering
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v.33
no.5
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pp.496-501
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2022
In this study, an anode material for lithium secondary batteries was manufactured using petroleum-based residual oil, which is a petroleum refining by-product. Among petroleum-based residual oils, pyrolysis fuel oil (PFO), fluidized catalyst cracking-decant oil (FCC-DO), and vacuum residue (VR) were used as carbon precursors. The physicochemical characteristics of petroleum-based residual oil were confirmed through Matrix-assisted laser desorption/ionization Time-of-Flight (MALDI-TOF) and elemental analysis (EA), and the structural characteristics of anode materials manufactured from residual oil were evaluated using X-ray crystallography (XRD) and Raman spectroscopic techniques. VR was found to contain a wide range of molecular weight distributions and large amounts of impurities compared to PFO and FCC-DO, and PFO and FCC-DO exhibited almost similar physicochemical characteristics. From the XRD analysis results, carbonized PFO and FCC-DO showed similar d002 values. However, it was confirmed that FCC-DO had a more developed layered structure than PFO in Lc (Length of a and c axes in the crystal system) and La values. In addition, FCC-DO showed the best cycle characteristics in electrochemical characteristics evaluation. According to the physicochemical and electrochemical results of the petroleum-based residual oil, FCC-DO is a better carbon precursor for a lithium secondary battery than PFO and VR.
For the purpose of mineralogical and chemical study on the topazes from various localities of world(Brzail, China, India, Nigeria and Sri Lanka), electron microprobe analysis(EPMA), neutron activation analysis(NAA), X-ray diffractometry, Raman spectroscopy, etch test, scanning electron microscopy, refractive index, specific gravity, fluid inclusion were performed. The chemical composition in topaz was discussed along with its physical and structural properties. Variations in the unit-cell dimension and physical properties of topaz were found to have a close relations in the unit-cell dimension and physical properties of topaz were found to have a close relationship with extent of substitution of $OH^-\;for\;F^-$. According to neutron activation analyses, the trace elements had no effects on the physical properties of topaz. Raman spectra showed that the peaks of topaz were different in intensity from one locality to another. Etching defects in topaz includes negative crystal defect o point-bottom pit(India, Nigeria) and net work defect of curl-bottom pit(Brazil, China). Fluid inclusions in topaz may be classiffied into liquid $CO_2$-bearing inclusion, gaseous inclusion, halite, sylvite-bearing inclusion and liquid inclusion. The results of this study can be useful to devising artificial coloring methods for topaz with different mineralogical compositions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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