• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.387-387
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• 2012

그래핀(graphene)의 가장자리(edge)는 결정구조의 배향성에 따라 지그재그(zigzag)와 안락의자 (armchair) 형태로 구분되는데, 나노미터 크기의 그래핀의 전자적 성질은 이러한 가장자리의 배향성에 의해 크게 영향을 받는다고 알려져 있다. 단일층 그래핀 가장자리 사이에서 일어나는 산화실리콘($SiO_2$)의 carbothermal reduction은 선택적으로 지그재그 형태의 가장자리를 생성한다고 알려져 있다. 본 연구에서는 라만 분광법과 원자 현미경(atomic force microscopy)을 이용하여 기계적 박리법으로 만들어진 이중층 그래핀에서 일어나는 carbothermal reaction을 연구하였다. 고온 산화 방법으로 이중층 그래핀에 원형 식각공(etch pit)을 만들고 Ar 기체 속에서 700도 열처리를 진행한 후, 원형 식각공이 육각형으로 확장된 것을 관찰하였다. 이것은 이중층 그래핀도 산화실리콘의 carbothermal reduction을 유발한다는 사실을 보여준다. 그러나 이중층 그래핀의 반응속도는 단일층보다 느린 것이 확인되었는데, 이는 이중층 그래핀의 탄소 원자와 산화제로 작용하는 산화실리콘 간의 평균 거리가 단일층보다 더 크다는 사실로 설명할 수 있다. 또한 본 연구에서는 반응기 내의 압력이 반응 속도에 미치는 영향과 식각공이 육각형으로 변해가는 과정에 대한 라만 분광 특성을 조사 및 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.209-209
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• 2013

그래핀(graphene)의 가장자리(edge)는 결정구조의 배향성에 따라 지그재그(zigzag)와 안락의자(armchair) 형태로 구분되는데, 나노미터 크기의 그래핀의 전자적 성질은 이러한 가장자리의 배향성에 의해 크게 영향을 받는다고 알려져 있다. 단일층 그래핀 가장자리 사이에서 일어나는 산화실리콘($SiO_2$)의 carbothermal reduction은 선택적으로 지그재그 형태의 가장자리를 생성한다고 알려져 있다. 본 연구에서는 라만 분광법과 원자 현미경(atomic force microscopy)을 이용하여 기계적 박리법으로 만들어진 이중층 그래핀에서 일어나는 carbothermal reaction을 연구하였다. 고온 산화 방법으로 이중층 그래핀에 원형 식각공(etch pit)을 만들고 Ar 기체 속에서 700도 열처리를 진행한 후, 원형 식각공이 육각형으로 확장된 것을 관찰하였다. 이것은 이중층 그래핀도 산화실리콘의 carbothermal reduction을 유발한다는 사실을 보여준다. 그러나 이중층 그래핀의 반응속도는 단일층보다 5배 정도 느린 것이 확인되었는데, 이는 이중층 그래핀의 탄소원자와 산화제로 작용하는 산화실리콘 간의 평균 거리가 단일층보다 더 크다는 사실로 설명할 수 있다. 또한 단일층과 이중층 그래핀 모두 1 기압 Ar 분위기에서보다 진공상태에서 반응속도가 현저히 작다는 사실이 관찰되었다. 진공도와 온도에 따른 반응속도로부터 반응 메커니즘 및 활성화 에너지에 대해 고찰하고자 한다.

• Composites Research
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• v.29 no.4
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• pp.167-172
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• 2016

$Co_9S_8/reduced$ graphene (CSRG) has been prepared by a facile two step hydrothermal method and used as a supercapacitor electrode material. It is anticipated that the $Co_9S_8$ and reduced graphene oxide (RGO) would serve as a spacer material to each other to stop the agglomeration and simultaneous contribution of electrical double layer capacitance (RGO) and pseudocapacitance ($Co_9S_8$) would provide high electrochemical properties. The chemical analysis has been done by Fourier transform infrared spectroscopy and the morphology is characterised by field emission scanning electron microscopy. CSRG shows a high electrical conductivity of $98S\;m^{-1}$. The symmetric supercapacitor shows a specific capacitance of ${\sim}728F\;g^{-1}$ with a current density of $2A\;g^{-1}$. CSRG also showed an energy density of $25.2Wh\;kg^{-1}$ with a power density of $1000W\;kg^{-1}$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.162-162
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• 2014

최근 들어 wearable computing에 대한 수요가 증가하면서 flexible device에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, flexible device를 구현하기 위해서는 기판의 damage를 줄이기 위한 저온공정, device life-time 향상을 위한 passivation, 와이어 본딩 등 다양한 문제들이 해결 되어야 한다. 이러한 문제들 중, polymer 기판과 금속간의 접착력을 향상시키기 위해서 많은 연구자들은 기판의 표면에 adhesive layer를 도포하거나 금속잉크의 solvent를 변화시키는 등의 연구를 진행해왔다. 종래의 연구는 기존 device를 대체 할 수 있을 정도의 생산성과 polymer 기판에 대한 열 적인 손상 이 문제가 되었다. 종래의 문제를 해결하기 위하여 저온공정, in-line system이 가능한 준 준 대기압 플라즈마를 사용하였다. 본 연구에서는 금속잉크를 Ink-jet으로 jetting하여 와이어 본딩 하는 과정에서 전도성 ink의 선폭을 유지시키고 접착력을 향상하기 위하여 준 대기압 플라즈마 공정을 이용하여 이러한 문제점을 해결하고자 하였다. Polymer 기판 표면에 roughness를 만들기 위해 대략 수백 nm 크기를 갖는 graphene flake를 spray coating하여 마스크로 사용하고 준 대기압 플라즈마를 이용하여 표면을 식각 함으로써 roughness를 형성시켰다. 준 대기압 플라즈마를 발생시키기 위해 double discharge system에서 6 slm/1.5 slm (He/O2) gas composition을 하부 전극에 흘려보내고 60 kHz, 5 kV 파워를 인가하였다. 동시에 상부 전극에는 30 kHz, 5 kV 파워를 인가하여 110초 동안 표면 식각 공정을 진행하였다. Graphene flake mask가 coating되어 있는 유연기판을 산소 플라즈마 처리 한 후 물에 3초 동안 세척하여 표면에 남아있는 graphene flake를 제거하고 6 slm/0.3 slm (He/SF6)의 유량으로 주파수와 파워 모두 동일 조건으로 110초 동안 표면 처리를 하였다. Figure 1은 표면 개질 과정과 graphene flake를 mask로 사용하여 얻은 roughness 결과를 SEM을 이용하여 관찰한 결과이다. 이와 같이 실험한 결과 ink와 기판간의 접촉면적을 늘려주고 접촉 각을 조절하여 Wenzel model 을 형성 할 수 있는 표면 roughness를 생성하였고 표면의 화학적 결합을 C-F group으로 치환하여 표면의 물과 접촉각 이 $47^{\circ}$에서 $130^{\circ}$로 증가하는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.252.1-252.1
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• 2015

최근 화석연료 고갈 문제를 해결하기 위해 대체에너지 개발과 다양한 형태의 에너지 개발에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히, supercapacitor는 high energy density, high power density, longer life-time과 같은 특성으로 인해 에너지 저장 소자로 각광 받고 있다. Supercapacitor는 석유를 대체할 수 있으며 이산화탄소 배출이 없는 친환경 에너지인 태양광, 풍력, 수소연료전지 등의 신재생에너지 저장장치로써 큰 비중을 차지한다. Supercapacitor의 종류인 electrical double layer capacitors (EDLCs) 는 전극과 전해질 사이에 발생하는 전기 이중층에 축적되는 전하를 이용하여 에너지를 저장하는 반응 메커니즘을 가지며 전극 재료로는 탄소 소재를 사용한다. 탄소 소재는 환경 오염이 적고 가격이 저렴하며 넓은 표면적이라는 장점이 있다. 하지만 기존 탄소 소재는 이러한 장점을 가지지만 supercapacitor로써의 효율이 좋지 않게 나온다. 이런 문제를 개선하기 위하여 그래핀 나노플레이트(Graphene nanoplate, GNP) 위에 직접 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 성장 시킴으로써 GNP-CNT 하이브리드 탄소 소재를 제조하여 전극으로 사용하였다. 이 GNP-CNT 하이브리드 탄소 소재는 다차원 구조를 가짐으로써 기존 탄소 소재들보다 분산이 잘되고 전해질과의 작용하는 비표면적이 넓다. 전극을 제작하여 Cyclic voltammetry(CV)와 galvano를 측정한 결과는 기존 탄소나노튜브보다 5배 정도의 정전용량(Capacitance)를 가졌다. 이 전극의 구조적 특성을 관찰하기 위해 SEM, TEM 등을 측정하였다.

• Composites Research
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• v.29 no.4
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• pp.179-185
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• 2016

A self-charging supercapacitor is constructed through simple integration of the energy storage and photo exited materials at the photo electrode. The large band gap of $NiO/Fe_3O_4$ heterostructure generates photo electron at the photo electrode and store the charges through redox mechanism at the counter electrode. Sulfanilic acid azocromotrop/reduced graphene oxide layer at the photo electrode trapped the photo generated hole and store the charge by forming double layer. The solar supercapacitor device is charged within 400 s up to 0.5 V and exhibited a high specific capacitance of ~908 F/g against 1.5 A/g load. The solar illuminated supercapacitor shows a high energy and power density of 33.4 Wh/kg and 385 W/kg along with a very low relaxation time of ~15 ms ensuring the utility of the self charging device in the various field of energy storage and optoelectronic application.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.19 no.4
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• pp.407-412
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• 2008

As an activation procedure, in this study, the oxidation treatment of needle cokes with a dilute nitric acid and sodium chlorate $(NaClO_3)$, combined with heat treatment, was attempted. The structures of acid-treated and pyrolyzed coke were examined with XRD, FESEM, elemental analyzer, BET, and Raman spectroscopy. The behavior of double layer capacitance was investigated with the analysis of charge and discharge. The structure of needle coke treated with acid was revealed to a single phase of (001) diffraction peak after 24 h. On the other hand, thecoke oxidized by heat treatment was reduced to a graphite structure of (002) at $300^{\circ}C$. The distorted graphene layer structure, derived from the process of oxidation and reduction of the inter-layer, makes the pores by the electric field activation at the first charge, and generates the double layer capacitance from the second charge. The cell using pyrolyzed coke with 24 h acid treatment and $300^{\circ}C$ heat treatment exhibited the maximum capacitance per weight and volume of 33 F/g and 30 F/mL at the two-electrode system in the potential range of 0~2.5 V.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.24 no.5
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• pp.489-493
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• 2013

The most common carbonaceous anode materials of lithium ion batteries (natural graphite, artificial graphite, hard carbon, and mesocarbon microbeads) were utilized as an electrode in lithium ion capacitors. It could be able to enhance the energy density of capacitors due to the intercalation of lithium ion. In this work, the properties of capacitors using the symmetric electrode were measured by organizing coin cell typed capacitors. Also, we made other capacitors having pre-intercalated lithium ions at one side of the electrode. The results of electrochemical measurements for these capacitors show that the storage capacitance was appeared. In other words, if the migration of lithium ions is supplied continuously in the electrolytes, lithium ions can be diffused into the carbonaceous materials. And it results in the improvement of capacitance compared to only using symmetric carbonaceous electrodes. Also, we conducted the same measurement with graphene oxide having a the large specific area in the same condition. Herein, we recognized that the large specific area is extremely important for supercapacitors.