Superhydrophobic $SiO_2$ layers with a micro-nano hierarchical surface structure were prepared. $SiO_2$ layers deposited via an electrospray method combined with a sol-gel chemical route were rough on the microscale. Au particles were decorated on the surface of the microscale-rough $SiO_2$ layers by use of the photo-reduction process with different intensities ($0.11-1.9mW/cm^2$) and illumination times (60-240 sec) of ultraviolet light. With the aid of nanoscale Au nanoparticles, this consequently resulted in a micro-nano hierarchical surface structure. Subsequent fluorination treatment with a solution containing trichloro(1H,2H,2H,2H-perfluorooctyl)silane fluorinated the hierarchical $SiO_2$ layers. The change in surface roughness factor was in good agreement with that observed for the water contact angle, where the surface roughness factor developed as a measure needed to evaluate the degree of surface roughness. The resulting $SiO_2$ layers revealed excellent repellency toward various liquid droplets with different surface tensions ranging from 46 to 72.3 mN/m. Especially, the micro-nano hierarchical surface created at an illumination intensity of $0.11mW/cm^2$ and illumination time of 60 sec showed the largest water contact angle of $170^{\circ}$. Based on the Cassie-Baxter and Young-Dupre equations, the surface fraction and work of adhesion for the micronano hierarchical $SiO_2$ layers were evaluated. The work of adhesion was estimated to be less than $3{\times}10^{-3}N/m$ for all the liquid droplets. This exceptionally small work of adhesion is likely to be responsible for the strong repellency of the liquids to the micro-nano hierarchical $SiO_2$ layers.
Park, Jong-Sung;Lee, Sung-Myung;Kim, Dong-Wan;Lee, Jong-Ho;Lee, Hae-Won;Choi, Heon-Jin;Kim, Byung-Kook
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.45
no.4
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pp.226-231
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2008
The dense sintered bodies with >95% theoretical densities were successfully obtained from the $BaZrO_3,\;BaCeO_3,\;Ba(Zr_{0.7}Ce_{0.3})O_3$ solid solution, and core-shell structured $0.7BaZrO_3-0.3BaCeO_3$ composite powders prepared by sol-gel methods. The activation energy of $Ba(Zr_{0.7}Ce_{0.3})O_3$ solid solution calculated from the Arrhenius plot of the proton conductivities was similar to that of $BaZrO_3$. The activation energy of core-shell structured $0.7BaZrO_3-0.3BaCeO_3$ composite, however, was much lower than that of $BaZrO_3$ or $Ba(Zr_{0.7}Ce_{0.3})O_3$ solid solution, and was very similar to that $BaCeO_3$. These results could be assigned to the Ce-rich grain boundary which was clearly observed by EDX in core-shell structured $0.7BaZrO_3-0.3BaCeO_3$ composite.
Titanium dioxide ($TiO_2$) particles deposited on different quantitative Fe-treated carbon nanotube (CNT) composites with high photocatalytic activity of visible light were prepared by a modified sol-gel method using TNB as a titanium source. The composites were characterized by BET, XRD, SEM, TEM and EDX, which showed that the BET surface area was related to the adsorption capacity for each composite. From TEM images, surface and structural characterization of for the CNT surface had been carried out. The XRD results showed that the Fe-ACF/$TiO_2$ composite mostly contained an anatase structure with a Fe-mediated compound. EDX results showed the presence of C, O, and Ti with Fe peaks in the Fe-CNT/$TiO_2$ composites. The photocatalytic activity of the composites was examined by degradation of methylene blue (MB) in aqueous solution under visible light, which was found to depend on the amount of CNT. The highest photocatalytic activity among the different composites was related to the optimal content of CNT in the Fe-CNT/$TiO_2$ composites. In particular, the photocatalytic activity of the Fe-CNT/$TiO_2$ composites under visible light was better than that of the CNT/$TiO_2$ composites due to the introduction of Fe particles.
The properties of sodium silicate solution were surveyed by using the yellow silicomolybdic method, and the formation of silica sol from sodium silicate solution and the growth of silica sol were investigated in this study. The $SiO_2$ content of 2 wt% in sodium silicate solution was proper to oxidize sodium silicate with sulfuric acid. After the removal of sodium ions in sodium silicate solution, the pH of silicate solution had to be controlled above 9 for the stabilization of silicate solution. The condensation between silicic acid species and silica nuclei surfaces has been studied at $20{\sim}80^{\circ}C$ and pH 10 in silicate solutions with silica nuclei. The reaction falls into two kinetics regimes, limited at high silicic acid species concentration by polymerization, but at lower concentration by a process whereby deposited silicic acid species condenses further to silica. The overall condensation is first-order in silicic acid species concentration, proceeded toward to pseudo equilibrium concentration, $C_x$, rather than the solubility of amorphous silica. The heat of solution of amorphous silica was 3.34 kcal/mol and exhibits an Arrhenius temperature dependence with an apparent activation energy of 3.16 kcal/mol in the range of $20{\sim}80^{\circ}C$.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.19
no.2
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pp.70-74
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2009
Effect of the processing variables on the formation of $Pb(Sc_{1/2}Nb_{1/2})O_3$(hereafter PSN) thin layers prepared on Pt(111)/Ti/$SiO_2$/Si substrates using the sol-gel and the spin coating method has been studied. After each deposition, the coated films were heated at $370^{\circ}C$ for 5 min. Then they were finally sintered at temperature range of $600{\sim}700^{\circ}C$ by RTA(rapid thermal annealing). The final multilayered films showed a (111) preferred orientation. On a while, the layer-by-layer crystallization of multilayered amorphous thin films without the intermediate heating exhibited a (100) preferred orientation. In case of heat treatment in the tube furnace with the heating rate of $4^{\circ}C/min$, (100) and (111) oriented thin layers were formed simultaneously. The microstructure of the deposited films were dense and crack-free with thickness of 300nm, irrespective of the processing variables.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D
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v.36D
no.11
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pp.63-70
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1999
A PLT(10) thin film has been deposited on $Pt/TiO_2/SiO_2/Si$ substrate by sol-gel method, and its switching characteristics have been investigated with various top electrode areas, input pulse voltages and loan resistances. As the external input pulse voltage increases from 2V to 5V, the switching time decreases from $0.49{\mu}s$ to $0.12{\mu}s$. The activation energy ($E_a$) obtained from the relations between the switching time and the applied pulse voltage is evaluated as 209kV/cm. The switched charge densities at 5V obtained from the hysteresis loop and the polarization switching are $11.69{\mu}C/cm^2$ and $13.02{\mu}C/cm^2$, respectively, which agree relatively well with each other and show the difference of 10%. When the top electrode area increases from TEX>$3.14{\times}10^{-4}cm^2$ to $5.03{\times}10^{-3}cm^2$ and the load resistance increases from 50${\Omega}$ to 3.3$k{\Omega}$, the switching time increases from $0.12{\mu}s$ to $1.88{\mu}s$ and from $0.12{\mu}s$ to $9.7{\mu}s$, respectively. These switching characteristics indicate that PLT(10) thin film can be well applied in nonvolatile memory devices.
Electrochemical studies on charge transfer reactions across the interface between two immiscible electrolyte solutions (ITIES) have greatly attracted researcher's attentions due to their wide applicability in research fields such as ion sensing and biosensing, modeling of biomembranes, pharmacokinetics, phase-transfer catalysis, fuel generation and solar energy conversion. In particular, there have been extensive efforts made on developing sensing platforms for ionic species and biomolecules via gelifying one of the liquid phases to improve mechanical stability in addition to creating microscale interfaces to reduce ohmic loss. In this review, we will mainly discuss on the basic principles, applications and future aspects of various sensing platforms utilizing ion transfer reactions across the ITIES. The ITIES is classified into four types : (i) a conventional liquid/liquid interface, (ii) a micropipette supported liquid/liquid interface, (iii) a single microhole or an array of microholes supported liquid/ liquid interface on a thin polymer film, and (iv) a microhole array liquid/liquid interface on a silicon membrane. Research efforts on developing ion selective sensors for water pollutants as well as biomolecule sensors will be highlighted based on the use of direct and assisted ion transfer reactions across these different ITIES configurations.
In this study, nano-sized Si-C-N precursor powders were synthesized by Chemical Vapor Condensation Method(CVC) using TMS(Tetramethylsilane: $Si(CH_3)_4$), $NH_3$ and $H_2$ gases under the various reaction conditions of the reaction temperature, TMS/$NH_3$ ratio and TMS/$H_2$ ratio. XRD and FESEM were used to analysis the crystalline phase and the average particle size of the synthesized powders. It was found that the obtained powders under the considering conditions were all spherical amorphous powder with the particle size of 87∼130 nm. The particle size was decreased as the reaction temperature increased and TMS/$NH_3$ and TMS/$H_2$ ratio decreased. As the results of EA analysis, it was found that the synthesized powders had been formed the powders composed of Si, N, C and H. Through FT-IR results, it was found that the synthesized powders were Si-C-N precursor powders with Si-C, Si-N and C-N bonds.
A successful oil well drilling depends largely on a good mud Program. During drilling, mud provides sufficient hydrostatic pressure, removes drill cuttings and cools drill bits. Mud additives are always required to provide sufficient hydrostatic pressure to ensure borehole stability. Barium Sulphate ($BaSO_4$) also known as barite is the prevalent weighting material but there is needed to develop local materials to augment the use of Barite. The present search is concerned on the early Carboniferous succession exposed in Um Bogma Formation, west central Sinai, Egypt as a new weighting agent in drilling fluids. The increases in the cost of drilling fluids and a shortage of using barite have introduced the locale dolomite as alternative weighting materials. The rheological properties of mud drilling samples weighted by local dolomite samples are being examined and investigated to know its potential to be used as a weighting material in drilling mud. Two mud samples were prepared which comprised of fresh water, caustic soda, bentonite and the weighting material. The weighting materials are added to achieve the required density. The first sample: Water-based mud with commercial barite of density between 10.00 lb/gm and 18.00 lb/gm. The second sample: Water-based mud with dolomite of density between 10.00 lb/gm and 18.00 lb/gm. These samples were analyzed and the density, rheological properties, aging of barite and dolomite and solid contents were investigated. At 10.00 lb/gm, the yield point of dolomite was $20.00lb/100ft^2$ and barite $22.00lb/100ft^2$ while the 10 second gel strength of dolomite was $30.00lb/100ft^2$ and $22.00lb/100ft^2$ for barite. Similarly, little difference was observed in plastic and apparent viscosities. At 10.00 lb/gm, the plastic and apparent viscosities of dolomite were 8.00 cp and 20.00 cp while barite was 8.00 cp and 24.00 cp. The result show that dolomite mud sample gave a little higher yield point and gel strength than barite mud sample. Therefore, dolomite has the potential to be used as weighting material in drilling mud in place of barite thereby enhancing the local content initiative of the government. When dolomite is sourced locally and used it will reduce overall mud and drilling costs.
A series of composite membranes based on sulfonated poly(arylene ether sulfone) (SPAES) were prepared via addition of tetraethyl orthosilicate (TEOS) and solution casting method. The morphological structure, water uptake, proton conductivity of the resulting composite membranes were extensively investigated as function of the content of TEOS. By the sol-gel reaction, TEOS molecules were not completely converted to $SiO_2$ particles, but formed only oligomer-type. Also, EDS confirms that the resulting silicon dioxide was homogeneously distributed in the composite membranes. As the content of TEOS increased, the prepared membranes increased water uptake and proton conductivity at high temperature and low relative humidity condition. In particular, considerably high proton conductivity (0.015 S/cm) at $120^{\circ}C$ and 48%RH was demonstrated in the composite membrane containing 200% TEOS, which is 10 times greater than that of unmodified SPAES membrane. Also, the composite membranes were found to have enhanced thermal stability compared to the unmodified membrane.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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