Electrospinning is a cost-effective and versatile method for producing submicron fibers. Although this method is relatively simple, at the theoretical level the interactions between process parameters and their influence on the fiber morphology are not yet fully understood. In this paper, the aim was finding optimal electrospinning parameters in order to obtain the smallest fiber diameter by using Taguchi's methodology. The nanofibers produced by electrospinning a solution of Thermoplastic Polyurethane (TPU) in Dimethylformamide (DMF). Polymer concentration and process parameters were considered as the effective factors. Taguchi's L9 orthogonal design (4 parameters, 3 levels) was applied to the experiential design. Optimal electrospinning conditions were determined using the signal-to-noise (S/N) ratio with Minitab 17 software. The morphology of the nanofibers was studied by a Scanning Electron Microscope (SEM). Thereafter, a tensile tester machine was used to assess mechanical properties of nanofibrous scaffolds. The analysis of DoE experiments showed that TPU concentration was the most significant parameter. An optimum combination to reach smallest diameters was yielded at 12 wt% polymer concentration, 16 kV of the supply voltage, 0.1 ml/h feed rate and 15 cm tip-to-distance. An empirical model was extracted and verified using confirmation test. The average diameter of nanofibers at the optimum conditions was in the range of 242.10 to 257.92 nm at a confidence level 95% which was in close agreement with the predicted value by the Taguchi technique. Also, the mechanical properties increased with decreasing fibers diameter. This study demonstrated Taguchi method was successfully applied to the optimization of electrospinning conditions for TPU nanofibers and the presented scaffold can mimic the structure of Extracellular Matrix (ECM).
As composite materials are used in many applications, the modern world looks forward to significant progress. An overview of the application of composite fiber materials in sports equipment is provided in this article, focusing primarily on the advantages of these materials when applied to sports equipment, as well as an Analysis of the influence of sports equipment of fiber-reinforced composite material on social sports development. The present study investigated surface morphology and physical and mechanical properties of S-glass fiber epoxy composites containing Al2O3 nanofillers (for example, 1 wt%, 2 wt%, 3 wt%, 4 wt%). A mechanical stirrer and ultrasonication combined the Al2O3 nanofiller with the matrix in varying amounts. A compression molding method was used to produce sheet composites. A first physical observation is well done, which confirms that nanoparticles are deposited on the fiber, and adhesive bonds are formed. Al2O3 nanofiller crystalline structure was investigated by X-ray diffraction, and its surface morphology was examined by scanning electron microscope (SEM). In the experimental test, nanofiller content was added at a rate of 1, 2, and 3% by weight, which caused a gradual decrease in void fraction by 2.851, 2.533, and 1.724%, respectively, an increase from 2.7%. The atomic bonding mechanism shows molecular bonding between nanoparticles and fibers. At temperatures between 60 ℃ and 380 ℃, Thermogravimetric Analysis (TGA) analysis shows that NPs deposition improves the thermal properties of the fibers and causes negligible weight reduction (percentage). Thermal stability of the composites was therefore presented up to 380 ℃. The Fourier Transform Infrared Spectrometer (FTIR) spectrum confirms that nanoparticles have been deposited successfully on the fiber.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.34
no.4
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pp.117-124
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2024
Zinc oxide nanoparticles were synthesized using the polyol method with ethylene glycol containing hydroxyl groups (-OH). It was confirmed that the zinc compounds prepared by the polyol method were a mixture of zinc carbonate hydroxide (Zn5(OH)6(CO3)2) and zinc oxide (ZnO) crystalline structures. Calcination at 400℃, 600℃ and 800℃ was performed to examine the effects of calcination temperature on the particle size, morphology and crystallinity of zinc oxide. ZnO powders of calcination at 800 ℃ was evaluated to particle size analysis from ethylene glycol containing precursor solution compared with distilled water based solution. The zinc oxide particles obtained from the former had a particle size of approximately 404 ± 51 nm, whereas those from the latter exhibited a more uniform nanoparticles morphology with a particle size of approximately 109 ± 29 nm. This demonstrates that the addition of ethylene glycol can control the influence of water molecules, enabling the direct synthesis of zinc oxide in the form of uniform nanoparticles.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.08a
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pp.376-376
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2012
Semiconductor nanowires (NWs) are future building block for nano-scale devices. Especially, Ge NWs are fascinated material due to the high electrical conductivity with high carrier mobility. It is strong candidate material for post-CMOS technology. However, thermal stability of Ge NWs are poor than conventional semiconductor material such as Si. Especially, when it reduced size as small as nano-scale it will be melted around CMOS process temperature due to the melting point depression. Recently, Graphene have been intensively interested since it has high carrier mobility with single atomic thickness. In addition, it is chemically very stable due to the $sp^2$ hybridization. Graphene films shows good protecting layer for oxidation resistance and corrosion resistance of metal surface using its chemical properties. Recently, we successfully demonstrated CVD growth of monolayer graphene using Ge catalyst. Using our growth method, we synthesized Ge/graphene core/shell (Ge@G) NW and conducted it for highly thermal stability required devices. We confirm the existence of graphene shell and morphology of NWs using SEM, TEM and Raman spectra. SEM and TEM images clearly show very thin graphene shell. We annealed NWs in vacuum at high temperature. Our results indicated that surface melting phenomena of Ge NWs due to the high surface energy from curvature of NWs start around $550^{\circ}C$ which is $270^{\circ}C$ lower than bulk melting point. When we increases annealing temperature, tip of Ge NWs start to make sphere shape in order to reduce its surface energy. On the contrary, Ge@G NWs prevent surface melting of Ge NWs and no Ge spheres generated. Furthermore, we fabricated filed emission devices using pure Ge NWs and Ge@G NWs. Compare with pure Ge NWs, graphene protected Ge NWs show enhancement of reliability. This growth approach serves a thermal stability enhancement of semiconductor NWs.
Kim, Du-San;Kim, Hwa-Seong;Park, Jin-U;Yun, Deok-Hyeon;Yeom, Geun-Yeong
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2015.08a
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pp.189-189
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2015
Plasmonics, sensor, field effect transistors, solar cells 등 다양한 적용분야를 가지는 실리콘 구조체는 제작공정에 의해 전기적 및 광학적 특성이 달라지기 때문에 적합한 나노구조 제작방법이 요구되고 있다. 나노구조체 제작방법으로는 Photo lithography, Extreme ultraviolet lithography (EUV), Nano imprinting lithography (NIL), Block copolymer (BCP) 방식의 방법들이 연구되고 있으며, 특히 BCP는 direct self-assembly 특성을 가지고 있으며 가격적인 면에서도 큰 장점을 가진다. 하지만 BCP를 mask로 사용하여 식각공정을 진행할 경우 BCP가 버티지 못하고 변형되어 mask로서의 역할을 하지 못한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 BCP와 질화막을 이용한 double mask 방법을 사용하였다. 기판 위에 BCP를 self-assembly 시키고 mask로 사용하여 hole 부분으로 노출된 기판을 Ion gun을 통해 질화 시킨 후에 BCP를 제거한다. 기판 위에 hole 모양의 질화막 표면은 BCP와 다르게 etching 공정 중 변형되지 않는다. 이러한 질화막 표면을 mask로 사용하여 pillar pattern의 실리콘 나노구조체를 제작하였다. 질화막 mask로 사용되는 template은 PS와 PMMA로 구성된 BCP를 사용하였다. 140kg/mol의 polystyrene과 65kg/mol의 PMMA를 톨루엔으로 용해시키고 실리콘 표면 위에 spin coating으로 도포하였다. Spin coat 후 230도에서 40시간 동안 열처리를 진행하여 40nm의 직경을 가진 PS-b-PMMA self-assembled hole morphology를 형성하였다. 질화막 형성 및 etching을 위한 장비로 low-energy Ion beam system을 사용하였다. Reactive Ion beam은 ICP와 3-grid system으로 구성된 Ion gun으로부터 형성된다. Ion gun에 13.56 MHz의 frequency를 갖는 200W 전력을 인가하였다. Plasma로부터 나오는 Ion은 $2{\Phi}$의 직경의 hole을 가지는 3-grid hole로 추출된다. 10~70 voltage 범위의 전위를 plasma source 바로 아래의 1st gird에 인가하고, 플럭스 조절을 위해 -150V의 전위를 2nd grid에 인가한다. 그리고 3rd grid는 접지를 시켰다. chamber내의 질화 및 식각가스 공급은 2mTorr로 유지시켰다. 그리고 기판의 온도는 냉각칠러를 이용하여 -20도로 냉각을 진행하였다. 이와 같은 공정 결과로 100 nm 이상의 높이를 갖는 40 nm직경의 균일한 Silicon pillar pattern을 형성 할 수 있었다.
[ $Li[Ni_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}]O_2$ ]cathode material for lithium secondary battery is obtained using co-precipitation method. To determine the optimal metal solution concentration value, the CSTR coprecipitation was carried out at various concentration values(1-2 mol/L). The surface morphology of coated samples was characterization by SEM(scanning electron microscope) and XRD (X-Ray Diffraction)analyses. Impedance analysis and cyclic voltammogram presented that internal resistance of the cell was dependent upon the concentration of metal solution. such data is very helpful in determining the optimal content of metal solution concentration to enhancing electrochemical property by adjusting powder size distribution and crystal structure.
Kim, Hyo-Sang;Kim, Dae-Hyun;Hahn, Jun-Hee;Ahn, Hyo-Sok
Tribology and Lubricants
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v.27
no.4
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pp.193-197
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2011
Friction behavior of nanoporous anodic aluminum oxide(AAO) film was investigated. A 60 ${\mu}m$ thick AAO film having nanopores of 45 nm diameter with 105 nm interpore-diatance was fabricated by mild anodization process. The AAO film was then saturated with paraffinic oil. Reciprocating ball-on-flat sliding friction tests using 1 mm diameter steel ball as the counterpart were carried out with normal load ranging from 0.1 N to 1 N in an ambient environment. The morphology of worn surfaces were analyzed using scanning electron microscopy. The friction coefficient significantly increased with the increase of load. The boundary lubrication layer of paraffinic oil contributed to the lower friction at relatively low load (0.1 N), but it is less effective at high load (1 N). Plastic deformed layer patches were formed on the worn surface of oil-enriched AAO at relatively low load (0.1 N) without evidence of tribochemical reaction. On the other hand, thick tribolayers were formed on the worn surface of both oil-enriched and as-prepared AAO at relatively high load (1 N) due to tribochemical reaction and material transfer.
Al-l4wt.%Ni-l4wt.% Mm(Mm=misch metal) alloy powders rapidly solidified by the gas atomization method were subjected to mechanical milling(MM). The morphology, microstructure and hardness of the powders were investigated as a function of milling time using scanning electron microscopy(SEM), transmission electron microscopy(TEM) and Vickers microhardness tester. Microstructural evolution in gas-atomized Al-l4wt.%Ni-l4wt.% Mm(Mm=misch metal) alloy powders was studied during mechanical milling. It was noted that the as-solidified particle size of $200\mutextrm{m}$ decreases during the first 48 hours and then increases up to 72 hours of milling due to cold bonding and subsequently there was continuous refinement to $20\mutextrm{m}$ on milling to 200 hours. Two microstructurally different zones, Zone A, which is fine microstructure area and Zone B, which has the structure of the as-solidified powder, were observed. The average thickness of the Zone A layer increased from about 10 to $15\mutextrm{m}$ in the powder milled for 24 hours. Increasing the milling time to 72 hours resulted in the formation of a thicker and more uniform Zone A layer, whose thickness increased to about $30~50\mutextrm{m}$. The TEM micrograph of ball milled powder for 200 hours shows formation of nano-particles, less than 20 nm in size, embedded in an Al matrix.
Lee, Soo-Keun;Kim, A Young;Lee, Jun Young;Ko, Sung Hyun;Kim, Sang Wook
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.35
no.7
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pp.2004-2008
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2014
This paper reports the facile synthesis methods of zinc oxide (ZnO) nanoparticles, Z1-Z10, using diethylene glycol (DEG) and polyethylene glycol (PEG400). The particle size and morphology were correlated with the PEG concentration and reaction time. With 0.75 mL of PEG400 in 150 mL of DEG and a 20 h reaction time, the ZnO nanoparticles began to disperse from a collective spherical grain shape. The ZnO nanoparticles were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and a $N_2$ adsorption-desorption studies. The Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface areas of Z4, Z5 and Z10 were 157.083, 141.559 and 233.249 $m^2/g$, respectively. The observed pore diameters of Z4, Z5 and Z10 were 63.4, 42.0 and 134.0 ${\AA}$, respectively. The pore volumes of Z4, Z5 and Z10 were 0.249, 0.148 and 0.781 $cm^3/g$, respectively. The photocatalytic activity of the synthesized ZnO nanoparticles was evaluated by methylene blue (MB) degradation, and the activity showed a good correlation with the $N_2$ adsorption-desorption data.
Alumina/silver ($Al_2O_3/Ag$) nanocomposites with Ag content up to 9 vol% were prepared from nanopowder by soaking method using ${\gamma}-Al_2O_3$ of needle type and spark plasma sintering (SPS). The mechanical properties of specimens were investigated three-point flexural strength and toughness as a function of the Ag contents. The maximum flexural strength of the alumina/silver nanocomposite was 850 MPa for the 1 vol% composite, and also higher than monolith alumina as about 800 MPa at 3, 5, and 7 vol% Ag contents. Fracture toughness by single edged V-notch beam (SEVNB) was $4.05MPa{\cdot}m^{1/2}$ for the 3 vol% composite and maintained about $4.00MPa{\cdot}m^{1/2}$ at 5, and 7 vol% Ag content. Microstructure of fracture surface for each fracture specimens was observed. Due to the inhibition effect of alumina grain growth, the average grain size of nanocomposites depends on the content of Ag nano particles. The fracture morphology of nanocomposite with dislocation (sub-grain boundary) by silver nano-particles of second phases in the alumina matrix also showed transgranular fracture-mode compare with intergranular of monolith alumina. Thermal conductivity of specimens at room temperature was about 40 W/mK for the 1 vol% Ag content.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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