Double-layered ZnO nanostructures have been synthesized by aqueous solution method on (001) plane of ZnO nanorod. A stepwise changing of aqueous solution concentration gave rise to a new nano-structured layer consisting of either multiple of nanorods or nanowires with much smaller radii than that of the ZnO nanorod on which the new layer was grown. As the first step the ZnO nanorods have been grown to have the (001) preferential orientation in the aqueous solution consisting of 0.1M zinc nitrate and 0.1 M HMT. This preferentially aligned ZnO nanorods have been regrown in either a less diluted solution of 0.01M zinc nitrate and 0.01 M HMT or a more diluted solution of 0.005M zinc nitrate and 0.01 M HMT. A new nano-layer consisting of numerous aligned nanorods or nanowires has been produced on the (001) planes of ZnO nanorods. The growth mechanism for this double layered ZnO nanostructure is ascribed to the (001) polar surface energy instability and inhibition of (001) plane growth due to the step-wise change of aqueous solution concentration; ZnO nuclei formed on the (001) plane grow preferentially in (010) plane instead of (001) plane to reduce the total surface energy. Surface area of ZnO nanostructure can be increased in orders of magnitudes by forming a new layer consisting of smaller nanorods/nanowires on (001) plane of ZnO nanorods.
A new class of compounds in the form of skutterudite structure, Fe doped $CoSb_3$ with a nominal composition of $Fe_xCo_{4-x}Sb_{12}$ ($0{\leq}x{\leq}2.5$), were synthesized by mechanical alloying of elemental powders followed by vacuum hot pressing. Nanostructured, single-phase skutterudites were successfully produced by vacuum hot pressing using as-milled powders without subsequent heat-treatments for the compositions of $x{\leq}1.5$. However, second phase was found to form in case of $x{\geq}2$, suggesting the solubility limit of Fe with Co in this system. Thermoelectric properties including thermal conductivity from 300 to 600 K were measured and discussed. Lattice thermal conductivity was greatly reduced by introducing a dopant up to x=1.5 as well as by increasing phonon scattering in nanostructured skutterudite, leading to enhancement in the thermoelectric figure of merit. The maximum figure of merit was found to be 0.32 at 600 K in the composition of $Fe_xCo_{4-x}Sb_{12}$.
Nano-structured electrodes were fabricated to develop efficient photoelectrochemical conversion systems for the synthesis of hydrogen from water and hydrocarbon fuels from $CO_2$. In this work, we compared the photoactivity of rutile $TiO_2$ nanorods grown on FTO and SEED/FTO by a hydrothermal method. An analysis of the microstructures showed that the density of nanorod/SEED/FTO samples, which showed only the (002) peak in their x-ray diffraction patterns, was two times higher than that of a nanorod/FTO sample. The photocurrent density of nanorod/SEED/FTO samples was increased by as much as 40% of the photocurrent density of the nanorod/FTO sample due to the increased specific density of the nanorods. However, the transient time for a recombination of photogenerated electrons and holes was 20 times faster in the nanorod/SEED/FTO. The seed layers are discussed as possible recombination sites.
MoO3 metal oxide nanostructure was formed by hydrothermal synthesis, and a perovskite solar cell with an MoO3 hole transfer layer was fabricated and evaluated. The characteristics of the MoO3 thin film were analyzed according to the change of hydrothermal synthesis temperature in the range of 100 ℃ to 200 ℃ and mass ratio of AMT : nitric acid of 1 : 3 ~ 15 wt%. The influence on the photoelectric conversion efficiency of the solar cell was evaluated. Nanorod-shaped MoO3 thin films were formed in the temperature range of 150 ℃ to 200 ℃, and the chemical bonding and crystal structure of the thin films were analyzed. As the amount of nitric acid added increased, the thickness of the thin film decreased. As the thickness of the hole transfer layer decreased, the photoelectric conversion efficiency of the perovskite solar cell improved. The maximum photoelectric conversion efficiency of the perovskite solar cell having an MoO3 thin film was 4.69 % when the conditions of hydrothermal synthesis were 150 ℃ and mass ratio of AMT : nitric acid of 1 : 12 wt%.
Kim, Chang-Yeon;Kim, Eun-Kyung;Jeon, Tae-Hoon;Nam, Seung-Won;Kim, Youn-Joong
Applied Microscopy
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v.40
no.3
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pp.155-162
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2010
Bone is a hierarchically structured composite material which has been well studied by the materials engineering community because of its unique structure and mechanical properties. Bone is a laminated organic-inorganic composite composed of primarily hydroxyapatite, collagen and water. The main mineral that gives bone's hardness is calcium phosphate, which is also known as hydroxyapatite. Light microscopy (LM) and transmission electron microscopy (TEM) were used to study the structure of femurs from chicken and rabbit. The elemental analysis was used to search variation in the distribution of calcium, potassium and oxygen in the femur. Current investigation focused on two structural scales: micro scale (arrangement of compact bone) and nano scale (collagen fibril and apatite crystals). At micro scale, distinct difference was found in microstructures of chicken femur and rabbit femur. At nano scale, we analyzed the shape and size of apatite crystals and the arrangement of collagen fibril. Consequently, femurs of chicken and rabbit had very similar chemical property and structures at nano scale despite of their different species.
To investigate the reinforcing effects of functional fillers in nitrile rubber (NBR) materials, high-structure carbon black (HS45), coated calcium carbonate (C-CaCO3), silica (200MP), and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were used as functional filler, and carbon black (SRF) as a common filler were used for oil-resistant rubber. The curing and mechanical properties of HS45-, 200MP-, and MWCNT-filled NBR compounds were improved compared to those of the SRF-filled NBR compound. The reinforcing effect also increased with a decrease in the particle size of the fillers. The C-CaCO3-filled NBR compound exhibited no reinforcing effect with increasing filler concentration because of their large primary particle size (2 ㎛). The reinforcing behavior based on 100% modulus of the functional filler based NBR compounds was compared by using several predictive equation models. The reinforcing behavior of the C-CaCO3-filled NBR compound was in accordance with the Smallwood-Einstein equation whereas the 200MP- and MWCNT-filled NBR compounds fitted well with the modified Guth-Gold (m-Guth-Gold) equation. The SRF- and HS45-filled NBR compounds exhibited reinforcing behavior in accordance with the Guth-Gold and m-Guth-Gold equations, respectively, at a low filler content. However, the values of reinforcement parameter (100Mf/100Mu) of the SRF- and HS45-filled NBR compounds were higher than those determined by the predictive equation model at a high filler content. Because the chains of SRF composed of spherical filler particles are similarly changed to rod-like filler particles embedded in a rubber matrix and the reinforcement parameter rapidly increased with a high content of HS45, the higher-structured filler. The reinforcing effectiveness of the functional fillers was numerically evaluated on the basis of the effectiveness index (SRF/f) determined by the ratio of the volume fraction of the functional filler (f) to that of the SRF filler (SRF) at three unit of reinforcing parameter (100Mf/100Mu). On the basis of their effectiveness index, MWCNT-, 200MP-, and HS45-filled compounds showed higher reinforcing effectiveness of 420%, 70%, and 20% than that of SRF-filled compound, respectively whereas C-CaCO3-filled compound exhibited lower reinforcing effectiveness of -50% than that of SRF-filled compound.
Park, Young-Jae;Choi, Gyu-Jin;Lee, Tae-Geol;Lee, Won-Jong;Moon, Dae-Won
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.397-397
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2010
Bone is considered as hierarchically organized biocomposites of organic (collagen) and inorganic (hydroxyapatite) materials. The precise structural dependence between hydroxyapatite (HAp, $Ca_{10}(PO_4)_6(OH)_2)$ crystals and collagen fibril is critical to unique characteristics of bone. To meet those conditions and obtain optimal properties, it is essential to understand and control the initial growth mechanisms of hydroxyapatite at the molecular level, such as other nano-structured materials. In this study, collagen fibrils were prepared by adsorbing native type I collagen molecules onto hydrophobic surface. Hydrophobicity was introduced on the Si wafer surface by using PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) method and cyclohexane as a precursor. Biomimetic nucleation and growth of HAp on the self-assembled collagen nanofibrils were occurred through incubation of the sample in SBF (simulated body fluid). Chemical and morphological evolution of HAp nanocrystals was investigated by surface-sensitive analytical techniques such as ToF-SIMS (Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) and AFM (Atomic Force Microscopy) in the early growth stages (< 24 hrs). The very initial stages (< 12 hrs) of mineralization could be clearly demonstrated by ToF-SIMS chemical mapping of surface. In addition to ToF-SIMS and AFM measurement, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction analysis were conducted to characterize the HAp layer in the late stages. This study is of great importance in the growth of real bone-like materials with a structure analogous to that of natural bones and the development of biomimetic nanomaterials.
Lee G. R.;Shin C. S.;Petrov I.;Greene J, E.;Lee J. J.
Journal of Surface Science and Engineering
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v.38
no.2
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pp.65-68
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2005
The effect of crystal orientation and microstructure on the mechanical properties of $TaN_x$ was investigated. $TaN_x$ films were grown on $SiO_2$ substrates by ultrahigh vacuum unbalanced magnetron sputter deposition in mixed $Ar/N_2$ discharges at 20 mTorr (2.67 Pa) and at $350^{\circ}C$. Unlike the Ti-N system, in which TiN is the terminal phase, a large number of N-rich phases in the Ta-N system could lead to layers which had nano-sized lamella structure of coherent cubic and hexagonal phases, with a correct choice of nitrogen fraction in the sputtering mixture and ion irradiation energy during growth. The preferred orientations and the micro-structure of $TaN_x$ layers were controlled by varing incident ion energy $E_i\;(=30eV\~50eV)$ and nitrogen fractions $f_{N2}\;(=0.1\~0.15)$. $TaN_x$ layers were grown on (0002)-Ti underlayer as a crystallographic template in order to relieve the stress on the films. The structure of the $TaN_x$ film transformed from Bl-NaCl $\delta-TaN_x$ to lamellar structured Bl-NaCl $\delta-TaN_x$ + hexagonal $\varepsilon-TaN_x$ or Bl-NaCl $\delta-TaN_x$ + hexagonal $\gamma-TaN_x$ with increasing the ion energy at the same nitrogen fraction $f_{N2}$. The hardness of the films also increased by the structural change. At the nitrogen fraction of $0.1\~0.125$, the structure of the $TaN_x$ films was changed from $\delta-TaN_x\;+\;\varepsilon-TaN_x\;to\;\delta-TaN_x\;+\;\gamma-TaN_x$ with increasing the ion energy. However, at the nitrogen fraction of 0.15 the film structure did not change from $\delta-TaN_x\;+\;\varepsilon-TaN_x$ over the whole range of the applied ion energy. The hardness increased significantly from 21.1 GPa to 45.5 GPa with increasing the ion energy.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.26
no.9
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pp.707-711
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2013
Carbon nanotubes(CNT) has strength and chemical stability, greatly conductivity characteristics. In particular, MWCNT (multi-walled carbon nanotubes) show rapidly resistance sensitive for changes in the ambient gas, and therefore they are ideal materials to gas sensor. So, we fabricated NOx gas sensors structured MOS-FET using MWCNT (multi-walled carbon nanotubes) material. We investigate the change resistance of NOx gas sensors based on MOS-FET with ultra lean NOx gas concentrations absorption. And NOx gas sensors show sensitivity on the change of gate-source voltage ($V_{gs}=0[V]$ or $V_{gs}=3.5[V]$). The gas sensors show the increase of sensitivity with increasing the temperature (largest value at $40^{\circ}C$). On the other hand, the sensitivity of sensors decreased with increasing of NOx gas concentration. In addition, We obtained the adsorption energy($U_a$), $U_a$ = 0.06714[eV] at the NOx gas concentration of 8[ppm], $U_a$ = 0.06769[eV] at 16[ppm], $U_a$ = 0.06847[eV] at 24[ppm] and $U_a$ = 0.06842[eV] at 32[ppm], of NOx gas molecules concentration on the MWCNT gas sensors surface with using the Arrhenius plots. As a result, the saturation phenomena is occurred by NOx gas injection of concentration for 32[ppm].
In this study, the MXene/Si composite was prepared by electrostacic assembly with 2-dimensional structured titanium carbide (MXene) and nano silicon for anode material of high-performance lithium-ion battery. Ti3C2Tx MXene was synthesized by etching the Ti3AlC2 MAX with LiF/HCl, and the surface of nano silicon was charged to positively using CTAB (Cetyltrimethylammonium bromide). The MXene/Si anode composite was successfully manufactured by simple mixing process of synthesized MXene and charged silicon. The physical and electrochemical properties of prepared composite were investigated with MXene-silicon composition ratio, and the surface of electrode after cycles was analyzed to evaluate stability of the electrode. The MXene/Si composites demonstrated high initial discharge capacities of 1962.9, 2395.2 and 2504.3 mAh/g as the silicon composition ratio increased to 2, 3 and 4 compared to MXene, respectively. MXene/Si-4, which is MXene and silicon ratio with 1 : 4, exhibited 1387.5 mAh/g of reversible capacity, 74.5% of capacity retention at 100 cycles and high capacity of 700.5 mAh/g at high rate of 4.0 C. As the results, the MXene/Si composite prepared by electrostatic-assenbly could be applied to anode materials for high-performance LIBs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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