In this study, we synthesize novel silane based inorganics for preparation of the polymer electrolyte membrane with high proton conductivity under high temperature condition and developed membranes are characterized. SPAES, hydrocarbon based polymer are synthesized and used as main polymeric material. We used sol-gel method to prepare inorganic material with high performance using silica, phosphate and zirconium. Three types of inorganics were prepared by control of the mole ration of each component. As a result of EDX analysis, the inorganic materials are well dispersed in the polymer membrane. The water uptake of the composite membrane is increased by introduction of the hydrophilic inorganic material in the membrane. When the content of the zirconium in the membrane is increased, the proton conductivity of the composite membrane shows the higher value than pure SPAES membrane at the high temperature. And the silica based inorganics effect to increase the proton conductivity under low temperature condition.
Safi, Ihab Nabeel;Hussein, Basima Mohammed Ali;Al-Shammari, Ahmed Majeed
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.52
no.3
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pp.242-257
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2022
Purpose: This study investigated periodontal ligament (PDL) restoration in osseointegrated implants using stem cells. Methods: Commercial pure titanium and zirconium oxide (zirconia) were coated with beta-tricalcium phosphate (β-TCP) using a long-pulse Nd:YAG laser (1,064 nm). Isolated bone marrow mesenchymal cells (BMMSCs) from rabbit tibia and femur, isolated PDL stem cells (PDLSCs) from the lower right incisor, and co-cultured BMMSCs and PDLSCs were tested for periostin markers using an immunofluorescent assay. Implants with 3D-engineered tissue were implanted into the lower right central incisors after extraction from rabbits. Forty implants (Ti or zirconia) were subdivided according to the duration of implantation (healing period: 45 or 90 days). Each subgroup (20 implants) was subdivided into 4 groups (without cells, PDLSC sheets, BMMSC sheets, and co-culture cell sheets). All groups underwent histological testing involving haematoxylin and eosin staining and immunohistochemistry, stereoscopic analysis to measure the PDL width, and field emission scanning electron microscopy (FESEM). The natural lower central incisors were used as controls. Results: The BMMSCs co-cultured with PDLSCs generated a well-formed PDL tissue that exhibited positive periostin expression. Histological analysis showed that the implantation of coated (Ti and zirconia) dental implants without a cell sheet resulted in a well-osseointegrated implant at both healing intervals, which was confirmed with FESEM analysis and negative periostin expression. The mesenchymal tissue structured from PDLSCs only or co-cultured (BMMSCs and PDLSCs) could form a natural periodontal tissue with no significant difference between Ti and zirconia implants, consequently forming a biohybrid dental implant. Green fluorescence for periostin was clearly detected around the biohybrid implants after 45 and 90 days. FESEM showed the invasion of PDL-like fibres perpendicular to the cementum of the bio-hybrid implants. Conclusions: β-TCP-coated (Ti and zirconia) implants generated periodontal tissue and formed biohybrid implants when mesenchymal-tissue-layered cell sheets were isolated from PDLSCs alone or co-cultured BMMSCs and PDLSCs.
Park, Dong Jae;Kim, Seung Hyun;Park, Kyoung Tae;Mun, Jong Han;Lee, Hyuk Hee;Lee, Jong Hyeon
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.13
no.1
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pp.11-19
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2015
The production of nuclear fuel cladding tube is expected to increase with the nuclear power plant expansion. Zirconium(Zr) scrap that is generated during manufacturing is also expected to increase. Zr electrorefining experiment was carried out in the fluoride salt of LiF-KF-ZrF4 using multiple electrode for scale up and improving throughput Zr electrorefiner develop-ment. The Zr reduction peak observed at-0.8 V(vs.Ni). Polarization behavior showed that the amount of applied current increases because of decreasing cell resistance as the number of cathode increases. Experimental results showed the highest recovery rate about 98% at lowest current density of 25.64 mA/cm2 using 6 electrodes. XRD and TG analysis result show that pure Zr was recovered 99.92% and ICP analysis shows that lower impurity content than conventional impurity content of the Anode(97.8%). Electrorefining consumes energy about 7.15 kWh/kg less than 39.7% compared to the Kroll process using 6 electrode width of 20 mm and height of 65 mm. Because of increasing cell efficiency and recovery rate, using multiple cathode is determined as an efficient technique for scale up electrorefining Zr scrap.
Kim, Hyun-Jung;Yoon, Sook-Hyun;Choi, Han-Nim;Lyu, Young-Ku;Lee, Won-Yong
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.27
no.1
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pp.65-70
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2006
An amperometric glucose biosensor has been developed based on the use of the nanoporous composite film of sol-gel-derived zirconia and perfluorosulfonated ionomer, Nafion, for the encapsulation of glucose oxidase (GOx) on a platinized glassy carbon electrode. Zirconium isopropoxide (ZrOPr) was used as a sol-gel precursor for the preparation of zirconia/Nafion composite film and the performance of the resulting glucose biosensor was tuned by controlling the water content in the acid-catalyzed hydrolysis of sol-gel stock solution. The presence of Nafion polymer in the sol-gel-derived zirconia in the biosensor resulted in faster response time and higher sensitivity compared to those obtained at the pure zirconia- and pure Nafion-based biosensors. Because of the nanoporous nature of the composite film, the glucose biosensor based on the zirconia/Nafion composite film can reach 95% of steady-state current less than 5 s. In addition, the biosensor responds to glucose linearly in the range of 0.03-15.08 mM with a sensitivity of 3.40 $\mu$A/mM and the detection limit of 0.037 mM (S/N = 3). Moreover, the biosensor exhibited good sensor-to-sensor reproducibility (~5%) and long-term stability (90% of its original activity retained after 4 weeks) when stored in 50 mM phosphate buffer at pH 7 at 4 ${^{\circ}C}$.
Chandio, Ali Dad;Haque, Nafisul;Shaikh, Asif Ahmed
Korean Journal of Materials Research
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v.31
no.8
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pp.439-444
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2021
The oxidation resistance of the diffusion aluminide bond coat (BC) is compromised largely by interdiffusion (ID) effects on coated turbine blades of aeroengines. The present study is designed to understand the influence of ID on βNiAl coatings or BC. In this regard, nickel substrate and CMSX-4 superalloy are deposited. In total, four sets of BCs are developed, i.e. pure βNiAl (on Ni substrate), simple βNiAl (on CMSX-4 substrate), Zr-βNiAl (on CMSX-4 substrate) and Pt-βNiAl (on CMSX-4 substrate). The main aim of this study is to understand the interdiffusion of Al, Zr and Pt during preparation and oxidation. In addition, the beneficial effects of both Zr and platinum are assessed. Pure βNiAl and simple βNiAl show Ni-out-diffusion, whereas for platinum inward diffusion to the substrate is noticed under vacuum treatment. Interestingly, Zr-βNiAl shows the least ID in all BCs and exhibit stability under both vacuum and oxidation treatments. However, its spallation resistance is slightly lower than that of Pt-βNiAl BC. All BCs show similar oxide growth trends, except for Zr-βNiAl, which exhibits two-stage oxidations, i.e. transient and steady-state. Moreover, it is suggested that the localized spallation in all BCs is caused by βNiAl - γ'-Ni3Al transformation.
Pure Ti as well as Ti-6Al-4V alloy exhibit excellent properties for dental implant applications. However, for a better biocompatibility it seems important to avoid in the composition the presence of V due to the toxic effects of V ion release. Thus Al and V free and composed of non-toxic element such as Nb, Zr alloys as biomaterials have been developed. Especially, Zr contains to same family in periodic table as Ti. The addition of Zr to Ti alloy has an excellent mechanical properties, good corrosion resistance, and biocompatibility. In this study, the electrochemical characteristics of Ti-Zr alloys for biomaterials have been investigated using by electrochemical methods. Methods: Ti-Zr(10, 20, 30 and 40 wt%) alloys were prepared by arc melting and homogenized for 24 hr at $1000^{\circ}C$ in argon atmosphere. Phase constitutions and microstructure of the specimens were characterized by XRD, OM and SEM. The corrosion properties of the specimens were examined through potentiodynamic test (potential range of -1500 ~ 2000 mV), potentiostatic test (const. potential of 300 mV) in artificial saliva solution by potentiostat (EG&G Co, PARSTAT 2273. USA).
Kim, Yongjun;Hussain, Shahzada Qamar;Kim, Sunbo;Yi, Junsin
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.295-295
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2016
Recently, TCO films with low carrier concentration, high mobility and high work function are proposed beneficial as front electrode in HIT solar cell due to free-carrier absorption in NIR wavelength region and low Schottky barrier height in the front TCO/a-Si:H(p) interface. We report high transmittance and work function zirconium-doped indium tin oxide (ITO:Zr) films with various plasma (Ar/O2 and Ar) conditions. The role of (Ar/O2) plasma was to enhance the work function of the ITO:Zr films whereas the pure Ar plasma based ITO:Zr showed good electrical properties. The RF magnetron sputtered ITO:Zr films with low resistivity and high transmittance were employed as front electrode in HIT solar cells, yield the best performance of 18.15% with an open-circuit voltage of 710 eV and current density of 34.63 mA/cm2. The high work function ITO:Zr films can be used to modify the front barrier height of HIT solar cell.
The adsorption behavior of tris (dimethylamino)-cyclopentadienyl-zirconium (Cp-Zr) precursor using an in-situ attenuated total reflectance-Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FT-IR) was studied. In attempt to improve the detection intensity of an adsorbed precursor, nanoparticles were uniformly distributed on the Ge ATR crystal surface employing the spray method. The absorption characteristics studies were carried out over the Ge crystal temperature in the range of $30{\sim}50^{\circ}C$. Upon increasing the temperature, a reduction of absorption was observed. Based on the peak intensities of ATR-FT-IR spectroscopy, higher-$ZrO_2$ absorption efficiency occurs when the nano-particles are utilized compared to pure Ge crystal.
Nano-crystalline hydroxyapatite (HAp) films were formed at the Ti surface by a single-step microarc oxidation (MAO), and HAp-zirconia composite (HZC) films were obtained by subsequent chemical vapor deposition (CVD) of zirconia onto the HAp. Through the CVD process, zero- and one-dimensional zirconia nanostructures having tetragonal crystallinity (t-ZrO2) were uniformly distributed and well incorporated into the HAp crystal matrix to form nanoscale composites. In particular, (t-$ZrO_2$) was synthesized at a very low temperature. The HZC films did not show secondary phases such as tricalcium phosphate (TCP) and tetracalcium phosphate (TTCP) at relatively high temperatures. The most likely mechanism for the formation of the t-$ZrO_2$ and the pure HAp at the low processing temperature was proposed to be the diffusion of $Ca^{2+}$ ions. The HZC films showed increasing micro-Vickers hardness values with increases in the t-$ZrO_2$ content. The morphological features and phase compositions of the HZC films showed strong dependence on the time and temperature of the CVD process. Furthermore, they showed enhanced cell proliferation compared to the $TiO_2$ and HAp films most likely due to the surface structure change.
Transparent thin films of pure and nickel-doped ZrO2 are grown successfully by sol-gel dip-coating technique. The structural and optical properties according to the different annealing temperatures (300 ℃, 400 ℃ and 500 ℃) are investigated. Analysis of crystallographic properties through X-ray diffraction pattern reveals an increase in crystallite size due to increase in crystallinity with temperature. All fabricated thin films are highly-oriented along (101) planes, which enhances the increase in nickel doping. Scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy are employed to confirm the homogeneity in surface morphology as well as the doping configuration of films. The extinction coefficient is found to be on the order of 10-2, showing the surface smoothness of deposited thin films. UV-visible spectroscopy reveals a decrease in the optical band gap with the increase in annealing temperature due to the increase in crystallite size. The variation in Urbach energy and defect density with doping and the change in annealing temperature are also studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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