• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.422.1-422.1
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• 2014

E-textile과 같은 웨어러블 전자소자는 휴대용 전자소자, 의료센서 및 디스플레이 등을 포함하는 다기능 직물등의 적용가능 응용분야에서의 잠재력으로 인하여 많은 관심을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 이같은 응용분야에 적용하기 위하여 전기방사를 이용한 나노크기의 나일론 섬유를 제작하고 reduced graphene oxide를 섬유에 코팅하여 전도성을 가지는 나노섬유를 제작하였다. 나일론 알갱이를 포름산에 녹인 용액을 이용하여 전기방사를 통해 약 100 nm 두께를 가지는 나노섬유를 제작하였다. 제작된 나일론 섬유와 그래핀 옥사이드 사이의 결합력을 향상시키기 위하여 BSA(bovine serum albumin)으로 표면 처리를 하였다. 마지막으로 나일론 섬유에 코팅된 그래핀 옥사이드를 hydrazine을 이용하여 환원하여 전도성을 가지는 섬유를 제작하였다. 제작된 전도성을 가지는 섬유는 약 10 kohm 정도의 저항을 가지는 것을 확인하였으며, 물리적인 외부 변형에서도 안정적으로 전도성을 가지는 것을 확인하였다. 이러한 전도성을 가지는 나노섬유는 웨어러블 전자소자를 제작하는데 응용 가능할 뿐만 아니라, 전기방사를 통한 나노구조물 제작 기술을 가스센서, 바이오센서, 태양전지, 나노소자등 다양한 분야에 적용 가능한 우수한 기술이라고 생각한다.

• 대한화학회지
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• 제59권1호
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• pp.36-44
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• 2015

본 논문은 layer-by-layer 자가조립법을 이용해서 polyaniline(PANi), graphene oxide(GO) 및 phytic acid(PA)으로 구성된 $(PANi/GO/PANi/PA)_{10}$ 다층을 제작하고, 전기화학적 방법을 활용하여 GO를 ERGO으로 환원하여 완성된 $(PANi/ERGO/PANi/PA)_{10}$ 다층 필름 전극의 전기화학적 특성을 분석하였다. 특히 이 과정에 다층 필름 전극 내에서 고리형 다인산 화합물 나노입자가 PANi을 도핑함과 동시에 전극 내부에 다공성과 표면적을 높여서 $(PANi/ERGO)_{20}$ 전극의 용적 커패시턴스를 개선할 수 있는 지를 조사하였다. 다층 필름 전극의 전기화학적 특성은 1 M $H_2SO_4$ 전해질 하에서 삼 전극 시스템을 이용하여 측정되었다. 그 결과, $(PANi/ERGO)_{20}$ 전극은 $1A/cm^3$ 전류밀도에서 $666F/cm^3$의 용적 커패시턴스을 보여주었고, $(PANi/ERGO/PANi/PA)_{10}$ 전극은 $769F/cm^3$에 해당되는 개선된 용적 커패시턴스를 보여주었다. 또한 1000 사이클 이후에도 초기 커패시턴스의 79.3%의 순환 안정성을 유지하였다. 이와 같이 공액성 구성성분들이 서로 포개져서 밀집되게 형성된 $(PANi/ERGO)_{20}$ 전극 내부에 고리형 다인산 화합물 나노입자를 이용한 구조변환을 통해서 전극의 전기화학적 특성을 개선할 수 있음을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.351-352
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• 2011

그래핀(Graphene)은 2차원 평면구조의 $sp^2$ 탄소 결합으로 이루어진 물질이다. 일반적으로 그래핀은 탄소 원자 한층 정도의 얇은 두께를 가지면서 강철의 100배 이상 높은 강도, 다이아몬드보다 2배 이상 뛰어난 열 전도성, 그리고 규소보다 100배 이상 빠른 전자이동도 등의 매우 우수한 특성을 지닌다. 그래핀을 합성하거나 얻는 방법에는, 기계적 박리법(Micro mechanical exfoliation), 산화흑연(graphite oxide)을 이용한 reduced graphene oxide(RGO)방법과 탄화 규소(SiC)를 이용한 epitaxial growth 방법 등이 있지만, 대 면적화가 어렵거나 구조적 결함이 큰 문제점이 있다. 반면, 탄화수소(hydrocarbon)를 탄소 공급원으로 하는 열화학 기상 증착법(Thermal chemical vapor deposition, TCVD)은 구조적 결함이 상대적으로 적으면서 대 면적화가 가능하다는 이점 때문에 최근 가장 많이 이용되고 있는 방법이다. TCVD를 이용, 니켈, 몰리브덴, 금, 코발트 등의 금속에서 그래핀 합성연구가 보고되었지만, 대부분 수 층(fewlayer)의 그래핀이 합성되었다. 하지만, 구리 촉매를 이용하는 것이 단층 그래핀 합성에 매우 효율적이라는 연구결과가 보고되었다. 구리의 경우, 낮은 탄소융해도(solubility of carbon) 때문에 표면에서 self limiting 과정을 통하여 단층 그래핀이 합성된다. 그러나 단층 그래핀 일지라도 면저항(sheet resistance)이 매우 높고, 이론적 계산값에 비해 전자이동도(electron mobility)가 낮게 측정된다. 이러한 원인은 구조적 결함에서 기인된 것으로써 산업으로의 응용을 어렵게 만들기 때문에 양질의 단층 그래핀 합성연구는 필수적이다[1,2]. 본 연구에서는 TCVD를 이용하여 구리 포일(25 ${\mu}m$, Alfa Aeser) 위에 메탄가스를 탄소공급원으로 하여 수소를 함께 주입하고, 메탄가스의 양과 합성시간, 열처리 시간을 조절하면서 균일한 단층 그래핀을 합성하였다. 합성된 그래핀을 $SiO_2$ (300 nm)기판위에 전사(transfer)후 라만 분광법(raman spectroscopy)과 광학 현미경(optical microscope)을 통하여 분석하였다. 그 결과, 열처리 시간이 증가할수록 촉매로 사용된 구리 포일의 grain size가 커짐을 확인하였으며, 구리 포일 위에 합성된 그래핀의 grain size는, 구리 포일의 grain size에 의존하여 커짐을 확인하였다. 또한 동일한 grain 내의 그래핀은 균일한 층으로 합성되었다. 이는 기계적 박리법, RGO 방법, epitaxial growth 방법으로 얻은 그래핀과 비교하여 매우 뛰어난 결정성을 지님이 확인되었다. 본 연구를 통하여 면적이 넓으면서도 결정성이 매우 뛰어난 양질의 단층 그래핀 합성 방법을 확립하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.383-383
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• 2014

최근 디스플레이, 태양전지 그리고 touch screen panels 등 optoelectronic 장치의 시장이 성장함에 따라 투명전극의 수요가 증가하고 있다. Indium tin oxide (ITO)의 좋은 특성 때문에 주로 투명전극에 많이 사용되고 있다. 그러나 화학적 안정성이 떨어지고, 휘어질 때 특성저하가 심하여 금속나노와이어, 탄소나노튜브, 전도성폴리머, 그리고 그래핀 등의 다른 투명전극의 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중에서 그래핀은 높은 전자 이동도(200000 cm2v-1s-1)와 휘어져도 전기적 크게 변하지 않는 특성 때문에 유망한 투명 전도성 전극 (Transparent Conductive Electrodes, TCEs)으로 연구되어왔다. 또한 다양한 속성 가운데, 높은 광 투과성은 그래핀의 가장 큰 장점이다 [1]. 최근, 화학 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition, CVD) 등 다양한 제조 방법이 대량 생산을 위해 개발되었다. 그러나 이 방법은 비용이 많이 들며, 과정이 상당히 복잡하고 높은 온도 (${\sim}1000^{\circ}C$)를 필요로 한다. 따라서 용매 기반의 환원된 그래핀 산화물(Reduced Graphene Oxides, RGOs)이 최근 주목 받고 있다. 그러나 RGOs의 면저항이 높아 전극으로서 사용이 제한된다. 따라서 전기적 특성을 향상시키는 방법으로 단일 벽 탄소 나노튜브 (Single-Walled Carbon Nanotubes, SWNTs)를 혼합하거나 화학적 도핑을 통하여 면저항을 크게 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 이런 화학적 도핑의 경우 박막이 공기 중에 직접 산소나 습기와 반응하여 전기적 특성이 저하되는 문제점을 가지고 있다 [2]. 이러한 문제를 해결하기 위해 AuCl3을 도핑한 박막에 내열성 및 내광성 등의 화학적 안정성이 뛰어난 PEDOT:PSS를 코팅하여 필름의 공기중의 노출을 막아 줌으로써 도핑의 안전성 및 전기적 특성을 최적화하였다. 본 연구에서는 간단한 dip-coating방법을 사용하여 4개의 RGO/SWNTs 박막을 흡착하였다. 다음으로 AuCl3를 도핑하여 면저항 $4.909K{\Omega}$, $4.381K{\Omega}$인 두 개의 샘플의 시간과 온도에 따른 면저항의 변화를 확인하였다. 그리고 필름의 도핑 안전성을 향상 시키기 위해 AuCl3를 도핑한 필름 위에 전도성 폴리머 PEDOT:PSS 코팅하여 면저항 $886.1{\Omega}$, $837.5{\Omega}$인 두 개의 샘플의 시간과 온도에 따른 면저항의 변화를 확인하였다. AuCl3 도핑된 필름의 경우 공기 중에 150시간 노출 시 72%의 면저항 증가가 발생하였지만 PEDOT:PSS가 코팅된 필름의 경우 5%의 면저항 증가가 나타나 확연한 차이를 보였다. 또한 AuCl3 도핑한 필름의 경우 $150^{\circ}C$에서 60시간동안 공기중에 노출되었을 때 525%의 면저항 증가가 발생하였지만 PEDOT:PSS가 코팅된 필름의 경우 58%의 면저항 증가를 나타내었다. 이것은 PEDOT:PSS가 passivation역할을 하여 필름이 공기에 노출된 부분을 막아주어 도핑된 필름의 면저항의 변화를 줄여 주었음을 알 수 있다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권4호
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• pp.574-581
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• 2022

리튬-황 전지의 기능성 중간층으로 그래핀과 Mo₂C/Mo₂N 나노입자로 구성된 나노섬유(Mo₂C/Mo₂N rGO NFs)를 사용하였다. Mo₂C/Mo₂N 나노입자는 섬유 구조 내 고르게 분산되어 리튬 폴리설파이드의 화학적 흡착을 위한 활성 사이트 역할을 함으로써 전해질로의 용출을 효과적으로 억제하였다. 또한 구조 내 매트릭스로 구성된 그래핀 나노시트는 충방전이 진행되는 동안 이온 및 전자의 빠른 이동을 보장할 뿐만 아니라 반응 시 산화/환원 반응을 원활하게 하여 높은 리튬 폴리설파이드의 재사용을 보장하였다. 그 결과 Mo₂C/Mo₂N rGO NFs로 코팅된 분리막을 기능성 중간층으로 사용, 순수 황 전극(황 함량 70 wt%, 황 로딩 2.1 mg cm^-2)으로 제작된 리튬-황 전지는 0.1 C에서 400회 충방전 후 476 mA h g^-1의 안정적인 방전 용량을 나타냈으며, 1.0 C의 높은 전류밀도에서도 574 mA h g^-1의 방전용량을 나타내었다. 본 연구에서 제안된 나노구조체 합성 전략은 고성능 리튬-황 전지 용 기능성 중간층 및 다양한 에너지 저장 소재분야로의 확장이 가능하다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.377-377
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• 2016

Under nanosecond-pulsed laser irradiation, light-absorbing thin films have been used for photoacoustic transmitters for ultrasound generation. Especially, nanostructured absorbers are attractive due to high optical absorption and efficient thermoacoustic energy conversion: for example, 2-dimensional (2-D) gold nanostructure array, synthetic gold nanoparticles, carbon nanotubes (CNTs), and reduced graphene oxides. Among them, CNT has been used to fabricate a composite film with polydimethylsiloxane (PDMS) that exhibits excellent photoacoustic conversion performance for high-frequency, high-amplitude ultrasound generation. Previously, CNT-PDMS nanocomposite films were made by using a high-temperature chemical vapor deposition (HTCVD) process for CNT growth. However, this approach is not suitable to fabricate large-area CNT films (>several cm2). This is because a chamber dimension of HTCVD is limited and also the process often causes nonuniform CNT growth when the film area increases. As an alternative approach, a solution-based process can be used to overcome these issues. We develop PDMS composite transmitters, based on the solution process, using several nanostructured light-absorbers such as CNTs, nanoink powders, and imprinted regular arrays of gold nanostructure. We compare fabrication processes of each composite transmitters and photoacoustic output performance.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제11권1호
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• pp.68-83
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• 2020

A fast and simple method for synthesis of Cu_xO-ZnO/PPy/RGO nanocomposite by electrochemical manner have been reported in this paper. For testing the utility of this nanocomposite we modified a GCE with the nanocomposite to yield a sensor for simultaneous determination of four analytes namely ascorbic acid (AA), dopamine (DA), uric acid (UA), and folic acid (FA). Cyclic voltammetry (CV) and Differential pulse voltammetry (DPV) selected for the study. The modified electrode cause to enhance electron transfer rate so overcome to overlapping their peaks and consequently having the ability to the simultaneous determination of AA, DA, UA, and FA. To synthesis confirmation of the nanocomposite, Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), Raman spectroscopy, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were applied. The linearity ranges were 0.07-485 μM, 0.05-430 μM, 0.02-250 μM and 0.022-180 μM for AA, DA, UA, and FA respectively and the detection limits were 22 nM, 10 nM, 5 nM and 6 nM for AA, DA, UA, and FA respectively Also, the obtained electrode can be used for the determination of the AA, DA, UA, and FA in human blood, and human urine real samples.

• Carbon letters
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• 제8권2호
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• pp.127-133
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• 2007

In this study, commercially available pitch-based carbon fibers of general grade were post-heat-treated using a boxtype high temperature furnace at $1800^{\circ}C$, $2000^{\circ}$, $2200^{\circ}C$, and $2400^{\circ}C$, respectively. The fundamental characteristics of each heat-treated carbon fibers were investigated in terms of chemical composition, morphology, thermal stability, X-ray diffraction, single filament tensile test, and electrical resistivity. The result showed that the fiber properties were significantly influenced by the post-heat-treatment, indicating the greater effect with increasing treatment temperature. The carbon contents, thermal stability, and tensile properties of the carbon fibers used here were further increased by the post-heat-treatment, whereas the d-spacing between graphene layers and the electrical resistivity were reduced with increasing post-heat-treatment temperature.

• Journal of Industrial and Engineering Chemistry
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• 제68권
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• pp.293-300
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• 2018

Reduced graphene oxide (rGO) nanosheets were patterned with poly[benzodithiophene-bis(decyltetradecyl-thien) naphthothiadiazole] (PBDT-DTNT) and poly[bis(triiso-propylsilylethynyl) benzodithiophene-bis(decyltetradecyl-thien) naphthobisthiadiazole] (PBDT-TIPS-DTNT-DT) and used in photovoltaics. Conductive patternings changed via surface modification of rGO; because polymers encountered a high hindrance while assembling onto grafted rGO. The best records were detected in indium tin oxide (ITO):poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS):PBDTDTNT/rGO:PBDT-DTNT:LiF:Al devices, i.e., short current density $(J_{sc})=11.18mA/cm^2$, open circuit voltage $(V_{oc})=0.67V$, fill factor (FF) = 62% and power conversion efficiency (PCE) = 4.64%. PCE increased 2.31 folds after incorporation of PBDT-DTNT into thin films. Larger polymer assemblies on bared-rGO nanosheets resulted in greater phase separations.

• Nano
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• 제13권11호
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• pp.1850135.1-1850135.8
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• 2018

A one-step high-temperature solvothermal approach to the synthesis of monolayer or bilayer $MoS_2$ anchored onto reduced graphene oxide (RGO) sheet (denoted as $MoS_2/RGO$) is described. It was found that single-layered or double-layered $MoS_2$ were synthesized directly without an extra exfoliation step and well dispersed on the surface of crumpled RGO sheets with random orientation. The prepared $MoS_2/RGO$ composites delivered a high reversible capacity of $900mAhg^{-1}$ after 200 cycles at a current density of $200mAg^{-1}$ as well as good rate capability as anode active material for lithium ion batteries. This one-step high-temperature hydrothermal strategy provides a simple, cost-effective and eco-friendly way to the fabrication of exfoliated $MoS_2$ layers deposited onto RGO sheets.