• 공업화학
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• 제8권2호
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• pp.262-266
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• 1997

실리카 표면 수산기를 나타내는 분자모델에 대해 CNDO/2계산을 수행하여 Wiberg결합차수, 전체에너지, LUMO에너지, 쌍극자모멘트 및 형식전하를 얻었다. 제안된 모델들의 Br${\ddot{o}}$nsted산성도는 Wiberg결합차수를 이용하여 서술하였다. 계산된 결합차수값들은 수소결합에 따라 큰 차이를 나타내었다. 그러나 실리카 표면수산기의 Lewis산성도는 수산기의 구조와 무관하였다.

• 공업화학
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• 제9권3호
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• pp.361-363
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• 1998

Faujasite 표면 수산기를 나타내는 cluster 모델의 전체에너지, 쌍극자모멘트, Wiberg결합차수 및 형식전하를 CNDO/2법을 이용하여 계산하였다. 이에 관한 양자화학적 고찰은 faujasite 표면 수산기의 산세기가 그 기하학적 구조와 Si/Al비에 의존되어 있음을 보여준다. B산성의 세기는 가교형 수산기가 독립형 수산기에 비해 컸었다. 모델분자들의 구조적 안정성은 Si/Al비가 클수록 증가하였다.

• 한국광물학회지
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• 제29권4호
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• pp.209-220
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• 2016

점토광물은 대기부터 지하수에 이르는 크리티컬존(critical zone) 영역에서 금속과 탄소 순환을 결정짓는 역할을 한다. 계산광물학 연구방법 중에 하나인 분자동역학(molecular dynamics) 시뮬레이션은 지구물질을 원자단위로 계산하기 때문에, 점토광물의 물리화학적 현상들에 대해 원자수준의 자세한 정보를 제공할 수 있다. 이번 연구에서는 clayFF 힘 장(force field)을 사용한 분자동역학 시뮬레이션을 이팔면체 점토광물인 깁사이트(gibbsite, $Al(OH)_3$), 카올리나이트(kaolinite, $Al_2Si_2O_5(OH)_4$), 파이로필라이트(pyrophyllite, $Al_2Si_4O_{10}(OH)_2$)에 적용하여 300 K, 1기압조건에서 각 광물이 가지는 격자상수와 원자간 거리를 계산하고 실험결과와 비교하였다. 더불어 수산기의 방향성 및 수소결합의 양상 그리고 파워스펙트럼(power spectrum)을 추가적으로 계산하였다. 계산 결과, 격자상수는 기존의 실험결과와 약 0.1~3.7% 미만의 오차율을 보였으며, 원자간 거리는 실험결과와 약 5% 미만의 차이를 가졌다. 깁사이트나 카올리나이트의 팔면체층 표면에 존재하는 수산기가 가지는 신축진동파수(stretching vibrational wavenumber)는 실험값 보다 약 $200-300cm^{-1}$ 높게 계산되었지만, 팔면체층 표면에 존재하는 수산기들의 상대적 크기의 경향은 기존 실험 결과와 일치하였다. 팔면체층 표면의 수산기가 (001)면과 이루는 각도도 기존 실험결과와 상당부분 일치한 반면에 내부 수산기의 경우는 다소 차이를 보였다. ClayFF를 사용한 분자동역학 시뮬레이션 연구 방법은 이팔면체 점토광물 표면 내(층간) 금속이온 흡착에 대한 수산기의 역할을 규명하는데 유용한 연구방법이 될 수 있음을 시사한다.

• 분석과학
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• 제8권4호
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• pp.583-590
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• 1995

Pitch-based mesophase carbon fibers prepared at different temperatures were heat-treated at temperatures lower than those of the preparation and the electrochemical Li doping/undoping characteristics were evaluated in relation to the data of IR, mass, etc. Presence of surface hydroxyls were confirmed by FTIR for lower temperature sample which showed poor anode characteristics. Upon oxidative heating, removal of surface hydroxyls took place, resulting in a remarkable improvement of the electrode characteristics. At the same time, surface roughening took place, which was confirmed by SEM and double layer capacity measurements. In situ mass spectra obesrved during the heat-treatments showed gas evolution of $H_2O$, CO, $CO_2$, $C_2H_4$, and/or $H_2$ depending on the conditions. These data together with those of weight loss and conductivity provided us a valuable information in regard to the evaluation of the electrochemical characteristics.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제8권2호
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• pp.55-58
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• 2009

Density functional theory was used to investigate the adsorption and reaction of $HfCl_4$ with two hydroxyls on Si (001)-$2{\times}1$ surface in atomic layer deposition (ALD) process. We prepared a reasonable Si substrate which consisted of six inter-dimer dissociated $H_2O$ molecules and two intra-dimer dissociated $H_2O$ molecules. The $HfCl_4$must react with two hydroxyls to be a bulk-like structure. When $HfCl_4$ was adsorbed on a hydroxyl, there was energy benefit of -0.55 eV. Though there was energy loss for $HfCl_4$ to react with H of hydroxyl, thermal energy of ALD chamber would be enough to pass the energy barriers. There were five reaction pathways for $HfCl_4$ to react with two hydroxyls; inter-dimer, intra-dimer, cross-dimer, inter-row, and cross-row. Inter-row, inter-dimer and intra-dimer were relatively favorable among the five reaction pathways based on the energy difference. The electron densities between O and Hf in these three reactions were higher than the others and they had shorter Hf-O and O-O bond lengths than the other two reaction pathways.

• Elastomers and Composites
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• 제37권4호
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• pp.258-264
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• 2002

본 연구에서는 열처리에 의한 실리카의 표면특성과 실리카/폴리우레탄 복합재료의 기계적 계면물성에 대하여 고찰하였다. 열처리에 의한 실리카의 표면특성은 Fourier Transform-IR(FT-IR), Solid-state 29Si NMR spectroscopy, 그리고 접촉각을 통하여 알아보았으며 실리카/폴리우레탄 복합재료의 기계적 계면물성은 인열에너지 (GIIIC)를 측정하여 관찰하였다. 본 실험결과, 열처리 온도가 증가함에 따라 실리카의 Si-OH가 축합하여 Si-O-Si를 형성하고 표면자유에너지의 비극성 요소가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로부터, 증가된 실리카의 표면자유에너지의 비극성요소는 폴리우레탄 내에 실리카의 분산성을 향상시켜 결과적으로 실리카/폴리우레탄 복합재료의 기계적 계면물성인 인열에너지가 증가된 것으로 사료된다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제12권2호
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• pp.143-148
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• 1991

In the unhydrated and hydrated states, conformational free energies of L-ascorbic acid anion (AAA) were computed with an empirical potential function and the hydration shell model (a program CONBIO). The conformational energy was minimized from possible starting conformations expressed with five torsion angles of the molecule. The conformational entropy of each low energy conformation in both states was computed using a harmonic approximation. As found in L-ascorbic acid (AA), intramolecular hydrogen bonds (HBs) are proved to be of significant importance in stabilizing the overall conformations of AAA in both states, and give the folded conformations, which are quite different from those in crystal. There are competitions between HBs and hydration around O3 atom of the lactone ring and hydroxyls of the acyclic side chain. Especially, the whole conformation of AAA is strongly dependent on the water-accessibility of O3 atom. Though there is a significant effect of the hydration on conformational surface, the lowest energy conformation of the unhydrated AAA is conserved. The different patterns of HBs and hydration result in the conformations of AAA in both states being different from those of AA. It can be drawn by several feasible conformations obtained in the hydrated state that there exists an ensemble of several conformations in aqueous solution.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.78-78
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• 2013

Recently, many platinoid metals like platinum and ruthenium have been used as an electrode of microelectronic devices because of their low resistivity and high work-function. However the material cost of Ru is very expensive and it usually takes long initial nucleation time on SiO2 during chemical deposition. Therefore many researchers have focused on how to enhance the initial growth rate on SiO2 surface. There are two methods to deposit Ru film with atomic layer deposition (ALD); the one is thermal ALD using dilute oxygen gas as a reactant, and the other is plasma enhanced ALD (PEALD) using NH3 plasma as a reactant. Generally, the film roughness of Ru film deposited by PEALD is smoother than that deposited by thermal ALD. However, the plasma is not favorable in the application of high aspect ratio structure. In this study, we used a bis(ethylcyclopentadienyl)ruthenium [Ru(EtCp)2] as a metal organic precursor for both thermal and plasma enhanced ALDs. In order to reduce initial nucleation time, we use several methods such as Ar plasma pre-treatment for PEALD and usage of sacrificial RuO2 under layer for thermal ALD. In case of PEALD, some of surface hydroxyls were removed from SiO2 substrate during the Ar plasma treatment. And relatively high surface nitrogen concentration after first NH3 plasma exposure step in ALD process was observed with in-situ Auger electron spectroscopy (AES). This means that surface amine filled the hydroxyl removed sites by the NH3 plasma. Surface amine played a role as a reduction site but not a nucleation site. Therefore, the precursor reduction was enhanced but the adhesion property was degraded. In case of thermal ALD, a Ru film was deposited from Ru precursors on the surface of RuO2 and the RuO2 film was reduced from RuO2/SiO2 interface to Ru during the deposition. The reduction process was controlled by oxygen partial pressure in ambient. Under high oxygen partial pressure, RuO2 was deposited on RuO2/SiO2, and under medium oxygen partial pressure, RuO2 was partially reduced and oxygen concentration in RuO2 film was decreased. Under low oxygen partial pressure, finally RuO2 was disappeared and about 3% of oxygen was remained. Usually rough surface was observed with longer initial nucleation time. However, the Ru deposited with reduction of RuO2 exhibits smooth surface and was deposited quickly because the sacrificial RuO2 has no initial nucleation time on SiO2 and played a role as a buffer layer between Ru and SiO2.

• 한국광물학회지
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• 제30권4호
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• pp.161-172
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• 2017

점토광물은 지하수 바닥부터 산림에 이르는 지구의 얇은 표면에 해당하는 '크리티컬존(critical zone)'에 존재하는 금속원소의 지구화학적 순환에 중요한 역할을 한다. 입자 크기가 매우 작은 점토광물에 대한 원자 수준(atomistic scale)의 연구는 지구화학적 순환 과정에 대한 정확한 기작(mechanism)을 규명할 수 있을 뿐만 아니라 재료개발과 같은 산업분야에도 응용될 수 있다. 원자 간의 페어 퍼텐셜(pair potential)을 파라미터화한 힘 장(force field)을 사용하는 분자동역학(molecular dynamics) 컴퓨터 시뮬레이션은 원자 수준의 정보를 제공할 수 있기 때문에 실험과 함께 점토광물의 결정구조와 반응도 연구에 사용된다. 점토광물 시뮬레이션을 위한 힘 장으로는 이팔면체(dioctahedral) 광물을 기반으로 만들어진 ClayFF 힘 장이 보편적으로 사용된다. 삼팔면체(trioctahedral) 광물 시뮬레이션에도 ClayFF를 사용하는 연구가 보고되고 있으나, 같은 광물을 계산하더라도 각 연구마다 다른 파라미터 값을 사용하고 있기 때문에 파리미터 선택이 시뮬레이션의 정확도에 어떤 영향을 미치는지 체계적인 테스트가 필요하다. 이번 연구에서는 삼팔면체 광물인 수활석, 리자다이트, 활석을 대상으로 팔면체 마그네슘(Mg)의 원자간 페어 퍼텐셜을 나타내는 파라미터 'mgo'와 'mgh'를 각각 사용하여 분자동역학 시뮬레이션 계산결과를 비교하였다. 격자상수, 원자 간의 거리 등 삼팔면체 점토광물의 결정구조는 주어진 두 가지 파라미터에 관계없이 거의 일정한 결과를 보여주었지만, 진동 파워 스펙트럼(vibrational power spectrum)으로 계산한 수산기의 진동수는 파라미터에 따라 상대적으로 뚜렷한 차이를 보였다.

• 한국광물학회지
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• 제25권4호
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• pp.271-282
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• 2012

비정질 실리카겔은 Si와 O로 이루어진 가장 간단한 화합물로서, 표면에 다양한 구조의 물과 수산기, 그리고 합성과정에서 형성된 유기 리간드(ligand)를 함유하고 있어, 지권, 수권, 그리고 생물권의 상호작용을 이해하는 모델 시스템으로서 의미를 갖는다. 본 연구에서는 $^{17}O$ NMR 분광분석을 통해 비정질 실리카겔의 Si-O-Si와 Si-OH 산소 원자환경의 차이를 규명하고자 하였다. 이를 위해 $SiCl_4$의 수화반응을 통해 $^{17}O$이 집적된 비정질 실리카겔을 합성하였다. $^1H$과 $^{29}Si$ NMR 분광분석 결과, 비정질 실리카겔 표면에는 다양한 수소결합 세기를 가진 물과 수산기 이외에, Si-$O{\cdots}R$ 형태의 유기 리간드가 존재함을 확인하였다. 이와 같은 유기 리간드는 에탄올 또는 증류수를 이용해 비정질 실리카겔을 초음파 세척함으로써 상당부분 제거 가능하다. $^{17}O$ NMR 분광분석 결과, 짧은 펄스 길이($0.175{\mu}s$)를 이용한 $^{17}O$ NMR 스펙트럼에서 Si-O-Si와 Si-OH 산소원자 환경이 거의 구분되지 않고 나타나는 반면, 특정 실험조건($2{\mu}s$ 펄스길이)의 $^{17}O$ NMR 스펙트럼에서는 약 0 ppm에서 빠른 동역학적 특성을 가지는 Si-OH로 추정되는 피크가 관찰되었다. 이 피크는 비정질 실리카겔 표면의 유기 리간드가 제거됨에 따라 더 뚜렷하게 관찰되며, 이는 유기 리간드와 비정질 실리카의 산소원자 사이의 상호작용이 존재함을 지시한다. 이와 같은 상호작용은 비정질 실리카겔 표면의 수산기의 원자구조에 대한 정보를 제공하며, 이를 통해 규산염 지구물질의 탈수반응 기작에 대한 이해를 고양시킬 수 있다. 따라서 궁극적으로 지구물질의 탈수반응에 기인하여 일어나는 섭입대의 중간깊이(약 70~300 km)에서 일어나는 지진의 미시적인 원인에 대한 실마리를 제시할 것으로 기대된다.