Journal of Adhesion and Interface (접착 및 계면)

The Society of Adhesion and Interface, Korea (한국접착및계면학회)
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A Comparative Study on Synthesis and Characteristics of LiDAR-detectable Black Hollow-Structured Materials Using Various Reduction Methods

다양한 환원법을 활용한 라이다 인지형 검은색 중공구조 물질의 제조 및 특성 비교 연구

  • Dahee Kang (Department of Chemical and Biological Engineering, Hanbat National University) ;
  • Minki Sa (Department of Chemical and Biological Engineering, Hanbat National University) ;
  • Jiwon Kim (Department of Chemical and Biological Engineering, Hanbat National University) ;
  • Suk Jekal (Department of Chemical and Biological Engineering, Hanbat National University) ;
  • Jisu Lim (Department of Intelligent Nano Semiconductor, Hanbat National University) ;
  • Gyu-Sik Park (Department of Intelligent Nano Semiconductor, Hanbat National University) ;
  • Yoonho Ra (Department of Chemical and Biological Engineering, Hanbat National University) ;
  • Shin Hyuk Kim (Department of Chemical and Biological Engineering, Hanbat National University)
  • 강다희 (한밭대학교 화학생명공학과) ;
  • 사민기 (한밭대학교 화학생명공학과) ;
  • 김지원 (한밭대학교 화학생명공학과) ;
  • 제갈석 (한밭대학교 화학생명공학과) ;
  • 임지수 (한밭대학교 지능형나노반도체학과) ;
  • 박규식 (한밭대학교 지능형나노반도체학과) ;
  • 라윤호 (한밭대학교 화학생명공학과) ;
  • 김신혁 (한밭대학교 화학생명공학과)
  • Received : 2024.04.29
  • Accepted : 2024.05.23
  • Published : 2024.06.30
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Abstract

In this study, LiDAR-detectable black hollow-structured materials are synthesized using different reducing agents to evaluate their applicability to LiDAR sensor. Initially, white SiO2/TiO2 core/shell (WST) materials are fabricated via a sol-gel method, followed by a reduction using ascorbic acid (AA) and sodium borohydride (SB). After the reduction, subsequent etching of the SiO2 core leads to the formation of two different black hollow-structured materials (AA-BHT and SB-BHT). The lightness (L*) and near-infrared (NIR) reflectance (R%) of AA-BHT are measured as ca. 19.1 and 34.5 R%, and SB-BHT shows values of ca. 11.5 and 31.8 R%, respectively. While AA-BHT exhibits higher NIR reflectance compared to SB-BHT, it displays slightly lower blackness. Compared with core/shell structured materials, improved NIR reflectance of both AA-BHT and SB-BHT is attributed to the morphology of hollow- structured materials, which increase light reflection at the interface between air and black TiO2 according to the Fresnel's reflection principle. Consequently, both AA-BHT and SB-BHT are effectively detected by the commercially available LiDAR sensors, validating their suitability as black materials for autonomous vehicle and environment.

본 연구에서는 서로 다른 환원제를 사용하여 라이다 센서에 인식 가능한 검은색 중 공구조 물질을 합성하고 라이다 인식률을 비교하였다. 먼저, 실리카/티타니아 코어/쉘(WST) 물질을 졸-겔법을 통해 제조한 후 아스코르브산(AA)과 수소화붕소나트륨(SB)을 사용하여 환원하였다. 이후, 실리카 코어를 제거하여 두 가지의 다른 검은색 중공구조(AA-BHT 및 SB-BHT) 물질을 제조하였다. AA-BHT의 명도(L*)와 NIR 반사율(R%)은 각각 약 19.1과 34.5 R%로 측정되었고, SB-BHT는 약 11.5와 31.8 R%로 검출되었다. AA-BHT는 SB-BHT에 비해 NIR 반사율이 높았으나 색상은 명도가 높은 검은색으로 나타났다. AA-BHT와 SB-BHT는 중공구조로 제조되어 코어/쉘 물질 대비 높은 근적외선 반사율을 나타냈으며, 이는 공기와 검은색 티타니아의 계면 사이에서 발생하는 프레넬의 반사 원리에 기인하였다. 본 연구 결과를 통해 두 물질 모두 다양한 환원법을 통해 성공적으로 검은색으로 제조되었으며, 상용화된 라이다 센서에 효과적으로 인지되어 미래의 자율주행차량용 검은색 물질로의 적합성을 나타내었다.

Keywords

References

  1. K. Balachander, C. Venkatesan, and R. Kumar, Int. J. Pervasive Comput. Commun., 17, 563 (2021). 
  2. N. Goberville, M. El-Yabroudi, M. Omwanas, J. Rojas, R. Meyer, Z. Asher, and I. Abdel-Qader, SAE Int. J. Adv. Curr. Pract. Mobil, 2, 2428 (2020). 
  3. C. Stone, M. Webster, J. Osborn, and I. A. Iqbal, Aust. For., 79, 271 (2016). 
  4. R. Ayala, and T. Khan Mohd, J. Auton. Veh. Sys., 1, 031003 (2021). 
  5. S. Royo, and M. Ballesta-Garcia, Appl. Sci., 9, 4093 (2019). 
  6. T. Shan, J. Wang, F. Chen, P. Szenher, and B. Englot, Robotics Auton. Syst., 134, 103 (2020). 
  7. S. Wu, G. K. Reddy, and D. Banerjee, Adv. Intell. Sys., 3, 2100049 (2021). 
  8. T. Sim, S. H. Bae, S. H. Yu, K.-Y. Baek, and S. Cho, Macromol. Res., 30, 342 (2022). 
  9. C. H. Bae, and K. Y. Jung, Ceram. Int., 50, 9177 (2024). 
  10. S. Jekal, Z. Otgonbayar, J. Noh, M. Sa, J. Kim, C.-G. Kim, Y.-R. Chu, H.-Y. Kim, S. Song, H. Choi, W.-C. Oh, and C.-M. Yoon, ACS Appl. Mater. Interfaces, 16, 19121 (2024). 
  11. D. Swiatczak, S. Belica-Pacha, A. Zawisza, A. Kisielewska, A. Swiatly-Blaszkiewicz, B. Kupcewicz, B. Bartosewicz, B. J. Jankiewicz, and M. Malecka, Int. J. Cosmet. Sci., 45, 315 (2023). 
  12. S. Horikoshi, and N. Serpone, Catal Today, 340, 334 (2020). 
  13. M. Naldoni, G. Altomare, N. Zoppellaro, Š. Liu, R. Kment, Zbořil, and P. Schmuki, ACS Catal., 9, 345 (2019). 
  14. L. Andronic, and A. Enesca, Front. Chem., 8, 565489 (2020). 
  15. V. C. Le, L. T. C. Dang, T. T. N. Le, K. H. Le, T. H. Nguyen, T. N. Ly, T. L. C. Pham, T. P. Mai, and H. H. Nguyen, Chem. Eng. Sci., 264, 118145 (2022). 
  16. D. Dastan, Appl. Phys. A, 123, 699 (2017). 
  17. S. Jekal, J. Kim, D.-H. Kim, J. Noh, M.-J. Kim, H.-Y. Kim, M.-S. Kim, W.-C. Oh, and C.-M. Yoon, Nanomaterials, 12, 3689 (2022). 
  18. R. Starke, and G. A. H. Schober, Optik, 157, 275 (2018). 
  19. Z. Otagonbayar, J. Kim, S. Jekal, C.-G. Kim, J. Noh, W.-C. Oh, and C.-M. Yoon, J. Colloid. Interf. Sci., 667, 663 (2024). 
  20. J. Lee, S. H. Hwang, J. Yun, and J. Jang, ACS Appl. Mater. Interfaces., 6, 15420 (2014). 
  21. Y.-R. Chu, S. Jekal, J. Kim, H.-Y. Kim, C.-G. Kim, M. Sa, H. S. Sim, and C.-M. Yoon, J. of KORRA., 31, 15 (2023). 
  22. G. Zhu, J. Xu, W. Zhao, and F. Huang, ACS Appl. Mater. Interfaces, 8, 31716 (2016). 
  23. A. Samy, M. Ismail, and H. Ali, Mater. Sci., 58, 1586 (2023). 
  24. D. Tsiourvas, A. Tsetsekou, M. Arkas, S. Diplas, and E. Mastrogianni, J. Mater. Sci. Mater. Med., 22, 85 (2011). 
  25. E. Janardhan, M. M. Reddy, P. V. Reddy, and M. J. Reddy, Int. J. Eng. Res. Appl., 8, 33 (2018). 
  26. C. Gautam, A. K. Yadav, and A. K. Singh, ISRN Ceramics, 2012, 17 (2012).