• Elastomers and Composites
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• v.46 no.1
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• pp.37-44
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• 2011

Effect of organo nanoclay (Cloisite 30B) on the polyesterification of adipic acid (AA) with diethylene glycol(DEG) was investigated with p-toluene sulfonic acid (p-TSA) (Br${\phi}$nsted acid) and butylchlorotin dihydroxide (Lewis acid) catalyst at 383 and 423 K. The initial [OH]/[COOH] molar ratio was two and the concentration of the catalysts in the reactants was 0.14 mol% based on the total reactants. The kinetics of the polyesterification was interpreted with the conversion data that was calculated from the acid values of the reactant-product mixture. The reaction rate of the polyesterification, which was catalyzed with p-TSA, exhibited the second-order dependency on AA concentration. When Butylchlorotin dihydroxide was used, the reaction rate revealed the first-order dependency on AA concentration. The activation energy of the reactions catalyzed with p-TSA and Butylchlorotin dihydroxide were calculated at 42.2 and 63.8 kJ/mol, respectively. Addition of 5 wt% Cloisite 30B to the reactant significantly diminished the activity of p-TSA, so the reaction rate decreased and the activation energy was calculated at 72.9 kJ/mol. Butylchlorotin dihydroxide catalyst maintained its activity regardless of the addition of Cloisite 30B to the reactant and the activation energy was calculated to 61.8 kJ/mol. Lewis acid catalyst, butylchlorotin dihydroxide, was more effective than Br${\phi}$nsted acid catalyst for the esterification of AA with DEG.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.34 no.6
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• pp.674-678
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• 2023

The effect of Pt was investigated to the catalytic methane decomposition of CH₄ to H₂ over Pt(1)-Fe(30)/MCM-41 and Fe(30)/MCM-41 using a fixed bed flow reactor under atmosphere. The Fe₂O₃ and Pt crystal phase behavior of fresh Pt(1)-Fe(30)/MCM-41 were obtained via XRD analysis. SEM, EDS analysis, and mapping were performed to show the uniformed distribution of nano particles such as Fe, Pt, Si, O on the catalyst surface. XPS results showed O^2-, O^- species and metal ions such as Pt⁰, Pt²⁺, Pt⁴⁺, Ft⁰, Fe²⁺, Fe³⁺ etc. When 1 wt% of Pt was added to Fe(30)/MCM-41, automic percentage of Fe2p increased from 13.39% to 16.14%, and Pt4f was 1.51%. The yield of hydrogen over Pt(1)-Fe(30)/MCM-41 was 3.2 times higher than Fe(30)/MCM-41. The spillover effect of H₂ from Pt to Fe increased the reduction of Fe particles and moderate interaction of Fe, Pt and MCM-41 increased the uniform dispersion of fine nanoparticles on the catalyst surface, and improved hydrogen yield.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.497-498
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• 2011

나노입자는 벌크 재료와는 다른 광학적, 전기적, 촉매적 특징 때문에 최근 많은 연구가 이루어지고 있다. 나노유체의 성질은 나노입자의 크기와 형상, 분산성등과 같은 여러 요인에 의해서 결정되어진다. 이러한 나노입자의 특징 때문에 여러 응용분야에서 활용되어지고 있다. 예를 들면, 일반 유체에 나노입자를 분산시키면, 열전도도와 대류열전달효과가 증대되어 진다. 이러한 나노유체의 제조법으로는 크게 두 가지로 분류되어 있다. 투스텝법은 환원법 혹은 기계적으로 제작한 나노입자를 일반 유체에 혼합시킨 후 분산을 시켜 제조하는 제조법이다. 원스텝법은 투스텝법과는 달리 한번에 나노유체를 제조하는 제조법이다. 일반 유체에서 나노유체를 제조함과 동시에 분산을 시켜서 제조한다. 최근, 유체내에서 나노유체를 제조함과 동시에 분산을 시켜 나노유체를 제조하는 새로운 기술인 유체 플라즈마법이 개발되었다. 하지만, 유체 플라즈마의 일반적인 거동과 해석이 명확하게 규명되지 않은 상태이다. 본 연구에서는 유체 플라즈마의 발생 메카니즘 규명을 위한 방전 시간, 전압, 단극 직류 전력, 극간거리에 따른 유체 플라즈마의 특징을 OES와 오실로스코프를 이용하여 측정하였다. 또한, 제조된 나노유체의 특징을 UV-vis nir spectropgotometer, HR-TEM, zeta-potential, EDS, ICP-OES, KD2 pro and lambda로 측정하였다. 유체 플라즈마를 각 조건에 따라 발생시켰고, 나노유체를 성공적으로 제조하였다. 유체 플라즈마의 주요 발생 원소는 산소와 수소이온으로 측정되었다. 유체 플라즈마의 강도는 전기에너지가 증가함에 따라서 증가함으로 측정되었다. 제조된 나노입자의 크기는 유체 플라즈마의 강도가 증가함에 따라서 감소하였고, 대부분의 나노입자의 형상은 구형으로 제조되었다. 나노유체의 분산안정성 또한 유체 플라즈마의 강도가 증가함에 따라서 증가하였다. 직경이 $18.1{\pm}5.0$ nm인 나노유체의 열전도도는 3%로 측정되었다. 유체 플라즈마에 의한 나노유체의 제조 메카니즘을 다음과 같이 제안한다. 유체내에서 전기에너지 인가에 따른 이온과 전자의 흐름은 유체 플라즈마를 발생시킨다. 기본 유체는 물이므로 유체 플라즈마의 주요 발생 원소는 수소와 산소이며, 인가되는 전기에너지량이 증가함에 따라서 이온과 전자의 흐름이 증가됨으로서 유체 플라즈마의 강도가 증가함으로 추측한다. 유체 플라즈마 발생은 전자의 흐름과 관계되어진다. 따라서, 유체내에 존재하는 전구체에 전자가 제공되어짐에 따라서 금 입자를 환원시켜 입자가 형성된다. 또한, 유체 플라즈마는 나노입자를 음전하로 대전시켜 분산안정성의 확보가 되는 것으로 추측되어진다.

• Proceedings of the Korean Fiber Society Conference
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• 2007.11a
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• pp.475-476
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• 2007

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.594-594
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• 2013

금속이 첨가된 타이타니아 물질은 밴드갭이 감소해 자외선보다 파장이 긴 가시광 영역에서도 광촉매 반응을 나타낸다. 바나듐이 도핑된 타이타니아를 sol-gel법으로 제조하여 가시광과 자외선 환경에서 methylene blue의 감소량을 측정해 촉매특성평가를 하였다. 기존 상용 타이타니아(Degussa, P25)를 대조군으로 특성을 평가한 결과 가시광 영역에서 초기 반응 속도가 3배 이상 빨라짐을 확인하였다. UV-vis를 사용해 optical band gap을 측정한 결과 밴드갭이 감소함을 확인할 수 있었다. 도핑이 끝난 타이타니아 전구체 물질을 AAO template 위에 코팅한 후 sodium hydroxide로 template을 제거 후 나노그물을 제작하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.274-274
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• 2010

최근 들어 나노선을 이용한 pn 접합 소자 연구 결과가 매우 활발하게 보고되고 있다. 그러나, 서로 다른 두 종류의 나노선으로 pn 접합 어레이 구조의 소자를 제작할 때, 나노선을 원하는 위치에 정렬하는 기술상의 어려움이 큰 걸림돌이 된다. 본 연구에서는 p-CNT와 n-$SnO_2$ 나노선을 이용한 pn 접합 어레이 구조를 제작할 수 있는 독창적인 공정기술을 제안한다. 먼저 $SiO_2$가 300 nm 성장된 Si 기판을 선택적으로 패터닝하여 BOE (6:1) 용액으로 $SiO_2$ 층을 80 nm 정도 선택적으로 에칭한 후, 선택적으로 에칭된 표면에 슬라이딩 장비를 이용하여 화학기상증착법(chemical vapor deposition: CVD)으로 성장된 n-$SnO_2$ 나노선을 전이시킨다. 그 다음 thermal tape를 이용하여 CVD 법으로 성장된 랜덤 네트워크 형태의 CNT를 $SnO_2$ 나노선이 전이된 기판 위에 전이 시킨다. 이때 성장된 CNT 필름 중 금속성 나노선을 통한 전하 이동을 감소시키기 위해, 촉매로 사용되는 페리틴의 농도를 낮춰서 전체적인 CNT의 농도를 줄이는 방법을 이용하였다. 따라서, 성장된 CNT 필름은 별도의 후처리 없이 p-형의 반도체성을 보였다. 제작된 pn-소자는 정류비가 ~103 인 정류특성을 보였으며, 254 nm 파장의 UV lamp를 조사하여 광전류가 발생하는 것을 확인하였다. 연구결과는 이종의 나노선 접합에 의한 다이오드 응용과 UV 센서응용 가능성을 보여준다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.470.1-470.1
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• 2014

InAs는 high mobility를 갖는 III-V 화합물 반도체로 최근 InAs 나노선 기반 electronic transport에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, InAs는 n-type의 중온 영역대의 열전물질로서 나노선이나 나노박막과 같은 저 차원 구조의 열전 특성에 대한 보고가 이루어 지고 있다. 대부분의 InAs 나노선의 성장 방법은 화학기상증착법에 의한 것으로, 상온에서 $100{\mu}V/K$ 이하의 낮은 Seebeck 계수 값을 나타내고 있다. 본 연구는 무촉매 상태에서 MBE (Molecular beam epitaxy) 성장시킨 InAs 나노선의 열전 특성을 측정하였다. MTMP (Microfabricated Thermoelectric measurement platform)를 이용하여 50 K에서 300 K까지의 온도 영역에서 전기전도도, Seebeck 계수의 측정을 진행하였다. 그 결과 Seebeck 계수 값은 상온에서 대략 $200{\mu}V/K$로 높게 나타나고 있으며, 동일한 나노선의 상온 전기전도도는 대략 9800 S/m로 많은 보고들과 비슷한 수준의 수치가 나타나고 있다. Transconductance 측정을 통한 field-effect mobility와 carrier 농도를 평가한 결과가 Mott formula에서 계산된 carrier 농도와 유사한 결과를 나타내었다. 매우 큰 Seebeck 는 carrier 농도가 낮은 것에 기인한 것으로 판단된다.

• Transactions of the KSME C: Technology and Education
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• v.5 no.1
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• pp.69-77
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• 2017

Nanotechnology, along with Information Technology (IT) and Bio-technology (BT), has been regarded as a core area that will drive technological revolution of $21^{st}$ century. South Korea and other countries with advanced scientific and technological research programs are investing heavily in the field, and among its various aspects, nanomaterial industry is considered to be at the heart of this global competition. In this review, we look at nanomaterials industry from the perspective of mechanical engineering. Nanomaterials exhibit unique characteristics differing from those of micron, or sub-micron sized materials, and hence are potentially able to open up new opportunities. Specifically, environmental and biological sciences, energy, and catalysis are areas that are expected to benefit from these developments.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.613-613
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• 2013

그래핀은 저차원계 구조에서 기인하는 뛰어난 전기적, 물리적, 기계적 성질을 지니고 있어 실리콘 기반 기술을 대체할 전계 효과 트랜지스터 이외에도 투명전극, 초고용량 커패시터, 전계방출 디스플레이 등 다양한 응용분야에 적용 가능하다. 최근에는 이러한 응용 연구분야에서 그래핀과 탄소나노튜브 각각의 단점을 최소화하고 장점을 극대화하기 위한 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조에 대한 연구들이 진행되고 있는 추세이다. 이전 연구들에서 환원된 그래핀 산화물(Reduced Graphene Oxide, RGO)을 이용한 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조가 제작되었는데, 이는 RGO의 제작과정에서 복잡한 공정과 긴 합성과정이 요구될 뿐 아니라, 복합 물질에서 탄소나노튜브의 밀도 제어가 어렵다는 단점을 지닌다. 또한 현재까지 제작된 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조의 경우, 열 화학기상증착법으로 합성된 다층(few-layers)의 그래핀과 탄소나노튜브 혼성 나노구조를 제작하였다 [1-6]. 본 연구에서는 우수한 전기적 특성을 가진 단층(monolayer)의 그래핀을 열 화학기상증착법으로 합성한 후, 그래핀 위에 단일벽 탄소나노튜브를 성장시킴으로써 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조를 제작하였다. 합성된 그래핀-탄소나노튜브의 구조적 특징은 주사 전자 현미경과 라만 분광기 측정을 통해 확인하였고, 촉매의 표면 형상 및 화학적 상태는 원자힘 현미경과 X선 광전자 분광법을 통해 확인하였다. 또한 그래핀 기반의 전계 효과 트랜지스터의 경우, 상온에서 그래핀은 우수한 전하 이동도를 가지며 웨이퍼 스케일에서 제작하기 쉬우나 밴드 갭이 없으므로 높은 Ion/Ioff를 가지는 그래핀 기반의 트랜지스터를 만드는 것이 과제이다. 반면 탄소나노튜브는 큰 에너지 갭을 가지고 있으므로 높은 Ion/Ioff를 구현하는 소자 제작이 가능하다. 그리하여 제작된 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조의 소자 제작을 통해 전기적 특성을 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.96-96
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• 2016

나노섬유(nanofiber), 나노선(nanowire), 그리고 나노튜브(nanotube)와 같은 1차원 구조의(one-dimensional structure) 나노재료는 벌크(bulk) 및 박막(film) 재료와는 다르게 물리적, 화학적으로 특이한 성질을 가지고 있으며, 이러한 성질은 나노재료의 구조, 형상, 크기 등에 큰 영향을 받는다. 첫 째, 전기방사(electrospinning) 공정을 이용한 나노섬유의 합성; 용액의 특성, 전기장 세기, 방사시간 등의 변수를 조절하게 되면 방출되는 재료의 형상을 입자 혹은 섬유상의 형태로 얻을 수 있으며, 전기방사를 통해 합성된 나노재료의 소결 온도 및 시간을 달리함으로써 나노입자의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 템플레이트 합성법(template synthesis) 및 이중노즐(coaxial nozzle)을 이용해 속이 빈 형태인 중공(hollow) 구조의 나노섬유를 얻을 수 있으며, 전기방사에 사용되는 전구물질에 원하는 금속 및 산화물을 첨가함으로써 복합체(composite) 나노섬유를 얻을 수 있다. 둘 째, VLS(Vapor-Liquid-Solid) 공정을 이용한 나노선의 성장; 온도, 압력, 전구물질의 양, 그리고 시간 등의 변수를 조절하게 되면 원하는 직경 및 길이를 갖는 나노선을 성장시킬 수 있다. 그리고 ALD(Atomic Layer Deposition)를 이용해 나노선에 추가적인 층을 형성함으로써 코어-셀 구조를 형성할 수 있으며, 감마선, UV와 같은 공정을 이용해 귀금속 촉매를 나노선에 기능화 시킬 수도 있다. 코어-셀 구조를 갖는 나노선/나노섬유는 코어 혹은 셀 층의 전자나 홀의 이동을 유발하여 전자공핍층(electron depletion layer) 또는 정공축적층(hole accumulation layer)을 확대 및 축소시켜 센서의 초기저항을 증가시키거나 감소시키는 역할로써 이용되고 있으며, 특히, 셀 층의 두께가 셀 층 재료의 Debye length와 유사한 크기를 갖게 되면, 셀 층은 완전공핍층(fully depleted layer)을 형성해 최대의 감도를 나타낼 수 있다. 본 연구에서는 다양한 제조 공정을 통해 제작될 수 있는 1차원 나노-구조물을 가스센서에 적용하는 사례들을 소개하고, 이러한 가스센서의 감응성능을 향상시키기 위한 방법의 한 가지로 원자층증착법으로 나노선/나노섬유의 표면에 셀층을 형성하여 감응성 향상 메커니즘 및 관련 주요 변수들을 조사하고자 한다.