• Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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• 1998.11a
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• pp.52-56
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• 1998

최근 들어 국외에서는 오염된 지하수의 정화기술로써 0가 금속을 이용한 방법이 높은 잠재력을 가진 신기술로 알려져 있다. 본 연구에서는 0가 금속중 나노크기(1-100nm)를 가진 0가 철입자를 이용하여 수중의 NO$_3$￣를 탈질처리하는 실험을 행하였다. 본 실험에서 제조한 나노크기 0가 철입자는 상온상압의 환원적 조건에서 50, 100, 200, 400mg/$\ell$의 NO$_3$￣와 반응하여 반응시간 30분안에 95%이상 제거되는 높은 반응성을 보여주었다. 기존의 상업용 철입자(10-100$\mu\textrm{m}$)를 이용한 NO$_3$￣의 제거결과에서 보여주는 다량의 철사용, 낮은 적용 오염농도, 그리고 낮은 반응속도등의 문제점에 비하여 나노크기 철 입자는 높은 오염농도범위에서도 적은 철 주입량과 짧은 반응시간 내에 매우 높은 제거효율(10-100배)을 나타내었다. 이러한 결과로 수중의 NO$_3$￣의 고속 탈질반응속도에 영향을 주는 중요한 변수는 반응에 참여하는 철 입자의 비표면적임을 알 수 있었다. 본 연구에서 얻은 batch실험 결과를 바탕으로 NO$_3$￣로 오염된 지하수의 정화를 위한 현장 적용을 목표로 연속처리 공정의 설계를 위한 토대를 마련하고자 하였다.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2015.03a
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• pp.156-162
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• 2015

나노입자의 특성과 기능은 bulk 물질과 달리, 나노 입자를 이루는 원소의 종류 뿐만아니라 크기와 모양에도 밀접한 연관이 있다. 이를 계산화학적으로 예측할 수 있다면 나노입자의 합성과 응용에 큰 도움이 될 것이다. 본 연구에서는 일정한 크기의 은 나노입자의 구조를 계산한 뒤, 바깥쪽의 두 원자 층을 무작위로 섞은 뒤 다시 구조최적화 계산을 거쳐 다양한 나노입자들의 구조를 찾았다. 이렇게 구해진 구조들의 에너지를 계산하고 원자를 하나 떼어낼 때의 에너지를 계산하여 응집 에너지를 구해 경향성을 분석해 보았다. 더 나아가, 나노입자를 이루는 각 원자 층의 개수가 하나 더 커질 때 필요한 에너지를 계산하여, 원자 하나당 평균을 내어 분석해보았다. 본 연구에서는 병렬화 된 밀도범함수이론 계산 프로그램을 이용해 100개가 넘는 입자의 계산이 가능하다는 것을 확인했고, 은 나노입자의 크기가 증가함에 따라 원자 하나가 추가되는 경우와, 원자 층 하나가 추가되는 경우의 그래프를 보고 경향성을 분석하였다. 이는 다른 화학적 환경에 있는 은 원자의 에너지를 계산하여 각각의 환경에서의 은 나노 입자의 크기를 예측하는 계산하는 데 초석이 될 것이다.

• Journal of Soil and Groundwater Environment
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• v.13 no.6
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• pp.93-102
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• 2008

Experimental studies were conducted to characterize the synthesized nanoscale zero-valent iron (NZVI) which is resistant to oxidation in the atmospheric environment. XRD, XPS, and TEM analyses revealed that the oxidation-resistant NZVI particles formed under various controlled air contact conditions (4, 8 and 12 mL/min) have shells with ${\sim}$5 nm thickness. The shells consist of magnetite (${Fe_3}{O_4}$) and maghemite (${\gamma}-{Fe_2}{O_3}$), predominantly. No substantial differences were found in the shell components and thickness among NZVI particles formed under the various air flow rates. On the other hand, shell was not detected in the TEM image of rapidly oxidized NZVI particles. NZVI particles synthesized under the various air flow rates showed similar TCE degradation performances ($k_{obs}$= 0.111, 0.102, and 0.086 $hr^{-1}$), which are equivalent to approximately 80% of those obtained by the fresh NZVI particles. TCE degradation efficiencies of the NZVI particles(fresh, controlled air contact and rapidly oxidized) were improved after equilibrating with water for one day, indicating that depassivation of the shells occurred. The performances of NZVI particles decreased to 90% and 50% of those of the fresh NZVI particles, when they were equilibrated with the atmosphere for a week and two months, respectively. The NZVI particles synthesized under the controlled air contact would have advantages over traditional NZVI particles in terms of practical application into the site, because of their inertness toward atmospheric oxygen.

• Journal of the Korean Chemical Society
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• v.50 no.6
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• pp.440-446
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• 2006

ZnO nanoparticles were prepared by laser ablation of the ZnO powder dispersed in deionized water and surfactant solutions, and characterized using UV-VIS absorption spectroscopy, X-ray diffractometer and Transmission electron microscopy(TEM). ZnO nanoparticles produced show the pure ZnO crystal state without mixed state with Zn(OH)2 or Zn, and have the band gap energy of 3.35 eV, which is comparable to that of bulk ZnO. While ZnO nanoparticles prepared in SDS solution have the average diameter of 28nm with near spherical shape, those prepared in CTAB solution have the average size of 40 nm with mainly rod-like shape. ZnO colloidal solution of CTAB is more stable than that of SDS. These difference according to surfactants can be explained by difference of electrostatic interaction between surface charge of ZnO and surfactant molecules and by solvation effect in solution.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.75-75
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• 2010

단일벽 탄소나노튜브(SWNT)는 뛰어난 물리적 성질과 화학적 안정성을 가지고 있어서 다양한 분야의 응용이 기대되어 폭넓은 연구가 진행 되고 있다. 특히 SWNT의 전기적 및 기계적 특성들은 SWNT의 직경 및 뒤틀림도(chirality)에 의해 크게 좌우되기 때문에, 합성하는 단계에서 직경 또는 chirality를 제어에 관한 많은 이론적 연구가 진행되어 왔으며, 최근에는 초기 SWNT의 핵생성 단계에서의 촉매의 거동 및 상호 연관성 등에 관한 실험적인 연구결과들이 속속 보고되고 있는 실정이다. 하지만, 아직도 이에 관한 더욱 다양하고 활발한 연구 접근 및 결과들이 필요한 시점이다. 상기 배경을 바탕으로 본 연구에서는 균일한 직경을 갖는 SWNT의 합성을 위한 기초연구로서 SWNT의 직경과 촉매나노입자의 크기의 상호 연관성에 대해 체계적으로 조사하였다. 우선 SWNT합성을 위한 촉매나노입자를 얻기 위해 페리틴(ferritin)용액의 농도 및 스핀코팅 조건을 변화시킴으로써 기판 위에 분산농도를 제어한 후, 대기 열처리를 통하여 촉매나노입자의 농도를 제어하였다. 나노입자의 평균직경은 4 nm 정도로 비교적 균일하였으며, 고농도의 촉매입자는 SWNT의 다발화(bundling)를 유발하였다. 따라서, SWNT와 나노입자 직경의 상호연관성을 조사하기 위해서는 단분산(monodispersed) 된 나노입자를 이용하였으며, 아르곤 분위기에서 추가적으로 고온($900^{\circ}C$) 열처리를 실시함으로써 나노입자의 크기감소를 도모하였다. 실험결과, 열처리 시간의 증가에 따라 입자크기가 감소함을 확인하였으며, 이는 나노입자의 증발에 의한 것으로 예상된다. 다음으로는 열처리를 통하여 직경이 제어된 나노입자를 이용하여 SWNT를 합성한 후 SWNT와 촉매크기 사이의 크기 관계를 조사하였다. SWNT의 합성은 메탄을 원료가스로 열화학증기증착법을 이용하였고, 합성기판으로는 산화실리콘웨이퍼와 퀄츠기판을 이용하였다. 성장한 SWNT의 직경은 AFM을 이용하여 측정하였으며, 퀄츠기판에 수평배향 성장시킨 SWNT를 3차원 구조의 기판으로 전사(transfer)하여, 라만분석이 용이하도록 하였다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.119-122
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• 2011

분자동역학 전산모사를 통하여 에폭시에 다양한 반경의 구형 실리콘 카바이드를 삽입한 나노복합재를 모델링하고, 이들의 기계적 물성과 열적 물성 해석을 다양한 온도조건 하에서 수행하였다. 전산모사 결과 동일한 체적분율 하에서 나노복합재는 입자의 크기가 작아질수록 탄성계수와 전단계수가 상승하는 동시에 선팽창계수는 감소하는 입자의 크기효과를 보였다. 또한 온도 상승에 따른 기계적 물성의 하락이 잘 관찰되었다. 본 연구에서는 이러한 분자동역학 해석 결과를 바탕으로 다양한 온도조건 하에서의 입자의 크기효과를 고려한 멀티스케일 3상 모델을 제시하였다. 유리상 조건 범위에서 온도 변화에 따른 나노복합재 계면의 열응력텐서와 열변형률텐서의 정보를 통해 복합재 내에서 계면이 차지하는 부피비를 온도에 대한 함수로 고려하고, 이를 멀티스케일 모델에 반영함으로써 다양한 온도조건에 대한 나노복합재 열탄성 물성의 예측해를 제시하였다. 본 연구에서 제시한 모델에서 계산된 3상 복합재의 물성은 분자동역학 전산모사의 결과에서 나타나는 나노입자의 크기효과를 잘 반영하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.283.2-283.2
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• 2014

열필라멘트 화학증착공정(Hot Wire Chemical Vapor Deposition)에서 기상 에서 생성되는 하전된 실리콘 나노입자와 저온결정성 실리콘박막 증착의 연관성을 압력의 변화에 따른 상호비교를 통해 조사하였다. 필라멘트 온도는 $1800^{\circ}C$로 고정시키고 0.3~2 torr의 범위에서 공정 압력을 변화시키면서 증착하였다. 압력이 증가함에 따라 증착된 실리콘 박막의 결정화도는 증가하였으며, 증착속도는 감소하였다. 반응기 압력에 따른 기상에서 생성되는 나노입자의 크기분포의 변화를 조사하기 위하여 탄소막이 코팅된 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy) 그리드 위에 실리콘 나노입자를 포획하고 관찰하였다. 포획된 실리콘 나노입자의 크기분포와 개수농도는 압력이 증가함에 따라 감소하였다. 투과전자현미경을 이용하여 분석한 결과, 나노입자는 결정성 구조를 보였다. 압력이 증가함에 따라 나노입자의 크기가 감소하고 개수농도가 감소하는 것은 증착속도의 감소와 관련됨을 알 수 있다. 한편, 공정압력 증가에 따른 나노입자의 크기분포 및 개수농도 감소와 증착속도의 감소는 일반적으로 알려진 기상에서 석출하는 고상의 평형석출량(equilibrium amount of precipitation)이 압력의 증가함에 따라 증가한다는 사실과 일치하지 않는다. 이러한 압력경향성은 Si-H 시스템이 0.3~2 torr의 압력 영역에서 retrograde solubility를 갖는 것을 의미한다. 나노입자의 하전여부, 크기분포 및 개수농도를 측정하기 위하여 입자빔질량분석장비(Particle Beam Mass Spectroscopy)를 이용하였다. 그 결과, 실리콘 나노입자는 양 또는 음의 극성을 가진 하전된 상태임을 확인하였고, 투과전자현미경(TEM) grid에 포획한 실리콘 나노입자의 크기와 경향성이 일치하였다. 이는 나노입자가 저온의 기판에서 핵생성되어 성장하여 생성된 것이 아니라 열필라멘트 주위의 고온영역에서 생성된 것을 의미한다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.127-130
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• 2011

본 연구에서는 나노입자와 고분자 기지 간에 공유결합을 형성시킨 나노복합재의 계면특성과 탄성계수에서 나타나는 크기효과를 고려하기 위해 분자동역학과 미시역학모델을 순차적으로 연계하는 멀티스케일 해석모델을 제안하였다. 나노입자의 체적분율이 동일한 5개의 나노복합재 셀에 대해, 입자의 표면 원자와 고분자 기지 간에 탄소로 구성된 공유결합을 생성시킨 후 분자동 역학 전산모사를 통해 탄성계수를 예측하였고, 공유결합이 존재하지 않는 나노복합재의 탄성계수와 이를 비교하여 계면의 물성증가와 탄성계수에서 나타나는 입자의 크기효과를 규명하였다. 향상된 계면의 특성을 연속체 해석 모델에서 고려하기 위해 분자동역학 해석결과와 미시역학 모델을 연계하는 순차적 브리징 기법을 적용하였고, 이로부터 계산된 계면의 물성의 타당성을 유한요소 해석을 통해 검증하였다. 그 결과 입자와 기지 간 공유결합을 통해 나노복합재가 보다 넓은 범위에 걸친 크기효과를 나타냈으며, 제안된 브리징 모델을 통해서 물리적으로 타당한 계면의 탄성계수 값을 계산할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.389-389
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• 2008

나노-스피어 리소그래피는 기존 리소그래피 방법에 비해 나노 크기의 패턴을 저비용에 공정이 간단하고, 대면적 패터닝이 가능하다는 장점이 있다. 본 논문에서는 나노-스피어 리소그래피 공정을 이용하여 실리콘 기판 위에 2차원 광자결정 구조를 제작하였다. 실리콘 기판 위에 직경이 500 nm 인 폴리스티렌 나노-스피어를 스핀 코팅 방법으로 단일막을 형성하였다. 스핀코팅 조건은 스핀속도와 시간을 조절하여 1단계는 400 rpm에서 10초, 2단계는 800 rpm에서 120초, 3 단계는 1400 rpm 에서 10초로 공정하였다. 그리고 산소 플라즈마를 이용한 반응성 이온 식각공정으로 폴리스티렌 나노-스피어의 크기를 조절할 수 있었으며, 이때 실리콘 기판 위에 형성된 다양한 크기의 폴리스티렌 나노-스피어 단일막은 금속막 증착시 마스크의 역할을 하게 된다. 금속막의 증착은 RF 마그네트론 스퍼터링 시스템을 이용하였으며, 공정 조건은 RF power를 100W, 공정 압력을 5 mTorr, Ar 유량을 10sccm으로 하였다. 스퍼터링 공정 후 폴리스티렌 나노-스피어를 제거함으로써 2 차원 광자결정 구조를 제작할 수 있었다. 실험 결과 단일막으로 형성된 폴리스티렌 나노-스피어의 크기를 조절함으로써 다양한 2차원 광자결정 구조 제작이 가능함을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.283-283
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• 2012

금속 물질이 나노 크기 정도로 축소 된다면, 물질의 특성은 종종 유용한 방향으로 변한다. 특히 나노 결정 금속은 에너지 재료의 촉매 물질로 주목을 받아왔다. 지금까지는 일정한 크기를 갖는 나노 결정 제조 기술과 크기의 의존성 등 기초적인 연구가 매우 활발히 이루어지고 있다. 지금까지의 제조 기술은 화학적 물리적 증착 방법을 주로 이용하였는데, 최근 고휘도 빛을 이용하여 금속 나노 촉매를 생산하는 효율적인 방법이 소개되고 있다. 본 논문에서는 Ag 박막의 Ag 나노 결정으로의 변화에 대하여 소개한다. E-beam evaporation에 의해 증착된 Ag 박막을 UV에 노출하면 표면 형태는 평탄한 표면에서 나노결정 형태로 점진적으로 변화한다. 본 논문에서는 Ag 나노 결정의 변화를 SEM과 AFM을 이용하여 고찰한 내용을 발표할 예정이다.