• 한국표면공학회지
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• 제52권6호
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• pp.357-363
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• 2019

We investigated a synthesis yield and diameter distribution of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) with respect to the growth position in a horizontal chemical vapor deposition (CVD) chamber. Thin films and line-patterned Fe films (0.1 nm thickness) were prepared onto ST-cut quartz substrates as catalyst to compare the growth behavior. The line-patterned samples showed higher growth density and parallel alignment than those of the thin film catalyst samples. In addition, line density of the aligned SWNTs at central region of the chamber was 7.7 tubes/㎛ and increased to 13.9 tubes/㎛ at rear region of the CVD chamber. We expect that the enhanced amount of thermally decomposed feedstock gas may contribute to the growth yield enhancement at the rear region. In addition, the lamina flow in the chamber also contribute to the perfect alignment of the SWNTs based on the value of gas velocity, Reynold number, and Knudsen coefficient we employed.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제21권5호
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• pp.402-410
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• 2008

Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) were currently produced together with some contaminants such as a metallic catalyst, amorphous carbon, and graphitic nanoparticles, which should be sometimes purified for their applications. This study aimed to develop efficient, scalable purification processes but less harmful to SWCNTs. We designed three-step purification processes: acidic treatment, surface functionalization and soxhlet extraction, and heat treatment. During the soxhlet extraction using tetrahydrofuran, specifically, carbon impurities could be easily expelled through a glass thimble filter without any significant loss of CNTs. Finally, SWCNTs were left as a bulky paper on the filter through membrane filtration. Vertically aligned SWCNTs on one side of bulky paper were well developed in a speparation from the filter paper, which were formed by being sucked through the filter pores during the pressurized filtration. The bucky paper showed a very high peak current density of field emission up to $200\;mA/cm^2$ and uniform field emission images on phosphor, which seems very promising to be applied to vacuum microelectronics such as microwave power amplifiers and x-ray sources.

• 한국표면공학회지
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• 제47권6호
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• pp.347-353
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• 2014

We present a synthesis of single-walled carbon nanotubes(SWNTs) for enhancement of parallel-alignment and density using chemical vapor deposition with methane feed gas. As-purchased ST-cut quartz substrates were heat-treated and line-patterned by electron-beam lithography in order to grow SWNTs with parallel alignment. We investigated the effects of various synthesis parameters such as catalyst oxidation, reduction, and synthesis conditions in order to enhance both tube density and degree of parallel alignment. The condition of $1{\AA}$ of Fe catalyst film, atmospheric oxidation at $750^{\circ}C$ for 10 min, reduction under 400 Torr for 5 min, and growth at $865^{\circ}C$ under 300 Torr yields $33tubes/10{\mu}m$, which is the highest tube density with parallel alignment. Based on the results of atomic force microscope and Raman spectroscopy, it was found that SWNTs have diameter range of 0.8-2.0 nm. We believe that the present work would contribute to the development of SWNTs-based flexible functional devices.

• 공업화학
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• 제33권2호
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• pp.188-194
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• 2022

본 연구에서는 비파괴적 표면 기능기화 통하여 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 탄소소재의 특성 변화를 최소화 시킬 수 있는 대면적화 공법을 제안하고, 대면적화 된 SWNT 전자 필름 상에 효소를 집적하여 효소와 SWCNT 전자 필름 간 효율적 전자 전달을 연구하였다. p-terphenyl-4,4"-dithiol, dithiothreitol와 SWCNT의 혼합을 통해 SWCNT 전자 필름의 균일도 및 전하 전달 능력을 향상시키고, 분광학적 분석 및 전기화학적 특성을 평가하여 SWCNT 전자 필름의 향상된 전기화학적 특성을 확인하였다. 전자 필름 상에 고분자 전해질 및 포도당 산화환원 효소를 layer-by-layer 기법으로 효율적으로 집적하여, 최종적으로 음전압 범위에서 구동이 가능한 포도당(glucose) 바이오센서를 구현하였다. 개발된 포도당 바이오센서는 효소와 SWCNT 전자 필름과의 높은 전하 전달 효율을 바탕으로 -0.45 vs. Ag/AgCl 음전압 범위에서 높은 산화환원 신호를 보였을 뿐 아니라 0~1 mM의 낮은 글루코스 농도 변화에서 약 98 ㎂/mM·cm²의 높은 감도를 보였다. 또한 음전압 구동을 통하여, 산화 반응을 일으킬 수 있는 4종의 방해물질(요산, 아스코르빅산, 도파민, 아세타아미노펜) 환경에서 4% 이하의 변화를 보여 높은 선택성을 보였다.

• 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.

• 동력기계공학회지
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• 제21권4호
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• pp.94-99
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• 2017

Single walled carbon nanotubes were mixed with various metal powders by mechanical ball milling and sintered by spark plasma sintering processes. Two compositional (0.1 and 1 vol%) of the single walled carbon nanotubes were dispersed onto the pure aluminum, 5052 aluminum alloy, pure titanium, Ti6Al4Vanadium alloy, pure copper, and stainless steel 316L. Each composite powders were spark plasma sintered at $600^{\circ}C$ and well synthesized regardless of the matrices. Vickers hardness of the composite materials was measured and they exhibited higher values regardless of the carbon nanotubes composition than those of the pure materials. Moreover, single walled carbon nanotubes reinforced copper matrix composites showed highest enhancement between the other metal matrices system. We believe that low energy mechanical ball milling and spark plasma sintering processes are useful tool for fabricating of the carbon nanotubes-reinforced various metal matrices composite materials. The single walled carbon nanotubes-reinforced various metal matrices composite materials could be used as an engineering parts in many kind of industrial fields such as aviation, transportation and electro technologies etc. However, detail strengthening mechanism should be carefully investigated.

• 한국건축시공학회지
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• 제19권2호
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• pp.113-121
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• 2019

SWCNT는 매우 뛰어난 역학적 성능을 가지고 있고. 이로 인해 각종 첨단 소재의 보강재료로서 각광받고 있다. 그러나 완전한 형태의 SWCNT는 소수성을 가지고 있고. 서로간에 Van der Waals 인력으로 결합되어 물에 분산이 어렵다. 본 연구에서는 SWCNT를 시멘트 복합체에 활용하기 위하여, 분산된 용액 형태로 제조하여 시멘트 복합체에 활용하고자 하였고, 이를 위한 계면활성제로 DOC 및 SDS를 선정하였다. 초음파 처리 및 초원심분리를 통해 제조된 SWCNT 수용액을 이용하여 시멘트 페이스트를 제조하여 이의 전단응력 vs. 전단변형률 관계를 확인하고, 이를 통해 소성점도 및 항복응력을 도출하였다. 본 연구의 결과에 따르면 SWCNT를 혼입하지 않은 DOC 및 SDS는 공기연행제와 유사한 유변학적 효과를 발휘하는 것으로 나타났다. DOC 2wt%를 이용해서 제조된 SWCNT 수용액으로 배합된 시멘트 페이스트는 플레인 시멘트 페이스트와 거의 유사한 유변학적 거동을 하는 것으로 나타났으나, SDS 1%를 이용해서 제조된 SWCNT 수용액으로 배합된 시멘트 페이스트는 플레인 시멘트 페이스트와 상이한 유변학적 거동을 하는 것으로 나타났다.

• 한국재료학회지
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• 제23권8호
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• pp.453-461
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• 2013

Controlling the stick and slip motions of the contact lines in a confined geometry comprised of a spherical lens with a flat substrate is useful for manufacturing polymer ring patterns. We used a sphere on a flat geometry, by which we could control the interfaces of the solution, vapor and substrate. By this method, hundreds of concentric ring-pattern formations of a linear conjugated polymer, poly [2-methoxy-5-(2-thylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV), were generated with excellent regularity over large areas after complete solvent evaporation. Subsequently, the MEH-PPV ring patterns played a role as a directed template to organize highly regular concentric rings of single-walled carbon nanotubes(SWCNTs); when a droplet of the SWCNT suspension in water was casted onto the prepared substrate, hydrophobic polymer patterns confined the water dispersed SWCNTs in between the hydrophilicized $SiO_2/Si$ substrate. As the solvent evaporated, SWCNT-rings were formed in between MEH-PPV rings with controlled density. Finally, we used a lift-off process to produce SWCNT patterns by the removal of a sacrificial polymer template with organic solvent. We also fabricated a field effect transistor using self-assembled SWCNT networks on a $SiO_2/Si$ substrate.

• 한국표면공학회지
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• 제57권3호
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• pp.214-220
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• 2024

In this study, three-dimensional (3D) networks structure using single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) for Si-graphite composite electrode was developed and studied about effects on the electrochemical performances. To investigate the effect of SWCNTs on forming a conductive 3D network structure electrode, zero-dimensional (0D) carbon black and different SWCNTs composition electrode were compared. It was found that SWCNTs formed a conductive network between nano-Si and graphite particles over the entire area without aggregation. The formation of 3D network structure enabled to effective access for lithium ions leading to improve the c-rate performance, and provided cycle stability by alleviating the Si volume expansion from flexibility and buffer space. The results of this study are expected to be applicable to the electrode design for high-capacity lithium-ion batteries.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권4호
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• pp.443-454
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• 2013

콜로이드 실리카와 가용성 실리카를 이용하여 나트륨이 첨가되지 않은 다양한 금속이온 첨가 MCM-41 촉매를 제조하였다. 전이금속 이온인 $V^{5+}$, $Co^{2+}$ 및 $Ni^{2+}$이 MCM-41에 첨가되었을 경우 기공벽 내의 실리콘 이온과 등방치환을 하여 실리카 기공벽 내에서 독립된 단일 활성점을 형성하여 우수한 환원 및 활성 내구성을 보였다. 수소 승온 환원법을 이용하여 Co-MCM-41 촉매의 기공 곡률 반경효과에 대해 검토해 본 결과, 적절한 환원 처리와 기공 크기 및 pH 조절에 따라 코발트 금속입자의 크기를 1nm 이하의 범위에서 조절할 수 있었으며, 이 미세 금속 입자들은 표면 금속이온들과의 결합으로 인해 상당한 고온 안정성이 있음을 발견하였다. 완전 환원 후에도 비정형 실리카의 부분 덮힘으로 인해 금속 입자들의 표면 이동 및 뭉침 현상이 현저히 저하되는 것을 볼 수 있었다. 이들 촉매의 반응 예로 금속 입자 크기에 민감한 단일층 탄소 나노튜브의 합성을 Co-MCM-41을 이용하여 실시하였고, 금속 입자의 안정성 시험반응으로 Co 및 Ni-MCM-41을 이용한 CO 메탄화 반응, V-MCM-41을 이용한 메탄올 및 메탄의 부분 산화반응 및 기공곡률 반경이 촉매활성에 미치는 영향 등을 살펴보았다.