• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권6호
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• pp.819-825
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• 2018

본 연구는 ${\alpha}-Fe_2O_3$ 중공입자로 구성된 다공성 1차원 나노구조체를 전기방사 공정 및 두단계의 후 열처리 과정을 통해 주형법과 커켄달 효과를 동시 적용하여 합성했다. 열처리 과정 중, 수 nm의 치밀한 Fe 금속입자는 커켄달 효과에 의해 중공구조를 갖는 ${\alpha}-Fe_2O_3$ 입자로 최종 변환되었다. 또한, 전기방사 용액에 첨가한 PS 나노비드는 첫 열처리 과정 중 분해되어 구조체 내 수많은 기공을 형성, 환원 및 산화를 위한 가스들이 구조체 내부로 원활히 침투될 수 있는 역할을 했다. 최종 생성물인 ${\alpha}-Fe_2O_3$ 중공입자로 구성된 다공성 1차원 구조체를 리튬 이차전지의 음극활물질로 적용한 결과, $1.0A\;g^{-1}$의 높은 전류밀도에도 불구하고 30 사이클 후 $776mA\;h\;g^{-1}$의 높은 방전 용량을 나타냈다. 이와 같은 우수한 리튬 저장특성은 본 구조체를 구성하는 중공형 ${\alpha}-Fe_2O_3$ 입자와 입자들 사이의 나노기공으로부터 기인한 결과이다. 본 연구에서 제안한 중공 입자로 구성된 다공성 1차원 나노구조체 합성 방법은 다양한 전이금속 화합물 조성에 적용 가능하므로 에너지 저장 분야를 포함한 여러 분야에 응용 가능하다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권5호
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• pp.695-700
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• 2019

본 연구에서는 유기물인 안트라퀴논(AQDS)와 템포(TEMPO)를 활물질로 사용하고 N 중성 전해질 기반 수계 유기레독스 흐름전지 성능이 멤브레인에 따라 어떻게 영향을 받는지 분석하였다. 안트라퀴논과 템포 모두 중성 전해질인 염화칼륨(KCl) 전해질에 대해 높은 전자전달성(0.068 V의 산화 반응 및 환원 반응의 피크 전위차) 및 셀전압(1.17 V)을 얻을 수 있었다. 성능비교를 위해 사용한 멤브레인으로, 상용 양이온 교환막 중 하나인 Nafion 212를 사용하였을 때, 0.1 M 활물질을 1 M 염화칼륨 전해질에 용해해서 작동한 레독스 흐름전지 완전지 테스트를 통해, 전류효율 97%, 전압 효율 59%의 성능을 나타내었지만, 방전 용량(discharge capacity)은 4 사이클에서 $0.93Ah{\cdot}L^{-1}$로 이론 용량($2.68Ah{\cdot}L^{-1}$)의 35%를 도달하였으며, 총 10사이클 동안 방전 용량의 용량 손실율(capacity loss rate)은 $0.018Ah{\cdot}L^{-1}/cycle$ 이다. 그 외에도 Nafion 117 멤브레인, SELEMION CSO 멤브레인을 사용하여 단전지 성능을 테스트하였을 때, 오히려 저항 증가 및 투과 유도로 인해 더 큰 용량 손실을 이끌었다.

• 전기전자학회논문지
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• 제23권1호
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• pp.193-199
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• 2019

본 연구에서는 TCAD 시뮬레이션을 사용하여 산화갈륨 ($Ga_2O_3$) 기반 수직형 쇼트키 장벽 다이오드 고전압 스위칭 소자의 항복전압 특성을 개선하기 위한 가드링 구조를 이온 주입이 필요 없는 간단한 플로팅 금속 구조를 활용하여 제안하였다. 가드링 구조를 도입하여 양극 모서리에 집중되던 전계를 감소시켜 항복전압 성능 개선을 확인하였으며, 이때 금속 가드링의 폭과 간격 및 개수에 따른 항복전압 특성 분석을 전류-전압 특성과 내부 전계 및 포텐셜 분포를 함께 분석하여 최적화를 수행하였다. N형 전자 전송층의 도핑농도가 $5{\times}10^{16}cm^{-3}$이고 두께가 $5{\mu}m$인 구조에 대하여 $1.5{\mu}m$ 폭의 금속 가드링을 $0.2{\mu}m$로 5개 배치하였을 경우 항복전압 2000 V를 얻었으며 이는 가드링 없는 구조에서 얻은 940 V 대비 두 배 이상 향상된 결과이며 온저항 특성의 저하는 없는 것으로 확인되었다. 본 연구에서 활용한 플로팅 금속 가드링 구조는 추가적인 공정단계 없이 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 매우 활용도가 높은 기술로 기대된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권1호
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• pp.1-5
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• 2021

PEM(Proton Exchange Membrane) 수전해는 PEM 연료전지와 동일한 PEM 전해질 막을 사용하며, 동일한 반응이지만 방향이 반대인 반응에 의해 진행된다. PEM 연료전지는 전해질 막과 촉매의 열화와 내구성에 대해 많은 연구가 진행되어 개발된 열화분석 방법이 많다. 본 연구에서 PEM 수전해 내구성 평가에 PEM 연료전지 내구성 평가 방법 적용이 가능한지 검토하였다. PEM 수전해 열화과정에서 PEM 연료전지와 동일한 조건으로 LSV(Linear sweep voltammetry), CV(Cyclic voltammetry), Impedance, SEM(Scanning Electron Microscope), FT-IR(Fourier Transform Infrared spectroscopy) 등을 분석해 비교하였다. PEM 연료전지처럼 막을 통과한 수소가 Pt/C 전극에서 산화되어 수소투과전류밀도를 측정함으로써 PEM 수전해 고분자 막의 열화정도를 분석할 수 있었다. 수소/질소 유입 조건에서 CV에 의한 전극활성면적(ECSA)을 측정해 전극열화를 분석할 수 있었다. 수소와 공기를 Pt/C 전극과 IrO2 전극에 공급하면서 각 전극의 임피던스를 측정해 전극과 고분자 막의 내구성을 평가할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권4호
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• pp.574-581
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• 2022

리튬-황 전지의 기능성 중간층으로 그래핀과 Mo₂C/Mo₂N 나노입자로 구성된 나노섬유(Mo₂C/Mo₂N rGO NFs)를 사용하였다. Mo₂C/Mo₂N 나노입자는 섬유 구조 내 고르게 분산되어 리튬 폴리설파이드의 화학적 흡착을 위한 활성 사이트 역할을 함으로써 전해질로의 용출을 효과적으로 억제하였다. 또한 구조 내 매트릭스로 구성된 그래핀 나노시트는 충방전이 진행되는 동안 이온 및 전자의 빠른 이동을 보장할 뿐만 아니라 반응 시 산화/환원 반응을 원활하게 하여 높은 리튬 폴리설파이드의 재사용을 보장하였다. 그 결과 Mo₂C/Mo₂N rGO NFs로 코팅된 분리막을 기능성 중간층으로 사용, 순수 황 전극(황 함량 70 wt%, 황 로딩 2.1 mg cm^-2)으로 제작된 리튬-황 전지는 0.1 C에서 400회 충방전 후 476 mA h g^-1의 안정적인 방전 용량을 나타냈으며, 1.0 C의 높은 전류밀도에서도 574 mA h g^-1의 방전용량을 나타내었다. 본 연구에서 제안된 나노구조체 합성 전략은 고성능 리튬-황 전지 용 기능성 중간층 및 다양한 에너지 저장 소재분야로의 확장이 가능하다.

• 한국결정성장학회지
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• 제32권2호
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• pp.77-82
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• 2022

고효율의 수전해 촉매는 낮은 전압에서 빠른 속도로 산화반응이 가능하기에 반응 활성이 높은 촉매설계 및 제조 공정이 필요하다. 현재 귀금속 촉매가 산소 발생 반응 성능에 있어서 우수한 특성을 보여주고 있지만 높은 가격과 낮은 반응성에 의한 효율 한계성으로 인해 상용화에 큰 어려움을 겪고 있다. 최근 귀금속 촉매를 대체하기 위해 저비용/고효율 수전해 촉매 개발연구가 활발하게 진행되고 있는데, 본 연구에서는 가격적인 측면에서 부담이 적고 산소활성 반응이 뛰어난 니켈 금속과 전기전도성이 뛰어난 multi walled carbon nanotube(MWCNT)를 이용하고 pulsed laser ablation in Liquid(PLAL) 공정을 적용하여 MWCNT 구조내에 Ni 을 성공적으로 dopping하여 Ni-MWCNT 촉매를 제작하고자 하였다. High resolution-transmission electron microscopy(HR-TEM) 분석 및 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) 분석을 통하여 개발된 수전해 촉매의 구조 및 화학적 조성을 확인하였으며, 촉매 산소발생반응 평가는 선형 주사 전위법(Linear sweep voltammetry; LSV) 과전압 특성, 타펠 기울기(Tafel slope), 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical impedance spectroscopy; EIS), 순환 전압 전류법(Cyclic voltammetry; CV) 및 Chronoamperometry(CA) 측정법으로 진행하였다.

• 운동영양학회지
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• 제13권1호
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• pp.15-21
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• 2009

Ergogenic aids는 에너지를 많이 소비하는 운동선수들이나 혹은 일반 사람들일지라도 기대 수준 이상으로 운동수행능력을 개선시키거나 향상시키기 위하여 흔히 사용하는 여러 가지 물질이나 처치들을 말한다. L-carnitine은 장시간 운동을 하는 동안 근육세포의 지질산화 자극에 의해 운동수행능력 증진과 유산소능력을 증진시키며 운동 수행력 증진제로 잘 알려져 있다. 본 연구에서는, 흰쥐 심근에서 유발된 field potential에 대한 L-carnitine의 작용을 통해, 심장 세포들 사이의 네트워킹으로 유도되는 세포활성 작용 기전에 미치는 영향을 확인하였다. Field potential은 multi-channel extracellular recording system(MED64 system)으로 측정하였고, L-carnitine을 100 nM, 1 μM, 10 μM, 그리고 100 μM의 농도로 처리하여 대조군에서 측정된 전류의 크기와 비교하여 결과를 분석하였다. 본 실험의 결과 심근세포에 L-carnitine을 투여 시 field potential이 증가하였다. L-carnitine과 ATP-dependant K⁺ channel 길항제인 glibenclamide을 투여 시에는 field potential의 증가가 유지된 반면, L-carnitine과 ATP-dependent K⁺ channel 효현제인 diazoxide을 투여 시에는 증가된 field potential이 다시 감소되었다. 본 연구에서는 L-carnitine이 ATP-dependant K⁺ channel을 억제하여 field potential을 증가시키는 작용이 L-carnitine의 ergogenic aids로서의 새로운 기전으로 제시될 수 있다.

• 한국진공학회지
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• 제21권5호
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• pp.273-278
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• 2012

현재 Hf (Hafnium)을 기반으로한 게이트 유전체의 연구는 여러 분야에서 다양하게 진행되어져 왔다. 이는 기존의 $SiO_2$보다 유전상수 값이 크고, 또한 계속되는 scaling-down 공정에서도 양자역학적인 터널링을 차단하는 특성이 뛰어나기 때문이다. MOSFET 구조에서 유전체 박막의 두께 감소로 인한 전기적 특성 저하를 보완하기 위해서 high-K 재료가 대두되었고 현재 주를 이루고 있다. 그러나 현재까지 $HfO_2$에 대한 nano-mechanical 특성 연구는 부족한 상태이므로 본 연구에서는 게이트 절연층으로 최적화하기 위하여 $HfO_2$ 박막의 nano-mechanical properties를 자세히 조사하였다. 시료는 rf magnetron sputter를 이용하여 Si (silicon) 기판 위에 Hafnium target으로 산소유량(4, 8 sccm)을 달리하여 증착하였고, 이후 furnace에서 400에서 $800^{\circ}C$까지 질소분위기에서 20분간 열처리를 실시하였다. 실험결과 산소 유량을 8 sccm으로 증착한 시료가 열처리 온도가 증가할수록 누설전류 특성 성능이 우수 해졌다. Nano-indenter로 측정하고 Weibull distribution으로 정량적 계산을 한 결과, $HfO_2$ 박막의 stress는 as-deposited 시료를 기준으로 $400^{\circ}C$에서는 tensile stress로 변화되었다. 그러나 온도가 증가(600, $800^{\circ}C$)할수록 compressive stress로 변화 되었다. 특히, $400^{\circ}C$ 열처리한 시료에서 hardness 값이 (산소유량 4 sccm : 5.35 GPa, 8 sccm : 5.54 GPa) 가장 감소되었다. 반면에 $800^{\circ}C$ 열처리한 시료에서는(산소유량 4 sccm : 8.09 GPa, 8 sccm : 8.17 GPa) 크게 증가된 것을 확인하였다. 이를 통해 온도에 따른 $HfO_2$ 박막의 stress 변화를 해석하였다.

• 공업화학
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• 제24권5호
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• pp.551-557
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• 2013

본 연구에서는 환경오염을 발생시키는 위험한 중금속 물질들인 카드뮴과 납의 검출 능력을 향상시키기 위해, 순수한 탄소나노튜브(p-CNT) 전극 및 티올화된 탄소나노튜브(t-CNT) 전극을 이용하여 카드뮴과 납 금속의 민감도를 평가하였다. 또한, 두 금속이 동시에 포함되어 있을 때의 상호작용 반응기작을 분석하였다. 이를 위해, 네모파 벗김전압전류법이 이용되었는데, 두 CNT 전극에서 모두 네모파 벗김전압전류법의 최적조건으로, 30 Hz의 주파수, -1.2 V vs. Ag/AgCl의 석출전위 및 300 s의 석출시간이 결정되었다. 민감도 측면에서 카드뮴과 납 모두 t-CNT 전극에서 p-CNT 전극보다 더 좋은 결과를 얻었다. 두 금속의 센서민감도를 각각 측정하였을 때, 카드뮴의 경우 p-CNT 및 t-CNT 전극에서 $3.1{\mu}A/{\mu}M$ 및 $4.6{\mu}A/{\mu}M$의 센서 민감도를 보였고, 납의 경우 p-CNT 및 t-CNT 전극에서 $6.5{\mu}A/{\mu}M$ 및 $9.9{\mu}A/{\mu}M$였다. p-CNT 전극에서 t-CNT 전극보다 센서민감도가 좋은 이유는, CNT에 티올기를 적용시키면서 금속이온의 반응속도가 증가되기 때문이다. 두 금속을 동시에 넣고 민감도를 측정할 경우, 전극에 관계없이 납의 센서민감도가 카드뮴의 센서 민감도보다 우수하였다. 납과 카드뮴 중 납의 센서 민감도가 우수한 이유는 납의 표준전극전위가 낮아 산화반응성이 우수하여 카드뮴보다 더 먼저 전극위에 석출되어, 벗김반응시에 표면에서 떨어져 나가기 쉽기 때문이다.

• 청정기술
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• 제22권1호
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• pp.16-28
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• 2016

섬유산업은 염색폐수의 농도가 높고 방출량이 많아 고도의 공해산업으로 알려져 있다. 염색폐수에는 색도물질 뿐만 아니라 다량의 유기화합물과 불용성 물질이 섞여 있다. 합성염료 중 아조(azo) 염료는 특히 오염물질의 배출이 많은 것으로 알려져 있다. 전기화학적 폐수처리방법은 전극의 산화·환원반응에 의해 색도와 유기물 등을 처리하는 방법으로 다른 폐수처리방법들에 비해 반응기가 작고 경제적이고 간단하며 오염물제거속도가 빠르다. 본 연구에서는 diazo 화합물인 CI Direct Blue 15 염색 폐수의 전기화학적 분해특성을 연구하였다. 실험은 전극재질과 조업조건을 달리하여 그에 따른 분해효율을 알아보고자 하였으며, 탈색 효율을 향상시킬 수 있는 최적전극 재질과 조업조건을 알아보고자 하였다. 조업조건으로는 전해질 농도, 전류밀도, 반응 온도, 초기 pH의 영향을 검토하였다. 음극은 stainless steel 전극을 사용하였고, 양극은 graphite와 RuO₂/Ti, PtO₂/Ti, IrO₂/Ti를 사용하여 조업조건에 따른 각 전극의 염색폐수 분해성능 실험을 수행하였다. 그 결과 전해질의 농도와 전류밀도 증가에 따라 전기분해 효율은 증가하였다. 양극 재질에 따른 전기분해 효율은 산성 전해질 조건에서 RuO₂/Ti > PtO₂/Ti > IrO₂/Ti > graphite 순이었고 중성과 염기성에서는 RuO₂/Ti > IrO₂/Ti > PtO₂/Ti > graphite의 순으로 나타났다. 따라서 염색 폐수의 전기분해 처리에는 RuO₂/Ti와 IrO₂/Ti가 가장 효율적인 양극재질이었다.