• 공업화학
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• 제26권1호
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• pp.47-52
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• 2015

본 연구에서는 다중벽탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube, MWCNTs) 기반 바이오센서 전극의 포도당 산화효소(glucose oxidase, GOD) 담지능을 높여 그 민감도를 개선하고자 그래핀 옥사이드(graphene oxide, GO)를 첨가하여 전극을 제조하였다. GO 첨가로 인하여 MWCNTs의 분산뿐만 아니라 전극의 친수성 및 표면에너지가 증가하였다. 또한, MWNCTs 0.05 g에 GO 0.05 g를 첨가하였을 때 $K_m$ (Michaelis-Menten constant)이 0.105로 가장 높은 값을 나타냈음에도 불구하고 GOD 담지능이 높아졌으며, 민감도가 $121{\mu}A\;mM^{-1}$까지 향상됨을 알 수 있었다. 이러한 실험 결과는 GO첨가에 의한 MWCNTs의 분산 안정성 향상, MWCNTs 전극 표면에서 친수성으로 개질 및 표면 자유에너지 증가가 GOD 담지능에 영향을 미친 것으로 사료된다.

• 폴리머
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• 제38권4호
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• pp.502-509
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• 2014

탄소기반 판상형 나노재료인 산화 그래핀(GO)과 나노 흑연(GNP)은 고분자재료에 전기 전도성을 부여하기 위한 복합재료용 나노필러로 사용되고 있다. 본 연구에서는 폴리스티렌(PS)에 나노필러를 첨가한 PS/GO와 PS/GNP 나노복합재료를 라텍스 기법으로 제조한 다음 유변학적, 전기적 물성을 비교 고찰하였다. PS 입자는 무유화제 유화중합으로 중합하였으며, GO는 흑연으로부터 modified Hummers 방법으로 합성하였다. 친수성인 GO는 첨가제 없이 PS 수성 현탁액에 분산하였으며, GNP는 분산성을 높이기 위해 계면활성제를 첨가하여 분산하였다. 나노필러에 따른 유변물성은 GO가 GNP에 비해 높게 나타났는데, GO는 단일층으로 분산이 가능한 반면, GNP는 다수의 층이 겹쳐진 형태이므로 나노 규모의 균질한 분산을 이루지 못하기 때문이다. 전도성 통로가 형성되는 지점인 전기적 임계점은 PS/GO, PS/GNP 나노복합재료에 대하여 각각 0.50, 5.82 wt%로 나타났다. PS/GO 나노복합재료가 우수한 전기 전도도를 보여주는 이유는 성형 시 열처리에 의해 GO가 환원되기 때문이다.

• 청정기술
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• 제22권4호
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• pp.258-268
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• 2016

본 연구에서는 카르복시메틸셀룰로스(CMC)를 기반으로 한 복합 초흡수제를 전자빔 조사에 의해 제조하였다. CMC의 조성을 제조에 사용한 증류수의 양을 기준으로 하여 4 wt%, 5 wt%, 6 wt%, 7 wt%로 달리 하여 초흡수제를 제조하였다. 또한, 복합 초흡수제 제조를 위한 첨가물질로 그라파이트 산화물, 환원 그래핀 산화물, 활성탄, 벤토나이트를 사용하였다. CMC의 조성비와 첨가물질의 종류에 따라 제조된 초흡수제의 특성이 어떻게 달라지는지 조사하였다. 제조된 물질에서 기능기를 확인하기 위해 적외선분광분석을 수행하였고, 각 시료의 기계적 강도, 겔분율, 팽윤 속도, 평형 팽윤비 등을 측정하였다. 팽윤 실험은 증류수, 우레아 수용액, 생리 식염수에서 진행하였다. 제조된 초흡수제를 5회에 걸쳐 재사용하면서 겔분율과 팽윤비의 변화를 관찰하였다. 제조된 초흡수제들 중 5 wt%의 CMC를 사용하고 그래핀 물질을 첨가물질로 하여 제조한 복합 초흡수제인 $C_{5%}GO$와 $C_{5%}rGO$가 가장 우수한 기계적 특성을 나타내었으며, 우레아 수용액과 생리 식염수에서의 팽윤비도 상대적으로 높았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.134-134
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• 2015

최근 액체 플라즈마에 대한 주된 이슈는 방전에 의해 발생하는 히드록실라디칼(OH-)과 버블이다. 액체 플라즈마를 이용한 다양한 응용분야에서는 히드록실라디칼에 주목하고 있다. 액체 플라즈마는 그래핀 파생물의 용액 친화도 향상을 위해 이용될 수 있다. 흑연이 포함된 과산화수소(H2O2) 용액에서 전기적인 방전으로 만들어진 히드록실라디칼로 그래핀 파생물의 용액 친화도를 향상시킨다. 이는 잠재적인 프린팅(printing) 기술 발전에 기대된다. 그리고 이 라디칼은 폐수에서 발암성의 트라이클로로아세트산(CCl3COOH)을 탈 염소하고 분해하는 역할을 하여 액체 플라즈마가 새로운 수처리 기술로 부상되고 있다. 또한 인체에서는 살균 작용을 하는 것 뿐만 아니라 단백질 고리를 끊는 역할을 하여 전립선 수술과 같은 인체수술에 적용될 수 있다. 최근 액체 플라즈마를 이용한 돼지 각막 임상수술에서 레이저와 필적할 정도로 매우 정밀하게 수술된 연구결과가 발표되어 인체 각막수술 적용에 기대된다. 이처럼 액체 플라즈마를 이용한 대부분의 응용분야에서 히드록실라디칼의 역할이 중요하다. 액체 플라즈마의 또 다른 이슈인 버블은 2가지의 역할을 한다. 첫 번째로 방전소스의 역할이다. 액체 속에 담긴 얇은 전극에 전압을 인가하면 전극 주변에서 강한 전기장의 발생으로 줄열(joule heating)에 의해 버블이 생성된다. 전극에서 버블이 생성되었을 때, 서로 다른 유전율을 가진 두 물질로 나누어진다. (버블 안은 공기로 상대 유전율 ${\varepsilon}r{\fallingdotseq}=1$, 용액은 ${\varepsilon}r{\fallingdotseq}=80$이다.) 시스템에 인가된 전압이 항복 전압(breakdown voltage)을 넘어서면 유전율이 상대적으로 낮은 버블내부에 강한 전기장이 걸리게 되어 방전이 일어난다. 만약 버블이 존재하지 않는다면 방전을 위해서 매우 높은 전압이 필요하다. 따라서 버블은 플라즈마 방전의 소스역할을 한다. 두번째로 버블은 전극의 부식을 방지하는 역할을 한다. 전극 부식은 주로 전기분해로 인한 산화반응에 의해 발생하는데 버블을 전극에 오래 머무르게 하면 부식을 방지할 수 있다. 이처럼 액체 플라즈마 시스템에서 버블의 역할들은 상당히 중요하다. 일반적으로 버블은 시스템에 인가하는 전원, 전극 극성 그리고 전압크기에 따라 거동이 달라진다. 시스템에 AC파워를 인가하면 버블은 주파수가 높을수록 전극에서 떨어지는 속도가 빨라지는 특성을 보인다. 핀 전극 극성이 음극일 때는 양극일 때보다 버블이 더 잘 생성된다. 또한 인가전압크기에 따라 거동이 달라지며 시스템에 같은 전압을 인가하여도 크기가 항상 같지 않고, 거동도 일관성을 보이지 않은 랜덤적인 모습을 보인다. 본 연구에서는 이 랜덤적인 버블의 거동을 정리하고 응용분야에서 중요하게 여기는 히드록실라디칼 생성에 대해 공부하기 위해 염류 용액(saline solution)에 핀(pin)-면(plane) 전극 구조를 설치하여 10Hz 주파수(1% duty cycle)를 가진 0-600V 구형펄스로 실험하였다. 실험을 통한 결과로서 랜덤적인 버블의 거동을 전극에서 버블이 떨어지는 속도와 플라즈마 특성에 따라 슈팅모드(shooting mode)와 유지모드(keeping mode) 2가지 모드로 분류하였다. 슈팅모드에서는 버블이 핀 전극에서 성장하지 못하고 빠른 속도로 떨어지는 모드로 플라즈마 방전이 잘 이루어지지 않는다. 반면 유지모드에서는 버블이 핀 전극에서 떨어지지 않고 지속적으로 성장한다. 이 모드에서는 펄스 시간 동안 하나의 버블로 연속적인 방전이 가능하다. 방전이 일어날 때 발생하는 히드록실라디칼의 생성은 버블 내부의 쉬스와 관련이 있다. 이 라디칼을 만들기 위해서는 높은 에너지가 요구되기 때문에 버블 내부의 쉬스(sheath)에서 만들어진다. 펄스 동안 쉬스는 주로 핀 전극 주변에서 유지되며 히드록실라디칼은 이곳에서 주로 만들어진다. 따라서 버블과 함께 쉬스도 성장하는 버블유지모드에서 슈팅모드보다 히드록실라디칼이 더 많이 생성된다.

• 멤브레인
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• 제31권1호
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• pp.16-34
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• 2021

물 공급은 늘어나는 담수 수요와 다르게 줄어들고 있다. 담수의 수요를 충당하기 위해서 나노여과법은 가장 효율적이고 경제적인 방법이라고 할 수 있다. 해수담수화를 위한 나노여과법의 일반적인 방법으로는 나노여과 멤브레인을 이용한 역삼투압 방식이다. 하지만 기존의 멤브레인들은 주요 특성인 안정성, 경제성, 그리고 살균 및 방오특성이 부족하다. 기존의 나노여과 멤브레인을 향상시키기 위해서 친수성과 방오성이 높은 흑연 산화물이 가장 향상성이 높으며 널리 연구되고 있는 재료이다. 멤브레인 변형은 다른 레이어에 적용될 수 있다. 얇은 막으로 이루어진 멤브레인은 다른 세 레이어로 구성되어 있다, 표면의 폴리아미드 레이어, 기공 레이어, 그리고 전체적인 구조를 구성하는 지원 직물이다. 정삼투압 토한 에너지 효율적인 해수담수화 방식이지만 효율이 생물 오염 때문에 떨어진다. 산화그래핀 결합은 향균 기능을 향상할 수 있으며 멤브레인 표면에 바이오필름 생성을 억제할 수 있다. 압력지연삼투는 해수에서 청정에너지를 발전시키는 최고의 방법 중 하나이다. 멤브레인의 생물 오염은 합성 폴리머 멤브레인의 합성 레이어에 산화 그래핀을 합성하여 줄일 수 있다. 나노여과 멤브레인을 개량하는 여러 연구가 각자의 장단점을 가지고 이루어지고 있다. 이 보고서는 나노여과 멤브레인의 개량, 성질, 그리고 성능에 대해 논의한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권4호
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• pp.329-334
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• 2016

Hydrogen is eco-friendly alternative energy source and the photoelectrochemical water splitting is believed to be one of the promising methods for hydrogen production. Many researchers have studied several potential photocatalysts to increase the photoelectochemical performance efficiency for hydrogen conversion. In this study, the GO (graphene oxide) was prepared by Tour's method and was dispersed in precursor solutions of $WO_3$ and $BiVO_4$. Those precursor solutions were spin-coated on FTO glass and several photocatalyst thin films of $WO_3$, $BiVO_4$ and $WO_3/BiVO_4$ were prepared by calcination. The morphologies of prepared photocatalyst thin films were measured by scanning electron microscope. The photoelectrochemical performances of photocatalyst thin films with rGO (reduced graphene oxide) and without rGO were analyzed systematically.

• Composites Research
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• 제35권1호
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• pp.18-22
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• 2022

복합재료의 제조에 있어서 분산은 매우 중요한 요소 중 하나이다. 복합재료의 제조 시 matrix 용재에 강화재를 보다 잘 분산하기 위하여 용매를 사용하는데 용매에 따라 분산도가 달라지기 때문에 어떠한 용매가 분산에 용이할지에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 다양한 솔벤트 용매(DMF, NMP, Ethylene glycol, Acetone, DI water)에 대해 나노 필러인 산화 그래핀(Graphene oxide)의 용매에 따른 GO의 분산거동과 용해도 분석을 통해 분산에 유리한 용매를 파악하고자 하였다. 그 결과 UV-Vis spectroscopy 흡광도 측정을 통해 DMF와 Ethylene glycol이 가장 좋은 분산성을 가짐을 알 수 있는 반면 DI water는 가장 낮은 분산성을 보임을 알 수 있었다. 또한 표면장력과 시간에 따른 분산 육안 관측을 통해 DI water, Ethylene glycol, NMP, DMF, Acetone 순으로 분산성이 우수한 것을 알 수 있었는데 이는 Hansen solubility parameter 값과 일치하는 경향임을 확인할 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제28권1호
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• pp.75-82
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• 2018

정삼투법을 이용한 해수담수화는 역삼투 공정에 비해 에너지 절감이 가능하여 해수담수화 차세대 기술로 주목받고 있다. 막을 기반으로 하는 수처리 분야에서 분리 성능을 향상시키고 새로운 기능을 부여하기 위해, 고분자 매트릭스에 필러인 나노물질을 삽입하는 박막 나노복합체 분리막(thin film nanocomposite, TFN) 개발에 대한 연구가 요구되고 있다. 본 연구에서는 딥 코팅(dip coating) 방법을 기반으로 한 다층박막적층법(Layer-by-layer, LBL)을 이용하여 산화그래핀(graphene oxide, GO)의 나노 적층구조를 제어하여, 정삼투 공정에서의 높은 안정성 및 높은 수투과도 및 염 제거, 낮은 염 역확산을 갖는 그래핀 나노복합체 분리막을 개발하고자 하였다. 정삼투 공정의 성능 향상을 위한 산화그래핀의 환원 반응시간과 LBL 딥코팅 적층 수의 최적화를 통해, 수투과도 2.51 LMH/bar, 물분자 선택성 8.3 L/g, 염 제거율 99.5%를 갖는 나노복합체 분리막을 개발하였다. 이는 상용화된 CTA FO 분리막보다 수투과도는 10배, 물분자 선택성은 4배 높게 향상되었으며, 염 제거율은 비슷한 수준으로 나타났다.

• 공업화학
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• 제26권3호
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• pp.331-335
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• 2015

아민 화합물로 pH를 변화시킨 산화 그래핀(Graphene oxide, GO) 페이스트를 바코팅하여 필름으로 제작하고 전기적 특성을 연구하였다. 필름을 $150^{\circ}C$에서 열처리한 후 표면저항을 측정한 결과, pH의 변화에 따라 표면저항 값에는 큰 차이가 없었다. 그러나 아민 화합물의 첨가에 의해서 표면저항이 약 10배 정도 감소하였으며, 아민 화합물 중에서도 N,N-dimethylethanolamine (DMEA)에 의한 효과가 가장 크게 나타났다. XPS 측정을 통해서 관련성을 분석한 결과, GO 필름 및 DMEA를 첨가한 GO 필름 모두 환원반응이 진행된 것으로 나타났으나, DMEA를 첨가한 경우에는 환원 반응이 촉진되었으며 궁극적으로 GO 필름의 전기적 특성을 향상시키는 것으로 밝혀졌다.

• 멤브레인
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• 제30권5호
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• pp.293-306
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• 2020

물 부족을 포함한 기후 변화의 해로운 결과는 효과적인 정수에 대한 관심을 가져왔다. 또한, 수질 오염 수준이 높아지고 환경 파괴 수준이 심해지면서 오염 물질을 제거하려는 방안들이 요구되고 있다. 물을 정화하기 위해 반투막을 통한 삼투압 절차들을 사용할 수 있으며, 최근 연구에 따르면 탄소 양자점(CQD), 그래핀 양자점(GQD) 및 산화 그래핀 양자점(GOQD)을 포함한 나노입자를 복합 박막(TFC)에 합체하면 유사한 수준의 염 거부율을 유지하면서 물흐름을 증가시킬 수 있다. 이러한 효과 외의 여러 가지 효과가 있지만 그 중에서도 친수성을 높이고, 살균 성질을 보이고, 방오 특성으로 인해 박테리아 및 기타 미생물의 축적을 방지하면서 막의 효과가 감소하는 것을 막는 것을 보여준다. 이 보고서는 양자점이 합체된 정수용 복합 막에서 양자점의 제조 과정, 응용, 기능성, 성질 및 역할을 논의한다.