• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.351-352
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• 2011

그래핀(Graphene)은 2차원 평면구조의 $sp^2$ 탄소 결합으로 이루어진 물질이다. 일반적으로 그래핀은 탄소 원자 한층 정도의 얇은 두께를 가지면서 강철의 100배 이상 높은 강도, 다이아몬드보다 2배 이상 뛰어난 열 전도성, 그리고 규소보다 100배 이상 빠른 전자이동도 등의 매우 우수한 특성을 지닌다. 그래핀을 합성하거나 얻는 방법에는, 기계적 박리법(Micro mechanical exfoliation), 산화흑연(graphite oxide)을 이용한 reduced graphene oxide(RGO)방법과 탄화 규소(SiC)를 이용한 epitaxial growth 방법 등이 있지만, 대 면적화가 어렵거나 구조적 결함이 큰 문제점이 있다. 반면, 탄화수소(hydrocarbon)를 탄소 공급원으로 하는 열화학 기상 증착법(Thermal chemical vapor deposition, TCVD)은 구조적 결함이 상대적으로 적으면서 대 면적화가 가능하다는 이점 때문에 최근 가장 많이 이용되고 있는 방법이다. TCVD를 이용, 니켈, 몰리브덴, 금, 코발트 등의 금속에서 그래핀 합성연구가 보고되었지만, 대부분 수 층(fewlayer)의 그래핀이 합성되었다. 하지만, 구리 촉매를 이용하는 것이 단층 그래핀 합성에 매우 효율적이라는 연구결과가 보고되었다. 구리의 경우, 낮은 탄소융해도(solubility of carbon) 때문에 표면에서 self limiting 과정을 통하여 단층 그래핀이 합성된다. 그러나 단층 그래핀 일지라도 면저항(sheet resistance)이 매우 높고, 이론적 계산값에 비해 전자이동도(electron mobility)가 낮게 측정된다. 이러한 원인은 구조적 결함에서 기인된 것으로써 산업으로의 응용을 어렵게 만들기 때문에 양질의 단층 그래핀 합성연구는 필수적이다[1,2]. 본 연구에서는 TCVD를 이용하여 구리 포일(25 ${\mu}m$, Alfa Aeser) 위에 메탄가스를 탄소공급원으로 하여 수소를 함께 주입하고, 메탄가스의 양과 합성시간, 열처리 시간을 조절하면서 균일한 단층 그래핀을 합성하였다. 합성된 그래핀을 $SiO_2$ (300 nm)기판위에 전사(transfer)후 라만 분광법(raman spectroscopy)과 광학 현미경(optical microscope)을 통하여 분석하였다. 그 결과, 열처리 시간이 증가할수록 촉매로 사용된 구리 포일의 grain size가 커짐을 확인하였으며, 구리 포일 위에 합성된 그래핀의 grain size는, 구리 포일의 grain size에 의존하여 커짐을 확인하였다. 또한 동일한 grain 내의 그래핀은 균일한 층으로 합성되었다. 이는 기계적 박리법, RGO 방법, epitaxial growth 방법으로 얻은 그래핀과 비교하여 매우 뛰어난 결정성을 지님이 확인되었다. 본 연구를 통하여 면적이 넓으면서도 결정성이 매우 뛰어난 양질의 단층 그래핀 합성 방법을 확립하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.382.2-382.2
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• 2016

현재 전 세계적으로 에너지 소비가 급격히 증가하고 있다. 하지만 급격한 에너지 소비에 따른 자원 및 에너지 공급의 불확실성은 점점 높아지고 있다. 특히, 우리나라는 공급 에너지의 96.4%를 해외 수입에 의존하고 있기 때문에 에너지 안보에 매우 취약한 구조를 갖고 있다. 그리고 열전달 시스템에서 임계 열유속은 열전달 시스템의 한계를 나타낸다. 따라서 임계 열유속의 향상은 열전달 시스템의 안전성의 향상을 위한 필수적인 요소이다. 이에 따라 다양한 산업에서 열전달 시스템을 통하여 막대한 양의 에너지가 소비됨에 따라 우수한 열전달 특성을 가진 나노유체를 사용하여 열전달 시스템의 효율 및 안정성을 높이고자 하는 많은 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 유동 비등에서 그래핀 나노 유체 사용에 따른 열전달 특성을 분석하였다. 유동 비등에서 0.01 vol%의 산화 처리된 그래핀 나노유체를 사용하였을 경우 유속이 증가함에 따라 임계 열유속은 증가하였으며 유속이 증가함에 따라 비등 열전달 계수도 증가함을 확인하였다. 그리고 임계 열유속은 순수 물보다 최대 66.32% 증가하였으며, 비등 열전달 계수는 풀비등에서 보다 최대 28.14% 증가함을 확인하였다.

• Polymer(Korea)
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• v.37 no.2
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• pp.162-166
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• 2013

Graphene-coated polymer particles have attracted research interests due to their emerging applications derived from their controlled structure and morphology. To control the properties of graphene oxide (GO)-polystyrene (PS) composite particles, the adsorption time and instantaneous adsorption conditions were investigated by varying their mixing method. Polystyrene particles prepared by emulsion polymerization were modified to have positive surface charge by adsorption of polyethylene imine (PEI) on the surface of PS particles. GO prepared by the chemical exfoliation method had negative surface charge from the oxygenated groups. The adsorption of the negatively charged GOs onto the positively charged PS particles was successfully completed, and it was found that a longer adsorption time and a greater difference in the instantaneous relative concentration led PS-GO particles to have more homogeneously coated surfaces without aggregation.

• Composites Research
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• v.29 no.3
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• pp.104-110
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• 2016

This paper reports a novel method for simultaneous exfoliation of graphene and dispersion of carbon nanotube by using intercalation method. In common, graphene flake and carbon nanotubes can be produced through individual exfoliation or debundling process, but the process require significant amount of time. Here, potassium sodium tartrate was thermally intercalated into graphite and carbon nanotube bundle for simultaneous exfoliation and dispersion of graphene and carbon nanotubes. We confirmed expansion of interlayer distance via XRD, and also found that oxidation level of the exfoliated materials were significantly low (below 8.3 at%). The produced materials are fabricated in to conductive composite film via vacuum filtration and spray deposition to show enhancement of conductive properties.

• Membrane Journal
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• v.26 no.4
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• pp.239-252
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• 2016

Two-dimensional materials offer unique characteristics for membrane applications to water technology. With its atomic thickness, availability and stackability, graphene in particular is attracting attention in the research and industrial communities. Here, we present a brief overview of the recent research activities in this rising topic with bringing two membrane architecture into focus. Pristine graphene in single- and polycrystallinity poses a unique diffusion barrier property for most of chemical species at broad ambient conditions. If well designed and controlled, physical and chemical perforation can turn this barrier layer to a thinnest feasible membrane that permits ultimate permeation at given pore sizes. For subcontinuum pores, both molecular dynamics simulations and experiments predict potential salt rejection to envisage a seawater desalination application. Another novel membrane architecture is a stack of individual layers of 2D materials. When graphene-based platelets are chemically modified and stacked, the interplanar spacing forms a narrow transport pathway capable of separation of solvated ions from pure water. Bearing unbeknownst permeance and selectivity, both membrane architecture - ultrathin porous graphene and stacked platelets - offer a promising prospect for new extraordinary membranes for water technology applications.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.162.2-162.2
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• 2015

플렉서블 디스플레이에 사용되는 투명전극은 벤딩에 의한 인장(tensile) 및 압축(compressive) 스트레스 하에서도 전극의 특성이 지속적으로 유지되어야 한다. 기존 OLED소자의 투명전극으로 사용되던 인듐산화물(ITO, Indium Tin Oxide)는 인듐(Indium)의 희소성 문제뿐만 아니라 벤딩에 대한 복원력이 나쁜 것으로 알려져 플렉서블 디스플레이에는 적합하지 않은 것으로 알려져 있다. 벤딩에 강하고 복원력이 우수한 투명전극 재료가 필요하게 되었다. 본 연구에서는 PEN (Polyethylene Naphthalate) 유연기판 상에 그래핀(Graphene)전극을 구현하여 벤딩에 대한 저항특성을 관찰하였고 일반적으로 많이 사용하는 Aluminum 전극과의 비교를 통해 광효율을 지속적으로 유지할 수 있는 플렉서블 OLED용 전극구현 가능성을 연구하였다. 일반적으로 Al금속은 인장 스트레스를 받음에 따라 저항이 증가하고 다시 복원되면 저항이 감소하는 특성을 갖고 있는데 인장 스트레스에 따라 저항과 늘어난 길이와의 관계는 다음과 같다. $R/R0=(L/L0)^2$ ----------------------------------------- (1) 그러나 반복된 스트레스가 가해질 경우 Al 금속 전극은 복원력을 잃고 저항이 원래대로 돌아가지 않는 문제가 발생하는데 반해 그래핀은 벌집모양의 구조를 갖고 있어 벤딩에 대한 강도가 셀 뿐만 아니라 고탄력으로 인해 복원력이 우수하여 여러 싸이클(cycle)의 벤딩 실험에 의해서도 복원력이 지속적으로 유지되었다. Al 금속 전극의 경우 벤딩 각도 또는 정도에 따라 복원력이 유지되는 구간이 있으나 반복적인 벤딩 싸이클에 의해 복원력이 감소하여 인장 스트레스에 의한 저항 증가 후 스트레스 제거 시 저항 감소가 되지 않는데 24시간 동안 전기 저항 변화를 관찰하면 수시간 후에나 저항이 어느 수준까지만 복원되는 것을 확인할 수 있었으나 복원에 오랜 시간이 소요된다는 점에서 그래핀과 비교가 된다. SEM(Scanning electron microscopy) 분석을 통해 인장 스트레스 인가/제거를 반복함에 따라 Al 금속표면이 표면에 열화되는 것을 확인하였으나 그래핀에서는 나타나지 않았다. 본 연구에서는 높은 투과도와 우수한 전기적 특성을 가지는 그래핀 투명 전도성 전극이 다양한벤딩 조건에서도 뛰어난 복원 특성을 보이는 것을 밝혀내어 차세대 투명 전극 물질로 개발하고자 하였다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.27 no.4
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• pp.25-37
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• 2020

In this study, hybridization of graphene oxide and metal was carried out by the functional groups containing oxygen and thermal treatment for reduction in order to enhance the electrical conductivity and magnetic properties of graphene materials. Graphene-metal hybrid materials were synthesized using the oxygen-containing functional groups (-OH, -COOH and so on) on the surface of graphene oxide by replacing them with metal ions via ion exchange method as well as thermal reduction. The metals used in this study were Fe, Ag, Ni, Zn, and Fe/Ag, and it was confirmed that metal particles of uniform size were well dispersed on the graphene surface through SEM, TEM, and EDS. All of the metal particles on the graphene surface had an oxide-crystalline structure. To check the electrical properties, sheet resistance of the rGO-metal hybrid sample was measured on the PET film made by the dip-coating, and the specific resistance was calculated by measuring the thickness of the specimen through SEM. As a result, the specific resistance was in the range of 2.14×10-5 and 3.5×10-3 ohm/cm.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.155-155
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• 2011

그래핀(graphene)은 모든 탄소 원자가 표면에 존재하는 이차원 결정이기 때문에 다른 고체 표면에 고착될 때 인장 및 압축 변형(tensile & compressive strain)과 전하 도핑(charge doping)에 취약하다고 알려져 있다. 본 연구에서는 산화실리콘(SiO2/Si) 기판 위에 기계적으로 박리된 그래핀에 혼재되어 나타나는 기계적 변형과 전하 도핑 현상을 분석할 수 있는 라만 분광법 기술을 개발하고자 하였다. 대부분의 시료에서 기계적 변형으로 인해 라만 G-band와 2D-band의 진동수(${\omega}$)가 특별한 상관관계(${\Delta}{\omega}2D/{\Delta}{\omega}G$ = 2.0 ${\pm}$ 0.2)를 가진다는 사실을 확인하였다. 전자 친화도가 큰 F4-TCNQ (tetrafluorotetracianoquinodimethane)를 증착하여 화학적으로 p-형 전하 도핑을 유도한 그래핀에서는 기계적 변형과는 분명히 구별되는 상관관계(${\Delta}{\omega}2D/{\Delta}{\omega}G$ = 1.0 ${\pm}$ 0.3)가 관찰되었다. 본 연구는 라만 분광법을 통해 그래핀의 기계적 변형과 전하 도핑 정도를 정량적으로 분리해서 분석할 수 있는 방법을 제시해 준다.

• Membrane Journal
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• v.27 no.2
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• pp.154-166
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• 2017

Polymeric films for gas barrier applications such as food packaging and electronic devices have attracted great interest due to their cheap, light and easy processability among gas barrier materials. Especially in electronic devices, extremely low gas permeance is necessary for maintaining the device performance. However, current polymeric barrier films still suffer from relatively high gas permeance than other materials. Therefore, there have been strong needs to enhance the gas barrier performance of polymeric barrier films while keep their own advantages. Recently, graphene is highlighted as a 2D-layered material for gas barrier applications. However, owing to the poor workability and difficulty to produce in engineering scale, graphene oxide (GO) is on the rise. GO consists of oxygen-containing functional groups on surface with intrinsic 2D-layered structure and high aspect ratio, and it can be well-dispersed in aqueous polar solvents like water, resulting in scalable mass production. Here, we prepared GO incorporated polyimide (PI) nanocomposites. PI is widely used barrier polymer with high mechanical strength and thermal and chemical stability. We demonstrated that PI/GO nanocomposites could perform as a gas barrier. Furthermore, surfactants (Triton X-100 (TX) and Sodium deoxycholate (SDC)) are introduced to enhance the gas barrier performance by improving the degree of dispersion of GO in PI matrix. As a result, TX enhanced the gas barrier performance of PI/GO nanocomposites which is similar to predicted value. This finding will provide new insight to polymer nanocomposites for gas barrier applications.

• Polymer(Korea)
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• v.36 no.5
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• pp.656-661
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• 2012

The palladium nanoparticles were self-assembled to make Pd-POSS using POSS-$NH_3{^+}$ (polyhedral oligomeric silsesquioxane) as a crosslinker. Graphene oxide (GO) was produced by the reaction of graphite under a strong acid and oxidizer and poly(acrylic acid) (PAA) was covalently grafted on the surface of graphene to make PAA-grafted graphene through the radical polymerization of acrylic acid and GO along with a reduction process under $NaBH_4$. The nanocomposites of Pd-POSS and PAA-grafted graphene were fabricated via ionic interactions between positively charged Pd-POSS and negatively charged PAA-grafted graphene. Pd-POSS nanoparticles were attached to the surface of PAA-grafted graphene through ionic interactions. The thermal stability of Pd-POSS/PAA-grafted graphene was higher than that of PAA and PAA-grafted graphene. The composition, structure, surface morphology, and thermal stability of the Pd-POSS/PAA-grafted graphene were studied by FE-SEM, AFM, TEM, FTIR, and TGA.