• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.309.2-309.2
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• 2014

산화아연은 넓은 밴드갭과 큰 엑시톤 에너지를 갖고 있어 광전자반도체 물질로 산화인듐주석의 대체물질로 유망하다. 그러나, 산화아연 박막 및 나노막대는 대부분 c-축 방향으로의 성장이 보고되고 있다. 하지만, c-축으로 성장하는 극성 산화아연은 자발분극과 압전분극을 갖으며 이는 quantum confinement Stark effect (QCSE)를 발생시킨다. 그러므로, 반극성과 무극성 산화아연의 연구가 활발히 진행 되고 있다. 더욱이, 산화아연 나노구조체는 넓은 표면적, 높은 용해도, 광범위한 적용분야 등의 이점으로 많은 연구가 이뤄지고 있다. 본 연구에서는 m-면 사파이어 기판 위에 원자층 증착법을 이용하여 비극성 산화아연의 박막을 형성 후 전기화학증착법을 이용하여 반극성 산화아연 막대를 성장하고 이에 대한 성장 메커니즘을 분석하였다. 반극성 (10-11) 산화아연 나노구조체를 성장하기 위하여 두 단계 공정을 이용하였다. 먼저 원자층 증착법을 이용하여 m-면 사파이어 기판 위에 60 nm의 산화아연 씨앗층을 $195^{\circ}C$에서 성장 하였다. X-선 회절분석을 통하여 m-면 사파이어 위에 성장한 산화아연 씨앗층이 무극성 (10-10)으로 성장한 것을 확인하였다. 무극성 산화아연 씨앗층 위에 나노구조체를 형성하기 위하여 전기화학 증착법을 이용하여 주 공정이 진행되었다. 전구체로는 질산아연헥사수화물 ($Zn(NO3)2{\cdot}6H2O$)과 헥사메틸렌테트라민을 ((CH2)6N4)을 사용하였다. 무극성 산화아연 기판을 질산아연헥사수화물과 헥사메틸렌테트라민을 용해한 전해질에 담근 뒤 $70^{\circ}C$에서 두시간 동안 -1.0V의 정전압을 인가하였다. SEM을 이용한 표면 분석에서 원자층 증착법을 이용해 성장한 무극성 산화아연 씨앗층 위에 산화아연 나노구조체를 성장 시, 한 방향으로 기울어진 반극성 산화아연 나노구조체가 성장하는 것이 관찰되었다. 산화아연 막대의 성장 시간에 따라 XRD를 측정한 결과, 성장 초기에는 매우 약한 $31.5^{\circ}$ (100), $34.1^{\circ}$ (002), $36^{\circ}$ (101) 부근의 피크가 관찰되는 반면, 성장 시간이 증가함에 따라 강한 $36^{\circ}$ 부근의 피크가 관찰되는 X-선 회절 분석 결과를 얻을 수 있었다. 이는, 성장 초기에는 여러 방향의 나노구조체가 성장하였지만 성장시간이 점차 증가함에 따라 (101) 방향으로 우선 성장되는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.96-96
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• 2016

나노섬유(nanofiber), 나노선(nanowire), 그리고 나노튜브(nanotube)와 같은 1차원 구조의(one-dimensional structure) 나노재료는 벌크(bulk) 및 박막(film) 재료와는 다르게 물리적, 화학적으로 특이한 성질을 가지고 있으며, 이러한 성질은 나노재료의 구조, 형상, 크기 등에 큰 영향을 받는다. 첫 째, 전기방사(electrospinning) 공정을 이용한 나노섬유의 합성; 용액의 특성, 전기장 세기, 방사시간 등의 변수를 조절하게 되면 방출되는 재료의 형상을 입자 혹은 섬유상의 형태로 얻을 수 있으며, 전기방사를 통해 합성된 나노재료의 소결 온도 및 시간을 달리함으로써 나노입자의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 템플레이트 합성법(template synthesis) 및 이중노즐(coaxial nozzle)을 이용해 속이 빈 형태인 중공(hollow) 구조의 나노섬유를 얻을 수 있으며, 전기방사에 사용되는 전구물질에 원하는 금속 및 산화물을 첨가함으로써 복합체(composite) 나노섬유를 얻을 수 있다. 둘 째, VLS(Vapor-Liquid-Solid) 공정을 이용한 나노선의 성장; 온도, 압력, 전구물질의 양, 그리고 시간 등의 변수를 조절하게 되면 원하는 직경 및 길이를 갖는 나노선을 성장시킬 수 있다. 그리고 ALD(Atomic Layer Deposition)를 이용해 나노선에 추가적인 층을 형성함으로써 코어-셀 구조를 형성할 수 있으며, 감마선, UV와 같은 공정을 이용해 귀금속 촉매를 나노선에 기능화 시킬 수도 있다. 코어-셀 구조를 갖는 나노선/나노섬유는 코어 혹은 셀 층의 전자나 홀의 이동을 유발하여 전자공핍층(electron depletion layer) 또는 정공축적층(hole accumulation layer)을 확대 및 축소시켜 센서의 초기저항을 증가시키거나 감소시키는 역할로써 이용되고 있으며, 특히, 셀 층의 두께가 셀 층 재료의 Debye length와 유사한 크기를 갖게 되면, 셀 층은 완전공핍층(fully depleted layer)을 형성해 최대의 감도를 나타낼 수 있다. 본 연구에서는 다양한 제조 공정을 통해 제작될 수 있는 1차원 나노-구조물을 가스센서에 적용하는 사례들을 소개하고, 이러한 가스센서의 감응성능을 향상시키기 위한 방법의 한 가지로 원자층증착법으로 나노선/나노섬유의 표면에 셀층을 형성하여 감응성 향상 메커니즘 및 관련 주요 변수들을 조사하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.151-151
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• 2007

최근에 에피 성장된 ZnO는 UV-LED, 화학적-바이오센서와 투명전도 전극에 많은 관심을 받고 있다. 고 품질의 ZnO는 Metal-organic chemical vapor deposition(MOCVD), Pulsed laser deposition(PLD), molecular beam epitaxy(MBE), 그리고 마그네트론 스퍼터링법에 의해 성장이 이루어지고 있다. 대부분의 ZnO는 사파이어, 싫리콘과 같은 이종 기판 위에 성장되고 있으며, Heteroepitaxy로 성장된 ZnO 박막은 기판과 박막사이의 격자상수, 열팽창계수 차이로 인해 높은 결함 밀도를 보이고 있다. 이러한 문제점은 광전자 소자 응용에 있어 여러 가지 문제점을 야기 시킨다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 박막과 기판사이에 저온 버퍼층을 사용하거나 같은 물질의 버퍼층을 사용하여 결할 밀도를 감소시키고, 높은 결정성을 가진 ZnO 박막을 성장시킨 결과들이 많이 보고되어지고 있다. 본 연구에서는 마그네트론 스퍼터링 법으로 저온 버퍼층 성장 없이 성장온도 만을 달리 하여 고품질의 ZnO 박막을 성장시켰다. ZnO 박막은 c-sapphire 기판위에 ZnO(99.9999%)의 타겟을 사용하여 $600{\sim}800^{\circ}C$ 온도에서 성장시켰고, 스퍼터링 가스로는 아르곤과 산소를 2:1 비율로 혼합하여 15mtorr의 압력에서 성장하였다. 이렇게 성장시킨 ZnO 박막은 Transmission Electron Microscopy (TEM), High-Resolution X-ray Diffraction (HRXRD), Low-temperature PL, 그리고 Atomic Force Microscopy (AFM)로 특성을 분석 하였다. ZnO 박막은 HRXRD (002) 면의 $\omega$-rocking curve운석 결과, $0.083^{\circ}$의 작은 FEHM을 얻었고, (102) 면의 $\varphi$-sacn을 통해 온도가 증가함에 따라 향상된 6-fold을 확인함으로새 에피성장됨을 알 수 있었다. 또한 TEM분석을 통해 $800^{\circ}C$에서 성장된 박막은 $6.7{\times}10^9/cm^2$의 전위밀도를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2001.07c
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• pp.1908-1910
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• 2001

본 논문은 마이크로머시닝 기술을 이용하여 lift-off 공정으로 패턴닝 한 후 TMAH (Tetramethylammonium Hydroxide) 용액으로 $5{\sim}100{\mu}m$ 두께의 실리콘 다이어프램을 제작하였다. Pt/Ti 박막을 HF 전해질의 mask 물질로 사용하여 HF 용액 내에서 전기화학적 방법으로 정전압을 인가, 다이어프램 영역에 다공질 실리콘을 성장시켜 관통하였다. 140$^{\circ}C$의 질소 분위기에서 $10{\sim}15{\mu}m$두께의 LDPE(Low Density Poly Ethylene) 필름을 물리적으로 다이어프램 영역에 코팅하고 $K_2CO_3$ 용액내에서 ${CO_3}^{2-}$ 이온의 barrier에 의한 전류의 감소를 전기화학적인 분석방법에 의하여 측정하였다. 일정 전압하에서 이온 농도에 기인하는 다공질 실리콘과 LDPE 표면에서 Barrier의 두께에 따른 저항의 증가를 전극으로 감지하여 농도-전류의 특성을 측정하고 이것을 기준으로 하여 미지농도의 $K_2CO_3$ 용액내의 ${CO_3}^{2-}$ 이온 농도를 측정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.477-477
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• 2012

미생물 연료전지는 정부가 추진하고 있는 신성장 동력사업의 녹색성장 정책에 부합하는 환경융합 신기술로써 일상생활에서 배출되는 하 폐수와 같은 유기물질을 전자공여체로 이용하여 전기에너지를 생산 할 수 있다는 점에서 각광받고 있다. 미생물 연료전지는 산화전극부의 미생물이 공급된 유기물질 을 분해하여 전자와 수소이온을 생성시키며 이들은 산소가 존재하는 환원전극부로 이동하여 물로 환원 됨 으로써 전기를 생성한다. 전기 화학적 성능의 향상을 위해 미생물 연료전지에서는 환원전극부에 서의 산소와 전자 및 수소이온의 빠른 환원반응을 유도해 주는 Pt촉매를 이용한다. 하지만 고가의 Pt 촉매는 미생물 연료전지의 현장적용을 위한 규모확장 시 초기비용이 증가되는 문제점을 초래한다. 이에 미생물 연료전지의 대체촉매 개발에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 화학적 연료전지에 관한 논문에서 연료전지의 촉매로 산소 환원반응에 높은 성능을 보이는 Co-N/C 형태의 Cobalt poly-pyrrole carbon가 제시 되었다. 이는 가격적인 측면에서는 Pt촉매의 약1/10배 정도 수준이지만 셀 성능은 Pt촉매의 95%정도의 효율을 보인다는 측면에서 향후 Pt 대체촉매로 가능성을 보여주는 새로운 비금속 촉매물질이다. Cobalt poly-pyrrole carbon이 Pt-catalsyt 셀 전압 성능 대비 약 66 %의 효율을 보였고 내부저항과 최대전력 밀도에 있어서도 촉매를 사용하지 않은 경우와 비금속 촉매의 성능보다 높음을 알 수 있었다. 본 연구는 Pt-catalsyt를 대체할 수 있는 저가의 산소환원 촉매물질 발굴을 위해 미생물연료전지에서 사용된 전례가 없으며 현재 화학전지의 촉매로 널리 쓰이고 있는 Cobalt poly-pyrrole carbon의 산소환원 촉매로써의 이용가능성을 평가하기 위해 실시되었으며, 평가한 결과는 첫 번째로 Cobalt poly-pyrrole carbon을 사용한 경우가 촉매를 사용하지 않은 경우와 비금속 촉매보다 환원 전극부에서의 원활한 환원작용이 진행되고 있음을 추측할 수 있으며 Pt-catalyst와 비교하였을 때 성능 대비 저렴한 가격으로 가격 경쟁력에 있어서 우월하다고 판단되었고 두 번째로 전기화학적 성능평가 및 EIS를 이용한 환원전극부의 내부저항 평가를 실시한 결과 셀 전압에 있어서 가장 많은 도말량 ($2.0mg/cm^2$)이 높은 성능을 보이고 있음을 알 수 있었다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.34 no.4
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• pp.331-346
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• 2023

Recently, green processes that can be directly used in an energy-efficient and electrified society to achieve carbon neutrality are attracting attention. Existing heat and pressure-based desalination technologies that consume tremendous amounts of energy are no exception, and the growth of next-generation electrochemical-based desalination technologies is remarkable. One of the most representative electrochemical desalination technologies is electrochemical ion separation (EIONS) technology, which includes capacitive desalination (CDI) and battery desalination (BD) technology. In the research field of EIONS, various system applications have been developed to improve system performance, such as capacity and cyclability. However, it is very difficult to understand the meaning and novelty of these applications immediately because there are only a few papers that summarize the research background for domestic readers. Therefore, in this review paper, we aim to describe the technological advances and individual characteristics of each system in clear and specific detail about the latest EIONS research. The driving principle, research background, and strengths and weaknesses of each EIONS system are explained in order. In addition, this paper concluded by suggesting the future development and research direction of EIONS. Researchers who are just beginning out in EIONS research can also benefit from this study because it will help them understand the research trend.

• Journal of the Korean Chemical Society
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• v.38 no.12
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• pp.885-890
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• 1994

Kinetics of electrochemical polymerization of aniline on a tungsten electrode in acidic aqueous solution was studied by means of cyclic voltammetry and kinetic measurements of anodic oxidation. Aniline molecule appeared to be intially oxidized via two-electron transfer to produce oxidized deprotonated aniline ion, which subsequently undergoes nucleophilic attack to the parent aniline and results in head to tail coupling to yield a dimerized species. But, being contrary to the case of Pt electrode, the propagation of polymerization occured through attack of the monomer by the oxidized aniline monomer to polymer. The growth rate of polyaniline was slow in comparison with the growth on Pt electrode. The degradation products were confirmed to be not p-benzoquinone(BQ) but p-phenylenediamine(p-PDA) by spectrophotometry, which agrees with the fact that oxidation of p-PDA was not observed below 1.0 V.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.269-269
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• 2010

$SnO_2$ 나노선은 n-type의 전기적 특성과 우수한 광 특성을 보이며, 전자소자, 광소자 뿐 아니라 다양한 종류의 가스 센서 등에 응용되고 있다. 그러나 $SnO_2$ 나노선은 공기중에서 전기적으로 불안정한 특성을 보이며, 도핑을 하지 않은 나노선 소자에서는 전자의 모빌러티가 높지 않다는 단점을 갖고 있다. 이를 개선하고자 본 연구에서는 화학기상증착법 (Chemical Vapor Deposition)으로 Sb을 도핑한 $SnO_2$ 나노선을 성장하여 전계방출효과 트랜지스터 (field effect transistor: FET)를 제작하여 전기적 특성과 UV 반응성의 변화를 측정하였다. Sb 도핑 양을 늘려감에 따라 전기적 특성이 반도체 특성에서 점점 금속 특성으로 변하는 것과 게이트 전압의 영향을 적게 받는 것을 확인하였다. 또한 도핑을 해준 $SnO_2$ 나노선의 경우 UV 반응과 회복 시간이 기존에 비하여 크게 감소하여 UV 센서에 더욱 적합해진 것을 확인하였다. 또한, 슬라이딩 트랜스퍼 공정을 이용하여 나노선을 원하는 기판에 정렬된 상태로 전이할 때 도핑한 나노선은 표면특성의 변화로 정렬도가 크게 감소하는 것을 확인하였고, 기판에 윤활제를 사용하여 정렬도를 높일 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.568-568
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• 2012

뛰어난 물리적, 전기적 특성을 가진 단일벽 탄소나노튜브는 여러 분야에서 응용 가능성이 매우 높은 물질이다. 그러나 단일벽 탄소나노튜브의 전기적 특성은 나노튜브의 직경과 카이랄리티(chirality)에 매우 강하게 의존되기 때문에 균일한 직경과 카이랄리티를 갖는 단일벽 탄소나노 튜브만의 사용은 나노튜브 기반의 전자소자 응용에서 매우 중요하다. 균일한 직경과 카이랄리티의 단일벽 탄소나노튜브를 얻는 방법은 나노튜브 합성을 통한 직접적인 방법과 후처리 기술을 통해 가능하며, 최근에는 금속 나노입자를 촉매로서 화학기상증착(Chemical vapor deposition, CVD)을 이용하여 좁은 직경 분포를 갖는 단일벽 탄소나노튜브의 합성이 보고되었다. 화학기상 증착은 용이하게 단일벽 탄소나노튜브를 합성하며, 성장된 나노튜브의 직경은 촉매금속 나노입자의 크기에 의해 결정된다. 본 연구는 크기가 제어된 산화철 나노입자를 촉매금속으로 사용하여 열화학기상증착법을 이용해 직경분포가 매우 좁고 균일한 단일벽 탄소나노튜브를 합성하였다. 합성된 단일벽 탄소나노튜브 직경과 카이랄리티는 라만 분광법(Raman spectroscopy)과 투과 전자현미경(Transmission electron microscope)을 이용하여 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.308-308
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• 2013

본 연구에 염료감응형 태양전지(Dye Sensitized Solar Cells; DSSCs)의 광전변환효율을 높이기 위해 작업전극에 새로운 구조의 광투과층 및 산란층을 도입하였다. DSSCs 작업전극의 빛을 투과시키는 투과층에 크기가 10 nm 이하의 nanoparticle $TiO_2$를 적용하고, 투과된 빛이 산란되어 많은 전자가 여기 될 수 있도록 기존의 큰 입자 사이즈였던 산란층을 이용하는 대신 $TiO_2$ nanorod 및 nanotube 형태의 구조를 도입하여 기존의 작업전극과 비교하였다. 산란층에서 방향성을 가지는 rutile 상의 $TiO_2$는 저온에서 안정적인 anatase 상의 $TiO_2$보다 화학적으로 안정하며, 높은 산란율을 가지고, 광에 의해 여기된 전자를 직접적으로 집전전극에 전달해 줌으로서 소자의 효율을 증가시킨다고 보고되고 있다. Rutile 상의 $TiO_2$ 층 제작 시 수열합성법을 이용하면 nanorod 모양의 $TiO_2$층을 형성할 수 있고, 이와 같은 방법으로 성장시킨 산란층에 전기영동법의 식각 효과를 사용하면 nanotube 모양의 $TiO_2$층을 성장시킬 수 있어 산란효과의 극대화 및 전극의 표면적을 넓히는 장점이 있다. 각각의 방법을 이용하여 만든 구조 위에 입자 크기 10 nm의 $TiO_2$를 Dr blade 방법으로 도포하여 double layer (산란층+흡수층)로 구성된 작업 전극을 이용한 DSSCs를 제작한 후 I-V curve와 EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 측정하여 효율 및 전기화학적 특성을 분석하였다.