• Title/Summary/Keyword: 졸겔

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Evaluation of TiN-Zr Hydrogen Permeation Membrane by MLCA (Material Life Cycle Assessment) (물질전과정평가(MLCA)를 통한 TiN-Zr 수소분리막의 환경성 평가)

  • Kim, Min-Gyeom;Son, Jong-Tae;Hong, Tae-Whan
    • Clean Technology
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    • v.24 no.1
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    • pp.9-14
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    • 2018
  • In this study, Material life cycle evaluation was performed to analyze the environmental impact characteristics of TiN-Zr membrane manufacturing process. The software of MLCA was Gabi. Through this, environmental impact assessment was performed for each process. Transition metal nitrides have been researched extensively because of their properties. Among these, TiN has the most attention. TiN is a ceramic materials which possess the good combination of physical and chemical properties, such as high melting point, high hardness, and relatively low specific gravity, high wear resistance and high corrosion resistance. With these properties, TiN plays an important role in functional materials for application in separation hydrogen from fossil fuel. Precursor TiN was synthesized by sol-gel method and zirconium was coated by ball mill method. The metallurgical, physical and thermodynamic characteristics of the membranes were analyzed by using Scanning Electron Microscope (SEM), Energy Dispersive X-ray (EDS), X-ray Diffraction (XRD), Thermo Gravimetry/Differential Thermal Analysis (TG/DTA), Brunauer, Emmett, Teller (BET) and Gas Chromatograph System (GP). As a result of characterization and normalization, environmental impacts were 94% in MAETP (Marine Aquatic Ecotoxicity), 2% FAETP (Freshwater Aquatic Ecotoxicity), 2% HTP (Human Toxicity Potential). TiN fabrication process appears to have a direct or indirect impact on the human body. It is believed that the greatest impact that HTP can have on human is the carcinogenic properties. This shows that electricity use has a great influence on ecosystem impact. TiN-Zr was analyzed in Eco-Indicator '99 (EI99) and CML 2001 methodology.

Ferroelectric Properties of ErMnO3 Thin Film Prepared by Sol-gel Method (졸겔법으로 제조한 ErMnO3 박막의 강유전 특성)

  • Kim, Yoo-Taek;Kim, Eung-Soo;Chae, Jung-Hoon;Ryu, Jae-Ho
    • Journal of the Korean Ceramic Society
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    • v.39 no.9
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    • pp.829-834
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    • 2002
  • Ferroelectric properties of $ErMnO_3$ thin films deposited on Si(100) substrate using Sol-gel process with metal salts were investigated. $ErMnO_3$ thin films with a (001) preferred orientation were crystallized at 800$^{\circ}C$. The $ErMnO_3$ thin film post-annealed at 800$^{\circ}C$ for 1 h showed the dielectric constant(k) of 26 and the dielectric loss(tan ${\delta}$) of 0.032 at the frequency range from 1 to 100 KHz. The grain size of $ErMnO_3$ thin film post-annealed at 800 for 1 h was 10∼30 nm. The remanent polarization($P_r$) of the $ErMnO_3$ thin films increased with increasing (001) preferred orientation. The $ErMnO_3$ thin films post-annealed at 800$^{\circ}C$ for 1 h showed the remanent polarization($P_r$) of 400 nC/$cm^2$, with the increase of post-annealing time at 800$^{\circ}C$, the coercive field($E_c$) of thin films was lowered because the dense and homogeneous thin films were obtained.

Structural and Optical Properties of Sol-gel Derived ZnO:Cu Films

  • Bae, Ji-Hwan;Park, Jun-Su;Jo, Sin-Ho
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2013.08a
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    • pp.199-199
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    • 2013
  • 최근 단파장 광전 소자와 고출력 고주파 전자 소자에 대한 수요 때문에 넓은 밴드갭 에너지를 갖는 반도체에 관심이 많다. 이중에서, ZnO는 우수한 화학 및 역학적 안정성, 수소 플라즈마 내구성과 저가 제조의 장점 때문에 광전자 소자 개발 분야에 적합한 산화물 투명 전극으로 관심을 끌고 있다. 불순물이 도핑되지 않은 ZnO는 본질적으로 산소 빈자리 (vacancy)와 아연 격자틈새 (interstitial)와 같은 자체의 결함으로 말미암아 n형의 극성을 갖기 때문에, 반도체 소자로 응용하기 위해서는 도핑 운반자의 농도와 전도성을 제어하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 박막 제조시 제어성, 안정성과 용이하게 성장이 가능한 졸겔 (sol-gel) 방법을 사용하여 사파이어와 석영 기판 위에 Cu가 도핑된 ZnO 박막을 성장시켰으며, 그것의 구조, 표면 형상, 평균 투과율, 광학 밴드갭 에너지를 계산하였다. 특히, Cu의 몰 비를 0, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.1 mol로 변화시키면서 ZnO:Cu 박막을 성장시켰다. ZnO:Cu 졸은 zinc acetate dihydrate, 2-methoxyethanol (용매), momoethanolamine (MEA, 안정제)을 사용하여 제조하였다. 상온에서 2-methoxyethanol과 MEA가 혼합된 용액에 zinc acetate dihydrate (Zn)을 용해시켰다. 이때 MEA와 Zn의 몰 비는 1로 유지하였다. 이 용액을 $60^{\circ}C$ 가열판 (hot plate)에서 24 h 동안 자석으로 휘젓으며 혼합하여 맑고 균일한 용액을 얻었다. 이 용액을 3000 rpm 속도로 회전하는 스핀 코터기의 상부에 장착된 사파이어와 석영 기판 위에 주사기 (syringe)를 사용하여 한 방울 떨어뜨려 30 s 동안 스핀한 다음에, 용매를 증발시키고 유기물 찌꺼기를 제거하기 위하여 $300^{\circ}C$에서 10분 동안 건조시킨다. 기판 위에 코팅하는 작업에서 부터 건조 작업까지를 10회 반복한 다음에, 1 h 동안 전기로에 장입하여 석영 기판 위에 증착된 시료는 $550^{\circ}C$에서, 사파이어 기판은 $700^{\circ}C$에서 열처리를 수행하였다. Cu의 몰 비 0, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 1로 성장된 ZnO:Cu 박막에 대한 x선 회절 분석의 결과에 의하면, 모든 ZnO:Cu 박막의 경우에 관측된 34.3o의 피크는 ZnO (002) 면에서 발생된 회절 패턴을 나타낸다. 이것은 JCPDS #80-0075에 제시된 회절상과 일치하였으며, ZnO:Cu 박막이 기판에 수직인 c-축을 따라 우선 배향됨을 나타낸다. 사파이어 기판 위에 증착된 박막의 경우에, Cu의 몰 비가 점점 증가함에 따라(002)면 회절 피크의 세기는 전반적으로 증가하여 0.07 mol에서 최대를 나타내었으나, 석영 기판 위에 증착된 박막의 경우에는 0.05 mol에서 최대를 보였다. 외선-가시광 분광계를 사용하여 서로 다른 Cu의 몰 비로 성장된 ZnO:Cu 박막에서 광학 흡수율 (absorbance) 스펙트럼을 측정하였으며, 이 데이터를 사용하여 평균 투과율을 계산한 결과, 투과율은 Cu의 몰 비에 따라 현저한 차이를 나타내었다. Cu의 몰 비가 0.07 mol일 때 평균 투과율은 80%로 가장 높았으며, 0.03 mol에서는 30%로 최소이었다. 광학밴드갭 에너지는 Tauc 모델을 사용하여 계산하였고, 결정 입자의 형상과 크기와의 상관 관계를 조사하였다.

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Crystallization and Magnetic Properties of Iron Doped La-Ba-Mn-O (Fe이 치환된 LaBaMnO계 산화물의 중성자 회절 및 Messbauer분광학연구)

  • Choi, Kang-Ryong;Kim, Sam-Jin;Shim, In-Bo;Kim, Chul-Sung
    • Journal of the Korean Magnetics Society
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    • v.14 no.1
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    • pp.38-44
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    • 2004
  • The iron doped colossal magnetoresistance materials with La-Ba-Mn-O perovskites structure have been synthesized by chemical reaction of sol-gel methods. Their crystallographic and magnetic properties have been studied with x-ray diffraction, VSM, RBS, Mossbauer spectroscopy, and magnetoresistance measurements. The crystal structure of the La$\_$0.67/Ba$\_$0.33/Mn$\_$0.99/Fe$\_$0.01/ $O_3$ at room temperature was determined to be orthorhombic of Pnma. The lattice parameters a$\_$0/ and c$\_$0/ increased gradually, but b$\_$0/ deceased with increase of iron substitution. The magnetization and coercivity deceased, also the Curie temperature decreased from 360 K as x increased from 0.00 to 0.05. Magnetoresistence measurements were carried out, and the maximum MR ($\Delta$$\rho$/$\rho$(0)) was observed at 281 K, about 9.5 % in 10 kOe. The temperature of maximum resistance (R$\_$MAX/) decreased with increasing substitution of Fe ions and a semiconductor-metal transition temperature (T$\_$SC-M/) decreased too. This phenomena show that ferromagnetic transition temperature decreased by substituting Fe for Mn ions, it decreases double exchange interaction. This result accords with magnetic structure of neutron diffraction. Mossbauer spectra of La$\_$0.67/Ba$\_$0.33/Mn$\_$0.99/Fe$\_$0.01/ $O_3$were taken at various temperatures ranging from 15 to 350 K. With lowering temperature of the sample, two magnetic phases were increased and finally it showed the two sharp sextets of spectra at 15 K. The isomer shift at all temperature range is about 0.3 mm/s relative to Fe metal, which means that both Fe ions are Fe$\^$3+/ states.Fe$\^$3+/ states.

휨 구조의 압전 마이크로-켄틸레버를 이용한 진동 에너지 수확 소자

  • Na, Ye-Eun;Park, Hyeon-Su;Park, Jong-Cheol
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2014.02a
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    • pp.476-476
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    • 2014
  • 서론: 저 전력 소모를 필요로 하는 무선 센서 네트워크 관련 기술의 급격한 발달과 함께 자체 전력 수급을 위한 진동 에너지 수확 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 다양한 구조와 소재를 압전 외팔보에 적용하여 제안하고 있다. 그 중에서도 진동 기반의 에너지 수확 소자는 주변 환경에서 쉽게 진동을 얻을 수 있고, 높은 에너지 밀도와 제작 방법이 간단하다는 장점을 가지고 있어 많은 분야에 응용 및 적용 가능하다. 기존 연구에서는 2차원적으로 진동 에너지 수확을 위한 휜 구조의 압전 외팔보를 제안 하였다. 휜 구조를 갖는 압전 외팔보는 각각의 짧은 두 개의 평평한 외팔보가 일렬로 연결된 것으로 볼 수 있다. 하나의 짧고 평평한 외팔보는 진동이 가해지면 접선 방향으로 응력이 생겨 최대 휨 모멘텀을 갖게 된다. 그러므로 휜 구조를 갖는 외팔보는 진동이 인가됨에 따라 길이 방향과 수직 방향으로 진동한다. 하지만, 이 구조는 수평 방향으로 가해지는 진동에 대한 에너지를 수확하기에는 한계점을 가진다. 즉, 3축 방향에서 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확하기는 어렵다. 본 연구에서는 3축 방향에서 에너지를 효율적으로 수확할 수 있도록 헤어-셀 구조의 압전 외팔보 에너지 수확소자를 제안한다. 제안된 소자는 길이 방향과 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로도 진동하여 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있다. 구성 및 공정: 제안하는 소자는 3축 방향에서 임의의 진동을 수확하기 위해서 길이를 길게 늘이고 길이 방향을 따라 휘어지는 구조의 헤어-셀 구조로 제작하였다. 외팔보의 구조는 외팔보의 폭 대비 길이의 비가 충분히 클 때, 추가적인 자유도를 얻을 수 있다. 그러므로 헤어-셀 구조의 에너지 수확 소자는 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향을 통해서 3차원적으로 임의의 주변 진동 에너지를 수확하여 전기적인 에너지로 생성시킬 수 있다. 제작된 소자는 높은 종횡비를 갖는 무게 추($500{\times}15{\times}22{\mu}m3$)와 길이 방향으로 길게 휜 압전 외팔보($1000{\times}15{\times}1.7{\mu}m3$)로 구성되어있다. 공정 과정은 다음과 같다. 먼저, 실리콘 웨이퍼 위에 탄성층을 형성하기 위해 LPCVD SiNx를 $0.8{\mu}m$와 LTO $0.2{\mu}m$를 증착 후, 각각 $0.03{\mu}m$$0.12{\mu}m$의 두께를 갖는 Ti와 Pt을 하부 전극으로 스퍼터링한다. 그리고 Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 박막을 $0.35{\mu}m$ 두께로 졸겔법을 이용하여 증착하고 상부 Pt층을 두께 $0.1{\mu}m$로 순차적으로 스퍼터링하여 형성한다. 상/하부 전극은 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 이용해 건식 식각으로 패턴을 형성한다. PZT 층과 무게 추 사이의 보호막을 씌우기 위해 $0.2{\mu}m$의 Si3N4 박막이 PECVD 공정법으로 증착되고, RIE로 패턴을 형성된다. Ti/Au ($0.03/0.35{\mu}m$)이 E-beam으로 증착되고 lift-off를 통해서 패턴을 형성함으로써 전극 본딩을 위한 패드를 만든다. 초반에 형성한 실리콘 웨이퍼 위의 SiNx/LTO 층은 RIE로 외팔보 구조를 형성한다. 이후에 진행될 도금 공정을 위해서 희생층으로는 감광액이 사용되고, 씨드층으로는 Ti/Cu ($0.03/0.15{\mu}m$) 박막이 스퍼터링 된다. 도금 형성층을 위해 감광액을 패턴화하고, Ni0.8Fe0.2 ($22{\mu}m$)층으로 도금함으로써 외팔보 끝에 무게 추를 만든다. 마지막으로, 압전 외팔보 소자는 XeF2 식각법을 통해 제작된다. 제작된 소자는 소자의 여러 층 사이의 고유한 응력 차에 의해 휨 변형이 생긴다. 실험 방법 및 측정 결과: 제작된 소자의 성능을 확인하기 위하여 일정한 가속도 50 m/s2로 3축 방향에 따라 입력 주파수를 변화시키면서 출력 전압을 측정하였다. 먼저, 소자의 기본적인 공진 주파수를 얻기 위하여 수직 방향으로 진동을 인가하여 주파수를 변화시켰다. 그 때에 공진 주파수는 116 Hz를 가지며, 최대 출력 전압은 15 mV로 측정되었다. 3축 방향에서 진동 에너지 수확이 가능하다는 것을 확인하기 위하여 제작된 소자를 길이 방향과 수평 방향으로 가진기에 장착한 후, 기본 공진 주파수에서의 출력 전압을 측정하였다. 진동이 길이방향으로 가해졌을 때에는 33 mV, 수평방향으로 진동이 인가되는 경우에는 10 mV의 최대 출력 전압을 갖는다. 제안하는 소자가 수 mV의 적은 전압은 출력해내더라도 소자는 진동이 인가되는 각도에 영향 받지 않고, 3축 방향에서 진동 에너지를 수확하여 전기에너지로 얻을 수 있다. 결론: 제안된 소자는 3축 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있는 에너지 수확 소자를 제안하였다. 외팔보의 구조를 헤어-셀 구조로 길고 휘어지게 제작함으로써 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향에서 출력 전압을 얻을 수 있다. 미소 전력원으로 실용적인 사용을 위해서 무게추가 더 무거워지고, PZT 박막이 더 두꺼워진다면 소자의 성능이 향상되어 높은 출력 전압을 얻을 수 있을 것이라 기대한다.

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Separation of Hydrogen-Nitrogen Gases by PDMS-SiO2·B2O3 Composite Membranes (PDMS-SiO2·B2O3 복합막에 의한 수소-질소 기체 분리)

  • Lee, Suk Ho;Kang, Tae Beom
    • Membrane Journal
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    • v.25 no.2
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    • pp.115-122
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    • 2015
  • $SiO_2{\cdot}B_2O_3$ was prepared by trimethylborate (TMB)/tetraethylorthosilicate (TEOS) mole ratio 0.01 at $800^{\circ}C$. PDMS[poly(dimethysiloxane)]-$SiO_2{\cdot}B_2O_3$ composite membranes were prepared by adding porous $SiO_2{\cdot}B_2O_3$ to PDMS. To investigate the characteristics of PDMS-$SiO_2{\cdot}B_2O_3$ composite membrane, we observed PDMS-$SiO_2{\cdot}B_2O_3$ composite membrane using TG-DTA, FT-IR, BET, X-ray, and SEM. PDMS-$SiO_2{\cdot}B_2O_3$ composite membrane was studied on the permeabilities of $H_2$ and $N_2$ and the selectivity ($H_2/N_2$). Following the results of TG-DTA, BET, X-ray, FT-IR, $SiO_2{\cdot}B_2O_3$ was the amorphous porous $SiO_2{\cdot}B_2O_3$ with $247.6868m^2/g$ surface area and $37.7821{\AA}$ the mean of pore diameter. According to the TGA measurements, the thermal stability of PDMS-$SiO_2{\cdot}B_2O_3$ composite membrane was enhanced by inserting $SiO_2{\cdot}B_2O_3$. SEM observation showed that the size of dispersed $SiO_2{\cdot}B_2O_3$ in the PDMS-$SiO_2{\cdot}B_2O_3$ composite membrane was about $1{\mu}m$. The increasing of $SiO_2{\cdot}B_2O_3$ content in PDMS leaded the following results in the gas permeation experiment: the permeability of both $H_2$ and $N_2$ was increased, and the permeability of $H_2$ was higher than $N_2$, but the selectivity($H_2/N_2$) was decreased.

Microstructural property and catalytic activity of nano-sized MnOx-CeO2/TiO2 for NH3-SCR (선택적 촉매 환원법 재료로서 나노 사이즈 MnOx-CeO2/TiO2 촉매에 대한 미세 구조적 특성과 촉매활성 평가)

  • Hwang, Sungchul;Jo, Seung-hyeon;Shin, Min-Chul;Cha, Jinseon;Lee, Inwon;Park, Hyun;Lee, Heesoo
    • Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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    • v.26 no.3
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    • pp.115-120
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    • 2016
  • $CeO_2$ is used as a co-catalyst with $TiO_2$ to improve the catalytic activity of $MnO_x$ and characterization of nano-sized powder is identified with de-NOx efficiency. A comparison between $MnO_x-CeO_2/TiO_2$ and single $CeO_2$ was conducted in terms of microstructural analysis to observe the behavior of $CeO_2$ in the ternary catalyst. The $MnO_x-CeO_2/TiO_2$ catalyst was synthesized by sol-gel method and the average particle size of the single $CeO_2$ is about $285{\mu}m$ due to the low thermal stability, whereas the particle size $MnO_x-CeO_2/TiO_2$ is about 130 nm. The strong interaction between Ce and Ti was identified through the EDS mapping by transmission electron microscopy (TEM). The improvement about 20 % of $de-NO_x$ efficiency is observed in the low-temperature ($150^{\circ}C{\sim}250^{\circ}C$) and vigorous oxygen exchange by well-dispersed $CeO_2$ is the reason of catalytic activity improvement.