• 전기화학회지
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• 제25권4호
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• pp.134-153
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• 2022

리튬이온전지의 에너지밀도가 지속적으로 높아지고 사용환경이 가혹해지고 있지만, 전지의 안전성은 타협할 수 있는 특성이 아니다. 특히, 더 높은 에너지밀도 확보를 위해 고용량 전극 소재 개발과 함께 분리막 원단 뿐만 아니라 세라믹 코팅층의 두께 및 무게의 박막화와 경량화가 동시에 요구되고 있다. 그 중, 기존 슬러리 코팅 방식을 증착 방식으로 대체하는 기술이 주목받고 있으며, 분리막의 내열성 확보를 위해 도입된 수 ㎛ 수준의 세라믹 코팅층을 nm 수준으로 박막/경량화 하면서도 동등의 내열성을 확보하는 시도가 진행되고 있다. 증착법으로 제조된 세라믹 코팅 분리막은 리튬이온전지 에너지밀도를 크게 증가시킬 수 있는 효율적인 방법이지만, 균일한 물성의 세라믹 코팅 분리막을 제작하기 위해서는 증착 공정 중 온도를 제어해야 하며, 생산속도와 공정비용을 기존 슬러리 코팅 수준으로 떨어뜨려야 하는 현실적 문제가 존재한다. 그럼에도 불구하고, 분리막 원단 대비 두께 및 무게 증가가 거의 없다는 점에서는 전지의 고에너지밀도 달성에 필요한 매력적인 접근법임은 분명하다. 본 총설에서는 세라믹 증착 코팅에 사용되고 있는 세 가지 방법인 1) 화학적 기상 증착법, 2) 원자층 증착법, 그리고 3) 물리적 기상 증착법으로 제조된 세라믹 코팅 분리막을 소개하고자 한다. 각 증착법의 원리와 장/단점을 설명하고, 제조된 세라믹 코팅 분리막의 물리적, 전기화학적 특성 및 전지의 성능 변화를 비교 분석하였다. 또한, 소재 관점에서 금속 또는 유기물질이 코팅된 초박막 코팅 분리막의 기술 동향도 소개하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제42권2호
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• pp.88-93
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• 2005

아크 이온 플레이팅과 스퍼터로 구성된 하이브리드 시스템을 이용하여 다성분계 Ti-Al-Si-N 코팅막을 WC-Co 기판에 증착하였다. 증착시 Si 함량을 변화시켜 코팅막의 마모특성에 Si 함량이 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 마모 특성을 관찰하기 위하여 Ti-Al-Si-N 코팅막이 증착된 WC-Co 원판에 3N의 하중, 0.1 m/s의 속도로 볼 온 디스크(ball-on-disk) 형태의 마모시험기를 이용하여 건식 마모 실험을 하였다. 상대재로는 스틸볼과 지르코니아볼을 사용하였다. 상대재가 스틸볼의 경우 Ti-Al-Si-N 코팅막의 마찰계수가 Ti-Al-N 코팅막의 마찰계수보다 낮게 나타났다 이는 Si가 첨가되어 마모시 상대재와 코팅막 사이에 자기윤활효과(self-lubricant effect)에 의한 것으로 여겨진다. 코팅막과 스틸볼 사이에 응착 마모 거동을 보였으며, Si의 함량이 증가함에 따라 마찰계수는 감소하였다. 한편, 상대재가 지르코니아 볼의 경우 코팅막과 지르코니아 볼 사이에서 연삭마모 거동이 더 지배적이었고, Si 함량이 증가할수록 마찰계수는 증가하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.265-265
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• 2010

고분자 소재(polycarbonate; PC)의 표면을 보호하고 광학적 특성을 유지하기 위해 산화물 다층 박막과 비정질 탄소 박막(diamond-like carbon; DLC)을 전자빔 증착(e-beam evaporation)과 이온빔 증착(ion-beam deposition)을 이용하여 고분자 소재에 코팅하였다. 전자빔 증착으로 코팅된 실리콘과 티타늄 산화물 다층 박막은 소재 표면에서 가시광선의 반사율을 낮추는 효과를 가지고 있어 다양한 광학 코팅분야에서 이용되고 있다. 비정질 탄소 박막은 경도가 높고 마찰계수가 낮기 때문에 기계부품의 수명향상을 향상하기 위해 주로 사용되며, 본 연구에서는 고분자 소재의 최상층에 코팅하여 보호막으로 이용하였다. 고분자 윈도우에 산화물 다층 박막을 코팅하면 코팅되지 않은 기판과 비교하여 투과율이 향상되었으며 보호막으로 코팅된 비정질 탄소 박막에 의해서 일어나는 투과율 저하를 부분적으로 상쇄하는 효과를 보였다. 산화물 다층 박막의 수는 광학 분야에서는 주로 5-7층을 이용하지만 고분자 소재는 코팅 공정이 길어지면 열 변형이 일어날 수 있기 때문에 산화막의 층수를 낮추는데 초점이 맞춰졌다. 5층과 3층으로 코팅된 산화물 박막 모두 투과율이 향상되었으며 3층에 비해서 5층의 투과율 향상효과가 큰 것으로 나타났다. 고분자 소재의 투과율은 평균 약 90%이었으며 산화물 다층 박막과 비정질 탄소 박막을 코팅한 후 투과율이 약 81%로 측정되었다. 비정질 탄소 박막과 산화물 다층 박막을 적절하게 설계하고 코팅한다면 고분자 소재의 보호막으로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국염색가공학회:학술대회논문집
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• 한국염색가공학회 2012년도 제46차 학술발표회
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• pp.106-106
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• 2012

막구조(Membrane structure)란 건축분야에서 "fabric structure" 또는 tension structure"와 같이 사용되는 용어로 코팅된 직물(coated fabrics)을 주재료로 사용하는 구조를 말한다. 특히 구조체로서 연성의 막을 이용 이것에 초기 장력을 주어 강성을 늘림으로서 외부하중에 대하여 안정된 형태를 유지하는 장점을 갖고 있다. 초기 창안된 독일의 온화한 기후에 적용되는 반면 한국이나 일본에는 60m/sec를 넘나드는 태풍의 피해와 많은 적설량을 보이는 기후적 제약으로 발달되지 못하였다. 그러나 최근 새로운 소재의 막구조 제품 개발과 구조해석 방법 및 시공기술 등이 개발되어 보편화되어지고 있는 실정이다. 막구조용 재료로 사용되는 섬유소재는 주로 Polyester직물을 기재로 한 PVC 코팅 제품으로 일반 PVC 막재는 장력이 약하고, 광선에 의한 물성이 쉽게 변화되어 내구연한이 5~15년에 불과하다. 유리섬유나 아라미드섬유 등으로 제직한 기재에 고내열 실리콘이나 PTFE 수지를 코팅한 제품은 약품에 대한 내구성이 높고 자외선에 대해서는 매우 큰 저항성을 가지기 때문에 내구연한이 10년에서 30년 까지도 향상된다. 그러나 실리콘 코팅막은 세계적으로 가장 좋은 막재로 알려졌으나 자정능력(Self Cleaning)에 문제가 발생되어 사용량이 감소 추세라고 할 수 있다. 일반적인 코팅 가공의 경우 MEK, Toluene, DMF 등과 같은 유기용제를 다량 사용함에 따라 작업환경 및 대기오염, 화재 위험 등의 문제점이 있으며 특히 가공시 잔류되는 유기용제의 심각성이 대두되고 있는 상황이다. 이와 같이 코팅 가공제 자체를 친환경적인 물질로 대체하여 각종 환경규제에 대응하고 유해 폐기물의 발생을 줄일 수 있는 코팅 가공제 및 가공기술 개발이 절실하다. 이에 본 연구에서는 Glass-Fiber, Aramid 등의 슈퍼 섬유와 고 강력 섬유 등을 이용하여 PTFE 코팅제품과 비슷한 수준의 성능을 부여하는 무용제형 실리콘 코팅 수지를 개발하고 내구성능 향상, Self Cleaning성, 난연성, 자외선 차단, 인장강도 및 인열 강도의 향상 등 다양한 기능성을 부여하는 최적의 환경 친화적 코팅 공정 기술을 개발하여 차세대 건축용 막구조 제품을 개발하고자 한다.

• 한국세라믹학회지
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• 제38권7호
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• pp.621-627
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• 2001

알루미나 졸에 평균 25nm의 TiO$_2$(Degussa P25) 광 촉매 분말을 분산하여 광촉매 코팅제를 제조하였다. 점도 약 24 cps를 가지 4.4 wt%의 알루미나 졸로부터 약 300nm 두께의 코팅막이 제조되었으며, 졸 점도의 증가에 비례하여 코팅막의 두께도 증가하였다. TiO$_2$광 촉매의 코팅용 바인더로 이용한 알루미나 졸의 결정형은 25~30$0^{\circ}C$에서 pseudo boehmite (AlOOH)이었으며, 50$0^{\circ}C$ 이상에서는 ${\gamma}$-Al$_2$O$_3$으로 전환되었다. AlOOH/TiO$_2$코팅막은 oleic acid와 humic acid에 대한 기상 및 수상 조건에서의 광 촉매 실험에서 우수한 유기물의 광분해 효능을 나타내었다. 아울러 EGI(Electro-Galvanized Iron)에 코팅된 AlOOH/TiO$_2$코팅막은 내식성 및 내지문성의 효과도 부수적으로 나타내었다.

• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 1992년도 추계 총회 및 학술발표회
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• pp.8-8
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• 1992

극미세입자 졸의 코팅시 가장 문제시되는 균열 발생과 재현성 문제를 해결하기 위하여 다양한 졸-겔 코팅법을 시도하였으나 그중 본 연구에서 개발된 가압 졸-겔 코팅법이 최적이었음을 알 수 있었다. 복합분리막에서의 담체상의 박막 코팅과 기공 내부 코팅 정도 및 균열 발생 유무를 일차적으로 SEM 에 의하여 규명하였으며 분리막 튜브 전체에 대한 균열 존재 여부 및 미세구조 특성등은 복합분리막내에서의 N$_2$ 기체투과율 데이타로부터 기체투과 모델을 이용하여 평가 분석하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.308-308
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• 2014

본 연구에서 PVD법중 하나인 스퍼터링(sputtering)법에 의해 제작된 Al-Mg 코팅막은 SEM, GDS, XRD를 통해 표면 및 단면의 조성분포를 분석하였으며, 내식성을 평가하기 위하여 함량별, 열처리 조건별 Al-Mg 막을 각각 5% NaCl 염수분무 환경 및 3% NaCl 자연침지 환경에 노출시켰다. 막의 내식 특성에 영향을 미치는 열처리의 영향을 알아보기 위하여 열처리-비열처리간 재료 특성 및 내식성평가 결과의 연관성을 비교-분석하였다. 열처리 결과 Al-Mg계 금속간 화합물 $Al_3Mg_2$와 $Al_{12}Mg_{17}$이 관찰되었으며 내식성 평가 결과, 열처리 Al-Mg 막은 비열처리 Al-Mg 막과 비교하여 양호한 내식성을 나타냈었다. 열처리를 통해 마그네슘(Mg) 성분이 대부분 금속간 화합물상으로 존재함에 따라 균일하게 분포하여 치밀한 부식생성물을 형성하게 되고, 이에 따라 Al-Mg 막 내식성에 기여한 것으로 사료된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.98.1-98.1
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• 2016

PTFE (Polytetrafluoroethylene) 는 벌크 형태는 물론 박막으로도 독특한 특성을 나타내는 물질이다. 매우 낮은 마찰계수, 발수표면특성, 화학적 비반응성은 다양한 방면의 적용이 가능하게 한다. 두께 $1-2{\mu}m$ 이나 50 nm 이하의 박막의 형태로서 발수 특성은 스퍼터링 조건에 따라서는 벌크 PTFE의 특성보다 뛰어나다. 순수한 PTFE 타겟을 사용하여 얇은 PTFE 막 증착을 위해 RF (radio-frequency) 스퍼터링을 하였다. 스퍼터 타겟 건 파워, 공정 압력, 그리고 기판 스테이지와 Si wafer 나 다양한 시편에 인가되는 RF 바이어스 (bias) 등과 같은 스퍼터링 변수의 변화가 가능하다. 공정 변수에 따라서 RF 스퍼터링에 의한 순수한 PTFE 박막과 바이어스가 인가된 유사 PTFE 박막을 비교하여 탐구하였다. 스퍼터링에 의한 PTFE 코팅은 접촉각이 100도 또는 그이상의 초발수성을 나타내는 장점을 갖고 있고, 90% 이상의 높은 투과도를 나타낸다. PTFE 타겟을 사용한 종래의 일반적인 스퍼터링에 의하여, 일예로 실리콘 웨이퍼상에 증착된 코팅막은 낮은 경도와 기판과의 밀착력이 좋지 않은 문제를 갖고 있다. 높은 에너지 환경에서 만들어진 PTFE 코팅은 기존의 스퍼터링 방식으로 만들어진 코팅에 비해 다른 특성을 나타낸다. PTFE 막의 경도와 밀착력을 높이고자 bias를 인가한 RF 스퍼터링을 시도하였다. 코팅 접촉각, 투과도, 나노인덴터에 의한 경도, 그리고 스크래치 테스트에 의한 코팅막의 밀착력을 살펴보았다. PTFE 폴리머 타겟을 사용한 RF 스퍼터링으로 만들어진 고경도 PTFE 유사 코팅의 경도 변화 기구를 고찰하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2002년도 춘계학술발표회 초록집
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• pp.49-49
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• 2002

독립된 티타늄(Ti)과 실리콘(Si) 타켓을 사용하여 DC reactive magnetron co-sputtering 공 정으로 Ti-Si-N 코탱막을 SKD 11 합금강위에 합성하였다. 고분해능 TEM 및 XPS 분석들로부터 Ti-Si-N 코탱막은 나노미터 크기의 TiN결정체들이 비정질 Si3N4 기지에 분산된 나노복합체의 마세구조를 냐타내었다. 코탱막의 경도는 11 at.%의 Si 함량에서 39 GPa의 최 고 경도값을 나타내었고 이 경우 미셰조직은 5nm 크기의 미세한 TiN 결정이 비정절상의 기지에 균일하게 분포된 특성을 보였다 .. Ti-Si-N 박막내에 Si 함량이 증가할수록 TiN 결정 상들은 다배향성을 나타내었고 크기가 감소하였으며 비정질상에 의해 완전히 둘려싸언 형상 으로 변화하였다. 높은 Si 함량에서는 질소 소스의 부족현상에 의하여 코팅막내에서 free Si 가 나타났다. 상대습도가 증가함에 따라 Ti-Si-N 코탱막의 마찰계수와 마모량이 현저하게 감소하였다. 강재에 대한 Ti-Si-N 코팅막의 마모거동에 있어서 Si02 냐 Si(OH)2 같은 얇은 윤활막의 형성이 중요한 역할을 하는 것으로 판단되어졌다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.223-223
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• 2003

광통신에는 광신호의 전송과 광신호 처리에 처리 과정에서 광 손실을 수반하므로 각 요소별로 광신호 증폭이 반드시 필요하다. 또한 광통신망의 완전 광화를 위해서는 제조 공정이 간단하여 가격이 저렴하고, 높은 신뢰성과 높은 증폭 효율을 가지면서 다른 부품과의 집적화가 가능한 광도파로형 광증폭기가 요구되고 있다 그러나 실리카는 광통신 파장대인 1.55$\mu\textrm{m}$대역의 증폭이 가능한 Er 이온에 대한 용해도가 50ppm 이하로 낮아 lmol% 이상 고농도로 Er 이온을 첨가하여 높은 증폭 효율을 얻는데 한계를 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 Er 이온에 대하여 높은 용해 특성을 가지고 있어 고농도 Er 이온 도핑이 가능한 알루미나에 Er을 1-2 mol% 첨가하여 광발광 특성을 조사하였다. Er이 첨가된 알루미나 나노 졸은 Al(NO$_3$)$_3$ㆍ9$H_2O$와 Er(NO$_3$)$_3$.5$H_2O$가 일정 양 용해된 수용액에 NH$_4$OH를 가하여 침전물을 얻고 여과 및 수세하여 졸 입자의 함량이 약 5wt%가 되게 이온교환수와 해교제인 초산을 소량 가하여 10$0^{\circ}C$에서 약 50시간 열처리하는 방법으로 제조하였다. Er이 첨가된 알루미나 코팅막은 Er 이 첨가된 알루미나 나노 졸에 GPS(3-glycidoxypropyltriethoxysilane)를 Al에 대하여 7 mol% 가하여 스핀 코팅법으로 제조하였다. Si 기판에 코팅하고, 상온에서 90$0^{\circ}C$까지 각 1시간 열처리한 코팅막의 광 발광 특성은 Er 이온의 첨가량과 열처리로 변화된 알루미나 코팅막의 결정상과 연계하여 논의 될 것이다. X-선 회절법으로 분석한 알루미나 코팅막의 온도에 따른 결정상은 boehmite 상에서 약 50$0^{\circ}C$이후에 ${\gamma}$-Al$_2$O$_3$로 전이하고 있다.