• Composites Research
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• v.29 no.4
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• pp.138-144
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• 2016

Recently, electromagnetic interference (EMI) shielding materials have been extensively developed and significantly considered to protect electronic systems from harmful electromagnetic waves. Although, metal-based materials show high electrical conductivity and EMI shielding effectiveness, they have several challenging problems such as high density and corrosion. Carbon-based materials have been acclaimed as alternative EMI materials due to light weight, high mechanical properties, resistance to corrosion and excellent electrical conductivity. Here, we introduce 1-phase and 2-phase carbon materials as well as 3-phase hybrid carbon materials. The 3-phase hybrid carbon materials composed of metal nanoparticles, carbon nanotubes and graphene can be used as a promising EMI shielding material.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.137-137
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• 2018

이 연구에서는 리튬이온전지용 음극 활물질의 리튬이온 저장 용량을 최적화시키기 위한 새로운 방법이 제안되었다. 그 방법은 솔루션 플라즈마 프로세스를 사용하여 원자 단위의 리튬을 탄소 기반 물질의 내부에 도핑 시키고, 열처리를 통해 그 내부를 재설계하는 것이다. 리튬이온전지용 음극 활물질로 리튬금속 자체를 사용하려는 시도는 있었으나, 이는 충전 및 방전 사이클이 반복됨에 따라 리튬이 수지상으로 석출되어 내부를 단락시키거나, 리튬금속 자체의 폭발성에 의한 취급상의 제약이 있었다. 한편, 원자 단위로 탄소 내부에 도핑 된 리튬은 열처리 과정 동안 탄소 내부에서 확산함으로써 더 많은 리튬이 저장될 수 있는 공간을 만들었고, 사이클이 반복됨에 따라 서서히 충전 및 방전 반응에 참여함으로써 전지의 성능을 개선시켰다. 리튬이 도핑 된 탄소의 전기화학적 테스트 결과를 Fig. 1에 나타내었다. 실험 결과에서 보여진 초기 고용량 및 장기 사이클 특성은 탄소 내부에 도핑 된 리튬이 전지 성능의 향상에 중요한 역할을 한다는 것을 시사한다. 또한, 사이클이 반복됨에 따라 점차 증가하는 용량은 첫 사이클에서 형성된 solid electrolyte interphase의 비가역 용량을 보상할 수 있을 것으로 생각된다. 이상의 결과를 통해, 탄소 내부에 원자단위의 리튬을 도핑시키는 새로운 접근은 리튬이온전지의 성능 개선을 위한 효과적인 방법이 될 수 있을 것으로 보이며, 향후 리튬 이외의 다른 원소들, 즉 소듐과 같은 물질에 대하여 도핑을 시도한다면 새로운 분야에서 이와 같은 접근법이 유용하게 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

• Korean Journal of Environmental Biology
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• v.36 no.4
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• pp.665-671
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• 2018

This paper represents an investigation into the pattern of carbon transportation and composition on an open estuary in the transition zone between the river and marine environment in Tamjin River where stream water flows into the Gangjin Bay. To conduct the study, seven plots were established along an environmental gradient from river and estuary to the ocean. Surface water samples were collected thrice during the summer rainfalls and non-flooding seasons in 2017. The samples were then measured for the concentrations of dissolved organic carbon ([DOC]), particulate organic carbon ([POC]) and dissolved inorganic carbon ([DIC]). An analysis of the results showed that [POC] did not increase in the river even during the summer rainfall. However, [DOC] increased resulting in a higher [DOC]:[POC] ratios for the non-flooding season compared to summer rainfall events. On the other hand, the marine site of the estuary bay showed the highest [DIC] which was stable relative to those of river sites. The results suggest that in an open estuary zone, river and ocean supplied the open estuary zone with different types of carbon materials; mainly DOC supplied from the river and DIC sourced from the ocean.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.697-698
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• 2013

최근에 유연한 성질을 갖는 전자기기들의 수요가 증가하면서, 그에 따라서 유연 전자기기를 뒷받침 해줄 수 있는 에너지 저장체의 유연한 성질도 중요성이 점점 부각되고 있으며 많은 연구가 진행되고 있다. 유연한 에너지 저장체의 많은 연구들이 유연한 금속 박막이나 특수 공정처리가 필요한 고분자를 이용하고 있으나, 대부분의 유연 에너지 소자들은 에너지 저장체의 성능에 비해 고온과 산 약품과 같은 환경이 필요하며, 비용과 시간이 많이 소모되고 있다. 그에 반해 섬유는 앞에서와 같이 특수 공정 처리가 따로 필요하지 않으며 상온에서도 손 쉽게 이용 가능하며, 신축성이 뛰어난 장점이 있기 때문에 효율적, 비용적으로 유연한 에너지 저장체에 유리한 소재이다. 몸에 해로운 산과 같은 약품처리의 필요도 없으며, 용매를 흡수하는 능력이 뛰어나기 때문에 용매를 이용한 도포 방법을 사용하면 다양한 물질을 폭넓게 적용 가능하다. 그리고 적용 분야에 맞춰서 섬유의 종류를 조절하면 다양한 성질을 갖는 천 기반의 에너지 저장체가 형성되며, 면 섬유가 수소 결합과 높은 반데르 발스 결합에 의해 탄소나노튜브와 결합하여 높은 에너지 밀도를 갖는 에너지 저장체를 형성하는 것을 분석한 논문들도 보고되고 있다. 면 섬유의 특수한 성질을 이용하여 에너지 저장체를 제작하고 이를 확인하기 위해서 일반 합성 섬유인 polyester와 면 섬유를 비교 제작하였으며, 용매의 형태로 손쉽게 도포 가능한 물질은 탄소 계열의 활물질들이며, 탄소 나노 튜브나 그래핀 등이 분산된 용액을 이용해 천에 도포 가능하다. 탄소 계열의 활물질들은 대표적인 슈퍼캐패시터 물질이며, 천에 도포를 함으로써 천 기반의 슈퍼캐패시터를 제작하였다. 일반 합성 섬유 polyester와 CNT를 결합한 형태의 전극은 최대 에너지 축전 용량(Maximum specific capacitance)이 53.6 F/g으로 나타났으며, 면 섬유와 CNT를 결합한 형태의 전극은 최대 에너지 축전 용량이 122.1 F/g으로 나타났다. 따라서 면 섬유에서 높은 에너지 저장 능력을 보이는 것을 실험적으로 확인하였으며, 에너지 저장 능력이 뛰어난 면 섬유를 다음 전극 디자인에서도 일률적으로 적용하였다. 슈도캐패시터의 대표적 물질인 금속 산화물인 망간 산화물(MnO2)을 3전극 도금 시스템을 이용하여 에너지 축전 용량과 에너지 밀도를 올리는 전극을 제작하였다. 특히 망간 산화물의 형태는 표면적을 극대화하기 위해서 평균 지름은 200~300 nm 정도 되는 나노 입자의 형태로 제작하였다. 그 결과, 확연하게 에너지 축전 용량이 향상되었으며, 최대 에너지 축전 용량은 282.0 F/g, 에너지전력 밀도는 14.2 Wh/kg으로 나타나서 금속 산화물의 형태가 주는 효과를 확인할 수 있었다. 하지만 나노 입자의 형태로 제작된 금속 산화물은 문제점이 발생하였다. 금속 산화물의 전기 전도성이 매우 낮기 때문에, 전기 전도성에 비례해서 전력 밀도의 값이 표현되는데, 전기 전도성이 급격히 감소하기 때문에 전력 밀도도 급격한 감소가 나타난다. 다음과 같이 전기 전도성 물질을 첨가하는 방법은 추가의 공정이 필요한 단점이 있지만 오직 기계적인 인장응력만을 가해서 에너지 밀도와 전력 밀도를 증가시키는 전극을 제작하였다. 인장응력을 섬유 기반의 전극에 가했을 시에 가닥들간의 접촉 증가와 CNT가 정렬되면서 특정 변형률(strain) 이전에서는 전기 전도성이 최대 50% 이상 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 선행 연구에서 보고되었다. 이를 이용해서 전기 전도성과 직결되는 전력 밀도의 양도 증가시키고 에너지 밀도의 증가 여부까지 확인한 결과 인장을 가하기 전 면 섬유의 전력 밀도와 에너지 밀도는 6.4 kW/kg and 6.1 Wh/kg으로 나타났으나 30% 변형 인장 후에는11.4 kW/kg과 7.1 Wh/kg으로 나타났다. 그리고 망간 산화물을 첨가한 전극 역시 4.9 kW/kg과 14.2 Wh/kg으로 나타났었으나 인장 이후 전력 밀도는 14.2 kW/kg, 에너지 밀도는 17.6 Wh/kg으로 확연하게 증가한 것을 확인하였다.

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.30 no.2
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• pp.5-15
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• 2022

In this study, heated tobacco biomass was prepared as an active material for supercapacitor device. Retrieved tobacco leaf from the heated tobacco was carbonized at various temperature(800/850/950℃). Carbonized tobacco leaf material synthesized at 850℃ exhibited the highest C/O ratio, indicating the finest carbon quality. In addition, polypyrrole was coated onto the carbonized leaf material for increasing the electrochemical performance via low-temperature polymerization method. As-synthesized carbonized leaf material at 850℃(CTL-850)-based electrode and polypyrrole-coated carbonized leaf material(CTL-850/PPy)-based electrode displayed outstanding specific capacitances of 100.2 and 155.3F g^-1 at 1 A g^-1 with opertaing window of -1.0V and 1.0V. Asymmetric supercapacitor device, assembled with CTL-850 as the negative electrode and CTL-850/PPy as the positive electrode, manifested specific capacitance of 31.1F g^-1(@1 A g^-1) with widened operating voltage window of 2.0V. Moreover, as-prepared asymmetric supercapacitor device was able to lighten up the RED Led (1.8V), suggesting the high capacitance and extension of operating voltage window. The result of this research may help to pave the new possibility toward preparing the effective energy storage device material recycling the biomass.

• Optical Science and Technology
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• v.16 no.2
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• pp.12-27
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• 2012

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.57.2-57.2
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• 2010

대표적인 투명 전극 재료indium tin oxide(ITO)의 경우, 우수한 투과성과 낮은 면저항을 기반으로 차세대 디스플레이용 전극으로 각광 받고 있다. 하지만 제조 단가가 높으며 brittle 하여 유연 디스플레이에 적용이 어려우며 대면적 제조가 어렵다는 단점이 있어 이를 대체할 수 있는 새로운 물질이 필요한 실정이다. 대표적인 후보 물질로는 탄소 육각형이 서로 연결된 관 형태인 탄소나노튜브가 있으며 뛰어난 전기 전도도와 물리적 특성을 투명 전극에 적용하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 탄소나노튜브 투명 전극 제조 시 잔여 분산제 제거 및 doping의 효과를 위해 수행되는 산처리 공정을 하지 않고 투명 전극의 특성을 향상 시키는 연구를 진행하였다. 제작된 박막에 압력을 인가하여 탄소나노튜브 네트워킹의 향상과 두께의 감소를 얻을 수 있었다. 실험에 사용된 탄소나노튜브는 아크 방전 공정으로 합성된 2nm의 single wall 탄소나노튜브이며 이를 분산제인 sodium dodecyl sulfate(SDS)에 분산하여 용액형태로 제작하여 사용하였다. 분산제를 제거하기 위해 탈이온수를 사용하였으며 고분자 mold를 사용하여 압력을 인가하여 그에 따른 전기적, 광학적 변화를 관찰하였다. 제조된SWCNT 박막은 four point probe measurement를 이용하여 sheet resistance를 측정하였고 UV-vis를 이용하여 투과도와 반사도 등의 광학적 특성을 측정하였다. 박막의 표면은 field emission scanning electron microscope (FESEM)과 Atomic force microscope(AFM)를 이용하여 관찰하였다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.35 no.4
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• pp.321-328
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• 2024

The performance of carbon fluoride-based lithium primary batteries (Li/CF_X) is limited due to poor rate capability resulting from the low conductivity of carbon fluoride, which is used as the active material. Therefore, in this study, we applied a carbon coating using pyrolysis fuel oil on carbon fluoride to overcome this limitation and considered its electrochemical performance. An amorphous carbon layer was formed on the surface of the carbon fluoride through carbon coating, and the surface physicochemical properties of the carbon fluoride were meticulously considered based on the heat treatment temperature. The advanced research chemical 1000 heat treated at 450 ℃ (ARC@C450) sample, which was commercial carbon fluoride heat-treated at 450 ℃, showed the largest increase in the concentration of sp² carbon bonds (62%) and the highest formation of semi-ionic C-F bonds. Also, the primary battery using the ARC@C450 sample as a cathode active material exhibited stable discharge capability at the highest rate of 5 C (392 mAh/g), and the R_ct value was reduced by 53% compared to the untreated sample. Therefore, we proposed pyrolysis fuel oil-based carbon coating as a method to overcome the low conductivity of carbon fluoride, and the carbon-coated carbon fluoride showed excellent rate performance, suggesting its potential application in high-power primary batteries.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.613-613
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• 2013

그래핀은 저차원계 구조에서 기인하는 뛰어난 전기적, 물리적, 기계적 성질을 지니고 있어 실리콘 기반 기술을 대체할 전계 효과 트랜지스터 이외에도 투명전극, 초고용량 커패시터, 전계방출 디스플레이 등 다양한 응용분야에 적용 가능하다. 최근에는 이러한 응용 연구분야에서 그래핀과 탄소나노튜브 각각의 단점을 최소화하고 장점을 극대화하기 위한 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조에 대한 연구들이 진행되고 있는 추세이다. 이전 연구들에서 환원된 그래핀 산화물(Reduced Graphene Oxide, RGO)을 이용한 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조가 제작되었는데, 이는 RGO의 제작과정에서 복잡한 공정과 긴 합성과정이 요구될 뿐 아니라, 복합 물질에서 탄소나노튜브의 밀도 제어가 어렵다는 단점을 지닌다. 또한 현재까지 제작된 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조의 경우, 열 화학기상증착법으로 합성된 다층(few-layers)의 그래핀과 탄소나노튜브 혼성 나노구조를 제작하였다 [1-6]. 본 연구에서는 우수한 전기적 특성을 가진 단층(monolayer)의 그래핀을 열 화학기상증착법으로 합성한 후, 그래핀 위에 단일벽 탄소나노튜브를 성장시킴으로써 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조를 제작하였다. 합성된 그래핀-탄소나노튜브의 구조적 특징은 주사 전자 현미경과 라만 분광기 측정을 통해 확인하였고, 촉매의 표면 형상 및 화학적 상태는 원자힘 현미경과 X선 광전자 분광법을 통해 확인하였다. 또한 그래핀 기반의 전계 효과 트랜지스터의 경우, 상온에서 그래핀은 우수한 전하 이동도를 가지며 웨이퍼 스케일에서 제작하기 쉬우나 밴드 갭이 없으므로 높은 Ion/Ioff를 가지는 그래핀 기반의 트랜지스터를 만드는 것이 과제이다. 반면 탄소나노튜브는 큰 에너지 갭을 가지고 있으므로 높은 Ion/Ioff를 구현하는 소자 제작이 가능하다. 그리하여 제작된 그래핀-탄소나노튜브 혼성 나노구조의 소자 제작을 통해 전기적 특성을 조사하였다.

• Membrane Journal
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• v.26 no.5
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• pp.351-364
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• 2016

In recent decades, many researchers have tried to improve desalination performances of polyamide (PA) thin-film composite membranes (TFCs) by incorporating nanomaterials into a selective PA layer. This review focuses on PA-based nanocomposite membranes with high performances for energy-effective desalination in reverse osmosis. Carbon based nanomaterial (e.g., graphene oxide (GO), carbon nanotubes (CNT)) and/or other nanoparticles (e.g., zeolite, silica and etc.,) were applied to overcome the trade-off correlation between water permeability and salt rejection of current polymeric desalination membranes. Here, this brief review will discuss current studies of PA-based nanocomposite membranes with enhanced separation characteristics and provide the future research direction to achieve further improved desalination performances.