• Polymer(Korea)
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• v.36 no.5
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• pp.612-616
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• 2012

In this work, the effect of chemical treatments of multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) on the mechanical interfacial properties of carbon fiber fabric-reinforced composites was investigated. The surface properties of the MWNTs were determined by acid and base values, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses. The mechanical interfacial properties of the composites were assessed by interlaminar shear stress (ILSS) and critical stress intensity factor ($K_{IC}$). The chemical treatments based on acid and base reactions led to a significant change of surface characteristics of the MWNTs, especially A-MWNTs/carbon fibers/epoxy composites had higher mechanical properties than those of B-MWNTs and non-treated MWNTs/carbon fibers/epoxy composites. These results were probably due to the improvement of interfacial bonding strength, resulting from the acid-base interaction and hydrogen bonding between the epoxy resins and the MWNT fillers.

• Composites Research
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• v.29 no.6
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• pp.353-357
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• 2016

An appropriate way to fabricate a hybrid composite containing evenly dispersed carbon nano tubes(CNTs) is to stacking B-stage resin films that contain evenly dispersed CNTs and various reinforcing fiber layers alternatively. In the present study, B-stage resin films are manufactured via shear mixing and three-roll milling. CNT dispersion in resin via these two processes are evaluated by SEM on their fracture surfaces. For more efficient process, the dispersivities are evaluated according to the number of calendering passes. Samples are made for different number of passes during calendering, and their dispersions are evaluated via SEM fractographs as well as by measuring their electrical conductivities. Additionally, the optimal process conditions are obtained by measuring the electrical conductivity and evaluating their dispersivity of the samples prepared by gap mode and force mode.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.67-67
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• 2010

탄소나노튜브(CNT)는 우수한 기계적, 화학적, 전기적 특성으로 인해 다양한 분야에서 차세대 응용재료로서 각광을 받고 있다. 다양한 CNT의 합성방법 중 CNT 구조제어가 가장 용이한 방법으로는 열화학증기증착법(TCVD)와 플라즈마지원(PE) CVD법이 있으며, 대량합성을 위해서는 TCVD가 보다 일반적으로 이용되어지고 있다. 일반적으로 CNT를 합성하기 위해서는 전이금속의 촉매가 필요하며 촉매의 활성화 및 탄소를 포함하는 원료가스의 분해를 위하여 고온공정이 요구된다. 그러나 향후 산업적 응용을 고려한다면 저온합성법의 개발은 시급하게 해결해야 할 과제로 인식되고 있다. 또한 기판 위에 CNT를 합성하는 경우 촉매와 기판재료 사이의 합금화를 방지하기 위하여 산화막층을 삽입하게 되는데, 이는 CNT의 높은 전도성을 이용하고자 할 경우 저해요소로 작용하게 된다. 따라서 CNT를 완충층의 도움 없이 금속기판 위에 직접 성장시키는 기술 역시 향후 CNT응용에 있어서 중요한 과제라 할 수 있다. 상기와 같은 배경으로 본 연구에서는 금속기판 위 CNT의 저온성장을 목적으로 연구를 진행하였다. CNT 합성기판으로는 SUS316L 및 Inconel과 같은 촉매금속을 자체 함유한 금속기판을 선정하였고, 플라즈마 전처리를 통한 기판표면 제어를 통하여 CNT의 저온성장을 도모하였다. 직류전원의 아르곤 플라즈마를 이용하여 금속기판을 처리하였을 때 기판온도 및 플라즈마 파워가 증가함에 따라 기판의 표면조도가 증가하는 것을 AFM분석을 통해 확인할 수 있었다. 아세틸렌 가스를 원료가스로 이용한 TCVD합성에 있어서는 플라즈마 처리한 기판이 무처리 기판보다 동일 합성온도에서 더 두꺼운 CNT박막을 형성하였고, 합성온도는 $400^{\circ}C$ 부근까지 내릴 수 있었다. 이는 플라즈마 처리로 증가된 기판의 표면조도가 저온에서 CNT의 핵생성에 유리하게 작용했음을 추측하게 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.433.2-433.2
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• 2014

그래핀(graphene)은 탄소나노튜브(CNTs)에 비해 가격 경쟁력이 있고 우수한 광투과성과 전기 및 열 전도성을 갖고 있어 반도체 소재, 방열 소재, 접점 소재 등에 적용 가능성이 높은 재료로 주목받고 있다. 특히 모바일 디바이스의 소형화, 고집적화 등의 이슈로 인해 그래핀 소재의 방열 소재 적용을 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 한편 산화 구리 나노선(CuO Nanowire)은 전기 및 열전도도가 우수하고 1차원 나노 구조는 부피대비 큰 표면적, 종횡비가 커서 뛰어난 열전도 구조로서 방열 소재로 응용되기 좋은 조건을 갖고 있다. 본 연구에서는 2차원 구조의 그래핀 나노플레이트(Graphene Nanoplatelet)와 1차원 구조의 CuO NW를 하이브리드화를 통해 열전도도 향상를 개선시키고자 하였다. 소재 합성은 GNP에 Cu 무전해 도금을 진행한 후 열산화 방식을 적용하여 CuO NW를 직접 성장시키는 방식으로 진행하였다. 합성된 GNP-CuONWs 다차원 나노구조체의 열전도도 측정은 에폭시에 분산시켜 레이져 플레쉬법을 이용하였다. 미세 구조 관찰 결과, CuO NW 성장 거동은 열처리 온도 및 시간 그리고 O2 가스의 순환 환경이 주요인자로 작용하는 것을 확인하였다. 열전도도 향상은 다차원 구조의 특성으로 인해 면접촉과 선접촉이 동시에 이루어졌기 때문인 것으로 분석되었으며, 이러한 CuO NWs morphology와 열전도도 향상과의 상관 관계에 대해 논의할 것이다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.20 no.1
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• pp.25-30
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• 2010

Si nanowire/multiwalled carbon nanotube nanocomposite arrays were synthesized. Vertically aligned Si nanowire arrays were fabricated by Ag nanodendrite-assisted wet chemical etching of n-type wafers using $HF/AgNO_3$ solution. The composite structure was synthesized by formation of a sheath of carbon multilayers on a Si nanowire template surface through a thermal CVD process under various conditions. The results of Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, and high resolution transmission electron microcopy demonstrate that the obtained nanocomposite has a Si nanowire core/carbon nanotube shell structure. The remarkable feature of the proposed method is that the vertically aligned Si nanowire was encapsulated with a multiwalled carbon nanotube without metal catalysts, which is important for nanodevice fabrication. It can be expected that the introduction of Si nanowires into multiwalled carbon nanotubes may significantly alter their electronic and mechanical properties, and may even result in some unexpected material properties. The proposed method possesses great potential for fabricating other semiconductor/CNT nanocomposites.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.278.2-278.2
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• 2013

그래핀은 우수한 전기적, 기계적, 광학적 특성들로 인하여 전자소자, 센서, 에너지 재료 등으로의 응용이 가능하다고 알려진 단 원자층의 탄소나노재료이다. 특히 그래핀을 전자소자로 응용하기 위해서는 캐리어 농도, 전하 이동도, 밴드갭 등의 전기적 특성을 향상시키거나 제어하는 것이 요구되며, 에너지 소재로의 응용을 위해서는 높은 전기전도도와 함께 기능화를 통한 촉매작용을 부여하여 효율을 향상시키는 것이 요구된다. 일반적으로 화학적 도핑은 그래핀의 전기적 특성을 제어하는 효율적인 방법으로 알려져 있다. 화학적 도핑의 방법으로 질소, 수소, 산소 등 다양한 이종원소를 열처리 또는 플라즈마 처리함으로써 그래핀을 구성하는 탄소원자를 이종원자로 치환하거나 흡착시켜 기능화 처리된 그래핀을 얻는 방법들이 제시되었다. 이중 플라즈마를 이용한 도핑방법은 저온에서 처리가 가능하고, 처리시간, 공정압력, 인가전압 등 플라즈마 변수를 변경하여 도핑정도를 비교적 수월하게 제어할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 열화학기상증착법으로 합성된 그래핀을 직류 플라즈마로 처리함으로써 효율적인질소도핑 조건을 도출하고자 하였다. 그래핀의 합성은 200 nm 두께의 니켈 박막이 증착된 몰리브덴 호일을 사용하였으며, 원료가스로는 메탄을 사용하였다. 그래핀의 질소 도핑은 평행 평판형 직류 플라즈마 장치를 이용하여 암모니아($NH_3$) 플라즈마로 처리하였으며, 플라즈마 파워와 처리시간을 변수로 최적의 도핑조건 도출 및 도핑 정도를 제어하였다. 그래핀의 질소 도핑 정도는 라만 스펙트럼의 G밴드의 위치와 반치폭(Full width at half maximum; FWHM)의 변화를 통해 확인하였다. NH3 플라즈마 처리 후 G밴드의 위치가 장파장 방향으로 이동하며, 반치폭은 감소하는 것을 통해 그래핀의 질소도핑을 확인하였다.

• Composites Research
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• v.21 no.5
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• pp.9-14
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• 2008

Carbon nanofibers (CNFs) were used as dielectric lossy materials and NiFe particles were used as magnetic lossy materials. Total twelve specimens for the three types such as dielectric, magnetic and mixed radar absorbing materials (RAMs) were fabricated. Their complex permittivities and permeabilities in the range of $2{\sim}18$ GHz were measured using the transmission line technique. The parametric studios for reflection loss characteristics of each specimen to design the single-layered RAMs were performed. The mixed RAMs generally showed the improved absorbing characteristics with thinner matching thickness. One of the mixed RAMs, MD3with the thickness of 2.00 mm had the 10 dB absorbing bandwidth of 4.0 GHz in the X-band ($8.2{\sim}12.4$ GHz). It also showed very broad 10 dB absorbing bandwidth as wide as 6.0 GHz in the Ku-band ($12.0{\sim}18.0$ GHz) with the thickness tuning to 1.49 mm. The experimental results for selected several specimens were in very good agreements with simulation ones in terms of the overall reflection loss characteristics and 10 dB absorbing bandwidth.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.21 no.5
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• pp.495-499
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• 2010

To develop chemical and biosensors, this paper studies sensing characteristics of bulk carbon nanotube (CNT) electrodes by means of their electrical impedance properties due to their large surface area and excellence chemical absorptivity. The sensors were fabricated in the form of film and nano web style by using composite process for mass production. The bulk composite electrodes were fabricated with singlewall and multi-wall carbon nanotubes based on host polymers such as Nafion and PAN, using a solution-casting and an electrospinning technique. The resistance and the capacitance of electrodes were measured with LCR meter under the various amounts of buffer solution to study the electrical impedance change properties of them. On the experimental of sensor electrode, impedance characteristics of the composite electrode are affected by its host polymer and nanofiller and its sensing response showed saturated result after applying some amounts of buffer solution for test chemical. Especially, the capacitance values showed drastic changes while the resistance values only changed within few percent range. It is deduced that the ions in the solution penetrated and diffused into the electrodes surface changed the electrical properties of the electrodes much like a doping effect.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.185-185
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• 2016

아크릴계 수지(resin)에 인조 흑연과 탄소나노튜브(carbon nanotube)를 1:1 비율로 혼합한 충전제(filler)와 용제(solvent) 및 기타 첨가제(additives)를 혼합하여 방열도료를 제조하여 수직방향 열전도도를 상온에서 평가하였다. 충전제의 함량을 1, 2, 5 중량 %로 변화시키며 원료들을 준비하여 교반기로 혼합한 뒤 3단 롤 밀(three roll mill)로 분산공정을 진행하여 3 종류의 도료를 제조하였다. 제조한 도료를 가로 11 mm, 세로 11 mm, 두께 0.4 mm의 Al 5052 알루미늄 기판에 스프레이 코팅 방식으로 도포한 후 $150^{\circ}C$에서 30분 동안 열경화 건조 과정을 거쳐 샘플을 제작하였다. 측정 시료의 형상은 대략적으로 Fig. 1과 같다. 열전도도는 식 $k={\alpha}{\cdot}C_p{\cdot}{\rho}$를 사용해서 계산된다. 여기서 k는 열전도도($W/m{\cdot}K$), ${\alpha}$는 열확산계수($mm^2/s$), $C_p$는 비열($J/kg{\cdot}K$), ${\rho}$는 밀도($g/cm^3$)를 나타낸다. 열확산계수는 독일 NETZSCH 사의 Laser Flash Analysis 장비(모델명 LFA 457)를 사용하여 측정하였는데, 기판 뒤쪽에서 레이저를 조사하고 도료층 전면에서 적외선 온도센서를 통해 시간에 따른 온도 상승곡선을 구한 후, 두 물체의 계면에서의 접촉 열저항(contact thermal resistance)을 감안하여 장비에 내장되어 있는 소프트웨어로 열확산계수가 계산된다. 비열은 같은 회사의 DSC(Differential Scanning Calorimetry) 200 F3 장비를 사용해 측정했으며, 밀도는 부피와 질량을 측정한 값을 이용하여 계산하였다. 도료를 도포하지 않은 bare Al plate에 대해서는 쉽게 열확산계수, 비열, 밀도를 측정하여 열전도도를 구할 수 있다. 도료가 코팅된 샘플에 대해서는 도료층을 일부 떼어내 비열을 측정하고, 밀도를 구한 후, 도료층의 열전도도가 2-layer 법으로 장비 내장 소프트웨어로 계산된다, 이때 Al 기판의 열확산계수, 비열, 밀도는 미리 측정한 bare Al plate의 값을 적용하였다. 실험 결과를 Table 1에 정리하였다. 흑연과 탄소나노튜브를 혼합한 충전제를 함유한 아크릴 복합체 박막에서 측정된 열전도도는 보통 고분자 재료의 열전도도 값의 상한 영역에 육박하는 값이며, 충전제 함량이 증가할수록 열전도도가 증가하는 경향을 보이고 있다.

• Composites Research
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• v.28 no.2
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• pp.70-74
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• 2015

In this paper, carbon nanotubes (CNTs) and micro glass bubbles (GBs) have been incorporated into a polyamide6 (PA6) matrix to impart thermoelectric properties. The spaces created in the matrix by GBs allows the formation of "segregated" CNT network. The tightly bound CNT network, if controlled properly, can serve as a conductive path for electron transport, while prohibiting phonon transport, which would provide an ideal configuration for thermoelectric applications. The CNTs and GBs were dispersed in a nylon-formic acid solution using horn sonication followed by coagulation in deionized water, and nanocomposite panels were fabricated using a hot press. The performance of nanocomposite panels was evaluated from thermal and electrical conductivities and Seebeck coefficient, and a thermoelectric figure of merit as high as 0.016 was achieved.