• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.544-544
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• 2012

단일벽 탄소나노튜브는(SWNTs) 전기적, 광학적으로 우수한 특성을 갖고 있어 차세대 나노소자로 많은 각광을 받고 있으며, 그 외에도 다양한 응용 가능성을 갖고 있어서 활발한 연구가 진행 되고 있다. 특히, SWNTs의 전기적 물리적 광학적 특성은 튜브의 직경과 뒤틀림도 (chirality)에 직접적으로 좌우 되기 때문에, 이를 제어하기 위해 세계 각국의 많은 연구들이 활발하게 연구를 진행 중에 있다. SWNTs 직경제어의 한 방법으로는, 튜브합성 시 사용하는 촉매입자와 그로부터 성장하는 튜브의 직경은 서로 유사하다는 점에 착안하여, 합성촉매의 크기를 제어하고자 하는 연구가 본 연구그룹을 포함하여 몇몇 그룹에서 연구를 진행 중에 있다. 본 연구에서는 저융점 금속인 금 나노입자를 합성촉매로 선택하였고, 고온 열처리를 통한 금의 증발을 유도하여 나노입자의 크기를 제어하고, 나아가 SWNTs의 직경을 제어하고자 하였다. 우선, 열처리 온도와 처리압력 등을 조절하여 열처리 조건에 따른 금 나노입자의 크기 변화를 체계적으로 살펴보았다. SWNTs는 메탄가스를 이용하여 열화학기상증착법으로 합성하였고, 튜브의 다발화(bundling)를 방지하기 위하여, 수평배향 성장이 가능한 ST-cut 퀄츠를 합성 기판으로 사용하였다. 금 나노입자의 크기 및 합성되는 SWNTs의 직경에 관한 특성 평가는 AFM, Raman, TEM을 이용하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.355-355
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• 2011

이론적으로 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)는 무산란 전도가 가능하여 실리콘을 대체할 차세대 나노소자의 기본소재로서 많은 각광을 받아왔다. 이러한 SWNT의 전기전자적 특성을 좌우하는 주요인자로는 직경과 비틀림도(chirality)가 있으며, 이를 제어하기 위한 많은 방법들이 제시되어왔다. 특히, SWNT 합성 시 필요한 촉매 나노입자의 크기와 튜브직경과의 연관성이 제기된 후부터, 합성단계에서 촉매 나노입자의 형태(또는 크기)를 제어함으로써 SWNT의 직경을 제어하고자 하는 직접적인 방법들도 주요방법의 한 축으로 이어지고 있다. 한편, SWNT의 합성촉매로는 철, 코발트, 니켈 등의 전이금속이 주로 사용되어 왔으나, 최근에는 금, 은, 루테늄, 팔라듐, 백금 등의 귀금속에서부터 다양한 금속산화물 나노입자에 이르기까지 그 범위가 확장되었다. 본 연구에서는, 촉매 나노입자의 크기제어를 통하여 SWNT의 직경을 제어할 목적으로, 전이금속에 비해 상대적으로 융점이 낮아 비교적 낮은 온도의 열처리를 통해서도 입자의 크기를 제어할 수 있는 금 나노입자를 선정하여 SWNT의 합성거동을 살펴보았다. 합성은 메탄을 원료가스로 하는 CVD방법을 이용하였고, 합성되는 SWNT의 다발화(bundling) 등을 방지하기 위하여 수평배향 성장을 도모하였으며, 이를 위하여 퀄츠 웨이퍼를 사용하였다. 우선, 콜로이드상인 금 나노입자의 스핀코팅 조건을 최적화하여 퀄츠 위에 단분산(monodispersion) 된 금 나노입자를 얻었으며, 열처리 온도 및 시간의 제어를 통하여, 1~5 nm 범위 내에서 특정 직경을 갖는 금 나노입자를 얻는 것이 가능하게 되었다. 합성 후 금 나노입자의 크기와 합성된 SWNT 직경과의 관계를 면밀히 조사한 결과, 튜브보다 나노입자의 크기가 약간 큰 것을 확인할 수 있었으며, 금 나노입자의 크기에 따라 SWNT의 합성효율이 크게 좌우되는 것을 확인하였다.

• 말소리와 음성과학
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• 제15권2호
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• pp.31-40
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• 2023

목적: 물 속에서 튜브 발성은 semi-occluded vocal tract(SOVT) 연습 중 하나로 환자가 튜브를 물 속에 잠기게 하여 거품을 내면서 발성을 하는 것으로 음성 훈련에 널리 사용되어 왔다. 본 연구는 과기능성 음성장애 환자를 대상으로 물저항발성 동안 튜브 직경과 튜브를 담그는 물 깊이가 물거품 높이와 최대발성지속시간(maximum phonation time, MPT)에 미치는 영향을 조사하는 것을 목적으로 한다. 방법: 과기능성 음성장애 환자 17명에게 튜브 직경(5, 7, 10 mm), 튜브를 담그는 물 깊이(4, 7, 10 cm)에 따라 지속적인 /u/발성을 하면서 거품을 내도록 하였다. 물거품 높이 및 MPT 기록을 위해 수위 센서를 이용한 물저항발성 바이오피드백 시스템을 사용하였다. 결과: 물거품 높이는 튜브 직경에 의해 유의하게 변화한 반면 MPT는 튜브 직경과 깊이에 따라 유의하게 변화하였다. 직경이 더 넓을수록 주어진 깊이에 대해 유의하게 낮은 물거품 높이를 나타냈지만, 상대적으로 일관된 버블 높이가 유지되었다. 물의 깊이에 따라 주어진 튜브 직경에서 물거품 높이는 유의한 차이가 없었으나, 물의 깊이에 따라 MPT는 유의하게 감소하였고 튜브가 넓을수록 MPT가 유의하게 감소하였다. 결론: 수위 센서 방식의 물저항 바이오피드백 시스템은 튜브 직경 및 수심에 따른 기포 특성 및 성대 진동에 대해 유용한 정보를 제공하였다. 또한, 수위센서를 이용한 물저항발성 바이오시스템은 과기능적 음성장애가 있는 환자의 물저항 발성 중 호흡 지지를 모니터링하는 데 유용하게 사용될 수 있다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2010년도 춘계학술발표논문집 2부
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• pp.996-999
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• 2010

고압의 가스를 이용하여 고온 가스와 저온 가스를 분리하거나 입자상 물질의 분리에 사용할 수 있는 장치인 볼텍스 튜브의 에너지 분리 특성을 파악하기 위하여 $100Nm^3$/hr급 볼텍스 튜브를 제작하고 이에 대한 실험을 진행하였다. 저온측의 유량비와 오리피스 직경 및 볼텍스 튜브의 길이가 온도에 미치는 영향을 분석하였다. 오리피스 직경 0.6D에서 최적의 온도 분리 효과를 나타내었으며, 0.8D의 경우 그 효과가 미미하였다. 또 한 오리피스 직경이나 길이에 관계없이 저온유량비가 약 0.9부근에서 고온측의 온도가 최고점을 나타내었고, 볼텍스 튜브 길이는 저온측 온도 변화에 미미한 영향을 미치나, 오리피스 직경의 변화는 최저 온도점이 나타나는 저온 유량비에 상당한 영향을 미쳤다. 본 연구의 결과는 $100Nm^3$/hr급 볼텍스 튜브의 최적화를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.250-250
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• 2013

단일벽 탄소나노튜브(Single-walled nanotubes, SWNTs)는 나노스케일의 크기와 우수한 물성으로 인하여, 전자, 에너지, 바이오 분야로의 응용이 기대되고 있다. 특히 SWNTs의 직경을 제어하게 되면 튜브의 전도성 제어가 훨씬 수월하게 되어, 차세대 나노전자소자의 실현을 앞당길 수 있으며 이러한 이유로 많은 연구들이 현재 행해지고 있다. SWNTs의 직경제어 합성을 위해서는 현재 열화학기상증착법(Thermal chemical vapor deposition; TCVD)이 가장 일반적으로 이용되고 있으며, 합성 촉매와 합성되는 튜브의 직경과의 크기 연관성이 알려진 후로는, 촉매의 크기를 제어하여 SWNTs의 직경을 제어하고자 하는 연구들이 활발하게 보고되고 있다. 특히, 촉매 나노입자의 직경이 1~2 nm 이하로 감소될 경우, SWNTs의 직경 분포가 어떻게 변화할 것인지가 최근 가장 중요한 관심사로 남아 있으나, 이러한 크기의 금속입자는 나노입자의 융점저하 현상이 발현되는 영역이므로, SWNTs의 합성온도 영역에서 촉매 금속입자는 반액체(Semi-liquid) 상태로 존재할 것으로 추측하고 있다. 본 연구에서는 고온의 SWNTs 합성환경에서 금속나노촉매의 유동성을 제한하기 위하여 나노사이즈의 기공이 규칙적으로 정렬된 다공성 물질인 제올라이트를 촉매담지체로 이용하였고, 이 때 다양한 합성변수가 SWNTs의 직경에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. SWNTs의 합성을 위해 실리콘 산화막 기판 위에 제올라이트를 도포한 후, 합성 촉매로서 전자빔증발법을 통하여 수 ${\AA}$에서 수 nm 두께의 철 박막을 증착하였다. 합성은 메탄을 원료가스로 하여 TCVD법으로 실시하였다. 주요변수로는 제올라이트 종류, 증착하는 철 박막의 두께, 합성온도를 설정하였으며, 이에 따라 합성된 SWNTs의 합성수율 및 직경분포의 변화를 체계적으로 살펴보았다. SWNTs의 전체적인 합성수율의 변화는 SEM 관찰결과를 이용하였으며, SWNTs의 직경은 AFM 관찰 및 Raman 스펙트럼의 분석에서 도출하였다. 실험결과, 제올라이트 종류에 따라서는 명확한 튜브직경 분포의 변화 없이 비교적 좁은 직경분포를 갖는 SWNTs가 합성되었으며, 합성온도가 $850^{\circ}C$ 이하로 감소되면 합성수율이 현저히 감소되는 것을 알 수 있었다. 촉매박막의 두께가 1 nm 이상인 경우에서는 직경 5 nm 전후의 나노입자가 형성되었으며, 이때 SWNTs의 합성수율은 높았으나 다양한 직경의 튜브가 합성이 된 것을 확인할 수 있었다. 반면, 촉매입자의 크기가 2 nm 이하에서는 합성수율은 다소 저하되었으나, SWNTs의 직경분포의 폭이 상대적으로 훨씬 좁아지는 것을 알 수 있었다. 추후, 극미세 촉매와 저온합성 환경에서의 합성수율 향상을 위한 합성공정의 개량이 지속적으로 요구된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권5호
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• pp.517-524
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• 2011

볼텍스 튜브는 고압의 가스를 이용하여 고온 가스와 저온 가스를 분리하거나 입자상 물질의 분리에 사용 할 수 있는 장치이다. 본 연구에서는 직경 10mm의 볼텍스 튜브의 기본 설계 자료를 구축하기 위하여 에너지 분리 성능 실험을 수행하였다. 설계를 위한 기초 자료를 확보하기 위하여, 공급압력, 볼텍스 발생기의 오리피스 직경 및 튜브의 길이가 에너지 분리 특성에 미치는 영향력을 실험을 통하여 분석하였다. 결과적으로 오리피스 직경과 공급압력이 볼텍스 튜브의 성능의 지배적인 성능인자임을 확인하였다. 튜브길이가 성능에 미치는 영향은 미미하였다. Dc=0.7D, L=16D의 볼텍스 튜브에서 가장 우수한 에너지 분리효과를 얻을 수 있었다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2010년도 추계학술발표논문집 2부
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• pp.925-928
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• 2010

볼텍스 튜브는 고압의 가스를 이용하여 고온 가스와 저온 가스를 분리하거나 입자상 물질의 분리에 사용 할 수 있는 장치이다. 본 연구에서는 직경 10mm의 볼텍스 튜브의 기본 설계 자료를 구축하기 위하여 에너지 분리 성능 실험을 수행하였다. 설계를 위한 기초 자료를 확보하기 위하여, 공급압력, 볼텍스 발생기의 오리피스 직경 및 튜브의 길이가 에너지 분리 특성에 미치는 영향력을 실험을 통하여 분석하였다. 결과적으로 오리피스 직경과 공급압력이 볼텍스 튜브의 성능의 지배적인 성능인자임을 확인하였다. 튜브길이가 성능에 미치는 영향은 미미하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.457-457
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• 2011

단일벽 탄소나노튜브(SWNTs)는 직경 및 키랄(chiral)특성에 따라 반도체성 튜브와 금속성 튜브로 구분되며, 작은 직경의 SWNTs는 큰 직경의 튜브에 비하여 일반적으로 기계적 특성이 뛰어나다고 알려져 있다. 따라서, 합성하는 단계에서 SWNTs의 직경 및 chiral 특성의 제어가 가능 하게 된다면 전자소자로의 응용을 한층 앞당길 수 있을 것으로 예상하고 있다. 이와 더불어 SWNTs의 수평배향성장은 SWNTs의 집적(integration)을 용이하게 할 수 있기 때문에 향후 나노전자소자 개발을 목표로 최근 많은 연구결과들이 보고되고 있다. 하지만 현재는 SWNTs가 고밀도로 합성되기 때문에, 우수한 개별 (individual) SWNT의 전기적 특성보다는 집단적(ensemble) 특성을 얻고 있다. 따라서, 합성기판 위에서 개별적인 SWNT를 낮은 밀도로 수평배향 성장하는 일은 향후 나노튜브기반의 고성능 전자소자 개발에 중요한 과제이다. 나아가, 수평배향 성장 된 개별 SWNT의 직경 및 키랄 특성까지 함께 제어할 수 있다면 곧바로 응용에 적용할 수 있는 획기적인 기술이 될 것이다. 본 연구에서는, SWNTs의 수평배향도 및 직경을 제어하여 성장시키는 것을 목표로 하였다. 합성기판은 퀄츠를 이용하였고, 합성촉매로는 나노입자의 밀도를 비교적 쉽게 제어할 수 있고, 균일한 크기를 갖는 페리틴 단백질을 이용하였다. 단분산(monodispersion) 된 촉매 나노입자를 얻기 위해서 스핀코팅 조건과 페리틴 용액농도를 조절하여 퀄츠기판 위에 분산시킨 후, 아르곤 분위기 하에 열처리를 통하여 촉매 나노입자의 크기 감소를 유도하였다. 그 결과 열처리 시간이 증가함에 따라 촉매 나노입자의 크기가 감소하는 것을 알 수 있었고, SWNTs의 직경 또한 감소하는 것을 확인하였다. 또한 퀄츠기판 위에 직경제어 합성 된 수평배향 SWNTs를 다른 기판으로 전사하는 기술을 확립함으로써, 향후 SWNTs기반의 소자 제작기술의 바탕을 마련하였다.

• 한국진공학회지
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• 제17권6호
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• pp.576-581
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• 2008

각종 전자 방출원 및 디스플레이 응용분야에서 우수한 가능성을 보이고 있는 이중벽 탄소나노튜브를 Tetra Hydro Furan(THF) 열분해 방법으로 대량합성 하였다. 본 연구에서는 Fe-Mo 금속이 MgO 담지체에 담지된 촉매에 THF 를 공급하여 이중벽 탄소나노튜브를 합성하였다. 이 합성된 이중벽 탄소나노튜브는 비정질 탄소파티클이 없는 고순도로 합성되었으며, 탄소나노튜브 다발의 직경은 12 - 20 nm 로 균일하게 분포하였고, 성장 길이는 수십 마이크로미터 였다. TEM 분석 결과 이중벽 탄소나노튜브 5 - 10 가닥이 뭉쳐있는 다발 형태로 존재하였고, 합성된 이중벽 탄소나노튜브의 Raman spectrum 분석 결과 내부 직경이 0.9 - 1.5 nm, 외부 직경이 1.6 - 2.2 nm 의 직경 분포를 갖는 이중벽 구조의 탄소나노튜브가 합성되었음을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서 사용된 THF 가 이중벽 탄소나노튜브를 합성하는데 적합한 탄소공급원임을 제시한다.