Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.35
no.1
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pp.1-10
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2022
Two-dimensional materials have shown a great promise for the next-generation electronic materials due to their unique optical, physical, and chemical properties that are distinct from their bulk counterparts. Their atomic-level thickness, the feature for flexible tenability, and exposed huge surface allow various approaches for high-performance nanoscale devices. Especially, this review highlights the recent progress on two-dimensional dielectric nanosheets, which are obtained by cheap and massproducible solution-based exfoliation process, accompanied by the preparation methods, various deposition methods, and the characteristics of devices using a dielectric nanosheet thin films. We also present a perspective on the advantages offered by this two-dimensional dielectric nanosheets for the upcoming future nanoelectonics.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.27
no.6
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pp.289-294
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2017
Films fabricated using atomic layer 2-dimensional nanosheets exhibit various physical properties depending on the size of the nanosheet. This is because the physical properties of the film depend on the interfacial properties between the sheets. Therefore, the synthesis of large-sized nanosheets is very important because it can reduce the dependency of the film on the interfacial properties. In this study, we succeeded in fabricating $TiO_x$ nanosheets with atomic layer thickness over micrometer size by using single-crystallized starting material and its chemical exfoliation. In addition, it was revealed that the mechanical agitation speed (the stirring speed of a magnetic bar) during the exfoliation step using the organic material is closely related to the nanosheet size and the colloidal concentration of the nanosheets.
Two-dimensional (2D) niobate-based nanosheets have attracted attention as high-k dielectric materials. We synthesized strontiumsubstituted calcium niobate ($Ca_{0.8}Sr_{1.2}Nb_3O_{10}$) nanosheets by a two-step cation exchange process from $KCa_{0.8}Sr_{1.2}Nb_3O_{10}$ ceramic. The $K^+$ ions were exchanged with $H^+$ ions, and then H+ ions were exchanged with tetrabutylammonium ($TBA^+$) cations. The $Ca_{0.8}Sr_{1.2}Nb_3O_{10}$ nanosheets were then exfoliated, decreasing the electrostatic interaction between each niobate layer. Furthermore, $Ca_2Nb_3O_{10}$ nanosheets were synthesized in same process for comparison. Each exfoliated nanosheet shows a single-crystal phase and has a lateral size of over 100 nm. The nanosheets were deposited on a $Pt/Ti/SiO_2/Si$ substrate by the electrophoretic deposition (EPD) method at 40 V, followed by ultraviolet irradiation of the films in order to remove the remaining $TBA^+$ ions. The $Ca_{0.8}Sr_{1.2}Nb_3O_{10}$ thin film exhibited twice the dielectric permittivity (~60) and lower dielectric loss than $Ca_2Nb_3O_{10}$ thin films.
Lim, Young Rok;Ko, Yunseok;Park, Jeunghee;Cho, Won Il;Lim, Soo A;Cha, EunHee
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.10
no.1
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pp.89-97
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2019
As a promising candidate for anode materials in lithium ion battery (LIB), tungsten trioxide ($WO_3$) and tungsten disulfide ($WS_2$) nanocrystals were synthesized, and their electrochemical properties were comprehensibly studied using a half cell. One-dimensional $WO_3$ nanowires with uniform diameter of 10 nm were synthesized by hydrothermal method, and two-dimensional (2D) $WS_2$ nanosheets by unique gas phase sulfurization of $WO_3$ using $H_2S$. $WS_2$ nanosheets exhibits uniformly 10 nm thickness. The $WO_3$ nanowires and $WS_2$ nanosheets showed maximum capacities of 552 and $633mA\;h\;g^{-1}$, respectively, after 100 cycles. Especially, the capacity of $WS_2$ is significantly larger than the theoretical capacity ($433mA\;h\;g^{-1}$). We also examined the cycling performance using a larger size $WO_3$ and $WS_2$ nanocrystals, showing that the smaller size plays an important role in enhancing the capacity of LIBs. The larger capacity of $WS_2$ nanosheets than the theoretical value is ascribed to the lower charge transfer resistance of 2D nanostructures.
SnO nanosheets were prepared at room temperature through a reaction between an aqueous solution of $SnCl_2$, $N_2F_4$, and NaOH and were converted into $SnO_2$ nanosheets without a morphological change. The SnO nanosheets were formed through a dissolution-recrystallization mechanism. Uniform and well-dispersed SnO nanosheets with the round-shape morphology were attained when the solution was treated by ultrasonic sound immediately after the addition of NaOH. The $SnO_2$ nanosheets prepared by means of solution reduction under the ultrasonic treatment, and subsequent oxidation at $600^{\circ}C$ showed a high level of gas sensitivity to $C_2H_5OH$ and $CH_3COCH_3$.
The nonlocal static bending, buckling, free and forced vibrations of graphene nanosheets are examined based on the Kirchhoff plate theory and Taylor expansion approach. The nonlocal nanoplate model incorporates the length scale parameter which can capture the small scale effect. The governing equations are derived using Hamilton's principle and the Navier-type solution is developed for simply-supported graphene nanosheets. The analytical results are proposed for deflection, natural frequency, amplitude of forced vibration and buckling load. Moreover, the effects of nonlocal parameter, half wave number and three-dimensional sizes on the static, dynamic and stability responses of the graphene nanosheets are discussed. Some illustrative examples are also addressed to verify the present model, methodology and solution. The results show that the new nanoplate model produces larger deflection, smaller circular frequencies, amplitude and buckling load compared with the classical model.
Transition metal oxides formed by a single or heterogeneous combination of transition metal ions and oxygen ions have various types of crystal structures, which can be classified as layered structures and non-layered structures. With non-layered structures, it is difficult to realize a two-dimensional structure using conventional synthesis methods. In this study, we report the synthesis of cobalt oxide into wafer-scale nanosheets using a surfactant-assisted method. A monolayer of ionized surfactant at the water-air interface acts as a flexible template for direct cobalt oxide crystallization below. The nanosheets synthesized on the water surface can be easily transferred to an arbitrary substrate. In addition, the synthesizing morphological and crystal structures of the nanosheets were analyzed according to the reaction temperatures. The electrochemical properties of the synthesized nanosheets were also measured at each temperature. The nanosheets synthesized at 70 ℃ exhibited higher catalytic properties for the oxygen evolution reaction than those synthesized at other temperatures. This work suggests the possibility of changing material performance by adjusting synthesis temperature when synthesizing 2D nanomaterials using a wide range of functional oxides, resulting in improved physical properties.
Two-dimensional (2D) ultrathin molybdenum dichalcogenides $MoS_2$ has gained a great deal of attention in energy conversion and storage applications because of its unique morphology and property. The 2D $MoS_2$ nanosheets provide a high specific surface area, 2D charge channel, sub-nanometer thickness, and high conductivity, which lead to high electrochemical performances for energy storage devices. In this paper, an overview of properties and synthetic methods of $MoS_2$ nanosheets for applications of supercapacitors and rechargeable batteries is introduced. Different phases triangle prismatic 2H and metallic octahedral 1T structured $MoS_2$ were characterized using various analytical techniques. Preparation methods were focused on top-down and bottom-up approaches, including mechanical exfoliation, chemical intercalation and exfoliation, liquid phase exfoliation by the direct sonication, electrochemical intercalation exfoliation, microwave-assisted exfoliation, mechanical ball-milling, and hydrothermal synthesis. In addition, recent applications of supercapacitors and rechargeable batteries using $MoS_2$ electrode materials are discussed.
Two-dimensional (2D) metal organic framework (MOF) nanosheets (NSs) have recently gained considerable interest owing to their structural advantages, such as large surface area and exposed active sites. Two different types of 2D MOF NSs have been reported, including inherently layered MOFs and non-layered ones. Although several studies on inherently layered 2D MOFs have been reported, non-layered 2D MOFs have been rarely studied. This may be because the non-layered MOFs have a strong preference to form three-dimensionality intrinsically. Furthermore, the non-layered MOFs are typically synthesized in the presence of the surfactant or modulator, and thus developing facile and clean synthetic routes is highly pursued. In this study, a facile and clean synthetic methodology to grow non-layered 2D cobalt-based zeolitic imidazolate framework (ZIF-67) NSs is suggested, without using any surfactant and modulator at room temperature. This is achieved by directly converting ultrathin α-Co(OH)2 layered hydroxide salt (LHS) NSs into non-layered 2D ZIF-67 NSs. The comprehensive characterizations were conducted to elucidate the conversion mechanism, structural information, thermal stability, and chemical composition of the non-layered 2D ZIF-67. This facile and clean approach could produce a variety of non-layered 2D MOF NS families to extend potential applications of MOF materials.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.29
no.1
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pp.1-5
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2019
The physical properties of ceramic materials including oxides are greatly influenced by the material density. Therefore, various efforts have been made to increase the material density. One of the most popular strategies is to use sintering additives in sintering materials. The conventional sintering additive was a spherical powder having a three-dimensional structure. In this study, sintering additive with 2-dimensional (2D) layer structure was used to increase the sintering density of cerium oxide and its effect was confirmed. In this study, 1 nm-thick $TiO_x$ and $MnO_x$ nanosheets were used as sintering additives.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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