• Advances in nano research
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• 제15권1호
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• pp.1-13
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• 2023

Ti₃C₂T_x MXene, a 2D material, is known to exhibit unique characteristics that are strongly dependent on surface termination groups. Here, we developed a novel annealing approach with Ca as a reducing agent to simultaneously remove F and O groups from the surface of multilayered MXene powder. Unlike H₂ annealing that removes F effectively but has difficulty in removing O, annealing with Ca effectively removed both O and F. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and energy dispersive X-ray spectroscopy revealed that the proposed approach effectively removed F and O from the MXene powder. The results of O/N analyses showed that the O concentration decreased by 57.5% (from 2.66 to 1.13 wt%). In addition, XPS fitting showed that the volume fraction of metal oxides (TiO₂ and Al₂O₃) decreased, while surface termination groups (-O and -OH) were enhanced, which could increase the hydrophilic and adsorption properties of the MXene. These findings suggest that when F and O are removed from the MXene powder, the interlayer spacing of its lattice structure increases. The proposed treatment also resulted in an increase in the specific surface area (from 5.17 to 10.98 m²/g), with an increase in oxidation resistance temperature in air from ~436 to ~667 ℃. The benefits of this novel technology were verified by demonstrating the significantly improved cyclic charge-discharge characteristics of a lithium-ion battery with a Ca-treated MXene electrode.

• 대한환경공학회지
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• 제36권4호
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• pp.295-302
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• 2014

본 연구는 물 재이용을 위한 하수고도처리공정으로서 이단유로 축전식 탈염공정의 적용 가능성을 평가하였다. 일반적으로 축전식 탈염장치는 전극이 병렬식으로 단순 적층되어 있는 반면에 이단유로 축전식 탈염장치는 분리판에 의해 모듈이 2개의 단으로 구분되어 1단과 2단이 수리학적 직렬연결이 되도록 고안되었다. 동일한 유입조건에서 전산유체역학 분석결과 이단유로 모듈이 단일유로 모듈에 비해 스페이서에서 보다 균등하고 빠른 유속분포를 보였고, 사영역도 상대적으로 작게 나타났다. 하지만 입구와 출구 간 압력강하는 단일유로 모듈이 0.4 bar인 반면 이단유로 모듈은 0.7 bar로 높게 나타났다. NaCl용액을 원수로 사용한 단위셀 테스트 결과, 단일유로와 이단유로의 최대 탈염효율은 유입유량 10 mL/min/cell pair에서 각각 88%, 91%이었다. 유량증가에 따른 단위셀 압력강하의 증가는 이단유로가 단일유로보다 높게 나타났으며, 유입유량 70 mL/min/cell pair에서 이단유로의 압력강하는 1.67 bar로 단일유로의 압력강하보다 2배 높게 나타났다. 이단유로의 압력강하를 완화시키기 위하여 전극 간 간격을 100에서 $200{\mu}m$으로 늘린 결과, 탈염효율은 유사하게 유지하면서 압력강하는 최대 0.87 bar로 낮게 유지할 수 있었다. Proto-type 축전식 탈염장치에 하수처리수를 주입하여 연속 운전한 결과, TDS 제거효율은 평균 78%로 나타났으며, 특정이온의 경우, $NH_4{^+}$-N, $NO_3{^-}$-N 및 $PO_4{^{3-}}$-P 제거효율이 각각 50%, 93% 및 50%로 나타나 질소제거 관점에서 CDI기술의 하수고도처리공정 활용가능성이 높을 것으로 판단된다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제29권10호
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• pp.1607-1623
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• 2019

Sediment bioelectrochemical systems (SBESs) can be integrated into brackish aquaculture ponds for in-situ bioremediation of the pond water and sediment. Such an in-situ system offers advantages including reduced treatment cost, reusability and simple handling. In order to realize such an application potential of the SBES, in this laboratory-scale study we investigated the effect of several controllable and uncontrollable operational factors on the in-situ bioremediation performance of a tank model of a brackish aquaculture pond, into which a SBES was integrated, in comparison with a natural degradation control model. The performance was evaluated in terms of electricity generation by the SBES, Chemical oxygen demand (COD) removal and nitrogen removal of both the tank water and the tank sediment. Real-life conditions of the operational parameters were also experimented to understand the most close-to-practice responses of the system to their changes. Predictable effects of controllable parameters including external resistance and electrode spacing, similar to those reported previously for the BESs, were shown by the results but exceptions were observed. Accordingly, while increasing the electrode spacing reduced the current densities but generally improved COD and nitrogen removal, increasing the external resistance could result in decreased COD removal but also increased nitrogen removal and decreased current densities. However, maximum electricity generation and COD removal efficiency difference of the SBES (versus the control) could be reached with an external resistance of $100{\Omega}$, not with the lowest one of $10{\Omega}$. The effects of uncontrollable parameters such as ambient temperature, salinity and pH of the pond (tank) water were rather unpredictable. Temperatures higher than $35^{\circ}C$ seemed to have more accelaration effect on natural degradation than on bioelectrochemical processes. Changing salinity seriously changed the electricity generation but did not clearly affect the bioremediation performance of the SBES, although at 2.5% salinity the SBES displayed a significantly more efficient removal of nitrogen in the water, compared to the control. Variation of pH to practically extreme levels (5.5 and 8.8) led to increased electricity generations but poorer performances of the SBES (vs. the control) in removing COD and nitrogen. Altogether, the results suggest some distinct responses of the SBES under brackish conditions and imply that COD removal and nitrogen removal in the system are not completely linked to bioelectrochemical processes but electrochemically enriched bacteria can still perform non-bioelectrochemical COD and nitrogen removals more efficiently than natural ones. The results confirm the application potential of the SBES in brackish aquaculture bioremediation and help propose efficient practices to warrant the success of such application in real-life scenarios.

• 공업화학
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• 제18권5호
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• pp.522-526
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• 2007

산화처리 탄소로부터 상분해시킨 코크스의 구조 및 전기화학적 특성을 조사하였고, KOH 활성화 코크스와 비교하였다. $NaCLO_3$/니들 코크스의 비율이 7.5 이상의 조건에서 산화처리를 행한 graphene 층간 구조를 가진 니들 코크스($d_{002}=3.5{\AA} $)는 산화흑연 구조로 상변화가 일어나고, 이 때 산소함량의 증가와 함께 층간 간격은 $6.9{\AA} $으로 증가하였다. 산화처리 탄소를 $200^{\circ}C$에서 열처리 건조를 하면 상분해가 일어나서 다시 graphene 층간 구조로 복원하고, 층간 간격은 $3.6{\AA} $으로 감소하였다. 그러나, KOH 활성화 과정에서 니들 코크스의 층간 변화는 관찰되지 않았다. 한편, 1차 충전에서 전해질 이온들에 의한 상분해 코크스에의 침입은 1.0 V에서 일어나고, 이는 KOH 활성 코크스보다 작은 수치이다. 상분해 코크스를 이용한 커패시터 셀은 1 kHz에서 $0.57{\Omega}$의 내부저항을 나타내고, 2 전극 시스템에서 0~2.5 V 범위 내에서 측정한 상분해 코크그의 중량 또는 전극 부피 당 용량은 각각 30.3 F/g과 26.9 F/mL을 나타내었고, 이들 특성은 KOH 활성 코크스보다 우수하였다. 상분해 코크스의 우수한 전기화학적 특성은 산화처리-상분해 과정에서의 층간 팽창-수축에 따른 층간 결함과 관련 있는 것으로 판단된다.

• 태양에너지
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• 제17권4호
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• pp.3-11
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• 1997

다결정 실리콘에서 결정입계는 광생성된 반송자들의 재결합 중심으로 작용할 뿐 아니라 전위장벽으로 작용하여 태양전지의 변환효율을 감소시킨다. 결정입계의 영향을 줄이기 위해 열처리, 결정입계에 대한 선택적 식각, 결정입계로 함몰전극을 형성하는 방법, 다양한 전극 구조, 초박막 금속 형성 후 전극형성 등 여러가지 요소들을 조사하였다. 질소 분위기에서 $900^{\circ}C$ 전열처리, $POCl_3$ 확산을 통한 게터링, 후면전계 형성을 위한 Al 처리로 다결정 실리콘의 결함밀도를 감소시켰다. 결정입계에서의 반송자 손실을 감소시키기 위한 기판 처리로 Schimmel 식각액을 사용하였다. 이는 texturing 효과와 함께 결정입계를 선택적으로 $10{\mu}m$ 깊이로 식각하였다. 결점입계를 우선적으로 식각한 후면으로 Al을 확산하여 후면에서의 재결합 손실을 감소시켰다. 전극 핑거(grid finger) 간격이 0.4mm인 세밀한 전극 구조에 결정입계로 $0.4{\mu}m$ 깊이로 함몰전극을 추가로 형성하여 태양전지의 단락 전류 밀도가 개선되었다. 80% 이상의 광투과율을 보인 20nm 두께의 크롬 박막 형성으로 직렬 저항을 감소시켰다. 본 논문은 저가의 고효율, 지상 전력용 태양진지를 위해 결정입계에 대한 연구를 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.403-421
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• 2023

도심지 내 지하구조물 개발의 필요성이 증가함에 따라, TBM 터널 시공 중 터널 굴진면 전방예측에 대한 연구가 꾸준하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 TBM 터널 굴착 중 복합지반을 조우하는 상황을 모사한 유한요소(finite element) 수치해석 모델을 개발하였다. 개발된 수치해석 모델은 이론해와 실내실험으로부터 측정된 전기 비저항 결과값과의 비교를 통해 그 성능을 검증하였다. 이후 실제 터널의 형상과 지반조건, 측정전극의 배열 조건 등 전기 비저항 탐사에 대한 영향 변수를 설정하고 이에 따른 매개변수 해석을 수행하였다. 그 결과, 복합지반 내 경계면의 경사가 가파를수록, 복합지반을 구성하는 두 지반 사이의 전기 비저항 차이가 클수록, TBM 굴착 중 전기 비저항 측정값이 더 급격하게 변화함을 확인하였다. 또한, 보다 효율적이고 정확한 복합지반 예측을 위해 적절한 전극 간격 및 전극 배열 위치 선정의 중요성을 제고하였다. 결론적으로, 본 연구에서 개발된 수치해석 모델을 통한 터널 막장면 전방 복합지반 예측은 TBM 터널 시공 과제의 구조적 안정성과 경제적 효율성 증대에 이바지할 것으로 사료된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제11권3호
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• pp.250-262
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• 2008

금속광산탐사에서 많이 이용되는 물리탐사 방법 중의 하나인 쌍극자-쌍극자 배열 전기비저항탐사의 실제 광산탐사에 대한 적용성을 평가하기 위하여 단순화된 광상구조에 대하여 현장자료 시뮬레이션 및 역산해석을 수행하였다. 실제 광상모형으로는 국내 여러 금속광상 중에서 가장 분포 빈도가 높은 맥상광상을 대상으로 하였다. 국내 맥상광상의 맥폭이 대부분 수십 cm에서 2m이내라는 점에 기초하여 맥폭을 변화시키고, 광맥의 물성을 변화시켰으며, 쌍극자-쌍극자 배열 전기비저항탐사의 전극간격은 40m로 가정하였다. 맥폭이 1m 이하일 경우 주변암과 광맥의 전기적 물성차가 300배 이상 되는 경우에도 저비저항대가 나타나지 않았다. 맥폭이 커질수록 그리고 비저항의 차가 클수록 저비저항대가 뚜렷하게 나타났으나, 넓은 전극간격과 역산에 이용된 셀 크기가 심부로 갈수록 커져서 대체로 저 비저항대의 폭이 과장되게 나타났고, 깊이 또한 실제 깊이보다 깊게 나타났다. 실제 천열수광상 모형을 가정하고 현재 가행 중인 광산에서 측정한 전기비저항을 근거로 하여 현장자료 시뮬레이션 및 역산을 수행한 결과 광맥의 전기비저항 값이 높은 경우에도 광맥에 의한 영향이 잘 나타나지 않는다는 것을 알 수 있었다. 이와 같이 구조지질학적으로 광맥에 수반되는 열수변질대가 전기비저항탐사 자료에서 이상대로 포착되므로 천열수 광산의 경우 이러한 주변 열수변질대를 탐사대상으로 선정하는 것이 바람직하다. 이상의 결과들을 종합해 볼 때 광맥이 지하 깊은 곳에 존재하며 광맥과 주변암과의 전기적 물성차가 크지 않은 경우, 일반적으로 수행되는 지표면 전기비저항탐사로는 광맥의 존재여부조차 파악할 수 없는 경우가 있으며, 저비저항대가 나타난다 하더라도 실제 구조와 다른 과장된 양상으로 나타난다는 것을 알 수 있었다. 이 연구에서 제시한 모델링 및 역산자료는 기본적이고 단순한 모형실험이지만 일선 현장 자료를 바탕으로 수행한 실험연구로서 향후 보다 다양한 모형에 대하여 모델링을 수행하고 표준 및 정량적 지침을 제시해 나간다면 현장 측선 설계나 탐사결과의 해석시에 유용한 지침으로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제19권1호
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• pp.73-79
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• 2008

망막색소변성(retinitis pigmentosa: RP)과 연령 관련 황반변성(age-related Macular Degeneration: AMD)은 망막변성으로 인해 실명에 이르는 대표적인 질환이며 망막이식장치의 개발을 통해 치료될 수 있다고 간주되고 있다. 최근에 국내에서도 망막이식장치 개발을 위한 연구팀이 조직되었다. 성공적인 망막이식장치 개발을 위하여 여러 가지 선결요소가 필요하지만 그 중 한 가지가 이식장치에 인가할 전기자극을 최적화하는 것이다. 변성망막의 전기적 특성은 정상 망막과 다르리라 예측되므로 우리는 장차 개발될 망막 이식장치에 인가할 전기자극 최적화를 위한 가이드라인을 제공하기 위해 정상 망막과 변성 망막의 전압자극 파라미터에 관한 실험을 하였다 망막을 분리한 후 망막절편을 신경절세포 층이 다채널전극의 표면을 향하게 하여 전극에 붙인다 in-vitro 상태에서 망막 신경절세포의 전기신호를 기록하기 위해 전극 직경: $30{\mu}m$, 전극간 거리: $200{\mu}s$, 전극 임피던스 1kHz 에서 $50k{\Omega}$인 8행 8열의 다채널전극을 사용하였다. 다채널전극의 60채널 중 두 채널을 자극전극과 접지로 사용하여 단극전기자극을 인가하였고 나머지 전극을 기록전극으로 사용하였다. 가한 전기자극은 전압자극으로 전하균형을 맞춘 이상성자극을 아노딕 사각파를 먼저 주고 캐쏘딕 사각파가 나중에 나오는 형태로 두 사각파간의 지체는 없도록 하였으며 동일한 자극을 2초 간격으로 50회 반복하여 인가하였다. 다양한 전기자극을 사용하였는 바 첫째는 사각파의 크기를 달리하였다 $(0.5{\sim}3V)$. 둘째는 사각파의 시간을 달리하였다 $(100{\sim}1,200{\mu}s)$. 전하밀도는 옴의 법칙과 쿨롱의 법칙을 이용하여 계산하였다. 전기자극으로 유발된 반응은 50회 자극에 대한 평균치를 얻은 후 자극 후 히스토그램(PSTH)을 그려 분석하였다. 전압자극의 크기를 $0.5{\mu}3V$로 달리하였을 때 믿을 만한 망막신경절세포가 유발되는 자극은 1.5V이었고 이때 계산된 전하밀도의 역치는 $2.123mC/cm^2$이었다. 전압의 크기를 2V로 고정하고 자극 지속시간을 $100{\sim}1,200{\mu}s$로 달리하였을 때 믿을 만한 망막신경절세포가 유발되는 자극의 역치는 $300{\mu}s$에서 관찰되었다. 이때 계산된 전하밀도의 역치는 $1.698mC/cm^2$이었다. L-(1)-2-amino-4-phosphonobutyric acid (APB)을 사용하여 ON-경로를 차단한 후에 전기자극을 인가하였을 때도 자극에 의해 망막신경절 세포의 반응이 유발되는 것을 확인하였다. APB-변성망막에서 전압의 크기를 2V로 고정하고 자극 지속시간을 $100{\sim}1,200{\mu}s$로 달리하였을 때 믿을 만한 망막신경절세포가 유발되는 자극의 역치는 $300{\mu}s$에서 관찰되었으며 이는 정상망막의 결과와 같았다. 추후 APB-변성망막을 가지고 좀더 실험이 진행되어야 정상망막과 변성망막의 전하밀도에 관한 명료한 비교가 가능할 것이다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제19권3호
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• pp.157-163
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• 2008

망막색소변성(retinitis pigmentosa: RP)과 연령관련 황반변성(age-related macular Degeneration: AMD)은 망막변성으로 인해 실명에 이르는 대표적인 질환이며 망막이식장치의 개발을 통해 치료될 수 있다고 간주되고 있다. 성공적인 망막이식장치 개발을 위하여 여러 가지 선결요소가 필요하지만 그 중 한 가지가 이식장치에 인가할 전기자극을 최적화하는 것이다. 변성망막의 전기적 특성은 정상 망막과 다르리라 예측되므로 우리는 장차 개발될 망막 이식장치에 인가할 전기자극 최적화를 위한 가이드라인을 제공하기 위해 정상 망막과 변성망막의 망막파형 차이에 관한 연구를 하였다. 망막을 분리한 후 망막절편을 신경절세포 층이 다채널전극의 표면을 향하게 하여 전극에 붙인다. In-vitro 상태에서 망막 신경절세포의 전기신호를 기록하기 위해 전극 직경: $30{\mu}m$, 전극간 거리: $200{\mu}m$, 전극 임피던스 1 kHz에서 50 $k{\Omega}$인 8행 8열의 다채널전극을 사용하였다. 생후 28일된 정상마우스(C57BL/6J 종)에서는 짧은 시간대(<2 ms)의 망막 스파이크만 기록되었다. rd/rd 마우스(C3H/HeJ 종)에서는 정상적인 스파이크뿐만 아니라 약 100 ms 의 시간대를 가지는 느린 파형이 같이 기록되었다. 우리는 rd/rd 마우스에서만 관찰되는 이 느린 파형의 기전을 알아보고자 여러 가지 시냅스억제제를 사용하였다. 이 느린 파형은 rd/rd 마우스에서 양극세포로부터 신경절세포로 들어오는 흥분성입력이 정상마우스보다 강화되었기 때문에 발생한 것으로 보인다. rd/rd 마우스에서 흥분성입력이 강화되는 여러 가능성 중에서 망막변성으로 인해 수평세포로부터 양극세포로 들어오는 억제성 입력이 소실됨으로 인해 결과적으로 양극세포로부터 신경절세포로 들어오는 흥분성입력이 강화되었을 가능성이 가장 높은 것으로 보인다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제8권1호
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• pp.50-58
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• 2005

하저지반은 단층대의 분포가능성이 매우 높으나 수층으로 인해 지표지질조사가 불가능하여 단층대를 파악하기가 쉽지 않다. 하상 전기비저항 탐사는 하저지반에 대한 연속적인 영상을 제공하여 주므로 단층이나 연약대의 위치를 파악하는데 매우 효과적인 탐사법이다. 하저터널의 설계에서는 단층대의 위치뿐만 아니라 단층대의 주향방향이 매우 중요한 요소이다. 단층대의 주향방향을 파악하는 방법으로는 격자형의 측선에 대한 광대역 조사가 매우 효과적이다. 하지만. 종래의 하상 전기비저항 탐사는 케이블을 하저에 설치하여야 하므로 광대역 조사에 적합하지 않다. 이에 이 연구에서는 소형보트에 스트리머 케이블을 설치하여 신속하게 광대역의 하저지반을 영상화하는 스트리머 전기비저항 탐사의 적용성에 대해 고찰하였다. 스트리머 전기비저항 탐사에 의한 단층대의 분해능을 고찰하기 위하여, 수직단층이 수층 하부의 퇴적층에 피복되어 있는 모형을 설정하여 수치모형실험을 수행하였다. 전극의 설치위치와 수심의 변화에 따른 수직단층의 분해능에 대해 살펴보았으며, 그 결과 수층의 두께가 전극간격의 2 배 이내인 경우에는 전극을 수층 표면에 설치하는 방식으로도 단층을 영상화할 수 있음을 보였다. 또한, 스트리머 전기비저항 탐사에 적합한 4 가지의 전극배열법을 설정하여 신호대 잡음비와 수직 단층의 분해능을 비교 검토하였다. 수치모형실험을 기초로 하여 한국 서울에 위치한 한강의 하저터널 예정부지에서 하상 전기비저항 탐사를 수행하였다. 하저터널 예정노선에서는 고분해능의 영상이 요구되므로 하저에 전극을 설치하여 자료를 획득하였으며, 2차원 역산을 적용하여 강 양단에서 단층대로 추정되는 3개의 저비저항 이상대를 탐지하였다. 저비저항 이상대의 윈인을 규명하기 위하여 시추조사를 수행하였으며, 그 결과 수 m 이상의 폭을 가지는 다수의 단층이 관측되었다. 단층대의 주향방향을 탐지하기 위하여 확인된 저비저항 이상대를 중심으로 격자형의 측선을 설정하여 스트리머 전기비저항 탐사를 수행하였다. 이를 통해 하저에 케이블을 설치하는 방식에 비해 매우 신속하고 경제적으로 하저에 분포하는 이상대의 분포범위와 발달방향을 규명할 수 있었다.