• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권1호
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• pp.1-6
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• 2022

최근 웨어러블 디바이스에 대한 수요가 증가하면서 유연 전극 소재 개발에 대한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 특히, 헬스케어용 웨어러블 센서들은 체온이나 심장 박동, 혈당, 혈중 산소 농도 등 신체 정보들의 실시간·지속적인 모니터링과 정확한 진단, 검출이 가능해야 하기 때문에 고성능 유연 전극 소재의 개발이 무엇보다 중요하다. 본 연구에서는 탄소나노튜브 섬유(carbon nanotube fiber; CNT fiber) 기반의 유연 전극 소재의 성능을 개선시키기 위해 CNT fiber 위에 전기화학적 중합(electrochemical polymerization) 공정을 통해 polyaniline (PANI) layer를 합성하고, 이에 대한 전기화학적 특성 분석과 비효소적 글루코스(glucose) 검출 특성을 확인하였다. 제작된 PANI/CNT fiber 전극의 표면 분석은 주사전자 현미경(SEM)을 이용하여 진행되었으며, 전극의 전기화학적 특성 및 글루코스에 대한 센싱 성능은 시간대전류법(CA)과 순환전압 전류법(CV), 전기화학 임피던스법(EIS)을 이용하여 분석되었다. PANI/CNT fiber 전극의 전기화학적 특성은 bare CNT fiber 전극에 비해 작은 electron transfer resistance와 낮은 peak separation potential, 증가된 전극 면적을 나타내며, 이런 향상된 특성들 덕분에 글루코스 검출에 대한 센싱 성능이 개선되었다. 따라서, 본 연구를 기반으로 다양한 나노구조체를 도입하고 접목을 통해 고성능 CNT fiber 기반의 유연 전극 소재 개발이 가능할 것으로 기대된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권1호
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• pp.52-57
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• 2023

본 연구는 고성능 유연 전극 소재 개발을 위한 기초 연구로, 유연 전극 소재의 성능을 향상시키기 위해 금속 산화물 CuO nanoparticles (CuO NPs)를 도입하여 탄소나노튜브 섬유(carbon nanotube fiber; CNT fiber) 표면 위에 전기화학적 증착시켜 CNT fiber/CuO NPs 전극을 합성하고, 이를 전기화학적 비효소 글루코스 센서에 적용하였다. 이 전극의 표면 및 elemental composition 분석은 주사전자 현미경(SEM)과 에너지분산형 분광분석법(EDS)을 이용하였으며, 전극의 전기화학적 특성 및 글루코스에 대한 센싱 성능은 순환전압 전류법(CV)과 전기화학 임피던스법(EIS), 시간대전류법(CA)을 통해 조사되었다. CNT fiber/CuO NPs 전극은 CNT fiber의 우수한 특성과 함께 CuO NPs 도입에 따른 약 2.6배의 유효 전극면적(active surface area) 증가 효과와 11배 정도의 향상된 전자전달(electron transfer) 특성 및 우수한 전기적 촉매 활성(electrocatalytic activity) 덕분에 CNT fiber 유연 기반 전극의 글루코스 검출에 대한 성능이 개선되었다. 따라서, 본 연구를 기반으로 다양한 나노구조체를 활용한 고성능 유연 전극 소재 개발이 기대된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권2호
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• pp.196-201
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• 2023

우리는 금속 산화물 CuO nanoparticles (CuO NPs)과 전도성 고분자 Polyaniline (PANI)가 접목된 CNT fiber 유연 전극(CuO NPs/PANI/CNT fiber 전극)을 개발하여 H₂O₂ 검출용 비효소적 전기화학센서에 적용하였다. CNT fiber 표면 위에 PANI와 CuO NPs을 전기화학적 합성/증착을 통해 제작된 CuO NPs/PANI/CNT fiber 전극은 주사전자 현미경(SEM)과 에너지분산형 분광분석법(EDS)을 통해 표면 분석이 수행되었으며, 순환전압 전류법(CV)과 전기화학 임피던스법(EIS), 시간대전류법(CA)을 이용하여 전기화학적 특성 및 H₂O₂ 센싱 성능이 분석되었다. CuO NPs/PANI/CNT fiber 전극은 대조군인 bare CNT fiber 전극과 비교하여 약 4.78배의 유효 표면적 증가를 보였으며, 약 8.33배의 전자 전달 저항(R_et) 감소로 인한 우수한 전기 전도성 및 효율적인 전자전달 등의 전기화학적 특성을 나타냈다. 이런 향상된 전극 특성은 CuO NPs와 PANI의 접목을 통한 시너지 효과에 기인한 것으로, 결과적으로 H₂O₂ 검출에 대한 센싱 성능이 개선되었다.

• International Journal of CAD/CAM
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• 제12권1호
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• pp.20-28
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• 2012

Finite Element Analysis (FEA) is often used to identify local stress/strain concentrations where a component is likely to fail. In order to reduce the degree of strain concentration, component thickness can be increased in those regions, or a stronger material can be used. In short fiber reinforced composite materials, strength and stiffness can be increased through proper fiber alignment. The field-aided microtailoring (FAiMTa) process is one promising method for doing this. FAiMTa uses principles of dielectrophoresis to preferentially align particles or fibers within a matrix. To achieve the preferred fiber orientation, an interdigitated electrode network must be integrated into the mold halves which can be fabricated by additive manufacturing (AM) processes. However, the process of determining the preferred fiber arrangements and electrode locations can be very challenging. This paper presents algorithms to semi-automate the interdigitated electrode design process. The algorithm has been implemented in the Solidworks CAD system and is demonstrated in this paper.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권5호
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• pp.606-610
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• 2019

본 연구에서 우리는 보론 도핑된 다이아몬드 나노물질을 이용하여 유연성 탄소 섬유 기반의 전극(CF-BDD 전극)을 개발하고, 이를 비효소적 글루코스 센서에 적용하여 전기화학적 특성을 확인하였다. 이 전극은 탄소 섬유 표면에 정전하 자기조립법을 이용하여 BDD 층을 증착하여 제작하였다. 이 전극 물질의 표면 구조는 주사전자 현미경(SEM)을 이용하여 분석하였으며, 전기화학적 특성 및 센싱 성능 분석은 시간대전류법(CA)와 순환전압 전류법(CV), 전기화학 임피던스(EIS)으로 실행하였다. 제작된 CF-BDD 전극은 산화-환원 화학종과 전극 계면 간의 effective direct electron transfer와 large effective surface area, high catalytic activity의 우수한 특성들을 보였다. 결과적으로, CF 센서와 비교에서 CF-BDD 센서는 더 넓은 선형 농도 범위(3.75~50 mM)와 더 빠른 감응 시간(3초 이내), 더 높은 감도(388.8 nA/mM) 등의 향상된 센싱 특성을 보였다. 따라서, 본 연구에서 개발된 전극 물질은 다양한 전기화학 센서 뿐 아니라, 웨어러블 센서 소재로도 활용 가능할 것으로 기대된다.

• 한국입자에어로졸학회지
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• 제14권3호
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• pp.81-88
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• 2018

The market for improving the indoor air quality is continuously increasing, and air cleaners are the representative products. As interest in indoor air quality increases, so are the ultrafine particle which are harmful to the human body. Despite its many advantages, electrostatic precipitators are less used in indoor air due to ozone production. In this study, the carbon fiber sheet was applied to the discharge electrode and compared with the conventional tungsten wire discharge electrode. The particle collection efficiency and the amount of ozone generation were measured for 10-100 nm particles. Furthermore, it was applied to commercial air purifier with electrostatic precipitator to compare particle removal performance. The carbon fiber sheet type discharge electrode generates a small amount of ozone, and thus it can be applied to improve indoor air quality.

• Carbon letters
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• 제26권
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• pp.102-106
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• 2018

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제1권2호
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• pp.117-120
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• 2010

Materials used as fuel cell electrode should be light, high conductive, high surface area for reaction, catalytic surface and uniformity of porous structure. Nickel is widely used in electrode materials because it itself has catalytic properties. When used as electrode materials, nickel of only a few im on the surface may be sufficient to conduct the catalytic role. To manufacture the nickel with porous structure, Electroless nickel plating on carbon fiber be conducted. Because electroless nickel plating is possible to do uniform coating on the surface of substrate with complex shape. Acidic bath and alkaline bathe were used in electroless nickel plating bath, and pH and temperature of bath were controlled. The rate of electroless plating in alkaline bath was faster than that in acidic bath. As increasing pH and temperature, the rate of electrolee plating was increased. The content of phosphorous in nickel deposit was higher in acidic bath than that in alkaline bath. As a result, the uniform nickel deposit on porous carbon fiber was conducted.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제14권2호
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• pp.184-193
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• 2023

This study investigates the effects of a carbon fiber layer formed on the surface of an etched aluminum current collector on the electrochemical properties of the activated carbon electrodes for an electric double layer capacitor. A particle size analyzer, field-emission SEM, and nitrogen adsorption/desorption isotherm analyzer are employed to analyze the structure of the carbon fiber layer. The electric and electrochemical properties of the activated carbon electrodes using a carbon fiber layer are evaluated using an electrode resistance meter and a charge-discharge tester, respectively. To uniformly coat the surface with carbon fiber, we applied a planetary mill process, adjusted the particle size, and prepared the carbon paste by dispersing in a binder. Subsequently, the carbon paste was coated on the surface of the etched aluminum current collector to form the carbon under layer, after which an activated carbon slurry was coated to form the electrodes. Based on the results, the interface resistance of the EDLC cell made of the current collector with the carbon fiber layer was reduced compared to the cell using the pristine current collector. The interfacial resistance decreased from 0.0143 Ω·cm² to a maximum of 0.0077 Ω·cm². And degradation reactions of the activated carbon electrodes are suppressed in the 3.3 V floating test. We infer that it is because the improved electric network of the carbon fiber layer coated on the current collector surface enhanced the electron collection and interfacial diffusion while protecting the surface of the cathode etched aluminum; thereby suppressing the formation of Al-F compounds.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권2호
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• pp.159-164
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• 2021

부착형(attachable) 타입의 웨어러블 디바이스 적용을 위한 패브릭(fabric)이나 텍스처(textiles) 타입의 고성능 전극 소재 개발에 대한 필요성이 부각되고 있다. 본 연구에서는 유연 전극 소재로 탄소나노튜브 섬유(CNT fibers)를 응용하고자, CNT fibers의 전기화학적 특성과 이를 적용한 비효소적 글루코스 센싱 성능을 확인하였다. CNT fibers의 표면 구조는 주사전자 현미경(SEM)을 이용하여 분석하였으며, 전기화학적 특성 및 센싱 성능 분석은 시간대전류법와 순환전압 전류법, 전기화학 임피던스 분석법을 이용하여 수행되었다. CNT fibers 전극은 낮은 capacitive current와 산화-환원 화학종과 전극 계면 간의 효율적인 direct electron transfer에 의한 우수한 electrochemical activity 등 향상된 전기화학적 특성으로 인해 높은 감도와 넓은 선형 농도 범위, 그리고 낮은 검출 한계 등 우수한 센싱 특성을 보였다. 따라서, 본 연구는 CNT fibers 기반의 고성능 유연 전극 소재 개발을 위한 기초 연구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.