Park, Seonghyeon;Kang, Hongjae;Park, Youngchul;Lee, Jongkwang
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.24
no.4
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pp.79-88
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2020
Hypergolic propellants have been widely used for space propulsion systems based their long-term storability and high ignition reliability. Since conventional hypergolic propellants are highly toxic and carcinogenic, handling and operating costs are significant. To overcome the drawbacks, numerous studies have been actively performed to develope new hypergolic propellants, ensuring that the combinations are high performance, low toxicity and low environmental impact. In the present study, a comprehensive survey was conducted to summarize the research and development of green hypergolic propellants involving hydrogen peroxide, nitric acid, and ionic liquids.
Photocatalytic green energy H2 production utilizing inexhaustible solar energy has been considered as a potential solution to problems of energy scarcity and environmental contamination. However, the design of a cost-effective photocatalyst using simple synthesis methodology is still a grand challenge. Herein, a low-cost transition metal, Cu-loaded one-dimensional TiO2 nanorods (Cu/TNR) were fabricated using an easy-to-use synthesis methodology for significant H2 production under simulated solar light. X-ray photoelectron spectral studies and electron microscopy measurements provide evidence to support the successful formation of the Cu/TNR catalyst under our experimental conditions. UV-vis DRS studies further demonstrate that introducing Cu on the surface of TNR substantially increases light absorption in the visible range. Notably, the Cu/TNR catalyst with optimum Cu content, achieved a remarkable H2 production with a yield of 39,239 µmol/g after 3 h of solar light illumination, representing 7.4- and 27.7-fold enhancements against TNR and commercial P25, respectively. The notably improved H2 evolution activity of the target Cu/TNR catalyst was primarily attributed to its excellent separation and efficiently hampered recombination of photoexcited electron-hole pairs. The Cu/TNR catalyst is, therefore, a potential candidate for photocatalytic green energy applications.
The HI features associated with HII regions and radio sources in the galactic-plane are searched in the Maryland-Green Bank Galactic 21-cm Line Survey. Among the twenty-eight such objects, twenty-five show HI depression features, two no feature, and an emission feature with excess HI brightness temperature. Most of these feature are surrounded by strong HI emissions. The depth of the HI depression is proportional to the radio continuum brightness temperature. The angular dimensions of the HI feature and radio source are comparable. The small HI depressions shown at the positions of HII region located in the outer solar circle are considered to be HI self-absorption features of very cold HI gas.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2011.10a
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pp.7-7
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2011
Quantum beam technology has been expected to develop breakthroughs for nanotechnology during the third basic plan of science and technology (2006~2010). Recently, Green- or Life Innovations has taken over the national interests in the fourth basic science and technology plan (2011~2015). The NIMS (National Institute for Materials Science) has been conducting the corresponding mid-term research plans, as well as other national projects, such as nano-Green project (Global Research for Environment and Energy based on Nanomaterials science). In this lecture, the research trends in Japan and NIMS are firstly reviewed, and the typical achievements are highlighted over key nanotechnology fields. As one of the key nanotechnologies, the quantum beam research in NIMS focused on synchrotron radiation, neutron beams and ion/atom beams, having complementary attributes. The facilities used are SPring-8, nuclear reactor JRR-3, pulsed neutron source J-PARC and ion-laser-combined beams as well as excited atomic beams. Materials studied are typically fuel cell materials, superconducting/magnetic/multi-ferroic materials, quasicrystals, thermoelectric materials, precipitation-hardened steels, nanoparticle-dispersed materials. Here, we introduce a few topics of neutron scattering and ion beam nanofabrication. For neutron powder diffraction, the NIMS has developed multi-purpose pattern fitting software, post RIETAN2000. An ionic conductor, doped Pr2NiO4, which is a candidate for fuel-cell material, was analyzed by neutron powder diffraction with the software developed. The nuclear-density distribution derived revealed the two-dimensional network of the diffusion paths of oxygen ions at high temperatures. Using the high sensitivity of neutron beams for light elements, hydrogen states in a precipitation-strengthened steel were successfully evaluated. The small-angle neutron scattering (SANS) demonstrated the sensitive detection of hydrogen atoms trapped at the interfaces of nano-sized NbC. This result provides evidence for hydrogen embrittlement due to trapped hydrogen at precipitates. The ion beam technology can give novel functionality on a nano-scale and is targeting applications in plasmonics, ultra-fast optical communications, high-density recording and bio-patterning. The technologies developed are an ion-and-laser combined irradiation method for spatial control of nanoparticles, and a nano-masked ion irradiation method for patterning. Furthermore, we succeeded in implanting a wide-area nanopattern using nano-masks of anodic porous alumina. The patterning of ion implantation will be further applied for controlling protein adhesivity of biopolymers. It has thus been demonstrated that the quantum beam-based nanotechnology will lead the innovations both for nano-characterization and nano-fabrication.
Park, Jong-Hyeok;Akter, Mahamuda;Kim, Beom-Seok;Jeong, Dahye;Lee, Minyoung;Shin, Jiyun;Park, Jin-Soo
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.25
no.4
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pp.174-183
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2022
Polymer electrolyte fuel cells and water electrolysis are attracting attention in terms of high energy density and high purity hydrogen production. The catalyst layer for the polymer electrolyte fuel cell and water electrolysis is a porous electrode composed of a precious metal-based electrocatalyst and an ionomer binder. Among them, the ionomer binder plays an important role in the formation of a three-dimensional network for ion conduction in the catalyst layer and the formation of pores for the movement of materials required or generated for the electrode reaction. In terms of the use of commercial perfluorinated ionomers, the content of the ionomer, the physical properties of the ionomer, and the type of the dispersing solvent system greatly determine the performance and durability of the catalyst layer. Until now, many studies have been reported on the method of using an ionomer for the catalyst layer for polymer electrolyte fuel cells. This review summarizes the research results on the use of ionomer binders in the fuel cell aspect reported so far, and aims to provide useful information for the research on the ionomer binder for the catalyst layer, which is one of the key elements of polymer electrolyte water electrolysis to accelerate the hydrogen economy era.
In order to fabricate the porous Mo with controlled pore characteristics, unique processing by using $MoO_3$ powder as the source and camphene as the sublimable material is introduced. Camphene-based 15 vol% $MoO_3$ slurries, prepared by milling at $50^{\circ}C$ with a small amount of dispersant, were frozen at $-25^{\circ}C$. Pores were generated subsequently by sublimation of the camphene during drying in air for 48 h. The green body was hydrogen-reduced at $750^{\circ}C$, and sintered at $1000-1100^{\circ}C$ for 1 h. After heat treatment in hydrogen atmosphere, $MoO_3$ powders were completely converted to metallic W without any reaction phases. The sintered samples showed large pores with the size of about $150{\mu}m$ which were aligned parallel to the camphene growth direction. Also, the internal wall of large pores and near bottom part of specimen had relatively small pores due to the difference in the camphene growth rate during freezing process. The size of small pores was decreased with increase in sintering temperature, while that of large pores was unchanged. The results are strongly suggested that the porous metal with required pore characteristics can be successfully fabricated by freeze-drying process using metal oxide powders.
The green microalgae Chlamydomonas reinhardtti is well-known specie in the terms of $H_2$ production by photo fermentation and has been studying for a long time. Although the $H_2$ production yield is promising; there are some bottlenecks to enhance the yield and efficiency to focus on a well-designed, sustainable production and also scaling up for further studies. D1 protein of photosystem II (PSII) plays an important role in photosystem damage repair and related to $H_2$ production. Because Chlamydomonas is the model algae and the genetic basis is well-studied; metabolic engineering tools are intended to use for enhanced production. Mutations are focused on D1 protein which aims long-lasting hydrogen production by blocking the PSII repair system thus $O_2$ sensitive hydrogenases catalysis hydrogen production for a longer period of time under anaerobic and sulfur deprived conditions. Chlamydomonas CC124 as control strain and D1 mutant strains(D240, D239-40 and D240-41)are cultured photomixotrophically at $80{\mu}mol\;photons\;m^{-2}s^{-1}$, by two sides. Cells are grown in TAP medium as aerobic stage for culture growth; in logarithmic phase cells are transferred from aerobic to an anaerobic and sulfur deprived TAP- S medium and 12 mg/L initial chlorophyll content for $H_2$ production which is monitored by the water columns and later detected by Gas Chromatography. Total produced hydrogen was $82{\pm}10$, $180{\pm}20$, $196{\pm}20$, $290{\pm}30mL$ for CC124, D240, D239-40, D240-41, respectively. $H_2$ production rates for mutant strains was $1.3{\pm}0.5mL/L.h$ meanwhile CC124 showed 2-3 fold lower rate as $0.57{\pm}0.2mL/L.h$. Hydrogen production period was $5{\pm}2days$ for CC124 and mutants showed a longer production time for $9{\pm}2days$. It is seen from the results that $H_2$ productions for mutant strains have a significant effect in terms of productivity, yield and production time.
Porous W-10 wt% Ti alloys are prepared by freeze-drying a $WO_3-TiH_2$/camphene slurry, using a sintering process. X-ray diffraction analysis of the heat-treated powder in an argon atmosphere shows the $WO_3$ peak of the starting powder and reaction-phase peaks such as $WO_{2.9}$, $WO_2$, and $TiO_2$ peaks. In contrast, a powder mixture heated in a hydrogen atmosphere is composed of the W and TiW phases. The formation of reaction phases that are dependent on the atmosphere is explained by a thermodynamic consideration of the reduction behavior of $WO_3$ and the dehydrogenation reaction of $TiH_2$. To fabricate a porous W-Ti alloy, the camphene slurry is frozen at $-30^{\circ}C$, and pores are generated in the frozen specimens by the sublimation of camphene while drying in air. The green body is hydrogen-reduced and sintered at $1000^{\circ}C$ for 1 h. The sintered sample prepared by freeze-drying the camphene slurry shows large and aligned parallel pores in the camphene growth direction, and small pores in the internal walls of the large pores. The strut between large pores consists of very fine particles with partial necking between them.
Kim, Min-Sung;Yoo, Ho-Suk;Oh, Sung-Tag;Hyun, Chang-Yong
Korean Journal of Materials Research
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v.23
no.12
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pp.722-726
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2013
Freeze drying of a porous Cu-Sn alloy with unidirectionally aligned pore channels was accomplished by using a composite powder of CuO-$SnO_2$ and camphene. Camphene slurries with CuO-$SnO_2$ content of 3, 5 and 10 vol% were prepared by mixing with a small amount of dispersant at $50^{\circ}C$. Freezing of a slurry was done at $-25^{\circ}C$ while the growth direction of the camphene was unidirectionally controlled. Pores were generated subsequently by sublimation of the camphene during drying in air for 48 h. The green bodies were hydrogen-reduced at $650^{\circ}C$ and then were sintered at $650^{\circ}C$ and $750^{\circ}C$ for 1 h. XRD analysis revealed that the CuO-$SnO_2$ powder was completely converted to Cu-Sn alloy without any reaction phases. The sintered samples showed large pores with an average size of above $100{\mu}m$ which were aligned parallel to the camphene growth direction. Also, the internal walls of the large pores had relatively small pores. The size of the large pores decreased with increasing CuO-$SnO_2$ content due to the change of the degree of powder rearrangement in the slurry. The size of the small pores decreased with increase of the sintering temperature from $650^{\circ}C$ to $750^{\circ}C$, while that of the large pores was unchanged. These results suggest that a porous alloy body with aligned large pores can be fabricated by a freeze-drying and hydrogen reduction process using oxide powders.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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