• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권3호
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• pp.283-291
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• 2010

리튬이온전지의 음전극으로 사용하기 위해 주로 알카리 수열합성법과 열처리에 의해 제조되는 $TiO_2$ 나노튜브의 전기화학적 특성에 관한 연구결과를 조사하여, 그 충방전 특성을 분석하였다. 현재까지 리튬과 $TiO_2$의 전기화학반응으로 생성되는 $Li_xTiO_2$의 이론용량인 $335mAh\;g^{-1}$(x=1)를 초과하는 최대방전용량 $338mAh\;g^{-1}$(x=1.01)을 $TiO_2(B)$ 상을 갖는 나노튜브가 나타내었다. 이것은 리튬의 자가확산이 활성에너지 0.48 eV 정도로 느리므로 이보다 확산거리가 짧도록 $TiO_2$ 나노튜브의 구조를 조정하여 리튬 수송이 원활하도록 하였기 때문이다. 또한 $TiO_2$ 나노튜브 구조체는 벌크상은 물론 표면에서의 뛰어난 이온저장성 때문에 리튬이온전지의 음전극 소재뿐만 아니라 고출력 특성이 필요한 커페시터 소자의 전극소재로도 활용할 수 있다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.20-20
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• 2008

최근 LEDs가 동일 효율의 전구에 비해 에너지 절감 효과 크며 신뢰성이 뛰어나다기 때문에 기존 광원을 빠르게 대체해 나가고 있다. 특히 자외선 파장을 가지는 LEDs는 발열이 낮아 냉각장치가 필요 없으며, 수명이 길어 기존 UV lamp에 비해 많은 장점을 가지고 있기 때문에 많은 관심을 밭고 있다. 그럼에도 불구하고 자외선 LEDs는 제조 단가가 높고 power가 낮아 소요량이 많은 등 아직 해결해야 할 부분이 많기 때문에 이를 해결하기 위해 여러가지 재료와 다양한 구조가 고려되고 있다. 그 중 ZnO는 II-VI족 화합물 반도체로써 UV영역의 넓은 밴드갭(3.37eV)을 가지는 투명한 재료이다. 특히 ZnO는 60meV의 큰 엑시톤 결합에너지를 가지며, 가시광 영역에서 높은 투과율을 가지고, 상온에서 물리적, 화학적으로 안정하기 때문에 UV sensor, UV laser, UV converter, UV LEDs 등 광소자 분야에서 연구가 활발히 진행되고 있다. ZnO가 광소자의 발광재료로써 높은 효율을 얻기 위해서는 결정성을 높여 내부 결함을 감소시키며, 발광 면적을 높일 수 있는 구조가 요구된다. 특히 MOCVD 법으로 성장한 나노막대는 에피성장되어 높은 결정성을 기대할 수 있으며, 성장 조건을 조절함으로써 나노막대의 aspect ratio와 밀도 제어할 수 있기 때문에 표면적을 효과적으로 넓혀 높은 발광효율을 얻을 수 있다. 본 실험에서는 MOCVD 법으로 실리콘과 사파이어 기판 위에 다양한 성장 온도를 가진 나노구조를 성장 시키고 온도에 따른 형상 변화와 특성을 평가하였다. ZnO 의 성장온도가 약 $360^{\circ}C$ 일 때, 밀도가 조밀하고 기판에 수직 배열한 균일한 나노막대가 성장되었으며 우수한 결정성, 광학적 특성이 나타남을 SEM, TEM, PL, XRD를 사용하여 확인하였다.

• 전기화학회지
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• 제17권2호
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• pp.86-93
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• 2014

5 nm의 중형기공(mesopore)을 지녔으며 5~7 nm 굵기의 산화주석($SnO_2$) 나노선 다발이 잘 정렬된 meso-$SnO_2$를 주형합성법을 이용해서 제조하였다. 또한 주형합성법을 변형시켜서 5~7 nm 굵기의 동일한 나노선 다발 사이에 존재하는 중형기공에 주형으로 사용되었던 실리카($SiO_2$)를 일부 남긴 meso-$SnO_2$와 실리카의 복합체인 meso-$SnO_2$/$SiO_2$도 제조하였다. X-선 회절, 질소흡착법, 투과전자현미경을 이용해서 meso-$SnO_2$와 meso-$SnO_2$/$SiO_2$의 구조를 확인하였다. meso-$SnO_2$/$SiO_2$는 meso-$SnO_2$에 비해서 충방전시 발생하는 부피 팽창을 완화할 수 있을 것으로 예측했으며, 순환전압전류곡선, 교류 임피던스 분석, 충방전 전압 Profile 변화를 통해 부피 팽창 완화 효과를 확인하였다. 하지만, 수명 특성 측면에서는 구조 제어 효과가 미비하여, 향후 이를 개선하는 연구가 진행되어야 한다.

• Journal of Information Display
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• 제12권3호
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• pp.145-152
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• 2011

Since the discovery of fullerenes as a class of nanostructure compounds, many potential applications have been suggested for their unusual structures and properties. The isolated pentagon rule (IPR) states that all pentagonal carbon rings are isolated in the most stable fullerene. Fullerenes $C_n$ are a class of spherical carbon allotrope group with unique properties. Electron transfer between fullerenes and other molecules is thought to involve the transfer of electrons between the molecules surrounding the fullerene cage. One class of electron transfer molecules is the methanofullerene derivatives ([6,6]-phenyl $C_{61}$-butyric acid methyl ester (PCBM), 4-(2-ethylhexyloxy)-[6,6]-phenyl $C_{61}$-butyric acid methyl ester (p-EHO-PCBM), and 4-(2-ethylhexyloxy)-[6,6]-phenyl $C_{61}$-butyric acid (p-EHO-PCBA), 10-12). It has been determined that $C_{60}$ does not obey IPR. Supramolecular complexes 1-9 and 10-12 are shown to possess a previously unreported host.guest interaction for electron transfer processes. The unsaturated, cis-geometry, thiocrown ethers, (1-9) (described as [X-UT-Y], where X and Y indicate the numbers of carbon and sulfur atoms, respectively), are a group of crown ethers that display interesting physiochemical properties in the light of their conformational restriction compared with a corresponding saturated system, as well as the sizes of their cavities. Topological indices have been successfully used to construct mathematical methods that relate structural data to various chemical and physical properties. To establish a good relationship between the structures of 1-9 with 10-12, a new index is introduced, ${\mu}_{cs}$. This index is the ratio of the sum of the number of carbon atoms ($n_c$) and the number of sulfur atoms ($n_s$) to the product of these two numbers for 1-9. In this study, the relationships between this index and oxidation potential ($^{ox}E_1$) of 1-9, as well as the first to third free energies of electron transfer (${\Delta}G_{et(n)}$, for n = 1-3, which is given by the Rehm-Weller equation) between 1-9 and PCBM, p-EHO-PCBM, and p-EHO-PCBA (10-12) as [X-UT-Y]@R(where R is the adduct PCBM, p-EHO-PCBM, and p-EHO-PCBA group) (13-15) supramolecular complexes are presented and investigated.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권10호
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• pp.1-7
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• 2018

이산화주석은 리튬 이온 전지의 Anode 전극물질, 또는 $H_2$, NO, $NO_2$ 등의 가스 분자가 표면에 흡착되면 전기저항이 변하는 특성을 이용하여 가스센서로 활용되고 있으며, 나노구조를 갖는 이산화주석의 합성과 관련하여 많은 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 나노구조물의 경우 Bulk 상태보다 체적 대비 표면적비가 높기 때문에 기체분자의 흡착확률을 높일 수 있으므로 고감도 가스 센서의 구현이 가능하고, Li-ion 이차전지의 경우에도 비정전용량을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 열화학기상증착 장비를 이용하여 기상수송방법으로 $SnO_2$ 나노구조물을 Si 기판 위에 직접 성장시켰다. 이때 이송가스로 이용되는 고순도 Ar 가스에 고순도 산소가스를 혼합하였고, 산소가스의 혼합량에 따라 다른 형태의 산화주석 나노구조물이 성장되는 것을 확인하였다. 기상수송방법으로 성장된 산화주석 나노구조물의 결정학적 특성은 Raman 분광학 및 XRD 분석을 통하여 확인하였고, 표면형상을 주사전자현미경을 통하여 확인하였다. 분석결과 산화주석 나노구조물은 산소가스 혼합량에 민감하게 영향을 받았으며, 이송가스로 이용되는 고순도 Ar 1000 SCCM에 고순도 산소가스 10 SCCM을 혼합하였을 때, 적당한 두께를 가지면서 Nanodots 형태의 표면형상을 갖는 $SnO_2$ 결정상의 나노구조물이 성장되는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.493-493
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• 2014

The manufacturing cost of thin-film photovoltics can potentially be lowered by minimizing the amount of a semiconductor material used to fabricate devices. Thin-film solar cells are typically only a few micrometers thick, whereas crystalline silicon (c-Si) wafer solar cells are $180{\sim}300\mu}m$ thick. As such, thin-film layers do not fully absorb incident light and their energy conversion efficiency is lower compared with that of c-Si wafer solar cells. Therefore, effective light trapping is required to realize commercially viable thin-film cells, particularly for indirect-band-gap semiconductors such as c-Si. An emerging method for light trapping in thin film solar cells is the use of metallic nanostructures that support surface plasmons. Plasmon-enhanced light absorption is shown to increase the cell photocurrent in many types of solar cells, specifically, in c-Si thin-film solar cells and in poly-Si thin film solar cell. By proper engineering of these structures, light can be concentrated and coupled into a thin semiconductor layer to increase light absorption. In many cases, silver (Ag) nanoparticles (NP) are formed either on the front surface or on the rear surface on the cells. In case of poly-Si thin film solar cells, Ag NPs are formed on the rear surface of the cells due to longer wavelengths are not perfectly absorbed in the active layer on the first path. In our cells, shorter wavelengths typically 300~500 nm are also not effectively absorbed. For this reason, a new concept of plasmonic nanostructure which is NPs formed both the front - and the rear - surface is worth testing. In this simulation Al NPs were located onto glass because Al has much lower parasitic absorption than other metal NPs. In case of Ag NP, it features parasitic absorption in the optical frequency range. On the other hand, Al NP, which is non-resonant metal NP, is characterized with a higher density of conduction electrons, resulting in highly negative dielectric permittivity. It makes them more suitable for the forward scattering configuration. In addition to this, Ag NP is located on the rear surface of the cell. Ag NPs showed good performance enhancement when they are located on the rear surface of our cells. In this simulation, Al NPs are located on glass and Ag NP is located on the rear Si surface. The structure for the simulation is shown in figure 1. Figure 2 shows FDTD-simulated absorption graphs of the proposed and reference structures. In the simulation, the front of the cell has Al NPs with 70 nm radius and 12.5% coverage; and the rear of the cell has Ag NPs with 157 nm in radius and 41.5% coverage. Such a structure shows better light absorption in 300~550 nm than that of the reference cell without any NPs and the structure with Ag NP on rear only. Therefore, it can be expected that enhanced light absorption of the structure with Al NP on front at 300~550 nm can contribute to the photocurrent enhancement.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.71-71
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• 2011

Dye-sensitized solar cells (DSCs) have drawn great academic attention due to their potential as low-cost renewable energy sources. DSCs contain a nanostructured TiO2 photoanode, which is a key-component for high conversion efficiency. Particularly, one-dimensional (1-D) nanostructured photoanodes can enhance the electron transport for the efficient collection to the conducting substrate in competition with the recombination processes. This is because photoelectron colletion is determined by trapping/detrapping events along the site of the electron traps (defects, surface states, grain boundaries, and self-trapping). Therefore, 1-D nanostructured photoanodes are advantageous for the fast electron transport due to their desirable features of greatly reduced intercrystalline contacts with specified directionality. In particular, anodic TiO2 nanotube (NT) electrodes recently have been intensively explored owing to their ideal structure for application in DSCs. Besides the enhanced electron transport properties resulted from the 1-D structure, highly ordered and vertically oriented nanostructure of anodic TiO2 NT can contribute additional merits, such as enhanced electrolyte diffusion, better interfacial contact with viscous electrolytes. First, to confirm the advantages of 1-D nanostructured material for the photoelectron collection, we compared the electron transport and charge recombination characteristics between nanoparticle (NP)- and nanorod (NR)-based photoanodes in DSCs by the stepped light-induced transient measurements of photocurrent and voltage (SLIM-PCV). We confirmed that the electron lifetime of the NR-based photoanode was much longer than that of the NP-based photoanode. In addition, highly ordered and vertically oriented TiO2 NT photoanodes were prepared by electrochemical anodization method. We compared the photovoltaic properties of DSCs utilizing TiO2 NT photoanodes prepared by one-step anodization and two-step anodization. And, to reduce the charge recombination rate, energy barrier layer (ZnO, Al2O3)-coated TiO2 NTs also applied in DSC. Furthermore, we applied the TiO2 NT photoanode in DSCs using a viscous electrolyte, i.e., cobalt bipyridyl redox electrolyte, and confirmed that the pore structure of NT array can enhance the performances of this viscous electrolyte.

• 구강회복응용과학지
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• 제29권2호
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• pp.141-151
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• 2013

티타늄 산화막을 나노단위에서 변형시키는 방법은 다공성 표면을 강화하는 내부적 접근과 나노입자를 피복하는 외부적 접근으로 나눌 수 있다. 나노표면은 나노튜브, 나노피트, 나노노듈 및 다형구조 등 다양한 형태를 지닌다. 형성방법 및 형성재료에 따라 다른 표면이 생성되지만, 현재까지 표준화된 형성방법은 없다. 나노표면을 분석해 보면 마이크론 단위의 표면구조에는 영향을 미치지 않으며 전기화학적으로 안정적이다. 나노표면은 세포독성이 거의 없으며 조골세포의 증식과 분화를 모두 촉진하고, 섬유모세포의 증식을 저해하여 연조직 개재를 감소시키는 효과를 가진다. 또한 세포 및 단백질과 유사한 크기 및 형태를 가지기 때문에 조직과의 친화성이 우수하여 골유착을 증진시킨다. 하지만 그 작용이 미치는 범위는 극히 제한되어 있기 때문에 골조직과의 거리가 있는 경우에는 효과가 미미하다. 마이크론 단위의 표면과는 달리 나노표면은 광촉매효과로 인한 항균작용을 가지지만 지속시간이 짧아 실제 임상에서의 적용효과는 의문시 된다. 하지만 마이크론 단위의 표면거칠기가 가지는 단점을 배제할 수 있어 다양한 가능성을 가지기 때문에 더 많은 연구가 필요하다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권9호
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• pp.502-507
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• 2016

이산화바나듐은 섭씨 68도에서 금속-절연체 상전이 특성을 나타내는 써모크로믹(thermochromic) 소재로서, 상전이 현상이 일어날 때 광학적, 전기적 성질이 급격히 변화하며, 이러한 상전이 현상은 가역적인 특성을 가지고 있다. 이산화바나듐의 금속-절연체 상전이 현상을 응용하기 위하여 상전이 온도를 상온 부근으로 낮추고자하는 많은 시도들이 있었으며, 직경 100 nm의 1차원 나노구조를 갖는 이산화바나듐 나노와이어의 경우 $29^{\circ}C$ 근처에서 상전이 현상이 일어남이 보고되었다. 본 연구에서는 기상 수송 방법(vapor transport method)을 사용하여 1차원 또는 2차원 나노구조를 갖는 이산화바나듐을 성장시켰다. 특히 동일한 성장 조건에서도 기판에 따라 다른 형태로 이산화바나듐이 성장하는 것을 확인하였다. 즉 Si 기판($Si{\setminus}SiO_2$(300 nm) 위에서는 1차원 나노와이어 형태의 이산화바나듐이 성장하였고, 그래핀 나노시트 위에서 합성된 이산화바나듐은 2차원 또는 3차원 나노구조를 가지고 성장하였다. 바나듐 옥사이드 나노구조체의 성장에 사용된 Si 웨이퍼 위에 박리-전사된 그래핀 나노시트 기판과 thermal CVD 시스템으로 성장된 1D 또는 2D & 3D 나노 구조를 갖는 $VO_2$의 결정학적 특성을 Raman 분광학으로 분석하였다. Raman 분석결과 성장된 바나듐 옥사이드는 $VO_2$ 상을 갖는 것을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권4호
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• pp.497-502
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• 2019

금속산화물 나노구조물은 고감도 가스센서 및 대용량의 리튬이온 전지와 같은 첨단 응용 분야에 활용될 수 있는 유망한 소재로 알려져 있다. 본 연구에서는 산화주석(SnO) 나노구조물을 두 영역 전기로 장치를 이용하여 다양한 온도에서 Si 웨이퍼 기판 위에 성장시켰다. 원료물질인 이산화주석($SnO_2$) 파우더를 알루미나 도가니 속에 넣어서 $1070^{\circ}C$에서 기상화시켰으며, 이송가스인 고순도 Ar 가스를 1000 sccm으로 흘려주었다. SnO 나노구조물은 $350{\sim}450^{\circ}C$, 545 Pa 조건에서 30분 동안 Si 기판 위에 성장되었다. 성장된 SnO 나노구조물의 표면형상을 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM)과 원자힘 현미경(AFM)으로 조사하였다. 또한 성장된 SnO 나노구조물의 결정학적 특징을 Raman 분광학으로 조사하였다. 그 결과 성장된 산화주석은 SnO 상을 가지고 있었다. 기판의 온도가 증가함에 따라 성장된 SnO 나노구조물의 두께와 결정립의 크기도 $424^{\circ}C$까지는 증가하였다. $450^{\circ}C$에서 성장된 SnO 나노구조물은 복잡한 다결정 형태의 표면형상을 나타내었지만, $350{\sim}424^{\circ}C$ 범위에서 성장된 SnO 나노구조물은 기판에 나란한 형태의 단순한 결정구조를 나타내었다.