• 멤브레인
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• 제32권6호
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• pp.427-441
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• 2022

고분자 전해질 막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)의 핵심 구성요소 중 하나인 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 수소이온을 애노드(anode)에서 캐소드(cathode)로 이동시키는 전해질의 역할 및 연료의 투과를 막는 분리막으로서의 역할을 수행하며 PEMFC의 성능 및 효율을 결정짓는 핵심 소재이다. 현재 나피온 (Nafion^®)으로 대표되는 과불소화계 전해질 막이 높은 수소이온 전도도 및 화학적 안정성으로 인해 상용화 되었지만, 높은 생산비용과 구동 시 환경오염 물질이 배출된다는 문제점을 갖고 있다. 이를 대체할 PEM 소재로써 고분자의 구조 조절 및 개질 과정이 용이한 다양한 종류의 탄화수소계 고분자가 제시되고 있지만, 실제 PEMFC에 적용되기 위해서는 성능 및 내구 특성을 개선해야 하는 과제가 남아있다. 이에 본 총설은 탄화수소계 PEM의 성능 및 내구 특성을 향상시키기 위해 1) 가교 구조를 도입한 가교 막 개발, 2) 무기 첨가제 도입을 통한 유⋅무기 복합 막 개발 및 3) 다공성 지지체를 활용한 강화 복합막을 개발하는 연구에 대해 살펴보고자 한다.

• Elastomers and Composites
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• 제55권4호
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• pp.306-313
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• 2020

To investigate the reinforcing effects of functional fillers in nitrile rubber (NBR) materials, high-structure carbon black (HS45), coated calcium carbonate (C-CaCO3), silica (200MP), and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were used as functional filler, and carbon black (SRF) as a common filler were used for oil-resistant rubber. The curing and mechanical properties of HS45-, 200MP-, and MWCNT-filled NBR compounds were improved compared to those of the SRF-filled NBR compound. The reinforcing effect also increased with a decrease in the particle size of the fillers. The C-CaCO3-filled NBR compound exhibited no reinforcing effect with increasing filler concentration because of their large primary particle size (2 ㎛). The reinforcing behavior based on 100% modulus of the functional filler based NBR compounds was compared by using several predictive equation models. The reinforcing behavior of the C-CaCO3-filled NBR compound was in accordance with the Smallwood-Einstein equation whereas the 200MP- and MWCNT-filled NBR compounds fitted well with the modified Guth-Gold (m-Guth-Gold) equation. The SRF- and HS45-filled NBR compounds exhibited reinforcing behavior in accordance with the Guth-Gold and m-Guth-Gold equations, respectively, at a low filler content. However, the values of reinforcement parameter (100Mf/100Mu) of the SRF- and HS45-filled NBR compounds were higher than those determined by the predictive equation model at a high filler content. Because the chains of SRF composed of spherical filler particles are similarly changed to rod-like filler particles embedded in a rubber matrix and the reinforcement parameter rapidly increased with a high content of HS45, the higher-structured filler. The reinforcing effectiveness of the functional fillers was numerically evaluated on the basis of the effectiveness index (��SRF/��f) determined by the ratio of the volume fraction of the functional filler (��f) to that of the SRF filler (��SRF) at three unit of reinforcing parameter (100Mf/100Mu). On the basis of their effectiveness index, MWCNT-, 200MP-, and HS45-filled compounds showed higher reinforcing effectiveness of 420%, 70%, and 20% than that of SRF-filled compound, respectively whereas C-CaCO3-filled compound exhibited lower reinforcing effectiveness of -50% than that of SRF-filled compound.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제22권11호
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• pp.1568-1574
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• 2012

Microbiological calcium carbonate precipitation (MCCP) has been investigated for its ability to improve the durability of cement mortar. However, very few strains have been applied to crack remediation and strengthening of cementitious materials. In this study, we report the biodeposition of Bacillus subtilis 168 and its ability to enhance the durability of cement material. B. subtilis 168 was applied to the surface of cement specimens. The results showed a new layer of deposited organic-inorganic composites on the surface of the cement paste. In addition, the water permeability of the cement paste treated with B. subtilis 168 was lower than that of non-treated specimens. Furthermore, artificial cracks in the cement paste were completely remediated by the biodeposition of B. subtilis 168. The compressive strength of cement mortar treated with B. subtilis 168 increased by about 19.5% when compared with samples completed with only B4 medium. Taken together, these findings suggest that the biodeposition of B. subtilis 168 could be used as a sealing and coating agent to improve the strength and water resistance of concrete. This is the first paper to report the application of Bacillus subtilis 168 for its ability to improve the durability of cement mortar through calcium carbonate precipitation.

• Composites Research
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• 제32권6호
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• pp.388-394
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• 2019

그래핀의 저차원 구조에서 기인하는 우수한 전기적/기계적 특성을 지닌 3차원 그래핀 나노 구조체는 높은 다공성과 비표면적을 가지고 있기 때문에 전기화학 에너지 저장 전극 물질로 각광을 받고 있다. 또한 도파민은 카테콜아민 구조를 갖고 있어 다양한 유무기 재료와의 결합력이 뛰어나고, 소수성 재료를 친수성으로 개질시킬 수 있는 다기능 소재이다. 이에 본 연구에서는 도파민을 3차원 그래핀 나노 구조체에 코팅하여, 전해질과의 젖음성을 증대시켜 전기화학 전극의 비축전용량을 개선하고, 3차원 나노 네트워크 간 결합력을 올려 기계적 압축 특성을 증가시키고자 하였다. 연구 결과, 도파민이 코팅된 3차원 그래핀 나노 구조체는 전기화학 비축전용량이 51.5%, 압축 응력은 59.6%로 증가하는 높은 개선 효과를 나타내었다.

• 폴리머
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• 제37권1호
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• pp.34-40
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• 2013

아민 작용기를 가진 POSS에 toluene diisocyanate(TDI)와 caprolactam(CL)의 반응물을 반응시켜 POSS 기반의 하이브리드 충전제(POSS-(TDI+CL))를 합성하였고 이를 상업용 폴리아미드계 열가소성 탄성체인 PA-TPE에 블렌딩하여 PA-TPE/POSS-(TDI+CL) 복합체를 제조하였다. POSS계 충전제의 화학구조는 FTIR과 $^1H$ NMR을 사용하여 확인하였다. PA-TPE/POSS-(TDI+CL) 복합체는 충전제를 PA-TPE에 7 wt%까지 첨가하여 제조하였고 이들은 순수 PA-TPE와 변성되지 되지 않은 PA-TPE/octaphenyl POSS의 복합체보다 낮은 tension set 값을 보여 탄성회복력이 향상되었다. 또한 하이브리드 충전제의 함량이 증가함에 따라 인장강도와 모듈러스가 증가하였다. 결론적으로 하이브리드 충전제인 POSS-(TDI+CL)는 원래 PA-TPE의 탄성에 나쁜 영향을 미치지 않고도 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 적절한 충전제라 볼 수 있다.

• 멤브레인
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• 제29권1호
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• pp.30-36
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• 2019

본 연구에서는 titanium nitride (TiN) 나노 섬유와 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT-PSS) 전도성 고분자로 이루어진 전극과 poly(vinyl alcohol) (PVA) 기반 고분자 전해질 분리막을 이용하여 슈퍼 캐퍼시터를 제조하였다. TiN 나노 섬유의 경우 높은 전기 전도도와 이차원적 구조로 인한 스케폴드 효과를 기대할 수 있다는 점에서 전극 물질로 사용되었다. PEDOT-PSS 전도성 고분자는 수소 이온과 산화-환원 반응을 통해 보다 높은 정전용량을 나타낼 수 있으며 용액상에 분산이 용이해 유무기 복합제를 형성하기에 적합하였다. PVA 기반의 고분자 전해질 분리막은 기존의 액상의 전해질의 문제인 외부 충격에 대한 안정성을 확보할 수 있으며 염으로 사용된 $H_3PO_4$의 경우 수소 이온은 빠른 확산으로 인해 캐퍼시터의 충방전 효율에 이점이 있다. 본 연구에서 보고된 PEDOT-PSS/TiN 슈퍼캐퍼시터의 정전용량은 약 75 F/g으로 기존의 탄소기반 캐퍼시터에 비해 큰 폭으로 증가한 값이다.

• 한국포장학회지
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• 제28권2호
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• pp.81-87
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• 2022

본 연구에서는 CasNa와 TG를 혼합하여 5종의 CasNa/TG코팅액을 제조하였고, 제조한 코팅액을 종이 표면에 코팅하여 CasNa/TG 코팅지들을 제조하였다. 제조한 코팅지는 TG 함량에 따라 형태학적 특성, 인장강도 및 신장율, 열접착강도, 수증기 투과 특성에 대하여 분석하였다. CasNa/TG 코팅지의 경우 pristine CasNa 코팅지보다 신장율, 수증기 투과 특성이 개선됨을 확인하였다. FTIR 분석 결과, TG 함량이 증가함에 따라 피크의 세기가 변화하는 것을 확인하였다. 또한 SEM 분석 결과, TG 함량이 증가함에 따라 깨짐 없는 균일한 코팅층이 형성된 것을 확인하였다. 이는 TG의 도입으로 인한 CasNa 내 화학적 구조의 변화가 CasNa 기반 코팅액과 코팅지에 영향을 미치는 것으로 판단되며, 이로 인해 신장율, 수증기 투과 특성이 개선되는 것으로 판단된다. CasNa 기반 코팅지의 경우 지속 가능한 포장 소재로서 응용될 가능성이 클 것으로 예상된다. 하지만, 셀룰로오스 나노파이버, 폴리에틸렌 이민 등과 같은 첨가제를 활용하여 CasNa의 화학적·물리적 변화에 관한 추가적인 연구와 포장 소재로 사용하기 위해 요구되는 물성인 산소 및 수분 차단 특성, 내열성 등에 대하여 추가적인 연구가 필요한것으로 판단된다.

• 멤브레인
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• 제33권6호
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• pp.325-343
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• 2023

직접 메탄올 연료전지(direct methanol fuel cell, DMFC)는 연료의 개질 없이 메탄올 연료를 공급하여 수소이온과 전자 생성을 통해 전류를 생산하는 에너지 변환 장치이다. 현재 DMFC에 적용되고 있는 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 높은 수소이온 전도도와 물리화학적 안정성을 갖는 과불소화계 이오노머를 활용한 PEM이지만, 높은 메탄올 투과율과 분해 시 발생되는 환경 오염 물질 등의 문제로 인해 신규 소재 개발이 요구되고 있다. 최근 들어, 과불소화계 이오노머에 비해 낮은 연료 투과율 및 우수한 물리화학적 안정성을 갖는 탄화수소계 고분자 기반 PEM을 DMFC에 적용하는 연구들이 보고되고 있다. 본 총설에서는 탄화수소계 고분자 기반 PEM 중 1) 친수성/소수성 영역의 뚜렷한 나노 상분리 구조를 나타내는 가지형 공중합체를 합성하여 수소이온 전도성과 메탄올의 선택도를 향상시킨 연구, 2) 제막 단계에서 가교 구조를 도입하여 메탄올 투과율을 감소시키고 치수 안정성을 향상시킨 연구, 3) 유/무기계 첨가제 및 다공성 지지체를 도입하여 성능을 개선한 복합 막 개발 연구에 대해 소개하고자 한다.