A novel hydrophilic poly (vinylidene fluoride)/poly (p-phenylene terephthalamide) (PVDF/PPTA) blend membrane was prepared by in situ polycondensation of p-phenylene diamine (PPD) and terephthaloyl chloride (TPC) in PVDF solution with subsequent nonsolvent induced phase separation (NIPS) process. For comparison, conventional solution blend membrane was prepared directly by adding PVDF powder into PPTA polycondensation solution. Blend membranes were characterized by means of viscometry, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM). The effects of different blending methods on membrane performance including water contact angle (WCA), mechanical strength, anti-fouling and anti-compression properties were investigated and compared. Stronger interactions between PVDF and PPTA in in situ blend membranes were verified by viscosity and XPS analysis. The incorporation of PPTA accelerated the demixing rate and caused the formation of a more porous structure in blend membranes. In situ blend membranes exhibited better hydrophilicity and higher tensile strength. The optimal values of WCA and tensile strength were $65^{\circ}$ and 34.1 MPa, which were reduced by 26.1% and increased by 26.3% compared with pure PVDF membrane. Additionally, antifouling properties of in situ blend membranes were greatly improved than pure PVDF membrane with an increasing of flux recovery ratio by 25%. Excellent anti-compression properties were obtained in in situ blend membranes with a stable pore morphology. The correlations among membrane formation mechanism, structure and performance were also discussed.
Polyvinylidene fluoride (PVDF) as a representative polymer with the piezoelectric property has been studied since the 1960s. Crystalline structure of poly(vinylidene fluoride) polymer is composed of five different crystal structure of the polymer as a semi-crystalline. Among the various crystal structures, ${\beta}-type$ crystal exhibits a piezoelectricity because the permanent dipoles are aligned in one direction. Generally ${\beta}-form$ crystal structure can be obtained through the transformation of the ${\alpha}-form$ crystal structure by the stretching and it can increase the amount through the after treatment as poling process after stretching. ${\beta}-form$ crystal structure the PVDF fibers produced by wet spinning is formed through a diffusion mechanism of a polar solvent in the coagulation bath. However, it has a disadvantage that the diffusion path of the solvent remains as pores in the fiber because the fiber solidification occurs simultaneously with the diffusion of the polar solvent. These pores play a role in reducing effect of poling process owing to effect of disturbances acting on the polarization by the electric field. In this work, the drying method using the microwave was introduced to remove more effectively the residual solvent and the pore within PVDF fibers produced through wet-spinning process and piezoelectric PVDF fibers was produced by transformation of the remaining ${\alpha}$ form crystal structure into ${\beta}-crystal$ structure through the stretching process.
The multilayered membrane for lithium rechargeable batteries based on poly (vinylidene fluoride) (PVdF) is prepared with the coated layer containing nano-sized filler. The prepared membranes were subjected to studies of mechanical strength, morphology, interfacial stability, impedance spectroscopy, ionic conductivity, and cycle performance. The localized inorganic filler in the PVdF composite membrane rendered mechanical strength much reduced because of its low stretching ratio and it results in around half value of the mechanical strength of highly stretched PVdF membrane. In order to achieve high ionic conductivity and interfacial stability without sacrificing high mechanical strength, coating layer with nano-filler was newly introduced to PVdF membrane. The ionic conductivity of the coated membrane was 1.03 mS/cm, and the interface between the coating layer and PVdF membrane was stable when the membrane was immersed into liquid electrolyte. The discharge capacity of the cell based on nano-filler coated PVdF membrane was around 91% of the initial discharge capacity after 250 cycles, which is an improvement in cycle performance compared to the case for the non-coated PVdF membrane.
Manganese dioxide ($MnO_2$) is one of the most important cathode materials used in both aqueous and non-aqueous batteries. The $MnO_2$ polymorph that is used for lithium primary batteries is synthesized either by electrolytic (EMD-$MnO_2$) or chemical methods (CMD-$MnO_2$). Commonly, electrolytic manganese dioxide (EMD) is used as a cathode mixture material for dry-cell batteries, such as a alkaline batteries, zinc-carbon batteries, rechargeable alkaline batteries, etc. The characteristics of lithium/manganese-dioxide primary cells fabricated with EMD-$MnO_2$ powders as cathode were compared as a function of the parameters of a manufacturing process. The flexible primary cells were prepared with EMD-$MnO_2$, active carbon, and poly vinylidene fluoride (PVDF) binder (10 wt.%) coated on an Al foil substrate. A cathode sheet with micro-porous showed a higher discharge capacity than a cathode sheet compacted by a press process. As the amount of EMD-$MnO_2$ increased, the electrical conductivity decreased and the electrical capacity increased. The cell subjected to heat-treatment at $200^{\circ}C$ for 1 hr showed a high discharge capacity. The flexible primary cell made using the optimum conditions showed a capacity and an average voltage of 220 mAh/g and 2.8 V, respectively, at $437.5{\mu}A$.
Park, Minsoo;Kim, Jinho;Jang, Moonseog;Kim, Sung Soo
Membrane Journal
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v.24
no.2
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pp.158-166
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2014
In this research, microporous and bicontinuous poly vinylidene fluoride(PVDF) hollow fiber membranes were prepared via hybrid process of the thermally induced phase separation (TIPS) and stretching method. The mechanism of the membrane preparation is based on liquid-liquid phase separation. The final membranes have characteristic structures which have both bicontinuous and fibrillar morphology by applying the stretching method. They showed quite different structure when compared with the spherulitic or nodular structure from S/L TIPS and bicontinuous structure from L/L TIPS. At first, PVDF hollow fiber precursors were prepared via TIPS method using various kind of diluent mixtures. We used gamma-butyrolacton, dimethyl phthalate (DMP), diethyl phthalate (DEP), dibutyl phthalate (DBP) as diluents. We could make hollow fiber membranes which had porous outer surface or dense outer surface by controling the parameters such as cooling conditions, PVDF concentration and the ratio of diluent mixtures. Finally, these hollow fiber were stretched at room temperature and diluents were extracted by ethanol. Effects of the stretching ratio on the membrane morphology were investigated using scanning electron microscope (SEM), and its effects on water flux, porosity, pore size, roughness and tensile strength were examined.
To remove total dissolved solid (TDS) from wastewater, a carbon membrane system was prepared, using carbon membranes made from conductive activated carbon and poly(vinylidene fluoride) (PVDF). Using 100 ppm aqueous solutions of NaCl, $Na_2SO_4,\;MgCl_2,\;MgSO_4$, the basic properties of the carbon membranes used were studied. For the treatment of the real dye wastewater supplied from Kyungin Corp., a pilot scale carbon membrane system was also prepared, which was consisted of 240 plies of carbon membranes of $20cm{\times}20cm$ (length${\times}$width). Using the real wastewater with different TDS such as 941, 2050, 2810, 3830, 4960, 6030 ppm, prepared by the dilution of the original wastewater with pure water, the performance of the pilot scale carbon membrane system was studied. The effect of the operational conditions was studied.
Kim, Sang-Kyum;Ryu, Jung-Ho;Kwen, Hai-Doo;Chang, Choo-Hwan;Cho, Seong-Ho
Polymer(Korea)
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v.34
no.2
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pp.126-132
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2010
A cation-exchange nanofiber poly(vinylidene fluoride) (PVdF) membrane was prepared by a radiation-induced graft polymerization (RIGP) of sodium styrene sulfonate (NaSS) in the presence of the polymerizable access agents in methanol solution. The used polymerizable access agents include styrene, acrylic acid, and vinyl pyrrolidone. The anion-exchange nanofiber PVdF membrane was also prepared by RIGP of glycidyl methacrylate (GMA) and its subsequent chemical modification. The successful preparations of cation- and anion-exchange PVdF membranes were confirmed via SEM, XPS and thermal analysis. The content of the grafting yield, ion-exchange group, and water uptake was in the range of 30.0~32.3%, 2.81~3.01 mmol/g and 66.6~147%, respectively. The proton conductivity at 20$^{\circ}C$ was in the range of 0.020~0.053 S/cm. From the result, the prepared ionexchange PVdF membrane can be used as a separator in battery cells.
Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) powder was treated with aqueous sodium hydroxide to obtain partially defluorinated fluoropolymers with expected properties such as improving hydrophilicity and fouling resistance. Raman spectrum and FT-IR results confirmed the existence of conjugated carbon double bonds after alkaline treatment. As the concentration increased, the degree of defluorination increased. The morphology and structure of membranes were examined. The permeation performance was investigated. The results showed that membrane's hydrophilicity increased with increase of the percentage of alkaline treated PVDF powder. Moreover, in terms of the water contact angle, it decreased from $92^{\circ}$ to a minimum of $68^{\circ}$; while water up take increased from 128 to 138%. Fluxof pure water and the cleaning efficiency increased with the increase of alkaline treated PVDF powder. The fouling potential also decreased with the increase of the percentage of alkaline treated PVDF powder. The reason that makes blending PVDF show different characteristics because of partial defluorination, which led the formation of conjugated C = C bonds and the inclusion of oxygen functionalities. The polyene structure followed by hydroxide attack to yield hydroxyl and carbonyl groups. Therefore, the hydrophilicity of blending membrane was improved. The SEM and porosity measurements showed that no obvious variations of the pore dimensions and structures for blend membranes were observed. Mechanical tests suggest that the high content of the alkaline treated PVDF result in membranes with less tolerance of tensile stress and higher brittleness. TGA results exhibited that the blend of alkaline treated PVDF did not change membrane thermal stability.
Kang, Hyunil;Joung, Yeun-Ho;Hwang, Hyun Suk;Lim, Yun-Sik;Yu, Young Sik;Song, Woochang;Lee, Jongsung
Journal of Satellite, Information and Communications
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v.7
no.3
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pp.22-25
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2012
In this paper, we proposed a method of the resonant frequency shift of a microstrip patch antenna using $LiNbO_3$, PVDF and FR-4 substrates. We designed and analyzed from these parametars optimized using Ensemble V 7.0 of the simulation tool. We observed the resonant frequency by DC appled electric field in a microstrip patch antenna. When $LiNbO_3$ substrate were applied from -300 to 300 V/mm, we obtained the resonant frequency shift of maximum 29 MHz. The microstrip patch antenna with PVDF (poly vinylidene fluoride) substrate, we obtained the resonant frequency shift of maximum 17 MHz at frequency 6 GHz. but when Epoxy FR-4 substrates used, the resonant frequency does not changed. This results showed the resonant frequency shift without physical strains in a microstrip patch antenna.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.3
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pp.2131-2134
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2015
In this study, It has been demonstrated a new and realizable possibility of the ferroelectric random access memory devices by all solution processing method with paper substrates. Organic ferroelectric poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) thin films were formed on paper substrate with Al electrode for the bottom gate structure using spin-coating technique. Then, they were subjected to annealing process for crystallization. The fabricated PVDF-TrFE thin films were observed by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). It was found from polarization versus electric field (P-E) measurement that a PVDF-TrFE thin film on paper substrate showed very good ferroelectric property. This result agree well with that of a PVDF-TrFE thin film fabricated on the rigid Si substrate. It anticipated that these results will lead to the emergence of printable electron devices on paper. Furthermore, it could be fabricated by a solution processing method for ferroelectric random access memory device, which is reliable and very inexpensive, has a high density, and can be also fabricated easily.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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