• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제14권2호
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• pp.162-173
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• 2023

Aqueous zinc-ion batteries are considered as promising alternatives to lithium-ion batteries for energy storage owing to their safety and cost efficiency. However, their lifespan is limited by the irreversibility of Zn anodes because of Zn dendrite growth and side reactions such as the hydrogen evolution reaction and corrosion during cycling. Herein, we present a strategy to restrict direct contact between the Zn anode and aqueous electrolyte by fabricating a protective layer on the surface of Zn foil via phosphidation method. The Zn₃(PO₄)₂ protective layer effectively suppresses Zn dendrite growth and side reactions in aqueous electrolytes. The electrochemical properties of the Zn₃(PO₄)₂@Zn anode, such as the overpotential, linear polarization resistance, and hydrogen generation reaction, indicate that the protective layer can suppress interfacial corrosion and improve the electrochemical stability compared to that of bare Zn by preventing direct contact between the electrolyte and the active sites of Zn. Remarkably, MnO₂ Zn₃(PO₄)₂@Zn exhibited enhanced reversibility owing to the formation a stable porous layer, which effectively inhibited vertical dendrite growth by inducing the uniform plating of Zn²⁺ ions underneath the formed layer.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권4호
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• pp.604-610
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• 2023

주변 조건에서 N₂를 환원하여 NH₃를 생성하는 전기 촉매 질소 환원 반응(nitrogen reduction reaction, NRR)은 산업공정에서 에너지 소비를 감소시킬 수 있는 유망한 기술로 주목을 받고 있다. N₂를 흡착하고 활성화할 수 있는 촉매 금속 표면 중 많이 사용되는 Ni(100) 표면의 여러 사이트(site)의 흡착 성능을 밀도 함수 이론 계산(density-functional theory)를 기반으로 비교하였다. 또한 안정적인 NRR반응의 경로를 유도하는 N₂의 두 가지 흡착 구조를 조사하였고 end-on 구조는 top site에 흡착, distal pathway로 반응이 진행되고 side-on 구조는 bridge site에 흡착되며 enzymatic pathway로 반응이 진행되었다. 마지막으로 구조 별 가장 안정한 메커니즘의 깁스 자유에너지를 구하여 반응의 경향성을 알아봄으로써 NRR 반응의 금속 촉매 표면 흡착에 대한 연구에 도움이 될 수 있을 것이다.

• 한국재료학회지
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• 제33권10호
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• pp.430-438
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• 2023

In this study, we synthesized pH-controlled resorcinol-formaldehyde (RF) gels through the polymerization of two starting materials: resorcinol and formaldehyde. The prepared RF gels were dried using an acetone substitution method, and they were subsequently carbonized under nitrogen atmosphere to obtain carbon xerogels (CX_Y) prepared at different pH (Y). The carbon xerogels were utilized as active materials for coin-type organic supercapacitor electrodes to investigate the influence of pH on the electrochemical properties of the carbon xerogels. The carbon xerogels prepared at lower pH (CX_9.5 and CX_10) exhibited sufficient particle growth, with a three-dimensional network of particles during the RF gel formation, resulting in the development of abundant mesopores. Conversely, the carbon xerogels prepared at higher pH (CX_11 and CX_12) retained densely packed structures of small particles, leading to pore collapse and low specific surface areas. Consequently, CX_9.5 and CX_10 showed high specific surface areas, and provided ample adsorption sites for the formation of electric double layers with electrolyte ions. Moreover, the three-dimensional particle network in CX_9.5 and CX_10 significantly enhanced electrical conductivity. The presence of well-developed mesopores in these materials further facilitated the effective transport of electrolyte ions, contributing to their superior performance as organic supercapacitor electrodes. This study confirmed that pH-controlled carbon xerogels are one of the promising active materials for organic supercapacitor electrodes. Furthermore, we concluded that pH during RF gel formation is a crucial factor determining the electrode performance of the carbon xerogels, highlighting the need for precise pH control to obtain high-performance carbon xerogel electrodes.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.284-284
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• 2016

Topological insulator (TI) is a bulk-insulating material with topologically protected Dirac surface states in the band gap. In particular, $Bi_2Se_3$ attracted great attention as a model three-dimensional TI due to its simple electronic structure of the surface states in a relatively large band gap (~0.3 eV). However, experimental efforts using $Bi_2Se_3$ have been difficult due to the abundance of structural defects, which frequently results in the bulk conduction being dominant over the surface conduction in transport due to the bulk doping effects of the defect sites. One promising approach in avoiding this problem is to reduce the structural defects by heteroepitaxially grow $Bi_2Se_3$ on a substrate with a compatible lattice structure, while also preventing surface degradation by encapsulating the pristine interface between $Bi_2Se_3$ and the substrate in a clean growth environment. A particularly promising choice of substrate for the heteroepitaxial growth is hexagonal boron nitride (h-BN), which has the same two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) layered structure and hexagonal lattice symmetry as $Bi_2Se_3$. Moreover, since h-BN is a dielectric insulator with a large bandgap energy of 5.97 eV and chemically inert surfaces, it is well suited as a substrate for high mobility electronic transport studies of vdW material systems. Here we report the heteroepitaxial growth and characterization of high quality topological insulator $Bi_2Se_3$ thin films prepared on h-BN layers. Especially, we used molecular beam epitaxy to achieve high quality TI thin films with extremely low defect concentrations and an ideal interface between the films and substrates. To optimize the morphology and microstructural quality of the films, a two-step growth was performed on h-BN layers transferred on transmission electron microscopy (TEM) compatible substrates. The resulting $Bi_2Se_3$ thin films were highly crystalline with atomically smooth terraces over a large area, and the $Bi_2Se_3$ and h-BN exhibited a clear heteroepitaxial relationship with an atomically abrupt and clean interface, as examined by high-resolution TEM. Magnetotransport characterizations revealed that this interface supports a high quality topological surface state devoid of bulk contribution, as evidenced by Hall, Shubnikov-de Haas, and weak anti-localization measurements. We believe that the experimental scheme demonstrated in this talk can serve as a promising method for the preparation of high quality TI thin films as well as many other heterostructures based on 2D vdW layered materials.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제13권1호
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• pp.18-29
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• 2010

기후온난화에 대처하기 위한 방안 중, $CO_2$ 해양지중저장은 성공가능성이 높은 수단중의 하나로써 각광받고 있다. $CO_2$ 해양지중저장은 대량 발생원으로부터 $CO_2$를 포집하여 저장지로 수송한 후, 가스 저장층 이나 염대수층 등과 같은 해저 지질구조 내에 $CO_2$를 저장하는 공정 전체를 아울러 지칭한다. 우리는 2005년부터 $CO_2$ 해양지중저장 관련 기술들을 개발해왔으며, 주요 기술 개발 분야에는 $CO_2$ 저장후보지 탐색과 $CO_2$ 수송 및 저장 공정을 위한 기본 설계가 포함된다. 신뢰성 있는 $CO_2$ 해양지중저장 시스템설계를 위해, 가상시나리오를 개발하였으며 수치해석 프로그램을 이용하여 전체공정을 분석하였다. $CO_2$ 포집원으로 부터 주입저장지로 $CO_2$를 수송하는 공정은 열역학 상태방정식으로 모사 가능하다. 본격적인 설계공정에 대한 수치해석을 수행하기에 앞서 관련 열역학 상태방정식들을 비교 및 분석하였다. 분석된 상태방정식들의 정확도를 평가하기 위해 참조문헌의 실험데이터와 수치계산결과를 비교하였다. 현재까지 진행된 $CO_2$ 해양지중저장 공정설계는 주로 순수한 $CO_2$를 대상으로 하였다. 하지만 포집된 $CO_2$ 혼합물은 질소, 산소, 아르곤, 물, 황화수소 등의 불순물을 포함하고 있다. 작은 양의 불순물이 포함될 시에도 열역학적 물성치가 바뀔 뿐 만 아니라, 압축, 정제, 수송 공정 전체에 막대한 영향을 미치게 되므로 간과되어서는 안 된다. 본 논문에서는 해상 및 육상 $CO_2$ 수송에 영향을 미치는 주요 설계 인자들을 분석하였으며, 가상 시나리오의 매개변수에 관한 연구를 수행한 다음, 유량, 직경, 온도, 압력 등의 설계 인자들의 변화 범위를 제시하고자 하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권2호
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• pp.165-171
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• 2010

HCCI 엔진은 배출가스 중 PM과 NOx 가 저감되나, 일반적으로 상용디젤 엔진보다 HC, CO 가 증가하는 특성을 보인다. 특히 과도한 HC 에서 발생하는 SOF 로 인해 total PM 에 영향을 미친다. 이는 HCCI 엔진에서 DOC 를 통한 HC 저감이 중요하며 HC 의 정화성능이 우수한 OC 의 개발이 필요하다. 실험은 모델가스를 이용하여 2Pt/1Pd 의 충전량이 다른 3 종의 OC(600cpsi cordierite)를 가지고 수행하였다. OC 에서 HC, SV, $H_2O$, $O_2$의 조건을 달리하여 OC 성능특성을 $LOT_{50}$에서 평가하였다. 그 결과 CO 는 $170^{\circ}C$에서 3 종의 촉매 모두 90% 이상의 정화특성을 나타내었고 Pd 가 충전 된 OC 는 열화 된 후 Pt 만충전 된 OC 보다 우수한 내구특성을 나타내었다. Fresh 와 aged 된 OC 에서 SV 의 증가 및 $H_2O$의 반응참여는 $LOT_{50}$성능이 낮아지는 결과를 나타내었다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2011년도 정기총회 및 추계학술대회 논문집
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• pp.1730-1738
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• 2011

Personal Rapid Transit(PRT)는 경쟁력 있는 건설비와 운영비로 보행중심의 환경을 제공함으로써 대중교통 중심의 지속가능한 사회를 위한 바람직한 교통수단으로 등장하였다. 본 연구에서는 PRT 도입시 PRT 이용경험이 없는 사람들의 교통수단선택 행태의 변화를 분석하였다. PRT 선택행태 분석의 핵심 이슈는 경험해보지 못한 교통수단에 대한 이용자들의 인지와 평가를 어떻게 효과적으로 측정하는 가이다. PRT 도입전후의 교통수단 선택에 대한 RP와 SP 자료를 설문조사를 이용하여 수집하였다. 설문지는 PRT 선호에 대한 bias를 최소화하도록 설계하였으며, 설문응답자의 성실한 답변을 방해하는 수많은 SP 설문항목을 획기적으로 줄일 수 있도록, 복잡한 fractional factorial 설계를 사용하지 않았다. 분석결과를 통해 본 연구에서 제안된 방법이 교통수단선택과 관련된 설명변수들을 효과적으로 측정하고 있음을 알 수 있다. 이산선택모형을 이용하여 다양한 PRT 시스템 특성과 운영방식하에서의 교통수단선택을 추정하였으며, 2개의 대상도시에 대해 PRT 이용수요를 예측하였다.

• 치위생과학회지
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• 제13권2호
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• pp.158-164
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• 2013

임플란트 식립 시 가장 빈번하게 맞게 되는 문제점으로 임플란트 식립 부위에서의 불충분한 골량과 해부학적 구조에 의한 접근성의 문제를 들 수 있다. 일반적으로 성장 인자들은 치유 과정이나 조직 형성에 있어서 가장 기본적인 필수 요소로 인정되고 있다. 이러한 이유로 골 이식 재료의 효과를 증진시키기 위한 성장 인자들이 최근에 주목을 받고 있다. 혈소판 내 granules에는 높은 농도의 다양한 성장 인자들이 포함되어 있다. 특히, platelet-rich fibrin (PRF)는 2세대 혈소판 농축 인자로 항응고제가 들어있지 않은 상태로 얻을 수가 있고, 혈소판과 많은 성장 인자들이 풍부한 섬유소 막을 포함하고 있다. 이번 연구의 목적은 in vitro 상에서 골아 세포에 대한 PRF의 영향을 알아보고자 하였다. 특히 치유와 재생에 연관된 주요 기능으로써 증식과 분화에 대한 영향을 조사하고자 하였다. 이를 위해서, PRF 내에서 방출되는 성장 인자(platelet-derived growth factor subunit B와 transforming growth factor-${\beta}1$)의 농도, 세포의 생존능력, alkaline phosphatase (ALP) activity, type 1 collagen 합성, 골아 세포의 분화 지표로써 ALP와 Runx2의 발현 정도와 골 기질 단백질로써 type 1 collagen의 발현 정도에 대해서 조사하였다. 이 실험을 통하여 PRF는 치유 시 필요한 타당한 기간 동안에 충분히 자가 성장 인자의 방출을 유지하고 있음을 알 수 있었고, 골아 세포의 증식과 분화에 대해서 긍정적인 효과가 있음을 보여 주였다. 제한적인 실험이지만, 골재생을 위한 PRF의 사용은 골 치유와 골 개조에 있어서 증진 효과를 가져다줄 수 있는 촉망되는 방법 중 하나가 될 수 있을 것이다.

• 광물과 암석
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• 제33권3호
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• pp.143-152
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• 2020

버네사이트(birnessite)는 약 7Å의 d-spacing을 가지는 대표적인 층상형 산화망간광물로 높은 양이온 교환능력을 가지기 때문에 지하수나 퇴적물 공극 유체의 화학조성을 결정짓는 중요한 역할을 한다. 버네사이트의 양이온 교환 반응 기작을 규명하기 위해서는 층간 내 양이온의 배위 환경과 결정구조에 대한 원자 수준의 이해가 매우 중요하다. 이번 연구에서는 원자 수준의 계산광물학 방법인 고전 분자동역학(classical molecular dynamics; MD) 시뮬레이션을 이용하여 기존 실험에서 보고된 화학조성을 가지는 삼사정계 Na-와 K-버네사이트의 결정구조, 층간 양이온의 배위 환경 및 적층 구조를 계산하였다. 계산 결과는 기존 X-선 실험에서 보고된 격자 상수와 층간 배위 환경을 잘 재현하여 시뮬레이션 방법의 신뢰성을 보여주었으며, X-선 실험만으로는 구분하기 어려운 층간의 양이온과 물 분자 위치를 구별한 원자 수준의 정보를 제공하였다. 망간 팔면체 층의 적층 순서는 동일하지만 층간 내 Na⁺와 K⁺의 위치가 서로 상이하고, 층간 양이온의 배위 환경과 결정구조 간의 상관관계를 보인다. 원자 수준의 분자동역학 시뮬레이션은 버네사이트의 양이온 교환 반응 기작 규명에 크게 기여할 것으로 기대한다.

• 대한교통학회지
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• 제27권2호
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• pp.35-46
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• 2009

본 논문에서는 주민 쾌적성, 보행자 안전성, 그리고 택지개발의 효율성을 제고시킬 수 있는 보행자 도로 공급 수준 평가지표를 제시한다. 이를 위한 연구에서 다각적인 분석이 시행되었는데, 첫째, 이미 입주가 끝난 8개 택지개발 사업지에서 보행수요에 미치는 영향요소를 찾았고, 영향 요소 간 관계를 정립하기 위해 Space Syntax 분석을 통한 국부통합도, 활동인구(인/일), 택지개발지구 면적 등을 선택하여 보행수요 예측모형을 정립하였다. 그 후 기존 연구에서 제시한 보행점유공간과 본 연구에서 개발한 보행수요 예측모형을 상호 비교하여 최초 계획단계에서 보행자 도로 공급수준을 산정할 수 있도록 했다. 끝으로, 본 연구에서 정립한 평가지표가 합리적인 공급수준을 평가하는 지표인지 확인하기 위해 주민 만족도 설문조사를 실시했는데, 그 결과 본 연구에서 정립한 평가지표는 기존 지표보다 우수한 것으로 나타났다. 앞으로 본 연구 결과는 택지개발 사업지에서 보행공간을 계획할 때 많은 도움을 제공할 것이다.