Kim, Kyung Min;Jeong, Hyeondeok;Han, Yoon Soo;Baek, Su-Hyun;Kim, Young Do;Ryu, Sung-Soo
Journal of Powder Materials
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v.26
no.4
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pp.327-333
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2019
In this study, a process is developed for 3D printing with alumina ($Al_2O_3$). First, a photocurable slurry made from nanoparticle $Al_2O_3$ powder is mixed with hexanediol diacrylate binder and phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide photoinitiator. The optimum solid content of $Al_2O_3$ is determined by measuring the rheological properties of the slurry. Then, green bodies of $Al_2O_3$ with different photoinitiator contents and UV exposure times are fabricated with a digital light processing (DLP) 3D printer. The dimensional accuracy of the printed $Al_2O_3$ green bodies and the number of defects are evaluated by carefully measuring the samples and imaging them with a scanning electron microscope. The optimum photoinitiator content and exposure time are 0.5 wt% and 0.8 s, respectively. These results show that $Al_2O_3$ products of various sizes and shapes can be fabricated by DLP 3D printing.
A lead-free bulk ceramic having a chemical formula $Ba_{0.8}Ca_{0.2}(Ti_{0.8}Zr_{0.1}Ce_{0.1})O_3$ (further termed as BCTZCO) is synthesized using mixed oxide route. The structural, dielectric, impedance, and conductivity properties, as well as the modulus of the synthesized sample are discussed in the present work. Analysis of X-ray diffraction data obtained at room temperature reveals the existence of some impurity phases. The natural surface morphology shows close packing of grains with few voids. Attempts have been made to study the (a) effect of microstructures containing grains, grain boundaries, and electrodes on impedance and capacitive characteristics, (b) relationship between properties and crystal structure, and (c) nature of the relaxation mechanism of the prepared samples. The relationship between the structure and physical properties is established. The frequency and temperature dependence of the dielectric properties reveal that this complex system has a high dielectric constant and low tangent loss. An analysis of impedance and related parameters illuminates the contributions of grains. The activation energy is determined for only the high temperature region in the temperature dependent AC conductivity graph. Deviation from the Debye behavior is seen in the Nyquist plot at different temperatures. The relaxation mechanism and the electrical transport properties in the sample are investigated with the help of various spectroscopic (i.e., dielectric, modulus, and impedance) techniques. This lead free sample will serve as a base for device engineering.
IN, JUNGHYUN;LEE, YULHO;KANG, SANGGYU;PARK, SUNGJIN
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.30
no.2
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pp.136-146
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2019
A solid oxide fuel cell (SOFC) based hybrid desiccant cooling system model is developed to study the effect of fuel utilization rate of the SOFC on the reduction of energy consumption and $CO_2$ emission. The SOFC-based hybrid desiccant cooling system consists of an SOFC system and a Hybrid desiccant cooling system (HDCS). The SOFC system includes a stack and balance of plant (BOP), and HDCS. The HDCS consists of desiccant rotor, indirect evaporative cooler, electric heat pump (EHP), and heat exchangers. In this study, using energy load data of a commercial office building and SOFC-based HDCS model, the amount of ton of oil equivalent (TOE) and ton of $CO_2$ ($tCO_2$) are calculated and compared with the TOE and $tCO_2$ generation of the EHP using grid electricity.
KIM, YOUNG SANG;LEE, YOUNG DUK;AHN, KOOK YOUNG;LEE, DONG KEUN;LEE, SANG MIN;CHOI, EUN JUNG
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.31
no.6
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pp.596-604
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2020
Solid oxide electrolysis cell (SOEC) attracts much attention because of its high energy efficiency among many water-electrolysis technologies. SOEC operates at temperatures above 700℃, so that the water required for water-electrolysis must be supplied in the form of steam. When the steam to be supplied to the SOEC is generated by the SOEC system itself, an enormous amount of latent heat is required to vaporize the water, so additional energy must be supplied to the SOEC system. On the other hand, if the steam can be supplied from the outside, a small amount of energy is required to raise the temperature of the low temperature steam, so that the SOEC system can be operated without additional energy supply from outside, which enables efficient water-electrolysis. In this study, we figure out the size of heat exchanger for various steam temperature and effectiveness of heat exchanger, and propose the energy efficiency of the system.
The surface-to-volume ratio of one-dimensional (1D) semiconductor metal-oxide sensors is an important factor for achieving good gas sensing properties because it offers a wide response area. To exploit this effect, in this study, we determined the optimal calcination temperature to maximize the specific surface area and thereby the sensitivity of the sensor. The $In_2O_3$ nanorods were synthesized by using vapor-liquid-solid growth of $In_2O_3$ powders and were decorated with the Pt nanoparticles by using a sol-gel method. Subsequently, the Pt nanoparticle-decorated $In_2O_3$ nanorods were calcined at different temperatures to determine the optimal calcination temperature. The $NO_2$ gas sensing properties of five different samples (pristine uncalcined $In_2O_3$ nanorods, Pt-decorated uncalcined $In_2O_3$ nanorods, and Pt-decorated $In_2O_3$ nanorods calcined at 400, 600, and $800^{\circ}C$) were determined and compared. The Pt-decorated $In_2O_3$ nanorods calcined at $600^{\circ}C$ showed the highest surface-to-volume ratio and the strongest response to $NO_2$ gas. Moreover, these nanorods showed the shortest response/recovery times toward $NO_2$. These enhanced sensing properties are attributed to a combination of increased surface-to-volume ratio (achieved through the optimal calcination) and increased electrical/chemical sensitization (provided by the noble-metal decoration).
Direct syntheses of bulk $Ti_3Al$ via electro-discharge-sintering (EDS) of a stoichiometric elemental powder mixture were investigated. A capacitor bank of $450{\mu}F$ was charged with three input energies, 0.5, 1.0, and 1.5 kJ. The charged capacitor bank was then instantaneously discharged through 0.3 g of a Ti-25.0 at.%Al powder mixture for consolidation. Complete phase transformation occurred in less than $200{\mu}sec$ by the discharge and a bulk $Ti_3Al$ compact was obtained. Compared with consolidated samples fabricated by conventional methods such as high vacuum sintering and casting, the electro-discharge-sintered $Ti_3Al$ compact shows a very fine microstructure with a hardness value of 425 Hv. Electro-discharge-sintering under a $N_2$ atmosphere successfully modified the surface Ti oxide of the $Ti_3Al$ compact into Ti nitride, which concurred with the synthesis and consolidation of $Ti_3Al$. Complete conversion yielding a single phase $Ti_3Al$ is primarily dominated by the fast solid state diffusion reaction.
Decalcomania is a new method for SOFCs (solid oxide fuel cells) unit cell fabrication. A tight and dense $5{\mu}m$ Yttria-stabilized zirconia (8YSZ) electrolyte layer on anode substrate was fabricated by the decalcomania method. After 8YSZ as the electrolyte starting material was calcined at $1200^{\circ}C$, the particle size was controlled by the attrition mill. The median particle size (D50) of each 8YSZ was $39.6{\mu}m$, $9.30{\mu}m$, $6.35{\mu}m$, and $3.16{\mu}m$, respectively. The anode substrate was coated with decalcomania papers which were made by using 8YSZ with different median particle sizes. In order to investigate the effect of median particle sizes and sintering conditions on the electrolyte density, each sample was sintered for 2, 5 and 10 h, respectively. 8YSZ with a median particle size of $3.16{\mu}m$ which was sintered at $1400^{\circ}C$ for 10 had the highest density. With this 8YSZ, a SOFCs unit cell was manufactured with a $5{\mu}m$ layer by the decalcomania method. Then the unit cell was run at $800^{\circ}C$. The Open Circuit Voltage (OCV) and Maximum power density (MPD) was 1.12 V and $650mW/cm^2$, respectively.
In general, SOFCs mainly use Ni-YSZ cermet, a mixture of Ni and YSZ, as an anode material, which is stable in a high-temperature reducing atmosphere. However, when SOFCs have operated at a high temperature for a long time, the structural change of Ni occurs and it results in the problem of reducing durability and efficiency. Accordingly, a development of a new anode material that can replace existing nickel and exhibits similar performance is in progress. In this study, SrTiO3, which is a perovskite-based mixed conductor and one of the candidate materials, was used. In order to increase the electrical conduction properties, Y0.08Sr0.92Fe0.3Ti0.7O3, doped with 0.08 mol of Y3+ in Sr-site and 0.03 mol of transition metal Fe3+ in Ti-site, was synthesized and its chemical diffusion coefficient and reaction constant were measured. Its electrical conductivity changes were also observed while changing the oxygen partial pressure at a constant temperature. The performance as a candidate electrode material was verified by predicting the defect area through the electrical conductivity pattern according to the oxygen partial pressure.
This study explores reducing the oxygen content of a commercial Ti-48Al-2Cr-2Nb powder to less than 400 ppm by deoxidation in the solid state (DOSS) using Ca vapor, and investigates the effect of Ca vapor on the surface chemical state. As the deoxidation temperature increases, the oxygen concentration of the Ti-48Al-2Cr-2Nb powder decreases, achieving a low value of 745 ppm at 1100℃. When the deoxidation time is increased to 2 h, the oxygen concentration decreases to 320ppm at 1100℃, and the oxygen reduction rate is approximately 78% compared to that of the raw material. The deoxidized Ti-48Al-2Cr-2nb powder maintains a spherical shape, but the surface shape changes slightly owing to the reaction of Ca and Al. The oxidation state of Ti and Al on the surface of the Ti-48Al-2Cr-2Nb powder corresponds to a mixture of TiO2 and Al2O3. As a result, the peaks of metallic Ti and Ti suboxide intensify as TiO2 and Al2O3 in the surface oxide layer are reduced by Ca vapor deposition.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.35
no.4
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pp.407-411
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2022
Bulk-sized PbTiO3 (PT), which is widely known as a high-performance ferroelectric oxide but cannot be fabricated into a monolithic ceramic due to its high c/a ratio, was successfully prepared with a high tetragonality by partially substituting Ni ions for Pb ions using a solid-state reaction method. We found that Ni-doped PT was well-fabricated as a bulk monolith with a significant c/a ratio of ~1.06. X-ray diffraction on as-sintered and crushed samples revealed that NiTiO3 secondary phase was present at the doping level of more than 2 at.%. Scanning electron microscopic study showed that NiTiO3 secondary phase grew on the surface of PT specimens regardless of the doping level possibly due to the evaporation of Pb during sintering. We demonstrated that an unconventional introduction of Ni ions into A-site plays a key role on the fabrication of bulk PT, though how Ni ion functions should be studied further. We expect that this study contributes to a further development of displacive ferroelectric oxides with a high c/a ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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