Recently, the synthesis of ordered macroporous materials has received much attention due to its potential use as photonic band gap materials.$^1$ In this study, we have used the three-dimensional (3D) latex array template impregnated with benzenesulfonic acid (BSA), which is capable of catalyzing the reaction using tetraethyl orthosilicate (TEOS) as a precursor and distilled water. The polystyrene (PS) templates were reacted with TEOS in $scCO_2$ at 40 $^{\circ}C$ and at 80 bar. In the reactor, TEOS was filtrated into the PS particle lattice. After the reaction, porous silica materials were obtained by calcinations of the template. The stability test of the PS template in pure $CO_2$ was conducted before the main experiment. Scanning electron microscopy (SEM) images showed that the reaction in $scCO_2$ takes place only on the particle surface. This new method using $scCO_2$ has advantages over conventional sol-gel processes in its capability to control the fluid properties such as viscosity and interfacial tension. It has been found that the reaction in $scCO_2$ occurs only on the particle surface, making the proposed technique as more rapid and sustainable method of synthesizing inverse opal materials than conventional coating processes in the liquid phase and in the vapor phase.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.17
no.3
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pp.146-154
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2024
In this paper, we present a convenient liquid crystal (LC) molecular alignment method using brush hairs as an alternative to the rubbing process in the LC display industry. Titanium strontium yttrium zirconium oxide (TiSrYZrO) solution was prepared using a sol-gel process, and the TiSrYZrO alignment film production and LC molecular alignment were integrated through a one-step brush coating process. As the curing temperature increased, the LC molecule alignment of the LC cell improved, and the formation of a physical surface anisotropic structure due to the shear stress caused by the movement of the brush hairs on the coating surface led to uniform alignment of the LC molecules. Uniform and homogeneous LC molecular alignment was confirmed through polarizing optical microscopy and pretilt angle measurement. Through thermal oxidation using X-ray photoelectron spectroscopy, the TiSrYZrO thin film well formed of metal oxide was confirmed and verified to have excellent optical transparency. From these results, it is expected that a convenient LC molecular alignment method using brush hairs as an alternative to the rubbing process will be a viable next-generation technology.
$Co_3O_4$, $Al_2O_3$ and $Co_3O_4$/$Al_2O_3$ mesoporous powders were prepared by a sol-gel method with starting matierals of aluminum isopropoxide and cobalt (II) nitrate. A P123 template is employed as an active organic additive for improving the specific surface area of the mixed oxide by forming surfactant micelles. A transition metal cobalt oxide supported on alumina with and without P123 was tested to find the most active and selective conditions as a heterogeneous catalyst in the reaction of styrene epoxidation. A bBlock copolymer-P123 template was added to the staring materials to control physical and chemical properties. The properties of $Co_3O_4$/$Al_2O_3$ powder with and without P123 were characterized using an X-ray diffractometer (XRD), a Field-Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM), a Bruner-Emmertt-Teller (BET) surface analyzer, and $^{27}Al$ MAS NMR spectroscopy. Powders with and without P123 were compared in catalytic tests. The catalytic activity and selectivity were monitored by GC/MS, $^1H$, and $^{13}C$-NMR spectroscopy. The performance for the reaction of epoxidation of styrene was observed to be in the following order: [$Co_3O_4$/$Al_2O_3$ with P123-1173 K > $Co_3O_4$/$Al_2O_3$ with P123-973 K > $Co_3O_4$-973 K>$Co_3O_4$/$Al_2O_3$-973 K > $Co_3O_4$/$Al_2O_3$ with P123-1473 K > $Al_2O_3$-973 K]. The existence of ${\gamma}$-alumina and the nature of the surface morphology are related to catalytic activity.
AC and ZnS modified $TiO_2$ composites (AC/ZnS/$TiO_2$) were prepared using a sol-gel method. The composite obtained was characterized by Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area measurements, X-ray diffraction (XRD), energy dispersive X-ray (EDX) analysis, scanning electron microscope (SEM) analysis, and according to the UV-vis absorption spectra (UV-vis). XRD patterns of the composites showed that the AC/ZnS/$TiO_2$ composites contain a typical single and clear anatase phase. The surface properties as observed by SEM present the characterization of the texture of the AC/ZnS/$TiO_2$ composites, showing a homogenous composition in the particles showing the micro-surface structures and morphology of the composites. The EDX spectra of the elemental identification showed the presence of C and Ti with Zn and S peaks for the AC/ZnS/$TiO_2$ composite. UV-vis patterns of the composites showed that these composites had greater photocatalytic activity under visible light irradiation. A rhodamine B (Rh.B) solution under visible light irradiation was used to determine the photocatalytic activity. The degradation of Rh.B was determined using UV/Vis spectrophotometry. An increase in the photocatalytic activity was observed. From the photocatalytic results, the excellent activity of the Y-fullerene/$TiO_2$ composites for the degradation of methylene blue under visible irradiation could be attributed to an increase in the photo-absorption effect caused by the ZnS and to the cooperative effect of the AC.
$RuO_2$ is a common active component of Dimensionally Stable Anodes (DSAs) for chlorine evolution that can be used in wastewater treatment systems. The recent improvement of chlorine evolution using nanostructures of $RuO_2$ electrodes to increase the treatment efficiency and reduce the energy consumption of this process has received much attention. In this study, $RuO_2$ nanorod and nanosheet electrodes were simply fabricated using the sol-gel method with organic surfactants as the templates. The obtained $RuO_2$ nanorod and nanosheet electrodes exhibit enhanced electrocatalytic activities for chlorine evolution possibly due to the active surface areas, especially the outer active surface areas, which are attributed to the increase in mass transfers compared with a conventional nanograin electrode. The electrocatalytic activities for chlorine evolution were increased up to 20 % in the case of the nanorod electrode and 35% in the case of the nanosheet electrode compared with the nanograin electrode. The $RuO_2$ nanorod 80 nm in length and 20-30 nm in width and the $RuO_2$ nanosheet 40-60 nm in length and 40 nm in width are formed on the surface of Ti substrates. These results support that the templated $RuO_2$ nanorod and nanosheet electrodes are promising anode materials for chlorine evolution in future applications.
In order to effective degradation of organic dye both under visible light or ultrasonic irradiation, the MWCNTs (multiwalled carbon nanotube) deposited with Fe and $TiO_2$ were prepared by a modified sol-gel method. The Fe/$TiO_2$-MWCNT catalyst was characterized by surface area of BET, scanning electron microscope (SEM), Transmission Electron Microscope (TEM), X-ray diffraction (XRD), and energy dispersive X-ray (EDX) and ultraviolet-visible (UV-vis) spectroscopy. The low intensity visible light and low power ultrasound was as an irradiation source and the methylene blue (MB) was choose as the model organic dye. Then degradation experiments were carried out in present of undoped $TiO_2$, Fe/$TiO_2$ and Fe/$TiO_2$-MWCNT catalysts. Through the degradation of MB solution, the results showed the feasible and potential use of Fe/$TiO_2$-MWCNT catalyst under visible light and ultrasonic irradiation due to the enhanced formation of reactive radicals as well as the possible visible light and the increase of ultrasound-induced active surface area of the catalyst. After addition of $H_2O_2$, the MB degradation rates have been accelerated, especially with Fe/$TiO_2$-MWCNT catalyst, in case of that the photo-Fenton reaction occurred. The sonophotocatalysis was always faster than the respective individual processes due to the more formation of reactive radicals as well as the increase of the active surface area of Fe/$TiO_2$-MWCNT catalyst.
Titanium dioxide ($TiO_2$) particles deposited on different quantitative Fe-treated carbon nanotube (CNT) composites with high photocatalytic activity of visible light were prepared by a modified sol-gel method using TNB as a titanium source. The composites were characterized by BET, XRD, SEM, TEM and EDX, which showed that the BET surface area was related to the adsorption capacity for each composite. From TEM images, surface and structural characterization of for the CNT surface had been carried out. The XRD results showed that the Fe-ACF/$TiO_2$ composite mostly contained an anatase structure with a Fe-mediated compound. EDX results showed the presence of C, O, and Ti with Fe peaks in the Fe-CNT/$TiO_2$ composites. The photocatalytic activity of the composites was examined by degradation of methylene blue (MB) in aqueous solution under visible light, which was found to depend on the amount of CNT. The highest photocatalytic activity among the different composites was related to the optimal content of CNT in the Fe-CNT/$TiO_2$ composites. In particular, the photocatalytic activity of the Fe-CNT/$TiO_2$ composites under visible light was better than that of the CNT/$TiO_2$ composites due to the introduction of Fe particles.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.38
no.5
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pp.313-322
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2001
The effects of Zr/Ti concentration ratio in PLZT (10/y/z) thin films prepared by sol-gel method are investigated for the NVFRAM application. Rosette and pyrochlore phase are observed in PLZT (10/40/60) thin film and the (100) orientation, the grain size, and the surface roughness of PLZT thin films increase due to the increase of Ti amount in Zr/Ti concentration ratio. As Ti amount of Zr/Ti concentration ratio increases, the dielectric constants at 10KHz decrease from 600 to 400, while the loss tangents increase from 0.028 to 0.053 and the leakage current densities at 170 kY/cm decrease from 1.64$\times$10$^{-6}$ to 1.26$\times$10$^{-7}$ A/$\textrm{cm}^2$. In the results of hysteresis loops measured at $\pm$ 170 ㎸/cm, the remanent polarization and the coercive field increase from 6.62 to 12.86 $\mu$C/$\textrm{cm}^2$ and from 32.15 to 56.45 ㎸/cm, respectively, according to the change from 40/60 to 0/100 in Zr/Ti concentration ratio. Fatigue and retention properties also improve much as the Zr/Ti concentration ratio change from 40/60 to 0/100. After applying 10$^{9}$ square pulses with $\pm$5V, the remanent polarization of the PLZT (10/40/60) thin film decreases 50% from the initial state while that of the PLZT (10/0/100) thin film decreases 30%. In the results of retention measurements of 10$^{5}$ s, the remanent polarization of the PLZT (10/0/100) thin film decreases only 11% from the initial state, while that of the PLZT (10/40/60) thin film decreases 40%.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.37
no.4
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pp.7-14
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2000
A Bi$_{4}$Ti$_{3}$O$_{12}$ (BIT) thin film is prepared by sol-gel method using acetate precursors and evaluated whether it could be applied to NVFRAM (Non-Volatile Ferroelectric RAM). The drying and the annealing temperature are 40$0^{\circ}C$ and $650^{\circ}C$, respectively and they are determined from the DT-TG (Differential Thermal-Thermal Gravimetric) analysis. The BIT thin film deposited on Pt/Ta/SiO$_{2}$/Si substrate shows orthorhombic perovskite phase. The grain size and the surface roughness are about 100 nm and 70.2$\AA$, respectively. The dielectric constant and the loss tangent at 10 KHz are 176 and 0.038, respectively, and the leakage current density at 100 ㎸/cm is 4.71 $mutextrm{A}$/$\textrm{cm}^2$. In the results of hysteresis loops measured at $\pm$250 ㎸/cm, the remanent polarization (Pt) and the coercive field (Ec) are 5.92 $\mu$C/$\textrm{cm}^2$ and 86.3 ㎸/cm, respectively. After applying 10$^{9}$ square pulses of $\pm$5V, the remanent polarization of the BIT thin film decreases as much as about 33% from 5.92 $\mu$C/$\textrm{cm}^2$ of initial state to 3.95 $\mu$C/$\textrm{cm}^2$.
Tin oxide was coated on graphite particle by sol-gel method and an electrode with this material having microcrystalline structure for lithium ion battery was obtained by heat treatment in the range $400-600^{\circ}C$. The content of tin oxide was controlled within the range of $2.25wt\%\~11.1wt\%$. The discharge capacity increased with the content of tin oxide and also initial irreversible capacity increased. The discharge capacity of tin oxide electrode showed more than 350 mAh/g at the initial cycle and 300 mAh/g after the 30th cycle in propylene carbonate(PC) based electrolyte whereas graphite electrode without surface modification showed 140 mAh/g. When the charge and discharge rate was changed from C/5 to C/2, The discharge capacity of tin oxide and graphite electrode showed $92\%\;and\;77\%$ of initial capacity, respectively. It has been considered that such an enhancement of electrode characteristics was caused because lithium $oxide(Li_2O)$ passive film formed from the reaction between tin oxide and lithium ion prevented the exfoliation of graphite electrode and also reduced tin enhanced the electrical conduction between graphite particles to improve the current distribution of electrode.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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