• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제37권1호
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• pp.87-93
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• 2009

목재의 탄화과정에서 일어나는 화학적 변화를 알아보기 위하여 목탄의 기초물성과 화학결합양식의 변화를 조사하였다. 탄화온도 증가에 따른 pH 변화에 있어서는, $300^{\circ}C$와 같이 낮은 온도에서 탄화한 탄화물의 pH는 약산성 또는 중성에 가까우나, $600^{\circ}C$ 이상에서 탄화한 고온탄화물의 pH는 알칼리성을 띠는 것으로 나타났다. 또한 탄화온도가 증가하여 탄화정도가 더욱 진행되면, 탄재 내의 탄소함량이 증가하고, 수소와 산소함량이 감소하였으며, 이러한 경향은 $600^{\circ}C$까지의 탄화에서 현저하게 나타났으나, $600^{\circ}C$ 이상의 탄화온도에서는 그 변화가 완만하였다. 탄화온도가 높아짐에 다라 C-C 결합 비율이 증가하고, C-O-H 또는 C-O-R 결합 비율이 감소하는 경향이 뚜렷이 나타났다. 이는 C-O-H 등 산소를 포함한 결합이 분해되어 C-C결합 비율이 높아지고, 이는 새로운 관능기의 생성과도 관련되는 것으로 추정된다. 또한 탄화 온도의 상승에 따라 C=O결합 등의 비율이 다소 증가 또는 감소하는 것으로 보아, 일부는 분해, 생성, 재결합 등의 과정을 거치는 것으로 판단된다. 목탄의 이와 같은 화학적 변화에 대한 인식은 세공 특성 등 물리적인 파라메타만으로 흡착성을 이해하려고 할 때 발생하는 한계를 극복할 수 있는 사고가 되며, 또한 목탄의 성능개선과 신용도 개발의 기초가 될 것으로 생각된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.246-246
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• 2012

Smart catalyst design though novel catalyst preparation methods can improve catalytic activity of transition metals on reducible oxide supports such as titania by enhancement of metal oxide interface effects. In this work, we investigated Pt nanoparticles/titania catalysts under CO oxidation reaction by using novel preparation methods in order to enhance its catalytic activity by optimizing metal oxide interface. Arc plasma deposition (APD) and metal impregnation techniques are employed to achieve Pt metal deposition on titania supports which are prepared by multi-target sputtering and Sol-gel techniques. In order to tailor metal-support interface for catalytic CO oxidation reaction, Pt nanoparticles and thin films are deposited in varying surface coverages on sputtered titania films using APD. To assess the role of oxide support at the interface, APD-Pt is deposited on sputtered and Sol-gel prepared titania films. Lastly, characteristics of APD-Pt process are compared with Pt impregnation technique. Our results show that activity of Pt nanoparticles is improved when supported over Sol-Gel prepared titania than sputtered titania film. It is suggested that this enhanced activity can be partly ascribed to a very rough titania surface with the higher free metal surface area and higher number of sites at the interface between the metal and the support. Also, APD-Pt shows superior catalytic activity under CO oxidation as compared to Pt impregnation on sputtered titania support. XPS results show that bulk oxide is formed on Pt when deposited through impregnation and has higher proportion of oxidized Pt in the form of $Pt^{2+/4+}$ oxidation states than Pt metal. APD-Pt shows, however, mild oxidation with large proportion of active Pt metal. APD-Pt also shows trend of increasing CO oxidation activity with number of shots. The activity continues to increase with surface coverage beyond 100%, thus suggesting a very rough and porous Pt films with higher active surface metal sites due to an increased surface area available for the reactant CO and $O_2$ molecules. The results suggest a novel approach for systematic investigation into metal oxide interface by rational catalysts design which can be extended to other metal-support systems in the future.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.288-289
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• 2011

Indium Tin Oxide (ITO) is a typical highly Transparent Conductive Oxide (TCO) currently used as a transparent electrode material. Most widely used deposition method is the sputtering process for ITO film deposition because it has a high deposition rate, allows accurate control of the film thickness and easy deposition process and high electrical/optical properties. However, to apply high quality ITO thin film in a flexible microelectronic device using a plastic substrate, conventional DC magnetron sputtering (DMS) processed ITO thin film is not suitable because it needs a high temperature thermal annealing process to obtain high optical transmittance and low resistivity, while the generally plastic substrates has low glass transition temperatures. In the room temperature sputtering process, the electrical property degradation of ITO thin film is caused by negative oxygen ions effect. This high energy negative oxygen ions(about over 100eV) can be critical physical bombardment damages against the formation of the ITO thin film, and this damage does not recover in the room temperature process that does not offer thermal annealing. Hence new ITO deposition process that can provide the high electrical/optical properties of the ITO film at room temperature is needed. To solve these limitations we develop the Magnetic Field Shielded Sputtering (MFSS) system. The MFSS is based on DMS and it has the plasma limiter, which compose the permanent magnet array (Fig.1). During the ITO thin film deposition in the MFSS process, the electrons in the plasma are trapped by the magnetic field at the plasma limiters. The plasma limiter, which has a negative potential in the MFSS process, prevents to the damage by negative oxygen ions bombardment, and increases the heat(-) up effect by the Ar ions in the bulk plasma. Fig. 2. shows the electrical properties of the MFSS ITO thin film and DMS ITO thin film at room temperature. With the increase of the sputtering pressure, the resistivity of DMS ITO increases. On the other hand, the resistivity of the MFSS ITO slightly increases and becomes lower than that of the DMS ITO at all sputtering pressures. The lowest resistivity of the DMS ITO is $1.0{\times}10-3{\Omega}{\cdot}cm$ and that of the MFSS ITO is $4.5{\times}10-4{\Omega}{\cdot}cm$. This resistivity difference is caused by the carrier mobility. The carrier mobility of the MFSS ITO is 40 $cm^2/V{\cdot}s$, which is significantly higher than that of the DMS ITO (10 $cm^2/V{\cdot}s$). The low resistivity and high carrier mobility of the MFSS ITO are due to the magnetic field shielded effect. In addition, although not shown in this paper, the roughness of the MFSS ITO thin film is lower than that of the DMS ITO thin film, and TEM, XRD and XPS analysis of the MFSS ITO show the nano-crystalline structure. As a result, the MFSS process can effectively prevent to the high energy negative oxygen ions bombardment and supply activation energies by accelerating Ar ions in the plasma; therefore, high quality ITO can be deposited at room temperature.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.83-83
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• 2012

금속 실리사이드는 낮은 비저항, 실리콘과의 좋은 호환성 등으로 배선 contact 물질로 널리 연구되고 있다. 특히 $CoSi_2$는 선폭의 축소와 관계없이 일정하고 낮은 비저항과 열적 안정성이 우수한 특성 등으로 배선 contact 물질로 활발히 연구되고 있다. 금속 실리사이드를 실리콘 평면기판에 형성시키는 방법으로는 열처리를 통한 금속박막과 실리콘 기판 사이에 확산작용을 이용한 SALICIDE (self-algined silicide) 기술이 대표적이며 CoSi2도 이와 같은 방법으로 형성할 수 있다. Co 박막을 증착하는 방법에는 물리적 기상증착법 (PVD)과 유기금속 화학 증착법 등이 보고되어있지만 최근 급격하게 진행 중인 소자구조의 나노화 및 고 단차화에 따라 기존의 증착 기술은 낮은 단차 피복성으로 인하여 한계에 부딪힐 것으로 예상되고 있다. ALD(atomic layer deposition)는 뛰어난 단차 피복성을 가지고 원자단위 두께조절이 용이하여 나노 영역에서의 증착 방법으로 지대한 관심을 받고 있다. 앞선 연구에서 본 연구진은 CoCp2 전구체과 $NH_3$ plasma를 사용하여 Plasma enhanced ALD (PE-ALD)를 이용한 고 순도 저 저항 Co 박막 증착 공정을 개발 하고 이를 SALICIDE 공정에 적용하여 $CoSi_2$ 형성 연구를 보고한 바 있다. 하지만 이 연구에서 PE-ALD Co 박막은 플라즈마 고유의 성질로 인하여 단차 피복성의 한계를 보였다. 이번 연구에서 본 연구진은 Co(AMD)2 전구체와 $NH_3$, $H_2$, $NH_3$ plasma를 반응 기체로 사용하여 Thermal ALD(Th-ALD) Co 및 PE-ALD Co 박막을 증착 하였다. 고 단차 Co 박막의 증착을 위하여 Th-ALD 공정에 초점을 맞추어 Co 박막의 특성을 분석하였으며, Th-ALD 및 PE-ALD 공정으로 증착된 Co 박막의 단차를 비교하였다. 연구 결과 Th-ALD Co 박막은 95% 이상의 높은 단차 피복성을 가져 PE-ALD Co 박막의 단차 피복성에 비해 크게 향상되었음을 확인하였다. 추가적으로, Th-ALD Co 박막에 고 단차 박막의 증착이 가능한 Th-ALD Ru을 capping layer로 이용하여 CoSi2 형성을 확인하였고, 기존의 PVD Ti capping layer와 비교하였다. 이번 연구에서 Co 박막 및 $CoSi_2$ 의 특성 분석을 위하여 X선 반사율 분석법 (XRR), X선 광전자 분광법 (XPS), X선 회절 분석법 (XRD), 주사 전자 현미경 (SEM), 주사 투과 전자 현미경 (STEM) 등을 사용하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.82.1-82.1
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• 2012

란타늄 산화물 ($La_2O_3$) 박막은 하프늄 산화물 ($HfO_2$) 박막보다 높은 유전 상수와 높은 밴드 오프셋으로 인해 dynamic random access memory(DRAM)에서 유전체 재료로써 연구되어 왔다. 그리고 Lanthanum이 도핑된 HfO2이 더 높은 유전 상수와 낮은 누설 전류 밀도를 갖는 다는 사실이 이전에 보고 된 바 있다. 본 연구에서 우리는 ALD를 이용하여, TiN 하부 전극 위에 $La_2O_3$의 위치를 달리하는 $La_2O_3/HfO_2$의 나노 층상조직 구조(두께 10 nm)를 금속 - 절연체 - 금속 (MIM) 구조로 제작 하였다. ALD는 좋은 comformality와 넓은 지역 균일성을 가지며, 원자수준의 두께를 조절할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 또한, 다양한 화학 물질들을 이용한 복합적 계층구조를 만들 수 있는 점과 $HfO_2$ 및 $La_2O_3$ 계층의 수직 위치를 정확하게 조절할 수 있는 점으로 본 연구에 적합한 증착 방법이다. HfO2 속에 $La_2O_3$ 층을 깊이에 따라 삽입함으로써 $HfO_2$ 계층에 La 도핑의 효과와 더불어 TiN 하부 전극 위의 $La_2O_3$과 $HfO_2$의 차이점을 확인 하였다. $HfO_2$은 $250^{\circ}C$에서 TDMAH와 물을 사용하여, $La_2O_3$은 동일한 온도에서 $La(iPrCp)_3$와 물을 사용하여 제작되었다. 화학적 구성 및 binding 구조는 X선 광전자 분광법 (XPS)을 통해 분석하였다. 전기적 특성(유전 상수 및 누설 전류)은 Capacitance-Voltage (CV)와 Current-Voltage (IV) 측정으로 확인하였다. 결과적으로, $La_2O_3$ 또는 $HfO_2$을 한 종류만 사용한 절연층의 전기적 특성보다, $La_2O_3/HfO_2$의 나노 층상조직 구조가 더 나은 특성 (누설 전류 밀도 : $5.5{\times}10^{-7}\;A/cm^2$ @-1MV/cm, EOT : 14.6)을 갖는다는 것을 확인했고, 더불어 $La_2O_3$의 흡습 성질로 인한 화학 구조와 전기적 특성의 일부 차이를 확인하였다. 본 연구에서는 $HfO_2$ 속에 $La_2O_3$층이 TiN 하부 전극 바로 위에 위치할 때, 즉, 공기 중에 노출되지 않은 $La_2O_3/HfO_2$ 구조에서 가장 좋은 특성의 MIM capacitor를 얻을 수 있었다.

• 보존과학회지
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• 제33권5호
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• pp.381-390
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• 2017

철제유물의 안정화처리는 탈염을 중점으로 하고 있으나, 부식인자 제거여부의 불확실성과 일부 유물의 제한적 적용 등으로 재부식과 같은 문제점이 지적되고 있다. 이를 보완하기 위한 부식억제제의 연구는 일부 보고된 바 있으며, 이 연구는 부식억제를 위한 수처리제 3종에 대한 연구결과이다. 부식억제제 피막이 형성된 시편의 표면관찰 결과 인산염이 주성분인 1종 2호의 시편은 표면의 녹층이 제거되었고, 재부식 시편의 중량 감소율 평균은 1종 2호의 경우 0.58%, 2종 2호의 경우 0.03%, 3종 2호의 경우 0.07%이며, 부식인자인 $Cl^-$ 이온의 변화량은 1종 2호는 28.60 ppm, 2종 2호는 -4.08 ppm, 3종 2호는 -1.94 ppm이었다. 수처리제의 피막에 대하여 XPS로 표면상태를 분석한 결과, 3종 2호보다 2종 2호에서 소지금속인 Fe가 낮게 검출되어 다소 우수한 피막을 유지하였고, Si함량에서도 규산염 기반의 2종 2호에서 상대적으로 함량이 높아 피막 형성이 우수하다고 판단된다. 인산염을 주성분으로 한 1종 2호는 표면의 녹층을 제거하여 금속유물 보존처리약품으로 부적합하고, 규산염을 주성분을 한 2종 2호와 3종 2호의 수처리제는 부식억제 효과가 우수하다고 평가된다. 부식억제제는 철제유물의 출토 당시에 긴급하게 사용할 수 있는 약품으로도 활용이 가능할 것이다.

• 공업화학
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• 제23권3호
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• pp.313-319
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• 2012

본 연구에서는 Polyacrylonitrile (PAN)계 탄소섬유 표면에 구리도금 표면처리가 탄소섬유 강화 복합재료의 기계적 계면 특성에 미치는 영향에 관하여 관찰하였다. 탄소섬유 표면특성은 주사전자현미경, X-선 광전자 분광법, X-선 회절분석기, 접촉각 측정기로 측정하였고, 탄소섬유 강화 복합재료의 기계적 계면 물성은 층간전단강도(interlaminar shear strength, ILSS)와 파괴인성(critical stress intensity factor, $K_{IC}$)측정을 통하여 알아보았다. 실험결과로부터, 기계적 계면물성은 탄소섬유 표면에 COOH group과 도금된 구리함량이 증가됨에 따라 순차적으로 증가되는 것이 확인되었으나, 도금시간을 길게 하여 과량의 구리가 도입되었을 경우 기계적 계면 물성을 도리어 감소시키는 것으로 확인되었다. 결론적으로 구리함량이 탄소섬유 복합재료의 기계적 계면물성을 결정하는 중요 요소라 판단되나, 최적의 함량이상에서는 계면분리에 의한 물성저하의 원인이 될 수 있다.

• 공업화학
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• 제21권3호
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• pp.265-271
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• 2010

활성탄에 $TiO_2$를 졸-겔 방법으로 코팅하여 탄소복합전극을 제조하였고 축전식 이온제거(Capacitive deionization : CDI) 과정에서 나타난 제염효과에 대하여 고찰하였다. 본 연구에서 $TiO_2$는 전극의 젖음성을 향상시켜 전극과 전해질의 접촉 저항을 감소시키고, 전기이중층 흡착량을 증가시킬 수 있으므로 CDI전극재로 활성탄에 코팅하였다. TEM, XRD, XPS로 활성탄에 $TiO_2$가 코팅되었는지 확인하였다. 순환전류전압법과 impedance측정 결과 탄소복합전극이 탄소전극보다 전기이중층 용량이 증가하였으며, 전극의 확산저항이 줄어든 것을 확인하였다. 또한 이온제거율을 확인하기 위한 충전-방전 및 이온전도도 평가 결과 전해질 NaCl $1000\;{\mu}S/cm$에서 탄소복합전극이 탄소전극보다 39% 더 많은 이온을 제거하는 것을 확인하였다. 본 연구 결과 CDI용 전극재료 $TiO_2$가 코팅된 탄소복합전극이 탄소전극보다 효과적인 제염효과를 보임을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제27권6호
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• pp.653-658
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• 2016

본 연구에서는 1차원의 $MnO_2$ nanowire를 $KMnO_4$와 $MnSO_4$ 전구체 혼합물의 수열합성법(hydrothermal method)을 사용하여 제조할 수 있는 합성법을 개발하였다. 제조된 $MnO_2$ nanowire는 전기화학 반응 동안 전자와 이온전달을 용이하게 할 수 있는 넓은 비표면적과 기공구조를 나타내었다. MnO2 nanowire의 미세구조 및 화학구조를 주사형 전자현미경(SEM), 투과전자현미경(TEM), 광전자분석기(XPS), X-ray 회절분석법(XRD), 비표면적분석장비(BET)를 사용하여 분석하였다. 본 $MnO_2$ nanowire 전극의 전기화학적 특성은 순환전압전류법(cyclic voltammetry)과 정전류 충전-방전법(galvanostatic charge-discharge)을 사용하여 3상 전극 시스템(three-electrode system)에서 분석하였다. $MnO_2$ nanowire 전극은 높은 비정전용량(129 F/g), 고속 충방전(61% retention), 반 영구적인 수명특성(100%)을 나타내었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.62-62
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• 2018

Pt is still considered as one of the most active electrocatalysts for ORR in alkaline fuel cells. However, the high cost and scarcity of Pt hamper the widespread commercialization of fuel cells. As a strong candidate for the replacement of Pt catalyst, silver (Ag) has been extensively studied due to its high activity, abundance, and low cost. Ag is more stable than Pt in the pH range of 8~14 as the equilibrium potential of Ag/Ag+ being ${\approx}200mV$ higher than that of Pt/PtO. However, Ag is the overall catalytic activity of Ag for oxygen reduction reaction(ORR) is still not comparable to Pt catalyst since the surface Ag atoms are approximately 10 times less active than Pt atoms. Therefore, further enhancement in the ORR activity of Ag catalysts is necessary to be competitive with current cutting-edge Pt-based catalysts. We demonstrate the architectural design of Ag catalysts, synthesized using plasma discharge in liquid phase, for enhanced ORR kinetics in alkaline media. An attractive feature of this work is that the plasma status controlled via electric-field could form the Ag nanowires or dendrites without any chemical agents. The plasma reactor was made of a Teflon vessel with an inner diameter of 80 mm and a height of 80 mm, where a pair of tungsten(W) electrodes with a diameter of 2 mm was placed horizontally. The stock solutions were made by dissolving the 5-mM AgNO3 in DI water. For the synthesis of Agnanowires, the electricfield of 3.6kVcm-1 in a 200-ml AgNO3 aqueous solution was applied across the electrodes using a bipolar pulsed power supply(Kurita, Seisakusyo Co. Ltd). The repetition rate and pulse width were fixed at 30kHz and 2.0 us, respectively. The plasma discharge was carried out for a fixed reaction time of 60 min. In case of Ag nanodendrites, the electric field of 32kVcm-1 in a 200-ml AgNO3 aqueous solution was applied and other conditions were identical to the plasma discharge in water in terms of electrode configuration, repetition rate and discharge time. Using SEM and STEM, morphology of Ag nanowires and dendrites were investigated. With 3.6 kV/cm, Ag nanowire was obtained, while Ag dendrite was constructed with 32 kV/cm. The average diameter and legth of Ag nanowireses were 50 nm and 3.5 um, and thoes values of Ag dendrites were 40 nm and 3.0 um. As a results of XPS analysis, the surface defects in the Ag nanowires facilitated O2 incorporation into the surface region via the interaction between the oxygen and the electron cloud of the adjacent Ag atoms. The catalytic activity of Ag for oxygen reduction reaction(ORR) showed that the catalytic ORR activity of Ag nanowires are much better than Ag nanodendrites, and electron transfer number of Ag nanowires is similar to that of Pt (${\approx}4$).