• 대한기계학회논문집B
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• 제39권6호
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• pp.541-548
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• 2015

본 논문에서는 순차적 화학기상증착법에 기반하여 다양한 구조적 특성을 갖는 산화아연 나노구조체를 탄소나노튜브 상에 3 차원 혼성구조로 형성하는 공정을 개발하고 그 형성 메커니즘을 논한다. 이어서 나노와이어, 나노로드, 나노플레이트, 다결정 나노박막 등 다양한 형상의 산화아연 나노구조를 온도, 압력, 개스유량 등 주요 파라미터들의 조절을 통해 형성할 수 있음을 보이며, 이의 형성 원리에 대해 기본적인 형성 메커니즘과 연계하여 고찰한다. 본 연구 결과를 통해, 압전 및 광전 에너지변환 특성 등 풍부한 기능성을 보유하되 다소 높은 전기저항을 갖는 산화아연 나노구조체를 다양한 포맷으로 양전도성의 탄소나노튜브와 혼성화 함으로써, 각각의 포맷 별로 특화된 보다 폭넓은 응용 분야로의 활용을 구현해 나갈 수 있을 것이다.

• 한국재료학회지
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• 제27권12호
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• pp.658-663
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• 2017

Urchin-structured zinc oxide(ZnO) nanorod(NR) gas sensors were successfully demonstrated on a polyimide(PI) substrate, using single wall carbon nanotubes(SWCNTs) as the electrode. The ZnO NRs were grown with ZnO shells arranged at regular intervals to form a network structure with maximized surface area. The high surface area and numerous junctions of the NR network structure was the key to excellent gas sensing performance. Moreover, the SWCNTs formed a junction barrier with the ZnO which further improved sensor characteristics. The fabricated urchin-structured ZnO NR gas sensors exhibited superior performance upon $NO_2$ exposure with a stable response of 110, fast rise and decay times of 38 and 24 sec, respectively. Comparative analyses revealed that the high performance of the sensors was due to a combination of high surface area, numerous active junction points, and the use of the SWCNTs electrode. Furthermore, the urchin-structured ZnO NR gas sensors showed sustainable mechanical stability. Although degradation of the devices progressed during repeated flexibility tests, the sensors were still operational even after 10000 cycles of a bending test with a radius of curvature of 5 mm.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.35.1-35.1
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• 2009

Vertically aligned zinc oxide (ZnO) nanorods (NRs) with different surface morphology were grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) on sapphire substrate. The films thus prepared were characterized by measuring X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM) and Transmission electron microscopy (TEM) studies. To study the effect of surface morphology on wettability, the contact angle (CA) of water was measured. It was demonstrated that the CA of the deposited ZnO NRs varied between $104^{\circ}$ and $135^{\circ}$ depending upon the surface morphology. Variable temperature photoluminescence (PL) have employed to probe the exciton recombination in high density and vertically aligned ZnO Nanorod arrays. The low-temperature PL characterizes the dominant near-band-edge excitonic emissions from such nanorod arrays.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.90.1-90.1
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• 2010

Due to the rapidly diminishing energy sources and higher energy production cost, the interest in dye-sensitized solar cells (DSSCs) has been increasing dramatically in recent years. A typical DSSC is constructed of wide band gap semiconductor electrode such as $TiO_2$ or ZnO that are anchored by light-harvesting sensitizer dyes and surrounded by a liquid electrolyte with a iodide ion/triiodide ion redox couple. DSSCs based on one-dimensional nano-structures, such as ZnO nanorods, have been recently attracting increasing attention due to their excellent electrical conductivity, high optical transmittance, diverse and abundant configurations, direct band gap, absence of toxicity, large exiton binding energy, etc. However, solar-to-electrical conversion performances of DSSCs composed of ZnO n-type photo electrode compared with that of $TiO_2$ are not satisfactory. An important reason for the low photovoltaic performance is the dissolution of $Zn^{2+}$ by the adsorption of acidic dye followed by the formation of agglomerates with dye molecules which could block the I-diffusion pathway into the dye molecule on the ZnO surface. In this paper, we prepared the DSSC with the ZnO electrode using the chemical bath deposition (CBD) method under low temperature condition (< $100^{\circ}C$). It was demonstrated that the ZnO seed layers played an important role on the formation of the ZnO nanostructures using CBD. To achieve truly low-temperature growth of the ZnO nanostructures on the substrates, a two-step method was developed and optimized in the present work. Firstly, ZnO seed layer was prepared on the FTO substrate through the spin-coating method. Secondly, the deposited ZnO seed substrate was immersed into an aqueous solution of 0.25M zinc nitrate hexahydrate and 0.25M hexamethylenetetramine at $90^{\circ}C$ for hydrothermal reaction several times.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.330-332
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• 2013

소 분위기에서 플라즈마 표면 처리의 경우 기판 표면에 존재하는 수소와 탄소 유기물들이 산소와 반응하여 $H_2O$와 $CO_2$ 등으로 제거되며 표면에 오존 결합을 유도하여 표면 에너지를 증가시키는 것으로 알려져 있다. ZnO 나노구조물을 성장시키는 방법으로는 MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposited), PLD (Pulsed Laser Deposition), VLS (Vapor-Liquid-Solid), Sputtering, 습식화학합성법(Wet Chemical Method) 방법 등이 있다. 그중에서도 습식화학합성법은 쉽게 구성요소를 제어할 수 있고, 저비용 공정과 낮은 온도에서 성장 가능하며 플렉서블 소자에도 적용이 가능하다. 그러므로 본 연구에서는 플라즈마 표면처리에 따라 표면에너지를 변화하여 습식화학합성법으로 성장시킨 ZnO nanorods의 밀도를 제어하고 photolithography 공정 없이 패터닝 가능성을 유 무를 판단하는 연구를 진행하였다. 기판은 Si wafer (100)를 사용하였으며 세척 후 표면에너지 증가를 위한 플라즈마 표면처리를 실시하였다. 분위기 가스는 Ar/$O_2$를 사용하였으며 입력전압 400 W에서 0, 5, 10, 15, 60초 동안 각각 실시하였다. ZnO nanorods의 seed layer를 도포하기 위하여 Zinc acetate dehydrate [Zn $(CH_3COO)_2{\cdot}2H_2O$, 0.03 M]를 ethanol 50 ml에 용해시킨 후 스핀코팅기를 이용하여 850 RPM, 15초로 5회 실시하였으며 $80^{\circ}C$에서 5분간 건조하였다. ZnO rods의 성장은 Zinc nitrate hexahydrate [$Zn(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$, 0.025M], HMT [$C6H_{12}N_4$, 0.025M]를 deionized water 250 ml에 용해시켜 hotplate에 올리고 $300^{\circ}C$에서 녹인 후 $200^{\circ}C$에서 3시간 성장시켰다. ZnO nanorods의 성장 공정은(Fig. 1)과 같다. 먼저 플라즈마 처리한 시편의 표면에너지 측정을 위해 접촉각 측정 장치[KRUSS, DSA100]를 이용하였다. 그 결과 0, 5, 10, 15, 60 초로 플라즈마 표면 처리했던 시편이 각각 Fig. l, 2와 같이 $79^{\circ}$, $43^{\circ}$, $11^{\circ}$, $6^{\circ}$, $7.8^{\circ}$로 측정되었으며 이것을 각각 습식화학합성법으로 ZnO nanorods를 성장 시켰을 때 Fig. 3과 같이 밀도 차이를 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 기판의 표면에너지를 제어하여 Fig. 4와 같이 나타나며 photolithography 공정없이 ZnO nanorods를 패터닝을 할 수 있었다. 본 연구에서는 플라즈마 표면 처리를 통하여 표면에너지의 변화를 제어함으로써 ZnO nanorods 성장의 밀도 차이를 나타냈었다. 이러한 저비용, 저온 공정으로 $O_2$, CO, $H_2$, $H_2O$와 같은 다양한 화학종에 반응하는 ZnO를 이용한 플렉시블 화학센서에 응용 및 사용될 수 있고, 플렉시블 디스플레이 및 3D 디스플레이 소자에 활용 가능하다.

• 한국재료학회지
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• 제21권2호
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• pp.111-114
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• 2011

As a growth-template of ZnO nanorods (NR), a hexagonal $\beta-Ni(OH)_2$ nanosheet (NS) was synthesized with the low temperature hydrothermal process and its microstructure was investigated using a high resolution scanning electron microscope and transmission electron microscope. Zinc nitrate hexahydrate was hydrolyzed by hexamethylenetetramine with the same mole ratio and various temperatures, growth times and total concentrations. The optimum hydrothermal processing condition for the best crystallinity of hexagonal $\beta-Ni(OH)_2$ NS was determined to be with 3.5 mM at $95^{\circ}C$ for 2 h. The prepared $Ni(OH)_2$ NSs were two dimensionally arrayed on a substrate using an air-water interface tapping method, and the quality of the array was evaluated using an X-ray diffractometer. Because of the similarity of the lattice parameter of the (0001) plane between ZnO (wurzite a = 0.325 nm, c = 0.521 nm) and hexagonal $\beta-Ni(OH)_2$ (brucite a = 0.313 nm, c = 0.461 nm) on the synthesized hexagonal $\beta-Ni(OH)_2$ NS, ZnO NRs were successfully grown without seeds. At 35 mM of divalent Zn ion, the entire hexagonal $\beta-Ni(OH)_2$ NSs were covered with ZnO NRs, and this result implies the possibility that ZnO NR can be grown epitaxially on hexagonal $\beta-Ni(OH)_2$ NS by a soluble process. After the thermal annealing process, $\beta-Ni(OH)_2$ changed into NiO, which has the property of a p-type semiconductor, and then ZnO and NiO formed a p-n junction for a large area light emitting diode.

• 공업화학
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• 제33권1호
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• pp.11-16
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• 2022

금속유기골격체(metal-organic frameworks, MOFs)는 나노사이즈의 기공을 가진 다공성 물질로, 금속이온과 유기리간드의 종류에 따라 기체흡착도 및 기공크기의 조절이 가능하다. 이러한 장점을 이용하여, 기체 포집 및 분리, 그리고 기체센서분야에서 금속유기골격체에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 신속하고, 정량적인 기체 흡탈착 분석을 위해서는, 센서 표면에 균일한 필름 형태의 다양한 MOF 구조체를 형성해야 한다. 본 총설논문에서는 양극산화알루미늄, 산화아연 나노막대, 구리 박막으로부터 직접합성법을 이용하여 각각 MIL-53 (Al), ZIF-8, Cu-BDC와 같은 MOF를 마이크로진동자 센서 표면에 균일하게 합성하는 방법에 대해 정리하였다. 또한, 대표적인 마이크로진동자인 수정진동자미세저울과 마이크로캔틸레버의 작동원리와 금속유기골격체에 기체흡착 시 변하는 신호해석에 대한 내용을 다룬다. 이를 통해, 마이크로진동자 기반 금속유기골격체의 기체 흡탈착 분석에 대한 이해를 높이고자 한다.