Shin, Hye Kyoung;Jeun, Joon Pyo;Kim, Hyun bin;Kang, Phil Hyun
Journal of Radiation Industry
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v.5
no.1
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pp.41-46
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2011
Polyacrylonitrile (PAN) fibers are the most widely used precursor of the materials for carbon fibers. The conventional process of carbon fibers from PAN precursor fiber includes two step; stabilization at low temperature and carbonization at high temperature. Compared to thermal stabilization, the stabilization process by electron beam (E-beam) irradiation is a advanced and brief method. However, a stabilization by E-beam irradiation was required a high dose (over 5,000 kGy) and spend over 1.5 hr (1.14 MeV, 1 mA). In the present work the main goal is exploring a quick stabilization process by cotrolling E-beam currents. The effect of various E-beam currents on stabilization of PAN precursor fiber was studied by gel fraction test, thermo gravimertic analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), tensile strength, and scanning electron microscopy (SEM) images.
Cellulose fibers were stabilized by treatment with an electron-beam (E-beam). The properties of the stabilized fibers were analyzed by scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and thermogravimetric analysis. The E-beam-stabilized cellulose fibers were carbonized in N2 gas at 800℃ for 1 h, and their carbonization yields were measured. The structure of the cellulose fibers was determined to have changed to hemicellulose and cross-linked cellulose as a result of the E-beam stabilization. The hemicellulose decreased the initial decomposition temperature, and the cross-linked bonds increased the carbonization yield of the cellulose fibers. Increasing the absorbed E-beam dose to 1500 kGy increased the carbonization yield of the cellulose-based carbon fiber by 27.5% upon exposure compared to untreated cellulose fibers.
Kim, Du Yeong;Jeun, Joon Pyo;Shin, Hye Kyoung;Kang, Phil Hyun
Journal of Radiation Industry
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v.6
no.1
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pp.55-59
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2012
Polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers have been widely used due to their unique chemical, electrical, and mechanical properties. Electron beam irradiation has been extensively employed as means of altering properties of polymeric materials. Electron beam irradiation can induce chemical reactions in materials without any catalyst. Electron beam irradiation may be useful in accelerating the thermal compression stabilization of PAN nanofibers. To investigate the irradiation effect on PAN fibers, PAN nanofibers were irradiated by electron beam at 1,000~5,000 kGy. Irradiated and non-irradiated PAN nanofibers were heated at 180 and $220^{\circ}C$ without applying pressure for 15 min. Then 1 metric ton has been applied for 5 min. SEM images have been found that the fiber kept its morphological behavior after the hot pressing up to electron beam irradiated 1,000 kGy. DSC thermograms showed that the peak temperatures of the exothermic reactions were found to decrease with increasing electron beam irradiation doses and temperature. FT-IR spectra have been found to decrease $C{\equiv}N$ stretch band with increasing the electron beam irradiation dose. These results indicate that the modification of PAN via reactions such as cyclization is significantly enhanced by electron beam irradiation and thermal compression technique.
Park, Mi-Seon;Ko, Yoonyoung;Jung, Min-Jung;Lee, Young-Seak
Carbon letters
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v.16
no.2
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pp.121-126
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2015
Carbon fibers are prepared by stabilizing pitch fibers accompanying electron beam (E-beam) irradiation. The carbon fibers pretreated by E-beam irradiation achieve a higher stabilization index than the carbon fibers that are only heat-stabilized. In addition, the carbon fibers subjected to E-beam irradiation in the stabilization step exhibit a comparable tensile strength to that of general purpose carbon fibers. The carbon fibers pretreated with an absorbed dose of 3000 kGy have a tensile strength of 0.54 GPa for a similar fiber diameter. Elemental, Fourier-transform infrared spectroscopy, and thermogravimetric analyses indicate that E-beam irradiation is an efficient oxidation and dehydrogenation treatment for pitch fibers by showing that the intensity of the aliphatic C-H stretching and aromatic $CH_2$ bending (out-of-plane) bands significantly decrease and carbonyl and carboxylic groups form.
Lignin can be a valuable natural chemical resource. Structurally, lignin is a three-dimensional polymer made up of condensed C-C bonds and some ether linkages, most of which are not readily degraded. In this study, lignin carbonization under various electron beam pretreatment conditions was characterized through a thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. Lignin stabilization was controlled by various doses of electron beam irradiation corresponding to 50, 100, 200, 500 and 1,000 kGy; the carbonization process was performed under a nitrogen gas atmosphere at $1000^{\circ}C$ for 1 h. The TGA results showed that a 1,000 kGy lignin dose increased the residue weight from 39.96% to 45.23%, compared to non-irradiated lignin. This observation is in agreement with the XRD and Raman spectroscopy results, in which the two theta degrees and the degree of crystallization were improved by increasing the electron beam irradiation.
Kim, Du Yeong;Jeun, Joon Pyo;Shin, Hye Kyoung;Kang, Phil Hyun
Journal of Radiation Industry
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v.6
no.1
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pp.61-65
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2012
Polyacrylonitrile (PAN) is one of the most widely used precursor polymers for making high performance carbon fibers. Conversion of PAN fibers to good quality carbon fibers requires an essential stabilization step prior to carbonization. Electron beam irradiation is an excellent technique for modifying the physical properties of materials. This study aimed to elucidate the effects of electron beam irradiation on the stabilization reactions of PAN nanofibers. FT-IR analysis indicated that the stabilization of irradiated PAN nanofibers was initiated at a lower temperature. The TG curve of PAN nanofibers showed a significant decrease of weight loss step between 280 and $320^{\circ}C$. In the case of irradiated PAN nanofibers, weight loss sudden weight did not loss occurs.
Lee, Yeong Ju;Kim, Hyun Bin;Lee, Seung Jun;Kang, Phil Hyun
Journal of Radiation Industry
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v.9
no.1
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pp.15-20
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2015
Carbon fiber has received much attention owing to its properties, including a large surface-to-volume ratio, chemical and thermal stability, high thermal and electrical conductivity, and high mechanical strengths. In particular, magnetic nanopowder dispersed carbon fiber has been attractive in technological applications such as the electrochemical capacitor and electromagnetic wave shielding. In this study, the nickel-oxide-nanoparticle dispersed polyacrylonitrile (PAN) fibers were prepared through an electrospinning method. Electron beam irradiation was carried out with a 2.5 MeV beam energy to stabilize the materials. The samples were then heat-treated for stabilization and carbonization. The nanofiber surface was analyzed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). The crystal structures of the carbon matrix and nickel nanopowders were analysed using X-ray diffraction (XRD). In addition, the magnetic and electrical properties were analyzed using a vibrating sample magnetometer (VSM) and 4 point probe. As the irradiation dose increases, the density of the carbon fiber was increased. In addition, the electrical properties of the carbon fiber improved through electron beam irradiation. This is because the amorphous region of the carbon fiber decreases. This electron beam effect of PAN fibers containing nickel nanoparticles confirmed their potential as a high performance carbon material for various applications.
In order to study the impact of atmosphere during electron beam irradiation (EBI) of polyacrylonitrile (PAN) precursor fibers, the latter were stabilized by EBI in both air and oxygen atmospheres. Gel-fraction determination indicated that EBI-stabilization under an oxygen atmosphere leads to an enhanced cyclization in the PAN fibers. In the Fourier-transform infrared spectroscopy analysis, the PAN fibers stabilized by EBI under an oxygen atmosphere exhibited a greater decrease in the peak intensity at 2244 cm−1 (C≡N vibration) and a greater increase in the peak intensity at 1628 cm−1 (C=N absorption) than the corresponding PAN fibers stabilized under an air atmosphere. From the X-ray diffraction analysis it was found that oxygen uptake in PAN fibers leads to an increase in the amorphous region, produced by cyclization.
Hyun Kim;Heuijin Lim;Sang Koo Kang;Sang Jin Lee;Tae Woo Kang;Seung Wook Kim;Wung-Hoa Park;Manwoo Lee;Kyoung Won Jang;Dong Hyeok Jeong
Progress in Medical Physics
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v.34
no.3
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pp.33-39
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2023
Purpose: FLASH radiotherapy (RT) using ultra-high dose rate (>40 Gy/s) radiation is being studied worldwide. However, experimental studies such as preclinical studies using small animals are difficult to perform due to the limited availability of irradiation devices and methods for generating a FLASH beam. In this paper, we report the initial dosimetry results of a prototype electron linear accelerator (LINAC)-based irradiation system to perform ultra-high dose rate (UHDR) preclinical experiments. Methods: The present study used the prototype electron LINAC developed by the Research Center of Dongnam Institute of Radiological and Medical Sciences (DIRAMS) in Korea. We investigated the beam current dependence of the depth dose to determine the optimal beam current for preclinical experiments. The dose rate in the UHDR region was measured by film dosimetry. Results: Depth dose measurements showed that the optimal beam current for preclinical experiments was approximately 33 mA, corresponding to a mean energy of 4.4 MeV. Additionally, the average dose rates of 80.4 Gy/s and 162.0 Gy/s at a source-to-phantom surface distance of 30 cm were obtained at pulse repetition frequencies of 100 Hz and 200 Hz, respectively. The dose per pulse and instantaneous dose rate were estimated to be approximately 0.80 Gy and 3.8×105 Gy/s, respectively. Conclusions: Film dosimetry verified the appropriate dose rates to perform FLASH RT preclinical studies using the developed electron-beam irradiator. However, further research on the development of innovative beam monitoring systems and stabilization of the accelerator beam is required.
Kim, Kyunghan;Lee, Jaehoon;Park, Jongkweon;Jin, Sukwon;Choi, Wanhae;Lee, Hongjin
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.31
no.5
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pp.375-380
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2014
To enhance biocompatibility between the orthopedic implant stem and obsteoblast cells, bone-forming cells, micro-size holes are patterned in Ti plate surface. Initially, the house built laser power stabilization system is applied to the laser micro patterning machine to convince repeatable result. Various pulse widths are irradiated Ti plate and relationship between diameters of patterned holes and pulsed width is derived. Effect of multi pulse is observed and optimal pulse number is considered to avoid heat affected zone. After MG-63 osbeoblast cells are cultured, micro patterned Ti plates are compared with control plates. In SEM image, cells are well aligned and aggregation is observed in both 60, and $100{\mu}m$ patterned plates. Finally, free form surface stem model is prepared to test micro hole patterning.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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