Polymeric films for gas barrier applications such as food packaging and electronic devices have attracted great interest due to their cheap, light and easy processability among gas barrier materials. Especially in electronic devices, extremely low gas permeance is necessary for maintaining the device performance. However, current polymeric barrier films still suffer from relatively high gas permeance than other materials. Therefore, there have been strong needs to enhance the gas barrier performance of polymeric barrier films while keep their own advantages. Recently, graphene is highlighted as a 2D-layered material for gas barrier applications. However, owing to the poor workability and difficulty to produce in engineering scale, graphene oxide (GO) is on the rise. GO consists of oxygen-containing functional groups on surface with intrinsic 2D-layered structure and high aspect ratio, and it can be well-dispersed in aqueous polar solvents like water, resulting in scalable mass production. Here, we prepared GO incorporated polyimide (PI) nanocomposites. PI is widely used barrier polymer with high mechanical strength and thermal and chemical stability. We demonstrated that PI/GO nanocomposites could perform as a gas barrier. Furthermore, surfactants (Triton X-100 (TX) and Sodium deoxycholate (SDC)) are introduced to enhance the gas barrier performance by improving the degree of dispersion of GO in PI matrix. As a result, TX enhanced the gas barrier performance of PI/GO nanocomposites which is similar to predicted value. This finding will provide new insight to polymer nanocomposites for gas barrier applications.
A novel non-enzymatic oxalic acid (OA) sensor based on the platinum/carbon black-nickel-reduced graphene oxide (Pt/CBNi-rGO) nanocomposite is reported. The nanocomposites were prepared by the ethylene glycol reduction method. Their morphology and chemical composition were characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and transmission electron microscopy (TEM). The results clearly demonstrated the formation of the Pt/CB-Ni-rGO nanocomposite. The electrocatalytic activity of the Pt/CB-Ni-rGO electrode was investigated by cyclic voltammetry. It was determined that the appropriate amount of Pt enhanced the catalytic activity of Pt for oxalic acid electro-oxidation. Moreover, the modified electrode was determined to be highly selective for oxalic acid without interference from compounds commonly found in urine including uric acid and ascorbic acid. The chronoamperometric signal gave a wide linearity range of 20 μM-60 mM and the detection limit (3σ) was found to be 2.35 μM. The proposed method showed high selectivity, stability, and good reproducibility and could be used with micro-volumes of sample for the detection of oxalic acid. Finally, the oxalic acid content in artificial and control urine samples were successfully determined by our proposed electrode.
An attempt was made to investigate the effect of the preparation temperature on the electrocapacitive performance of polypyrrole (PPY)/graphene oxide (GO) nanocomposites (PNCs). For this purpose, a series of PNCs were prepared at various temperatures by the cetyltrimethylammonium bromide-assisted dilute-solution polymerization of pyrrole in presence of GO (wt%) ranging from 1.0 to 4.0 with ferric chloride as an oxidant. The formation of the PNCs was ascertained through Fourier-transform infrared spectrometry, X-ray diffraction spectra, scanning electron microscopy and simultaneous thermogravimetric-differential scanning calorimetry. The electrocapacitive performance of the electrodes derived from sulphonated polysulphone-bound PNCs was evaluated through cyclic voltammetry with reference to Ag/AgCl at a scan rate (V/s) ranging from 0.2 and 0.001 in potassium hydroxide (1.0 M). The incorporation of GO into the PPY matrix at a reduced temperature has a pronounced effect on the electrocapacitive performance of PNCs. Under identical scan rates (0.001 V/s), PNCs prepared at $10{\pm}1^{\circ}C$ render improved specific conductivity (526.33 F/g) and power density (731.19 W/Kg) values compared to those prepared at $30{\pm}1^{\circ}C$ (217.69 F/g, 279.43 W/Kg). PNCs prepared at $10{\pm}1^{\circ}C$ rendered a capacitive retention rate of ~96% during the first 500 cycles. This indicates the excellent cyclic stability of the PNCs prepared at reduced temperatures for supercapacitor applications.
Exfoliated graphite oxide (EGO) was prepared by graphite oxide in an aqueous solution of TMAOH. The hybrid graphene/Zn-Al LDH material was fabricated by the hydrothermal reduction of the solution of EGO, $Zn(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$, $Al(NO_3)_3{\cdot}9H_2O$, urea, and trisodium citrate. That is, metal ions were absorbed on the surface of EGO, and Zn-Al LDH material was randomly dispersed on the surface of graphene along with a reduction process of EGO to graphene by hydrothermal treatment. The composition, morphology, and thermal property of the obtained graphene-based hybrid material were studied by FE-SEM, EDX, TEM, FT-IR, XRD, TGA, and DSC.
Yu, Hye-Weon;Song, Jun-Ho;Kim, Chang-Min;Yang, Euntae;Kim, In S.
Membrane Journal
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v.28
no.1
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pp.75-82
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2018
Forward osmosis (FO) desalination system has been highlighted to improve the energy efficiency and drive down the carbon footprint of current reverse osmosis (RO) desalination technology. To improve the trade-off between water flux and salt rejection of thin film composite (TFC) desalination membrane, thin film nanocomposite membranes (TFN), in which nanomaterials as a filler are embeded within a polymeric matrix, are being explored to tailor the separation performance and add new functionality to membranes for water purification applications. The objective of this article is to develop a graphene nanocomposite membrane with high performance of water selective permeability (high water flux, high salt rejection, and low reverse solute diffusion) as a next-generation FO desalination membrane. For advances in fabrication of graphene oxide (GO) membranes, layer-by-layer (LBL) technique was used to control the desirable structure, alignment, and chemical functionality that can lead to ultrahigh-permeability membranes due to highly selective transport of water molecules. In this study, the GO nanocomposite membrane fabricated by LBL dip coating method showed high water flux ($J_w/{\Delta}{\pi}=2.51LMH/bar$), water selectivity ($J_w/J_s=8.3L/g$), and salt rejection (99.5%) as well as high stability in aqueous solution and under FO operation condition.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.36
no.4
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pp.376-384
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2023
Nitrogen-doped graphene was synthesized by a hydrothermal method using graphene oxide (GO) as the raw material, urea as the reducing agent and nitrogen as the dopant. The morphology, structure, composition and electrochemical properties of the samples are characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), nitrogen adsorption-desorption analysis, electrical conductivity and electrochemical tests. The results show that urea can effectively reduce GO and achieve nitrogen doping under the hydrothermal conditions. By adjusting the mass ratio of raw materials to dopants, the graphene with different nitrogen doping contents can be obtained; the nitrogen content range is from 5.28~6.08% (atomic fraction percentage).When the ratio of dopant to urea is 1:30, the nitrogen doping content reaches a maximum of 6.08%.The supercapacitor performance test shows that the nitrogen content prepared by the ratio of 6.08% is the best at 0.1 A·g-1. The specific capacitance is 95.2 F·g-1.
Kim, Yeonjae;Kim, Jungsoo;Jang, Jaeho;Park, Won-Wook;Nam, Dae-Geun
Journal of Surface Science and Engineering
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v.48
no.5
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pp.199-204
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2015
Recently, fuel cell is a good alternative for energy source. Separator is a important component for fuel cell. In this study, The surface of separator was modified for corrosion resistance and electric conductivity. Reduced graphene oxide (rGO) was made by Staudenmaier's method. Nickel, phosphorus and rGO were coated on 6061 aluminum alloy as a separator of proton exchange membrane fuel cell by composite electroless plating. Scanning electron microscope, energy-dispersive X-ray spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy were used to examine the morphology of Ni-P-rGO. Surface images were shown that the rGO was dispersed on the surface of Ni-P electroless plating, and nickel was combined with the un-reduced oxygen functional group of rGO.
In recent years, laser induced graphene process have been intensively studied for eco-friendly electronic device such as flexible electronics or thin film based energy storage devices because of its simple and effective process. In order to increase the performance and efficiency of an electronic device using such a graphene patterned structure, it is essential to study an optimized laser patterning condition as small as possible linewidth while maintaining the graphene-specific 2-dimensional characteristics. In this study, we analyzed to find the optimal line pattern by using a Ti:sapphire femtosecond laser based photo-thermal reduction process. we tuned intensity and scanning speed of laser spot for generating effective graphene characteristic and minimum thermal effect. As a result, we demonstrated the reduced graphene pattern of 30㎛ in linewidth by using a focused laser beam of 18㎛ in diameter.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.16
no.5
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pp.290-292
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2015
We have reported about bipolar resistive switching effect on Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]:Graphene oxide composite films, which are sandwiched between aluminum and indium tin oxide electrodes. In this case, I-V sweep curve showed a hysteretic behavior, which varied according to the polarity of the applied voltage bias. The device exhibited excellent switching characteristics, with the ON/OFF ratio being approximately two orders in magnitude. The device had good endurance (105 cycles without degradation) and long retention time (5 × 103 s) at room temperature. The bistable switching behavior varied according to the trapping and de-trapping of charges on GO sites; the carrier transport was described using the space-charge-limited current (SCLC) model.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.33
no.3
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pp.593-598
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2016
We report on the preparation of reduced graphene oxide (rGO)/single-walled carbon nanotubes (SWNTs) electrodes deposited onto flexible polyethylene terephthalate (PET) via spray coating technique. The highest capacitance value of the unbent rGO/SWNTs electrode was $82Fg^{-1}$ in 1 M $H_2SO_4$ at $100mVs^{-1}$, which decreased to $38Fg^{-1}$ after 500 bending cycle. Further characterization, including galvanostatic charge/discharge measurements and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), showed that the rGO/SWNTs electrode retained a well-defined capacitive response after repetitive bending cycle. Overall, the rGO/SWNTs composite electrode showed reasonable electrochemical properties even prolonged bending cycle. Approximately 50% of the initial capacitance for the rGO/SWNTs composite electrode is remained after 500 bending cycle, making the electrode a potential option for flexible energy storage applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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