The development of next-generation secondary batteries, including lithium-ion batteries (LIB), requires performance enhancements such as high energy/high power density, low cost, long life, and excellent safety. The discovery of new materials with such requirements is a challenging and time-consuming process with great difficulty. To pursue this challenging endeavor, it is pivotal to understand the structure and interface of electrode materials in a multiscale level at the atomic, molecular, macro-scale during charging / discharging. In this regard, various advanced material characterization tools, including the first-principle calculation, high-resolution electron microscopy, and synchrotron-based X-ray techniques, have been actively employed to understand the charge storage- and degradation-mechanisms of various electrode materials. In this article, we introduce and review recent advances in in-situ synchrotron-based x-ray techniques to study electrode materials for LIBs during thermal degradation and charging/discharging. We show that the fundamental understanding of the structure and interface of the battery materials gained through these advanced in-situ investigations provides valuable insight into designing next-generation electrode materials with significantly improved performance in terms of high energy/high power density, low cost, long life, and excellent safety.
Neural network-based time series models called time series neural networks (TSNNs) are trained by the error backpropagation algorithm and used to predict process shifts of parameters such as gas flow, RF power, and chamber pressure in reactive ion etching (RIE). The training data consists of process conditions, as well as principal components (PCs) of optical emission spectroscopy (OES) data collected in-situ. Data are generated during the etching of benzocyclobutene (BCB) in a SF6/O2 plasma. Combinations of baseline and faulty responses for each process parameter are simulated, and a moving average of TSNN predictions successfully identifies process shifts in the recipe parameters for various degrees of faults.
Semiconductor nanowires are essential building blocks for various nanotechnologies including energy conversion, optoelectronics, and thermoelectric devices. Bottom-up synthetic approach utilizing metal catalyst and vapor phase precursor molecules (i.e., vapor - liquid - solid (VLS) method) is widely employed to grow semiconductor nanowires. Al has received attention as growth catalyst since it is free from contamination issue of Si nanowire leading to the deterioration of electrical properties. Al-catalyzed Si nanowire growth, however, unlike Au-Si system, has relatively narrow window for stable growth, showing highly tapered sidewall structure at high temperature condition. Although surface chemistry is generally known for its role on the crystal growth, it is still unclear how surface adsorbates such as hydrogen atoms and the nanowire sidewall morphology interrelate in VLS growth. Here, we use real-time in situ infrared spectroscopy to confirm the presence of surface hydrogen atoms chemisorbed on Si nanowire sidewalls grown from Al catalyst and demonstrate they are necessary to prevent unwanted tapering of nanowire. We analyze the surface coverage of hydrogen atoms quantitatively via comparison of Si-H vibration modes measured during growth with those obtained from postgrowth measurement. Our findings suggest that the surface adsorbed hydrogen plays a critical role in preventing nanowire sidewall tapering and provide new insights for the role of surface chemistry in VLS growth.
도립형 OMVPE 반응기 내부의 기상 온도분포와 OMVPE 전구체들의 농도분포를 in-situ Raman 분광법으로 조사하였다. 운반기체의 회전 Raman 스펙트럼 분석을 통해 반응기 내부의 온도 분포를 측정하였고, 기판 근처에 수직적 온도 구배가 형성됨을 확인할 수 있었다. 또한 진동 Raman 스펙트럼 해석으로부터 전구체의 열분해도를 관찰살 수 있었다. $NH_3$의 경우 800 K 근처에서, TMGa의 경우 650 K 근처에서 열분해가 시작됨을 알 수 있었고, 기판에 매우 근접한 지역에서도 상당량의 전구체가 분해되지 않은 상태로 잔류함을 알 수 있었다.
Kim, Mi-Jin;Jang, Jun-Ho;Han, Jung-Hun;Lee, Yong-Won;Cho, Sang-Min;Son, Sung-Yong;Hulme, John;Choi, In-Sung S.;Paik, Hyun-Jong;An, Seong-Soo A.
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제30권2호
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pp.405-408
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2009
In this work multiwalled carbon nanotube (MWCNT)/fibrin hybrid structures were synthesized via the transglutaminase- catalyzed polymerization of fibrinogen (FBG). Specifically, FBG was tethered onto oxidized MWCNTs by amide coupling, and the in situ polymerization of FBG to fibrin was performed by plasma transglutaminase (Factor XIIIa) in the presence of thrombin. The attached FBG was found to be biologically active and was polymerized to fibrin by thrombin and Factor XIIIa. MWCNT-FBG and MWCNT-Fibrin structures were characterized by FT-IR spectroscopy, transmission electron microscopy, and energy-dispersive X-ray (EDX) spectroscopy.
As the field of application of in-situ gamma spectroscopy is diversified, proficiency is required for consistent and accurate analysis. In this study, a program was developed to virtually create gamma energy spectra of artificial nuclides, which are difficult to obtain through actual measurements, for training. The virtual spectrum was created by synthesizing the spectra of the background radiation obtained through actual measurement and the theoretical spectra of the artificial radionuclides obtained by a Monte Carlo simulation. Since the theoretical spectrum can only be obtained for a given geometrical structure, representative major geometries for in-situ measurement (ground surface, concrete wall, radioactive waste drum) and the detectors (HPGe, NaI(Tl), LaBr3(Ce)) were predetermined. Generated virtual spectra were verified in terms of validity and harmonization by gamma spectrometry and energy calibration. As a result, it was confirmed that the energy calibration results including the peaks of the measured spectrum and the peaks of the theoretical spectrum showed differences of less than 1 keV from the actual energies, and that the calculated radioactivity showed a difference within 20% from the actual inputted radioactivity. The verified data were assembled into a database and a program that can generate a virtual spectrum of desired condition was developed.
Choi, Jindoo;Ryu, Sung Yoon;Kwon, Won Sik;Kim, Kyung-Soo;Kim, Soohyun
Journal of the Optical Society of Korea
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제17권5호
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pp.454-460
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2013
We present qualitative and quantitative component analyses on compound explosives via Terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) based on a combination of wavelet thresholding and wavelength selection. Despite its importance, the field of signal processing of THz signals of compound plastic explosives is relatively unexplored. In this paper, experiment results from explosives Composition B-3 and Pentolite are newly presented, suggesting a novel signal processing procedure for in situ compound explosives detection. The proposed signal processing method demonstrates effective component analysis even in noisy and humid environments, showing significant decrease in component concentration percentage error of approximately 22.7% for Composition B-3 and 48.8% for Pentolite.
This paper describes the electrical properties of poly (polycrystalline) 3C-SiC thin films with different nitrogen doping concentrations. In-situ doped poly 3C-SiC thin films were deposited by APCVD at $1200^{\circ}C$ using HMDS (hexamethyildisilane: $Si_2(CH_3)_6)$) as Si and C precursor, and $0{\sim}100$ sccm $N_2$ as the dopant source gas. The peak of SiC is appeared in poly 3C-SiC thin films grown on $SiO_2/Si$ substrates in XRD(X-ray diffraction) and FT-IR(Fourier transform infrared spectroscopy) analyses. The resistivity of poly 3C-SiC thin films decreased from $8.35{\Omega}{\cdot}cm$ with $N_2$ of 0 sccm to $0.014{\Omega}{\cdot}cm$ with 100 sccm. The carrier concentration of poly 3C-SiC films increased with doping from $3.0819{\times}10^{17}$ to $2.2994{\times}10^{19}cm^{-3}$ and their electronic mobilities increased from 2.433 to $29.299cm^2/V{\cdot}S$, respectively.
Prussian blue (PB) is well known for its excellent $Cs^+$ ions adsorption capacity. Due to the high dispersibility of PB in aqueous phase, composite materials imbedding PB in supporting materials have been introduced as a solution. However, building PB particles inside porous supporting materials is still difficult, as PB particles are not fully formed and elute out to water. In this study, we suggest layer-by-layer (LBL) assembly to provide better immobilization of PB on supporting materials of poly vinyl alcohol sponge (PVA) and cellulose filter (CF). Three different PB attachment methods, ex-situ/in-situ/LBL assembly, were evaluated using PB leaching test as well as $Cs^+$ adsorption test. Changes of surface functionality and morphology during PB composite preparation protocols were monitored through Fourier transform infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. The results indicate that LBL assembly led to better PB attachment on supporting materials, bringing less eluting PB particles in aqueous phase compared to other synthesis methodologies, such as ex-situ and in-situ synthesis. By enhancing the stability of the adsorbent, adsorption capacity of PVA-PB with LBL improved nine times and that of CF-PB improved over 20 times. Therefore, the results suggest that LBL assembly offers a better orientation for growing PB particles on porous supporting materials.
Yena Kwon;Byeong-Seon An;Yeon-Ju Shin;Cheol-Woong Yang
Applied Microscopy
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제50권
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pp.22.1-22.6
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2020
In-situ transmission electron microscopy (TEM) holders that employ a chip-type specimen stage have been widely utilized in recent years. The specimen on the microelectromechanical system (MEMS)-based chip is commonly prepared by focused ion beam (FIB) milling and ex-situ lift-out (EXLO). However, the FIB-milled thin-foil specimens are inevitably contaminated with Ga+ ions. When these specimens are heated for real time observation, the Ga+ ions influence the reaction or aggregate in the protection layer. An effective method of removing the Ga residue by Ar+ ion milling within FIB system was explored in this study. However, the Ga residue remained in the thin-foil specimen that was extracted by EXLO from the trench after the conduct of Ar+ ion milling. To address this drawback, the thin-foil specimen was attached to an FIB lift-out grid, subjected to Ar+ ion milling, and subsequently transferred to an MEMS-based chip by EXLO. The removal of the Ga residue was confirmed by energy dispersive spectroscopy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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