In order to develop polymer electrolyte for lithium/sulfur batteries, highly microporous P(VdF-HFP) membranes were prepared by phase inversion method. Porous structure was controlled by extracting NMP with mixture of deionized water and methanol. Porous structure of the membranes was observed with SEM. Polymer electrolytes were prepared by soaking the porous membranes in 1M $LiCF_3SO_3-TEGDME/EC$. The ionic conductivity of polymer electrolyte was found to be at high as $2\times10^{-3}S/cm$ when the polymer membrane extracted by $80\%$ methanol was used. The microporous polymer electrolyte optimized in this work displayed high ionic conductivity, uniform pore size, low interfacial resistance and stable ionic conductivity with storage time. The ionic conductivity of polymer electrolytes was measured with various lithium salts, and the conductivity showed $3.3\times10^{-3}S/cm$ at room temperature when $LiPF_6$ was used as a lithium salt.
Anode-supported solid oxide fuel cell (SOFC) was investigated to increase the cell power density at intermediate temperature through control of the cathode structure. The anode-supported SOFC cell were fabricated by wet process, in which the electrolyte of $8mol\%\;Y_2O_3-stabilized\;ZrO_2 (YSZ)$ was coated on the surface of anode support of Ni/YSA and then the cathode was coated. The cathode has two- or three- layered structure composed of $(La_{0.85}Sr_{0.15})_{0.9}MnO_{3-x}(LSM),\;LSM/YS$ composite (LY), and $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3{LSCF)$ with different thickness. Their single cells with different cathode structures were characterized by measuring the cell performance and ac impedance in the temperature range of 600 to $800^{\circ}C$ in humidified hydrogen with $3\%$ water and air. The cell with $LY\;9{\mu}m/LSM\;9{\mu}m/LSCF\;17{\mu}m$ showed best performance of $590mW/cm^2$, which was attributed to low polarization resistance due to LY and to low interfacial resistance due to LSCF.
Total suspendid solid (TSS) of non point source pollutants in construction site are in higher concentration than others (BOD, COD etc). Also, the TSS concentration is very sensitive to the rainfall intensity in early stage of construction. There are two methods for treatment of non point source pollutants, which are temporary treatment facility and filtering one. But they have disadvantages. Temporary facility system has very low efficiency and filtering system consumes high energy and takes up large footprint. This study shows how prefabricated flocculation/coagulation system is developped to cover the above weakness and evaluation of the system performance in construction site. The prefabricated flocculation/coagulation system has very high treatment efficiency comparing with temporary and filtering system and takes small footprint. Therefore, it expects that the system leads to prevention of pollution near construction site and reduction of public grievance. Proper coagulant dosage and sludge circulation facility application, controlling the height of sludge interfacial are necessary to maximize the system efficiency.
Covalent organic frameworks (COFs) have shown promise in various applications, including molecular separation, dye separation, gas separation, filtration, and desalination. Integrating COFs into membranes enhances permeability, selectivity, and stability, improving separation processes. Combining COFs with single-walled carbon nanotubes (SWCNT) creates nanocomposite membranes with high permeability and stability, ideal for dye separation. Incorporating COFs into polyamide (PA) membranes improves permeability and selectivity through a synthetic interfacial strategy. Three-dimensional COF fillers in mixed-matrix membranes (MMMs) enhance CO2/CH4 separation, making them suitable for biogas upgrading. All-nanoporous composite (ANC) membranes, which combine COFs and metal-organic framework (MOF) membranes, overcome permeance-selectivity trade-offs, significantly improving gas permeance. Computational simulations using hypothetical COFs (hypoCOFs) demonstrate superior CO2 selectivity and working capacity relevant for CO2 separation and H2 purification. COFs integrated into thin-film composite (TFC) and polysulfonamide (PSA) membranes enhance rejection performance for organic contaminants, salt contaminants, and heavy metal ions, improving separation capabilities. TpPa-SO3H/PAN covalent organic framework membranes (COFMs) exhibited superior desalination performance compared to traditional polyamide membranes by utilizing charged groups to enable efficient desalination through electrostatic repulsion, suggesting their potential for ionic and molecular separations. These findings highlight COFs' potential in membrane technology for enhanced separation processes by improving permeability, selectivity, and stability. In this review, COF applied for the separation process is discussed.
Mixed-matrix membranes (MMMs), which are composed of a polymer matrix filled with high-performance fillers as a dispersed phase, have been intensively studied for gas separations for the past 30 years. It has been demonstrated that MMMs exhibit superior gas separation performance compared to polymer membranes and are more scalable than polycrystalline membranes. Despite their potential, the commercialization of MMMs has yet to be reported due to several challenging issues. One of the major challenges of MMMs is the non-ideal interface between the continuous polymer phase and dispersed phase, which can result in defect formation (i.e., interfacial voids, etc.). With respect, many MMM studies have focused on addressing the issues through scientific approaches. The engineering approaches for facile and effective large-scale fabrication of MMMs, however, have been relatively underestimated. In this review paper, a novel strategy for fabricating MMMs in a facile and scalable manner using in situ metal-organic framework (MOF) formation is introduced. This new MMM fabrication methodology can effectively address the issues facing current MMMs, likely facilitating the commercialization of MMMs.
Nanyu Mou;Xiyang Zhang;Qianqian Lin;Xianke Yang;Le Han;Lei Cao;Damao Yao
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.6
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pp.2139-2146
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2023
During reactor operation, the divertor must withstand unprecedented simultaneous high heat fluxes and high-energy neutron irradiation. The extremely severe service environment of the divertor imposes a huge challenge to the bonding quality of divertor joints, i.e., the joints must withstand thermal, mechanical and neutron loads, as well as cyclic mode of operation. In this paper, potassium-doped tungsten (KW) is selected as the plasma facing material (PFM), oxygen-free copper (OFC) as the interlayer, oxide dispersion strengthened copper (ODS-Cu) alloy as the heat sink material, and reduced activation ferritic/martensitic (RAFM) steel as the structural material. In this study, a vacuum brazing technology is proposed and optimized to bond Cu and ODS-Cu alloy with the silver-free brazing material CuSnTi. The most appropriate brazing parameters are a brazing temperature of 940 ℃ and a holding time of 15 min. High-quality bonding interfaces have been successfully obtained by vacuum brazing technology, and the average shear strength of the as-obtained KW/Cu and ODS-Cu alloy joints is ~268 MPa. And a fabrication route for manufacturing the flat-type divertor target based on brazing technology is set. For evaluating the reliability of the fabrication technologies under the reactor relevant condition, the high heat flux test at 20 MW/m2 for the as-manufactured flat-type KW/Cu/ODS-Cu/RAFM mockup is carried out by using the Electron-beam Material testing Scenario (EMS-60) with water cooling. This paper reports the improved vacuum brazing technology to connect Cu to ODS-Cu alloy and summarizes the production route, high heat flux (HHF) test, the pre and post non-destructive examination, and the surface results of the flat-type KW/Cu/ODS-Cu/RAFM mockup after the HHF test. The test results demonstrate that the mockup manufactured according to the fabrication route still have structural and interfacial integrity under cyclic high heat loads.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.1
no.1
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pp.17-25
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2013
Thermal storage technology used for indoor heating and cooling to maintain a constant temperature for a long period of time has an advantage of raising energy use efficiency. This, the phase changing material, which utilizes heat storage properties of the substances, capsulizes substances that melt at a constant temperature. This is applied to construction materials to block or save energy due to heat storage and heat protection during the process in which substances melt or freeze according to the indoor or outdoor temperature. The micro-encapsulation method is used to create thermal storage from phase changing material. This method can be broadly classified in 3 ways: chemical method, physical and chemical method and physical and mechanical method. In the physical and chemical method, a wet process using the micro-encapsulation process utilized. This process emulsifies the core material in a solvent then coats the monomer polymer on the wall of the emulsion to harden it. In this process, a surfactant is utilized to enhance the performance of the emulsion of the core material and the coating of the wall monomer. The performance of the micro-encapsulation, especially the coating thickness of the wall material and the uniformity of the coating, is largely dependent on the characteristics of the surfactant. This research compares the performance of the micro-capsules and heat storage for product according to molecular mass and concentration of the surfactant, SSMA (sulfonated styrene-maleic anhydride), when it comes to micro-encapsulation through interfacial polymerization, in which Dodecan-1 is transformed to melamin resin, a heat storage material using phase changing properties. In addition, the thickness of the micro-encapsulation wall material and residual melamine were reduced by adjusting the concentration of melamin resin microcapsules.
The $CoSi_2$ layers have been in-situ grown on undoped poly-Si by the reactive chemical vapor deposition of $Co({\Eta}^5-C_5H_5)(CO)_2$ at $650^{\circ}C$ and their thermal stabilities have been investigated in the temperature range of 800 to $1000^{\circ}C$. The $CoSi_2$ layer grown by the in-situ method had grains with large area of (111) plane, while grains with little area of (111) plane appeared on the $CoSi_2$ layer grown by the conventional two-step method where $CoSi_2$ formed first and transformed to $CoSi_2$. The thermal stability of the $CoSi_2$ layer grown by the in- situ process was improved by more than $100^{\circ}C$ higher than that of the $CoSi_2$ layer grown by the conventional two-step process. The $CoSi_2$ layer grown in situ on a large-grained Poly-Si was stable up to $950^{\circ}C$. The effect of stability improvement by the in situ growth was more pronounced when the grain sizes of the poly-Si substrate were small. The improved thermal stability of the in-situ grown $CoSi_2$ layer could be mainly due to the formation of a uniform $CoSi_2$ layer with the $CoSi_2$ grains, which are in the form of epitaxial-like growth on the each poly-Si grains, causing a reduction of the interfacial energy of the system.
Stable TiS$i_2$was formed by RTA on single-Si and on poly-Si. Subsequently, an Al-1% Si layer with 600-nm thick was deposited on top of the TiS$i_2$, Finally, the specimens were annealed for 30min at 400-60$0^{\circ}C$in $N_2$ambient. The thermal stability of Al-1% Si/TiS$i_2$bilayer and interfacial reaction were investigated by measuring sheet resistance, Auger electron spectroscopy (AES), and scanning electron microscopy (SEM). The composition and phase of precipitates formed by the reaction of Al-1% Si with Ti-silicide were studied by energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD). In the case of single-Si substrate the reaction of Al-1% Si layer with TiS$i_2$layer resulted in precipitates, consuming all TiS$i_2$layer at 55$0^{\circ}C$. On the other hand, the disappearance of TiS$i_2$on poly-Si occurred at 50$0^{\circ}C$ and more precipitates were formed by the reaction of Al-1% Si/TiS$i_2$on potty-Si substrate than those of the reaction on single-Si substrate. This phenomenon resulted from the fact that Ti-silicide formed on poly-Si was more unstable than on single-Si by the effect of grain boundary. By EDS analysis the precipitates were found tobe composed of Ti, Al, and Si. X-ray diffraction showed the phase of precipitates to be theT$i_7$A$l_5$S$i_12$ternary compound.
Kim, Soo-Hyun;Yim, Sung-Soo;Lee, Do-Joong;Kim, Ki-Su;Kim, Hyun-Mi;Kim, Ki-Bum;Sohn, Hyun-Chul
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.06a
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pp.239-240
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2008
As semiconductor devices are scaled down for better performance and more functionality, the Cu-based interconnects suffer from the increase of the resistivity of the Cu wires. The resistivity increase, which is attributed to the electron scattering from grain boundaries and interfaces, needs to be addressed in order to further scale down semiconductor devices [1]. The increase in the resistivity of the interconnect can be alleviated by increasing the grain size of electroplating (EP)-Cu or by modifying the Cu surface [1]. Another possible solution is to maximize the portion of the EP-Cu volume in the vias or damascene structures with the conformal diffusion barrier and seed layer by optimizing their deposition processes during Cu interconnect fabrication, which are currently ionized physical vapor deposition (IPVD)-based Ta/TaN bilayer and IPVD-Cu, respectively. The use of in-situ etching, during IPVD of the barrier or the seed layer, has been effective in enlarging the trench volume where the Cu is filled, resulting in improved reliability and performance of the Cu-based interconnect. However, the application of IPVD technology is expected to be limited eventually because of poor sidewall step coverage and the narrow top part of the damascene structures. Recently, Ru has been suggested as a diffusion barrier that is compatible with the direct plating of Cu [2-3]. A single-layer diffusion barrier for the direct plating of Cu is desirable to optimize the resistance of the Cu interconnects because it eliminates the Cu-seed layer. However, previous studies have shown that the Ru by itself is not a suitable diffusion barrier for Cu metallization [4-6]. Thus, the diffusion barrier performance of the Ru film should be improved in order for it to be successfully incorporated as a seed layer/barrier layer for the direct plating of Cu. The improvement of its barrier performance, by modifying the Ru microstructure from columnar to amorphous (by incorporating the N into Ru during PVD), has been previously reported [7]. Another approach for improving the barrier performance of the Ru film is to use Ru as a just seed layer and combine it with superior materials to function as a diffusion barrier against the Cu. A RulTaN bilayer prepared by PVD has recently been suggested as a seed layer/diffusion barrier for Cu. This bilayer was stable between the Cu and Si after annealing at $700^{\circ}C$ for I min [8]. Although these reports dealt with the possible applications of Ru for Cu metallization, cases where the Ru film was prepared by atomic layer deposition (ALD) have not been identified. These are important because of ALD's excellent conformality. In this study, a bilayer diffusion barrier of Ru/TaCN prepared by ALD was investigated. As the addition of the third element into the transition metal nitride disrupts the crystal lattice and leads to the formation of a stable ternary amorphous material, as indicated by Nicolet [9], ALD-TaCN is expected to improve the diffusion barrier performance of the ALD-Ru against Cu. Ru was deposited by a sequential supply of bis(ethylcyclopentadienyl)ruthenium [Ru$(EtCp)_2$] and $NH_3$plasma and TaCN by a sequential supply of $(NEt_2)_3Ta=Nbu^t$ (tert-butylimido-trisdiethylamido-tantalum, TBTDET) and $H_2$ plasma. Sheet resistance measurements, X-ray diffractometry (XRD), and Auger electron spectroscopy (AES) analysis showed that the bilayer diffusion barriers of ALD-Ru (12 nm)/ALD-TaCN (2 nm) and ALD-Ru (4nm)/ALD-TaCN (2 nm) prevented the Cu diffusion up to annealing temperatures of 600 and $550^{\circ}C$ for 30 min, respectively. This is found to be due to the excellent diffusion barrier performance of the ALD-TaCN film against the Cu, due to it having an amorphous structure. A 5-nm-thick ALD-TaCN film was even stable up to annealing at $650^{\circ}C$ between Cu and Si. Transmission electron microscopy (TEM) investigation combined with energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis revealed that the ALD-Ru/ALD-TaCN diffusion barrier failed by the Cu diffusion through the bilayer into the Si substrate. This is due to the ALD-TaCN interlayer preventing the interfacial reaction between the Ru and Si.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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