With increasingly strict requirements for advanced energy storage devices in electric vehicles (EVs) and stationary energy storage systems (EES), the development of lithium-ion batteries (LIBs) with high power density and safety has become an urgent task. Because the performance of LIBs is determined primarily by the physicochemical characteristics of its electrode material, TiO2, owing to its excellent stability, high safety levels, and environmentally friendly properties, has received significant attention as an alternative material for the replacement of commercial carbon-based anode materials. In particular, self-organized TiO2 micro and nanostructures prepared by anodization have been intensively investigated as promising anode materials. In this review, the mechanism for the formation of anodic TiO2 nanotubes and microcones and the parameters that influence their morphology are described. Furthermore, recent developments in anodic TiO2-based composites as anode electrodes for LIBs to overcome the limitations of low conductivity and specific capacity are summarized.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.445.1-445.1
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2014
Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have been widely investigated as a next-generation solar cell because of their simple structure and low manufacturing cost. The $TiO_2$ film with thickness of $8{\sim}10{\mu}m$, which consists of nanoparticles, acts as both a scaffold with a high surface-to-volume ratio for the dye loading and a pathway to remove the electrons. However, charge carriers have to move across many particle boundaries by a hopping mechanism. So, one dimensional nanostructures such as nanotubes, nanorods and nanowires should improve charge carrier transportation by providing a facile direct electron pathway and lowering the diffusion resistance. However, the efficiencies of DSSCs using one dimensional nanostructures are less than the $TiO_2$ nanoparticle-based DSSCs. In this work, the patterned $TiO_2$ film with thickness of $3{\mu}m$ was deposited using photolithography process to decrease of electron pathway and increase of surface area and transmittance of $TiO_2$ films. Properties of the patterned $TiO_2$ films were investigated by various analysis method such as X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy (FESEM) and UV-visible spectrophotometer.
In the present review, we provide an overview of the research trend of anodic $TiO_2$ nanostructures. To date, most anodic $TiO_2$ nanostructure formation has focused on the fluoride ion electrolyte system to form nanotube layers. Recently, a novel approach that describes the formation of thick, self-organized $TiO_2$ nanostructures was reported. These layers can be prepared on Ti metal by anodization in a hot organic/$K_2HPO_4$ electrolyte. This nanostructure consists of a strongly interlinked network of nanosized $TiO_2$, and thus provides a considerably higher specific surface area than that of using anodic $TiO_2$ nanotubes. This review describes the formation mechanism and novel properties of the new nanostructures, and introduces potential applications.
Unnikrishnan, V.U.;Reddy, J.N.;Banerjee, D.;Rostam-Abadi, F.
Interaction and multiscale mechanics
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v.1
no.4
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pp.397-409
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2008
The interfacial thermal resistance of pristine and defective carbon nanotubes (CNTs) embedded in low-density polyethylene matrix is studied in this paper. Interface thermal resistance in nanosystems is one of the most important factors that lead to the large variation in thermal conductivities in literature and the novelty of this paper lies in the estimation of the interfacial thermal resistance for defective nanotubes-systems. Thermal properties of CNT nanostructures are estimated using molecular dynamics (MD) simulations and the simulations were carried out for various temperatures by rescaling the velocities of carbon atoms in the nanotube. This paper also deals with the mesoscale thermal conductivities of composite systems, using effective medium theories by considering the size effect in the form of interfacial thermal resistance and also using the conventional micromechanical methods like Hashin-Shtrikman bounds and Wakashima-Tsukamoto estimates.
Park, Chang-Kyun;Kim, Jong-Pil;Kim, Young-Kwang;Park, Jin-Seok
Proceedings of the KIEE Conference
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2008.07a
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pp.1220-1221
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2008
Submicron-sized conical-type tungsten(W) field-emitters based on carbon nanotubes(CNTs) are fabricated with the configuration of CNTs/catalyst(Ni)/buffer(Al/Ni/TiN)/W-tip. This study focuses on elucidating how the Al/Ni/TiN stacked buffer layer affects the structural properties of CNTs and the electron-emission characteristics of CNT-emitters. Field-emission scanning electron microscopy(FESEM), high-resolution transmission electron microscopy(HRTEM), and x-ray photoelectron spectroscopy(XPS) are used to monitor the nanostructures, surface morphologies, chemical bonds of all the catalysts and CNTs grown. The crystalline structure of CNTs is also characterized by Raman spectroscopy. Furthermore, the measurement of field-emission characteristics for the field-emitters fabricated shows that the emitter using the Al/Ni/TiN stacked buffer reveals the excellent performances.
Kim, Jong-Pil;Kim, Young-Kwang;Park, Chang-Kyun;Park, Jin-Seok
Proceedings of the KIEE Conference
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2008.07a
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pp.1224-1225
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2008
The results of the experiment that was conducted on the electron emission property and the long-term stability of the emission current in various carbon nanotubes (CNTs)-based field emitters with a CNT/catalyst/buffer/W-tip configuration are presented herein. CNT-based field emitters were fabricated by varying the (TiN, Al/Ni/TiN) buffer layer and the (Ni, Co) catalyst material. This study aimed to elucidate how the buffer layers and catalyst materials affect the structural properties of CNTs and the long-term stability of CNT emitters. Raman spectroscopy, field emission SEM, and high-resolution TEM were used to analyze the crystalline structure, surface morphologies, and nanostructures of all the grown CNTs. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to monitor the chemical bonds of all the buffer layers and catalysts. Electron emission measurement and a long-term (up to 40h) stability test were carried out using a compactly designed field emission measurement system.
Kim, Young-Kwang;Yun, Sung-Jun;Kim, Won;Kim, Jong-Pil;Park, Chang-Kyun;Park, Jin-Seok
Proceedings of the KIEE Conference
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2007.07a
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pp.1271-1272
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2007
Experimental results regarding to the structural properties of carbon nanotubes (CNTs) and the field-emission characteristics of CNT-coated tungsten (W) tips are presented. CNTs are successfully grown on conical-type W-tips by inductively coupled plasma-chemical vapor deposition (ICP-CVD) with or without inserting a TiN-buffer layer prior to the formation of Ni catalysts. For all the CNTs grown, their nanostructures, morphologies, and crystalline structures are analyzed by FESEM, HRTEM, and Raman spectroscopy. Furthermore, the emission properties of CNT-based field-emitters are characterized to estimate the maximum current density and the threshold voltage. The results obtained in this study indicate that the emission current level of the CNT-emitter without using a TiN buffer is desirable for the application of micro-focused x-ray systems.
In general, the charge storage characteristics and overall performance of electrochemical energy devices (such as lithiumion batteries and supercapacitors) significantly depends on the structural and geometrical factors of the electrodes' active materials. The most widely used active materials of electrochemical energy storage devices are based on carbons of various forms. Each carbon type has drawbacks and advantages when used as the electrode material. Studies have been recently carried out to combine different types of carbons, in particular nanostructured carbons, in order to overcome the structure-originated limitations and thus enhance the overall electrochemical performances. In this feature article, we report the recent progress on the development of this novel class of materials (multidimensional nanocarbons), and their applications for supercapacitors. Multidimensional nanocarbons include graphenes/carbon nanotubes (CNTs), CNTs/carbon films, CNTs/fullerenes, and ternary carbon nanostructures. Various applications using these multidimensional nanocarbons have been proposed and demonstrated in the literature. Owing to the recent extensive studies on electrochemical energy storage devices and considering that carbons are their most fundamental electrode materials, the number of reports on nanocarbons employed as electrodes of the electrochemical energy storage devices is rapidly increasing. Recently, numerous multidimensional nanocarbons have been designed, prepared, and utilized as electrodes of electrochemical capacitors or supercapacitors, which are considered next-generation energy devices owing to their unique merits compared to the conventional structures. In this review, we summarize the basic motivations, preparation methods, and resultant supercapacitor performances of each class of multidimensional nanocarbons published in the literature, focusing on recent reports.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.1164-1167
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2005
This paper is about the carbon nanotube(CNT) samples called as CNT cartridges. The CNT cartridges are useful to make it better to fabricate the nano-sized devices like nanoprobes and nanotweezers through physical attachment. To make these cartridges, we need to align CNTs and to purify them from raw material. There is a variety of methods to align 1-dimensional nanostructures like nanotubes and nanowires. In this review, we mainly focused on the methods using electric field. And we will introduce various researches in relation to the CNT cartridges and the fabrication methods using the CNT cartridges and nanomanipulation techniques.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2011.10a
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pp.1.1-1.1
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2011
Electrospinning has known to be very effective tool for production of versatile one-dimensional (1D) nanostructured materials such as nanofibers, nanorod, and nanotubes and for easily assembly to two-, three-dimensional(2D, 3D) nanostructures such as thin film, membrane, and nonwoven web, etc. We have studied on the electrospinning technology for novel energy storage and conversion materials such as advanced separator, dye sensitized solar cell, supercapacitor, etc. High heat-resistive nanofibrous membrane as a new separator for future lithium ion polymer battery was prepared by electrospinning of PVdF based composite solution. The novel nanofibrous composite nonwovens have tensile strength of above 50 MPa and modulus of above 1.3 GPa. The internal structure of the electrospun composite nanofiber with a diameter of few hundreds nanometer were composed of core-shell nanostructure. And also electrospun $TiO_2$ nanorod/nanosphere based dye-sensitized solar cells with high efficiency are successfully prepared. Some battery performance will be introduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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