Replacement of Platinum Cathodes in Stainless Steel Anodization

박건,박재우 한국퇴적환경준설학회(구 한국환경준설학회) 2022 한국환경준설학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.11

기존의 스테인리스 강의 양극산화는 이온화 서열이 높은 백금과 같은 귀금속과 함께 진행되었으며, 양극산화를 통하여 스테인리스 강 표면에 나노크기의 포어들이 생겼다 . 양극산화된 스테인리스 강은 포어들에는 가 존재하고, 스테인리스 표면의 와 이종접합(Z-scheme)을 이루며 유기물들을 분해하는 과정을 통해 물 정화를 이룰 수 있는 금속 촉매이다. 또한, 양극산화된 스테인리스 강은 재사용이 용이하고, 과산화수소()와 함께 사용할 때 높은 유기물 분해 효율을 보여주었다. 하지만 귀금속과 함께 진행되는 양극산화의 경우, 이에 따른 비용적인 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 귀금속을 대신하여 스테인리스 강을 사용한 양극산화를 진행하고, 만들어진 산화된 스테인리스 강의 메틸 오렌지 분해를 통한 최적화를 진행할 것이다. 투과전자현미경, X선 광전자 분석, x-ray 회절분석법 등을 통하여 양극산화된 물질의 구조와 형태를 확인할 것이며, 자외 및 가시선 분광분석법을 통하여 메틸 오렌지의 분해를 정량적으로 파악하고, 이를 통하여 분해율이 가장 좋은 양극산화된 스테인리스 강의 조건을 최적화할 것이다. 양극산화의 조건은 전압 그리고 양극산화 진행 시간으로 나누어서 진행할 예정이며, 전압 및 진행 시간별 최적화 조건과 이들을 종합한 최적화 조건을 알아낼 것이고 전압 및 진행 시간과 유기물 분해 능력의 상관관계 또한 파악된다.

전기자동차 절연 부품용 알루미늄 합금의 공정 조건에 따른 플라즈마 전해 산화(PEO) 양극산화피막의 미세구조와 기계적 성질

Do Hoon Cho,Sri Harini Rajendran,Jae Pil Jung 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11

전기자동차의 전압이 인가되는 부품에는 내마모성과 전기절연을 위해 알루미나(Al2O3) 양극산화피막이 적용된다. 일반적으로 양극산화피막을 형성하는 방법인 아노다이징은 굴곡부에 균열이 발생하기 때문에 해당 균열부에서 전기적 단락이 발생할 수 있다. 따라서 균열이 없는 양극산화피막을 형성할 수 있는 플라즈마 전해 산화(PEO)를 이용하여 전기자동차용 알루미늄 합금에 양극산화피막을 형성하는 방법에 대한 연구가 요구되는 상황이다. 따라서 이번 연구에서는 플라즈마 전해 산화(PEO) 공정 조건을 다양하게 바꾸어 A7075 알루미늄 합금에 양극산화피막을 형성하는 최적의 공정 조건을 찾는 연구를 진행했다. 연구는 전해액의 조성 및 조성비, 코팅 시간, 플라즈마 파워 종류, 전류 밀도, 전압 등의 조건을 변화시켜 표면 미세구조와 경도 측면에서 최적의 양극산화피막을 형성하는 조건 찾는 방식으로 진행했다. 양극산화피막의 미세구조는 X선 회절, 주사전자현미경 등으로 관찰하고 기계적 성질은 표면 경도를 측정하여 분석하였다.

양극산화를 통해 제작된 TiO₂ 나노튜브 어레이의 분할과 팽창에 따른 안정도 변화 분석

김보현(Bo Hyeon Kim),부상돈(Sang Don Bu) 한국물리학회 2022 새물리 Vol.72 No.11

본 논문에서는 양극산화를 통해 TiO₂ 나노튜브 어레이를 제작하였다. 전계방사형 주사전자현미경을 이용하여 양극산화 시간에 따른 나노튜브 밑부분의 직경에 따른 정렬도 변화를 분석하였다. 양극산화 초기에는 서로 독립적으로 분리된 형태의 TiO₂가 형성된 것을 확인하였다. 이 과정에서, 양극산화 시간이 증가하면서 나노튜브의 팽창과 분열이 진행되는 것을 확인하였다. 큰 직경을 가진 나노튜브가 분할되면서 전체적인 직경의 분포도가 감소하고 그에 따라 나노튜브 형태의 안정성이 향상되는 경향을 보였다. 시간이 더욱 지나면서 나노튜브의 분할이 어느정도 끝나게 되면 나노튜브의 팽창이 더욱 우세하게 진행되어 다시 평균 직경이 증가하는 경향을 보였다. 이러한 결과를 통하여 양극산화의 시간이 정렬도에 영향을 주는 것과 밑부분의 직경이 초반에는 무작위로 생성되는 것을 추가적으로 확인하였다. 또한, TiO₂ 나노튜브가 성장하는 과정에서 밑부분은 성장하며 팽창만 일어나는 것이 아닌 분할 과정이 추가로 있는 것으로 확인되었다. In this research, TiO₂ nanotube arrays were fabricated by using anodization. The change in alignment due to the change in the diameter of the nanotube bottom in accordance with anodization time was analyzed by using field emission scanning electron microscopy. Individually separated TiO₂ was confirmed to have formed in the initial stage of anodization. In this process, the expansion and division of the nanotube proceeded with the prolongation of anodization time. As large-diameter nanotubes divided, the distribution values of the diameters decreased, and the stability degree tended to improve. With the passage of time, when the division of the nanotube had been completed to some extent, the expansion of the nanotube proceeded more predominantly, and the average diameter tended to increase. These findings confirmed that the time of anodization affected the alignment and that the bottom diameter was randomly generated at the beginning. Moreover, during TiO₂ nanotube growth, the bottom part not only expanded but also split.

양극산화방법으로 착색한 티타늄 안경테의 산화막 두께에 따른 색상 연구

현승철,진문석,김용근 한국안광학회 2009 한국안광학회지 Vol.14 No.4

목적: 본 연구에서는 양극산화방법을 이용하여 티타늄 안경테를 다양한 색상으로 착색하는 조건들을 규명하고자 한다. 방법: 자체 제작한 양극산화박막 제조 장치를 사용하였다. 음극에는 33cm2의 백금판을 사용하였으며, 양극 에는 티타늄 안경테 재료 시편을 장착한 다음 전해액이 접촉하도록 하였다. 전원 장치는 정전류 방식으로 시간에 따라 일정한 전류가 미세하게 조정되도록 고안 설계하였다. 산화막의 색분석은 분광측색계의 적분구를 이용하였고, 색좌표는 CIE L*a*b color system를 사용하였다. 결과 및 고찰: 전극에 인가되는 시간을 조정하여 티타늄 안경테 재료의 산화막(TiO2) 두께를 변화시킴으로서 호도색, 황갈색, 군청색, 파란색, 연푸른색, 녹두색, 황록색, 연보라색, 보라색, 꽃분홍색, 청록색, 에메랄트색, 녹색등 다양한 색상을 얻을 수 있었다. 정확한 색상 변화를 CIE L*a*b* 값을 측정하였다. 그 결과 티타늄 안경테 재료 산화막의 두께가 두꺼워지면서 색좌표 상에서 시계방향으로 변화가 진행 되는 것을 알 수 있었다. 결론: 티타늄 안경테 재료에 양극산화에 의해 착색원리를 규명하였다. Purpose: To examine the coloring condition of titanium spectacle frames with various colors by using anodization method. Methods: We made an anodization coater. Platinum plate with 3 cm2 was used for a cathode and titanium spectacle frame specimens was mounted on an anode in an electrolyte. An electric source device were designed to supply steady state current. The color of the coated spectacle frame specimens were measured by a spectrophotometer equipped with an integrating sphere. We use CIE L*a*b color system as chromaticity coordinates. Results: The thickness of TiO2 of titanium spectacle frame specimens was varied as controlling current flow time for electrodes. The specimens with various kinds of color as a walnut, a yellow brown, a navy blue, a blue, a light blue, a mung bean, a yellowish green, a light purple, a purple, a flower pink, a bluish green, an emerald, and a green color etc. were obtained. The values of CIE L*a*b* for these specimens were measured and analyzed to be changed clockwise in chromaticity coordinates as the thickness of TiO2 increases. Conclusions: We identified the coloring mechanism by anodization method in titanium spectacle frame specimens.

양극산화방법으로 착색한 티타늄 안경테 광 반사 스펙트럼 연구

현승철,진문석,김형곤 대한시과학회 2009 대한시과학회지 Vol.11 No.4

목적: 본 연구에서는 양극산화방법을 이용하여 착색된 티타늄 안경테의 산화막 두께에 따른 색상을 광 반사 스펙트럼을 통해서 규명하고자 한다. 방법: 양극산화 방법 제조 장치를 자체 제작하여 사용하였다. 연구에 사용한 티타늄 안경테원재료 조성은 EDS로 측정하였고, 구조분석은 XRD를 사용하여 X선 회절선으로부터 구하였다. 광 반사 측정은 UV-VIS-NIR spectrophotometer에 부착된 적분구를 사용했다. 결과 및 고찰: 조성 분석한 결과는 티타늄(Ti)이 97.09%와 탄소(C)2.91%로 합성된 합금으로 해석되었고, 구조는 Hexagonal이었다. 티타늄 안경테 재료에 인가 시간을 조정하여 산화막(TiO2) 두께를 변화시킴으로서 다양한 색상을 얻을 수 있었다. 광 반사 스펙트럼을 측정해 보면 양극산화 방법으로 착색한 티타늄 안경테는 양극산화 초기단계에서는 청색영역의 파장에서 하나의 넓은(broad)피크를 갖는 광 반사 스펙트럼이 관측되었고, 양극산화 시간이 진행되어 두께가 두꺼워 질수록 붉은색 영역에서 광 반사가 크게 일어나고, 피크도 분리되는 것을 알 수 있다. 결론: 티타늄 안경테의 색상은 양극산화에 의해 형성된 산화막의 굴절률과 두께에 의존한 광의 간섭효과에 의해서 변화는 것을 알 수 있다. Purpose: To identify the color of titanium spectacle frames colored by an anodization method by measuring their reflection spectra. Methods: We made an anodization coater. The composition of an un-coated titanium spectacle frame specimen was measured by EDS. Its structure was obtained by analyzing the X-ray diffraction pattern measured by using an XRD. Reflection spectra were measured by using an UV-VIS-NIR spectrophotometer equipped with an integrating sphere. Results and Consideration: The un-coated titanium spectacle frame specimen was composed of Ti:97.09% and C:2.91%. Its structure was hexagonal. We can obtain spectacle frame specimens with various kind of color by controlling the TiO2 thickness with current flow time. From the reflection spectra of the coated titanium spectacle frame specimens, we can see that the coated spectacle frame specimens colored by an anodization method show reflection spectra with a broad peak in the blue wavelength range in the early part of the anodization. According to increasing the TiO2 thickness with increasing current flow time, we can see that the spectacle frame specimens show reflection spectra with high reflection value in the red wavelength range and also separating two broad peaks. Conclusions: We can see that the color of the coated titanium spectacle frames varies with interference effect related to TiO2 thickness and a refractive index.

열 피로에 미치는 알루미늄 양극산화 제조방법의 융합연구

강수영 한국융합학회 2016 한국융합학회논문지 Vol.7 No.5

알루미늄의 양극산화는 황산법, 수산법과 황산과 수산을 활용한 혼산법 등이 있다. 산업체에서 만들어 지는 양극산화는 황산법으로 전해액속의 황산농도가 15 ∼ 20 wt %이다. 연질 양극산화피막을 생성할 경우는 전해 액의 온도가 20∼30℃ 범위에서 생산되고 있으며, 생산 전압은 직류전압으로 13∼15 V 이내가 가장 많이 사용된다. 경질 양극산화피막을 생성할 경우는 전해액의 온도가 0 ∼ -5 ℃에서 생산되어지고 있다. 본 연구에서는 황산법과 수산법을 이용하여 50㎛ 두께의 양극산화피막(알루미나)를 제작하였다. 황산법과 수산법에 의해 시편을 제조하여 열 피로시험을 수행하였다. 황산법과 수산법의 균열발생온도는 500℃와 600℃이었다. 황산법의 균열발생온도는 수 산법의 균열발생온도보다 낮았다. 시험결과 수산법의 열 피로는 황산법의 열 피로 특성보다 좋았다. 그 이유를 알루 미늄과 알루미나의 열팽창계수와 제조온도로 설명하였다. 고온에서 사용되는 양극산화제품의 제조방법을 여기서의 융합 연구를 통해 제안 가능하게 되었다. Anodic oxidation of aluminum has a sulfuric acid method and a oxalic acid method. Sulfuric acid concentration of the sulfuric acid method is 15∼20 wt%. In the case of soft anodizing used in the 20 ∼30 ℃ range, and voltage is the most used within a DC voltage 13∼15V. In the case of hard anodizing used in the 0 ∼ -5 ℃ range. An aluminum oxide layer is made using sulfuric acid and oxalic acid. In this study, thermal fatigue of aluminum oxide layer which is made using sulfuric acid and oxalic acid is compared. Crack generating temperature of a sulfuric acid method and a oxalic acid method is 500℃ and 600℃. Thermal fatigue of aluminum oxide layer which is made using oxalic acid is better than thermal fatigue of aluminum oxide layer which is made using sulfuric acid. The characteristic of thermal fatigue can be explained by using thermal expansion coefficient of Al and Al2O3 and manufacturing temperature on Al anodizing. It was made possible through the convergent study to propose the manufacturing method of the anodic oxidation product used at a high temperature.

Pd-Pt 계 촉매를 이용한 Anode Off Gas (AOG) 산화특성 및 활성평가

김은주,김영배,윤종혁,송형운 대한환경공학회 2018 대한환경공학회지 Vol.40 No.11

SOFC stack off gas contains unreacted fuel and can be used for thermal management in fuel cell system. In this study, the oxidation characteristic and catalytic activity evaluations were carried out through catalytic oxidation experiment of AOG from 2 kW SOFC. As a catalyst for AOG oxidation, commercial 2 wt% Pd-Pt honeycomb and ball type catalyst were used. For experiment, the oxidation system containing stack simulation device and catalytic oxidizer was fabricated. In experiment, the performance of catalytic oxidation was evaluated through analysis of reaction temperature according to presence and composition of catalyst. Also, the catalytic activity for AOG oxidation was found by analysis of CO concentration in exhaust gas. As a part of result, honeycomb type catalyst was evaluated as the superior catalyst due to the lowest levels of CO and NOx emissions. On the other hand, in order to compare the development characteristics of oxidation flame, visualization analysis of oxidation flame using honeycomb catalyst was conducted according to time and equivalence ratio, and the development of annular type oxidation flame was confirmed. In addition, the responsiveness to heat load of system was evaluated through AOG oxidation over equivalence ratio. Finally, designed catalytic oxidation system is estimated to remarkably oxidize the unreacted gas under the operating condition of the 2 kW SOFC system. SOFC 스택에서 배출되는 가스는 미반응 연료를 포함하고 있으며, 연료전지 시스템 열관리에 활용할 수 있다. 본 연 구에서는 2 kW급 SOFC 양극오프가스(AOG)의 촉매 산화실험을 통해 산화반응 특성 및 촉매활성을 평가하였다. AOG 산화 촉매로써 2 wt% Pd-Pt 허니컴과 볼 형상의 상용 촉매를 사용하였으며, 스택 모사장치 및 촉매 산화기를 포함하는 촉매 산화 시스템을 구축하였다. 산화실험에서 촉매의 유무 및 조성에 따른 반응온도 분석을 통해 촉매산화 성능을 평가하였으며, 배기 가스 내 일산화탄소 농도 분석으로부터 촉매의 AOG 산화활성을 확인하였다. 이때, 허니컴 형태의 촉매가 가장 낮은 일산화 탄소 및 질소산화물의 배출 농도를 나타내어 산화성능이 가장 우수한 촉매로 평가되었다. 그리고 산화염 발달특성을 비교하 기 위해 허니컴 촉매를 적용하여 당량비에 따른 산화염 가시화 분석을 진행하였고, 환형의 산화염이 발달되는 현상을 확인 하였다. 또한, 당량비별 AOG 산화실험을 통해 시스템의 열부하에 대한 대응성을 평가하였다. 최종적으로 설계된 촉매산화시 스템은 2 kW급 SOFC 시스템의 정격출력 조건하에서 미반응가스의 산화특성이 우수한 것으로 평가된다

황산 수용액을 이용한 양극산화 방식에서 온도 및 시간이 다공성 양극산화 알루미나 기공 배열 구조에 미치는 영향

곽진호,한진규,최용찬,부상돈 한국물리학회 2013 새물리 Vol.63 No.11

We investigated the effects of the anodizing time and temperature on the pore arrangement in porous anodic alumina (PAA) fabricated in 6 M sulfuric acid under a constant voltage by using the conventional two-step anodization method. The pore arrangement depended on the anodizing time and temperature. An ordered pore arrangement composed of regularly arranged hexagons with six pores having 15-nm diameter was obtained at a voltage of 18 V. We found that the best anodizing time and temperature to get a well-ordered pore arrangement in the anodized PAAs were 70 min and 24 C, respectively. The pore arrangement was analyzed by using the fast Fourier transformation (FFT) obtained from pore arrangement images of the PAAs. In addition, we found that the current density at the best conditions was larger than that at other conditions. These results indicate that the anodization time and temperature play important roles in the formation of the pore structure in PAAs. 본 연구에서는 6 M 황산 수용액에서 성장된 다공성 양극산화 알루미나 (porous anodic alumina, PAA)의 기공 배열이 일반적인 2단계의 양극산화 과정동안 일정한 전압과 양극산화 온도 및 시간에 따라 변화하는 영향에 대해 조사하였다. 15 nm의 직경을 가진 여섯 개의 기공들이 정육각형 형태를 형성하였고, 정육각형 형태가 모여 잘 정렬된 기공 배열구조를 구성하였다. 우리는 양극산화된 PAA에서 가장 잘 정렬된 기공 배열구조를 얻기 위한 최적의 양극산화 시간과 온도가 70분과 24 C라는 것을 알 수 있었다. 기공 배열구조는 PAA의 표면 기공 배열 이미지로부터 얻어진 fast Fourier transformation (FFT) 를 통하여 분석되었다. 또한, 우리는 최적의 조건에서 측정된 전류밀도가 다른 조건에서 형성될 때보다 높은 값을 가짐을 확인하였다. 이러한 결과들은 양극산화 시간과 온도가 PAA의 기공 구조를 형성되는데 중요한 영향을 미치는 변수임을 나타낸다.

2 단계 양극 산화를 이용한 ZrO₂ 나노 다공성 산화막의 제조와 특성에 관한 연구

서의영,최세경,신익수,강위경,Seo, Eui-Young,Choi, Se-Kyeong,Shin, Ik-Soo,Kang, Wee-Kyung 대한화학회 2013 대한화학회지 Vol.57 No.5

전해연마를 한 지르코늄(Zr)을 가지고 $F^-$ 이온이 함유된 무기 전해질과 유기 전해질에서 2 단계 양극산화를 진행하여 산화 지르코늄($ZrO_2$) 나노 다공성 산화막을 제조하였다. 2 단계 양극산화를 진행하면서 무기 전해질에서보다 유기 전해질에서 만들어진 지르코늄 산화막이 보다 균일한 나노 다공성 산화막을 가지게 되었다. 나노 다공성 산화막의 크기와 구조는 FE-SEM(field emission scanning electron microscopy), XRD(X-ray diffraction), EDS(energy dispersive spectroscopy)를 이용하여 특성을 분석하였고 형광스펙트럼을 측정하여 $ZrO_2$ 나노 다공성 산화막의 형광성을 알아보았다. Zirconium oxide ($ZrO_2$) nano porous membranes were fabricated by electrochemical two-step anodization with an electropolished zirconium substrate in inorganic water-based and organic electrolyte systems containing small amounts of fluoride. Using two-step anodization and organic electrolytes, highly regular and ordered nanotubular $ZrO_2$ oxide layers can be compared with aqueous electrolytes. The morphology and size of the nano porous layers were characterized by FE-SEM (field emission scanning electron microscopy), XRD (X-ray diffraction), and EDS (energy dispersive spectroscopy). Luminescence properties were investigated by photoluminescence measurements.

전기 화학적 방법으로 제조한 양극산화 알루미늄과 Bi₂Te₃

최우재,서유일,김원희,김헌정,김영건,장윤수,최우석,홍현수 한국물리학회 2012 새물리 Vol.62 No.3

Electrochemical synthesis and characterization of the self-organized anodized aluminum oxide (AAO) and Bi_2Te_3 thin films are reported. AAO with a well-ordered pore array was fabricated by the changing growth conditions such as the voltage, temperature,preprocessing, time, and number of oxidations. Scanning electron microscopy (SEM) revealed that AAO with well-ordered pores had almost perfect hexagonal structures within micrometer-sized domains. The pores size and the structure of the pore array were observed to depend on the anodic oxide conditions, such as voltage and time. In addition, Bi_2Te_3 thin-films were synthesized on ITO substrates by using electrodeposition, showing the importance of the synthesis conditions for the properties of thin films. 자기 조립화된 다공성 산화 알루미늄 (Anodic Aluminum Oxide, AAO)와Bi_2Te_3 박막의 전기화학적 성장에 대하여 연구 하였다. 잘 정렬된기공 배열을 갖는 다공성 산화막을 형성시키기 위하여 양극산화 전압,온도, 전처리, 산화 시간, 그리고 산화 횟수 등의 산화 조건을바꾸어가며 AAO를 제조하여 주사 전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 잘정렬된 기공 배열을 지닌 AAO에서는 마이크로미터 사이즈의 도메인내에서 거의 완벽한 정육방(hexagonal) 구조로 이루어졌음을 보여준다. 기공 배열의 정렬도와 기공 사이즈는 양극산화 전압과 양극산화 시간과같은 양극산화 조건에 의해서 결정됨을 알 수 있었다. 이와 함께Bi_2Te_3의 박막을 ITO기판위에 전기 화학적 방법을 이용하여합성하였으며 최적의 합성 조건에 대하여 연구하였다.