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Band Gap Modulation of a Carbon Nanotube by Hydrogen Functionalization
이영희,배동재,Hyun Jin Kim,Jae Ryong Kim,김주진,김근수,박경아,임성주,최원봉 한국물리학회 2003 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.42 No.III
We have investigated a modification of electronic structures of a carbon nanotube by hydrogen functionalization. Carbon nanotubes were exposed to atomic hydrogen which was generated by a hot tungsten filament in the vacuum chamber. Current-voltage characteristics clearly showed a band gap widening after hydrogenation. This was explained by an enhancement of sp$^3$ hybridization with hydrogen chemisorption on the tube wall. Our density functional calculations also predicted a strong chemisorption with pi electron modulation and the band gap widening upon hydrogenation.
Growth of carbon nanotubes by microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition at low temperature
Lee,Young Hee,Bae,Dong Jae,Choi,Young Chul,Lee,Byung Soo,Park,Gyeong-Su,Choi,Won Bong,Lee,Nae Sung,Kim,Jong Min 국립경상대학교 공과대학 부설 첨단소재연구소 1999 尖端素材 Vol.9 No.-
Carbon nanotubes have been grown on Ni-coated Si substrates by microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition with a mixture of methane and hydrogen gases at temperatures ranging from 520 to 700℃. The density and the length of carbon nanotubes increased with increasing growth temperature. At growth temperature of 520℃, carbon nanotubes were curly, whereas the nanotubes were straight and self-aligned upward at temperatures above 600℃. Images of high-resolution transmission electron microscope showed that nanotubes were multiwalled with a few wall-structures. The graphitized structures were also confirmed by Raman spectra. We show that the size of Ni domains on Si substrates is correlated to the diameters of the grown carbon nanotubes.
화학기상증착법을 이용한 그래핀의 물성 조절: 그래핀과 질소-도핑된 그래핀
박상준,이임복,배동재,남정태,박병준,한영희,김근수,Park, Sang Jun,Lee, Imbok,Bae, Dong Jae,Nam, Jungtae,Park, Byung Jun,Han, Young Hee,Kim, Keun Soo 한국전력공사 2015 KEPCO Journal on electric power and energy Vol.1 No.1
본 연구에서는 그래핀의 인위적인 합성방법인 화학기상증착법을 활용하여 합성 파라미터들을 변화시켜줌으로써 그래핀의 물성을 조절하는 연구를 수행하였다. 먼저, 메탄가스를 탄소원으로 순수 그래핀을 합성하였고, 액상의 피리딘을 원료로 사용하여 질소가 도핑된 그래핀을 합성하였다. 각각의 그래핀의 물성은 라만 분광법, X선 광전자 분광법(XPS)을 통한 기초 광물성 측정과 게이트 전압에 따른 그래핀 채널의 전류-전압 응답특성을 통한 전기적 수송현상 측정에 의해 평가되었다. 메탄가스로 합성된 그래핀의 라만 분광 스펙트럼에서는 G-peak과 2D-peak가 선명히 보였고, XPS에서 C1s-peak가 선명하였고, 아울러 전하중성점은 게이트 전압 약 +4 V 정도에서 나타났다. 피리딘을 원료로 합성된 그래핀의 라만 분광 스펙트럼에서는 D-peak, G-peak 그리고 다소 약해진 2D-peak 등이 보였고, XPS에서는 C1s-peak은 물론 N1s-peak도 나타났으며, 전하중성점은 게이트 전압 약 -96 V 정도에서 나타났다. 결과적으로 우리는 화학기상증착법을 활용하여 그래핀의 물성을 성공적으로 조절하였다. In this research, pristine graphene was synthesized using methane ($CH_4$) gas, and N-doped graphene was synthesized using pyridine ($C_5H_5N$) liquid source by chemical vapor deposition (CVD) method. Basic optical properties of both pristine and N-doped graphene were investigated by Raman spectroscopy and XPS (X-ray photoemission spectroscopy), and electrical transport characteristics were estimated by current-voltage response of graphene channel as a function of gate voltages. Results for CVD grown pristine graphene from methane gas show that G-peak, 2D-peak and C1s-peak in Raman spectra and XPS. Charge neutral point (CNP; Dirac-point) appeared at about +4 V gate bias in electrical characterization. In the case of pyridine based CVD grown N-doped graphene, D-peak, G-peak, weak 2D-peak were observed in Raman spectra and C1s-peak and slight N1s-peak in XPS. CNP appeared at -96 V gate bias in electrical characterization. These result show successful control of the property of graphene artificially synthesized by CVD method.
그래핀/사파이어 기판상에 스퍼터링 후 열처리된 VO2박막의 구조 및 광학적 특성변화 연구
김근수,김형근,김예나,한승호,배동재,양우석 한국진공학회 2013 Applied Science and Convergence Technology Vol.22 No.2
VO2 is an attractive thermochromic material, in which its electrical and optical propertiescan be switched by the structural phase-transition about 68oC. Recently, graphene is alsoa rising material which is researched as a transparent electrode because of its superiorelectrical and optical characteristics. In this respect, we try to fabricate the hybridized filmsusing VO2 and graphene on transparent sapphire substrate and then we investigate a structureand characterize an optical property for the samples as a function of temperature. Accordingto the result of IR-transmittance analysis of VO2 films as a function of temperature, thegraphene-supported sapphire substrates are better about 10% than the bare sapphire substrates. The mean phase transition temperatures are also decreased as the number of graphene-layersincreased and the hysteresis of phase transitions are narrowed. 이산화바나듐(VO2)는 써모크로믹(thermochromic) 물질로서 온도변화에 따른 구조적 상전이에 의해 전기적, 광학적 특성을 스위칭 할 수 있는 매력적인 소재이며, 최근 신소재로써 그 연구가 활발한 그래핀 역시, 전기적으로나 광학적으로 그 특성이 우수하여 투명전극에 관한 연구가 아주 활발하게 진행되고 있다. 이에 우리는 VO2와 그래핀 두 가지 소재를 접목했을 경우 나타나는 현상을 그래핀의 층 수와 온도를 변수로 하여 형성된 박막의 구조와 광학적 특성을 측정하고 분석하였다. 본 연구 결과에 따르면 그래핀 필름이 전사된 사파이어 기판 위에 형성된 VO2 박막의 표면구조 및 특성이 bare 사파이어 기판 위의 VO2 박막보다 그레인이 작고 밀도가 높아 균일하였으며, IR 영역에서의 광투과도 역시 그래핀 필름이 있을 경우 ∼10% 정도 개선됨을 확인하였다. 아울러 평균상전이 온도를 낮출 수 있으며, 상전이 히스테리시스 변화폭 또한 좁아지는 것을 확인하였다.
그래핀/사파이어 기판상에 스퍼터링 후 열처리된 VO<sub>2</sub>박막의 구조 및 광학적 특성변화 연구
김근수,김형근,김예나,한승호,배동재,양우석,Kim, Keun Soo,Kim, Hyeongkeun,Kim, Yena,Han, Seung-Ho,Bae, Dong Jae,Yang, Woo Seok 한국진공학회 2013 Applied Science and Convergence Technology Vol.22 No.2
이산화바나듐($VO_2$)는 써모크로믹(thermochromic) 물질로서 온도변화에 따른 구조적 상전이에 의해 전기적, 광학적 특성을 스위칭 할 수 있는 매력적인 소재이며, 최근 신소재로써 그 연구가 활발한 그래핀 역시, 전기적으로나 광학적으로 그 특성이 우수하여 투명전극에 관한 연구가 아주 활발하게 진행되고 있다. 이에 우리는 $VO_2$와 그래핀 두 가지 소재를 접목했을 경우 나타나는 현상을 그래핀의 층 수와 온도를 변수로 하여 형성된 박막의 구조와 광학적 특성을 측정하고 분석하였다. 본 연구 결과에 따르면 그래핀 필름이 전사된 사파이어 기판 위에 형성된 $VO_2$ 박막의 표면구조 및 특성이 bare 사파이어 기판 위의 $VO_2$ 박막보다 그레인이 작고 밀도가 높아 균일하였으며, IR 영역에서의 광투과도 역시 그래핀 필름이 있을 경우 ~10% 정도 개선됨을 확인하였다. 아울러 평균상전이 온도를 낮출 수 있으며, 상전이 히스테리시스 변화폭 또한 좁아지는 것을 확인하였다. $VO_2$ is an attractive thermochromic material, in which its electrical and optical properties can be switched by the structural phase-transition about $68^{\circ}C$. Recently, graphene is also a rising material which is researched as a transparent electrode because of its superior electrical and optical characteristics. In this respect, we try to fabricate the hybridized films using $VO_2$ and graphene on transparent sapphire substrate and then we investigate a structure and characterize an optical property for the samples as a function of temperature. According to the result of IR-transmittance analysis of $VO_2$ films as a function of temperature, the graphene-supported sapphire substrates are better about 10% than the bare sapphire substrates. The mean phase transition temperatures are also decreased as the number of graphene-layers increased and the hysteresis of phase transitions are narrowed.
Band gap engineering of a carbon nanotube by hydrogen functionalization
이영희,임성주,김주진,Won Bong ChoI,박종윤,김근수,배동재,Jae Ryong Kim,박경아,Kwan Goo Jeon 한국물리학회 2004 Current Applied Physics Vol.4 No.5
Realization of carbon nanotube (CNT)-based transistors requires preexisting semiconducting CNTs, which are not selectively grown by the conventional synthesis approaches. While CNT heterojunction and cross-junction formed with different chiralities have demonstrated the required performance for CNT transistors, these relied on an junction formation accidentally obtained during sample preparation. We propose that hydrogen functionalization of CNTs can transform the electronic structure systematically from metallic (narrow-gap semiconducting) to semiconducting (large-gap semiconducting). We visualize this phenomenon by fabricating a heterojunction between the pristine and the functionalized CNTs that clearly shows both rectifying and gating effects even at room temperature.