철 나노클러스터의 합성과 카메라 플레쉬 노출에 의한 산화반응 연구

김창득,김도형,양기원,이형락,손영수 한국물리학회 2017 New Physics: Sae Mulli Vol.67 No.11

Iron nanoclusters and nanoparticles were grown from iron carbonyl (Fe(CO)$_5$) by using thermal decomposition. The recrystallization structure of the iron nanocluster was controlled by varying the temperature of the thermal decomposition. A permanent magnet was used to increase the efficiency of iron nanocluster growth. Recrystallized iron nanoclusters were confirmed to have various shapes depending on the temperature of the thermal decomposition. Nanoclusters of a wire type were grown at 600 $^\circ$C. The nanocluster wire confirmed the occurrence of a photoreaction caused by exposure to a flashing light source. 철 나노클러스터와 나노입자는 철 카르보닐 (Fe(CO)$_5$) 증기를 이용하여 저항체의 온도에 따른 열 분해방식으로 합성되었다. 철 나노클러스터의 합성에 대한 효율성을 높이기 위하여 자기장이 인가 되는 진공챔버 내부에서 진행하였다. 철 카르보닐 증기의 열분해에 의한 철 나노입자는 온도에 따라 다양한 형태의 나노구조를 가짐을 확인하였다. 600 $^\circ$C 에서 합성된 철 나노클러스터는 철 나노입자들이 수직으로 정열되어 와이어 형태를 가짐을 확인하였다. 또한 합성된 와이어 형태의 철 나노클러스터는 카메라 플레쉬에 노출시켰을 때 플레쉬의 광원에 의하여 점화되어 타 들어가는 현상을 확인하였다. 카메라 플레쉬 노출 후 철 나노클러스터는 XRD와 TEM을 통하여 강한 빛에 의해 산화됨을 확인하였다. 이를 통하여 철 나노클러스터의 광원에 의해 발생하는 산화반응을 통한 광 점화기로의 적용가능성을 확인하였다.

전계방출원으로의 적용을 위한 다양한 탄소나노튜브의 이온조사 효과 분석

김창득,강준태,김대준,김홍정,류현우,박선미,송윤호,이의완,이창섭,이형락,정진우 한국물리학회 2007 새물리 Vol.55 No.5

The effect of argon-ion irradiation on the field emission and the luminescent properties of various types of screen-printed carbon nanotubes (SWNT, DWNT, MWNT, CNF) with square pixels was investigated to further improve field-emission-display (FED) applications of CNTs. Persistent problems associated with screen-printed CNTs, such as bent and/or buried CNTs and degradation in the binder-residue-induced emission, were improved as a result of the permanent straightening of CNTs and of protruding CNTs from binders caused by the irradiation treatment and the resulting surface cleaning effect. These findings in suggest that ion irradiation treatment is an effective method for achieving uniform field emission and reducing the aging effect of screen-printed CNTs using SWNTs and DWNTs. 다양한 탄소나노튜브 및 탄소나노섬유의 전계방출원 응용을 위한 이온조사 효과를 확인하였다. 전계방출원으로 사용된 탄소나노튜브는 단중벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 탄소나노섬유로 제작 된 바인더를 이용하여 스크린 프린팅법으로 제작하였다. 이온조사는 DC 전원을 이용한 Ar 플라즈마를 사용하였다. 각각의 바인더로 제작된 전계방출원을 일정한 시간 동안 이온조사 후 SEM (scanning electron microscope) 이미지를 통하여 그 상태들을 확인하고 전계방출 특성 및 발광 특성을 확인하였다. Ar 이온조사가 대부분의 전계방출원에 큰 효과를 미침을 확인하였다.

X-선 이용을 위한 CNT 합성 및 분석

김창득,이형락,강준태,김영진,김종욱,류현우,이성엽,허재원 한국물리학회 2007 새물리 Vol.54 No.2

Large arrays of self-oriented, multi-wall carbon nanotubes (MWNTs) have been obtained using chemical vapor deposition. We controlled the size of the catalytic Fe nanoparticles to control the wall number of the carbon nanotubes (CNTs). The sizes and the special distribution of the Fe nanoparticles varied with the growth temperature, the heat exposure time, and the thickness of the catalytic metal layer, resulting in a change in the wall number of the grown CNTs. With decreasing in heat exposure time from 10 to 0 sec, the average wall number of the CNTs decreased. A combination of atomic force microscop (AFM), scanning electron microscop (SEM), and transmission electron microscop (TEM) provided evidence for the crucial role of the surface distribution of the metallic catalyst particles on the substrate during the growth of the CNT. The CNT growth was performed at 800 ${^\circ}$C for 10 min by using thermal chemical vapor deposition (T-CVD). We succeeded in growing vertically aligned small-wall CNTs. For use with the X-ray gun, the CNTs were synthesized on a 5 mm-diameter sus plate. 열화학 기상합성법을 이용하여 수직배향된 MWNT를 합성하였다. 우리는 탄소나노튜브 (CNT : carbon nanotube)의 벽수조절을 위하여 Fe촉매를 나노사이즈로 조절하였다. Fe 나노 촉매의 사이즈와 분포는 합성 온도, 열 노출 시간과 촉매 금속의 두께에 따라 다양하게 존재하고 이것은 합성된 CNT의 벽수를 바꾸어 준다. 열 노출 시간이 10 sec에서 0 sec로 줄어들수록 CNT의 평균 벽수는 줄어든다. AFM (atomic force microscope), SEM (scanning electron microscope), TEM (transmission electron microscope) 측정에 의한 결과는 기판 위 CNT 합성과정에서 금속촉매 입자의 표면분포의 결정적인 증거가 된다. CNT합성은 열화학기상합성 장치 내에서 800 $^\circ$C로 10분 동안 이루어 졌다. 우리는 벽수가 적은 CNT들을 합성하는데 성공했다. 합성 되어진 CNT를 X-선 총으로 사용하기 위하여 지름이 5 mm인 스테인레스 기판 위에 합성하였다.

Fe 나노입자의 합성과 플레쉬에 의한 산화반응 연구

김창득,양기원,이성엽,이형락 한국진공학회 2017 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.2017 No.2

Ni 그래파이트 코어-쉘을 이용한 방열 접착제 제작 및 LED 조명으로의 적용

김창득,조연정,트롱윈탐윈 한국물리학회 2021 새물리 Vol.71 No.5

High-power light-emitting diode (LED) lighting exhibits excessive heat generation owing to the need to drive an LED chip, development of heat dissipation technology is required to resolve that problem. Until now, most of the studies on heat dissipation in LED lighting have been limited to research on heat dissipation of the chip itself and research into the manufacture of heat sinks. However, a solution in a new direction is required owing to the quantity of heat generated from dense LED chips found in high-power LED lighting or in situations where the space for the lighting is limited owing to its location. In this research, heat dissipation characteristics were improved by adding a Ni-graphite core-shell (Ni-GCS) to the thermally conductive adhesive used to bond the LED chip’s substrate to the heat sink in high-power LED lighting applications. Ni-GCS was synthesized through thermal chemical vaper deposition (thermal-CVD), and the Ni nanoparticles were confirmed are to be wrapped by a graphite layer. When high-power LED lighting using the novel thermally conductive adhesive was driven over a long period of time, improved heat dissipation characteristics were observed when the properties of the thermal changes were analyzed. 고출력 발광다이오드 (Light-emitting Diode, LED) 조명은 LED 칩 구동에 따른 발열의 문제를 가지며, 이 발열을 해결하기 위해 방열 기술의 개발이 필요하다. 그동안 LED 조명에서의 방열 연구는 대부분 칩자체의 방열 연구와 방열판의 제작 연구에 그쳤다. 하지만 고출력 LED 조명과 같은 밀집된 LED 칩에서 발생하는 높은 열이나 활용 장소에 따른 제한된 조명의 크기 문제가 있으므로 새로운 방향의 해결책이필요하다. 본 연구에서는 고출력 LED 조명에서 LED칩 기판과 방열판을 접합하는데 사용되는 방열접착제에 Ni 그래파이트 코어-쉘(Ni graphite core-shell, Ni-GCS)을 첨가해서 방열 특성을 개선하였다. Ni-GCS는 열화학기상증착법 (thermal chemical vaper deposition, thermal-CVD) 을 이용하여 합성하였고, 나노 크기의 Ni 입자가 그래파이트 층으로 둘러싸인 형태임을 확인하였다. 제작된 방열 접착제를 사용한 고출력 LED 조명을 장시간 구동하면서 열 변화 특성을 분석하여 향상된 방열 특성을 관찰하였다.

열화학기상증착법을 이용한 합성 온도와 시간에 따른 SiC 입자 표면에서의 그래파이트 합성

김창득,이형락 한국물리학회 2021 새물리 Vol.71 No.5

Owing to its high thermal stability, mechanical and chemical stability, and good photoelectric properties, silicon carbide (SiC) is currently receiving attention as a photocatalyst for nonmetallic semiconductor materials in various applications. In this research, graphite was synthesized on the surface of SiC particles via thermal chemical vapor deposition (thermal-CVD) with the intention of increasing the utility of SiC as a photocatalyst. The excellent properties of the SiC-graphite (SCG) produced were confirmed through various analyses. Synthesis of SCG was undertaken using various synthesis temperatures (800°C, 900°C, 1000°C, and 1100°C) and synthesis times (30, 60, 90, and 120 s). The research demonstrated that graphite could be formed on the SiC surface, thus expanding the areas in which SiC and C materials can be applied. 실리콘카바이드 (SiC) 는 높은 열적 안정성, 기계적 및 화학적 안정성 그리고 광 전기적 특성으로인해 다양한 응용 분야에서 비금속 반도체 재료의 광촉매로 관심을 모으고 있다. 본 연구에서는 SiC 의 광촉매로서의 활용성을 높이기 위하여 열화학기상증착법 (thermal chemical vapor deposition, thermal-CVD)을 이용하여 SiC 입자 표면에 그래파이트 합성을 진행하였고, 다양한 분석을 통하여 제작된SiC-그래파이트 (SCG) 에 대한 특성을 확인하였다. SCG의 합성은 합성 온도 (800, 900, 1000, 1100 ◦C)와 합성 시간 (30, 60, 90, 120 sec)에 따라 진행하였다. 본 연구를 통하여 SiC 표면에 그래파이트가형성될 수 있음을 확인하였고, SiC와 C 재료의 응용 범위를 확대할 수 있음을 확인하였다.

열화학기상증착법을 이용한 Al2O3 나노입자 표면에서의 그래파이트 합성에 대한 온도 의존성 연구

김창득,조연정 한국물리학회 2020 새물리 Vol.70 No.2

The effect of temperature on the synthesis of graphite on the surfaces of aluminum oxide (Al2O3) nanoparticles by using thermal chemical vapor deposition was investigated. Graphite coated the entire surfaces of the Al2O3 nanoparticles. The effect of temperature on the graphite was confirmed by varying the temperature from 800 to 1100 ◦C in 100 ◦C increments. Changing the synthesis temperature induced changes in the properties of the surface graphite and the Al2O3 nanoparticles. X-ray photoelectron spectroscopic (XPS) analysis confirmed that Al2O3 nanoparticles reacted with carbon gas as the synthesis temperature was increased. Carbon gas with Al2O3 nanoparticles was observed began at 900 ◦C and to stop at 1100 ◦C. These differences confirmed that the formation of graphite on the Al2O3 nanoparticles’ surfaces was temperature dependent. Analyses using Raman spectroscopy and transmission electron microscopy (TEM) were conducted to compare the states of the synthesized graphite. 열화학기상증착법 (thermal chemical vaper deposition, thermal-CVD) 을 이용하여 산화 알루미늄(Al2O3) 나노입자 표면에서의 그래파이트 합성에 대한 온도 의존성을 확인하였다. Al2O3 나노입자 표면의그래파이트는 Al2O3 나노입자를 둘러싼 형태로 형성되어 있다. 온도에 따른 그 의존성은 합성 온도를 800, 900, 1000, 1100 ◦C 로 바꾸어 가며 합성된 그래파이트와 그 내부에 위치한 Al2O3 나노입자의 변화를통하여 확인하였다. 엑스선 광전자 분광법 (X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) 을 통하여 Al2O3 나노입자는 합성온도가 올라감에 따라 탄소 가스와 반응이 진행됨을 확인하였다. 800 ◦C에서 반응이확인되지 않던 Al2O3 나노입자는 900 ◦C의 합성 온도에서 탄소 가스와의 반응 시작이 확인되었고, 1100 ◦C에서는 Al2O3 나노입자와의 반응은 다시 확인되지 않았다. 이러한 XPS 분석을 통하여 온도가 올라감에 따라 그 반응성의 변화는 확연하게 확인될 수 있었다. 이러한 변화를 통하여 Al2O3 나노입자 표면에형성되는 그래파이트의 합성 온도 의존성을 확인할 수 있었다. 또한 라만 분광법 (RAMAN spectroscopyRAMAN) 과 투과전자현미경 (transmission electron microscope, TEM) 분석을 통하여 합성된 그래파이트의 특성을 분석하였다

부패생선에서의 부패가스 검출을 위한 탄소나노튜브 가스 센서의 제작

김창득,양기원,이형락 한국물리학회 2016 새물리 Vol.66 No.3

Carbon nanotubes (CNTs) have attracted a great deal of attention for applications in various areas because of their multiple electric characteristics and many unique physical and chemical properties. However, the charge transfer between adsorbed molecules and CNTs at defect sites causes a steep and nonlinear conductance change at low gas concentrations. We have fabricated a single-walled carbon-nanotube (SWCNT) gas sensor by using the reactivity with gas molecules. Nafion was coated on the SWCNTs to enhance their sensitivity and selectivity upon exposure to gas from decaying fish. The fabricated SWCNT gas sensor was confirmed to response sensitively to the molecules in that gas. In addition, the feasibility of applying the gas sensor to detect gases emitted by decaying organisms was confirmed. 탄소나노튜브 (carbon nanotube, CNT)는 물리,화학적으로 안정된 소재로 다양한 특성을 가지고 넓은 영역의 산업화 가능성을 보이는 소재이다. 이러한 특성들은 CNT 표면에 형성된 결함지역들이 원인이 되어 낮은 농도의 가스 분위기에서도 흡착된 가스입자들로 인해 가파르고 비선형적인 변화를 가지게 된다. 본 연구에서는 이러한 CNT들의 특성을 이용하여, CNT 주위의 가스들에 의한 반응성과 그에 따른 전기적 특성 변화를 이용하여 부패생선에서 방출 되는 가스에 대해 반응하는 가스센서를 제작하였다. 제작 된 가스센서는 부패된 생선에서 발생하는 부패가스들 중에서도 암모니아 (NH$_{3}$) 에 대한 가스 민감도와 안정성의 향상을 위하여 나피온 (nafion)을 코팅하였다. 부패생선에서의 반응성을 확인하기 위하여 부패가스의 재료로는 다량의 부패가스가 방출되는 삭힌 홍어를 사용하였다. 본 연구를 통하여 CNT 가스센서는 삭힌 홍어에 대하여 높은 반응성을 보임을 확인하였고, 부패가스에 대한 CNT의 가스센서 적용가능성을 확인하였다.

측면 게이트 전극을 이용한 스크린 프린트 되어진 탄소나노튜브 전계방출원의 연구

김창득,이형락,양기원,이영석,구교준,오의동,송창연,이민섭 한국물리학회 2017 새물리 Vol.67 No.3

A triode electrode field emitter having a lateral-gate electrode was fabricated, and its characteristics were confirmed. Generally, a gate electrode with a lateral-gate electrode structure is formed in proximity to the cathode electrode. The cathode and the gate electrodes were formed by using a one-step process with carbon nanotubes (CNTs). The field emission of the diode electrode structure was measured before that of the triode electrode structure was. The turn-on voltage of the diode electrode structure was 240 V. The turn-on voltage of the triode electrode structure was 40 V higher than that of the diode electrode structure. However, all field emitted currents of the triode electrode structure were confirmed to flow to the anode electrode. 측면에 게이트 전극을 가지는 삼극구조 전계방출원을 제작하여 그 특성을 확인하였다. 측면 게이트 전극의 구조는 음극 전극 측면에 게이트 전극이 형성 되어진 형태를 가진다. 음극 전극과 게이트 전극은 탄소나노튜브 (carbon nanotube, CNT)를 이용하여 한번의 스크린 프린트 공정을 이용하여 동시에 형성하였다. 이러한 측면 게이트 전극을 이용하여 수평 방향의 이극구조 전극에 대한 전계방출 특성을 확인하였다. 또한 양극 전극과 일정한 간격을 가지는 삼극구조의 전극에 대한 전계방출 특성을 확인하였다. 이극구조의 전계방출은 240 V에서부터 전계방출이 시작되는 것을 확인하였다. 삼극구조에서의 전계방출은 280 V에서부터 전계방출이 시작되어 이극구조에 비하여 40 V가 증가되어 전계방출이 시작됨을 확인하였다. 양극 전극을 이용한 삼극구조에서 게이트 전극으로 전계방출 되어진 전자들이 양극 전극 방향으로 전계방출됨을 확인하였다. 또한 삼극구조에서의 전계방출 특성 분석을 통하여 전계방출원으로의 적용가능성을 확인하였다.

Ni-그래파이트 코어쉘 나노입자의 합성량 확대 연구

김창득,이형락,조연정,트롱윈탐윈 한국물리학회 2022 새물리 Vol.72 No.1

Various carbon-material applications require different carbon-material structures and characteristics. Thus, mass synthesis technology must be secured for these applications. In previous studies, Ni–graphite core–shell nanoparticles (CSNPs) comprising Ni nanoparticles wrapped in several graphene layers were synthesized via the thermal reduction of NiO nanoparticles using H2 in a horizontal thermochemical vapor-deposition (TCVD) system. This synthesis was limited by the low production of Ni–graphite CSNPs, i.e., few grams per hour. Therefore, a scale-up of the synthesis is required. The mass synthesis of Ni–graphite CSNPs was performed using vertical TCVD. The Ni–graphite CSNP synthesis using NiO nanoparticles was controlled via gas pressure and gravity. In this study, we conducted an investigation to scale up the synthesis of Ni–graphite CSNPs. The previous production of Ni–graphite CSNPs at a rate of a few grams per hour was improved to >100 g per hour. The Ni–graphite CSNPs synthesized in this study maintained their structural and physical properties.