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전구체의 특성 및 AlF<sub>3</sub> 융제가 청색 발광의 BAM:Eu 형광체의 특성에 미치는 영향
조중상,이상호,강윤찬,Cho, Jung-Sang,Lee, Sang-Ho,Kang, Yun-Chan 한국재료학회 2008 한국재료학회지 Vol.18 No.3
Blue-emitting BAM:Eu phosphor powders were formed by post-treatment of precursor powders with hollow or dense morphologies. The morphologies of the precursor powders obtained by spray pyrolysis were controlled by changing the preparation conditions and by changing the type of spray solution. The effects of the morphologies of the precursor powders on the characteristics of the BAM : Eu phosphor powders reacted with $AlF_3$ flux were investigated. Precursor powders with a spherical shape and a hollow morphology produced BAM : Eu phosphor powders with a plate-like morphology, a fine size and a narrow size distribution. On the other hand, precursor powders with a spherical shape and dense morphology produced BAM : Eu phosphor powders with a plate-like morphology and a large size. $AlF_3$ flux improved the photoluminescence intensities of the BAM : Eu phosphor powders. The photoluminescence intensity of the fine-sized BAM : Eu phosphor powders with a plate-like morphology was 90% of the commercial product under vacuum ultraviolet conditions.
고온 화염분무열분해법에 의해 합성된 장파장 자외선 하에서의 녹색 발광 실리케이트 형광체
조중상,구혜영,이상호,강윤찬,Cho, Jung-Sang,Koo, Hye-Young,Lee, Sang-Ho,Kang, Yun-Chan 한국재료학회 2008 한국재료학회지 Vol.18 No.2
Green-emitting $Ba_{1.468}Sr_{0.5}SiO_4\;:\;Eu_{0.012},\;Y_{0.02}$ phosphor powders under long-wavelength ultraviolet light were prepared via high-temperature flame spray pyrolysis from spray solutions with and without $NH_4Cl$ flux. The effects of the temperature of the diffusion flame and the $NH_4Cl$ flux on the morphologies, crystal structures and photoluminescence intensities of the $Ba_{1.468}Sr_{0.5}SiO_4\;:\;Eu_{0.012},\;Y_{0.02}$ phosphor powders were investigated. The phosphor powders obtained from the spray solution with the $NH_4Cl$ flux had higher photoluminescence intensities compared to phosphor powders obtained from the spray solution without the flux. The photoluminescence intensity of the phosphor powders obtained from the spray solution without the flux decreased as the flow rate of the fuel gas increased. On the other hand, the photoluminescence intensity of the phosphor powders obtained from the spray solution with the flux increased as the flow rate of the fuel gas increased. The difference of in the phase purity and morphology of the powders affected the photoluminescence intensities of the phosphor powders.
계층적 구조를 갖는 중공형 ZnCo<sub>2</sub>O<sub>4</sub> 나노 섬유의 리튬이온배터리 음극소재 적용
정순영,조중상,Jeong, Sun Young,Cho, Jung Sang 한국화학공학회 2019 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.57 No.4
본 연구는 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유를 전기방사공정 및 후 열처리 공정을 통해 합성했다. 용액에 polystyrene (PS) 나노비드를 첨가하여 방사된 섬유는 열처리 과정을 통해 PS가 제거됨으로써 구조체 내 기공이 균일하게 생성되었으며 이는 구조체 내로 열 전달 및 가스의 침투를 원활히 함으로써 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유가 합성될 수 있었다. 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유를 리튬 이차전지의 음극활물질로 적용한 결과, $1.0A\;g^{-1}$의 높은 전류밀도에도 불구하고 300 사이클 동안 $815mA\;h\;g^{-1}$ ($646mA\;h\;cm^{-3}$)의 높은 가역 용량을 유지했다. 반면 $ZnCo_2O_4$ 나노 분말은 300 사이클 후 $487mA\;h\;g^{-1}$ ($450mA\;h\;cm^{-3}$)의 방전 용량을 나타냈다. 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유의 우수한 리튬 저장 특성은 중공 구조 및 섬유 표면을 구성하는 $ZnCo_2O_4$ 나노결정에 기인한 결과이다. 본 연구에서 제안한 계층적 구조를 갖는 중공형 나노 섬유 구조체는 다양한 금속 산화물로 확장 적용이 가능하며 에너지 저장 분야를 포함한 여러 분야에 응용 가능하다. Hierarchical $ZnCo_2O_4$ hollow nanofibers were prepared by electrospinning and subsequent heat-treatment process. The spinning solution containing polystyrene (PS) nanobeads was electrospun to nanofibers. During heat-treatment process, PS nanobeads in the composite were decomposed and therefore generated numerous pores uniformly in the structure, which facilitated the heat transfer and gas penetration into the structure. The resulting hierarchical $ZnCo_2O_4$ hollow nanofibers were applied as an anode material for lithium-ion batteries. The discharge capacity of the nanofibers was $815mA\;h\;g^{-1}$ ($646mA\;h\;cm^{-3}$) after the 300th cycle at a high current density of $1.0A\;g^{-1}$. However, $ZnCo_2O_4$ nanopowders showed the discharge capacity of $487mA\;h\;g^{-1}$ ($450mA\;h\;cm^{-3}$) after 300th cycle. The excellent lithium ion storage property of the hierarchical $ZnCo_2O_4$ hollow nanofibers was attributed to the synergetic effects of the hollow nanofiber structure and the $ZnCo_2O_4$ nanocrystals composing the shell. The hierarchical hollow nanofiber structure introduced in this study can be extended to various metal oxides for various applications, including energy storage.
박기대 ( Gi Dae Park ),조중상 ( Jung Sang Cho ) 한국공업화학회 2022 공업화학전망 Vol.25 No.3
충방전이 가능한 이차전지 기술은 높은 에너지밀도 및 출력 성능을 요구하는 다양한 장치의 수요 증가에 따라 지속적인 연구개발이 진행 중이다. 특히, 전기화학적 전환 및 합금 반응에 의해 동작하는 고용량 신규 소재에 대한 연구가 리튬 이온 및 차세대 나트륨, 칼륨 이온 배터리의 음극 소재로서 최근 주목받고 있다. 금속, 금속산화물 및 금속칼코겐화물을 포함하는 다양한 음극 소재는 기존의 상용화된 흑연 소재에 비해 높은 용량을 나타내지만 충방전 시 큰 부피변화율 및 낮은 전기전도도는 해당 소재의 상용화에 큰 걸림돌로 작용한다. 최근, 전기화학 반응 후 헤테로 계면을 형성하는 멀티 음이온 조성의 신규 음극 소재에 대한 연구가 진행 중이다. 헤테로 계면을 형성하는 멀티 음이온 조성의 전극소재는 기존 소재가 갖는 반복적인 사이클 동안의 불안정한 구조적 특성 및 낮은 출력성능을 개선할 수 있기 때문에 리튬뿐만 아니라 나트륨 및 칼륨 이온 배터리의 신규 음극 소재로서 연구되고 있다. 본 기고에서는 최근 헤테로 계면을 갖는 이차전지용 음극 소재에 대한 개발 현황 및 연구 동향을 심층적으로 논한다.
계층적 다공구조를 갖는 Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 나노섬유의 리튬 이차전지 음극소재 적용
조민수 ( Min Su Jo ),조중상 ( Jung Sang Cho ) 한국화학공학회 2019 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.57 No.2
본 연구는 메조-, 마크로- 기공이 상호 연결된 계층적 다공구조를 갖는 Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 나노섬유를 전기방사 및 후 열처리 과정을 통해 합성하였다. 구조체 내 마크로 기공은 Fe(acac)<sub>3</sub>/polyacrylonitrile 연속상을 포함하는 섬유 내 분산상으로 존재하는 polystryrene을 열처리 과정 중 선택적으로 분해함으로써 생성시켰다. 또한, 전기방사 공정 동안 침투된 수분의 기화로 형성된 메조 기공은 마크로 기공과 상호연결되어 최종 계층적 다공구조를 갖는 Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 나노섬유를 형성했다. 계층적 다공구조를 갖는 Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 나노섬유의 초기 방전용량과 Coulombic 효율은 1.0 A g<sup>-1</sup>의 전류밀도에서 1190 mA h g<sup>-1</sup>, 79.2% 였으며, 1000 사이클 후의 방전 용량은 792 mA h g<sup>-1</sup>였다. 계층적 다공구조를 갖는 Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 나노섬유는 높은 구조적 안정성과 형태학적 이점으로 인해 우수한 리튬 이온 저장 성능을 나타냈다. Hierarchically porous Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> nanofibers with meso- and macro- pores are designed and synthesized by electrospinning and subsequent heat-treatment. The macro pores are generated by selectively decomposition of polystyrene as a dispersed phase in the as-spun fibers containing Fe(acac)<sub>3</sub>/polyacrylonitrile continuous phases during heattreatment. Additionally, meso-pores formed by evaporation of infiltrated water vapor during electrospinning process interconnected the macro-pores and results in the formation of hierarchically porous Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> nanofibers. The initial discharge capacity and Coulombic efficiency of the hierarchically porous Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> nanofibers at a current density of 1.0 A g<sup>-1</sup> are 1190 mA h g<sup>-1</sup> and 79.2%. Additionally, the discharge capacity of the nanofibers is 792 mA h g<sup>-1</sup> after 1,000 cycles. The high structural stability and morphological benefits of the hierarchically porous Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> nanofibers resulted in superior lithium ion storage performance.
Mo<sub>2</sub>C/Mo<sub>2</sub>N 나노 입자와 환원된 그래핀 옥사이드가 복합된 나노 섬유 중간층이 적용된 리튬-황 전지
이재섭 ( Jae Seob Lee ),양지훈 ( Ji Hoon Yang ),조중상 ( Jung Sang Cho ) 한국화학공학회 2022 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.60 No.4
리튬-황 전지의 기능성 중간층으로 그래핀과 Mo<sub>2</sub>C/Mo<sub>2</sub>N 나노입자로 구성된 나노섬유(Mo<sub>2</sub>C/Mo<sub>2</sub>N rGO NFs)를 사용하였다. Mo<sub>2</sub>C/Mo<sub>2</sub>N 나노입자는 섬유 구조 내 고르게 분산되어 리튬 폴리설파이드의 화학적 흡착을 위한 활성 사이트 역할을 함으로써 전해질로의 용출을 효과적으로 억제하였다. 또한 구조 내 매트릭스로 구성된 그래핀 나노시트는 충방전이 진행되는 동안 이온 및 전자의 빠른 이동을 보장할 뿐만 아니라 반응 시 산화/환원 반응을 원활하게 하여 높은 리튬 폴리설파이드의 재사용을 보장하였다. 그 결과 Mo<sub>2</sub>C/Mo<sub>2</sub>N rGO NFs로 코팅된 분리막을 기능성 중간층으로 사용, 순수 황 전극(황 함량 70 wt%, 황 로딩 2.1 mg cm<sup>-2</sup>)으로 제작된 리튬-황 전지는 0.1 C에서 400회 충방전 후 476mA h g<sup>-1</sup>의 안정적인 방전 용량을 나타냈으며, 1.0 C의 높은 전류밀도에서도 574 mA h g<sup>-1</sup>의 방전용량을 나타내었다. 본 연구에서 제안된 나노구조체 합성 전략은 고성능 리튬-황 전지 용 기능성 중간층 및 다양한 에너지 저장 소재분야로의 확장이 가능하다. Nanofibers comprising reduced graphene oxide (rGO) and Mo<sub>2</sub>C/Mo<sub>2</sub>N nanoparticles (Mo<sub>2</sub>C/Mo<sub>2</sub>N rGO NFs) were prepared for a functional interlayer of Li-S batteries (LSBs). The well-dispersed Mo<sub>2</sub>C and Mo<sub>2</sub>N nanoparticles in the nanofiber structure served as active polar sites for efficient immobilization of dissolved lithium polysulfide. The rGO nanosheets in the structure also provide conductive channels for fast ion/electron transport during charging-discharging and ensured reuse of lithium polysulfide during redox reactions through a fast charge transfer process. As a result, the cell assembled with Mo<sub>2</sub>C/Mo<sub>2</sub>N rGO NFs-coated separator and pure sulfur electrode (70 wt% of sulfur content and 2.1 mg cm<sup>-2</sup> of sulfur loading) showed a stable discharge capacity of 476 mA h g<sup>-1</sup> after 400 charge-discharge cycles at 0.1 C. Furthermore, it exhibited a discharge capacity of 574 mA h g<sup>-1</sup> even at a high current density of 1.0 C. Therefore, we believe that the proposed unique nanostructure synthesis strategy could provide new insights into the development of sustainable and highly conductive polar materials as functional interlayers for high performance LSBs.