본 연구에서는 탄소나노튜브(CNT) 패치 센서를 기반으로 하여 구조물의 이상 거동을 감지하고 대 응할 수 있도록 하는 첨단 스마트 모니터링 시스템을 제안한다. 복합소재로 제작되는 CNT 센서는 유 연한 특성을 갖게 되어 다양한 형태의 구조물 표면에 적용할 수 있으며, 이를 통해 충격이나 피로 등 에 의해 발생되는 균열과 같은 비정상적인 거동을 감지할 수 있다. CNT 센서를 통해 수집한 데이터 는 IoT 시스템을 통해 실시간으로 분석되어 구조물의 거동 상태를 확인하고 건전성을 모니터링 할 수 있게 한다. 이 시스템의 성능 검증 및 사용성 검토를 위해 미국 소재 교량에서 실증 테스트를 하였으 며, 테스트 결과 CNT 센서를 이용한 구조물 거동 감지 시스템을 통해 구조물의 이상 거동을 효과적 으로 감지하고 모니터링하여 구조물에서 발생 될 수 있는 잠재적 문제를 사전에 예방할 수 있음을 확 인하였다. 이와 같은 기술은 추후 다양한 분야에서 적극적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

교량, 터널 등 콘크리트 구조물의 건설 또는 사용 중 사고는 심각한 재산 및 인명 피해를 야기하기 때문에, 콘크리트 구조물의 증가와 동시에 Structural health monitoring(SHM)의 중요성 또한 높아졌 다. 하지만 현재까지 콘크리트 구조물의 안전 관리 및 유지관리는 주로 인력에 의한 육안 점검이 주를 이루고 있으며, 이는 주관적이고 정성적인 관리 수준에 머무르고 있어 안전성 평가 결과에 대한 신뢰 성 및 실시간 상태 파악과 대응 측면에 한계가 존재한다. 이에 본 연구에서는 현재 활발하게 연구되고 있는 탄소나노튜브를 활용하여 기다란 바 형태의 Carbon nanotube reinforced polymer(CNRP) Bar를 개발하였으며, 이를 콘크리트 구조물에 적용하였다. 구조물 변형에 따른 CNRP Bar의 센싱 성능을 파 악하기 위해 3점 굽힘 시험을 진행하였고, 동시에 콘크리트 구조물 내 CNRP Bar의 전기적 변화를 분석하였다. 실험 결과 콘크리트 구조물에 균열 발생 전 굽힘 응력에 의해 CNRP Bar의 저항이 감소 하였고, 균열 발생 후 균열이 커짐에 따라 저항이 증가하는 거동을 보였다. 이를 통해 CNRP Bar는 콘크리트 구조물에 용이하게 적용할 수 있는 매립형 센서로써 사용 가능하고, 이는 콘크리트 구조물의 안전성을 효율적으로 모니터링하는 시스템으로 발전 가능할 것으로 판단된다.

구조물 보수 부위의 손상, 재 박리 등의 2차 피해가 이어지며, 보수 부위의 새로운 거동 평가 기법 에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다. 현재 구조물 보수 부위의 거동을 알기 위해서 주로 인력 중 심의 구조물 외관 검사를 진행하고 있으나, 단편적인 검사 결과를 얻게 되어 지속적이고 세밀한 점검 이 어려운 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 탄소나노튜브 기반 폴리머 콘크리트를 활용해 압축과 같 은 외부 응력에 대한 탄소나노튜브 함량별 전기적 변화를 분석하였으며, 균열이 발생한 콘크리트 구조 물을 보수 후 응력을 가해 거동에 따른 전기적 변화를 평가하였다. 압축 시험 결과, 응력에 따른 탄소 나노튜브 기반 폴리머 콘크리트의 전기 저항이 감소하며, 탄소나노튜브 함량이 낮을수록 응력에 대한 저항 감소 폭이 넓게 나타나며 민감도가 증가하였다. 균열 보수 시험 결과, 보수 부위에 응력이 가해 졌을 때 전기 저항이 감소해 앞서 진행된 실험 결과와 동일한 경향을 보였으며, 또한 응력이 가해지지 않을 때 초기 저항으로 회복하는 경향을 보여 구조물 보수 부위 거동에 대한 평가가 가능한 것으로 검 증되었다. 이를 통해, 탄소나노튜브 기반 폴리머 콘크리트는 구조물에 적용이 가능하며, 구조물 보수 후에도 가해지는 응력에 대한 지속적인 감지가 가능해 보수 부위 거동 평가가 가능할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 분리막 생물반응기(membrane bioreactor, MBR)에서 발생되는 생물막오염 완화에 탁월한 효과를 가진 분리막을 개발할 목적으로, 친수성 산소 기능기가 많은 탄소나노구체(carbon nanosphere, CNS)를 합성한 뒤, 이를 첨가 제로 활용하여 친수성과 다공성 기공 구조를 갖는 고성능 한외여과막을 제조하였다. CNS는 막 표면에 초승달 모양의 기공을 형성하였고, CNS 함량을 4.6 wt%까지 증가시킴에 따라 최대기공 크기보다 큰 결함을 야기하지 않으면서 평균 표면 기공 크 기를 약 40% 증가시키는 것으로 나타났다. 또한, CNS 복합막의 다공성 기공 구조는 CNS의 등방성 형태와 상대적으로 낮은 입자 수밀도 덕분에 CNS 첨가에 따른 고분자 용액의 점도 급등이 방지됐기 때문이라고 판단된다. 그러나 너무 다공성이 커 지게 되면 기계적 물성이 저하되므로, 기공구조와 기계적 성질을 포함한 종합적인 고려를 했을 때 CNS2.3이 가장 우수하다 고 관측되었다. CNS2.3은 CNS0에 비해 수투과도가 2배 이상 높을 뿐만 아니라, MBR 공정에서 분리막 세정이 요구될 때까 지의 운전 시간도 5배 이상 연장시킨 것으로 확인되었다.

In the present work, we address the new route for the green synthesis of manganese dioxide (MnO2) by an innovative method named the solution plasma process (SPP). The reaction mechanism of both colloidal and nanostructured MnO2 was investigated. Firstly, colloidal MnO2 was synthesized by plasma discharging in KMnO4 aqueous solution without any additives such as reducing agents, acids, or base chemicals. As a function of the discharge time, the purple color solution of MnO4 - (oxidation state +7) was changed to the brown color of MnO2 (oxidation state +4) and then light yellow of Mn2+ (oxidation state +2). Based on the UV-vis analysis we found the optimal discharging time for the synthesis of stable colloidal MnO2 and also reaction mechanism was verified by optical emission spectroscopy (OES) analysis. Secondly, MnO2 nanoparticles were synthesized by SPP with a small amount of reducing sugar. The precipitation of brown color was observed after 8 min of plasma discharge and then completely separated into colorless solution and precipitation. It was confirmed layered type of nanoporous birnessite- MnO2 by X-ray powder diffraction (XRD), fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), and electron microscopes. The most important merits of this approach are environmentally friendly process within a short time compared to the conventional method. Moreover, the morphology and the microstructure could be controllable by discharge conditions for the appropriate potential applications, such as secondary batteries, supercapacitors, adsorbents, and catalysts.

One-dimensional MgO nanostructures with various morphologies were synthesized by a thermal evaporation method. The synthesis process was carried out in air at atmospheric pressure, which made the process very simple. A mixed powder of magnesium and active carbon was used as the source powder. The morphologies of the MgO nanostructures were changed by varying the growth temperature. When the growth temperature was 700 °C, untapered nanowires with smooth surfaces were grown. As the temperature increased to 850 °C, 1,000 °C and 1,100 °C, tapered nanobelts, tapered nanowires and then knotted nanowires were sequentially observed. X-ray diffraction analysis revealed that the MgO nanostructures had a cubic crystallographic structure. Energy dispersive X-ray analysis showed that the nanostructures were composed of Mg and O elements, indicating high purity MgO nanostructures. Fourier transform infrared spectra peaks showed the characteristic absorption of MgO. No catalyst particles were observed at the tips of the one-dimensional nanostructures, which suggested that the one-dimensional nanostructures were grown in a vapor-solid growth mechanism.

목적 : 온도감응성 나노구조체를 제조하고 이를 적용하여, 보관시에는 항생제가 용출되지 않고, 안구착용시에 만 온도감응성으로 항생제를 용출하는 스마트 콘택트렌즈를 제조하고자 한다. 방법 : 에멀젼중합하여 p(NIPAAm)-기반의 나노구조체를 합성하였고, 이를 샌드위치 공법을 통해 콘택트렌즈 에 도입하였다. Soaking 방법을 통해 항생제인 levofloxacin(LVF)를 콘택트렌즈에 탑재하여 온도에 따라 항생제 용출 특성을 분석하였다. 결과 : sodium n-dodecyl sulfate (SDS) 마이셀 템플레이트를 활용한 에멀젼중합을 통해 20-40 nm 크기의 온도감응형 p(NIPAAm)-기반의 나노구조체를 합성하였고 이는 TEM과 입도분석기를 통해 확인하였다. 샌드위치 공법을 통해 콘택트렌즈에 나노구조체를 도입하였고, soaking 방법을 통해 항생제를 렌즈안의 나노구조체에 탑재 하였다. 25 oC와 35 oC에서 각각 항생제의 방출 특성을 분석하였다. 상온에서는 항생제를 3 ug 이내로 방출하였 지만, 35 oC에서는 2시간이내에 대부분의 항생제를 방출하였고 10 ug까지 방출하였다. 결론 : 본 연구에서는 온도감응형 나노구조체를 합성하고, 이를 콘택트렌즈에 적용 및 항생제를 탑재하여, 온 도감응형 스마트 항생제용출 콘택트렌즈를 제조하였다. 온도감응형 나노구조체는 콘택트렌즈안에서 항생제를 성 공적으로 탑재할 수 있었고, 상온에서 상당량의 항생체를 보관하고, 온도증가시 10 ug까지의 많은 양의 항생제를 방출하였다. 본 연구결과는 약물전달용 스마트 안과의료기기 및 콘택트렌즈의 개발 및 상용화에 큰 역할을 할 것 으로 기대된다.

Recently, due to high theoretical capacitance and excellent ion diffusion rate caused by the 2D layered crystal structure, transition metal hydroxides (TMHs) have generated considerable attention as active materials in supercapacitors (or electrochemical capacitors). However, TMHs should be designed using morphological or structural modification if they are to be used as active materials in supercapacitors, because they have insulation properties that induce low charge transfer rate. This study aims to modify the morphological structure for high cycling stability and fast charge storage kinetics of TMHs through the use of nickel cobalt hydroxide [NiCo(OH)2] decorated on nickel foam. Among the samples used, needle-like NiCo(OH)2 decorated on nickel foam offers a high specific capacitance (1110.9 F/g at current density of 0.5 A/g) with good rate capability (1110.9 - 746.7 F/g at current densities of 0.5 - 10.0 A/g). Moreover, at a high current density (10.0 A/g), a remarkable capacitance (713.8 F/g) and capacitance retention of 95.6% after 5000 cycles are noted. These results are attributed to high charge storage sites of needle-like NiCo(OH)2 and uniformly grown NiCo(OH)2 on nickel foam surface.

We investigate the effect of phosphorous content on the microstructure and magnetic properties of Fe83.2Si5.33-0.33xB10.67-0.67xPxCu0.8 (x = 1–4 at.%) nanocrystalline soft magnetic alloys. The simultaneous addition of Cu and P to nanocrystalline alloys reportedly decreases the nanocrystalline size significantly, to 10–20 nm. In the P-containing nanocrystalline alloy, P atoms are distributed in an amorphous residual matrix, which suppresses grain growth, increases permeability, and decreases coercivity. In this study, nanocrystalline ribbons with a composition of Fe83.2Si5.33-0.33xB10.67- 0.67xPxCu0.8 (x = 1–4 at.%) are fabricated by rapid quenching melt-spinning and thermal annealing. It is demonstrated that the addition of a small amount of P to the alloy improves the glass-forming ability and increases the resistance to undesirable Fex(B,P) crystallization. Among the alloys investigated in this work, an Fe83.2Si5B10P1Cu0.8 nanocrystalline ribbon annealed at 460oC exhibits excellent soft-magnetic properties including low coercivity, low core loss, and high saturation magnetization. The uniform nanocrystallization of the Fe83.2Si5B10P1Cu0.8 alloy is confirmed by high-resolution transmission electron microscopy analysis.

Using UV nanoimprint lithography(UV-NIL), 1-dimensional(1-D) pattern structures were fabricated on a hybrid mixture thin film of lanthanum oxide and a UV-curable resin. 1-D pattern on a wafer fabricated by the laser interference lithography was transferred to polydimethylsiloxane and this is used as a mold of UV-NIL process. Conducting an X-ray photoelectron spectroscopy, C 1s and La 3d spectra were analyzed, and it was confirmed that hybrid thin film was successfully deposited on glass substrate. Also, transferred pattern structure was observed by using an atomic force microscopy. Through this, it was revealed that agglomerations between 1-D pattern were increased as UV irradiation time increased and this phenomenon disrupted the quality of NIL process. Additionally, liquid crystal(LC) cells with patterned hybrid thin films were fabricated and LC alignment performances were investigated. Using the polarizing optical microscopy and the crystal rotation method, LC alignment state and pretilt angles were observed. Consequently, the uniform homogeneous LC alignment was achieved at UV irradiation time of 1min and 3min where high resolution pattern transfer was observed.

나노여과를위한 박막 나노복합체(TFN) 멤브레인 기술의 발전은 천연 자원에서 오염 물질을 제거하는 데 중요하 다. 최근에는 기존의 박막 복합체(TFC) 및 나노복합체 멤브레인에서 불가피한 단점을 극복하기 위해 다양한 금속유기구조체 (MOF) 수정이 테스트되었다. 일반적으로 MIL-101(Cr), UiO-66, ZIF-8 및 HKUST-1 [Cu3(BCT2)]은 용매 투과성 및 용질 제 거 측면에서 막 성능을 현저하게 향상시키는 것으로 입증되었다. 이 리뷰에서는 이러한 MOF가 나노 여과에 미치는 영향에 대 한 최근 연구가 논의될 것이다. 서로 다른 금속유기구조체의 동시 사용 및 고유한 금속유기구조체 레이어링 기술(예: 딥 코팅, 스프레이 사전 배치, Langmuir-Schaefer 필름 등)과 같은 다른 새로운 기능도 멤브레인 성능을 향상시켰다. 이러한 MOF 변 형 TFN 멤브레인은 각각의 TFC 및 TFN 멤브레인에서 분리 성능을 향상시키는 것으로 자주 나타났을 뿐만 아니라 많은 보 고서에서 비용 효율적이고 환경 친화적인 공정에 대한 잠재력을 설명한다.

In this study, visualization of droplet impact on hydrophobic micro-, micro/nano-textured surfaces and lubricant infused surfaces was performed. Experimental specimens were fabricated using MEMS (micro- electromechanical systems) techniques and droplet impact with pure water was visualized at various Weber number range (2 < We < 200) using a high speed camera at 8000 frames per second. Through this study it was confirmed that, various droplet impact behaviors were appeared as the Weber number was increased and the Weber number at which droplet impact behavior changes was affected by surface characteristics. Particularly, on the lubricant infused surface (LIS) after droplet impact retraction velocity is reduced by the lubricant viscosity effect during contraction process of droplet to improve the droplet deposition behavior on the surface. It was confirmed that droplet break up phenomena caused interfacial instability was slightly delayed on LIS due to the viscous dissipation effect during droplet impact process.