Highly safe lithium-ion batteries (LIBs) are required for large-scale applications such as electrical vehicles and energy storage systems. A highly stable cathode is essential for the development of safe LIBs. LiFePO4 is one of the most stable cathodes because of its stable structure and strong bonding between P and O. However, it has a lower energy density than lithium transition metal oxides. To investigate the high energy density of phosphate materials, vanadium phosphates were investigated. Vanadium enables multiple redox reactions as well as high redox potentials. LiVPO4O has two redox reactions (V5+/V4+/V3+) but low electrochemical activity. In this study, LiVPO4O is doped with fluorine to improve its electrochemical activity and increase its operational redox potential. With increasing fluorine content in LiVPO4O1-xFx, the local vanadium structure changed as the vanadium oxidation state changed. In addition, the operating potential increased with increasing fluorine content. Thus, it was confirmed that fluorine doping leads to a strong inductive effect and high operating voltage, which helps improve the energy density of the cathode materials.

To develop a high capacity lithium secondary battery, a new approach to anode material synthesis is required, capable of producing an anode that exceeds the energy density limit of a carbon-based anode. This research synthesized carbon nano silicon composites as an anode material for a secondary battery using the RF thermal plasma method, which is an ecofriendly dry synthesis method. Prior to material synthesis, a silicon raw material was mixed at 10, 20, 30, 40, and 50 wt% based on the carbon raw material in a powder form, and the temperature change inside the reaction field depending on the applied plasma power was calculated. Information about the materials in the synthesized carbon nano silicon composites were confirmed through XRD analysis, showing carbon (86.7~52.6 %), silicon (7.2~36.2 %), and silicon carbide (6.1~11.2 %). Through FE-SEM analysis, it was confirmed that the silicon bonded to carbon was distributed at sizes of 100 nm or less. The bonding shape of the silicon nano particles bonded to carbon was observed through TEM analysis. The initial electrochemical charging/ discharging test for the 40 wt% silicon mixture showed excellent electrical characteristics of 1,517 mAh/g (91.9 %) and an irreversible capacity of 133 mAh/g (8.1 %).

Recently, research on MAX phase materials has been actively conducted. M of MAX phase is made of early transition metal element, A is A-group (IIIA or IVA) element, and X is Carbon or Nitrogen. It has the chemical formula of MnAXn-1, and is called the 211, 312, and 413 groups according to the indices(n=1,2,3). MXene material is characterized by having a layered structure of 2D structure like graphene by etching the element corresponding to A-gruop in the MAX phase. So far, MXene materials have been reported to be applied in various fields. In particular, research is being actively conducted as anode material for Li secondary batteries, electromagnetic wave shielding material, and hydrogen storage alloy material. In the pulse energization active sintering method, the surface of the powder particles is cleaned and activated more easily than the conventional electrical sintering process and material transfers at both the macro and micro level, so that a high-quality sintered body can be obtained at low temperature and fast time. In this study, the MAX phase was synthesized in a short time by using a pulse current active sintering apparatus, and the MXene material was prepared from the synthesized MAX phase and the structure was analyzed.

The capacity of high nickel Li(NixCoyMn1-x-y)O2 (NCM, x ≥ 0.8) cathodes is known to rapidly decline, a serious problem that needs to be solved in a timely manner. It was reported that cathode materials with the {010} plane exposed toward the outside, i.e., a radial structure, can provide facile Li+ diffusion paths and stress buffer during repeated cycles. In addition, cathodes with a core-shell composition gradient are of great interest. For example, a stable surface structure can be achieved using relatively low nickel content on the surface. In this study, precursors of the high-nickel NCM were synthesized by coprecipitation in ambient atmosphere. Then, a transition metal solution for coprecipitation was replaced with a low nickel content and the coprecipitation reaction proceeded for the desired time. The electrochemical analysis of the core-shell cathode showed a capacity retention of 94 % after 100 cycles, compared to the initial discharge capacity of 184.74 mA h/g. The rate capability test also confirmed that the core-shell cathode had enhanced kinetics during charging and discharging at 1 A/g.

In this study, multilayered SnO nanoparticles are prepared using oleylamine as a surfactant at 165oC. The physical and chemical properties of the multilayered SnO nanoparticles are determined by transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Interestingly, when the multilayered SnO nanoparticles are heated at 400oC under argon for 2 h, they become more efficient anode materials, maintaining their morphology. Heat treatment of the multilayered SnO nanoparticles results in enhanced discharge capacities of up to 584 mAh/g in 70 cycles and cycle stability. These materials exhibit better coulombic efficiencies. Therefore, we believe that the heat treatment of multilayered SnO nanoparticles is a suitable approach to enable their application as anode materials for lithium-ion batteries.

목적 : 청색광을 차단하는 고분자를 합성하였고, 이를 하이드로겔 콘택트렌즈에 적용시켰다. 제조된 콘택트렌 즈의 함수율과 청색광차단 기능을 청색광차단 고분자의 첨가량에 따라 분석하고자 한다. 방법 : Polyethyleneimine(PEI에 친핵성 치환 반응을 통해 청색광 흡수기능의 반응성 염료 (Procion Yellow MX8G)와 결합시켰고, 이를 하이드로겔 콘택트렌즈에 적용시켰다. 콘택트렌즈의 청색광차단 특성은 UV-vis spectrophotometer를 이용하여 확인하였다. 결과 : 청색광 흡수기능의 반응성 염료가 성공적으로 PEI에 결합되었다. 청색광차단 고분자는 콘택트렌즈에 적 용되었으며, UV-vis spectra 분석을 통해 우수한 청색광차단 기능을 보임을 확인하였다. 추가적으로, 3일의 세 척과정 후에 청색광 흡수 염료는 더 이상 콘택트렌즈로부터 용출되지 않았다. 결론 : 본 연구에서는 청색광차단 고분자를 포함하는 하이드로겔 콘택트렌즈의 제조와 분석을 수행하였다. 하 이드로겔 콘택트렌즈는 450~700 nm 사이의 파장에서 90% 이상의 광투과율과 우수한 함수율을 보여주었다. 특 히, 첨가된 청색광차단 고분자의 양이 증가할수록, 380~450 nm 사이의 청색광 파장에서 차단 세기가 의미 있게 증가함을 확인하였다. 청색광차단 콘택트렌즈의 제조는 안의료용 디바이스 개발에 큰 역할을 할 것으로 기대된다.

철도침목은 일반적으로 목재 및 콘크리트 침목을 많이 사용하고 있다. 그러나 목침목은 수분과 충해등으로 인해 썩기 쉽다. 게다가 짧은 수명으로 인해 교체를 자주해줘야 하지만 자원고갈로 인한 공급의 어려움이 있다. 콘크리트 침목은 중량이 무거워 시공장소에 제한이 있고 운반이 어려운 단점을 갖고 있다. 또한 균열발생이나 파손이 일어났을 때 소음이 발생하고 심한 진동으로 인해 레일의 수용저하등의 문제가 있다. 그러므로 이번 연구에서는 전통적으로 사용하던 목재 및 콘트리트 침목을 대신할 합성침목을 개발하는 것이다. 합성침목의 주원료는 폴리올과 이소시아네이트로 구성된 폴리우레탄이다. 폴리우레탄을 수지로 사용하게 되면 강도가 약해 이를 보완해야 하는데 현재까지는 유리섬유나 석탄재와 같은 원료를 사용하였다. 유리섬유 는 인체에 유해하고 침목의 폐기 시 자연에서 분해되지 않은 단점이 있으므로 이 연구에서는 자연에서 분해될 수 있는 천연보 강재를 사용하여 기계적 물성은 유지하면서 가공성 및 경제성이 우수한 합성수지 침목을 개발하는 실험을 진행하였다.

Three-dimensional(3D) printing is a process for producing complex-shaped 3D objects by repeatedly stacking thin layers according to digital information designed in 3D structures. 3D printing can be classified based on the method and material of additive manufacturing process. Among the various 3D printing methods, digital light processing is an additive manufacturing technique which can fabricate complex 3D structures with high accuracy. Recently, there have been many efforts to use ceramic material for an additive manufacturing process. Generally, ceramic material shows low processability due to its high hardness and strength. The introduction of additive manufacturing techniques into the fabrication of ceramics will improve the low processability and enable the fabrication of complex shapes and parts. In this study, we synthesize silica composite material that can be applied to digital light processing. The rheological and photopolymeric properties of the synthesized silica composite are investigated in detail. 3D objects are also successfully produced using the silica composite and digital light processing.

The impact of different mixing methods and sintering temperatures on the microstructure and piezoelectric properties of PZNN-PZT ceramics is investigated. To improve the sinterability and piezoelectric properties of these ceramics, the composition of 0.13Pb((Zn0.8Ni0.2)1/3Nb2/3)O3-0.87Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 (PZNN-PZT) containing a Pb-based relaxor component is selected. Two methods are used to create the powder for the PZNN-PZT ceramics. The first involves blending all source powders at once, followed by calcination. The second involves the preferential creation of columbite as a precursor, by reacting NiO with Nb2O5 powder. Subsequently, PZNN-PZT powder can be prepared by mixing the columbite powder, PbO, and other components, followed by an additional calcination step. All the PZNNPZT powder samples in this study show a nearly-pure perovskite phase. High-density PZNN-PZT ceramics can be fabricated using powders prepared by a two-step calcination process, with the addition of 0.3 wt% MnO2 at even relatively low sintering temperatures from 800℃ to 1000℃. The grain size of the ceramics at sintering temperatures above 900℃ is increased to approximately 3 μm. The optimized PZNN-PZT piezoelectric ceramics show a piezoelectric constant (d33) of 360 pC/N, an electromechanical coupling factor (kp) of 0.61, and a quality factor (Qm) of 275.

분자수준에서 가교화된 고분자네트워크는 높은 내화학성과 비표면적을 가질 수 있다. 하지만 3차원으로 가교하기 위해서는 3개 이상의 다관능기를 가진 단량체가 사용되어야 하는데 합성 시 분자수준의 네트워크를 구성하기 전에 겔화가 되거나 침전이 발생하게 되어 높은 가교도의 고분자네트워크를 합성할 수 없다. 본 발표에서는 유기 졸-겔법을 이용하여 가교화된 고분자네트워크가 용매내에 안정하게 분산되어 있는 졸을 합성한다. 합성된 sol은 다양한 공정에 의해 나노파티클, 나노캡슐, 프리스탠딩 필름, 계층적 기공구조를 가지는 모노리스, 고분자 복합체로 가공이 가능하며 이를 이용하여 흡착제, 기체분리막 등 가스분리 응용에 적용한다.

We carried out a dynamic instability assessment of carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) and carbon nanotubes/fiber/polymer composite (CNTFPC) skew plates based on the high-order shear deformation plate theory (HSDT). The multiscale interactions between carbon nanotube (CNT) ratios and skew angles on the dynamic instability for various length-thickness ratios are studied using a two-dimensional finite element model developed for this study. The results were verified by those reported in the literature show the interactions between the CNT reinforcement and skew angles in the skew laminate. Numerical examples show the importance of CNT reinforcement when assessing the dynamic instability of CNTRC and CNTFPC skew plates.

기존에 많이 이용되고 있는 전기탈이온(EDI) 공정은 전기투석법과 이온교환수 지법을 혼합한 공정이다. 이 공정에 이용되는 모듈은 전기투석을 위한 양･음이 온교환막, 두 막 사이에 이온교환수지로 채워지는 형태이다. 하지만 이온교환수지와 양･음이온교환막으로 인해 모듈의 크기가 커지는 단점이 있다. 이러한 점 들을 바탕으로 현재 이온교환수지를 글라인딩하여 바이폴라형태의 막으로 만든 전기흡착탈이온 공정 모듈이 생산되고 있다. 본 연구는 모듈에 적용할 수 있는 높은 이온교환능력을 가지는 이온교환고분자를 합성하고, 이온교환수지을 대신 할 이온교환그룹을 가진 나노입자를 제조하여 이 둘을 적절하게 조절하여 하이브리드막을 제조하였다. 그리고 제조된 하이브리드막은 다양한 특성평가를 실시하였고, 그에 따른 고찰을 진행하였다.

This study investigates the application of a synthetic resine based net-hose system to sustain vegetated embankment slope reinforcement. The net-hose system is designated to improve water supply to the vegetation that can suffer the lack of water in case of extreme drying condition or rock slope where water supply is relatively insufficient to ensure the growth of vegetation. A series of laboratory tests were conducted to check the structural adequacy and effectiveness of net-hose system. The results indicated that the model slope equipped with net-hose system seemed to provide better water supply resulting in more vegetated areas and higher matric suction due to active water uptake capacity, which might be contributed to greater shear strength of slope surface. A limited numerical analysis was conducted to verify the effect of water uptake on vegetated root system that generally yields better slope stability.

본 연구에서는 다양한 아민기를 가지는 폴리이미드 소재 및 분리막을 제조하여 그들의 구조의 변화에 따른 기체 투과도를 측정하였으며 동력학(Molecular dynamics; MD) 기술을 이용하여 해당 기체의 시간의 변화에 따른 위치와 속도를 계산하여, 기체분자의 동적 특성을 분석하는데 활용하였다. 투과도 측정결과 합성된 고분자 소재의 경우 고분자 내의 free volume을 증가시키는 치환기를 도입시켰을 경우 기체투과도가 증가되었으나 rigid한 구조가 도입된 폴리이미드는 투과도가 감소되는 경향을 확인하였다. 또한 분자동력학 시뮬레이션을 이용하여 기체투과거동 변화를 분석한 결과 실제 기체투과도 측정결과와 유사한 결과를 나타냄을 확인할 수 있었다.

NATM의 미세 구조는 SEM, FT-IR, 인장특성, 그리고 [NCO]/[OH]의 mole %, 입도분석에 의해 측정하였다. 친환경적인 NATM에 관한 관심이 고조됨에 따라 스테인레스 등의 금속코팅에 더욱더 중요한 무용제 도료의 발전을 이끈다. 우리는 스테인레스 스틸의 부식을 방지할 수 있는 NATM(New Austria Tunnel Method)의 수지를 합성하였다. 폴리우레탄과 에폭시로 합성한 혼성 수지는 일반적 NATM 수지와 도료와 비교하여 강도와 내구력이 매우 양호하다. 혼성수지는 폴리올, 에폭시, MDI, 실리콘 계면활성제, 촉매, 가교제, 충전제로 구성된다. 충전제인 fume silica는 경화속도를 가속시킬 뿐만 아니라 열적 장벽으로 물성이 우수함을 나타냈다. NATM 수지의 기계적 특성은 [NCO]/[OH]의 mole%와 fume silica가 증가함에 따라 강도가 증가하였다. 결론적으로 가교제와 fume silica가 함유된 혼성수지의 미세구조는 스테인레스 스틸같은 금속물질의 열경화코팅을 위한 좋은 물질이다.

Carbazole과 diketopyrrolopyrrole를 기본 골격으로 한 2,5-bis-(2-butyl-octyl)-3,6-bis-[5-(4-carbazol-9-ylphenyl)-thiophen-2-yl] -2,5-dihydro-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione (PCTDPP12)을 스즈키 커플링 반응을 이용하여 합성하였다. UV-Visible 분광법으로 확인 한 결과 PCTDPP의 용액과 필름의 최대 흡수 피크는 각각 643 nm와 671 nm이며, PCTDPP12의 광학적 밴드갭은 각각 1.84 eV이다. 열처리에 의해 PCTDPP12의 UV-visible 흡광도 및 최대 흡수 파장이 변화된는 것을 관찰 하였다. 그리고 순환 전압 전류법에 의해 조사한 PCTDPP12의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위는 –5.34 eV와 -3.54 eV 이다.

유러피언(Eu) 착물을 이용하여 산화 그래핀 시트와 비공유 결합방법을 이용하여 제조하였으며, 산화 그래핀(GOS)뿐만 아니라 혼합된 각각의 물질의 특성을 유러피언(Eu) 착물의 흡착을 확인하였다. 또한, 하이브리드 산화 그래핀(GOS)-유러피언(Eu) 착물의 최종생성물은 생물학적 labeling과 anti-counterfeiting 등 여러 실용적인 분야에 적용 가능한 밝은 적색의 발광을 방출하는 물질이다.

Fe powders with elongated and aggregated structure as heat pellet material for thermal battery applications were prepared by spray pyrolysis under various preparation conditions. The precursor powders with spherical shapes and hollow morphologies turned into Fe powders after reduction at a temperature of 615˚C under 20% H2/Ar gas. The powders had pure Fe crystal structures irrespective of the preparation conditions of the precursor powders in the spray pyrolysis. The morphologies and mean sizes of the Fe powders are affected by the preparation conditions of the precursor powders in the spray pyrolysis. Therefore, the ignition sensitivities and the burn rates of the heat pellets formed from the Fe powders prepared by spray pyrolysis are affected by the preparations of the precursor powders. The Fe powders prepared under the optimum preparation conditions have a BET surface area of 2.9 m2g1. The heat pellets prepared from the Fe powders with elongated and aggregated structure have a good ignition sensitivity of 1.1W and a high burn rate of 18 cms1.