Salined water electrolysis is one of representative commercial processes to produce valued chemicals such as chlorine, hydrogen. The most important issue in the electrolysis is to reduce energy consumption. A plausible solution is to accelerate Na+ion transport through cation exchange membranes and to reduce interfacial resistance with electrodes. The conventional membrane materials are based on PFSAs such as Nafion®. In spite of their robust chemical resistance, there are several critical demerits including expensive production cost and difficult tuning capability. For this, a SPAES random copolymer-silica nanocomposite is used as a membrane matrix with a high ionic conductivity and radiation-grafted with a highly sulfonated poly(strylene) to provide a branched polymer architecture for improved interfacial characteristics.

Graphene oxide (GO) is an intriguing two-dimensional nanosheet, a highly oxidized graphene sheet. Due to its various oxygen-containing polar functional groups, graphene oxide shows high CO2 sorption properties, and also thin-film GO membranes exhibit good CO2 separation properties, particularly in the presence of water molecules. Recently, GO nanosheets have been incorporated into polymer membranes, in the form of mixed-matrix membranes, to expect the synergistic effect of GO and polymer matrix. Here, we prepared novel GO/polymer membranes via crosslinking reactions between polar groups on basal plane of GO and bi-functional crosslinking agents, and then conducted the gas permeation measurements to see the possible enhancement for permeability/selectivity performance.

최근 폴리아마이드 선택층에 나노물질을 혼합하여 해수담수화 성능을 높이고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 총설은 역삼투 분리막 해수담수화 공정에서의 에너지 효율 향상을 위한 우수한 성능을 가진 폴리아마이드 기반 나 노복합막을 소개하고자 한다. 그래핀 옥사이드 및 탄소나노튜브와 같은 탄소나노물질 및 제올라이트, 실리카 나노입자 등의 다양한 나노물질들이 기존 폴리아마이드의 투과분리성능을 높이기 위해 적용되고 있다. 본 총설에서는 최근 연구 중인 각 나 노소재별 성능향상 특장점을 소개하고, 더 높은 성능을 갖는 나노복합막 제조를 위한 연구방향을 제시하고자 한다.

A novel nanocomposite LDPE film with UV protective properties was developed for active packaging applications. Initially, undoped and Mn-doped TiO2 nanoparticles (NPs) were synthesized by the sol-gel method and the resulting particles were characterized. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) images revealed an agglomerated nature and spherical morphology. X-ray diffraction (XRD) studies indicated that all products were crystalline and in the form of rutile. The reflectance spectrum of undoped TiO2 NPs demonstrated a characteristic sharp edge at 410 nm. Subsequently, nanocomposite (NC) LDPE samples were prepared with the NPs by solvent precipitation followed by film casting. The optical and thermal properties of the NC samples were investigated. Incremental increases in Mn concentration from 0.25 mol % to 1.00 mol % were associated with progressive decreases in light transmission in the UV region. The melting and maximum decomposition temperatures of all NCs were 107 and 442-449 °C, respectively. The UV protective LDPE-based NC films exhibited superior photostability. Absorption in the FTIR spectra at 1716 and 1734 cm-1 changed after 4-wk exposure to UV for all film samples as a consequence of photodegradation. Finally, the photooxidation of perilla oil was assessed as an example of a UV protective packaging application. After 12 days, protection with 1.00 mol% Mn-doped TiO2-LDPE was associated with a gradual increase in PV, while protection with TiO2-LDPE was associated with a significant increase and protection with the control treatment was associated with a dramatic increase in PV. Hence, a 1.00 mol% Mn-doped TiO2-LDPE NC showed promise for UV shielding packaging applications.

Thin-film composite membranes (TFCs) have dominated desalination markets for recent decades, but a higher water permeance is still necessary to reduce the energy consumption. Although most researches have focused on the ultrathin active layer of TFCs, the supports should also be considered to further enhance the membrane performances. In this study, TFCs were fabricated on PSf supports containing carbon nanotubes (CNT) by interfacial polymerization. CNT/PSf supports show rougher and more porous surface morphologies than those of bare PSf supports. Because of such surface characteristics, CNT/PSf supports were favorable to increase the roughness and surface area of TFCs. Consequently, TFCs prepared on CNT/PSf nanocomposite supports showed a 41% enhanced water permeance without losing its salt rejection compared to the bare TFCs.

Graphene oxide (GO), a highly oxidized graphene sheet, is a distinguished 2-D nanosheet. GO membranes exhibit good CO2 separation properties due to its various polar functional groups with oxygen resulting in high CO2 sorption properties. Recently, GO nanosheets have been incorporated into polymer membranes expecting the synergistic effect. There is, however, little research on GO as a crosslinker even though it has high potential due to available functional groups for further reaction. Here, we prepared GO/polymer membranes by crosslinking reactions between polar groups of GO and bi-functional polymer matrix at different temperatures. Optimum crosslinking condition was found by analyzing gas transport, chemical properties of samples. Degree of crosslinking in GO/polymer nanocomposites affected gas transport behavior.

태양광 발전시스템은 태양복사에너지를 반도체의 광전효과를 이용하여 전기에너지로 직접 전환시키는 에너지변환 시스템이다. 태양전지의 내구성과 에너지변환율에 영향을 미치는 핵심소재로는 다층형 필름구조를 갖는 백시트를 들 수 있다. 대표적인 상용 백시트는 고내구성 poly(vinyl fluoride) (PVF) 필름이 중심축에 위치하고 가격저감을 위해 도입된 poly(ethylene terephthalate) (PET) 필름이 그 양쪽에 접합된 삼층구조로 구성된다. 하지만, PVF 필름의 높은 가격은 저렴한 고내구성 백시트 를 요구하는 시장상황을 반영하기 어렵게 한다. 이를 위한 해결책으로는 PVF 필름을 결정성 PET 필름으로 대체한 탄화수소계 백시트가 될 수 있다. 하지만, PET 필름의 본질적인 가수분해에 대한 취약성으로 인해, 추가적인 수분에 대한 배리어성 부여 는 필수적이다. 이를 위해 본 연구에서는 소수성 실리카 나노입자 분산기술을 활용한 수분차단성 폴리우레탄 접착제를 개발 코자 하였다. 개발된 접착제는 내부에 위치한 PET 필름으로의 수분침투를 약화시켜, 가수분해속도를 지연시킬 것이라 기대 되었다. 본 개념의 효용성을 확인하기 위해, 표준화된 온습도조건에 노출된 이후의 일반접착제와 수분차단성 접착제가 도입 된 백시트의 기계적 강도 및 시간당 태양전지성능 변화가 비교평가되었다.

The silver nanoparticles (AgNPs) incorporated reverse osmosis (RO) membranes with an excellent antibacterial property has been reported. However, the incorporated AgNPs could increase the hydraulic resistance of membrane, indicating the decline of water flux. Here, hybrid silver nanoparticles (Ag@SiO2, 400 nm) were strongly immobilized using Ag-S chemical bonding on the polyamide surface of RO membrane for both protecting the decline membrane performance and having a strong antimicrobial property. The membrane performance was unchanged after the immobilization of silver nanoparticles, when compared to that of unmodified membrane. In addition, the silver-polyamide composite membrane significant reduced the number of live bacteria attached on the membrane surface by 92.7 ± 1.8, 99.5 ± 0.3, and 73.3 ± 5.5% for E. coli, P. aeruginosa, and S. aureus, respectively. The strong antimicrobial property is ascribed to the combination effect by the directly attachment to bacteria surface and the penetration of released silver ions inside the cell membrane of bacteria.

올레핀/파라핀 분리 기술로 silver nanoparticles(AgNPs)를 운반체로 사용하여 보다 효과적으로 올레핀을 분리하는 고성능 올레핀 촉진수송 분리막을 제조하고자 하였다. 기존에 성능이 밝혀진 PVP/AgNPs/TCNQ 나노복합체 막에 추가적으 로 할로겐 물질을 첨가하여 AgNPs의 표면을 더 양극화시킴으로써 성능을 향상시키고자 하였다. 제조한 용액을 TEM과 EDS 로 분석해서 AgNPs의 형성과 iodine의 존재를 확인하였다. Propylene/propane 혼합기체의 분리 성능 실험을 통해 기존 PVP/AgNPs/TCNQ 나노복합체 분리막과 기체 분리 성능을 비교하였고, long-term stability 실험을 통해 분리막의 안정성을 조사하였다.

연구에서는 Poly(ethylene oxide) (PEO)/Ag Nanoparticles (NPs)/7,7,8,8-Tetracyanoquinodimethane (TCNQ) 분 리막 시스템을 제조하여 기존의 PEO/Ag NPs/p-Benzoquinone (p-BQ) 복합체 분리막보다 더 향상된 성능을 보이는 고투과성 올레핀 촉진수송 나노복합체 분리막을 얻고자 하였다. 고분자 지지체 PEO와 은 나노 입자 전구체 AgBF4는 1 대 0.4 몰비로 고정하고 전자 수용체인 TCNQ 함량은 다양하게 조절하였으며 1/0.4/0.004 몰비에서 가장 높은 올레핀 분리막 성능을 확인하 였다. 따라서 이 비율에서 long-term test를 진행하였고 초반에는 투과도 약 23 GPU, 선택도 약 6 (프로필렌/프로판)의 수치를 보였으나 32시간 만에 투과도는 약 6 GPU, 선택도는 약 2 (프로필렌/프로판)로 감소하는 것을 확인하였다.

최근 낮은 표면장력, 높은 확산계수, 가스와 같은 낮은 점도, 그리고 액체와 유사한 밀도를 갖는 초임계 유체의 장점을 이용하여 여러 가지 물질의 합성이나 응용 공정에 초임계 유체를 이용하고 있다. 초임계 유체를 이용하여 복합체 제조 시 기존의 용융공정에 비해서 분자들의 움직임이 활발하게 이루어 질 수 있어서 물성의 향상을 기대할 수 있다. 또한 클레이가 고농도로 함유된 마스터 배치를 쉽게 제조할 수 있으며, 기존의 유기 용매를 사용하여 복합체를 제조할 때보다 잔존 용매를 쉽게 제거할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 초임계 이산화탄소를 이용하여 폴리에틸렌옥사이드/클레이 나노복합체를 제조하였다. 또한 본 연구의 목적은 초임계 상태에서 분자들의 활발한 움직임을 기대할 수 있으므로 고분자가 용해되고 클레이 층상으로 효과적으로 삽입되어 복합체의 열적 특성 및 다른 여러 가지 물성을 증가시키는 데 있다. 복합체 제조 후 XRD, TGA, 그리고 DSC를 이용하여 복합체의 특성을 분석 했다. 그 결과 용융방법으로 제조한 복합체보다 열 안정성이 향상되었으며, 클레이 층상 거리도 더 많이 벌어짐을 확인할 수 있었다.

고온에서 형성된 클레이 나노입자를 충진제로 하여 PP-클레이 나노컴포지트 용기를 제조하였으며, 이의 산소투과도와 휘발성 지방산화물 및 산화안정성을 서로 다른 두 온도(20 및 40oC)에서 측정하였다. 사용한 클레이 입자의 주성분은 ICP-OES를 통하여 Ca(40.733%)임을 알 수 있었으며, 나노컴포지트 내에 클레이 나노입자가 고르게 분산되어 있음을 TEM을 통해 확인하였다. 또한, FT-IR을 통하여 클레이 나노입자의 첨가가 PP의 작용기에 특별한 영향을 주지 않았다는 것을 규명하였다. 클레이 나노입자의 혼입으로 시트 내 기체분자의 확산 경로가 증가됨에 따라 모든 실험 온도에서 나노컴포지트 용기는 대조구보다 유의적으로 향상된 산소 차단효과를 나타내었다. 과산화물가, 공액이중산가 및 아니시딘가는 저장기간이 경과함에 따라 증가하는 경향을 보여주었다. 20oC에서 저장된 시료의 과산화물가, 공액이중산가 및 아니시딘가는 나노컴포지트 용기에서 대조구보다 유의적으로 낮게 측정되었다. 40oC에서 저장된 시료의 과산화물가 및 공액이중산가도 나노컴포지트 용기에서 대조구보다 유의적으로 낮게 측정되었으나, 아니시딘가는 저장 8주차에만 나노컴포지트 용기에서 대조구보다 유의적으로 높게 측정되었다. 주요 휘발성 지방산화물의 함량은 20 및 40oC에서 각각 저장 5주 및 3주차에 나노컴포지트 용기에서 대조구보다 상대적으로 낮게 나타났다. 본 연구 결과를 통하여 고분자 재료에 나노클레이 입자를 혼입함으로써 산소 차단효과를 향상시킬 수 있음을 확인하였으며, 이에 따라 초기 지방산화를 지연시킴으로써 식품의 전체적인 향미특성에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

EVA의 기체 분리 성질에 미치는 LDH의 영향을 알아보았다. Mg-Al LDH/EVA 나노복합막은 유기적으로 수정된 DS-LDH를 이용하여 용액 삽입법으로 제조되었다. DS-LDH는 LDH 층간에 DS 음이온을 삽입하여 제조하였다. 나노복합막 의 구조는 XRD, FT-IR, SEM으로 알아보았다. DS-LDH가 EVA 내에 무질서하게 분산되었음을 XRD로부터 확인하였다. LDH가 3 wt% 첨가된 나노복합막에서 인장강도와 파단신율 모두 최댓값을 나타내었다. 열적 안정도 역시 EVA에 LDH가 첨가되면서 향상되었다. 1, 3, 5 wt%의 LDH를 함유한 LDH/EVA 나노복합막의 기체투과도는 O2와 CO2에 대하여 측정하 였다. 3 wt% LDH를 함유한 경우 나노복합막의 O2에 대한 투과도가 EVA막에서보다 53% 감소하였다. 하지만 CO2 투과도는 나노복합막의 기체 차단 특성에도 불구하고 LDH 내의 OH기와 CO2 간의 높은 친화력으로 인하여 기체투과도는 증가하였다.

A drug delivery system (DDS) was prepared with a temperature and pH-responsive hydrogel. Poly(vinyl alcohol) (PVA)/poly(acrylic acid) (PAAc)/poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm)/multi-walled carbon nanotube (MWCNT) nanocomposites were prepared by radical polymerization for the temperature and pH-responsive hydrogels. MWCNTs were employed to improve both the thermal conductivity and mechanical properties of the PVA/PAAc/PNIPAAm/MWCNT nanocomposite hydrogels. Various amounts of MWCNTs (0, 0.5, 1 and 3 wt%) were added to the nanocomposite hydrogels. PVA/PAAc/PNIPAAm/MWCNT nanocomposite hydrogels were characterized with a scanning electron microscope. The mechanical properties were measured with a universal testing machine. Swelling and releasing properties of nanocomposite hydrogels were investigated at various temperatures and pHs. Temperature and pH-responsive release behavior was found to be dependent on the content of MWCNTs in nanocomposite hydrogels.

자기 제조공정 중 고온에서 형성된 클레이 나노입자를 충진제로 하여 LDPE-클레이 나노컴포지트 시트를 제조하였으며, 이의 산소, 이산화탄소 및 수분에 대한 투과도를 서로 다른 세 온도(20, 30 및 40oC)에서 측정하였다. 사용한 클레이 입자의 주성분은 ICP-OES를 통하여 Ca(40.733%)임을 확인하였으며, 나노컴포지트 내 클레이 나노입자가 잘 분산되어있음을 TEM을 통해 확인하였고, FT-IR을 통하여 클레이 나노입자의 첨가가 LDPE의 작용기에 특별한 영향을 주지 않았다는 것을 확인하였다. 산소, 이산화탄소 및 수분투과도는 예상하였던 바와 같이 온도가 상승함에 따라 증가하는 경향을 보여주었다. 클레이 나노입자의 혼입으로 시트 내 기체분자의 확산 경로가 증가됨에 따라 모든 테스트 온도에서 나노컴포지트 시트는 대조구보다 유의적으로 향상된 기체차단효과를 나타내었는데, 산소와 이산화탄소에 대해서는 30 및 40oC에서 보다 20oC에서 상대적으로 강한 차단성을 나타내었으며, 수분에 대해서는 30oC에서 차단성이 상대적으로 높았고 20 및 40oC에서는 비슷한 차단효과를 나타내었다. 본 연구결과를 통하여 나노입자를 혼입 함으로서 LDPE 시트의 산소, 이산화탄소 및 수분에 대한 차단효과를 향상시킬 수 있음을 확인하였으며, 동시에 이러한 차단효과 향상의 정도는 온도에 따라 상당히 차이가 있음을 알 수 있었다. 차단효과의 온도 의존성에 대한 구체적인 이유는 아직 밝혀지지 않았지만, 온도에 따라 기체확산 및 고분자운동의 정도가 달라지므로 나노입자에 의한 기체확산 경로 증가의 효과 역시 변하게 되기 때문으로 사료된다. 따라서 나노컴포지트를 포장재로 사용할 경우, 반드시 목적온도에서 기체차단효과를 확인한 후 응용하여야 할 것으로 사료된다. 또한 시트나 필름의 내부 고분자 배열은 그 형성방법에 따라 달라지므로, 이것이 나노컴포지트의 기체차단효과에 미치는 영향 역시 신중히 고려되어야 한다. 이러한 현상에 대한 충분한 이해를 위해서는 나노입자 및 고분자의 배열구조와 기체차단효과의 상관관계에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.

A novel strategy for the simultaneous reduction and functionalization of graphene oxide (G-O) was developed using polyallylamine hydrochloride (PAAH) as a multi-functional agent. The G-O functionalization by PAAH was carried out under basic conditions to catalyze the epoxide ring opening reaction of G-O with abundant amine groups of PAAH. We found that G-O was not only functionalized with PAAH but also reduced under the reaction condition. Moreover, the synthesized PAAH-functionalized G-O sheets were soluble in water and applicable to the synthesis of nanocomposites with gold nanoparticles.

Ethylene vinyl acetate (EVA-28)/Co-Al LDH 나노복합막은 유기화된 LDH를 사용하여 용액 삽입법으로 제조하였다. LDH의 유기화는 충간에 dodecyl sulfate (DS) anion을 삽입시켜서 제조하였다. 제조된 막의 특성을 알아보기 위하여 XRD, FT-IR, SEM을 측정하였다. EVA/LDH 나노복합막의 기체투과도는 압력 3, 4, 5 bar에서 LDH 함량 1, 3, 5 wt% 변화에 따라 조사하였다. O2와 CO2의 투과도는 1 wt% LDH에서 최소값을 가지며 LDH 함량이 증가하면서 입자의 응집현상으로 인하여 투과도는 증가하였다. O2 대한 CO2의 선택도는 LDH 함량 1 wt%에서 최대값을 나타내고 그 이상에서는 감소경향을 나타내었다.

Multi-walled carbon nanotube (MWCNT)/poly(vinyl alcohol) (PVA) nanocomposite hydrogels were prepared by freezingthawing method for the electro-responsive transdermal drug delivery. MWCNTs were used as the functional ingredient to improve both mechanical and electrical properties of MWCNT/PVA nanocomposite hydrogels. The morphology of nanocomposites revealed the uniform distribution of MWCNTs and the good interfacial contact. The compression moduli of hydrogel matrices increased greatly from 40 to 1500 kPa by forming MWCNT/PVA nanocomposites. The swelling ratio of MWCNT/PVA nanocomposites decreased as the content of MWCNTs increased under no electric voltage applied. However, the swelling ratio of MWCNT/PVA nanocomposites increased as the content of MWCNTs increased under electric voltage applied and the applied electric voltage increased. The drug was released in the electro-responsive manner through the skin due to the electro-sensitive swelling characteristics of MWCNT/PVA nanocomposite hydrogels.

A new High Frequency Induction Heating (HFIH) process has been developed to fabricate dense reinforced with Fe-Ni magnetic metal dispersion particles. The process is based on the reduction of metal oxide particles immediately prior to sintering. The synthesized /Fe-Ni nanocomposite powders were formed directly from the selective reduction of metal oxide powders, such as NiO and . Dense /Fe-Ni nanocomposite was fabricated using the HFIH method with an extremely high heating rate of . Phase identification and microstructure of nanocomposite powders and sintered specimens were determined by X-ray diffraction and SEM and TEM, respectively. Vickers hardness experiment were performed to investigate the mechanical properties of the /Fe-Ni nanocomposite.

Hybridization of semiconductor materials with carbon nanotubes (CNTs) is a recent field of interest in which new nanodevice fabrication and applications are expected. In this work, nanowire type GaAs structures are synthesized on porous single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) as templates using the molecular beam epitaxy (MBE) technique. The field emission properties of the as-synthesized products were investigated to suggest their potential applications as cold electron sources, as well. The SWCNT template was synthesized by the arc-discharge method. SWCNT samples were heat-treated at 400˚C under an N2/O2 atmosphere to remove amorphous carbon. After heat treatment, GaAs was grown on the SWCNT template. The growth conditions of the GaAs in the MBE system were set by changing the growth temperatures from 400˚C to 600˚C. The morphology of the GaAs synthesized on the SWCNTs strongly depends on the substrate temperature. Namely, nano-crystalline beads of GaAs are formed on the CNTs under 500˚C, while nanowire structures begin to form on the beads above 600˚C. The crystal qualities of GaAs and SWCNT were examined by X-ray diffraction and Raman spectra. The field emission properties of the synthesized GaAs nanowires were also investigated and a low turn-on field of 2.0 V/μm was achieved. But, the turn-on field was increased in the second and third measurements. It is thought that arsenic atoms were evaporated during the measurement of the field emission.