[보고서]방사선 융합 기반 생체모사 소재의 고성능 슈퍼커패시터 기술 개발

구자승

보고서 정보

주관연구기관

충남대학교
Chungnam National University

연구책임자

구자승

보고서유형

최종보고서

발행국가

대한민국

언어

한국어

발행년월

2020-02

과제시작연도

2019

주관부처

과학기술정보통신부
Ministry of Science and ICT

과제관리전문기관

한국연구재단
National Research Foundation of Korea

등록번호

TRKO202100020696

과제고유번호

1711081367

사업명

방사선기술개발사업(R&D)

DB 구축일자

2022-04-02

키워드

감마선 조사.중성자 반사.생체모사 소재.슈퍼커패시터.그래핀.Gamma-ray irradiation.Neutron reflectivity.Biomimetic materials.Supercapacitor.Graphene.

표 섬유타입 rGO / SWNT/한지 슈퍼커패시터
표 동결건조된 다공성 산화그래핀
표 구겨진 산화그래핀-나노입자 복합체와 전기화학 특성 측정 결과
표 프린터 기반 롤투롤 (roll-to-roll, R2R) 전극 제조공정
표 (a) 산화그래핀-폴리도파민 제작 도식도. (b) 랭뮤어-쉐퍼 기술을 이용한 복합체 박막 제작 사진. (c) 표면압력-면적 (π-A) isotherm 측정 결과
표 (a) GO-polyDP-PEI 복합체 박막에 UV 조사 24시간 후 실리콘기판 증착 사진. (b) 박막증착 후 계면에 남은 복합체 박막 사진. (c ) UV 조사 없이 박막 증착 후 계면에 남은 복합체 박막 사진
표 (a) ODA-GNS-PolyDP의 AFM 이미지 (b) ODA-GNS-PolyDP의 SEM 이미지. (c) -GNS-PolyDP의 SEM 이미지
표 ODA-GO-polyDP 복합체 박막을 10분, 30분, 1시간, 2시간, 24시간 흡착 후 UV 를 24시간 조사하여 실리콘 기판에 증착시킨 SEM 이미지
표 ODA-GO-polyDP 복합체 박막을 도파민 24시간 흡착 후 감마선 조사 유무에 따른 나노 링클 구조 변화 및 링클 측면 구조의 SEM 이미지
표 산화그래핀-도파민-PEI 복합체 형성 모식도
표 PEI:Dp 혼합 비율별 방사선 조사에 따른 GO 벌크 구조 형성 변화
표 PEI:Dp 혼합 비율별 방사선 조사선량에 따른 용액의 pH 변화
표 산화그래핀-도파민-PEI 복합체에 감마선 조사에 따른 ATR 측정 결과
표 감마선 조사 강도와 도파민-PEI 비율에 따른 복합체 구조 변화의 SEM 측정 결과
표 코팅된 박막의 4-probe 전기전도도 측정 방법
표 감마선 조사 강도에 따른 산화그래핀 전기전도도 측정 결과
표 감마선 조사 강도에 따른 산화그래핀 전기전도도 측정 결과
표 GNS의 XPS 측정 결과 스펙트럼
표 (a) 스핀코팅된 PS 박막 위 ODA-GNS-polyDP 복합체 단층막 적층 전후 중성자 반사율 측정 프로파일. (b) 그에 따른 데이터 피팅 분석 결과 비교. (c) 복합체 단층막에 감마선 50 kGy 와 100kGy 조사 전과 후 중성자 반사율 측정 결과
표 랭뮤어-쉐퍼 기술 사진 및 모식도
표 슈퍼커패시터 코인셀 제작을 위한 글로브 박스
표 전기화학 실험을 위한 충방전 분석기
표 GO-PDA 다층막 (10층) 순환전압전류 분석 그래프
표 GO-PDA 다층막 (10층) 충방전 그래프
표 GO-PDA 다층막 (10층) 충방전 용량 Cycle 그래프
표 X-선회절 측정용 GO-PDA 다층막 샘플 제작
표 Free-standing 플렉서블 GO-PDA 다층막
표 GO-PDA 다층막의 FE-SEM 분석 (위: 표면, 아래: 측면)
표 GO 다층막과 GO-PDA 다층막의 XRD 분석 비교
표 GO 다층막과 GO-PDA 다층막의 Sonication 실시 전(좌) 후(우)
표 GO 다층막, GO-PDA 다층막, rGO 다층막의 전기화학특성 측정 결과
표 중성자 반사 측정용 전기화학셀 도면 및 제작된 셀의 사진
표 실리콘 기판위에 금 박막을 (1) 공기상에서 (2) 아세토나이트릴 액체 내에서 (3) 유리섬유 멤브레인을 포함한 액체 내에서 측정한 중성자 반사율 결과
표 J-PARC의 중성자 반사율 측정 장치 SOFIA와 전기화학셀 조립 완료 및 세팅
표 중성자 측정용 슈퍼커패시터 전극 시료의 개략도, SOFIA 빔라인의 데이터 보정 프로그램, 측정 구간별 중성자반사율 데이터
표 전기화학 테스트와 동시 측정된 중성자반사율 데이터
표 랭뮤어-쉐퍼 방법을 통한 GNS의 morphology 조절 모습. (a) pH 7.4인 GO solution(액체) - 기체 계면에서 20 μL의 ODA solution (1 mg/ml)을 spreading 한 후 20°C에서 compression 한 표면압력 – 트루프 넓이 (π-A) 등온선. (b) 1.5, (c) 20, (d) 40, and (e) 55 mN m-1 에서 증착된 GNS 모노레이어의 AFM 이미지. 평균 root mean square (RMS) 거칠기 값은 각각 (c) 1.0, (d) 2.0, and (e) 3.2 nm 로 얻어짐
표 Wrinkle-texture 그래핀 나노시트 다층 박막 형성 과정
표 (a)액체-기체 계면에서의 Wrinkled GNS 제작과정 모식도. (b) 실리콘 웨이퍼 기판 위에 반복된 랭뮤어-쉐퍼 기법을 통하여 제작된 GNS 다층막. (c)55 mN m-1에서 증착된 실리콘 기판 위 GNS 모노레이어의 광학현미경 이미지
표 TEM grid 위에 증착시킨 GNS의 free-standing Wrinkle 구조. (a),(b) 랭뮤어 -쉐퍼 기법을 통해 교차증착시킨 GNS의 SEM 이미지. (c) SEM이미지 상에 flat한 부분을 AFM 으로 촬영한 이미지. 작은 주름구조를 확인할 수 있음. (d) 증착 전 구리 grid의 SEM 이미지. (e),(f) TEM 그리드 위에 LS기법으로 증착시킨 GNS 다층막의 SEM 이미지
표 (a) 20층 GNS 멀티레이어의 SEM 단면 이미지. (b) 20층 GNS 멀티레이어 내부의 거친, 미세한 주름 구조
표 (a)~(c) 실리콘 기판 (d) 구리 호일 위에 적층된 wrinkle texture 그래핀 나노시트 다층 박막 광학 현미경 이미지 (10배, 20배, 50배율). Langmuir-Schaeffer 기법으로 (e) 구리호일, (f) 실리콘 기판 위에 적층된 wrinkle texture 그래핀 나노시트 다층 박막
표 자연증발 GO sample SEM 분석 결과
표 동결건조 GO-PDA 샘플의 Raman spectra와 XPS 분석 결과
표 감마선 조사 샘플 Raman 분석 결과
표 감마선조사 샘플의 XPS 분석 결과
표 그래핀 옥사이드 (GO) - 철 산화물 (Fe3O4) 나노 입자 (NP) 하이브리드 필름을 제조하기 위한 랭뮤어-쉐퍼 (LS) 기술의 개략도. (a) 올레산이 표면에 합성된 Fe3O4 NP는 랭뮤어 트러프에서 수성 GO 용액의 표면에 분산된다. (b) 리간드 교체로 용액 내 GO 시트가 Fe3O4 NP와 함께 Langmuir 단층을 이룬다. GO-Fe3O4 하이브리드 필름은 42mN m-1의 표면압력까지 압축된다. (c) 압축된 Fe3O4 NP는 GO 모노레이어 상에 밀접하게 패킹 된 육각형 배열을 형성한다. (d) GO-Fe3O4 다층막은 LS 기법을 반복함으로써 Si 기판상에 증착된다
표 (a) air-GO 분산용액 인터페이스에서 GO-Fe3O4 single layer의 표면압력-영역 (π-A) 등온선. (b) LS 증착 후 라만 스펙트럼
표 Fe3O4 NP의 Langmuir-Blodgett 단층의 TEM 이미지 (a) 100 ppm GO subphase에서 320 μL (1 mg mL-1) Fe3O4 NP로 압축하기전; (b) 100 ppm GO subphase에서 Fe3O4 NP로 압축하기 전 (c) 42 mN m-1의 표면 압력에서 압축 후 Langmuir-Blodgett 단일 층의 TEM 이미지. (d) 해당 고해상도 (HR) -TEM 결과
표 (a) GO-Fe3O4 NP 하이브리드의 GISAXS 2D 플롯. (b) qxy 방향을 따라 (a)에서 흰색 사각형 내 2D 데이터의 통합을 통해 얻은 GISAXS 데이터의 qxy 의존성
표 Glove Box (Ar gas) 와 coin cell의 모식도
표 Coin cell 내부의 모식도와 전해질 용액
표 전류밀도 100 mA g-1 ~ 2Ag-1 범위 내 (a) wrinkled GNS와 (b) flat GNS 전극의 용량비교. (c) 전류밀도 300mAg-1 에서 사이클 특성 비교
표 (a) Cyclic voltammetry (CV) curves, (b) 10, 20, 30, 50, 70, 와 100 mV s-1 스캔속도에서 측정한 wrinkled GNS 의 특정 피크, (c) Wrinkled GNS의 CV 커브 비교
표 전기화학 테스트 후 구리포일 위에 GNS 표면의 SEM 이미지
표 전류밀도 300 mA/g에서 측정한 Wrinkled GO의 200사이클까지 용량과 쿨롱효율
표 Wrinkled GNS의 CV curve에서 스캔속도와 전류간 관계. (a) cathodic 스캔, (b) anodic 스캔
표 (a) 10 mV s-1의 스캔 속도에서 1~4번째 사이클 구간 GO-Fe3O4 다층 전극의 CV curve. (b) 1A g-1의 전류 속도에서 처음 10 사이클의 GO-Fe3O4 다층 전극의 정전류 충 방전 곡선. (c) 1 A g-1에서 1000 사이클까지 전극의 사이클 안정성
표 100mV/s 스캔 속도에서 Fe3O4-GO 다층과 GO 다층 사이의 CV curve의 비교
표 전기화학 Cell과 충방전기 (potentiostat controller) 설치 모습
표 전기화학 셀의 구성요소와 조립 시의 모습
표 Cr-Au 층이 코팅된 Si wafer위의 샘플의 dry 상태와 liquid 셀 내의 중성자 반사율 비교
표 전기화학 셀 모식도 (우) 와 Cyclic voltammetry (CV) 와 중성자 반사율 동시측정 결과 data (좌). CV 뒤 숫자는 cycle number를 의미함
표 감마선 조사에 따른 XRD 분석
표 실온 환경에서의 감마선 조사 샘플의 충방전 cycle 그래프
표 고온환경에서의 감마선 조사 샘플의 충방전 cycle 그래프

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