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고성능 평면 슈퍼커패시터를 위한 얇고 유연한 폴리아닐린 전극 제작

Fabrication of a Thin and Flexible Polyaniline Electrode for High-performance Planar Supercapacitors

손선규 ( Seon Gyu Son ) , 김서진 ( Seo Jin Kim ) , 신준호 ( Junho Shin ) , 류태공 ( Taegon Ryu ) , 정재민 ( Jae-min Jeong ) , 최봉길 ( Bong Gill Choi )
  • : 한국공업화학회
  • : 공업화학 32권4호
  • : 연속간행물
  • : 2021년 08월
  • : 403-408(6pages)
공업화학

DOI


목차

1. Indtroduction
2. Experimental
3. Results and Discussion
4. Conclusion
Acknowledgements
References

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본 논문에서는 얇고 유연한 평면 슈퍼 커패시터(PSC)를 스크린 인쇄된 탄소 전극에 폴리아닐린(PANI)을 코팅하여 제작하였습니다. 스크린 프린팅 방법을 사용하여 유연한 폴리에틸렌 테레프탈레이트에 탄소 잉크를 코팅한 후 희석 중합 법을 사용하여 탄소 표면에 PANI 박막을 코팅하였습니다. 서로 맞물린 구조의 얇은 유연한 PANI 전극을 폴리머겔 전해질로 조립하여 평면 모양의 슈퍼 커패시터(PSC) 장치를 만들었습니다. 상기 제조된 PANI/PSC는 매우 얇고 유연 하였으며, 10 mV/s에서 409 μF/cm2의 높은 면적 정전용량을 나타내었습니다. 이 값은 500 mV/s에서 원래 값의 46%로 유지되었습니다. 유연한 PANI/PSC는 180°의 구부러진 상태와 100번째의 반복적인 피로도 테스트에서도 82%의 높은 정전 용량 유지를 보여주었습니다.
In this study, a thin and flexible planar supercapacitor (PSC) was fabricated by coating polyaniline (PANI) on a screen-printed carbon electrode. Carbon ink was coated onto the flexible polyethylene terephthalate using a screen-printing method; subsequently, a thin film of PANI was coated onto the carbon surface using a dilute polymerization method. A thin flexible PANI electrode in an interdigitated structure was assembled with a polymer gel electrolyte that resulted in planar-shaped supercapacitor (PSC) devices. The as-obtained PANI/PSC was very thin and flexible, exhibiting a high areal capacitance of 409 μF/cm was obtained at a rate of 10 mV/s. This capacitance retains 46% of its original value at 500 mV/s. The flexible PANI/PSC exhibited an excellent capacitance retention of 82% even under bent states of 180° and 100 repetitive bent cycles.

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  • : 공학분야  > 화학공학
  • : KCI등재
  • : SCOPUS
  • : 격월
  • : 1225-0112
  • : 2288-4505
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1990-2021
  • : 3874


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32권4호(2021년 08월) 수록논문
최근 권호 논문
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1탄소섬유를 활용한 구조용 배터리 연구 동향

저자 : 권동준 ( Dong-jun Kwon ) , 남상용 ( Sang Yong Nam )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 361-370 (10 pages)

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탄소 섬유 강화플라스틱은 가볍지만 우수한 기계적 강도를 가지는 복합재의 한 종류이다. 가벼우면서 우수한 기계적 강도를 가지는 탄소 섬유 강화플라스틱은 산업 전반에 널리 이용되고 있으며, 최근 활발히 연구되고 있는 전기자동차 및 무인기 등의 무게 감소 핵심 대체 부품으로 연구되고 있다. 배터리를 전원으로 사용하는 운송수단 등은 외부 충격에 이차 폭발의 위험이 있기 때문에 배터리를 안전하게 보호할 수 있는 덮개가 필수적인 동시에, 무게를 줄여 주행거리를 늘려야 하는 요구조건을 만족해야 한다. 이러한 요구 조건에 부합하는 재료로 탄소섬유 강화플라스틱이 손꼽히고 있고, 배터리 보호 덮개 및 다양한 대체품으로의 활용이 연구되고 있다. 한편, 우수한 전기적 특성을 가진 탄소섬유를 배터리 구성품으로 활용하는 연구가 배터리 분야에서 진행 중이고, 이에 더 나아가 탄소 섬유가 배터리를 보호하고 배터리 전극 및 집전체 역할까지 동시에 수행하는 구조용 배터리에 대한 연구가 스웨덴과 미국을 중심으로 활발히 연구 중이다. 본 총설에서는 탄소 섬유의 역할에 따른 구조용 배터리의 분류 및 해당 배터리들에서 발생하는 문제점 등을 포괄하는 최근 연구 동향을 요약하고, 구조용 배터리에 대한 전망을 간략히 논의하고자 한다.


Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) is one of the composite materials, which has a unique property that is lightweight but strong. The CFRPs are widely used in various industries where their unique characteristics are required. In particular, electric and unmanned aerial vehicles critically need lightweight parts and bodies with sufficient mechanical strengths. Vehicles using the battery as a power source should simultaneously meet two requirements that the battery has to be safely protected. The vehicle should be light of increasing the mileage. The CFRP has considered as the one that satisfies the requirements and is widely used as battery housing and other vehicle parts. On the other hand, in the battery area, carbon fibers are intensively tested as battery components such as electrodes and/or current collectors. Furthermore, using carbon fibers as both structure reinforcements and battery components to build a structural battery is intensively investigated in Sweden and the USA. This mini-review encompasses recent research trends that cover the classification of structural batteries in terms of functionality of carbon fibers and issues and efforts in the battery and discusses the prospect of structural batteries.

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2박테리아 부착억제 고분자 기반 고체 표면의 항균 코팅 연구 동향

저자 : 고상원 ( Sangwon Ko ) , 이재영 ( Jae-young Lee ) , 박덕신 ( Duckshin Park )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 371-378 (8 pages)

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고체 표면의 박테리아 부착억제를 목적으로 고분자를 이용한 친수성 표면 개질 연구가 주목을 받고 있다. 부착억제 기능은 세포독성이 아닌 작용으로 바이오필름 형성의 초기단계 방지를 목적으로 하며 친수성 또는 이온성 고분자가 도입된 고체 표면은 단백질, 박테리아 등 생물 개체의 부착방지에 효과적이다. 이는 표면에서의 친수층 형성으로 인한 표면 장벽 형성, 고분자 사슬에 의한 반발력과 삼투압성 응력 작용, 그리고 이온성 고분자와 세포 표면의 정전기적 상호작용에 기인한다. 부착억제를 위한 고분자의 표면 도입은 주로 표면 기능기와의 결합을 이용한 접합 방식과 자연 모방 접착 기능기를 활용한 침적 방식으로 이루어지고 있다. 본 총설에서는 표면 도입 시 부착억제 기능을 보이는 대표적인 고분자의 종류, 코팅방법, 및 항균 특성을 소개하고 향후 공공시설, 산업 등으로의 대면적 응용을 위한 고려 사항들을 다루고자 한다.


The formation of hydrophilic surface based on polymers has received great attention due to the anti-adhesion of bacteria on solid substrates. Anti-adhesion coatings are aimed at suppressing the initial step of biofilm formation via non-cytotoxic mechanisms, and surfaces applied hydrophilic or ionic polymers showed the anti-adhesion effect for bioentities, such as proteins and bacteria. This is attributed to the formation of surface barrier from hydration layers, repulsions and osmotic stresses from polymer brushes, and electrostatic interactions between ionic polymers and cell surfaces. The antifouling polymer coating is usually fabricated by the grafting method through the bonding with functional groups on surfaces and the deposition method utilizing biomimetic anchors. This mini-review is a summary of representative antifouling polymers, coating strategies, and antibacterial efficacy. Furthermore, we will discuss consideration on the large area surface coating for application to public facilities and industry.

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33D 프린팅을 이용한 마이크로니들 제작의 최신 연구 동향

저자 : 추상민 ( Sangmin Choo ) , 정재환 ( Jae Hwan Jung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 379-384 (6 pages)

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마이크로니들은 약물전달 및 진단에 사용되는 미세바늘로 일반 주사와 달리 길이가 짧아 효과적으로 약물을 전달하는 한편 고통과 감염위험은 최소화시킬 수 있는 도구이다. 기존의 마이크로니들은 MEMS 기술을 기반으로 정밀하게 나노미터 수준으로 제작되었으나 장비와 유지비가 비싸고 공정이 복잡하여, 최근에는 3D 프린팅을 이용해 경제적이고 간단하며 신속하게 마이크로니들을 제작하는 연구가 진행 중이다. 3D 프린팅 기술은 프로토타입의 제작이 간단하고 수정 보완이 용이하기 때문에 마이크로니들 의약품 및 화장품의 상용화에 유리하다. 이에 본 총설은 SLA, 2PP, DLP, CLIP, FDM 3D 프린팅 기술에 대해 소개하고, 이를 이용한 마이크로니들 제작 연구동향에 대해 소개하고자 한다. 또한 현재 마이크로니들 기술의 한계점과 앞으로 해결해야 할 부분에 대해서 논해보고자 한다.


A microneedle is a tool that used for drug delivery and diagnosis. Unlike general injections, the microneedle is short in length, enabling effective drug delivery while minimizing pain and risk of infection. Conventionally, microneedles have been manufactured precisely at a nanometer level based on microelectro mechanical systems (MEMS) technology, requiring expensive equipments & maintenance and complicated processes. To address the issues, 3D printing research has been conducted to fabricate microneedles simply, economically, and rapidly. Since 3D printing facilitates to manufacture prototypes and apply feedbacks, it is advantageous for the development and commercialization of microneedle for pharmaceuticals and cosmetics. Therefore, this review will introduce stereolithography (SLA), two-photon polymerization (2PP), dynamic light processing (DLP), continuous liquid interface production (CLIP), and fused deposition modeling (FDM) 3D printing technologies and also highlight research trends for microneedle production using them. Furthermore, the limitation of the current microneedle technology and the direction to be solved in the future will be discussed.

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4비귀금속계 금속을 이용한 일산화질소 산화 촉매 연구

저자 : 신중훈 ( Junghun Shin ) , 홍성창 ( Sungchang Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 385-392 (8 pages)

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본 연구에서는 Co/CeO2 촉매 제조 시 코발트의 첨가 함량 및 세리아의 소성온도에 따른 물리·화학적 특성 및 일산화질소 산화 성능을 비교하였다. Co/CeO2 촉매의 구조적 특성은 XRD, BET 분석을 통하여 확인하였으며, 코발트 표면밀도에 따른 표면 결정 상태를 제안하였다. 또한, Raman, XPS 분석을 통하여 촉매의 산화가 및 산소 결합 상태를 확인하였으며, 일산화질소 산화 성능과의 관계를 제안하였다. H2-TPR 분석을 통하여 촉매의 특성 변화에 따른 산소전달특성을 확인하였으며, 일산화질소 산화를 위한 촉매의 활성점(Co3+)을 제안하였다.


In this study, impact of Co proportion and calcination temperature of ceria on the Co/CeO2 was analyzed by comparing nitrogen monoxide oxidation performance of various catalysts and their physico-chemical properties. The structural properties of each catalyst were studied by XRD and BET analysis, and the surface crystal states of cobalt were proposed according to the surface density. Oxidation states of elements were observed through Raman and XPS analysis, and the relationship between typical oxidation states and nitrogen monoxide oxidation performance was designed. Through H2-TPR, oxygen-transferring capacity due to changes in the characteristics of catalysts were identified, and activation sites (Co3+) for oxidation were suggested.

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5CO2/N2 분리를 위한 Pebax 혼합막에서 Zeolitic Imidazolate Framework-7의 영향

저자 : 윤숭석 ( Soong Seok Yoon ) , 홍세령 ( Se Ryeong Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 393-402 (10 pages)

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본 연구는 대표적 poly(ether-b-amide)인 Pebax-1657과 Pebax-2533에 합성된 zeolitic imidazolate framework-7 (ZIF-7)을 넣어 혼합막을 제조하고, 단일기체 N2, CO2에 대한 투과 성질을 조사하였다. 기체투과 결과에서, N2의 경우 Pebax-1657/ZIF-7 혼합막과 Pebax-2533/ZIF-7 혼합막 모두 ZIF-7 혼입에 따라 투과도가 감소하는 비슷한 현상을 보였지만, CO2 투과도의 경우는 고분자에 종류에 따라 조금 다른 경향을 보였다. Pebax-1657/ZIF-7 혼합막의 경우는 ZIF-7의 0~3 wt% 함량 범위에서 CO2 투과도가 감소하다가 그 이후 함량에서 투과도가 증가하였고, Pebax-2533/ZIF-7 혼합막의 경우는 ZIF-7의 0~5 wt% 함량 범위에서 CO2 투과도 증가 없이 감소하였다. CO2/N2 선택도의 경우 두 혼합막 모두 ZIF-7의 함량이 많아짐에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 특히 Pebax-2533/ZIF-7 5 wt%은 다른 혼합막들에 비해 가장 좋은 투과 성능을 보였다. 이는 ZIF-7이 Pebax-1657보다 Pebax-2533에 더 좋은 호환성을 보이며 CO2에 대한 선택적인 특성이 잘 나타났기 때문으로 생각된다.


In this study, a mixed matrix membrane was prepared by putting the zeolitic imidazolate framework-7 (ZIF-7) synthesized in Pebax-1657 and Pebax-2533, which are representative poly(ether-b-amide), and the permeability properties of single gas such as N2 and CO2 were investigated. From the gas permeation results, in the case of N2, both the Pebax-1657/ZIF-7 and Pebax-2533/ZIF-7 mixed matrix membranes showed a similar phenomenon in which the permeability decreased with the incorporation of ZIF-7. For CO2 permeability, the tendency was slightly different depending on the type of polymer. In the Pebax-1657/ZIF-7 mixed membrane, the CO2 permeability decreased in the range of 0~3 wt% of ZIF-7, and increased at higher contents. The CO2 permeability of the Pebax-2533/ZIF-7 mixed matrix membrane gradually decreased without increasing the permeability in the range of 0~5 wt% of ZIF-7. Regarding CO2/N2 selectivity, both mixed films showed a tendency to increase with increasing the ZIF-7 content. In particular, Pebax-2533/ZIF-7 5 wt% showed the best gas permeation performance compared to other mixed matrix membrane. This is thought to be because ZIF-7 shows better compatibility with Pebax-2533 than that of Pebax-1657 and also better CO2 selective property.

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6고성능 평면 슈퍼커패시터를 위한 얇고 유연한 폴리아닐린 전극 제작

저자 : 손선규 ( Seon Gyu Son ) , 김서진 ( Seo Jin Kim ) , 신준호 ( Junho Shin ) , 류태공 ( Taegon Ryu ) , 정재민 ( Jae-min Jeong ) , 최봉길 ( Bong Gill Choi )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 403-408 (6 pages)

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본 논문에서는 얇고 유연한 평면 슈퍼 커패시터(PSC)를 스크린 인쇄된 탄소 전극에 폴리아닐린(PANI)을 코팅하여 제작하였습니다. 스크린 프린팅 방법을 사용하여 유연한 폴리에틸렌 테레프탈레이트에 탄소 잉크를 코팅한 후 희석 중합 법을 사용하여 탄소 표면에 PANI 박막을 코팅하였습니다. 서로 맞물린 구조의 얇은 유연한 PANI 전극을 폴리머겔 전해질로 조립하여 평면 모양의 슈퍼 커패시터(PSC) 장치를 만들었습니다. 상기 제조된 PANI/PSC는 매우 얇고 유연 하였으며, 10 mV/s에서 409 μF/cm2의 높은 면적 정전용량을 나타내었습니다. 이 값은 500 mV/s에서 원래 값의 46%로 유지되었습니다. 유연한 PANI/PSC는 180°의 구부러진 상태와 100번째의 반복적인 피로도 테스트에서도 82%의 높은 정전 용량 유지를 보여주었습니다.


In this study, a thin and flexible planar supercapacitor (PSC) was fabricated by coating polyaniline (PANI) on a screen-printed carbon electrode. Carbon ink was coated onto the flexible polyethylene terephthalate using a screen-printing method; subsequently, a thin film of PANI was coated onto the carbon surface using a dilute polymerization method. A thin flexible PANI electrode in an interdigitated structure was assembled with a polymer gel electrolyte that resulted in planar-shaped supercapacitor (PSC) devices. The as-obtained PANI/PSC was very thin and flexible, exhibiting a high areal capacitance of 409 μF/cm was obtained at a rate of 10 mV/s. This capacitance retains 46% of its original value at 500 mV/s. The flexible PANI/PSC exhibited an excellent capacitance retention of 82% even under bent states of 180° and 100 repetitive bent cycles.

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7전기화학적 산화를 위한 삼원 전이 금속 코팅 불용성 산화 전극 제조에 관한 연구

저자 : 박종혁 ( Jong-hyeok Park ) , 최장욱 ( Jang-uk Choi ) , 박진수 ( Jin-soo Park )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 409-416 (8 pages)

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불용성 산화 전극은 전기화학적 수처리 공정에 있어 가장 핵심적인 소재이며, 이를 이용하여 난분해성 유기물질을 분해하는 방법으로 많은 연구가 진행되어 왔다. 이러한 불용성 산화 전극 제조에 있어 금속 기판 표면에 코팅하는 금속 촉매의 종류, 코팅 방식, 소결 방법 등의 다양한 제조 변수가 불용성 산화 전극의 성능 및 내구성에 영향을 미친다. 본 연구에서는 Ir-Ru-Ta 삼원 금속 코팅을 활용하여 동일한 전 처리 및 소결 조건에서 코팅 방법에 따라 불용성 산화 전극을 제조하고 이의 성능과 내구성을 연구하였다. 코팅 방식은 브러쉬 및 스프레이 코팅법을 활용하였으며, 그 결과 최적화된 스프레이 코팅 조건에서 동일한 촉매 잉크양으로 더 많은 금속을 Ti 기판 표면에 코팅이 가능하여 촉매 잉크 저감이 가능한 것을 확인하였다. 또한, 전극 표면의 갈라짐 현상 및 삼원 금속의 균일한 도포에 의해 스프레이 코팅법으로 제조한 Spray_2.0_3.0 전극이 가장 높은 전기화학적 활성 비표면적을 보여주었으며, 4-chlorophenol의 분해 성능이 타 전극에 비해 우수한 것으로 나타났다. 하지만, 불용성 산화전극의 내구성은 전극의 코팅방법에 따라 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.


Dimensionally stable electrodes are one of the important components in electrochemical water treatment processes. In the manufacturing of the dimensionally stable electrodes, the type of metal catalyst coated on the surface of the metal substrate, the coating and sintering methods substantially influence their performance and durability. In this study, using Ir-Ru-Ta ternary metal coating, various electrodes were prepared depending on the coating method under the same pre-treatment and sintering conditions, and its performance and durability were studied. As a coating method, brush and spray coating were used. As a result, the reduction in the amount of catalyst ink was achieved because more amount of metal could be coated for the electrode using spraying with the same amount of catalyst ink. In addition, the spray_2.0_3.0 electrode prepared by a specific spray coating method shows the phenomenon of cracking and the uniform coating of the ternary metal on the surface of the coating layer, and results in a high electrochemically active specific surface area, and the decomposition performance of 4-chlorophenol was superior to the other electrodes. However, it was found that there was no significant difference in durability depending on the coating method.

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8유기 단열재의 화재위험성 등급 평가

저자 : 유지선 ( Ji Sun You ) , 전남 ( Nam Jeon ) , 정영진 ( Yeong-jin Chung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 417-422 (6 pages)

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본 연구에서는 유기 단열재인 poly isocyanurate foam (PIR), poly urethane foam (PUR), phenol foam (PF)을 선정하여 ISO 5660-1의 기준에 따라 콘칼로리미터(cone calorimeter)를 이용하여 측정하였다. 화재위험성 평가를 표준화하기 위하여 기준물질(PMMA)을 사용하여 Chung's equations-III와 Chung's equation-IV에 의한 화재위험성을 등급화하여 평가하였다. Chung's equations-II의 화재성능지수-II 값은 PF가 14.77 s2/kW로 화재성능지수-II가 가장 높았고, PUR이 0.08 s2/kW로 화재성능지수-II가 가장 낮았다. 화재성장지수-II 값은 PF가 0.01 kW/s2로 화재성장지수-II가 가장 낮았고, PUR 이 1.14 kW/s2로 화재성장지수-II가 가장 높았다. Chung's equations-III의 화재성능지수-III에서 PUR이 0.11로 화재성능 지수-III가 가장 낮게 나타났고, PF가 20.23으로 화재성능지수-III가 가장 높았다. FGI-III에서는 PUR이 14.25로 화재성장지수-III가 가장 높게 나타났고, PF가 0.13으로 가장 안전한 물질로 판단하였다. 그리고 Chung's equation-IV의 화재위험성지수-IV는 PUR (130.03) >> PIR (19.13) > PMMA (1.00) > PF (0.01)의 순서로 나타났다. 따라서 PF가 화재위험성이 가장 낮고, PUR이 가장 높은 것으로 판단하였다.


In this study, poly isocyanurate foam (PIR), poly urethane foam (PUR), and phenol foam (PF) of organic insulation materials were selected, and investigated using a cone calorimeter, as per ISO 5660-1. Standard materials (PMMA) were used to standardize the fire hazard assessment, and the fire risk was classified and evaluated by Chung's equations-III and IV. The fire performance index-II value of Chung's equations-II was the highest value with PF of 14.77 s2/kW. And the PUR was 0.08 s2/kW, the lowest value of fire performance index-II value. The fire growth index-II value was the lowest value with PF of 0.01 kW/s2. And the PUR was 1.14 kW/s2, the highest value of fire growth index-II value. The fire performance index-III (FPI-III) of Chung's equations-III had the lowest value for PUR (0.11) and the highest for PF (20.23). The PUR showed the highest value of the fire growth index-III (FGI-III) as 14.25, while the PF exhibited 0.13 regarded as the safest materials. The fire risk index-IV (FRI-IV) value of Chung's equation-IV was in the following order: PUR (130.03) >> PIR (19.13) > PMMA (1.00) > PF (0.01). Therefore, it was concluded that the fire risk associated with PF is the lowest, whereas that associated with PUR is the highest.

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9화재 발생 시 목재 수종의 화재위험성 등급 평가

저자 : 진의 ( Eui Jin ) , 정영진 ( Yeong-jin Chung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 423-430 (8 pages)

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본 연구는 건자재용 목재의 화재위험성 및 화재위험성 등급을 평가하기 위하여 Chung's equations-III, -IV에 의한 화재성능지수-III (FPI-III), 화재성장지수-III (FGI-III), 화재위험성지수-IV (FRI-IV)를 중심으로 조사하였다. 시험편은 적삼목, 전나무, 물푸레나무, 단풍나무를 사용하였다. 화재 특성은 시험편에 대하여 콘칼로리미터(ISO 5660-1) 장비를 이용하여 조사하였다. 연소반응 후 측정된 FPI-III는 polymethylmetacrylate (PMMA) 기준으로 0.86∼12.77로 나타났다. FGI-III는 PMMA를 기준으로 0.63∼5.26으로 나타났다. 화재위험성 등급 지수인 FRI-IV에 의한 화재 등급은 0.05∼6.12였으며 적삼목이 단풍나무와 비교하여 122.4배 높았다. FRI-IV에 의한 화재위험성 등급은 단풍나무, 물푸레나무, 전나무, PMMA, 적삼목 순서로 증가하였다. 모든 시편의 CO 피크농도는 103∼162 ppm으로 측정되었으며 미국직업안전위생관리국(occupational safety and health administration)의 허용기준(permissible exposure limits)인 50 ppm보다 2.1∼3.2배 높게 나타났다. 적삼목과 같이 체적밀도가 작고 휘발성 유기물질을 다량 함유한 소재는 FPI-III가 낮고 FGI-III가 높으므로 화재위험성 등급이 높은 것으로 나타났다.


In order to evaluate the fire risk and fire risk rating of wood for construction materials, this study focused on fire performance index-III (FPI-III), fire growth index-III (FGI-III), and fire risk index-IV (FRI-IV) according to Chung's equations-III and -IV. Western red cedar, needle fir, ash, and maple were used as the specimens. The fire characteristics were investigated using a cone calorimeter (ISO 5660-1) equipment on the specimen. The FPI-III measured after the combustion reaction was 0.86 to 12.77 based on polymethylmethacrylate (PMMA). The FGI-III was found to be 0.63 to 5.26 based on PMMA. The fire rating according to the FRI-IV, which is the fire rating index, was 0.05 to 6.12, and the western red cedar was 122.4 times higher than that of the maple. The fire risk rating according to the FRI-IV increased in the order of maple, ash, needle fir, PMMA and western red cedar. The CO peak concentration of all specimens was measured as 103 to 162 ppm, and it was 2.1 to 3.2 times higher than 50 ppm, the permissible exposure limits of the US occupational safety and health administration. Materials such as western red cedar, which have a low bulk density and contain a large amount of volatile organic substances, have a low FPI-III and a high FGI-III, so they have a high fire risk rating.

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10ZIF-8@GO를 함유한 PEBAX-PEI 복합막의 기체투과 특성

저자 : 이은선 ( Eun Sun Yi ) , 홍세령 ( Se Ryeong Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 431-441 (11 pages)

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본 연구에서는 PEBAX에 GO과 ZIF-8@GO의 함량을 달리하여 PEBAX/GO-PEI 복합막과 PEBAX/ZIF-8@GO-PEI 복합막을 제조하고, N2와 CO2의 투과 특성을 연구하였다. 전체적으로 PEBAX/GO-PEI 복합막의 N2와 CO2 투과도는 GO 함량이 증가할수록 감소하였고, CO2/N2 선택도는 약간 증가하였다. PEBAX/ZIF-8@GO-PEI 복합막에서도 N2의 투과도는 감소하였으나 CO2는 ZIF-8@GO 1 wt%까지 증가하였고, 그 이후의 함량에서는 감소하였다. CO2/N2 선택도는 ZIF-8@GO 1 wt%에서 92.3으로 가장 높은 선택도를 보였는데 이는 PEBAX와의 호환성을 향상시켜 고르게 분산되면서 다공성의 ZIF-8의 효과와 함께 CO2에 친화성이 좋은 GO, ZIF-8의 효과를 가장 크게 받았기 때문으로 생각된다. 또한 PEBAX/ZIF-8@GO-PEI 복합막은 ZIF-8@GO 5 wt%를 제외하고 PEBAX-PEI와 PEBAX/GO-PEI 복합막보다 CO2 투과도와 CO2/N2 선택도가 모두 향상되면서 Robeson upper bound에 근접하는 결과를 얻었다.


In this study, PEBAX/GO-PEI and PEBAX/ZIF-8@GO-PEI composite membranes were prepared by varying the contents of GO and ZIF-8@GO in PEBAX, and also the gas permeation characteristics of N2 and CO2 was studied. Overall, the N2 and CO2 permeability of the PEBAX/GO-PEI composite membrane decreased as the GO content increased, and the CO2/N2 selectivity slightly increased. In the case of PEBAX/ZIF-8@GO-PEI composite membrane, the permeability of N2 decreased, but CO2 increased to 1 wt% of ZIF-8@GO and then decreased in the content thereafter. The CO2/N2 selectivity at 1 wt% of ZIF-8@GO was 92.3, showing the highest selectivity. This is thought to be due to the greatest effect of GO and ZIF-8 with good affinity for CO2 alongside the effect of porosity ZIF-8 while improving compatibility with PEBAX and dispersing evenly. In addition, PEBAX/ZIF-8@GO-PEI composite membrane improved both CO2 permeability and CO2/N2 selectivity than those of the PEBAX-PEI and PEBAX/GO-PEI membranes, except for ZIF-8@GO 5 wt%. The result was close to the Robeson upper bound.

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1탄소섬유를 활용한 구조용 배터리 연구 동향

저자 : 권동준 ( Dong-jun Kwon ) , 남상용 ( Sang Yong Nam )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 361-370 (10 pages)

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탄소 섬유 강화플라스틱은 가볍지만 우수한 기계적 강도를 가지는 복합재의 한 종류이다. 가벼우면서 우수한 기계적 강도를 가지는 탄소 섬유 강화플라스틱은 산업 전반에 널리 이용되고 있으며, 최근 활발히 연구되고 있는 전기자동차 및 무인기 등의 무게 감소 핵심 대체 부품으로 연구되고 있다. 배터리를 전원으로 사용하는 운송수단 등은 외부 충격에 이차 폭발의 위험이 있기 때문에 배터리를 안전하게 보호할 수 있는 덮개가 필수적인 동시에, 무게를 줄여 주행거리를 늘려야 하는 요구조건을 만족해야 한다. 이러한 요구 조건에 부합하는 재료로 탄소섬유 강화플라스틱이 손꼽히고 있고, 배터리 보호 덮개 및 다양한 대체품으로의 활용이 연구되고 있다. 한편, 우수한 전기적 특성을 가진 탄소섬유를 배터리 구성품으로 활용하는 연구가 배터리 분야에서 진행 중이고, 이에 더 나아가 탄소 섬유가 배터리를 보호하고 배터리 전극 및 집전체 역할까지 동시에 수행하는 구조용 배터리에 대한 연구가 스웨덴과 미국을 중심으로 활발히 연구 중이다. 본 총설에서는 탄소 섬유의 역할에 따른 구조용 배터리의 분류 및 해당 배터리들에서 발생하는 문제점 등을 포괄하는 최근 연구 동향을 요약하고, 구조용 배터리에 대한 전망을 간략히 논의하고자 한다.

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2박테리아 부착억제 고분자 기반 고체 표면의 항균 코팅 연구 동향

저자 : 고상원 ( Sangwon Ko ) , 이재영 ( Jae-young Lee ) , 박덕신 ( Duckshin Park )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 371-378 (8 pages)

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고체 표면의 박테리아 부착억제를 목적으로 고분자를 이용한 친수성 표면 개질 연구가 주목을 받고 있다. 부착억제 기능은 세포독성이 아닌 작용으로 바이오필름 형성의 초기단계 방지를 목적으로 하며 친수성 또는 이온성 고분자가 도입된 고체 표면은 단백질, 박테리아 등 생물 개체의 부착방지에 효과적이다. 이는 표면에서의 친수층 형성으로 인한 표면 장벽 형성, 고분자 사슬에 의한 반발력과 삼투압성 응력 작용, 그리고 이온성 고분자와 세포 표면의 정전기적 상호작용에 기인한다. 부착억제를 위한 고분자의 표면 도입은 주로 표면 기능기와의 결합을 이용한 접합 방식과 자연 모방 접착 기능기를 활용한 침적 방식으로 이루어지고 있다. 본 총설에서는 표면 도입 시 부착억제 기능을 보이는 대표적인 고분자의 종류, 코팅방법, 및 항균 특성을 소개하고 향후 공공시설, 산업 등으로의 대면적 응용을 위한 고려 사항들을 다루고자 한다.

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33D 프린팅을 이용한 마이크로니들 제작의 최신 연구 동향

저자 : 추상민 ( Sangmin Choo ) , 정재환 ( Jae Hwan Jung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 379-384 (6 pages)

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마이크로니들은 약물전달 및 진단에 사용되는 미세바늘로 일반 주사와 달리 길이가 짧아 효과적으로 약물을 전달하는 한편 고통과 감염위험은 최소화시킬 수 있는 도구이다. 기존의 마이크로니들은 MEMS 기술을 기반으로 정밀하게 나노미터 수준으로 제작되었으나 장비와 유지비가 비싸고 공정이 복잡하여, 최근에는 3D 프린팅을 이용해 경제적이고 간단하며 신속하게 마이크로니들을 제작하는 연구가 진행 중이다. 3D 프린팅 기술은 프로토타입의 제작이 간단하고 수정 보완이 용이하기 때문에 마이크로니들 의약품 및 화장품의 상용화에 유리하다. 이에 본 총설은 SLA, 2PP, DLP, CLIP, FDM 3D 프린팅 기술에 대해 소개하고, 이를 이용한 마이크로니들 제작 연구동향에 대해 소개하고자 한다. 또한 현재 마이크로니들 기술의 한계점과 앞으로 해결해야 할 부분에 대해서 논해보고자 한다.

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4비귀금속계 금속을 이용한 일산화질소 산화 촉매 연구

저자 : 신중훈 ( Junghun Shin ) , 홍성창 ( Sungchang Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 385-392 (8 pages)

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본 연구에서는 Co/CeO2 촉매 제조 시 코발트의 첨가 함량 및 세리아의 소성온도에 따른 물리·화학적 특성 및 일산화질소 산화 성능을 비교하였다. Co/CeO2 촉매의 구조적 특성은 XRD, BET 분석을 통하여 확인하였으며, 코발트 표면밀도에 따른 표면 결정 상태를 제안하였다. 또한, Raman, XPS 분석을 통하여 촉매의 산화가 및 산소 결합 상태를 확인하였으며, 일산화질소 산화 성능과의 관계를 제안하였다. H2-TPR 분석을 통하여 촉매의 특성 변화에 따른 산소전달특성을 확인하였으며, 일산화질소 산화를 위한 촉매의 활성점(Co3+)을 제안하였다.

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5CO2/N2 분리를 위한 Pebax 혼합막에서 Zeolitic Imidazolate Framework-7의 영향

저자 : 윤숭석 ( Soong Seok Yoon ) , 홍세령 ( Se Ryeong Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 393-402 (10 pages)

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본 연구는 대표적 poly(ether-b-amide)인 Pebax-1657과 Pebax-2533에 합성된 zeolitic imidazolate framework-7 (ZIF-7)을 넣어 혼합막을 제조하고, 단일기체 N2, CO2에 대한 투과 성질을 조사하였다. 기체투과 결과에서, N2의 경우 Pebax-1657/ZIF-7 혼합막과 Pebax-2533/ZIF-7 혼합막 모두 ZIF-7 혼입에 따라 투과도가 감소하는 비슷한 현상을 보였지만, CO2 투과도의 경우는 고분자에 종류에 따라 조금 다른 경향을 보였다. Pebax-1657/ZIF-7 혼합막의 경우는 ZIF-7의 0~3 wt% 함량 범위에서 CO2 투과도가 감소하다가 그 이후 함량에서 투과도가 증가하였고, Pebax-2533/ZIF-7 혼합막의 경우는 ZIF-7의 0~5 wt% 함량 범위에서 CO2 투과도 증가 없이 감소하였다. CO2/N2 선택도의 경우 두 혼합막 모두 ZIF-7의 함량이 많아짐에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 특히 Pebax-2533/ZIF-7 5 wt%은 다른 혼합막들에 비해 가장 좋은 투과 성능을 보였다. 이는 ZIF-7이 Pebax-1657보다 Pebax-2533에 더 좋은 호환성을 보이며 CO2에 대한 선택적인 특성이 잘 나타났기 때문으로 생각된다.

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6고성능 평면 슈퍼커패시터를 위한 얇고 유연한 폴리아닐린 전극 제작

저자 : 손선규 ( Seon Gyu Son ) , 김서진 ( Seo Jin Kim ) , 신준호 ( Junho Shin ) , 류태공 ( Taegon Ryu ) , 정재민 ( Jae-min Jeong ) , 최봉길 ( Bong Gill Choi )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 403-408 (6 pages)

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본 논문에서는 얇고 유연한 평면 슈퍼 커패시터(PSC)를 스크린 인쇄된 탄소 전극에 폴리아닐린(PANI)을 코팅하여 제작하였습니다. 스크린 프린팅 방법을 사용하여 유연한 폴리에틸렌 테레프탈레이트에 탄소 잉크를 코팅한 후 희석 중합 법을 사용하여 탄소 표면에 PANI 박막을 코팅하였습니다. 서로 맞물린 구조의 얇은 유연한 PANI 전극을 폴리머겔 전해질로 조립하여 평면 모양의 슈퍼 커패시터(PSC) 장치를 만들었습니다. 상기 제조된 PANI/PSC는 매우 얇고 유연 하였으며, 10 mV/s에서 409 μF/cm2의 높은 면적 정전용량을 나타내었습니다. 이 값은 500 mV/s에서 원래 값의 46%로 유지되었습니다. 유연한 PANI/PSC는 180°의 구부러진 상태와 100번째의 반복적인 피로도 테스트에서도 82%의 높은 정전 용량 유지를 보여주었습니다.

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7전기화학적 산화를 위한 삼원 전이 금속 코팅 불용성 산화 전극 제조에 관한 연구

저자 : 박종혁 ( Jong-hyeok Park ) , 최장욱 ( Jang-uk Choi ) , 박진수 ( Jin-soo Park )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 409-416 (8 pages)

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불용성 산화 전극은 전기화학적 수처리 공정에 있어 가장 핵심적인 소재이며, 이를 이용하여 난분해성 유기물질을 분해하는 방법으로 많은 연구가 진행되어 왔다. 이러한 불용성 산화 전극 제조에 있어 금속 기판 표면에 코팅하는 금속 촉매의 종류, 코팅 방식, 소결 방법 등의 다양한 제조 변수가 불용성 산화 전극의 성능 및 내구성에 영향을 미친다. 본 연구에서는 Ir-Ru-Ta 삼원 금속 코팅을 활용하여 동일한 전 처리 및 소결 조건에서 코팅 방법에 따라 불용성 산화 전극을 제조하고 이의 성능과 내구성을 연구하였다. 코팅 방식은 브러쉬 및 스프레이 코팅법을 활용하였으며, 그 결과 최적화된 스프레이 코팅 조건에서 동일한 촉매 잉크양으로 더 많은 금속을 Ti 기판 표면에 코팅이 가능하여 촉매 잉크 저감이 가능한 것을 확인하였다. 또한, 전극 표면의 갈라짐 현상 및 삼원 금속의 균일한 도포에 의해 스프레이 코팅법으로 제조한 Spray_2.0_3.0 전극이 가장 높은 전기화학적 활성 비표면적을 보여주었으며, 4-chlorophenol의 분해 성능이 타 전극에 비해 우수한 것으로 나타났다. 하지만, 불용성 산화전극의 내구성은 전극의 코팅방법에 따라 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.

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8유기 단열재의 화재위험성 등급 평가

저자 : 유지선 ( Ji Sun You ) , 전남 ( Nam Jeon ) , 정영진 ( Yeong-jin Chung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 417-422 (6 pages)

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본 연구에서는 유기 단열재인 poly isocyanurate foam (PIR), poly urethane foam (PUR), phenol foam (PF)을 선정하여 ISO 5660-1의 기준에 따라 콘칼로리미터(cone calorimeter)를 이용하여 측정하였다. 화재위험성 평가를 표준화하기 위하여 기준물질(PMMA)을 사용하여 Chung's equations-III와 Chung's equation-IV에 의한 화재위험성을 등급화하여 평가하였다. Chung's equations-II의 화재성능지수-II 값은 PF가 14.77 s2/kW로 화재성능지수-II가 가장 높았고, PUR이 0.08 s2/kW로 화재성능지수-II가 가장 낮았다. 화재성장지수-II 값은 PF가 0.01 kW/s2로 화재성장지수-II가 가장 낮았고, PUR 이 1.14 kW/s2로 화재성장지수-II가 가장 높았다. Chung's equations-III의 화재성능지수-III에서 PUR이 0.11로 화재성능 지수-III가 가장 낮게 나타났고, PF가 20.23으로 화재성능지수-III가 가장 높았다. FGI-III에서는 PUR이 14.25로 화재성장지수-III가 가장 높게 나타났고, PF가 0.13으로 가장 안전한 물질로 판단하였다. 그리고 Chung's equation-IV의 화재위험성지수-IV는 PUR (130.03) >> PIR (19.13) > PMMA (1.00) > PF (0.01)의 순서로 나타났다. 따라서 PF가 화재위험성이 가장 낮고, PUR이 가장 높은 것으로 판단하였다.

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9화재 발생 시 목재 수종의 화재위험성 등급 평가

저자 : 진의 ( Eui Jin ) , 정영진 ( Yeong-jin Chung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 423-430 (8 pages)

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본 연구는 건자재용 목재의 화재위험성 및 화재위험성 등급을 평가하기 위하여 Chung's equations-III, -IV에 의한 화재성능지수-III (FPI-III), 화재성장지수-III (FGI-III), 화재위험성지수-IV (FRI-IV)를 중심으로 조사하였다. 시험편은 적삼목, 전나무, 물푸레나무, 단풍나무를 사용하였다. 화재 특성은 시험편에 대하여 콘칼로리미터(ISO 5660-1) 장비를 이용하여 조사하였다. 연소반응 후 측정된 FPI-III는 polymethylmetacrylate (PMMA) 기준으로 0.86∼12.77로 나타났다. FGI-III는 PMMA를 기준으로 0.63∼5.26으로 나타났다. 화재위험성 등급 지수인 FRI-IV에 의한 화재 등급은 0.05∼6.12였으며 적삼목이 단풍나무와 비교하여 122.4배 높았다. FRI-IV에 의한 화재위험성 등급은 단풍나무, 물푸레나무, 전나무, PMMA, 적삼목 순서로 증가하였다. 모든 시편의 CO 피크농도는 103∼162 ppm으로 측정되었으며 미국직업안전위생관리국(occupational safety and health administration)의 허용기준(permissible exposure limits)인 50 ppm보다 2.1∼3.2배 높게 나타났다. 적삼목과 같이 체적밀도가 작고 휘발성 유기물질을 다량 함유한 소재는 FPI-III가 낮고 FGI-III가 높으므로 화재위험성 등급이 높은 것으로 나타났다.

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10ZIF-8@GO를 함유한 PEBAX-PEI 복합막의 기체투과 특성

저자 : 이은선 ( Eun Sun Yi ) , 홍세령 ( Se Ryeong Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 431-441 (11 pages)

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본 연구에서는 PEBAX에 GO과 ZIF-8@GO의 함량을 달리하여 PEBAX/GO-PEI 복합막과 PEBAX/ZIF-8@GO-PEI 복합막을 제조하고, N2와 CO2의 투과 특성을 연구하였다. 전체적으로 PEBAX/GO-PEI 복합막의 N2와 CO2 투과도는 GO 함량이 증가할수록 감소하였고, CO2/N2 선택도는 약간 증가하였다. PEBAX/ZIF-8@GO-PEI 복합막에서도 N2의 투과도는 감소하였으나 CO2는 ZIF-8@GO 1 wt%까지 증가하였고, 그 이후의 함량에서는 감소하였다. CO2/N2 선택도는 ZIF-8@GO 1 wt%에서 92.3으로 가장 높은 선택도를 보였는데 이는 PEBAX와의 호환성을 향상시켜 고르게 분산되면서 다공성의 ZIF-8의 효과와 함께 CO2에 친화성이 좋은 GO, ZIF-8의 효과를 가장 크게 받았기 때문으로 생각된다. 또한 PEBAX/ZIF-8@GO-PEI 복합막은 ZIF-8@GO 5 wt%를 제외하고 PEBAX-PEI와 PEBAX/GO-PEI 복합막보다 CO2 투과도와 CO2/N2 선택도가 모두 향상되면서 Robeson upper bound에 근접하는 결과를 얻었다.

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