(An) empirical approach for industry-compatible graphene with superior electronic properties

신소명 세종대학교 대학원 2021 국내박사

In order to apply the superior properties of graphene to industrial applications, large-scale growth and mass production techniques are required. Many research groups and companies have achieved to grow a thousand-centimeter scale graphene film by chemical vapor deposition (CVD) growth method and the earlier studies on graphite oxide exfoliated in water on a scale of tons led to breakthroughs in its low-cost and massive productivity for the real-world applications. However, the high sheet resistance of the CVD graphene of a single atomic layer is still difficult to replace ITO used as a conventional transparent electrode, and rGO has a lower conductivity than the natural graphene due to the defects caused by the oxidation process. Therefore, we investigate methods to improve the conductivity of CVD graphene and rGO and evaluate their electrical and optical characteristics for the industry-compatible graphene. First, metal substrates are commonly used as a catalyst for CVD graphene growth, thus, a transfer process from the metal substrate to a target substrate, mainly oxide substrates, is required for devices applications. A variety of transfer methods have developed for the high-quality graphene sheet, however, the residues of the sacrificial polymer layers and wrinkles and cracks occurred during the transfer process severely deteriorate the conductivity of graphene. Here, polymers with aromatic structure are used as an alternative to PMMA, resulting in the lower density of polymer residues, the better roughness, and enhancement in the conductivity of graphene by hole-doping. In addition, we lowered the sheet resistance by the deposition of molybdenum oxide layer on graphene with a high work function on the graphene surface. The lower sheet resistance can be ascribed to the hole-doping through the charge transfer from graphene to molybdenum oxide. Another main factor to decrease the conductivity of CVD graphene is the grain boundaries formed during the growth process. We selectively deposited Al-doped ZnO at the grain boundaries using Atomic layer deposition technique and achieved the low resistivity while maintaining the high transmittance. In the case of rGO, since defects such as oxygen functional groups residues and structural defects caused during the oxidation and reduction process, the rGO materials has inherently a lower conductivity than graphene. Most of studies to acquire the high-quality rGO have focused on the reduction process or the healing methods after reduction. In this study, we investigate the effect of the oxidation process by adjusting the pH of the oxidizing agent. We confirmed that the oxidizing agent of the low oxidation number facilitates to produce the high quality rGO, representing the high conductivity close to the one of CVD Graphene. In addition, the essential parameters for the material properties evaluation, such as the localization length and bandgap are extracted through the careful analysis of the temperature-dependent measurement from 50 K to 300 K and the related theoretical transport models. It is confirmed that the oxygen double bond formed in the oxidation process can generate defects such as vacancies and Stone-wales, and the structural defects are found to be decisive factors to degrade the properties of the resultant reduced graphene. Our studies for improving graphene conductivity provide a practical approach for the real-world application in graphene electrodes or graphene-based nanodevices.

투명한 극성 유전체를 이용한 그래핀의 일함수 조절과 안정성 향상

신소명 세종대학교 대학원 물리학과 2015 국내석사

그래핀의 2차원적인 특성은 그래핀의 표면준위를(surface potential) 외부인자로 쉽게 제어함으로써 넓은 영역의 일함수 영역을 얻어낼 수 있도록 해준다. 이러한 넓은 영역의 일함수는 다양한 소자 내 확장된 전극 응용으로 활용할 수 있기 때문에 그래핀의 응용측면에서 매우 중요하다. 일함수의 증가와 감소를 고유의 그래핀 페르미 에너지를 중심으로 보면 페르미 레벨 down-shift, 즉 일함수의 증가는 매우 쉽게 얻어질 수 있다. 그러나 반대의 경우는 실험적으로는 상대적 제한이 있다. 또한 전반적으로 표면준위 변화가 쉽게 제어되는 반면 이런 방법들의 안정성은 매우 떨어진다. 무엇보다 표면준위에 제어가 많은 경우 molecular doping, charge transfer 등의 방법으로 제시 되어 왔기 때문에 안정성 문제는 해결하기 어려웠다. 우리는 이 논문에서 무기 박막을 이용하는 안정된 일함수 감소 방법을 제시하고자한다. LiF는 알려진 절연체 중에 제일 큰 밴드갭을 가진 투명한 쌍극자 유전체이다. 이 큰 극성 유전체물질로 인한 표면의 쌍극자 상호작용의 전자 도핑을 통해 그래핀 work function을 줄일 수 있다. LiF/Graphene 적층 구조의 도입은 두가지 중요한 이점을 제공한다. 모빌리티 향상과 페리미-레벨 조절된(도핑된) 스테이트의 안정성. 전자는 LiF의 높은 dielectric 환경으로부터 전하를 띈 불순물들의 차단(screening)이 증가했기 때문에 일어나고 후자는 그래핀 위에 LiF층의 셀프 페시베이션(self-passivation) 효과 때문이다. 분자 흡착이나 화학적 결합으로 기초한 불안정한 도핑 방법과 달리, Si 프로세스와 호환할 수 있는, 높은 극성 유전체 인터페이스를 사용한 일함수 엔지니어링 접근은 신뢰할 수 있는 방법을 제공할 수 있고 전자 기기에 그래핀 응용을 늘릴 수 있을 것으로 보인다.

역사계 박물관 전시의 ‘탈위계적(Non-hierarchical)’ 공간구조 연구

신소명 국민대학교 디자인대학원 2015 국내석사

유아 동작교육의 실시현황 및 교사의 인식 연구

신소명 인하대학교 교육대학원 2007 국내석사

Effects of Salviae Miltiorrhizae Radix (Danshen) on Pentobarbital-induced Sleep in Mice

신소명 경북대학교 대학원 2023 국내석사

본 실험에서는 Salviae Miltiorrhizae Radix (Danshen)을 이용하여 수면 개선 효과를 마우스 경구 투여를 통해 조사하는 것을 목표로 했다. 14일간 대조군은 멸균 증류수를 1일 1회 경구 투여하였으며, Salviae Miltiorrhizae Radix extract (SMRe)을 이용하여 SMRe 100군은 SMRe 100 mg/kg, SMRe 200군은 SMRe 200 mg/kg, SMRe 400군은 SMRe 400 mg/kg을 1일 1회 경구 투여하였다. 이후 Pentobarbital 유도수면 시험에서 Pentobarbital sodium을 복강 투여하여, 수면 유도시간, 수면 지속시간, 수면 각성 시간을 측정하였다. 그 결과 모든 실험군에서 대조군과 비교하여 유의성 있는 체중 및 증체량의 변화는 확인되지 않았다. 그리고 통계적으로 유의미하게 수면 지속 기간이 길어진 것이 확인되었다. 한편, 수면 유도 및 각성 시간이 짧아진 것이 확인되었으나 통계적으로 유의성은 없었다. 이러한 결과는 적어도 본 실험에서 동물 및 사람을 대상으로 Salviae Miltiorrhizae Radix이 수면 개선 효과를 가지는 기능성 추출물의 성분으로서 유망한 대안이 될 수 있음을 시사한다. This experiment aimed to investigate the sleep-improving effects of Salviae Miltiorrhizae Radix (Danshen) through oral administration in mice. For a duration of 14 days, the control group received oral administration of sterilized distilled water once a day, while the Salviae Miltiorrhizae Radix extract (SMRe) groups were administered SMRe at different doses: the SMRe 100 group received 100 mg/kg, the SMRe 200 group received 200 mg/kg, and the SMRe 400 group received 400 mg/kg once a day orally. Subsequently, in the Pentobarbital-induced sleep test, Pentobarbital sodium was intraperitoneally administered to induce sleep, and the sleep induction time, sleep duration, and wakefulness duration were measured. The results demonstrated no changes and gains of body weight compared to the control group in all experimental groups. However, there was a statistically significant increase in sleep duration. Although there was a trend of shortened sleep induction and wakefulness times, it did not reach statistical significance. These findings suggest that, at least in this experiment, the potential of SMRe as a promising component of functional extracts with sleep-improving effects for both animals and humans.

Lv.4~5 자율주행차 도입에 따른 혼합교통류 안전성 평가방법 개발

신소명(申小明) 서울시립대학교 일반대학원 2024 국내박사

본 논문에서는 자율주행차 도입에 앞서 일반자동차와 자율주행차간의 상호작용으 로 인하여 미치는 문제점을 분석하고 대비하고자, 실제 운전자들의 주행행태를 잘 반영할 수 있는 주행행태 파라미터 정산 방법론을 포함하여 일반자동차와 자율주행 차가 혼재되어 주행할 때의 교통안전성 평가방법을 개발하고, 안전성 평가 결과를 활용하여 안전성을 향상시키기 위한 방안 중 하나인 자율주행차 전용차로 운영방안을 수립하는 방법론을 제시하였다. 자율주행차는 개발 중으로 상용화가 되지 않았기에, 자율주행차 도입시의 발생하 는 안전성을 분석하기 위해서는 시뮬레이션으로 분석이 필수적이다. 시뮬레이션은 가상의 환경이므로 정확한 분석을 위해서는 실제 도로와 같이 현재 도로를 주행하는 차량들의 주행행태를 반영하여 구현하는 것이 매우 중요하므로, 일반자동차 파 라미터는 실제 주행행태에 맞춰 보정하여야 하며, 자율주행차 파라미터는 자율주행 차의 주행행태를 고려하여 정산하여야 한다. 자율주행차의 주행원리를 살펴보면, 카메라 등의 센서를 통해 주변 상황을 인식 후 핸들, 브레이크 등을 조정하여 주행하게 된다. 이는 일반운전자가 눈으로 주변 상황을 인식 후 핸들, 브레이크 등을 조정하여 주행하는 것과 유사하다고 할 수 있 다. 따라서 자율주행차 주행행태 예측모형을 개발시 주변 상황 중 가장 중요한 요 소인 주변 차량들의 움직임에 따른 일반자동차의 주행행태를 적용하도록 하였다. 또한, 자율주행차만의 주행특성을 반영하여 주변 차량들의 움직임에 따른 자율주행 차의 주행행태 예측모형을 개발하였다. VISSIM에는 다양한 주행행태 파라미터가 있으며, 파라미터간의 유기적인 작용을 통하여 시뮬레이션 상에서 구현된다. 이에, 파라미터간의 유기적인 작용을 고려할 수 있도록 유전알고리즘을 활용하여 자율주행차의 주행행태를 가장 유사하게 구현 할 수 있는 파라미터를 개발하였으며, 일반자동차도 유전알고리즘을 활용하여 파라 미터를 보정하였다. 자율주행차 도입시 안전성 평가에서는 실제 자율주행차 주행시 발생한 교통사고에 대해 텍스트 임베딩 기법을 활용하여 사고원인을 분석하였으며, 사고원인에 초점을 맞춰 자율주행차 도입률별로 상충횟수 및 상충위험도를 평가하였다. 그리고 안전성 평가 결과를 활용하여 안전성을 향상시키기 위한 방안 중 하나인 자율주행차 전용 차로 운영방안을 수립하는 방법론을 제시하였다. 본 연구를 통해, VISSIM을 활용하여 일반자동차 및 자율주행차의 파라미터를 보 정 및 개발하는 단계부터 안전성 평가를 통해 도로운영방안을 수립하는 단계까지를 종합적으로 수행할 수 있는 방법론을 제시함으로써, 신뢰성 높은 안전성 평가 결과 를 제시할 수 있고, 나아가 향후 자율주행차 도입시의 일반자동차 및 자율주행차의 안전성을 제고할 수 있는 도로운영방안 수립에 기여할 수 있을 것으로 사료된다. This paper presents a methodology that addresses the potential issues arising from the interaction between human-driven vehicles(HDVs) and autonomous vehicles (AVs), in anticipation of the introduction of AVs. It includes a driving behavior parameter adjustment methodology that accurately reflects the driving behaviors of actual drivers. This study develops a traffic safety assessment method for situations where HDVs and AVs coexist on the roads. Utilizing the results of the safety assessment, the paper proposes a method to establish dedicated lanes for AVs as one of the solutions to enhance safety. As AVs are in development and not yet commercialized, simulation is essential for analyzing the safety implications of their introduction. This requires simulations to accurately reflect current road driving behaviors of vehicles. Therefore, parameters for HDVs must be calibrated according to actual driving behaviors, and AV parameters must be calibrated considering AV driving behaviors. The driving principles of AVs, which involve navigating based on sensor data like cameras and adjusting the steering and brakes, are similar to how human drivers operate. Hence, the development of the AV driving behavior prediction model applied human driving behaviors in response to the movement of surrounding vehicles. Additionally, a model predicting AV driving behavior based on the movement of surrounding vehicles was developed to reflect the unique characteristics of AV driving. VISSIM contains various driving behavior parameters, which are implemented through their organic interaction in simulations. To this end, genetic algorithms were used to develop parameters that most closely replicate the driving behavior of AVs, and these algorithms were also applied to calibrate parameters for HDVs. In the safety assessment for the introduction of AVs, the study analyzed the causes of traffic accidents involving AVs using text embedding techniques. By focusing on the causes of these accidents, the frequency and risk of conflicts at various AV adoption rates were evaluated. Additionally, leveraging the results of the safety evaluation, a methodology was proposed for developing operational plans for AV-only lanes as a measure to enhance safety. The research presented a comprehensive methodology that spans from calibrating and developing parameters for both HDVs and AVs using VISSIM, to establishing road operation strategies through safety evaluation. This approach enables the presentation of reliable safety evaluation results. Furthermore, it is anticipated to significantly contribute to the development of road operation strategies that enhance the safety of both HDVs and AVs in the future adoption of autonomous driving technology.