This research is to develop innovative method to synthesize three-dimensional self-assembled nano-structures based on ‘defect engineering’ using intentional defects to grow another nanostuructrures on graphene.
It can be applied to engineering applications such as lithium ion battery anode, and EMI shielding film. First, the multilayered graphene-carbon nanotube-iron oxide 3D heterostructure(3D G-CNT-$Fe_2O_3$) demonstrates excellent EMI shileidng effectiveness over 130 dB due to strong synergy from multilevel EMI shiled-ing. Second, the bio-inspired 3D graphene-nanotube-iron hierarchical nanostructrue(hieararchical 3D G-CNT-Fe) delivers a reversible capacity of ~1,024 mAh/g even after prolonged cycling along with a cou-lombic efficiency in excess of 99%, which reflects the ability of the hierarchical network to prevent ag-glomeration of the iron-oxide nanoparticles. Third, we report a nanohole-structured, iron oxide-decorated and gelatin-functionalized graphene aerogel (D-N-GGA) for high rate and high capacity Li-ion anode. The D-N-GGA nanostructure provides highly conductive networks and short diffusion lengths for lithium ion transport. Furthermore, 3D carbon nanomaterials with N doped surface from gelatin can provide more active sites for Li storage. And the gelatin acted as a ‘glue’ binding the graphitic particles together. As a result, the obtained D-N-GGA nanostructure delivered a reversible capacity of 924 mAh/g even after 40 cycles along with a coulombic efficiency in excess of 99%. Especially, even after 65 cycle with variable current density with 100-800 mA/g, the discharge capacity returned to 1,096 mAh/g, which indicated a very stable cycle performance.
이 논문에서는 그래핀의 표면에 결함을 인위적으로 만들고 그 위에 새로운 나노구조체를 직접 성장시키는 결함공학에 기반하여, 다양한 자기조립형 3차원 탄소 나노구조체를 합성하였다. 또한 이의 공학적 응용으로써, 전자파 차폐필름과 배터리 음극물질에 적용했다. 첫째, 다층 그래핀-탄소나노튜브-산화철 3차원 헤테로나노구조체의 전자파 복합손실 특성을 이용하여 전자파 차폐필름으로 적용하였고 130dB가 넘는 우수한 차폐효율을 확인하였다. 둘째, 생체모사 계층형 3차원 구조체의 3차원 전도성 네트워크와 나노물질의 응집을 방지하는 구조를 통해, 리튬이온배터리의 음극물질로써 약1,024mAh/의 높은 가역용량을, 쿨롱효율 99% 이상으로 안정적으로 유지하는 성능을 얻었다. 셋째, 나노홀이 생성되고 산화철이 데코레이트 된 젤라틴 기능화 그래핀 에어로젤을 리튬이온배터리 음극 물질로 적용하였다. 이에, 40사이클 후에도 924mAh/의 높은 가역용량을 가지며, 100-800 mA/g으로 전류밀도를 가변한 후에도, 1,096mA/의 가역용량을 보이는, 고율 안정성을 확보하였다. 높은 가역용량과 고율 안정성은 나노홀 생성을 통한3차원 전도성 네트워크, 젤라틴으로부터 기인한 질소 도핑과 천연바인더 효과의 복합적 요인에 기인한 것이다.
