Because of their excellent electrical and mechanical properties, carbon materials have attracted scientific attention as essential parts for electrical applications, such as strain sensor, and battery electrode. Hence, the physical and chemical modifications of carbon surface have been investigated for enhancing the electrical performance. In this dissertation, surface characteristics of carbon, including interactions, defects, and doping on surface, are utilized. The surface is modified by three fabrication methods; solution process, etching process using redox reactions, and carbonization process to fabricate the surface morphology and chemistry with high performance. First, new types of graphene strains sensors are fabricated by a layer-by-layer assembly that uses surface interactions among carbon and polymeric materials. The three types of strain sensors, based on stretchable yarns, show high stretchability and can monitor diverse human motions. Second, a novel electrode architecture with highly porous and graphenated morphology is demonstrated by using NiO/Ni redox reactions. The structure with defects can accommodate a large number of catalytic oxygen functional group, leading to improved electrochemical performance. In the last chapter, nitrogen-doped graphite felt electrode for $VO^{2+}$/$VO_2^+$ redox reaction is fabricated by carbonization process of metal-organic framework. This method can produce porous structure with abundant nitrogen, which enhances electrochemical activity and reversibility for reaction.
우수한 전기적, 기계적 물성으로 인하여, 탄소 소재들이 스트레인 센서, 배터리 전극과 같은 전기적 응용분야의 중요한 부분으로써 과학적인 주목을 받고 있다. 따라서, 탄소 표면의 전기적 성능 향상을 위한 물리화학적 개질 방법들이 연구되고 있다. 이 논문에서는 표면 작용, 표면 결함 및 도핑을 포함하는 탄소의 표면 특성을 이용하면서, 용액 공정, 산화 환원반응을 이용한 식각 공정, 탄화 공정을 통해, 높은 성능의 표면 구조 및 화학을 가진 소재를 제작하였다. 우선, 탄소와 고분자 간의 표면작용을 이용한 층상 적층 방법을 통해 새로운 형태의 그래핀 스트레인 센서를 제작하였다. 신축성 실을 기반으로 하는 세가지 형태의 센서는 높은 신축성을 가지고 다양한 인체 움직임을 모니터링 할 수 있었다. 다음으로, 다공성의 그래핀화된 형태를 가진 새로운 전극구조를 NiO/Ni 산화환원 반응을 통해 구현하였다. 결함을 가지는 표면구조는 많은 양의 촉매활성을 가진 산소 작용기를 수용할 수 있었으며, 이는 전기화학적 성능을 향상시켰다. 마지막으로, 바나듐 산화환원 반응을 위한 질소 도핑된 탄소팰트 전극을 MOF의 탄화공정을 통해 제작하였다. 이 방법으로 다량의 질소를 포함하는 다공성의 탄소 구조를 형성 시킬 수 있었으며, 반응에 대한 전기화학적 활성 및 가역성을 향상시켰다.
