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Contents

Abstract 9

1. Introduction 11

2. Experimental 14

2.1. Materials 14

2.2. AG synthesis 14

2.3. Fabrication of AG doped PAN nanofibers by electrospinning 14

2.4. Preparation of AG doped carbon nanofibers (AG/CNFs) 15

2.5. Application of AG doped CNFs in supercapacitor 16

2.6. Characterization 16

2.6.1. Field Emission-Scanning Electron Microscopy (FE-SEM) 16

2.6.2. X-ray diffraction (XRD) 17

2.6.3. Thermogravimetric analysis (TGA) 17

2.6.4. Fourier Transform Infrared (FT-IR) 17

2.6.5. X-ray Photoelectron Spectroscope (XPS) 17

2.6.6. Raman Spectroscopy (Raman) 18

2.6.7. Universal Testing Machine (UTM) 18

2.6.8. Cyclic Voltammogram (CV) 18

3. Results and discussion 19

3.1. Surface morphology 19

3.2. Crystal structure 22

3.3. Thermal properties 24

3.4. Chemical composition 26

3.5. Mechanical properties 35

3.6. Electrochemical properties 37

4. Conclusions 41

References 43

요약 46

List of Figures

Figure 1. SEM images of (a) AG-PAN-0, (b) AG-PAN-0.9, (c)... 20

Figure 2. EDS data of (a) AG-PAN-0, (b) AG-PAN-0.9, (c)... 21

Figure 3. XRD spectra of (a) AG (0, 0.9, 1.2, and 1.5 wt%) doped... 23

Figure 4. TGA graph of arc graphene (0, 0.9, 1.2, and 1.5 wt%)... 25

Figure 5. FT-IR spectra of AG (0, 0.9, 1.2, and 1.5 wt%) doped... 28

Figure 6. XPS spectra; N 1s spectra of (a) AG (0 and 1.5 wt%)... 31

Figure 7. XPS spectra of AG-CNFs-1.5. 32

Figure 8. Raman spectra of arc graphene (0, 0.9, 1.2, and 1.5... 34

Figure 9. Stress versus strain plots of AG (0, 0.9, 1.2, and... 36

Figure 10. Cyclic voltammograms of AG doped CNFs (a;... 39

Figure 11. Charge-discharge performance of AG (0, 0.9, 1.2,... 40

초록보기

본 연구에서는 Polyacrylonitrile (PAN)를 dimethylformamide (DMF)에 용해시킨 고분자 용액에 arc graphene (AG)을 각각 폴리머 대비 0, 0.9, 1.2, 그리고 1.5 wt%를 첨가하여 전기방사를 진행하였다. 전기방사는 전압조건을 15 kV 로 통일하였으며, tip-to-collector distance (TCD) 는 15 cm로 설정하여 진행하였다. 방사된 나노섬유는 공기 분위기 240℃ 에서 4시간 동안 안정화를 진행하였으며, 1000 ℃의 질소 분위기에서 탄화공정을 진행하였다. 제조된 탄소나노섬유의 표면 및 직경 분포를 확인하기 위하여 FE-SEM 분석하였으며, EDX, FT-IR 분석을 통해 성분을 조사하였고 XPS 분석을 통해 각 원소의 결합에너지의 변화를 관찰하였다. 슈퍼 캐패시터 적용 가능성은 CV를 통한 전기적 특성 분석을 통해 확인하였다. 여러 가지 특성 분석을 통하여 기계적 강도가 월등히 향상된 탄소나노섬유의 강도를 세계최초로 ASTM D-882법에 의해 측정하였으며, 에너지저장장치로서의 가능성을 확인할 수 있었다.

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