Earticle

Rutile RuO2 thin films are known to exhibit strain-induced superconductivity, yet their relatively low critical temperature (~ 1–2 K) limits comprehensive study. Since superconductors in the 2D limit often behave distinctly from the bulk state, it might be important to characterize monolayer RuO2 for understanding dimensionality effects on the strain-induced superconductivity. In this report, we investigated the electronic band structure of the monolayer RuO2 by fabricating a charging-free RuO2-TiO2 heterostructure via pulsed laser deposition (PLD) and performing in-situ angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES). We successfully resolved the electronic band structure of atomically thin RuO2 films and observed a Fermi edge for the monolayer, providing direct spectroscopic evidence that monolayer RuO2 retains its metallicity under coherent epitaxial strain. Our findings provide an experimental basis for investigating superconductivity in the two-dimensional limit and offer a platform to examine strain effects in monolayer oxide systems.

Since the carbon nanotubes (CNTs) have extraordinary material properties, many researchers are trying to make a practical application in various fields [1]. In particular, the high surface area of CNTs was fascinated for nano-template on the catalytic system. $RuO_2$ coated CNTs are useful functional nano-composites in many applications, including super capacitors, fuel cells, biosensors, and field emitters. However, the research of interaction between CNTs and $RuO_2$ was not satisfied with various fields [2]. In this study, we will introduce the change of chemical and electrical state of $RuO_2$/CNTs at different temperatures by synchrotron radiation photoemission spectroscopy (SRPES). The t-MWCNTs used in this experiment were grown on the Ni/TiN/Si substrates by chemical vapor deposition. $RuO_2$ of 4-20 nm in thickness was deposited on the t-MWNTs by sputter. The SRPES measurements were carried out at the 4B1 beamline of the Pohang Accelerator Laboratory in Korea. The result of XPS measurement indicates that the deposited $RuO_2$ on the CNTs was reduced into pure Ru at above $300^{\circ}C$. And we confirmed that the effective work function of $RuO_2$/CNTs was decreased with increasing temperature.

전자제품의 경박 단소화에 필수 부품인 칩저항기, HIC 등의 제조 기술은 급속한 성장을 이룬 반면에 가장 중요한 특성을 발현하는 전극 재료 및 저항 재료의 제조는 기술적으로 취약한 부분이다. RuO2와 Pb2Ru2O5.5는 저항 페이스트의 가장 중요한 원재료로서 저항 편차, 온도저항계수(TCR), 전압저항계수(VCR), NOISE 등의 전기적 특성과 페이스트이 흐름성, 보존 안정성 등의 작업성에 큰 영향을 미친다. 외국에서 산화 루테늄 분말 제조에 대한 많은 연구가 진행되어 오고 있으나 대부분 출발 물질을 염화 루테늄을 사용하여 RuO2 분말을 제조하고 있다. 이렇게 제조된 RuO2 분말은 전자 재료에 악영향을 미치는 염소이온이 잔류할 가능성이 높다. 본 연구에서는 Ru metal에서 루테늄산염을 만들어 위의 문제를 최소화 하였고, 전기적 특성이 우수한 고분산 초미립의 RuO2를 얻기 위해 산화, 환원, 정제, 배소 등의 제조 공정에 있어서 최적 조건을 고찰 하였다.

수전해(electrochemical water splitting)는 연료전지의 가역적 역반응을 이용하여 물로부터 수소와 산소를 발생시키는 기술이다. 산소는 음극에서 발생하는데, 이 때 음극 표면은 고농도의 산소 음이온 및 라디칼에 장시간 노출된다. 때문에 기계적, 화학적 내구성이 우수한 전극재를 사용할 필요가 있다. 불용성 전극 (dimensionally stable anode, DSA)은 이러한 기술적 요구사항을 잘 만족하는 상용화 된 전극이다. 티타늄이나 티타늄 합금 표면에 촉매를 미량 반복 살포하여 산화물 형태의 매우 견고한 표면을 형성함으로서 내구성을 확보한다. 그러나, 보통 DSA 제조 기법의 특징에 따라 다공성 표면 구조를 사용하지는 않기 때문에 생산 과정이 복잡하고 비용이 많이 발생하는 문제를 여전히 나타내고 있다. 본 연구는 상기 문제를 개선하기 위한 수전해용 음극 제조 기술에 관한 연구이다. 티타늄과 티타늄 합금은 동일한 양극산화 기술 적용이 가능하다는 점을 이용하여 티타늄 기판으로부터 다공성 구조를 형성함으로써 바인더의 사용을 배제하였다. 단일공정양극산화기법 (single-step anodization)을 이용하여 $IrO_2$와 $RuO_2$를 도핑함으로써 TiO2에 촉매능을 부여하였다. 제조된 나노튜브들의 구조적 특징을 HR-TEM (High-resolution transmission electron microscope)과 FE-SEM (Field-emission scanning electron microscope)으로 분석하고 SAED (selective area electron diffraction) 패턴을 분석하여 전극재의 결정성을 확인하였다. 알칼라인 분위기에서 일으킨 산소발생반응 (oxygen evolution reaction, OER)의 LSV (linear sweep voltammetry) 결과를 XPS (X-ray photoelectron microscoscopy) 결과와 연관지어 촉매 표면 구조와 과전압의 관계를 해석하였다. LSV 결과로부터 Tafel 분석을 연달아 수행함으로써 전극의 속도결정단계를 정의하였다. 최종적으로 사이클 테스트 통하여 DSA로써의 성능을 평가하였다.