카본나노튜브 (Carbon nanotube: CNT)는 흑연면(graphite sheet)이 수 나노 미터의 직경으로 둥글게 말린 구조로써 우수한 기계적, 열적, 전기적 특성을 보여 전자정보통신, 의약, 소재, 환경 및 에너지 등 다양한 분야에서의 응용 될 수 있어 크게 각광 받을 것으로 예상되고 있다. CNT의 응용에서 중요한 위치를 차지하는 복합체의 제조에서 CNT 들 사이의 강한 ...
카본나노튜브 (Carbon nanotube: CNT)는 흑연면(graphite sheet)이 수 나노 미터의 직경으로 둥글게 말린 구조로써 우수한 기계적, 열적, 전기적 특성을 보여 전자정보통신, 의약, 소재, 환경 및 에너지 등 다양한 분야에서의 응용 될 수 있어 크게 각광 받을 것으로 예상되고 있다. CNT의 응용에서 중요한 위치를 차지하는 복합체의 제조에서 CNT 들 사이의 강한 반데르 발스 힘으로 뭉친 다발 형태가 형성되어 분산에 어려움이 따른다. 이 때문에 효과적인 CNT의 분산을 위하여 다양한 CNT 표면처리 방법에 대한 연구가 많이 진행되었으나, 분산 매질인 고분자 구조의 디자인을 고찰한 CNT의 분산에 대한 연구는 극히 드물다. 본 연구에서는 CNT 분산 매질로 고분자 매질의 디자인을 통하여 구조와 물성의 상관관계를 연구하였다. 이를 위하여 다양한 조성의 아크릴 공중합체를 합성하고 표면을 금속 리튬을 이용하여 음이온으로 환원된 MWCNT를 사용 하였다. 고분자 자체 특성 및 CNT와의 상용성과 계면 특성 등에 따라서 CNT의 분산 상태가 달라지고 물리적 성질이 어떠한 차이를 보이는지 실험적으로 조사하였다. 특히, 고분자 블렌드의 특정 한 영역에만 CNT를 분산시켜 double percolation을 유도하기 위하여 가교된 메틸메타아크릴레이트-부타디엔-스타이렌(crosslinked methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer: MBS)을 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)에 첨가한 다음 다중탄소나노튜브(multiwalled carbon nanotube: MWCNT)를 분산시켰을때 MWCNT의 percolation 특성을 검토하였다. PMMA/MBS/MWCNT계에서 MBS 첨가량이 증가함에 따라 Pc 는 최소값을 보이고 점도증가는 감소하는 경향을 보였다. 이는 MWCNT 가 분산되는 영역이 줄어들지만 randomness가 감소하기 때문에 오히려 MWCNT의 분산이 어려워져 Pc 값이 최소 값을 보이는 것으로 해석하였다. 또한 나노복합체의 유리전이온도(Tg)가 복합체의 매질을 구성하는 고분자의 Tg 보다 낮아지는 것이 관찰되었다. 이러한 현상들은 MWCNT의 표면을 Li 양이온으로 처리함으로써 분산은 잘 되었으나 계면에서 폴리머의 유동성(mobility)을 증가시키는 free volume의 증가 때문으로 해석하였다. 연속상의 매질 고분자의 조성이 CNT의 분산에 미치는 영향을 확인 하기 위하여 다양한 조성의 폴리아크릴레이트 공중합체(polyacrylate copolymer)를 중합한 후 MWCNT를 포함한 복합체를 제조하였다. 이 복합체의 Pc 값은 공중합체에 부틸아크릴레이트(Butyl acrylate: BA)가 20 wt% 일 경우 최소값을 보였으며, 아크릴산(Acrylic acid: AA) 를 도입할 경우 더 낮아짐을 확인 하였다. 50wt%의 BA를 포함하는 polyacrylates를 이용한 복합체의 경우 Tg의 감소를 보이지 않으나 다른 조성에서는 Tg의 감소를 보였다. 복합체에서 Tg의 감소는 상대적으로 낮은 상용성 때문에 발생하는 계면의 free volume 증가로 해석하였다. MWCNT와의 상용성이 우수한 50wt%의 BA를 포함한 나노복합체의 경우 20wt% 를 포함한 경우 보다 Pc 값이 더 높았다. 그러나 열전도도의 경우 BA가 50wt% 일 때 MWCNT 함량에 따라 열전도도가 증가하나 20wt%인 경우 증가를 보이지 않았다 이것은 free volume이 전자 이동에 유리한 요인으로 작용하지만 열전도도를 결정하는 phonon의 이동을 제한하기 때문인 것으로 판단하였다. 따라서 나노복합체의 제조시 매트릭스 디자인을 통하여 CNT의 분산을 용이하게 할 수 있고 또한 계면특성도 조절 가능하여 열전도도나 전기전도도가 우수한 복합체를 제조할 수 있음을 제시하였다.
카본나노튜브 (Carbon nanotube: CNT)는 흑연면(graphite sheet)이 수 나노 미터의 직경으로 둥글게 말린 구조로써 우수한 기계적, 열적, 전기적 특성을 보여 전자정보통신, 의약, 소재, 환경 및 에너지 등 다양한 분야에서의 응용 될 수 있어 크게 각광 받을 것으로 예상되고 있다. CNT의 응용에서 중요한 위치를 차지하는 복합체의 제조에서 CNT 들 사이의 강한 반데르 발스 힘으로 뭉친 다발 형태가 형성되어 분산에 어려움이 따른다. 이 때문에 효과적인 CNT의 분산을 위하여 다양한 CNT 표면처리 방법에 대한 연구가 많이 진행되었으나, 분산 매질인 고분자 구조의 디자인을 고찰한 CNT의 분산에 대한 연구는 극히 드물다. 본 연구에서는 CNT 분산 매질로 고분자 매질의 디자인을 통하여 구조와 물성의 상관관계를 연구하였다. 이를 위하여 다양한 조성의 아크릴 공중합체를 합성하고 표면을 금속 리튬을 이용하여 음이온으로 환원된 MWCNT를 사용 하였다. 고분자 자체 특성 및 CNT와의 상용성과 계면 특성 등에 따라서 CNT의 분산 상태가 달라지고 물리적 성질이 어떠한 차이를 보이는지 실험적으로 조사하였다. 특히, 고분자 블렌드의 특정 한 영역에만 CNT를 분산시켜 double percolation을 유도하기 위하여 가교된 메틸메타아크릴레이트-부타디엔-스타이렌(crosslinked methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer: MBS)을 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)에 첨가한 다음 다중탄소나노튜브(multiwalled carbon nanotube: MWCNT)를 분산시켰을때 MWCNT의 percolation 특성을 검토하였다. PMMA/MBS/MWCNT계에서 MBS 첨가량이 증가함에 따라 Pc 는 최소값을 보이고 점도증가는 감소하는 경향을 보였다. 이는 MWCNT 가 분산되는 영역이 줄어들지만 randomness가 감소하기 때문에 오히려 MWCNT의 분산이 어려워져 Pc 값이 최소 값을 보이는 것으로 해석하였다. 또한 나노복합체의 유리전이온도(Tg)가 복합체의 매질을 구성하는 고분자의 Tg 보다 낮아지는 것이 관찰되었다. 이러한 현상들은 MWCNT의 표면을 Li 양이온으로 처리함으로써 분산은 잘 되었으나 계면에서 폴리머의 유동성(mobility)을 증가시키는 free volume의 증가 때문으로 해석하였다. 연속상의 매질 고분자의 조성이 CNT의 분산에 미치는 영향을 확인 하기 위하여 다양한 조성의 폴리아크릴레이트 공중합체(polyacrylate copolymer)를 중합한 후 MWCNT를 포함한 복합체를 제조하였다. 이 복합체의 Pc 값은 공중합체에 부틸아크릴레이트(Butyl acrylate: BA)가 20 wt% 일 경우 최소값을 보였으며, 아크릴산(Acrylic acid: AA) 를 도입할 경우 더 낮아짐을 확인 하였다. 50wt%의 BA를 포함하는 polyacrylates를 이용한 복합체의 경우 Tg의 감소를 보이지 않으나 다른 조성에서는 Tg의 감소를 보였다. 복합체에서 Tg의 감소는 상대적으로 낮은 상용성 때문에 발생하는 계면의 free volume 증가로 해석하였다. MWCNT와의 상용성이 우수한 50wt%의 BA를 포함한 나노복합체의 경우 20wt% 를 포함한 경우 보다 Pc 값이 더 높았다. 그러나 열전도도의 경우 BA가 50wt% 일 때 MWCNT 함량에 따라 열전도도가 증가하나 20wt%인 경우 증가를 보이지 않았다 이것은 free volume이 전자 이동에 유리한 요인으로 작용하지만 열전도도를 결정하는 phonon의 이동을 제한하기 때문인 것으로 판단하였다. 따라서 나노복합체의 제조시 매트릭스 디자인을 통하여 CNT의 분산을 용이하게 할 수 있고 또한 계면특성도 조절 가능하여 열전도도나 전기전도도가 우수한 복합체를 제조할 수 있음을 제시하였다.
During the last decade, polymer/carbon nanotube (CNT) nanocomposites have attracted attentions of many researchers for potential application in the electronic parts due to substantial improvement in the thermal, mechanical and electrical properties. For the nanocomposites in various applications, th...
During the last decade, polymer/carbon nanotube (CNT) nanocomposites have attracted attentions of many researchers for potential application in the electronic parts due to substantial improvement in the thermal, mechanical and electrical properties. For the nanocomposites in various applications, the technology to disperse CNTs finely and the appropriate design of matrix polymers are indispensable. There have been many reports on the modification of CNTs, but few on the optimization of matrix polymers. In this study, multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) were reduced with Li to prepare MWCNT salts which have advantages of CNTs and can be dispersed finely in polar organic polymers. The nanocomposites of the MWCNT and polyacrylates were prepared. The effects of the double percolation of CNTs and the composition of polyacrylates on the physical properties of the nanocomposites were investigated. Preparation and properties of poly (methyl methacrylate) (PMMA)/MWCNT nanocomposites were studied from view points of double percolation by adding crosslinked methyl methacrylate-butadiene-styrene (MBS) particles to lower percolation threshold concentration (Pc) of the MWCNTs in terms of surface electrical resistivity. It was found that Pc value decreased and then increased with increasing MBS contents of the nanocomposites due to double percolation of MWCNT. However, adding MBS particles in large amounts results in limited space for the distribution of the MWCNTs and less efficient dispersion of the MWCNTs and the increase of Pc value. Poly (methyl methacrylate-co-butyl acrylate) (PMBA)/MWCNT and poly (methyl methacrylate-co-butyl acrylate-co-acrylic acid) (PMAA)/MWCNT nanocomposites were prepared. And the effects of the copolymer compositions on the electrical and the dynamic mechanical properties of the nanocomposites were investigated. The Pc values in the nanocomposites showed the minimum when the butyl acrylate (BA) content among the PMBAs was 20wt%. And Pcs of PMAA/MWCNT nanocomposites were lower than PMBA/MWCNT systems. It was because of that the interactions between ionic moieties of the MWCNTs and carboxylic acid groups help the dispersion of the MWCNT in the nanocomposites with increasing the acid content initially. However, it was observed that the dispersion of the MWCNT became unfavorable in the nanocomposites in which the acrylic acid content is higher than 9wt% and attributed to formations of ionic clusters in the nanocomposites. Glass-rubbery transition temperatures (Tgs) of the nanocomposites decreased in many compositions. However, in the nanocomposites containing 50wt% of the BA content, there was no Tg depression and the increase of thermal conductivity with increasing the MWCNT was observed. Such depression of Tg was attributed to the enhanced mobility of polymers at the interface due to the increase of free volume where the compatibility between the MWCNT and the polyacrylate is relatively poor. It is postulated that the observation of the minimum Pc in the nanocomposites resulted from combined effects of fine dispersion due to the reasonable compatibility between the polyacrylates and the MWCNT and free volumes at the interface which facilitate the electron transfer. And the improvement of thermal conductivity of the nanocomposites could be observed only when there was no Tg depression, i.e., the compatibility between the MWCNT and the polyacrylate is good and phonon transport is not hindered.
During the last decade, polymer/carbon nanotube (CNT) nanocomposites have attracted attentions of many researchers for potential application in the electronic parts due to substantial improvement in the thermal, mechanical and electrical properties. For the nanocomposites in various applications, the technology to disperse CNTs finely and the appropriate design of matrix polymers are indispensable. There have been many reports on the modification of CNTs, but few on the optimization of matrix polymers. In this study, multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) were reduced with Li to prepare MWCNT salts which have advantages of CNTs and can be dispersed finely in polar organic polymers. The nanocomposites of the MWCNT and polyacrylates were prepared. The effects of the double percolation of CNTs and the composition of polyacrylates on the physical properties of the nanocomposites were investigated. Preparation and properties of poly (methyl methacrylate) (PMMA)/MWCNT nanocomposites were studied from view points of double percolation by adding crosslinked methyl methacrylate-butadiene-styrene (MBS) particles to lower percolation threshold concentration (Pc) of the MWCNTs in terms of surface electrical resistivity. It was found that Pc value decreased and then increased with increasing MBS contents of the nanocomposites due to double percolation of MWCNT. However, adding MBS particles in large amounts results in limited space for the distribution of the MWCNTs and less efficient dispersion of the MWCNTs and the increase of Pc value. Poly (methyl methacrylate-co-butyl acrylate) (PMBA)/MWCNT and poly (methyl methacrylate-co-butyl acrylate-co-acrylic acid) (PMAA)/MWCNT nanocomposites were prepared. And the effects of the copolymer compositions on the electrical and the dynamic mechanical properties of the nanocomposites were investigated. The Pc values in the nanocomposites showed the minimum when the butyl acrylate (BA) content among the PMBAs was 20wt%. And Pcs of PMAA/MWCNT nanocomposites were lower than PMBA/MWCNT systems. It was because of that the interactions between ionic moieties of the MWCNTs and carboxylic acid groups help the dispersion of the MWCNT in the nanocomposites with increasing the acid content initially. However, it was observed that the dispersion of the MWCNT became unfavorable in the nanocomposites in which the acrylic acid content is higher than 9wt% and attributed to formations of ionic clusters in the nanocomposites. Glass-rubbery transition temperatures (Tgs) of the nanocomposites decreased in many compositions. However, in the nanocomposites containing 50wt% of the BA content, there was no Tg depression and the increase of thermal conductivity with increasing the MWCNT was observed. Such depression of Tg was attributed to the enhanced mobility of polymers at the interface due to the increase of free volume where the compatibility between the MWCNT and the polyacrylate is relatively poor. It is postulated that the observation of the minimum Pc in the nanocomposites resulted from combined effects of fine dispersion due to the reasonable compatibility between the polyacrylates and the MWCNT and free volumes at the interface which facilitate the electron transfer. And the improvement of thermal conductivity of the nanocomposites could be observed only when there was no Tg depression, i.e., the compatibility between the MWCNT and the polyacrylate is good and phonon transport is not hindered.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.