[논문]탄소나노튜브와 섬유

민병길

문제 정의

연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 따라 본 보고에서는 CNT의 섬유분야 응용동향에 대하여 다루고자 한다.

가설 설정

이 섬유는 도마뱀의 발을 덮고 있는 머리카락과 유사한 형상이며, Figure 12에서와 같이 도마뱀과 거미들의 끈끈한 정도는 그들 발가락에 아주 작은 수천개의 섬유들로부터 나오는 것으로서 여기에는 세가지 중요한 물리적 현상이 있다. 1) 섬유와 표면 상에 아주 얇은 물의 막으로부터 나오는 모세관력 2) 섬유 분자들과 표면 분자들의 반데르발스 인력 3) 끈끈이와 같은 섬유의 미세 구조의 쥐는 힘. 풀(glue)과는 달리 이러한 현상들은 발이 표면에서 쉽게 떨어져 나와 생물이 쉽게 걸을 수 있게 해주며 흥미롭게도 발에 먼지가 쌓이는 것도 방지해 준다.

제안 방법

이 공정을 통해 낮은 변형율로 섬유의 강도를 증가시켰대15, 16]. 연구자들은 폴리 비닐알콜(PVA) 수용액으로부터 계면활성제가 분산된 CNT를 분당 6이의 속도로 습식 방사하여 섬유를 제조하였다. 만들어진 섬유는 같은 중량비의 PVA와 나노튜브를 함유하고 있었다.
양사가 개발한 제품명은, CANA-AN'으로 폴리에스터 멀티필라멘트 가공사에 탄소나노튜브를 균 일 하게 코팅함으로써 망상조직을 형성시키는 공법을 적용했다. 이와 함께 미쯔이의 MWNT 분산용액기술을 도입했다. 이 기술은 폴리에스터 제 .

대상 데이터

Figure 24. (주)클러스터인스트루먼트사에서 개발한 CNT/폴리우레탄 나노섬유 멤브레인.
Figure 21. CNT 섬유를 교직한 직물.
이탈리아의 토리노 공대 연구진도 2007년 여름 재료가 실제로 만들어질 수 있다는 가정하에 스파이더맨 복장을 입은 사람이 마천루의 미끈한 벽에 안전하게 붙어 있을 수 있음을 계산을 통하여 보였다[14]. 가상의 접착성 물질은 약 10억 개의 미세한 섬유로 구성되어있으며, 각각의 섬유의 직경은 약 1마이크로미터 정도이다. 이 섬유는 도마뱀의 발을 덮고 있는 머리카락과 유사한 형상이며, Figure 12에서와 같이 도마뱀과 거미들의 끈끈한 정도는 그들 발가락에 아주 작은 수천개의 섬유들로부터 나오는 것으로서 여기에는 세가지 중요한 물리적 현상이 있다.
간단한 공정을 발견했대6]. 연구자들은 철(촉매), 황, 에탄올의 혼합물을 섭씨 1200도에서 수소가 들어있는 유리관에 주입했다. 이 유리관에서 이 화학물질들이 서로 반응을 해서 '에어로젤(aerogel), 로 된 나노튜브들을 형성한다.
Figure 23. 주사형전자현미경(SEM)으로 촬영한 탄소나노튜브를 이용한 나노섬유{배율 3천배, (주)클러스터인스트루먼트사 제공).

이론/모형

도성 폴리에스터 가공사를 개발하는데 성공했다고 밝혔다[18]. 양사가 개발한 제품명은, CANA-AN'으로 폴리에스터 멀티필라멘트 가공사에 탄소나노튜브를 균 일 하게 코팅함으로써 망상조직을 형성시키는 공법을 적용했다. 이와 함께 미쯔이의 MWNT 분산용액기술을 도입했다.

성능/효과

이러한 탁월한 소재 특성으로, 항공기 분야를 비롯해 자동차 산업 스포츠 용품 등 다양한 분야의 주 소재로 등장할 것이라고 연구진은 기대하고 있다. 이 회사에서 실시한 테스트 결과, SuperThread는 강도가 스틸에 비해 100배 높은 50 GPa로 나타났으며(E知庭 9), 무게는 1/40 밖에 되지 않은 것으로 나타났다. 50 GPa의 슈퍼 섬유가 양산되면 우주항공분야, 자동차, 군사용으로 큰 용도를 가질 것으로 기대하고 있다.

후속연구

결론적으로 Figure 17과 같이 탄소나노튜브 섬유는 장차 기존 탄소섬유 등의 수퍼섬유 복합재료보다 한 차원 높은 초고성능의 기계적 재료로 발전할 것으로 기대된다.
연구진은 이번에 개발한 기법을 이용할 경우, 경제적으로 순수한 탄소나노튜브 직물을 생산할 수 있을 것이라고 기대하고 있다. 새로운 소재는 유연성과 경량성을 요구하는 방탄복에 적용될 경우, 무한한 잠재성을 가질 수 있을 것이다. 궁극적으로 전자 센서나 작동기는 탄소 나노튜브 직물로 제작될 수 있으며, 전기 작동 근육 과같이 작동하는 의류 분야게도 적용 잠재성을 가지고 있는 것으로 알려졌다.
CNT yame 뛰어난 전기적 및 열 전도성을 가지고 있으며 기계적으로도 우수한 성능을 가지는 구조를 만들 수 있는 장점을 가지고 있다. 연구진은 이번에 개발한 기법을 이용할 경우, 경제적으로 순수한 탄소나노튜브 직물을 생산할 수 있을 것이라고 기대하고 있다. 새로운 소재는 유연성과 경량성을 요구하는 방탄복에 적용될 경우, 무한한 잠재성을 가질 수 있을 것이다.
이 CNT 섬유도 건식으로 제조된 것으로 보인다. 이러한 탁월한 소재 특성으로, 항공기 분야를 비롯해 자동차 산업 스포츠 용품 등 다양한 분야의 주 소재로 등장할 것이라고 연구진은 기대하고 있다. 이 회사에서 실시한 테스트 결과, SuperThread는 강도가 스틸에 비해 100배 높은 50 GPa로 나타났으며(E知庭 9), 무게는 1/40 밖에 되지 않은 것으로 나타났다.
일반 극세사보다 더 가는 나노급의 섬유안에 탄소나노튜브를 골고루 분산함이 가능함은 탄소나노튜브의 분산안정화기 술의 완성도를 평가할 수 있는 것으로, 이는 어떠한 물질에도 탄소나노튜브의 분산이 가능함을 뜻하는 것으로 평가된다. 제작된 탄소나노튜브를 함유한 초극세섬유는 고탄성의 도전성나노멤브레 인 막으로서 리튬폴리 머 2차전지의 전해질막과 super-capacitor의 응용가능성이 있을 뿐 아니라, 이번 결과는 탄소나노튜브의 산업적 응용이 시작되었음을 알리는 계기가 될 것으로 기재하고 있다.
CNT의 우수한 물성과 다양한 응용 가능성으로 인하여 전자재료 등 관련제품 연구개발용 등 전문분야를 중심으로 수요가 점차 증가하고 있는 추세이다. 향후 세계시장은 탄소나노튜브의 대량생산기술 확보와 FED, 전지, 복합재료 등 응용제품의 개발여부에 따라 상당히 유동적이나, 매우 다양한 분아에서의 산업화에 따른 본격적인 수요증가로 수 년내 수 조원 규모의 막대한 시장을 형성할 것으로 예상되고 있다.

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