[논문]<tex>$TiO_2/PVP$</tex> 나노섬유의 제조

이세종

$TiO_2/PVP$ 나노섬유의 제조
Fabrication of axially aligned $TiO_2/PVP$ nanofibers 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.17 no.1, 2007년, pp.30 - 34

초록
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[ $TiO_2/PVP$ ] 나노섬유의 배열을 증진시키기 위하여 콜렉터 접지방법을 변화시키면서 전기방사하였다. 한축방향의 배열을 가진 섬유를 만들기 위하여 두개의 전도성 기판을 콜렉터로 사용하여 전기방사하였다. 또한, 두축방향의 섬유배열을 하기 위하여 $90^{\circ}$ 각도로 배치된 콜렉터를 타이머로 조절하면서 방사하였다. 전기방사 시 나노섬유는 콜렉터 전극사이에서 전기장 효과에 의해 퍼지는 현상이 관찰되었다. 실험결과, 후자의 $TiO_2/PVP$ 나노섬유 경우 콜렉터에 정체된 전하의 해소로 인하여 방향성에 더 효과적이었다.

Abstract ▼ AI-Helper

[ $TiO_2/PVP$ ] nanofibers were electrospun by varying the collector grounding design to improve the axial alignment of fibers. The collectors are composed of two pieces of conductive substrates separated by a gap f3r the uniaxial alignment of fibers (X design). The collectors consisting of two sets of substrates placed by $90^{\circ}$ (XY design) equipped with a timer are also prepared for biaxial alignment of fibers. Both collectors show that the charged nanofibers are stretched to span across the gap between the electrodes. Experimental results reveal that the latter collector is more effective on the directionality of electrospun $TiO_2/PVP$ nanofibers due to the dissipation of accumulated electric charge between the collectors.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

흐]지만, 넓은 영역에 일정한 방향성을 갖는 섬유를 형성하기에는 기계적 방법은 제한적이었다. 본 연구에서는 전기방사된 나노섬유의 방향성을 증가시키기 위하여 콜렉터 접지 방법을 변화시키면서 방향^을 갖는 섬유를 제조하고자 하였다.
선행연구에서 비드(bead)가 없는 TiO₂ 연속적인 섬유는 precursor의 점도에 크게 의존하는 것으로 관찰되었다[18, 19], 하지만, 비드 유무에 상관없이 표면장력은 거의 일정한 값을 유지하였다. 선행연구에서 TiO₂ 나노섬유 최적 제조조건을 이용하여 섬유의 방향성을 향상시키고자 한다. 섬유의 방향성은 일반적으로 봉이나 드럼(drum) 형태의 컬렉터를 고속으로 회전 시켜 기계적 방법으로 얻었다[20, 21].

제안 방법

Fig. 2(a)처럼 한축방향으로만 평행하게 접지하고 나노섬유를 3초간 방사하였다. 1.
TiO₂/PVP 나노섬유의 방향^을 얻기 위하여 한축과 두축 방향으로 접지를 하면서 전기방사하였다. 한 축 방향으로 접지한 경우, 나노섬유의 직진성은 향상되었으나 장시간 방사 시 방향성이 다소 감소하였다.
이것은 섬유 중간에 존재하는 비드가 잔류응력구배로 발생하여 열처리 시 쉽게 파단이 일어나는 것으로 추정된다. 본 나노섬유의 섬유 방향성 실험은 최적의 변수조건으로 수행하였다. 상기 실험조건으로 전기방사한 나노섬유의 사진은 Fig.
전기방사된 섬유는 공기중에서 5시간 건조하였다. 전기방사된 나노섬유의 방향성은 AWPd를 코팅하여 SEM(scanning electron microscopy, Hitachi S-3000H, Japan)으로 관찰하였다.
전기장을 XY 두축에서 번갈아 가면서 각각 10초간 전기 방사하였다. 구리전극간 간격을 15 mm로 하였고 관련 전기회로도는 Fig.
09 g/m/의 농도로 첨가흐卜여 상온에서 1시간 교반 하여 최종 졸을 제조하였다. 혼합된 졸은 점도계 (Cannon- Fenske Viscometer, Germany)를 이용하여 precursor의 점도를 측정하였다.

대상 데이터

나노섬유 제조는 직류 고전압장치(0~30kV, ES30P- 5W, Gamma High Voltage Research Inc., USA)를 이용하여 직경 22 게이지 (gage)의 스테인리스 스틸(stainless steel) 주사기바늘에 10kV의 전압을(1 kV/cm) 인가하여 전기장을 생성하였다 (Fig. 1). 미세주사기 펌프 (KDS-200, Stoelting Co.
전기빙사용 TiO₂ precursor를 제조하기 위하여 titanium tetraisopropoxide(98 %, Aldrich)와 에탄올(99.9 %)을 혼합 교반하였다. 점도조절용 결합제로 PVP(Polyvinyl- pyrrolidone, 분자량 = 1, 300, 000, Aldrichi)와 용매로 에탄올과 빙초산(99.
9 %)을 혼합 교반하였다. 점도조절용 결합제로 PVP(Polyvinyl- pyrrolidone, 분자량 = 1, 300, 000, Aldrichi)와 용매로 에탄올과 빙초산(99.5 %)을 혼합 교반하였다. 에탄올을 사용한 이유는 물에 비해 저항값이 크고 휘발성이 커 precursor의 점도를 향상시키고 비드의 형성을
억제
성능/효과
- 6). 절연용 기판으로 알루미나를 사용한 관계로 사진의 선명도(resolution)는 좋지 않으나 섬유의 방향성은 실험 결과 우수하였다. 이것은, 두축을 번갈아 가면서 접지함으로써 접지 바꾸는 3조의 시간동안 전하간 정체현상(electric charging)이 접지를 통하여 자연적으로 해소됨으로써 직진성이 우수한 것으로 추정된다.
- 2(b)에 나타나 있다. 한 축 방향으로만 접지하는 것보다 전극간 간격이 10배나 증가하였음에도 직진성이 크게 향상 된 것이 관찰되었다(Fig. 6). 절연용 기판으로 알루미나를 사용한 관계로 사진의 선명도(resolution)는 좋지 않으나 섬유의 방향성은 실험 결과 우수하였다.
- 한축방향으로만 접지를 하고 장시간 방사하였을 경우, 기존의 전기방사법에 비하여 섬유의 직진성은 우수하였지만 나노섬유의 일축 방향성이 다소 감소하는 것이 관찰되었다. 이것은 전하의 계속적인 공급으로 인한 컬렉터에서 전하들 간의 정체현상(electric charging)에 기인한 것으로 추정된다.
후속연구
- 무질서한 섬유의 배향에 방향성이 부여된다면 전자 device분야(sensor, actuator, varistor, display 등)에 널리 응용이 가능할 것이다. Fig.
- 이것은, 두축을 번갈아 가면서 접지함으로써 접지 바꾸는 3조의 시간동안 전하간 정체현상(electric charging)이 접지를 통하여 자연적으로 해소됨으로써 직진성이 우수한 것으로 추정된다. 본 연구는 기초연구로써, 향후 컬렉터 전극의 전기회로를 반도체수준으로 더욱 정밀하게 제작한다면 바둑판식 (crossbar junction) 의배열(array)을 구현할 수 있을 것으로 예상된다.

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