[국내논문]자체-감지능 및 광투과도를 지닌 CNT 및 ITO/PET 다기능성 나노복합소재의 계면 조절 연구 Interfacial Control of Multi-functional CNT and ITO/PET Nanocomposites having Self-Sensing and Transparency원문보기
자체-감지능 있는 다기능성 나노복합소재를 위해, 투명하고 전도성 있는 카본나노튜브 (CNT)로 코팅된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 함침 방법으로 제조하였다. CNT 코팅의 전기적 광학적 특정의 변화는 함침 횟수와 CNT용액의 농도에 주로 의존하였다. 결과적으로, CNT 코팅의 표면저항과 투과도는 제조공정의 변수들에 따라 예민하게 조절되었다. CNT 코팅의 표면저항은 4점법과 이중 배열법에 의해 측정되었으며, 광학적 투과도는 UV 스펙트럼을 사용하여 평가하였다. CNT 코팅의 표면특성을 측정한 정적 및 동적 접촉각은 상호 일치함을 보여주었다. 함침 코팅수가 증가함에 따라, CNT코팅한 PET의 표면저항은 현저하게 저하했으나, 투명도는 CNT 네트워크의 특성으로 거의 감소하지 않았다. CNT와 인듐틴옥사이드 (ITO)의 계면 및 전기적 특성들은 피로 시험을 통하여 비교하였다. CNT는 2000회 반복 후에도 표면저항의 변화가 없는 반면에, ITO는 1000회 반복까지 표면저항의 급격한 증가를 보여주었다가 안정화하였다. 이는 형상비가 큰 CNT는 전기 접촉점을 계속 유지하는 반면에, 취성이 있는 ITO는 미세 균열이 발생하여 전지 접촉점을 많이 상실하기 때문이다.
자체-감지능 있는 다기능성 나노복합소재를 위해, 투명하고 전도성 있는 카본나노튜브 (CNT)로 코팅된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 함침 방법으로 제조하였다. CNT 코팅의 전기적 광학적 특정의 변화는 함침 횟수와 CNT용액의 농도에 주로 의존하였다. 결과적으로, CNT 코팅의 표면저항과 투과도는 제조공정의 변수들에 따라 예민하게 조절되었다. CNT 코팅의 표면저항은 4점법과 이중 배열법에 의해 측정되었으며, 광학적 투과도는 UV 스펙트럼을 사용하여 평가하였다. CNT 코팅의 표면특성을 측정한 정적 및 동적 접촉각은 상호 일치함을 보여주었다. 함침 코팅수가 증가함에 따라, CNT코팅한 PET의 표면저항은 현저하게 저하했으나, 투명도는 CNT 네트워크의 특성으로 거의 감소하지 않았다. CNT와 인듐틴옥사이드 (ITO)의 계면 및 전기적 특성들은 피로 시험을 통하여 비교하였다. CNT는 2000회 반복 후에도 표면저항의 변화가 없는 반면에, ITO는 1000회 반복까지 표면저항의 급격한 증가를 보여주었다가 안정화하였다. 이는 형상비가 큰 CNT는 전기 접촉점을 계속 유지하는 반면에, 취성이 있는 ITO는 미세 균열이 발생하여 전지 접촉점을 많이 상실하기 때문이다.
Transparent and conductive carbon nanotube on polyethylene terephthalate (PET) were prepared by dip-coating method for self-sensing multi-functional nanocomposites. The changes in the electrical and optical properties of CNT coating mainly depended on the number of dip-coating, concentration of CNT ...
Transparent and conductive carbon nanotube on polyethylene terephthalate (PET) were prepared by dip-coating method for self-sensing multi-functional nanocomposites. The changes in the electrical and optical properties of CNT coating mainly depended on the number of dip-coating, concentration of CNT solution. Consequently, the surface resistance and transmittance of CNT coating were sensitively controlled by the processing parameters. Surface resistance of CNT coating was measured using four-point method, and surface resistance of coated CNT could be better calculated by using the dual configuration method. Optical transmittance of PET film with CNT coating was evaluated using UV spectrum. Surface properties of coated CNT investigated by wettability test via static and dynamic contact angle measurement were consistent with each other. As dip-coating number increased, surface resistance of coated CNT decreased seriously, whereas the transmittance exhibited little lower due to the thicker CNT networks layer. Interfacial microfailure properties were investigated for CNT and indium tin oxide (ITO) coatings on PET substrates by electrical resistance measurement under cyclic loading fatigue test. CNT with high aspect ratio exhibited no change in surface resistance up to 2000 cyclic loading, whereas ITO with brittle nature showed a linear increase of surface resistance up to 1000 cyclic loading and then exhibited the level-off due to reduced electrical contact points based on occurrence of many micro-cracks.
Transparent and conductive carbon nanotube on polyethylene terephthalate (PET) were prepared by dip-coating method for self-sensing multi-functional nanocomposites. The changes in the electrical and optical properties of CNT coating mainly depended on the number of dip-coating, concentration of CNT solution. Consequently, the surface resistance and transmittance of CNT coating were sensitively controlled by the processing parameters. Surface resistance of CNT coating was measured using four-point method, and surface resistance of coated CNT could be better calculated by using the dual configuration method. Optical transmittance of PET film with CNT coating was evaluated using UV spectrum. Surface properties of coated CNT investigated by wettability test via static and dynamic contact angle measurement were consistent with each other. As dip-coating number increased, surface resistance of coated CNT decreased seriously, whereas the transmittance exhibited little lower due to the thicker CNT networks layer. Interfacial microfailure properties were investigated for CNT and indium tin oxide (ITO) coatings on PET substrates by electrical resistance measurement under cyclic loading fatigue test. CNT with high aspect ratio exhibited no change in surface resistance up to 2000 cyclic loading, whereas ITO with brittle nature showed a linear increase of surface resistance up to 1000 cyclic loading and then exhibited the level-off due to reduced electrical contact points based on occurrence of many micro-cracks.
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제안 방법
본 연구에서는 CNT와 ITO 코팅의 투명하고 전도성 있는 특성을 4점법을 사용하여 표면 전기저항과 젖음성 측정을 통하여 조사하였다. 또한, 함침 횟수에 따른 CNT 및 ITO 네트워크의 소수성을 동적 및 정적 접촉각 시험을 통하여 연구하였다.
조사하였다. 또한, 함침 횟수에 따른 CNT 및 ITO 네트워크의 소수성을 동적 및 정적 접촉각 시험을 통하여 연구하였다. 피로 시험을 통한 미세 손상에 따른 표면저항의 변화도 함께 조사하였다.
또한, 함침 횟수에 따른 CNT 및 ITO 네트워크의 소수성을 동적 및 정적 접촉각 시험을 통하여 연구하였다. 피로 시험을 통한 미세 손상에 따른 표면저항의 변화도 함께 조사하였다.
표면저항은 단일배열 법과 비교하여. 이중배열법은 모서리 영향을 제거하게 되어, 보다 더 균일한 전기저항을 구할 수 있다.
CNT 로 코팅된 PET의 동적 접촉각이 Withemly 플레이트 법 (씨그마 70, KSV사, 필란드)을 사용하여 측정하였다. 이중으로 정제된 물을 함침용액으로 사용하였으며, PET기저시편을 CNT 코팅 홧수를달리하여 측정하였다.
코팅 시편의 투과도는 자외선-가시 (UV) 스펙트럼을 이용하여 측정하였다. 이는 근접”적외선 영역부터 자외선 영역까지 넓은 범위에서 투과 및 반사 스펙트럼을 미세하게 측정할 수 있다.
나노 시편의 피로시험은 실험실에서 제작한 기기 시스템을 사용하여 변형율에 시편을 고정하여 1Hz의 주파수로 측정하였다. 일정한 변형하에서 반복적인 응력 약 2, 000회를 가하여 미세파손 상태를 유발시키는 것이다.
투과도는 UV 스펙트럼을 사용하여 측정하였다. Fig.
PET위에 코팅된 CNT의 투과도와 전도성을 UV 스펙트럼과 표면저항, 그리고 접촉각 측정을 통하여 연구하였다. 투과도와 표면저항은 함침 방법을 통한 코팅 횟수에 따라서 조절되었다.
대상 데이터
코팅공정에서 CNT와 ITO 용액을 제조하기 위하여, CNT의 분산 용매로 2-프로판올과 ITO의 분산용액으로 에탄올이 사용되었다.
산처리된 CNT는 2-프로판올에 12시간 동안 소니케이션하여 분산되었다. 0.05 wt% 인 CNT의 용액을 사용하여 코팅층을 함침 횟수를 달리하여 제조하였다. 에탄올로 미리 세척한 PET 필름을 기저층으로 사용하였으며 이중 증류된 물에서 소니케이션 시켰으며, 최종적으로 다시 세척시켰다.
다중벽 카본탄소튜브 (다중벽CNT, 일진나노텍)과 인듐틴옥사이드(ITO, 미지텍)이 코팅소재로 사용되었다. 코팅공정에서 CNT와 ITO 용액을 제조하기 위하여, CNT의 분산 용매로 2-프로판올과 ITO의 분산용액으로 에탄올이 사용되었다.
이론/모형
PET위에 코팅된 CNT의 표면저항은 4점법을 사용하여 측정하였다. 표면저항은 단일배열 법과 비교하여.
할 수 있는 적절한 방법이다. CNT 로 코팅된 PET의 동적 접촉각이 Withemly 플레이트 법 (씨그마 70, KSV사, 필란드)을 사용하여 측정하였다. 이중으로 정제된 물을 함침용액으로 사용하였으며, PET기저시편을 CNT 코팅 홧수를달리하여 측정하였다.
성능/효과
훨씬 낮았다. 이에 비해, 1회 반복 코팅된 시편은 중간 정도의 상태를 보여 주었으며, CNT 네트워크 밀도도 첫 번째 시편과 비교하여 증가하였다. 한편, 3회 반복 코팅한 경우에는 PET 필름이 CNT로 완전하게 덮혀져서, 다른 두 경우보다 더 조밀하였다.
순수 PET 필름은 표준으로 100%의 투과도로 기준을 잡았다. 예상한대로, 반복 코팅 횟수가 증가할수록 투과도는 감소하였다. CNT가 코팅된 PET 필름의 투과도는 78% 에서부터 증대하여 90% 정도를 보여주었다.
5는 함침 반복 횟수를 달리한 CNT로 코팅된 PET 필름의 표면저항을 나타낸다. 3회 반복 함침한 표면 저항값은 1회 함침 코팅한 값 보다 훨씬 낮았으며, 표면저항의 결과는 투과도의 경향과 상호 일치하였다. 반복 함침 횟수가 증가함에 따라 표면저항은 감소하였다.
CNT 코팅된 시편은 실험에서 설명한 바와 같이 제조되어, 정적 접촉각은 세척과 건조 과정을 거친 후에 약 2 mrn 의 물방울 직경으로 유사하게 측정하였다. 3회 반복 CNT 코팅된 시편이 약 100도 정도의 더 큰 소수성을 보여주었다. 이에 비해, 순수 PET 필름은 정적 접촉각이 훨씬 낮았다.
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