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논문 상세정보

고강도, 고강성, 그리고 유연한 탄소나노튜브 버키페이퍼-폴리우레탄 나노복합체

CNT Buckypaper-Polyurethane Composite with Enhanced Strength, Toughness and Flexible

Composites research = 복합재료 v.29 no.4 , 2016년, pp.161 - 166  
초록

본 연구에서는 습식초지법을 이용하여 탄소나노튜브 버키페이퍼를 제조하고 고강도, 고강성 그리고 유연성을 증대시키기 위하여 폴리우레탄(PU)의 점도를 조절하여 코팅제조한 후 기계적 특성에 미치는 영향에 대하여 살펴보았다. Raman, TGA, PL, SEM, TEM 그리고 Tensile test을 이용하여 SWNTs, SWNTs-buckypaper(SWNTs-BP), 그리고 SWNTs-BP/PU 나노복합필름에 대한 구조 및 물성을 평가하였으며 복합필름단면은 전계방사 주사전자현미경(FE-SEM)을 사용하여 관찰한 후 물성증대원인을 해석하였다. 특히, 5 wt%의 PU 용액으로 코팅할 때 튜브간의 계면 접착력 증가로 최종 물성향상에 기여하였다. 최종적으로 이러한 구조적인 특성을 이용할 경우 초경량, 고강도 나노복합소재를 제조하는데 기여할 것으로 기대된다.

Abstract

Carbon nanotube buckypaper (CNTs-BP)/thermoplastic polyurethane (PU) elastomer composites were successfully fabricated. The CNTs-BP/PU nanocomposites exhibited simultaneous improvements in both tensile modulus and strength by 1360 and 430%, respectively, as compared to pure PU. Possible reinforcing mechanisms were evidenced by SEM analyses and tensile tests. The CNTs-BP/PU nanocomposites can be potentially used as an inter-reinforcing agent in ultra-lightweight, high-strength aircraft, carbon-fiber-reinforced plastics, etc.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CNTs
CNTs의 한계점은?
나노입자 간의 응집력이 매우 강하기 때문에 용매 또는 고분자 내에서의 분산이 어려워 복합체를 제조할 경우 균일한 샘플과 물성을 얻기 힘들다는 문제

한편, CNTs는 나노미터 정도의 크기를 갖기 때문에 표면적이 매우 넓고, 탄소로 이루어져 있어 열적으로도 매우 안정하며, 역학적 특성과 전기적 특성이 매우 우수함은 익히 알려져 있다. 그러나 나노입자 간의 응집력이 매우 강하기 때문에 용매 또는 고분자 내에서의 분산이 어려워 복합체를 제조할 경우 균일한 샘플과 물성을 얻기 힘들다는 문제가 있으며 이러한 점은 최종적으로 산업화에 높은 진입장벽으로 거론되고 있다.

CNTs buckypaper
CNTs buckypaper의 특징은?
종이 형태의 거대 응집체로서 CNTs, Graphene, Reduced graphene oxide(RGO) 또는 이들의 하이브리드 형태로의 시트를 제조할 수 있고, 튜브간의 강한 반데르발스 힘(van der Waals force) 상호작용과 높은 표면적으로부터 네트워킹이 형성되어 쉽고 빠르게 제조할 수 있다[10-13].CNTs buckypaper는 광학적 투명성, 유연성, 높은 열적·전기적 전도도, 큰 표면적과 균일한 표면형상 등의 성질로 광전자소자, 나노복합체, 에너지 변환 및 저장과 같은 다양한분야에 요소재로서 잠재성을 내포하고 있다

CNTs buckypaper란 종이 형태의 거대 응집체로서 CNTs, Graphene, Reduced graphene oxide(RGO) 또는 이들의 하이브리드 형태로의 시트를 제조할 수 있고, 튜브간의 강한 반데르발스 힘(van der Waals force) 상호작용과 높은 표면적으로부터 네트워킹이 형성되어 쉽고 빠르게 제조할 수 있다[10-13]. CNTs buckypaper는 광학적 투명성, 유연성, 높은 열적·전기적 전도도, 큰 표면적과 균일한 표면형상 등의 성질로 광전자소자, 나노복합체, 에너지 변환 및 저장과 같은 다양한분야에 요소재로서 잠재성을 내포하고 있다.

탄소나노튜브
탄소나노튜브를 유기용매 하에서 초음파와 원심분리기 처리로 균일한 분산용액을 제조한 후 어떤 방법으로 얇은 시트를 제조할 수 있는가?
습식초지법(필터링법)

본 연구에서는 탄소나노튜브를 유기용매 하에서 초음파와 원심분리기 처리를 통해 균일한 분산용액을 제조한 후이들을 습식초지법(필터링법)으로 튜브간 3차원 네트워크구조를 가지는 얇은 시트(buckypaper)를 성공적으로 제조할 수 있었다. 이때 분산 및 튜브간의 결합력을 증가시키기 위하여 PU을 코팅하여 기계적 물성을 향상시켰으며, 최종적으로 기존 소재(PU)대비 탄성계수는 1360%, 인장강도는 430% 이상 물성이 향상되는 결과를 보였다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (23)

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