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문제 정의
- 본 연구에서는 질화붕소 나노튜브 첨가에 따른 나노복 합재의 유효 물성과 나노튜브-기지 간 계면 특성 파악을 위한 미시역학 모델로 이중 입자 모델을 제시한다[12]. 이중입자 모델에서는 강화재와 기지로 구성된 영역 R이 임의의 물성을 가진 무한 영역 B로 둘러싸여 있는 미세 구조를 고려한다(Fig.
- 2단계 영역 분할 기법을 통해 다양한 계면 컴플라이언스 값에 따른 유효기지와 흡착계면의 영률과 전단계수의 조합을 도출할 수 있었다. 이로부터 나노튜브의 다양한 체적분율 조건에서 나노복합재의 물성을 쉽게 예 측할 수 있는 방법을 제시하였다. 질화붕소 나노튜브는 탄소 나노튜브와 마찬가지로 결함, 튜브의 응집, 굽힘 현상 등 다양한 인자에 의해 강화 효과가 저하된다.
가설 설정
- 6 Å × 46 Å × 46 Å의 크기를 가지도록 하였다. 또한 질화붕소 나노튜브와 고분자 기지 사이의 결합은 오직 반데르발스 상호작용과 정전기적 힘에만 영향을 받는 것으로 가정하였다.
- 이 방법은 흡착계면과 기지 영역을 포함하는 유효기지(effective matrix)를 정의하는 상위 스케일 해석과, 유효기지의 물성 으로부터 흡착계면의 물성을 역으로 도출하는 하위 스케일 해석으로 구분된다. 먼저 상위 스케일 해석에서는 분자 동역학 전산모사에서 도출된 나노복합재의 강성행렬이 나노튜브-유효기지로 구성된 이중입자 모델에서의 예측해와 동일하다는 가정으로부터 유효기지의 물성을 역으로 도출한다. 이후 하위 스케일 해석에서는 상위 스케일 해석에서도출된 유효기지의 물성이 흡착계면과 순수기지로 구성된 이중입자 모델 예측해와 동일하다는 조건으로부터 흡착계 면의 물성을 역으로 도출한다.
- 일반적으로 강화재가 낮은 체적분율을 가지는 경우에는 무한 영역의 물성을 기지의 물성에 가깝게 설정하며, 높은 체적분율의 경우에는 강화재의 물성에 가깝게 설정한다. 본 연구에서는 질화붕소 나노튜브의 체적분율이 3.7%이므로, 이에 따라 무한 영역의 강성을 폴리메틸메타크릴레이트의 강성행렬과 동일한 것으로 설정하였다.
- 질화붕소 나노튜브의 물성은 기존의 나노튜브 관련 연구에서와 마찬가지로 가로등방성을 가정하였으며, 나노튜 브의 등가 연속체 모델은 속이 채워진 실린더 형태로 간주 하였다. 질화붕소 나노튜브의 탄성계수는 변형에너지 밀도-탄성계수 관계식을 이용하였으며, 분자역학(Molecular mechanics, MM) 계산을 이용하였다.
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