[국내논문]3D 프린팅 응용을 위한 환원그래핀/폴리피롤 복합체 기반의 전도성 폴리카프로락톤 레진의 개발 Development of Conductive Polycaprolactone (PCL)-resin based on Reduced Graphene Oxide(rGO)/Polypyrrole (Ppy) composite for 3D-printing application원문보기
3D프린팅 기술은 산업적 응용을 넘어서 기계 설비 및 각종 장비의 부품생산뿐만 아니라 의료, 식품, 패션에 이르기까지 많은 시제품들의 개발 및 연구가 진행되고 있다. 3D 프린팅 기반 기술의 적용사례를 볼 때 정밀도와 제작 속도 측면에서도 다른 산업에 충분이 활용될 수 있는 기술의 개발이 보고되고 있으나, 아직까지는 시제품 위주로 이용되고 있으며, 향후 3D 프린팅 기술은 4차산업혁명과 관련하여 광범위한 분야에서 응용될 수 있는 완성품이나 부품제작에 이용될 것으로 예상된다. 본 연구에서는 탄소나노 재료중 대표적으로 많이 이용되는 환원그래핀 [rGO(reduced graphene oxide)]과 전도성 고분자중 생체 친화적인 특성을 갖는 폴리피롤[Ppy(Polypyrrole)]의 복합체를 생분해성 고분자인 폴리카프로락톤 [PCL(polycaprolactone)]과 혼합하여 3D 프린팅용 전도성 레진을 개발하고자 하였다. 결과로, 폴리피롤과 환원그래핀 각각 5 wt%, 0.75 wt% 에서 최적의 전기적 특성을 나타내었으며, 환원그래핀의 농도에 따른 표면분석에서도 이와 부합하는 결과를 확인 할 수 있었다. 본 연구를 통하여 제조된 전도성 레진은 3D 프린팅 뿐만 아니라, 다른 산업분야의 전자재료에도 적용이 가능할 것으로 사료된다.
3D프린팅 기술은 산업적 응용을 넘어서 기계 설비 및 각종 장비의 부품생산뿐만 아니라 의료, 식품, 패션에 이르기까지 많은 시제품들의 개발 및 연구가 진행되고 있다. 3D 프린팅 기반 기술의 적용사례를 볼 때 정밀도와 제작 속도 측면에서도 다른 산업에 충분이 활용될 수 있는 기술의 개발이 보고되고 있으나, 아직까지는 시제품 위주로 이용되고 있으며, 향후 3D 프린팅 기술은 4차산업혁명과 관련하여 광범위한 분야에서 응용될 수 있는 완성품이나 부품제작에 이용될 것으로 예상된다. 본 연구에서는 탄소나노 재료중 대표적으로 많이 이용되는 환원그래핀 [rGO(reduced graphene oxide)]과 전도성 고분자중 생체 친화적인 특성을 갖는 폴리피롤[Ppy(Polypyrrole)]의 복합체를 생분해성 고분자인 폴리카프로락톤 [PCL(polycaprolactone)]과 혼합하여 3D 프린팅용 전도성 레진을 개발하고자 하였다. 결과로, 폴리피롤과 환원그래핀 각각 5 wt%, 0.75 wt% 에서 최적의 전기적 특성을 나타내었으며, 환원그래핀의 농도에 따른 표면분석에서도 이와 부합하는 결과를 확인 할 수 있었다. 본 연구를 통하여 제조된 전도성 레진은 3D 프린팅 뿐만 아니라, 다른 산업분야의 전자재료에도 적용이 가능할 것으로 사료된다.
3D Printing technology is developing in various prototypes for medical treatment, food, fashion as well as machinery and equipment parts production. 3D printing technology is also able to fully be utilized to other industries in terms of developing its technology which has been reported in many fiel...
3D Printing technology is developing in various prototypes for medical treatment, food, fashion as well as machinery and equipment parts production. 3D printing technology is also able to fully be utilized to other industries in terms of developing its technology which has been reported in many field of areas. 3D printing technology is expected to be used in various applications related to $4^{th}$ industrial revolution such as finished products and parts even it is still carried out in the prototype model. In this study, we have investigated and developed conductive resin for 3d printing application based on reduced graphene oxide(rGO)/Polypyrrole(Ppy) composite and polycaprolactone(PCL) as a biodegradable polymer. The electrical properties and surface morphology of the conductive PCL resin based on therGO/Ppy composite were analyzed by 4point-probe and scanning electron microscope(SEM). The conductive PCL resin based on rGO/Ppy composite is expected to be applicable not only 3D printing, but also electronic materials in other industrial fields.
3D Printing technology is developing in various prototypes for medical treatment, food, fashion as well as machinery and equipment parts production. 3D printing technology is also able to fully be utilized to other industries in terms of developing its technology which has been reported in many field of areas. 3D printing technology is expected to be used in various applications related to $4^{th}$ industrial revolution such as finished products and parts even it is still carried out in the prototype model. In this study, we have investigated and developed conductive resin for 3d printing application based on reduced graphene oxide(rGO)/Polypyrrole(Ppy) composite and polycaprolactone(PCL) as a biodegradable polymer. The electrical properties and surface morphology of the conductive PCL resin based on therGO/Ppy composite were analyzed by 4point-probe and scanning electron microscope(SEM). The conductive PCL resin based on rGO/Ppy composite is expected to be applicable not only 3D printing, but also electronic materials in other industrial fields.
이러한 장점에도 불구하고 현재 3D 프린팅용 소재는 국내에서도 연구가 활발히 진행되고 있으나, 대부분 해외 수입에 의존하고 있는 실정이다[4]. 따라서, 본 연구에서는 3D 프린팅용 전도성 레진을 개발하고자 하였으며 레진의 매트릭스로폴리카프로락톤(PCL)을 사용하였으며, 폴리카프로락톤 레진의 전기적 특성을 발현시키기 위해서 생체 친화적 특성을 갖는 대표적인 전도성 고분자인 폴리피롤을 도입하였다. 다른 연구에서는 폴리카프로락톤을 기판으로 3D 프린팅 한 후 기판 내에 전도성 물질을 삽입할 수 있는 파이프 형식의 회로를 제작하여 전도성 물질을 패터닝된 기판 내에 주입하거나 완전히 액체상태에서 제품을 생산하는 SLA방식이 대부분 이었지만, 본 연구에서는 PCL자체에 전기 전도성을 부여하여 FDM 방식의 3D프린팅 레진을 개발하고자 하였다[5].
제안 방법
다른 연구에서는 폴리카프로락톤을 기판으로 3D 프린팅 한 후 기판 내에 전도성 물질을 삽입할 수 있는 파이프 형식의 회로를 제작하여 전도성 물질을 패터닝된 기판 내에 주입하거나 완전히 액체상태에서 제품을 생산하는 SLA방식이 대부분 이었지만, 본 연구에서는 PCL자체에 전기 전도성을 부여하여 FDM 방식의 3D프린팅 레진을 개발하고자 하였다[5]. 또한 폴리피롤/폴리카프로락톤 레진의 전기 전도성을 극대화시키기 위해서 2차원의 단일층 및 벌집 구조와, 독특한 화학적, 전기적, 기계적 및 광학적 특성을 지니고 있는 탄소나노재료인 환원그래핀을 레진과의 복합화를 통하여 사용하였다[6-8]. 상기 재료들을 이용하여 3D 프린팅용 전도성 레진을 개발하기 위해서 먼저, 폴리카프로락톤과 폴리피롤의 복합화를 진행하였으며, 폴리피롤의 농도를 1 wt% 에서 6 wt%까지 다르게 하여 농도에 따른 전기 전도도 값의 최적화를 진행 하였다.
또한 폴리피롤/폴리카프로락톤 레진의 전기 전도성을 극대화시키기 위해서 2차원의 단일층 및 벌집 구조와, 독특한 화학적, 전기적, 기계적 및 광학적 특성을 지니고 있는 탄소나노재료인 환원그래핀을 레진과의 복합화를 통하여 사용하였다[6-8]. 상기 재료들을 이용하여 3D 프린팅용 전도성 레진을 개발하기 위해서 먼저, 폴리카프로락톤과 폴리피롤의 복합화를 진행하였으며, 폴리피롤의 농도를 1 wt% 에서 6 wt%까지 다르게 하여 농도에 따른 전기 전도도 값의 최적화를 진행 하였다.
본 연구에서는 탄소나노재료와 전도성 고분자중 전자재료로써 대표적으로 사용되고 있는 환원그래핀과 폴리피롤을 이용하여 생분해성 고분자인 폴리카프로락톤과 복합화를 통하여 3D 프린팅에 응용이 가능한 전도성 잉크를 개발하고자하였다. 제조된 환원그래핀/폴리피롤 복합체 기반의 전도성 폴리카프로락톤 레진은 4point-probe와 전자주사현미경을 통하여 전기적 특성 및 표면 특성을 분석하였다. 그 결과로 폴리피롤과 환원그래핀 각각 5 wt%, 0.
대상 데이터
본 연구에서 전도성 재료로 사용한 환원그래핀[rGO (reduced graphene oxide)]과 피롤(Pyrrole)은 각각 grapheneall(graphene materialcompany)과 Sigma-Aldrich에서 구입 하였으며 별도의 정제 과정 없이 사용하였다. 폴리피롤[Ppy(Polypyrrole)을 합성하기 위해 사용한 APS(ammonium persulfate)와 생분해성 고분자인 폴리카프로락톤 [PCL(Polycaprolactone)]은 Sigma-Aldrich에서 구매하였으며 별도의 전처리과정 없이 사용하였다.
본 연구에서 전도성 재료로 사용한 환원그래핀[rGO (reduced graphene oxide)]과 피롤(Pyrrole)은 각각 grapheneall(graphene materialcompany)과 Sigma-Aldrich에서 구입 하였으며 별도의 정제 과정 없이 사용하였다. 폴리피롤[Ppy(Polypyrrole)을 합성하기 위해 사용한 APS(ammonium persulfate)와 생분해성 고분자인 폴리카프로락톤 [PCL(Polycaprolactone)]은 Sigma-Aldrich에서 구매하였으며 별도의 전처리과정 없이 사용하였다. 용매로 사용된 DMF와 아세톤은 삼전순약공업 ㈜에서 구입하여 별도의 정제 과정 없이 사용하였으며, 증류수(D.
성능/효과
제조된 환원그래핀/폴리피롤 복합체 기반의 전도성 폴리카프로락톤 레진은 4point-probe와 전자주사현미경을 통하여 전기적 특성 및 표면 특성을 분석하였다. 그 결과로 폴리피롤과 환원그래핀 각각 5 wt%, 0.75 wt% 에서 최적의전기적 특성을 나타내었으며, 환원그래핀의 농도에 따른 표면분석에서도 이와 부합하는 결과를 확인 할 수 있었다. 본 연구를 통하여 제조된 전도성 레진은 3D 프린팅에 적용하여 다양한 산업분야에 응용할 수 있을 것으로 사료되며, 에너지저장 및 변환과 같은 분야에 전극소재로써의 역할도 가능할 것으로 판단된다.
후속연구
본 연구를 통하여 제조된 전도성 레진은 3D 프린팅에 적용하여 다양한 산업분야에 응용할 수 있을 것으로 사료되며, 에너지저장 및 변환과 같은 분야에 전극소재로써의 역할도 가능할 것으로 판단된다. 본 연구를 시작으로 전도성 레진의 다양하고 심도 있는 분석과 연구를 진행하여야 할 것으로 판단되며 나아가 3D프린팅용 소재분야에 더 많은 연구가 수행되어야한다고 사료된다.
75 wt% 에서 최적의전기적 특성을 나타내었으며, 환원그래핀의 농도에 따른 표면분석에서도 이와 부합하는 결과를 확인 할 수 있었다. 본 연구를 통하여 제조된 전도성 레진은 3D 프린팅에 적용하여 다양한 산업분야에 응용할 수 있을 것으로 사료되며, 에너지저장 및 변환과 같은 분야에 전극소재로써의 역할도 가능할 것으로 판단된다. 본 연구를 시작으로 전도성 레진의 다양하고 심도 있는 분석과 연구를 진행하여야 할 것으로 판단되며 나아가 3D프린팅용 소재분야에 더 많은 연구가 수행되어야한다고 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
3D CAD모델이 제작된다면 어떠한 장점이 있는가?
적층원리를 기반으로 하는 3D프린팅 기술에는 FDM(Fuseddeposition modeling) 과 SLA(StereolithographyApparatus)두 가지방식이 있으며, 컴퓨터 보조디자인[Computer Aided Design(CAD)]을 통하여정교하고 개별화된 물체를 제작하는데 더 적합한방식으로 보고되고 있다[1,2]. 또한 이러한 고품질의 3D CAD모델이 제작된다면 기존 컴퓨터 수치제어(CNC)기계 가공 프로세스로 몇 주가 걸릴수 있는 전자 장치를 수일 또는 몇 시간 내로 제작 할 수 있다는 큰 장점을 가지고 있다[3]. 이러한 장점에도 불구하고 현재 3D 프린팅용 소재는국내에서도 연구가 활발히 진행되고 있으나, 대부분 해외 수입에 의존하고 있는 실정이다[4].
적층원리를 기반으로 하는 3D프린팅 기술에는 어떤 방식이 있는가?
최근 화두가 되고 있는 3D 프린팅의 제품 제조 방식은 재료를 층별로 적층하는 원리[Additive Manufacturing(AM)]를 기반으로 다양한 산업분야에 응용이 되고 있다. 적층원리를 기반으로 하는 3D프린팅 기술에는 FDM(Fuseddeposition modeling) 과 SLA(StereolithographyApparatus)두 가지방식이 있으며, 컴퓨터 보조디자인[Computer Aided Design(CAD)]을 통하여정교하고 개별화된 물체를 제작하는데 더 적합한방식으로 보고되고 있다[1,2]. 또한 이러한 고품질의 3D CAD모델이 제작된다면 기존 컴퓨터 수치제어(CNC)기계 가공 프로세스로 몇 주가 걸릴수 있는 전자 장치를 수일 또는 몇 시간 내로 제작 할 수 있다는 큰 장점을 가지고 있다[3].
본 연구에서 3D 프린팅용 전도성 레진을 개발하고자 한 이유는 무엇인가?
또한 이러한 고품질의 3D CAD모델이 제작된다면 기존 컴퓨터 수치제어(CNC)기계 가공 프로세스로 몇 주가 걸릴수 있는 전자 장치를 수일 또는 몇 시간 내로 제작 할 수 있다는 큰 장점을 가지고 있다[3]. 이러한 장점에도 불구하고 현재 3D 프린팅용 소재는국내에서도 연구가 활발히 진행되고 있으나, 대부분 해외 수입에 의존하고 있는 실정이다[4]. 따라서, 본 연구에서는 3D 프린팅용 전도성 레진을개발하고자 하였으며 레진의 매트릭스로폴리카프로락톤(PCL)을 사용하였으며, 폴리카프로락톤 레진의 전기적 특성을 발현시키기 위해서 생체 친화적 특성을 갖는 대표적인 전도성 고분자인 폴리피롤을 도입하였다.
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