초록 ▼

연구의 목적 및 내용
탄소폼은 페놀 수지로부터 제조된 고분자 폼을 탄화 시켜 제조되었다. 페놀 수지는 내열성이 좋고 열분해 동안 유독가스의 생적이 적기 때문에 탄소 복합재료 또는 탄소의 원료로 적합하다. 그러나 페놀폼을 전구체로 사용한 탄소폼은 페놀이 탄화 과정 동안 생성한 유리상 탄소로 인해 낮은 기계적 물성을 갖는다. 따라서 페놀 폼에 나노 입자를 보강하여 셀 밀도 및 셀 균일도를 높힘으로서 탄소폼의 물성을 향상시켰다. 그러나 탄소폼 내의 나노 입자의 응집은 기계적 물성 및 계면 물성을 저하시킬 수 있다. 복합입자에서 폴리

연구의 목적 및 내용
탄소폼은 페놀 수지로부터 제조된 고분자 폼을 탄화 시켜 제조되었다. 페놀 수지는 내열성이 좋고 열분해 동안 유독가스의 생적이 적기 때문에 탄소 복합재료 또는 탄소의 원료로 적합하다. 그러나 페놀폼을 전구체로 사용한 탄소폼은 페놀이 탄화 과정 동안 생성한 유리상 탄소로 인해 낮은 기계적 물성을 갖는다. 따라서 페놀 폼에 나노 입자를 보강하여 셀 밀도 및 셀 균일도를 높힘으로서 탄소폼의 물성을 향상시켰다. 그러나 탄소폼 내의 나노 입자의 응집은 기계적 물성 및 계면 물성을 저하시킬 수 있다. 복합입자에서 폴리이미드 내에 다중벽탄소나노튜브가 위치하고 표면에 노출시킴으로서 입자의 분산성을 향상시키고 열전달 길을 형성함으로써 탄화 수율을 향상시켰다. 또한, 페놀폼의 셀 밀도 및 균일도는 페놀 수지 내의 골고루 분산된 복합 입자에 의해 향상되었다. 탄소폼은 전구체인 페놀폼을 질소 분위기에서 1000℃ 열처리를 통해 제조하였다. 제조된 폼의 셀 형태는 Scanning electron microscopy를 통해 관찰 하였으며, 폼의 Foam density와 cell density를 계산하였다. 또한 각 조건별로 제조된 페놀폼과 탄소폼의 열적·기계적 물성은 압축강도 시험과 Transient plane source method를 통해 분석하였다.

연구결과
페놀폼과 탄소폼의 열적·기계적 물성을 분석하기 위해서 각각 서로 다른 종류의 입자와 중량비에 따라서 제조되었다. 실험 결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 얻었다.
(1) 마이크로웨이브 발포 전 복합입자가 골고루 분산된 페놀 폼 (PF_2.0CP)은 균일한 셀 형태를 갖는다.
(2) 복합입자가 보강된 페놀 폼의 셀 밀도는 입자가 보강되지 않은 페놀폼 대비 19.4 배 증가하였으며, 골고루 분산된 복합입자가 발포 과정 동안 기공의 형성을 조절한다.
(3) Raman spectra 결과로 부터 복합입자 내에 폴리이미드가 탄화 시 Graphitic 구조를 형성한다는 것을 확인하였으며, 탄소폼 내에 다중벽탄소나노튜브가 서로 연결되어 열전달 길을 형성한다.
(4) 복합입자가 보강된 페놀폼과 탄소폼은 입자가 보강되지 않은 페놀폼과 탄소폼 대비 압축강도가 각각 130 and 205% 향상되었다.
(5) 복합입자가 보강된 페놀 폼은 높은 셀 밀도로 인해 입자가 보강되지 않은 페놀폼에 비해 50.5% 낮은 열전도도를 보였으며, 복합입자가 보강된 탄소폼은 탄소폼의 열전도도는 탄화 전보다 95.6% 높아졌는데, 이는 복합입자내의 폴리이미드가 탄화되어 Graphitic 구조를 형성하고 표면에 노출된 다중벽탄소나노튜브가 열전달 길을 형성하기 때문이다.

연구결과의 활용계획
탄소폼은 낮은 밀도, 고온 저항성, 넓은 비표면적, 조절 가능한 열전도도 및 전기전도도와 같은 특성으로 인해 차세대 구조체로서 적합하다. 따라서 탄소폼은 에너지 저장체의 전극재료, 에너지 흡수체, 촉매 지지체, 필터 그리고 고온용 히트싱크 및 고온용 단열제와 같은 다양한 산업 분야에 적용이 가능하다.

( 출처 : 한글요약문 4p )

Abstract ▼

Purpose&contents
Carbon foams are fabricated by carbonization of polymer foams derived from phenolic resin. Phenolic resins are a good source of carbon or carbon composite materials due to their low level of toxic gas emission during pyrolysis and high heat resistance. However, carbon foams based

Purpose&contents
Carbon foams are fabricated by carbonization of polymer foams derived from phenolic resin. Phenolic resins are a good source of carbon or carbon composite materials due to their low level of toxic gas emission during pyrolysis and high heat resistance. However, carbon foams based on phenolic foams have inferior mechanical strength because of glassy carbon formed during the carbonization procedure. The reinforcement of phenolic foams with nano-particles improves the mechanical strength of the carbon foam due to high cell density and cell uniformity. However, aggregation of the nano-particles in the carbon foam can cause poor interfacial bonds and degrade the mechanical properties. Here, composite particles of exposed multi-walled carbon nanotubes in polyimide were used to improve the dispersion of the particles and increase the carbonization yield. In addition, the cell density and uniformity of the phenolic foam were clearly improved by the uniform dispersion of such composite particles in the phenolic resin. The carbon foams were fabricated via carbonization of the phenolic precursor foams at 1000℃ in a nitrogen atmosphere. The cell morphology was characterized by scanning electron microscopy and the foam density and cell density were measured. Mechanical and thermal properties of the foams fabricated under different conditions were characterized by compressive tests and the transient plane source method, respectively.

Result
Precursor foams and carbon foams were fabricated with different reinforcing particle types and weight fractions in order to investigate and optimize the mechanical and thermal properties. Based on the experiments, the following results were obtained:
(1) PF_2.0CP showed a uniform cell morphology with composite particles well dispersed in the phenolic resin before microwave foaming.
(2) The cell density of PF_2.0CP was 19.4 times higher than that of PF because the well-dispersed CPs could control the cell morphology.
(3) From Raman spectra, it was found that polyimide in the CF_2.0CP was fully carbonized and transformed into a graphitic structure as a result of the high thermal conductivity of interconnected MWCNTs.
(4) The compressive and specific compressive strength of PF_2.0CP and CF_2.0CP were 130 and 205% larger than those of PF and CF, respectively.
(5) The thermal conductivity of PF_2.0CP was 50.5% lower than that of PF due to the high cell density. CF_2.0CP showed a significantly higher thermal conductivity (95.6% higher) than the others due to the polyimide being transformed into the graphitic structure after carbonization and the exposed interconnected MWCNTs on the CPs forming a thermally conductive pathway.

Expected Contribution
Carbon foams are attractive next-generation structural materials due to their light weight, high temperature resistance, large specific surface area, and tailorable thermal and electrical conductivity. Such properties have enabled the use of carbon foams in various industrial fields for applications such as electrodes for energy storage, energy absorption materials, catalyst supports, filters, and high temperature heat sinks.

( 출처 : SUMMARY 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 17
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 17
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 18
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 18
• 8. 참고문헌 ... 19
• 9. 연구성과 ... 19
• 대표 연구성과 ... 34
• 대표적 연구실적 사본 ... 39
• 끝페이지 ... 47