[보고서]전자파 차폐용 초경량·대면적 탄소나노튜브 부직포 제조 기술 개발

정재우

보고서 정보

주관연구기관

숭실대학교
Soongsil University

연구책임자

정재우

참여연구자

정영진

보고서유형

최종보고서

발행국가

대한민국

언어

한국어

발행년월

2019-07

과제시작연도

2019

주관부처

과학기술정보통신부
Ministry of Science and ICT

등록번호

TRKO202000001288

과제고유번호

1711091403

사업명

우주핵심기술개발(R&D)

DB 구축일자

2020-07-29

키워드

탄소나노튜브.부직포.초분자.탄소나노튜브섬유.전자파차폐.Carbon Nanotube.Nonwoven.Supramolecule.Carbon Nanotube Fiber.Electromagnetic Shielding.

표 목성 탐사선에 적용된 Nanocomp의 대면적 탄소나노튜브 부직포
표 탄소나노튜브의 구조와 종류
표 탄소나노튜브의 black body 특성
표 탄소나노튜브의 물성
표 분말형태의 탄소나노튜브 및 응집사진
표 진공흡착법에 의한 탄소나노튜브 sheet 제조
표 실리콘 웨이퍼 상에 성장된 CNT로부터 Sheet 제조
표 초경량/대면적 탄소나노튜브 부직포 제조를 위한 연구개요
표 (A ) 농도 200 mg/mL CNT 분산용액, (B) 습식도포법으로 제작한 CNT 부직포, (C) 흡착법으로 제작한 CNT 부직포
표 (좌) 농도 4 mg/mL CNT 분산용액 흡착법 기반 CNT 부직포, (우) CNT 부직포의 유연성 평가
표 적정 농도 4 mg/mL 기반, CNT 대비 Triton X-100 첨가량에 따라 제조된 CNT 분산용액
표 Triton X -100의 첨가 비율에 따른 CNT 분산용액 분산성 평가
표 CNT 분산용액 점도 측정
표 점도기로 측정한 각 CNT 분산 수용액의 점도
표 (a) S55, (b) S60, (c) S75, (d) S100, (e) S125의 SEM 사진
표 Triton X-100의 농도에 따른 CNT 부직포의 표면저항
표 Triton X-100의 농도에 따른 CNT 부직포의 표면저항 값
표 각 시료의 발열 적외선 촬영 사진 (a) S55, (b) S60, (c) S75, (d) S100, (e) S125 (상단: 3V, 하단: 4V)
표 CNT 대비 Triton X-100 무게 비에 따른 발열 결과 그래프
표 CNT 대비 Triton X-100 무게 비에 따른 발열온도 값
표 TGA로 분석한 각 CNT 부직포 결과 그래프
표 각 4.5 cm x 4.5 cm CNT 부직포
표 CNT 부직포의 면밀도 측정 자료
표 BET를 통한 CNT 기공 확인 및 비표면적 측정 (a) S55, (b) S60, (c) S75
표 (a) 시료별 전자파차폐 성능, (b) 두께에 따른 전자파차폐 성능
표 선형 초분자 링커 합성 개요
표 비공유결합 기능기가 도입된 PEG4000, PEG6000 1H-NMR spectra. 좌) 아릴 기능기로 말단이 기능화 된 PEG4000, 우) 아릴 기능기로 말단이 기능화 된 PEG6000
표 비공유결합 기능기에 따른 PEG의 말단 기능화 정도
표 아릴작용기로 기능화된 PEG2000의 UV-vis spectra
표 비공유결합 기능기로 말단이 기능화된 PEG2000, PEG4000, PEG6000 선형 초분자 링커의 물에 대한 용해성 a) PEG2000 초분자 링커 series, b) PEG4000 초분자 링커 series, c) PEG6000 초분자 링커 series (각 사진 왼쪽부터 기능기가 도입되지 않은 PEG, Ph-PEG-Ph, Na-PEG-Na，Py-PEG-Py)
표 초분자 링커가 첨가된 초분자형 CNT 부직포 제조 준비 a) 습식도포법, b) 분무법, c) 흡착법
표 각 제조법을 이용하여 제조된 초분자형 CNT 부직포 이미지 a) 습식도포법, b) 분무법, c) 와 d) 진공흡착법
표 초분자형 CNT 부직포의 형상 a) Trioton X -100 0.25 g 첨가된 CNT 부직포의 형상, b) Ph-PEG2000-Ph 링커가 첨가된 CNT 부직포의 형상
표 비공유결합형 아릴 작용기로 기능화된 PEG4000 초분자 링커 첨가량에 따른 초분자적 CNT 부직포의 기계적 물성. (a) 인장강도, (b) 신장률, (c) 탄성률
표 비공유결합형 아릴 작용기로 말단 기능화된 PEG6000 초분자 링커 첨가량에 따른 초분자적 CNT 부직포의 기계적 물성. (a) 인장강도, (b) 신장률, (c) 탄성률
표 Py-PEG-Py 초분자 링커가 첨가된 초분자적 CNT 부직포의 기계적 물성 비교
표 선형 초분자 링커 첨가량에 따른 CNT 부직포의 자존 링커 함량. a) 기능화된 PEG2000 초분자 링커의 첨가량에 따른 부직포 내 링커 함량, b) 기능화 된 PEG4000 초분자 링커의 첨가량에 따른 부직포 내 링커 함량, c) 기능화 된 PEG6000 초분자 링커 의 첨가량에 따른 부직포 내 링커 함량
표 CNT 부직포의 자파 차폐 성능. (a) triton X-100이 첨가된 CNT 부직포의 전자파 차폐 성능, (b) Py-PEG2000-Py가 첨가된 CNT 부직포, (c) Py-PEG4000-Py가 첨가된 CNT 부직포, (d) Py-PEG6000-Py가 첨가된 CNT 부직포, (e) Py-PEG2000-Py와 은 나노와이어 (AgNW)가 첨가된 CNT 부직포
표 고차가지구조 초분자 링커 합성 개요
표 HPG4G-PEG2000 초분자 링커의 기능화정도
표 덤벨형 초분자 링커 첨가량에 따른 CNT 부직포 내 링커 함량
표 비공유결합 기능기가 도입된 HPG4G-PEG2000 초분자 링커 첨가량에 따른 CNT 부직포의 기계적 물성. (a) 인장강도, (b) 신장률, (c) 탄성률
표 Triton X-100, Py-PEG2000-Py, Na-(HPG4G-PEG2000)-Na 초분자 링커를 이용하여 제조한 CNT 부직포의 기계적 물성 비교
표 다양한 아릴 작용기를 지닌 덤벨형 초분자 링커로부터 제조된 CNT 부직포의 전자파 차폐성능 (a) HPG4G-PEG2000, (b) Ph-(HPG4G-PEG2000) -Ph, (c) Na- (HPG4G-PEG2000)-Na, (d) Py-(HPG4G-PEG2000)-Py
표 고차가지구조형 초분자 링커의 합성 개요
표 HPG-TMP의 분자량 및 13C-NMR 분석 결과
표 나프탈렌기능기로 기능화 된 HPG-TMP 분석
표 단위 두 께 (100 um) 및 면적 (1x1 cm2) 당 알루미늄 호일과의 무게 비교
표 A: 고차가지구조형 초분자 링커가 들어간 CNT 부직포, B: 알루미늄 호일 (단위 면적:1 cm x 1 cm)
표 다양한 함량의 고차가지구조형 초분자 링커가 첨가된 CNT 부직포의 표면 SEM 이미지
표 계면활성제 (triton X-100), 파이렌으로 기능화 된 선형 초분자 링커 (Py-PEG2000-Py), 나프탈렌으로 기능화 된 덤벨형 초분자 링커 (Na-(HPG-PEG2000)-Na), 기능화 되지 않은 고차가지구조형 링커 (HPG-TMP), 나프탈렌으로 기능화 된 고차가지구조형 초분자 링커 (Na-(HPG-TMP)-Na)의 투입량에 따른 CNT 부직포 기계적 물성 그래프
표 계면활성제 (triton X-100), 파이렌으로 기능화 된 선형 초분자 링커 (Py-PEG2000-Py), 나프탈렌으로 기능화된 덤벨형 초분자 링커 (Na-(HPG-PEG2000)-Na), 기능화 되지 않은 고차가지구조형 링커 (HPG-TMP), 나프탈렌으로 기능화 된 고차가지구조형 초분자 링커 (Na-(HPG-TMP)-Na)의 투입량에 따른 CNT 부직포 내 링커 함량
표 굽힘강도 테스트를 위한 실험과정
표 A : Na-(HPG-TMP)-Na 0.25 g 샘플의 아무런 굽힘도 가하지 않은 상태, B와 C : Na-(HPG-TMP)-Na 0.25 g 샘플에 여러 가지 굽힘을 가한 상태, D : Na-(HPG-TMP)-Na 0.25 g 샘플을 굽힘을 가한 후 다시 펼친 상태
표 0.20g의 Na-(HPG-TMP)-Na 초분자로 제조한 CNT 부직포에 은 나노와이어 (AgNW 1 mg/mL)를 하이브리드 한 CNT 부직포의 전자파차폐 그래프
표 CNT 장섬유 제조 모식도 및 제조 모습
표 직접방사법으로 제조된 CNT 섬유의 SEM 사진 (a) 저배율, (b) 고배율
표 직접방사법으로 제조된 CNT 섬유의 TEM 사진 (a) 저배율, (b) 고배율
표 CNT 섬유의 (a) 라만 스펙트럼 (b) TGA 분석 결과
표 CNT 섬유의 인장강도 측정기기와 측정 결과
표 (a) 실 형태로 길게 뽑은 CNT 장섬유, (b) CNT 장섬유를 약 1 cm 간격으로 잘라 제조한 CNT 단섬유
표 CNT 섬유로 강화된 초분자형 CNT 부직포 제작 모식도
표 CNT 섬유 수용액의 점도측정 사진, (a) CNT 섬유 수용액, (b) 점도 기기
표 CNT 섬유로 강화된 초분자형 CNT 부직포의 제조 조성
표 (a) Triton X-100으로 분산하여 진공 흡착한 CNT 섬유 (CNTP/CNTF 0:10_Triton X-100), (b) HPG_Na로 분산하여 진공 흡착한 CNT 섬유 (CNTP/CNTF 0:10_HPG-Na)
표 (a) 교반을 이용하여 분산 시킨 섬유 강화형 CNT 부직포 (CNTP/CNTF 8.5:1.5_HPG-Na), (b) 교반과 초음파를 이용하여 분산 시킨 섬유 강화형 CNT 부직포 (CNTP/CNTF 8.5:1.5_HPG-Na)
표 교반 시간과 분산 시간에 따른 CNT 부직포 (CNTP/CNTF 8.5:1.5)의 형태 (a) 24시간 교반/초음파 30분, (b) 24시간 교반/초음파 1시간, (c) 48시간 교반/초음파 30 분, (d) 48시간 교반/초음파 1시간
표 초음파 분산 시간에 따른 (CNTP/CNTF 8.5:1,5) 고배율 전자 현미경 분석 결과: (a) 교반 24시간 초음파 30분, (b) 교반 24시간 초음파 1시간
표 CNT 단섬유와 CNT 분말의 배합비에 따른 인장강도 측정 결과
표 섬유를 첨가하지 않은 부직포 (CNTP/CNTF 10:0)와 섬유를 첨가한 섬유 강화형 CNT 부직포 (CNTP/CNTF 8.5:1.5), 공정 조건을 변화한 섬유 강화형 CNT 부직포 (CNTP/CNTF 8.5:1.5_(Water)) 물성 비교
표 초분자형 CNT 부직포의 내부 네트워크 구조 모식도
표 굽힘 회복성를 테스트하기 위해 3 cm X 0.5 cm의 간격으로 자른 (a, 좌) CNTP/CNTF 8.5:1.5_HPG-Na 샘플, (a, 우) CNTP/CNTF 10:0_HPG-Na 샘플, (b) 굽혀 놓은 샘플 위에 균일한 힘을 가하는 상황, (c) 굽힌 후 1분 뒤에 회복되는 각도를 측정한 자료 CNTP/CNTF 10:0_HPG-Na, (d) CNTP/CNTF 8.5:1.5_HPG-Na
표 섬유 강화형 CNT 부직포의 링커 함량에 따른 열적 특성 분석. (a) CNT 섬유를 함유하지 않은 부직포, (b) CNT 섬유 15%가 함유 된 부직포
표 CNT 분말과 CNT 단섬유 투입 섬유 비율에 따른 (a) 인장강도, (b) 인성
표 수용액 양에 따른 (a) 인장강도 및 (b) 인성
표 열고정 압착 온도에 따른 인장강도 결과
표 열고정 압착 시간에 따른 인장강도 결과
표 (a) 0.5 cm의 CNT 섬유를 이용하여 제작한 부직포, (b) 3 cm의 CNT 섬유를 이용하여 제작한 부직포, (c) CNT 섬유 길이에 따른 인장강도와 신율의 값
표 (a) 일반 계면활성제로 제작한 CNT 부직포와 HPG-Na로 제작한 섬유 강화형 CNT 부직포의 인장강도와 신율 비교, (b) 섬유 강화형 부직포의 링커별 인열강도 비교
표 링커 투입량에 따른 섬유강화형 CNT 부직포의 인장강도와 신율
표 링커 투입량 대비 CNT 섬유로 강화된 초분자형 CNT 부직포의 두께와 무게, 진공흡착 소요시간. (두께 및 무게의 경우 1 cm x 1 cm의 샘플 측정하였음.)
표 고차가지구조형 초분자 링커 투입량 대비 CNT 부직포 내 링커 잔존량
표 링커 함량 0.55 g에서 제작한 섬유강화형 CNT 부직포의 형상
표 CNT 섬유로 강화된 초분자형 CNT 부직포의 (좌) 전자기 차폐 성능 및 (우) CNT 단섬유 투입량 대비 면 저항 변화 그래프
표 (좌) CNT 섬유가 존재하지 않는 초분자형 부직포의 전기 흐름 경로 모식도. (우) CNT 섬유로 강화된 초분자형 CNT 부직포의 전기 흐름 경로 모식도
표 흡착법을 이용한 연속식 초분자형 CNT 부직포 공정 모식도
표 연속식 대면적 CNT 부직포 제조 장비 설계도
표 실험실에서 사용하는 CNT 부직포 연속식 제조 공정
표 확장형 대면적 초분자형 CNT 부직포 제조 공정 모식도
표 (a) 확장형 대면적 CNT 부직포, (b) 권취된 확장형 대면적 CNT 부직포
표 확장형으로 제작된 대면적 CNT 부직포의 인장시험 후 샘플 이미지
표 (a)일반적으로 제조된 CNT 섬유로 강화된 초분자형 CNT 부직포와 이를 서로 열고정하여 확장시킨 대면적 초분자형 CNT 부직포의 인장 강도 및 신율. (b) CNT와 π-π 결합을 할 수 없는 나프탈렌 그룹을 가지고 있지 않는 고차가지구조형 링커 (HPG) 로 제작한 확장형 대면적 CNT 부직포 샘플의 1시간 후 모습. (c) 1 m 이상의 길이를 갖 는 확장형 대면적 CNT 부직포 모습
표 원천 특허에 대한 기술이전 계획

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과제기간(DetailSeriesProject) :	-
총연구비 (DetailSeriesProject) :	-
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전자파 차폐용 초경량·대면적 탄소나노튜브 부직포 제조 기술 개발
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