가교 기반 SWCNT-전도성 고분자 복합체의 기계적 물성 향상 및 유연한 전자파 차폐 소재 개발 = Crosslinking-Assisted Mechanical Property Improvement of SWCNT-Conjugated Polymer Composites for Flexible and Robust Electromagnetic Shielding Materials

국문 초록 (Abstract)

단일 벽 탄소나노튜브(Single-walled carbon nanotube)는 높은 전기전도도와 경량성의 장점을 가지고 있지만 서로 간의 인력이 강해 분산성이 좋지 않다. 따라서 CNT 표면에 유기용매에 우수한 용해성과 도핑 효율을 지닌 전도성 고분자(conjugated polymer)를 감싼 형태인 복합 설계가 활발히 연구되고 있다. 하지만 이 복합체는 튜브 간과 계면의 하중 전달이 원활하지 않아 기계적 특성이 낮다는 한계점이 있다. 본 연구에서는 가교(crosslinking) 전략을 도입하여 SWCNT/conjugated polymer 복합체의 기계적 성능을 향상시키고자 하였다. 전도성 고분자 P3HT와 PBTTT-C12를 매트릭스로 사용하여 복합필름을 제조하였으며, 아지드(azide) 기반 열 가교제를 적용하여 고분자 사슬 간에 가교 결합을 형성하였다. 가교제 함량에 따른 기계적 물성을 비교한 결과, PBTTT와 가교제 20wt% 조성의 필름이 24.12 GPa의 가장 우수한 탄성률을 나타냈다. 추가로 가교된 필름에 도핑을 진행하여 전기 전도도를 향상시켰고, 이를 전자파 차폐에 응용하였다. 가교 후에 도핑을 하여도 여전히 우수한 전도도를 가지며 전자파 차폐에서 최대 70.7 dB의 높은 성능을 보였다. 따라서 열가교를 통해 기계적 안정성과 전도성을 동시에 확보한 SWCNT/conjugated polymer 복합필름의 설계 전략을 제시하고, EMI 차폐 분야에서의 응용 가능성을 보여준다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) offer high electrical and thermal conductivity as well as low density, but their strong intertube interactions make them difficult to disperse and often limit the mechanical performance of polymer-based composites. Conjugated polymers are commonly used to assist SWCNT dispersion, yet the resulting films still suffer from insufficient interfacial load transfer. In this work, a thermal crosslinking approach was applied to improve the mechanical properties of SWCNT/conjugated polymer composite films. P3HT and PBTTT-C12 were used as polymer matrices, and an azide-based crosslinker was introduced to form covalent bonds between polymer chains during heating. Among the samples, the PBTTT-based film containing 20 wt% crosslinker showed the highest Young’s modulus of 24.12 GPa. The crosslinked films were further p-doped to enhance electrical conductivity, enabling their use in electromagnetic interference (EMI) shielding. A maximum shielding effectiveness of 70.7 dB was achieved while maintaining high conductivity. These results show that thermal crosslinking can reinforce mechanical stability without sacrificing electrical performance, suggesting a practical route for developing SWCNT/conjugated polymer films for flexible electronics and EMI shielding application.

목차 (Table of Contents)

• 표목차 ⅲ
• 그림목차 iv
• 도식목차 vi
• 국문초록 vii
• 제1장 서론 1
• 제1절 연구 배경 1
• 제2절 선행 연구 3
• 1. 탄소나노튜브 분산성 향상을 위한 전략 3
• 2. CNT/polymer 복합체의 응용 4
• 3. 기계적 특성 향상을 위한 가교 전략 및 한계 5
• 제3절 연구 목표 7
• 제2장 실험 8
• 제1절 가교제 합성 및 분석 8
• 1. 재료 8
• 2. 가교제(4Bx) 합성 8
• 제2절 복합 필름 제조 및 가교와 도핑 공정 12
• 1. SWCNT/CPs 복합필름 제조 12
• 2. 가교 및 도핑 공정 12
• 제3절 복합 필름 특성 분석 13
• 1. 기계적 특성 분석 13
• 2 Morphology 분석 13
• 3. 분광 분석 13
• 4. 전도도 측정 13
• 제4절 전자파 차폐 성능 분석 14
• 제3장 결과 및 고찰 15
• 제1절 복합체 형성 분석 15
• 제2절 기계적 특성 및 가교 메커니즘 19
• 1. SWCNT/CPs 기계적 특성 평가 19
• 2. Morphology 분석 19
• 3. 가교 메커니즘 및 가교 효율 분석 20
• 4. 기계적 안정성 분석 21
• 제3절 전기적 특성 분석 29
• 제4절 전자파 차폐 응용 31
• 제4장 결론 35
• 참고문헌 36
• ABSTRACT 44