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탄소나노튜브 및 환원된 산화그래핀과 고분자간 계면결합력이 나노복합재의 압전 거동에 미치는 영향
황상하 ( Sang Ha Hwang ),김현주 ( Hyeon Ju Kim ),성대한 ( Dae Han Sung ),정영태 ( Teong Tae Jung ),강구혁 ( Ku Hyek Kang ),박영빈 ( Young Nin Park ) 한국 접착 및 계면학회 2012 접착 및 계면 Vol.13 No.3
탄소나노소재의 화학적 기능화는 대부분 복합체 제조 시 고분자 모재(matrix)와의 계면 특성 향상을 위한 방법으로 적용되어 왔다. 계면결합력의 증가에 따른 효과는 기계적 물성의 증가를 통해 간접적으로 확인할 수 있으며, 이는 계면에서 효과적인 응력전달을 통해 설명된다. 보다 직접적으로 기능화를 통한 계면결합력 증가의 효과를 설명하기 위하여 피에조 저항효과를 관찰할 수 있으며, 이를 통하여 변형에 대한 복합체 내부의 전도성 충진재의 거동을 짐작해 볼 수 있다. 이를 위해 다 중벽 탄소나노튜브(MWCNT)와 환원 그래핀(rGO)을 황산/질산 용액을 이용하여 산화반응을 통해 기 능기를 도입하였으며, 기능화 전·후의 복합체의 전기적 저항 및 피에조 저항효과를 측정하였다. 결 과로부터 기능기 도입으로 인해 증가한 탄소나노소재의 구조적 결함이 전기적 저항의 증가를 야기 하지만 동일한 변형에 대하여 저항 변화가 더 크게 나타나 변형에 따른 복합체 내부 전도성 입자의 유동성이 증가함을 확인하였고, 이를 통해 계면결합력이 증가함을 피에조 저항효과 관찰을 통해 확인 할 수 있었다. Chemical functionalization of carbon nanomaterials (CNMs) is generally carried out for increasing interfacial adhesion between filler and polymer matrix for CNM-polymer nanocomposites. The chemically functionalized CNTs can produce strong interfacial bonds with many polymers, allowing CNT based nanocomposites to possess high mechanical and functional properties. Hence, increased surface adhesion can be measured indirectly by observing increased mechanical properties. However, there is a more direct way to observe interfacial bonds between polymer and CNM by measuring piezoresistivity behavior so that we can imagine the behavior of CNM particles in polymer matrix under deflection. Fuctionalization of MWCNT and rGO was carried out by oxidization reaction of MWCNT and rGO with H2SO4/HNO3 solution. Electrical resistivities of MWCNT-PMMA and rGO-PMMA composites were decreased after functionalization because of the destructive fuctionalization process. Meanwhile, piezoresistivities of functionalized CNM-PMMA composites showed more sensitive behavior under the same deflection as compared to pristine CNM-PMMA composites. Therefore, mobility of CNM in polymer matrix was found to be improved with chemical functionalization.
특집(特輯) 논문(論文): `11 춘계학술대회 우수 논문 ; 고강도 PMMA 및 나일론 -산화그래핀 복합재료 섬유의 제조 및 특성평가
황상하 ( Sang Ha Hwang ),이동욱 ( Dong Wook Lee ),백종범 ( Jong Beom Baek ),신현석 ( Hyeon Suk Shin ),박영빈 ( Young Bin Park ) 한국복합재료학회 2011 Composites research Vol.24 No.4
수정된 Hummer`s 방법으로 제조된 산화그래핀(graphene oxide, GO)을 이용하여 PMMA와 Nylon 6,6에 분산시켜 각각 복합재료 섬유와 필름으로 제조하고 동적기계적 물성과 인장특성을 분석하였다. 동적기계적 분석과 인장 특성에서 GO-PMMA 복합재료 섬유는 GO의 효율적 기계적 물성 보강 효과를 확인 하였으나 Nylon 6,6 복합재료는 제조과정에서 사용된 포름산의 낮은 pH로 인해 산화그래핀의 분산안정성이 저하되어, 낮은 보강효율을 보임을 알 수 있었다. In this work, we successfully fabricated graphene oxide (GO) and GO-based PMMA composite fiber and nylon films. Dynamic mechanical and tensile properties of PMMA-GO composite fiber showed that GO is efficient reinforcement for polymer matrices. However, Nylon 6,6-GO composite films showed low reinforcement efficiency in terms of dynamic mechanical and tensile properties due to the colloid instability of GO in formic acid at a low pH level.