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이국환(Guk Hwan Lee),이원오(Wonoh Lee) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
그래핀, 탄소나노튜브, 셀룰로오스 나노섬유와 같은 나노물질들은 기능성 재료들의 이온전도도향상, 기계적 특성 향상, 전기전도도 향상과 같은 역할로 사용된다. 아라미드 섬유는 고강도, 내화학성 및 내열성의 특성을 가지고 있고, 이를 이용하여 제조된 아라미드 나노섬유 또한 동일한 특성을 보인다. 이러한 특성을 통해 아라미드 나노섬유 또한 다양한 기능성 재료를 향상시키는 재료로 사용된다. 하지만 아라미드 나노섬유는 물과 접촉하면 재응집이 일어나 고유의 높은 분산성이 감소하게 되어 다른 재료와 복합재료를 만드는 것이 용이하지 않다. 본 연구에서는 물을 사용하지 않고 아라미드 나노섬유 간 공유결합을 유도하여 안정적인 3 차원 아라미드 나노복합소재를 제조하였다. 고르게 분산된 아라미드 나노섬유 용액은 검붉은색을 띄우고 투과전자현미경(TEM)을 통한 측정에서 지름이 10~20nm 로 관측되었다. 제조된 아라미드 나노섬유 용액에 구연산을 첨가하여, 구연산의 카르복실 그룹과 아라미드 나노섬유의 아민 그룹 간의 아마이드 결합을 생성하여 3 차원 나노구조체를 제작하였다. 주사전자현미경 (SEM)을 통한 내구관찰로 아라미드 나노섬유간에 공유결합이 잘 이루어진 것을 확인하였다. Nanomaterials such as Graphene, carbon nanotubes (CNTs), and cellulose nanofibers (CNFs) are used to improve the strength, ion transport and electrical properties of functional materials. Since aramid fibers, the preliminary stage of aramid nanofibers (ANFs), have high strength as well as superior chemical and heat resistances, ANFs are also expected to inherit excellent properties from the aramid fiber. In addition, three-dimensional (3D) nanostructures have been received great interests in many areas due to their superior stress-transfer capability with possessing large surface area. The conventional 3D nanostructure of ANFs has been synthesized via gelation by adding water. However, this water-based process causes a big problem. Well-dispersed aramid nanofibers produce re-agglomerated. ANFs by protonation, and therefore it is limited to manufacture the 3D nanostructure having individually separated ANFs. In this study, we suggest a new protocol to construct structurally stable the ANF 3D nanostructure by introducing covalent crosslinking instead of using water. The ANFs were made by the decomposition of aramid fibers in dimethyl sulfoxide (DMSO) solution by adding potassium hydroxide. A well-synthesized ANF solution has a dark red color and the diameter of ANFs were around 10~20 nm. By adding imide bonding agents such as citric acid without using water, the ANF 3D nanostructure was successfully formed as an aerogel and its scanning electron microscope (SEM) image confirmed the covalent crosslinking between ANFs.