자체-센서와 미세 작동기를 위한 CNT/PVDF 및 ITO/PVDF 나노복합재료의 전기적 및 계면 내구성 비교 평가

구가영 ( Ga Young Gu ),완작가 ( Zuo Jia Wang ),권동준 ( Dong Jun Kwon ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2011 Composites research Vol.24 No.6

자체-센서와 미세 작동기 응용을 위한 CNT와 ITO로 코팅된 나노복합재료의 계면접착 내구성과 전기적 특성을 평가하였다. 나노복합재료의 접착 및 계면 내구성은 반복하중 피로시험에 따른 전기저항도를 측정하여 평가하였다. CNT와 ITO의 고 유 전기적 특성으로 인하여 CNT가 코팅된 PVDF 나노복합재료는 ITO가 코팅된 경우보다 다소 낮은 전기저항도를 나타내었으나, 모두 양호한 자체-감지능을 보여주었다. CNT/PVDF와 ITO/PVDF 나노복합재료 모두 계면 내구성은 양호함을 확인하였다. 정적 접촉각 시험을 통해 CNT와 ITO 그리고 PVDF간의 표면에너지, 접착일, 그리고 퍼짐계수를 평가하여 계면 내구성과의 상호 관련성을 확인하였다. 수용액에서 CNT와 ITO로 코팅된 PVDF 시편의 최적의 작동성은 주파수와 전압을 달리하여 레이져 변위센서를 사용한 연신율 변화로 측정하였다. 작동된 두 나노복합재료들의 연신율은 주파수가 증가함에 따라 감소하며, 반면에 전압의 증가에 따라 상승하였다. 각 나노복합재료의 나노구조 및 고유의 전기적 특성으로 인하여, CNT/PVDF가 ITO/PVDF 보다 자체-감지 및 작동기로서 더 적합하다는 것을 알 수 있었다 Interfacial durability and electrical properties of CNT or ITO coated PVDF nanocomposites were investigated for self-sensor and micro actuator applications. Electrical resistivity of nanocomposites for the durability on interfacial adhesion was measured using four points method via fatigue test under cyclic Loading. CNT/PVDF nanocomposite exhibited Lower electrical resistivity and good self-sensing performance due to inherent electrical property. Durability on the interfacial adhesion was good for both CNT and ITO/PVDF nanocomposites. With static contact angle measurement, surface energy, work of adhesion, and spreading coefficient between either CNT or ITO and PVDF were obtained to verify the correlation with interfacial adhesion durability. The optimum actuation performance of CNT or ITO coated PVDF specimen was measured by the displacement change using Laser displacement sensor with changing frequency and voltage. The displacement of actuated nanocomposites decreased with increasing frequency, whereas the displacement increased with voltage increment. Due to nanostructure and inherent electrical properties, CNT/PVDF nanocomposite exhibited better performance as self-sensor and micro actuator than ITO/PVDF case.

미세-작동기를 위한 전기방사 CNT/PVDF 나노섬유 기반의 탄소 복합재의 기계적 및 전기적 특성 평가

구가영 ( Ga Young Gu ),왕작가 ( Zuo Jia Wang ),권동준 ( Dong Jun Kwon ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2013 Composites research Vol.26 No.1

CNT를 포함하는 전기방사된 PVDF를 작동기 제조의 소재로 사용하였다. 기계적, 전기적특성과 함께 작동기 성능을 평가하기 위해 전기화학적 환경 내에서 전기화학 및 작동기 거동을 조사하였다. 전기방사된 시트의 특징 중 하나인 유연함을 가지며 분산이 잘 되어 접촉면이 많은 이점이 있기 때문에 작동기 제작방법으로 적합하다고 생각되었다. 전기방사는 여러 가지 요인들로 방사형태가 각각 다르게 나타났다. 본 연구에서는 콜렉터를 드럼형태를 사용하여 방사된 나노섬유의 방향성을 가지게 하였으며 형태를 확인하기 위해 전자현미경을 통해 나노섬유가 정렬된 형상을 확인하였다. 전자침 X-ray 미세분석기를 사용하여 PVDF내에 CNT가 함침 되어 나노섬유가 정렬 된 상태를 확인하였으며, 이러한 형태가 미치는 기계적, 전기적 물성에 영향을 평가하기 위해 인장시험을 통해 인장강도와 전기 저항도를 측정하였다. 정렬된 방향의 나노섬유 시트가 정렬의 직각 방향의 시트보다 상대적으로 기계적 그리고 전기적 물성이 좋게 나타났다. 전기방사된 CNT/PVDF 나노섬유 시트가 작동기로 사용 되었을 때 캐스팅으로 제작된 PVDF 시트의 작동기보다 좋은 효율을 확인하기 위해 전기화학적 환경 내에서 작동기 시험을 진행하여, 작동기 효율과 전기적 용 량을 측정하였다. 전기방사된 CNT/PVDF 나노섬유 시트는 CNT와 PVDF간의 접촉면이 많기 때문에, 우수한 작동성을 나타내었다. The electrospun PVDF containing CNT was made for fabricating materials of the actuator. The electrochemical and their actuating movement were evaluated for the actuator performance in the electrochemical environment. The actuator (which was fabricated by electrospinning) had some advantages, i.e., good dispersion and flexible properties. In the electrospinning process, the final product would have different forms based on different essential factors. In this work, electrospun nanofibers were aligned by using the drum-type collector, and the morphology was identified via the field emission-scanning electron microscope (FE-SEM). The uniform dispersion of CNT in PVDF nanofiber was observed by electron probe X-ray micro-analysis (EPMA) test. The results of tensile strength and electrical resistivity provided the aligned state. The electrospun CNT/PVDF nanofiber sheet on the aligned direction showed better mechanical and electrical properties than the case of the vertically aligned direction. The efficiency and electrical capacities of electrospun CNT/PVDF nanofiber sheets were compared with the cast PVDF sheet for actuator application. Electrospun CNT/PVDF nanofiber sheet exhibited much better the case of actuator performance than cast neat PVDF actuator, due to the excellent electrical connecting areas.

연구개 및 구개수 암종의 광범위 절제 및 국소 점막근 피판 재건술 1예

구가영(Ga Young Gu),이혜란(Hye Ran Lee),장전엽(Jeon Yeob Jang) 대한두경부종양학회 2022 대한두경부 종양학회지 Vol.38 No.1

The soft palate of carcinoma limited to the uvular region is infrequent among oropharyngeal cancers. The oropharynx regulates swallowing and speech through dynamic motions. Failure to reconstruct after surgical resection of the oropharynx structure can lead to permanent velopharyngeal insufficiency. Therefore, suitable reconstruction is important in establishing proper functional outcomes while maintaining oncological safety. We present a case of a 66-year-old male who was diagnosed with oropharynx cancer limited in the uvula accompanied by lymph node metastasis. After surgical resection, reconstruction was performed with the united arrangement of bilateral palatal mucomuscular flap and superiorly based posterior pharyngeal flap. There was no aspiration or reflux after feeding and epithelialization completely occurred after 1 month postoperatively. We report a successful case that the reconstruction with the local flap described above could preserve proper oropharyngeal function after primary surgery in small-sized oropharyngeal cancer.

음향 작동기를 위한 투명한 xGnP/PVDF/xGnP 그래핀 복합재료 필름의 계면 내구성 및 음향 특성

구가영 ( Ga Young Gu ),왕작가 ( Zuo Jia Wang ),권동준 ( Dong Jun Kwon ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2012 Composites research Vol.25 No.3

음향작동기의 응용으로, CNT, ITO와 xGnP로 코팅된 PVDF 나노복합재료의 계면접착 내구성과 전기적 특성을 평가하였다. CNT, ITO와 xGnP의 고유 전기적 특성으로 인하여 xGnP로 코팅된 나노복합재료가 CNT, ITO 경우보다 다소 낮은 전기저항을 나타내었으나, 모두 양호한 음향특성을 보여주었다. 나노복합재료의 계면 내구성은 정적 접촉각 시험을 통해 미처리 CNT와 플라즈마 처리된 CNT 그리고 플라즈마 처리된 PVDF간의 표면에너지, 접착일, 그리고 퍼짐계수를 평가하여 계면 내구성과의 상호 관련성을 확인하였다. 음향 작동기로서 xGnP 나노복합재료의 최적의 작동성은 시편의 곡률반경, 코팅정도를 달리하여 음향 측정기를 사용하여 음향특성을 측정하였다. 나노재료의 고유의 전기적 특성으로 인하여 xGnP가 CNT나 ITO보다 음향작동기로서 더 적합함을 알 수 있었다. 곡률반경이 약 15도일 때 가장 적합하며, 코팅두께에 따라 음향특성이 차이가 나지만 투명도도 좋으면서 음향특성도 우수한 음향 작동기를 제작할 수 있었다. Interfacial durability and electrical properties of CNT, ITO or xGnP coated PVDF nanocomposites were investigated for acoustic actuator applications. The xGnP coated PVDF nanocomposite exhibited better electrical conductivity than CNT and ITO case due to the unique electrical property of xGnP, and this nanocomposite also showed good sound characteristics. Interfacial adhesion durability between either neat CNT or plasma treated CNT and plasma treated PVDF were measured by static contact angle, surface energy, work of adhesion, and spreading coefficient tests. The optimum acoustic actuation performance of xGnP coated PVDF nanocomposite was measured using sound level meter with changing radius of curvature and coating conditions. As compared to CNT and ITO, the xGnP was known as more appropriate acoustic actuator due to the characteristic electrical property. It is the most appropriate condition when the radius of curvature is 15 degree. Although sound characteristics were different with various coating thicknesses, it is possible to manufacture transparent actuator with good sound quality.

젖음성 시험과 전기-미세역학 시험법과 통한 단 카본섬유,산처리된CNT-에폭시 나노복합재료의 분산과 자체-감지능

장정훈 ( Jung Hoon Jang ),왕작가 ( Zuo Jia Wang ),공조엘 ( Joel Gnidakouong ),구가영 ( Ga Young Gu ),박종만 ( Joung Man Park ),이우일 ( Woo Il Lee ),박종규 ( Jong Kyoo Park ) 한국 접착 및 계면학회 2009 접착 및 계면 Vol.10 No.2

전기저항 측정법을 이용한 탄소나노튜브/폴리프로필렌 나노복합재료의 내부 손상 예측

김학수 ( Hak Soo Kim ),권동준 ( Dong Jun Kwon ),왕작가 ( Zuo Jia Wang ),구가영 ( Ga Young Gu ),김대식 ( Dae Sik Kim ),이춘수 ( Chun Soo Lee ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2013 Composites research Vol.26 No.3

전기저항 측정법을 이용하여 전도성을 띄는 소재는 손상예측이 가능하다. 본 연구에서는 차량용 소재로 이용하는 폴리프로필렌(PP)를 이용할 때 재료 내부에 발생될 손상 평가법을 고안하였다. PP 내부에 전도성을 부여하기 위해 탄소나노튜브(CNT)를 0.5 wt% 삽입하여 CNT/PP 복합재료를 제조하였다. 손상 평가를 하기 위해 시편 내부에 구리선을 삽입하여 가로와 세로, 대각선 구간을 설정하여 측정하였다. 시편의 모형은 20° 휘어진 시편을 사용하였다. 동적 압축 실험에 따른 전기저항 측정을 통해 구간별로 전기저항 변화도를 분석하였다. 동적 압축 실험에 따른 구간별 전기저항 변화도의 신호는 재료 내부에 전가된 응력을 나타내는 신호이다. 전기저항 측정 구간에서 전기저항 변화도가 높은 경우는 미세 손상이 발생되었음을 의미한다. 전기저항 측정법을 이용한 동적 압축 실험에 따른 예상 손상부위와 실제 파괴 실험을 통해 본 평가 방법을 이용하여 재료 내부 미세 손상을 예측할 수 있는 방법임을 확인하였다. The electrical resistance measurement was investigated as a damage monitoring method. In this study, 0.5 wt% Carbon nanotube reinforced polypropylene (CNT/PP) composites were evaluated under compressive fatigue loading. The shape of specimens was 20° curved round type. Compression strength and electrical resistance were measured at different sections of specimen during compression. The microcracks of CNT/PP composites were detected based on the changing ratio of electrical resistance. Micro-damage during compressive fatigue test could be detected by electrical resistance measurements. The reason is that the contact points of CNTs in composites decreased under fatigue loading. During compressive fatigue test, larger change of electrical resistance was detected at the microcrack sections. It was proved that microcracks could be detected by electrical resistance measurement under compression test, whereas the real delamination parts were consistent with the predicted results by electrical resistance measurement.

CVD 다이아몬드 및 PCD 드릴을 이용한 항공용 CFRP 복합재료의 홀 가공성 비교

권동준 ( Dong Jun Kwon ),왕작가 ( Zuo Jia Wang ),구가영 ( Ga Young Gu ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2011 Composites research Vol.24 No.4

최근 항공용 재료 산업 분야에서 널리 사용되고 있는 CFRP의 활용이 증가되고 있다. 하지만, CFRP와 같은 복합재료 부품의 결합 시에 단점이 있다. 복합재료를 이용한 다양한 구조를 제조하기 위해선 많은 홀 가공이 필요하다. 일반적으로 CFRP 홀 가공시 내구성이 매우 강한 polycrystalline crystalline diamond (PCD) 드릴을 사용한다. 하지만, 단가가 비싸고 가공 속도가 느리기 때문에 내구성은 PCD 드릴에 비해 약하나 드릴 형상 변화를 통해 가공 속도를 조절 할 수 있고, 비교적 가격이 저렴한 chemical vapor deposition (CVD) 다이아몬드 코팅 드릴의 사용량이 증가 되고 있다. 본 연구에서는, PCD 드릴과 CVD 다이아몬드 코팅 드릴의 홀 가공성을 비교 평가하였다. 먼저, 홀 가공 조건 식 (날당 이송량, 절삭 속도)을 이용하여 CFRP 홀 가공성을 평가했으며, CFRP 가공 시 드릴링 과정에서 발생하는 시편 내부의 열적 손상 정도를 비교했다. 열화상 카메라로 촬영한 홀 가공 시 발생되는 온도를 이용한 경험식을 만들어 두 드릴의 발열 정도에 따른 홀 가공성을 비교 평가하였다. 또한, 홀 가공 시 발생하는 칩(chip) 배출 여부에 따른 홀 내부의 상태를 평가하여 CVD 다이아몬드 코팅 드릴과 PCD 드릴의 CFRP 홀 가공성을 비교했다. 전반적으로 PCD 드릴의 홀 가공성이 CVD 다이아몬드 드릴에 비해 우수한 성능을 나타냈지만, 홀 생성 속도는 CVD 다이아몬드 드릴이 PCD 드릴에 비해 빠른 결과를 나타냈다. Recently CFRP laminate joints process by bolts and nets are developed rapidly in aircraft industries. However, there are serious drawback during jointing process. Many hole processes are needed for the manufacturing and structural applications using composite materials. Generally, very durable polycrystalline crystalline diamond (PCD) drill has been used for the CFRP hole process. However, due to the expensive price and slow process speed, chemical vapor deposition (CVD) diamond drill has been used increasingly which are relatively-low durability but easily-adjustable process speed via drill shape change and price is much lower. In this study, the comparison of hole process between PCD and CVD diamond coated drills was done. First of all, CFRP hole processbility was evaluated using the equations of hole processing conditions (feed amount per blade, feed speed). The comparison on thermal damage occurring from the CFRP specimen was also studied during drilling process. Empirical equation was made from the temperature photo profile being taken during hole process by infrared thermal camera. In addition, hole processability was compared by checking hole inside condition upon chip exhausting state for two drills. Generally, although the PCD can exhibit better hole processability, hole processing speed of CVD diamond drill exhibited faster than PCD case.

CFRP Chip 표면처리에 따른 페놀복합재료의 강화, 내열성 및 난연성 향상

권동준 ( Dong Jun Kwon ),왕작가 ( Zuo Jia Wang ),구가영 ( Ga Young Gu ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국 접착 및 계면학회 2012 접착 및 계면 Vol.13 No.2

탄소섬유강화플라스틱(CFRP)의 홀 가공 시 chip이 발생된다. 이때 발생되는 chip은 단순 폐기용 차원이 아닌 미세탄소섬유와 에폭시의 조성으로 이루어져 있다. Chip을 강화재로 활용하기 위해서는 탄소섬유만의 조성을 이루어야 고분자 기지와 계면접착력이 증가될 수 있다. Chip 내 탄소섬유의 길이를 일정하게 하기 위해 막자 사발을 이용한 절단 과정 후 H2O2를 이용한 표면처리를 하여 탄소섬유에 붙어있는 에폭시를 제거하였다. Chip을 이용하여 페놀수지를 기지로 한 페놀복합재료를 제조하였으며, 내열성 및 난연성 재료로 활용 가능성을 평가하였다. 기존의 페놀보다 표면처리를 한 chip복합재료가 기계적, 열적 물성이 향상됨을 확인하였으며, 젖음성 평가를 이용하여 표면물성에 따른 재료의 물성을 평가하였다. 불균질한 표면 조성에 의해 표면 거칠기가 달라지기 때문에 페놀복합재료의 접촉각이 증가되었다. 난연성 평가는 ASTM D635-06 방법으로 수행하였다. 평가결과, chip의 첨가 및 표면처리의 영향에 의해 난연성이 향상되었다. CFRP chip is the byproduct from carbon fiber reinforced plastic (CFRP) processing. CFRP chip is not simply a waste mainly composed of fine carbon fiber and epoxy resin. CFRP chip keeps matrix to maximize their reinforcing effect. To obtain a uniform length of carbon fiber in CFRP chip, chip was chopped ina mortar. CFRP chip should be purified to get better interface adhesion. Epoxy resin on the carbon fiber was removed by H2O2 surface etching treatment. Optimal dispersion and fabrication conditions of CFRP chip embedded in phenolic resin were determined by thermal stability for fire retardant applications. CFRP chip-phenolic composite exhibits better mechanical and thermal properties than neat phenolic resin. Surface condition of CFRP chip-phenolic composite was evaluated by static contact angle measurement. Contact angle of CFRP chip-phenolic composite was greater than neat phenolic due to heterogeneous condition of fine carbon fibers. From the evaluation for fire retardant (ASTM D635-06) test, thermal stability of CFRP chip-phenolic composite was found to be improved with higher concentration of CFRP chip.

CNT-폴리프로필렌 복합재료의 기계적 물성평가 및 전기 미세평가법을 이용한 손상감지

왕작가 ( Zuo Jia Wang ),권동준 ( Dong Jun Kwon ),구가영 ( Ga Young Gu ),김학수 ( Hak Soo Kim ),김대식 ( Dae Sik Kim ),이춘수 ( Choon Soo Lee ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2013 Composites research Vol.26 No.1

용액 분산법을 이용하여 CNT를 균질하게 분산시켰고, CNT-폴리프로필렌 복합재료 제조를 위해 압출기와 사출기를 사용하였다. CNT 고유의 전도성을 기반으로 CNT-PP 복합재료의 내부 손상을 감지하기 위해 전기저항 측정법을 이용하였다. CNT-PP의 기계적 및 계면 물성을 확인하고 일반 PP와 비교하였다. CNT의 강화 효과로 인하여 CNT를 함유함으로서, PP 기지의 기계적 물성은 더 증가되는 경향을 확인하였다. CNT-PP 복합재료의 내부 손상을 평가하기 위해 파괴 및 굴곡실험을 진행하며, 동시에 발생되는 전기 저항 변화도를 감지하여 미세손상을 평가하였다. CNT 강화제의 첨가는 좋은감지능을 보여주었다. 낮은 CNT 함유율임에도 CNT-PP 복합재료의 감지가 가능했으며, 반복 하중 실험 중 최대 임계 응력을 확인하여, 내부에 발생된 미세 파괴를 찾아 낼 수 있었다. CNT-polypropylene (PP) composites were compounded by solvent dispersion method with uniform dispersion by using twin screw extruder. Damage sensing effects based on conductive carbon nanotubes (CNT) were evaluated to monitor the internal damage of CNT-PP composites using electrical resistance measurement. Mechanical and interfacial properties of CNT-PP composites were investigated and compared with neat PP. The mechanical properties of PP matrix were improved after adding CNT, because of the reinforcing effect of CNT fillers. In order to monitor the internal damage of CNT-PP composite, the change in electrical resistance of the composites was measured under fatigue loading and bending tests. CNT fillers exhibited good sensing under electrical resistance measurements. It is shown that CNT-PP composites with low CNT contents allow identifying critical cyclic loading, which are found to be accompanied with the internal failure.

자체-감지능 및 광투과도를 지닌 CNT 및 ITO/PET 다기능성 나노복합소재의 계면 조절 연구

왕작가 ( Zuo Jia Wang ),권동준 ( Dong Jun Kwon ),구가영 ( Ga Young Gu ),박종만 ( Joung Man Park ) 한국복합재료학회 2011 Composites research Vol.24 No.1

자체-감지능 있는 다기능성 나노복합소재를 위해, 투명하고 전도성 있는 카본나노튜브 (CNT)로 코팅된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 함침 방법으로 제조하였다. CNT 코팅의 전기적 광학적 특징의 변화는 함침 횟수와 CNT용액의 농도에 주로 의존하였다. 결과적으로, CNT 코팅의 표면저항과 투과도는 제조공정의 변수들에 따라 예민하게 조절되었다. CNT 코팅의 표면저항은 4점법과 이중 배열법에 의해 측정되었으며, 광학적 투과도는 UV 스펙트럼을 사용하여 평가하였다. CNT 코팅의 표면특성을 측정한 정적 및 동적 접촉각은 상호 일치함을 보여주었다. 함침 코팅수가 증가함에 따라, CNT코팅한 PET의 표면저항은 현저하게 저하했으나, 투명도는 CNT 네트워크의 특성으로 거의 감소하지 않았다. CNT와 인듐틴옥사이드 (ITO)의 계면 및 전기적 특성들은 피로 시험을 통하여 비교하였다. CNT는 2000회 반복 후에도 표면저항의 변화가 없는 반면에, ITO는 1000회 반복까지 표면저항의 급격한 증가를 보여주었다가 안정화하였다. 이는 형상비가 큰 CNT는 전기 접촉점을 계속 유지하는 반면에, 취성이 있는 ITO는 미세 균열이 발생하여 전지 접촉점을 많이 상실하기 때문이다. Transparent and conductive carbon nanotube on polyethylene terephthalate (PET) were prepared by dip-coating method for self-sensing multi-functional nanocomposites. The changes in the electrical and optical properties of CNT coating mainly depended on the number of dip-coating, concentration of CNT solution. Consequently, the surface resistance and transmittance of CNT coating were sensitively controlled by the processing parameters. Surface resistance of CNT coating was measured using four-point method, and surface resistance of coated CNT could be better calculated by using the dual configuration method. Optical transmittance of PET film with CNT coating was evaluated using UV spectrum. Surface properties of coated CNT investigated by wettability test via static and dynamic contact angle measurement were consistent with each other. As dip-coating number increased, surface resistance of coated CNT decreased seriously, whereas the transmittance exhibited little lower due to the thicker CNT networks layer. Interfacial microfailure properties were investigated for CNT and indium tin oxide (ITO) coatings on PET substrates by electrical resistance measurement under cyclic loading fatigue test. CNT with high aspect ratio exhibited no change in surface resistance up to 2000 cyclic loading, whereas ITO with brittle nature showed a linear increase of surface resistance up to 1000 cyclic loading and then exhibited the level-off due to reduced electrical contact points based on occurrence of many micro-cracks.