키토산을 함유하는 폴리에스테르 나노 섬유 부직포의 제조 및 항균특성

정경혜 경북대학교 대학원 2005 국내석사

섬유 내 기공을 가진 다공성 나노섬유 멤브레인 시스템의 제조 및 쾌적 기능성 평가

이서진 연세대학교 대학원 2020 국내석사

텍스타일의 수분 전달 특성은 인체의 온열생리학적 쾌적성에 직접적인 영향을 미치며, 체온 및 체열을 조절하는 매우 중요한 특성이다. 의류소재는 착용자의 쾌적성을 위해 피부에서 발생하는 땀을 빨리 흡수해야 하며 흡수한 땀을 즉각적으로 배출할 수 있어야 한다. 액체 상태의 수분 전달력을 향상시키는 대표적인 방법은 섬유의 이형단면화, 미세다공화, 중공사화 등을 통해 섬유의 공극률(porosity)을 최대한 높여 모세관 현상(capillary action)을 극대화시키는 것이다. 이 중 섬유의 미세다공화는 섬유의 표면과 내부에 미세다공을 형성시켜 섬유의 기공도 및 표면적을 증가시킴으로써, 섬유 표면의 수분을 보다 쉽게 섬유 내부로 이동시킨다. 전기방사를 통해 제조되는 나노섬유 멤브레인은 나노 크기의 직경을 가진 섬유로 구성된 3D 구조의 멤브레인으로, 일반 섬유소재에 비해 매우 큰 기공도를 가질 수 있다. 최근에는 전기방사 공정 조건을 조절하여 나노섬유 자체에 미세다공을 부여한 다공성 나노섬유가 제조되고 있다. 다공성 나노섬유는 기존의 나노섬유보다 훨씬 큰 표면적 및 수많은 미세기공을 가지고 있어, 우수한 수분 전달 특성을 가진 기능성 멤브레인 소재로 개발할 수 있을 것으로 기대된다. 이에 본 연구는 우수한 수분 전달 특성을 가진 새로운 쾌적 기능성 의류소재의 개발을 목표로, 다공성 나노섬유 멤브레인을 적용한 이중 레이어의 멤브레인 시스템을 제조하여 다양한 수분 특성을 평가하고자 한다. 이를 통해 수분 전달 메커니즘을 극대화시킬 수 있는 나노섬유 멤브레인 시스템의 개발을 위한 기초 자료를 제시하고자 한다. 전기방사를 통해 다공성 polyacrylonitrile (PAN) 나노섬유를 제조하기 위하여 dimethyl sulfoxide (DMSO) 를 용매로 사용해 다양한 농도(5 wt%, 8 wt%, 14 wt%)의 PAN 고분자 용액을 제조하였다. 이를 53±5% 상대습도의 고습도 환경에서 전기방사하여 다공성 PAN 나노섬유를 제조하기 위한 최적의 용액 농도 및 전기방사 공정 조건을 규명하였다. 제조한 나노섬유에 다공성 구조가 형성되었는지 살펴보기 위하여 나노섬유의 형태 및 내부 구조를 주사전자현미경과 투과전자현미경을 통해 관찰하였다. 다공성 PAN 나노섬유의 대조군인, 섬유 내 기공 없이 매끈한 표면을 가진 일반 PAN 나노섬유는 Pardam사에서 구매하여 실험에 사용하였다. 다공성 나노섬유 멤브레인과 일반 나노섬유 멤브레인은 0.5 g/m2와 1.0 g/m2의 웹 밀도로 제조하였으며, 친수성 또는 소수성의 기반 직물에 각각 라미네이팅하여 이중 레이어의 멤브레인으로 제조하였다. 이후 제조한 멤브레인의 흡수성, 접촉각, 수분 제어 특성, 심지흡수력, 투습성을 측정함으로써 각 멤브레인의 액체 및 기체 상태의 수분 전달 특성을 평가하였다. 실험 결과, 비드가 없는 균일한 형상의 다공성 PAN 나노섬유를 제조하였고, 이를 위한 최적의 용액 농도는 PAN 5 wt%, 전기방사 공정 조건은 방사 거리 15 cm, 전압 11 kV, 니들 게이지 23, 용액 공급 속도 0.5 ㎖/hr였다. 고분자 용액의 농도가 증가할수록 나노섬유의 평균 직경이 크게 증가하는 경향을 보였고, PAN 5 wt% 용액에서 제조된 나노섬유의 평균 직경이 236±35 nm 로 가장 가늘었다. 제조한 나노섬유의 형태를 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 섬유의 표면 및 내부에 미세다공이 형성되었음을 확인하였다. 또한, 투과전자현미경으로 섬유의 내부 구조를 분석한 결과, 미세다공으로 인해 섬유 내부에 열린 공간이 형성된 것을 관찰하였다. 이를 통해 제조된 다공성 나노섬유가 표면의 기공과 연결되는 수많은 내부 기공을 가지고 있음을 유추할 수 있으며, 이러한 섬유 내 기공이 수분 전달 통로의 역할을 하여 섬유의 모세관력을 크게 향상시킬 것으로 기대된다. 본 연구는 push-pull 효과를 극대화하기 위해 나노섬유 멤브레인을 적용하여 이중 레이어의 멤브레인 시스템을 제조하였다. 제조한 나노섬유 멤브레인 시스템의 액체 상태의 수분 전달 특성을 평가한 결과, 단일 레이어의 기반 직물에 다공성 및 일반 나노섬유 멤브레인을 적용함에 따라 소재의 수분 전달 특성이 향상되는 결과가 나타났다. 기반 직물에 따른 수분 특성을 살펴본 결과, 소수성의 기반 직물보다 친수성의 기반 직물을 사용하였을 때 멤브레인 시스템의 수분 전달 특성이 더 우수하였다. 기반 직물이 동일한 경우에는 다공성 나노섬유 멤브레인 시스템의 수분 전달력이 일반 나노섬유 멤브레인 시스템보다 우수하였다. 나노섬유 멤브레인의 웹 밀도에 따른 수분 특성 차이를 살펴보면, 0.5 g/m2 보다 1.0 g/m2의 나노섬유 멤브레인을 적용하였을 때 더 효과적인 수분 전달이 이루어졌다. 이상의 결과를 종합하여 보면, 친수성 기반 직물에 웹 밀도 1.0 g/m2의 다공성 나노섬유 멤브레인을 적용할 때 멤브레인 시스템이 가장 우수한 수분 전달 특성을 가질 수 있다. 흡수성과 수분 제어 특성, 심지흡수력 측정 결과, 다공성 나노섬유 멤브레인 시스템이 일반 나노섬유 멤브레인 시스템보다 액체 상태의 수분을 더 빨리, 더 넓은 면적으로 흡수하는 경향을 보였다. 이러한 경향은 친수성 또는 소수성의 기반 직물을 사용한 모든 멤브레인 시스템에서 나타났다. 특히 발수성을 띠고 있는 소수성의 기반 직물에 다공성 나노섬유 멤브레인을 적용하였을 때, 멤브레인 시스템의 최대흡수반경 및 수평 방향으로의 수분 전달 특성이 크게 향상되었다. 나노섬유 멤브레인 시스템의 투습성을 평가한 결과, 섬유 내 기공으로 인해 더 많은 양의 미세기공을 가지고 있는 다공성 나노섬유 멤브레인 시스템의 투습성이 가장 우수한 것으로 나타났다. 이를 통해, 기체 상태의 수분 전달 또한 다공성 나노섬유 멤브레인 시스템에서 더 효과적으로 이루어짐을 알 수 있다. 이상의 연구 결과를 바탕으로, 섬유 내 기공을 가진 다공성 나노섬유 멤브레인의 쾌적 기능성 나노텍스타일로의 활용 가능성이 높을 것으로 전망된다.

슈퍼커패시터용 활성탄소나노섬유의 제조 및 평가

박성민 경북대학교 대학원 2022 국내석사

Supercapacitors, also known as electrochemical capacitors or ultracapacitors, are attracting great attention due to their long cycle property of more than 100,000 cycles and simple principle. Organic pigments are aromatic hydrocarbons and have chemical stability and thermal stability due to crystallinity, and organic pigments C.I. Pigment Red 122 was carbonized and activated to prepare activated carbon. An electrode was prepared by using the prepared sample 1:2, ACR600, ACR750, ACR900, and ACR1050 as an active material, using carbon black as a conductive material and polytetrafluoroethylene (PTFE) as a binder, and mixing them in an appropriate ratio. Cyclic voltammetry was performed with the prepared electrode to evaluate applicability as an electrode precursor for supercapacitors. In 0.5M K2SO4 aqueous solution, 1:2 is 160F/g, ACR750 is 162F/g, in 1M H2SO4 aqueous solution 1:2 is 264F/g, ACR600 is 257F/g, in 6M KOH aqueous solution 1:2 is 272F/g, ACR600 showed the highest capacity at 282 F/g, which is thought to be due to the pore structure and carbon crystal structure of the produced activated carbon nanofibers.

견 피브로인 나노섬유의 제조 및 특성분석

김소현 忠南大學校 大學院 2002 국내석사

Recently, much attention has been paid to electrospinning process as a unique technique because it can produce polymer nanofibers with diameter in the range from several micrometer down to tens of nanometers, depending on the polymer and processing conditions. In electrospinning, a high voltage is applied to create electrically charged jets of a polymer solution. These jets dry to form nanofibers, which are collected on a target as a nonwoven fabric. These nanofibers are of considerable interest for various kinds of applications, because they have several useful properties such as high specific surface area and high porosity. Examples are fiber membranes for filter applications, biomedical applications such as wound dressings and scaffolds for tissue engineering, sensing applications. An electrospinning process was used to fabricate silk fibroin (SF) nanofiber nonwovens for wound dressing applications. The electrospinning of regenerated SF was performed with formic acid as a spinning solvent. For crystallization, as-spun SF nanofiber nonwovens were chemically treated with an aqueous methanol solution of 50%. The morphology, porosity and conformational structures of as-spun and chemically treated SF nanofibers were investigated by scanning electron microscopy (SEM), mercury porosimetry, wide angle X-ray diffraction (WAXD), attenuated total reflectance infrared spectroscopy,(ATR-IR), solid-state ^(13)C CP/MAS nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, SEM micrograph showed that the electrospun SF nanofibers had an average diameter of 80nm and a distribution in diameter ranging from 30 to 120nm. The porosity of as-spun SF nanofiber nonwovens was 75.1 %, indicating it was highly porous. During the chemical treatment for 60 min, porosity of nonwovens composed of SF nanofibers decreased of to 68.1%. Conformational transitions of the as-spun SF nanofibers from random coil to β -sheet by aqueous methanol treatment occurred rapidly within 10 min, confirmed by solid-state ^(13)C CP/MAS NMR, ATR-IR and X-ray diffraction. To assay the cytocompatibility and cell behavior onto the electrospun SF nanofibers, cell attachment of norma1 human keratinocytes seeded on the SF nanofibers and interaction between cells and SF nanofibers were studied. Cell morphology on SF nanofibers was examined by scanning electron microscopy. Our results indicate that the SF nanofibers may be a good candidate for the biomedical applications, such as wound dressing and scaffolds for tissue engineering.

탄화 조건에 따른 탄소나노섬유의 전기화학적 성질

서해천 전북대학교 일반대학원 2023 국내박사

전 지구적으로 증가하는 에너지 사용은 화석연료의 사용을 증가시켜 환경오염을 가속화하고 더불어 에너지 자원의 고갈 문제를 일으킨다. 지속 가능한 친환경 에너지원인 태양광, 태양열, 풍력, 지력, 조력 등은 환경오염에 대한 부담을 줄여주지만, 간헐적이고 불안정한 에너지원으로 인해 충분한 전력을 공급하는데 큰 문제가 있다. 에너지 저장 시스템은 불안정한 전력공급을 해결할 수 있는 대안으로 떠오르고 있으나, 과충전이나 전압의 불안정성은 여전히 문제로 남아 있다. 슈퍼커패시터는 빠른 충방전 특성으로 인해 다양한 분야에 적용되고 있으며 친환경 에너지원의 불안정한 전력 특성을 보완하기에 적합한 장치이다. 슈퍼커패시터의 성능에 가장 영향을 미치는 부품은 전극이며, 전극의 성능은 슈퍼커패시터 및 에너지 저장 시스템의 성능에 직접적인 영향을 준다. 폴리아크릴로나이트릴 기반 탄소나노섬유는 슈퍼커패시터용 전극으로 높은 잠재력을 가지고 있으나, 다양한 나노물질 중 상대적으로 낮은 비표면적과 이온 확산을 위한 수송 채널의 부재 등의 문제로 실제 적용하기에는 한계가 존재한다. 따라서, 본 연구에서는 폴리아크릴로나이트릴 나노섬유를 다양한 조건으로 탄화하여 탄소나노섬유를 제조하고, 탄소나노섬유 전극의 특성 및 전도성 물질, 전도성 고분자를 도입한 전극을 분석하고 전극으로 사용하기 위한 각각의 조건 및 역할에 대해 연구하였다. 첫 번째 연구에서는 폴리아크릴로나이트릴에 포함된 질소종을 활용해 질소 도핑된 탄소나노섬유의 특징을 확인하였다. 질소 도핑된 탄소나노섬유는 탄화 조건을 세분화하여 탄화 온도 및 시간에 따른 특성을 확인하고, 전극으로 제조하여 전기화학적 특성을 분석하였다. 탄화 온도 및 시간에 따른 형태학적 특성을 분석하였고, 탄화 조건에 따라 탄소나노섬유의 내부 변화 및 질소 도핑과 관련된 질소종을 확인하였다. 또한, 전기화학적 특성에 영향을 주는 질소종의 변화 및 탄화 정도를 나타낼 수 있는 R값과 면저항의 변화를 비교하여 전극으로서의 활용성을 확인하였다. 결과적으로 800 °C에서 1시간동안 탄화한 샘플이 가장 안정적인 전기화학적 특성을 나타내었으며, 1 A g-1의 충방전 속도에서 85.25 F g-1의 비정전용량을 나타내었다. 두 번째 연구에서는 탄소나노섬유에 전도성 물질을 도입하여 탄소나노섬유를 직접 전극에 활용하는 방식과 기판으로 활용하는 방식으로 구분하여 탄화조건에 따른 전극의 특성에 대해 연구하였다. 탄소나노섬유를 직접 전극에 활용하는 방식은 탄소나노섬유 단독으로 전극에 활용하는 방식과 전도성 물질과 혼합하여 활용하는 방식으로 나누었으며, 사용한 전도성 물질은 비정전용량에 영향이 적은 카본블랙을 사용하여 접착 물질과 혼합하여 사용하였다. 탄소나노섬유를 기판으로 활용하는 방식은 대표적인 전도성 고분자인 아닐린을 중합하여 사용하였다. 단일 전극과 전도성 물질 혼합 전극은 800 °C에서 탄화한 샘플에서 가장 높은 결과를 얻어 질소도핑, 시료의 저항, R값에 영향을 받는 것을 확인하였다. 탄소나노섬유를 기판으로 사용한 PANI@CNFs는 탄화과정에서 탄소고리 형성이 아닐린 중합과 전도성에 영향을 주었으며, 이로 인해 고온에서 탄화된 탄소나노섬유의 전기화학적 특성이 가장 우수하였다. 탄화 온도가 1200 °C인 C1200PA 샘플은 1 A g-1의 충방전속도에서 278.5 F g-1의 비정전용량을 나타내었고, 30 A g-1의 속도에서도 259.04 F g-1의 비정전용량을 나타내어 93 %의 용량 유지율을 확인하였다. 이러한 결과는 탄소나노섬유의 용도에 따라 제조 조건이 달라지며, 특히, 탄화 온도 및 시간의 세부적인 조건을 확인함으로써 에너지 저장 분야에서 전극 소재로 활용할 수 있는 잠재력을 확인하였다.

정렬된 나노섬유를 이용한 내피세포배양

김용수 아주대학교 2021 국내석사

세포배양은 일반적으로 2차원 환경에서 진행을 하게 되지만 실제 임상실험에서 나타날 수 있는 결과는 차이가 나기 때문에 임상실험과 비슷한 조건에 3차원 구조를 같고 있는 배양환경을 조성하여 실제와 비슷한 결과를 확인할 수 있다. 이를 위해 사용한 3차원 환경으로 구축한 나노 섬유를 제작하였으며 이것을 관찰하였을 때 나타나는 특징으로 실처럼 방사되며 무작위적 상태를 보여주었다. 이와 같은 방법으로 정렬된 나노섬유를 제작하였고 이는 체내 혈관과 유사한 모습을 나타낸다. 제작한 나노섬유에 내피세포를 배양하여 두 가지 나노섬유에 차이와 배양된 세포의 모습을 관찰할 수 있다. 나노섬유는 chloroform을 용매로 사용하여 Poly ε-caprolactone(PCL)을 전기방사로 진행하여 제작되며(C-PCL), 정렬된 Poly ε-caprolactone(Aligned-C-PCL)과 함께 제작하여 3차원 나노섬유를 구축하였다. 세포 성장에 대한 차이를 비교하기 위해 혈관 내피 성장인자(Vascular endothelial growth factor)를 적당한 농도로 처리하였다. 완성된 C-PCL에 배양한 내피세포는 무작위적 특징의 나노섬유를 따라 넓게 퍼져 자란 형태가 나타났으며 Aligned-C-PCL(이하 AC-PCL)에 배양한 내피세포는 정렬된 형태의 나노섬유를 따라 한 방향으로 자라는 모습을 나타나게 되었다. 혈관 내피 성장인자(이하 VEGF)를 처리한 세포배양 군이 VEGF를 처리하지 않은 세포배양 군 보다 많은 성장을 하였다. 실험 모델로 3차원 배양의 특징을 살려 세포배양을 확인할 수 있다. 핵심어: 나노섬유, 전기방사, 정렬된 나노섬유, 3차원 세포배양, 내피세포, 혈관 내피세포 성장인자

탄소나노복합체를 이용한 의류용 직물발열체의 제조 및 특성에 관한 연구

강현숙 동아대학교 대학원 2013 국내석사

나노탄소섬유와 나노탄화규소섬유를 이용한 복합재의 비교, 제조와 활용에 관한 연구

金起德 명지대학교 2000 국내석사

탄소섬유 강화 복합재가 hand lay-up 방식으로 제조되었다. 복합재 제조시 나노탄소섬유와 나노 탄화규소섬유가 필러로 사용되었으며 이와 비교하기 위하여 여러 가지 powder도 사용해 제조하였다. 실험에 사용된 신탄소재료의 하나인 나노탄소섬유는 직경이 5~500nm이고 길이가 5~100μm였다. 나노 탄화규소섬유는 나노탄소섬유에 용융된 일산화규소 증기에 의하여 제조되었다. 제조된 복합재는 1000℃의 질소 분위기에서 탄화되었고, 진공상태에서 용융핏치를 함침시켜 치밀화를 수행하였다. 이렇게 제조된 복합재에 대하여 밀도 및 미세구조의 변화를 관찰하였고, 층간전단강도시험을 통해 평가를 수행하였다. 새로운 응용을 위하여, 복합재의 microwave reflection 성질을 관찰하였다. 0.5~18CHz 영역에 걸쳐 유전율과 투자율 스펙트럼을 측정하여 전파전달이론에 기초하여 주파수를 함수로하여 복합재층내에서의 reflection loss (반사감쇄량)을 측정하였다. 또한 TGA를 사용하여 열에 관한 무게 감소를 알고자 하였다. 그 결과로써 나노탄소섬유와 나노탄화규소섬유를 필러로 사용한 복합재가 밀도나 층간전단강도 및, 열에 관하여서도 효과적으로 나왔다. 또한 반사감쇄량은 모두 비슷하게 나왔다. Fabrication of carbon fiber reinforced composite was carride out by hand lay-up method. Carbon nanofibers and SiC nanofibers were used as filler in the composites fabrication. Carbon nanofibers, one of the new carbon materials, have 5∼100nm in diameter and 5∼100nm in length. SiC nanofibers were modified by silicon monoxide vapor with carbon nanofibers. The composites were carbonized at 1000˚C in a nitrogen atmosphere, and then densified by molten pitches impregnated in vaccum. Multiple cycle of liquid pitch impregnation and carbonization were carried out to obtain a desired density. The composites were characterized by density, microstructure. The inter-laminar shear strength (ILSS) test was performed for mechanical properties, and the TGA test was performed for thermal properties. For the new application, the microwave reflective property of composites was investigated. Dielectric constant and permeability spectrum were measured in 0.5 -18GHz frequency ranges. On the basis of the wave propagation theory in a lossy media, the reflection loss from the composite inter-layer was predict as a function of frequency.

나노섬유 웹 기반의 포토볼테익 텍스타일용 투명전극 제조 및 에너지 변환 효율 평가

차수진 연세대학교 일반대학원 2020 국내석사

본 연구에서는 수분산된 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Poly(Styrenesulfonate))와 DMSO(Dimethyl Sulfoxide) 용액을 다양한 부피 비율(10:0, 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, 4:6, 3:7, 2:8)로 혼합하여 PVDF(Poly(Vinylidene Fluoride)) 나노섬유 웹 위에 처리함으로써 텍스타일 기반의 투명전극을 제조하였고, 전기적, 광학, 표면, 화학적 특성 및 성능지수를 평가하였다. 이후, 제조된 시료를 이용하여 포토볼테익 텍스타일을 제작하였고, 광전 효과를 가지는지 확인하고자 에너지 변환 효율을 평가하였다. 이를 통해, PEDOT:PSS/DMSO가 처리된 PVDF 나노섬유 웹이 포토볼테익 텍스타일용 투명전극으로 사용 가능한지 확인하고자 하였다. 이를 위하여 PVDF 나노섬유 웹 위에 다양한 부피 비율(10:0, 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, 4:6, 3:7, 2:8)로 혼합된 PEDOT:PSS와 DMSO 용액을 브러쉬 페인팅(Brush-painting)하였고, 대기 상태에서 70 ℃의 온도로 10분 동안 건조하여 광투과성과 전기전도성이 부여된 시료(P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, P2D8)를 제작하였다. 이후 PE-DOT:PSS와 DMSO 혼합 비율에 따른 시료의 전기적, 광학, 표면, 화학적 특성을 평가하였고, 성능지수를 계산하였다. 이에 따라, P3D7 시료가 가장 우수한 성능지수를 가지는 것으로 나타나, PEDOT:PSS와 DMSO의 부피 비율 3:7이 최적의 혼합 비율 조건임을 도출하였다. 가장 우수한 성능을 보인 P3D7 시료를 이용하여 염료감응 원리를 적용한 포토볼테익 텍스타일로 제작하였고, 에너지 변환 효율을 평가하였다. 이를 통해, PE-DOT:PSS/DMSO가 처리된 PVDF 나노섬유 웹 기반의 투명전극이 포토볼테익 텍스타일로 적용 가능성을 제시하고자 하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 전기적 특성을 평가한 결과, DMSO가 가장 낮은 비율로 혼합된 P9D1 시료가 가장 우수한 전기적 특성을 보였다. 이는 PEDOT:PSS에 DMSO가 첨가됨으로써 절연체인 PSS 층의 일부가 제거되어 전도성 고분자인 PEDOT 입자 간 접촉이 증가함으로써 전기적 특성이 향상된 것이다. 그러나 PEDOT:PSS/DMSO 혼합 용액이 처리된 시료 중, DMSO가 가장 높은 비율로 처리된 P2D8 시료는 오히려 낮은 전기적 특성을 보였다. 이는 DMSO가 너무 높은 비율로 처리될 경우, PEDOT의 입자까지 축출되어 감소하게 되고 그에 따라 PEDOT 입자 간의 거리가 멀어지게 되기 때문이다. 둘째, 광학 특성을 평가한 결과, PEDOT:PSS만 처리된 P10D0 시료는 미처리 PVDF 나노섬유 웹 시료와 유사한 광투과율을 보였다. 반면, DMSO가 혼합된 시료들은 광투과율이 향상되었고, DMSO가 가장 높은 비율로 혼합된 P2D8 시료에는 85.21 %의 최대 광투과율을 보였다. 이는 DMSO 처리에 의해 PVDF 나노섬유 내의 결정구조가 변형되어 결정영역과 비결정영역의 경계가 감소하였고, 그로 인해 난반사가 감소하여 광투과율이 증가한 것이다. 셋째, FE-SEM를 통해 표면 미세 구조를 분석한 결과, PEDOT:PSS만 처리된 P10D0 시료의 경우, 나노섬유 표면에 PEDOT:PSS가 흡착되어 섬유의 굵기가 굵어졌고, 기공을 메우고 있었다. 이를 통해, PVDF 나노섬유 웹에 PEDOT:PSS가 제대로 처리되었음을 확인하였다. 또한, DMSO 혼합 비율이 증가함에 따라 표면의 나노섬유 가닥과 기공이 점차 관찰되지 않았고, 표면이 평활해진 것으로 나타났다. Surface Profiler 분석을 통해 시료의 두께를 측정한 결과, PE-DOT:PSS만 처리한 P10D0 시료보다 PEDOT:PSS/DMSO 혼합 용액이 처리된 시료가 더 얇은 두께를 보였다. 특히 DMSO가 가장 높은 비율로 처리된 P2D8 시료가 가장 얇은 두께를 나타냈다. 이는 DMSO의 혼합 비율이 증가함에 따라 PEDOT과 PSS 입자가 더욱 많이 제거되었기 때문에 두께가 얇아진 것으로 사료된다. AFM 분석을 통해 표면의 입자 형태를 살펴본 결과. DMSO 혼합 비율이 증가할수록 시료 표면에서 PSS 영역이 감소하였고, 그로 인해 PEDOT의 접촉 특성이 향상되면서 코일 구조에서 선상 구조로 상변화가 일어났다. DMSO가 가장 높은 비율로 혼합된 P2D8 시료에서는 PEDOT 영역도 감소하였고, 이는 너무 많은 양의 DMSO가 처리되어 PEDOT 입자도 함께 탈락된 것으로 사료된다. AFM 분석을 통해 표면 거칠기를 측정한 결과, DMSO 비율이 증가할수록 표면 거칠기가 감소하는 경향을 보였고, DMSO가 가장 높은 비율로 처리된 P2D8 시료에서 가장 낮은 표면 거칠기를 보였다. 넷째, 화학적 특성 분석 결과, PEDOT:PSS만 처리된 P10D0 시료는 PVDF 나노섬유 웹과 PEDOT:PSS 용액에서 나타난 피크가 보였고, 이는 PVDF 나노섬유 웹 표면에 PEDOT:PSS가 제대로 처리되었음을 의미한다. DMSO의 혼합 비율이 증가함에 따라 PSS의 S-O Stretching 피크가 점차 사라졌고, 이를 통해 DMSO에 의해 PSS가 제거된 것을 확인하였다. 뿐만 아니라, PEDOT의 작용기인 C-C Stretching과 C=C Stretching 피크 역시 사라지는 것이 관찰되었고, 이는 DMSO 비율이 증가하면서 PEDOT까지 축출된 것으로 사료된다. 또한, DMSO의 비율이 증가할수록 PVDF 나노섬유 웹에 해당하는 α형 결정 피크의 세기가 점차 증가하는 경향을 보였다. 이는 DMSO 처리에 의해 PVDF 나노섬유 내의 구조가 변형되었음을 의미한다. 다섯째, 성능지수 계산 결과, 25 % 이하의 낮은 평균 광투과율을 보이는 시료들은 성능지수가 0으로 나타났고, 64 % 이상의 높은 평균 광투과율을 보이는 시료들은 우수한 성능지수를 보였다. 특히, PEDOT:PSS와 DMSO를 3:7 비율로 혼합한 P3D7 시료가 0.104 x 10-3Ω-1 로 가장 높은 성능지수를 나타냈다. 이를 통해, 투명전극으로서 가장 우수한 성능을 가지는 PEDOT:PSS와 DMSO의 혼합 비율은 3:7임이 도출되었다. 여섯째, 가장 우수한 성능지수를 보이는 P3D7 시료를 사용하여 포토볼테익 텍스타일을 제조하고, 에너지 변환 효율 평가 결과, 0.101 x 10-3 %의 에너지 변환 효율이 나타나 포토볼테익 텍스타일로 적용 가능성이 확인되었다. 또한, 기존의 FTO 투명전극을 사용한 태양전지보다 높은 충진율을 보여, P3D7 시료의 전기적 특성을 개선할 경우 더욱 우수한 에너지 변환 효율을 가질 수 있는 가능성을 나타냈다. 본 연구는 PEDOT:PSS와 DMSO를 다양한 부피 비율로 혼합하고, 이를 PVDF 나노섬유 웹에 처리하여 광투과성과 전기전도성을 가진 투명전극을 제조하였다. PEDOT:PSS와 DMSO 혼합 비율에 따른 시료의 전기적, 광학, 표면, 화학적 특성을 평가하였고, 성능지수를 도출하였다. 또한 가장 우수한 성능을 보이는 시료를 이용하여 포토볼테익 텍스타일을 제작하고, 에너지 변환 효율을 평가함으로써 포토볼테익 텍스타일용 투명전극으로 적용 가능함을 제시하였다. 본 연구의 결과는 포토볼테익 텍스타일을 개발하기 위한 기초 자료가 될 것으로 기대한다. In this study, by mixing PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Poly(Styrenesulfonate)) and DMSO(Dimethyl Sulfoxide) in various volume ratios(10:0, 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, 4:6, 3:7, 2:8) and treating them on the PVDF(Poly(Vinylidene Fluoride)) nanofiber web, textile-based TCEs(Transparent Conducting Electrodes) were fabricated, and their electrical, optical, surface, chemical characteristics and FOM(Figure of Merit) were evaluated. And then, a photovoltaic textile was made using the fabricated specimens, and PCE(Power Conversion Efficiency) of the fabricated photovoltaic textile was evaluated to confirm its photoelectric effect. And, the applicable possibility of PVDF nanofiber web treated with PEDOT:PSS/DMSO as TCEs for photovoltaic textiles was verified. In order to impart electrical conductivity and transparency, the PVDF nanofiber web was treated with PEDOT:PSS dispersion and DMSO solution in various volume ratios(10:0, 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, 4:6, 3:7, 2:8) using a brush-painting method, and dried for 10 minutes at a temperature of 70 ℃ in the atmosphere. The conductive and transparent specimens were prepared and they were named as P10D0, P9D1, P8D2, P7D3, P6D4, P5D5, P4D6, P3D7, and P2D8. The electrical, optical, surface, chemical characteristics of the specimens, according to the ratio of the PEDOT:PSS and DMSO, were evaluated, and the FOM was calculated. Based on the result of the FOM, it was found out that P3D7 was the specimen with the best performance, thus, the optimum ratio of PEDOT:PSS and DMSO was 3:7. Using P3D7, the specimen with the best performance, the dye-sensitized photovoltaic textile was fabricated and the PCE was evaluated. This paper provided clear evidence for the applicable potential of the PEDOT:PSS/DMSO/PVDF nanofiber web based-TCEs as photovoltaic textiles. The results were summarized as follows: First, as a result of the electrical property, P9D1, the specimen treated with the lowest DMSO ratio, showed the lowest sheet resistance. Because the addition of DMSO to PEDOT:PSS resulted in the expulsion of parts of the layers of PSS, and increased contact among the PEDOT particles. However, among the treated specimens, P2D8, the specimen with the highest DMSO ratio, had the highest sheet resistance. The reason was that when treated with an excessive high DMSO ratio, not only the PSS but also the PEDOT particles were expelled as well, and the distance among the PEDOT particles would be further apart. Second, as a result of the optical property, P10D0, the specimen treated only with PEDOT:PSS, showed similar results to untreated PVDF nanofiber web with a maximum light transmittance of 5.70 %. On the other hand, the light transmittance of the specimens treated with PEDOT:PSS and DMSO was improved, especially, P2D8, the specimen with the highest DMSO ratio, showed the highest maximum transmission of 85.21 %. Due to the DMSO treatment, the boundaries between the crystal and amorphous areas were reduced by the deformation of the chemical structure in the PVDF nanofiber, and the irregular reflection was reduced, thus the transmittance was increased. Third, as a result of the FE-SEM analysis of the untreated PVDF nanofiber web, the irregularly entangled nanofibers forming micro-pores were observed. In the case of P10D0, PEDOT:PSS was adsorbed onto the surface of each nanofibers, so the fibers were thickened and the pores were filled. Therefore, it was confirmed that the PEDOT:PSS was properly treated on the PVDF nanofiber web. Also, as the DMSO ratio increased, the nanofibers and pores were gradually disappeared, and the surface of the treated specimens became smoother and more flattened. As a result of the Surface Profiler analysis, the thickness of the specimens treated with PEDOT:PSS/DMSO were thinner than P10D0, the specimen treated only with PEDOT:PSS. Especially, the thickness of P2D8, the specimen treated with the highest DMSO ratio, was the thinnest. The reason was that more PEDOT and PSS particles were expelled and removed as the DMSO was added. As a result of the AFM analysis, the PSS particles were expelled and the PSS region was reduced and the contact among the PEDOT particles increased as the DMSO ratio increased, which caused the phase changes from coiled structure to linear structure. In the case of P2D8, the specimen treated with the highest DMSO ratio, the PEDOT region was reduced as well, which was resulted from the expulsion of the PEDOT particles due to the excessive high DMSO ratio. Also, the result of the AFM analysis showed that the roughness of the specimens decreased as the DMSO ratio was higher, so the roughness value of P2D8 was the lowest. Fourth, as a result of the chemical characteristics, the peaks indicating PVDF and PEDOT:PSS appeared in P10D0, which meant that the PEDOT:PSS was properly treated on the surface of the PVDF nanofiber web. As the ratio of the DMSO increased, the S-O stretching peak of PSS gradually disappeared, which meant that the PSS was expelled and removed by the DMSO. In addition, the C-C stretching and C=C stretching peaks of PEDOT were also observed to disappear, which indicated that not only the PSS but also the PEDOT particles were expelled as well due to the excessive high DMSO ratio. Also, the intensity of the α-phase peak of PVDF nanofiber web tended to increase gradually as the ratio of DMSO increased. This meant that the structure within the PVDF nanofibers was deformed by the DMSO treatment. Fifth, as a result of the FOM, the treated specimens with less than 25 % of average light transmittance showed FOM = 0, and other treated specimens with higher 64 % of average light transmittance showed higher FOM. In particular, P3D7, the specimen treated with 3:7 ratio of PEDOT:PSS and DMSO, had the highest FOM of 0.104 x 10-3Ω-1. Therefore, it confirmed that the specimen showed the best performance as TCEs when the volume ratio of PEDOT:PSS and DMSO was 3:7. Sixth, as a result of the PCE of photovoltaic textile, P3D7 had 0.101 x 10-3 %, which proved the applicability of photovoltaic textile. Due to the high sheet resistance of P3D7, the P3D7 photovoltaic textile had low Short Circuit Current and Circuit Potential. However, the FF(Fill Factor) of the P3D7 photovoltaic textile was higher than the conventional solar cell, which indicated the possibility of having better PCE when the electrical conductivity of the treated specimens were improved. In this study, PVDF nanofiber web was treated with PEDOT:PSS and DMSO mixed in various volume ratios to fabricate TCEs with transparency and electrical conductivity, and according to the ratio of PEDOT:PSS and DMSO, the electrical, optical, surface and chemical characteristics and FOM of the specimens were evaluated. And, using P3D7 with the highest FOM and the best performance, the photovoltaic textile was fabricated, and the PCE was evaluated to suggest that the specimen could be applied as TCEs for photovoltaic textiles. Thus, the results of this study are expected to be a meaningful and significant database for the development of photovoltaic textiles.

Pamidronic acid를 고정화한 titania 나노섬유 부직포의 제조 및 생의학적 응용

신용석 경북대학교 대학원 2012 국내석사

The nanofibers fabricated by using an electrospinning process have often been used for drug delivery system (DDS). DDS should be needed to minimize side effects of drugs, maximize the properties of medicine, and efficiently deliver the required amount of drugs to the diseased area. Titania (TiO2) is used in orthopaedic implants because of its good biocompatibility. Hydroxyapatite (HA) is a well-known and a valuable implant material with biocompatibility and bioactive properties. Bisphosphonates such as pamidronate inhibit osteoclastic activity and reduce bone resorption. In this study, TiO2/HA composite nanofibers with different compositions were prepared by electrospinning their sol precursors of TiO2, HA, and tetraethyl orthosilicate (TEOS) and calcining the as-spun fibers at high temperatures. Pamidronate was then immobilized on the surface of nanofibers using succinic anhydride or poly(ethylene glycol) bis(carboxymethyl) ether as the spacer. The pamidronic acid-conjugated nanofibrous scaffolds were characterized by SEM, TEM, TGA and ESCA. These nanofiber meshes for use as bone scaffolds were assessed by using osteoblasts and osteoclasts in terms of adhesion, proliferation and differentiation.