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Composites Research(구 한국복합재료학회지)검색


  • - 주제 : 공학분야 > 재료공학
  • - 성격 : 학술지
  • - 간기: 격월
  • - 국내 등재 : KCI 등재
  • - 해외 등재 : -
  • - ISSN : 2288-2103
  • - 간행물명 변경 사항 :
논문제목
수록 범위 : 29권 4호 (2016)

용매를 이용한 에폭시 희석 조건이 CNT 에폭시 복합재료 내 CNT 분산도에 미치는 영향

권동준 ( Dong-jun Kwon ) , 신평수 ( Pyeong-su Shin ) , 김종현 ( Jong-hyun Kim ) , 이형익 ( Hyung-ik Lee ) , 박종규 ( Jong-kyoo Park ) , 박종만 ( Joung-man Park )
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탄소나노튜브(CNT)에 에폭시를 혼합시킬 경우, 에폭시를 희석시키게 된다. 본 연구에서는 에폭시 희석 조건이 CNT 분산도에 미치는 영향을 분석한 결과이다. 사용된 아세톤, DMF에 대한 희석방법이 에폭시 수지에 미치는 영향을, 기계적 강도 및 용해도로 확인하여 최적의 용매 조건을 선정하였다. 아세톤의 경우가 DMF보다 용해도 분산결과가 우수하였고, 기계적 강도가 높은 에폭시 수지 경화상태를 확인했다. CNT 입자를 혼합시키는 과정을 총 4가지 조건으로 실시하였다. 희석 및 분산 순서에 따른 영향을 확인하기 위해 전기저항 측정법과 빛 투과 분산도 평가방법으로 CNT 에폭시의 분산상태를 조사하였다. 기계적 물성 평가와 DSC를 이용한 열분석 방법으로 최적의 분산 조건을 구하였다. CNT를 분산시킨 4가지 중에서, 에폭시와 경화제를 각각 희석시킨 후 나노입 자를 분산시키는 경우가 우수한 분산 결과를 나타내었다.

Preparation of Nitrogen-doped Carbon Nanowire Arrays by Carbonization of Mussel-inspired Polydopamine

( Youngseok Oh ) , ( Jea Uk Lee ) , ( Wonoh Lee )
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Based on mussel-inspired polydopamine (PDA), a novel technique to fabricate carbon nanowire (CNW) arrays is presented for a possible use of porous carbon electrode in electrochemical energy storage applications. PDA can give more porosity and nitrogen-doping effect to carbon electrodes, since it has high graphitic carbon yield characteristic and rich amine functionalities. Using such outstanding properties, the applicability of PDA for electrochemical energy storage devices was investigated. To achieve this, the decoration of the CNW arrays on carbon fiber surface was performed to increase the surface area for storage of electrical charge and the chemical active sites. Here, zinc oxide (ZnO) nanowire (NW) arrays were hydrothermally grown on the carbon fiber surface and then, PDA was coated on ZnO NWs. Finally, high temperature annealing was performed to carbonize PDA coating layers. For higher energy density, manganese oxide (MnOx) nanoparticles (NPs), were deposited on the carbonized PDA NW arrays. The enlarged surface area induced by carbon nanowire arrays led to a 4.7-fold enhancement in areal capacitance compared to that of bare carbon fibers. The capacitance of nanowire-decorated electrodes reached up to 105.7 mF/cm2, which is 59 times higher than that of pristine carbon fibers.

전자파 차폐용 하이브리드 탄소나노물질

이시화 ( Si-hwa Lee ) , 오일권 ( Il-kwon Oh )
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최근 유해한 전자파 문제에 대응하여 사용되는 전자파 차폐 물질에 대한 관심이 대두되고 있다. 우선, 전통적으로 사용되는 전도성이 높은 금속 기반 물질들이 있지만, 무겁고 부식성에 대한 한계가 있기에 이를 극복할수 있는, 가볍고 기계적 강도가 우수하고, 부식에 대한 내구성이 있으며 전기 전도성이 높은 탄소계 물질들이 대 두되었다. 탄소계 물질을 phase별로 나누어, 그래핀, CNT와 같은 1-phase 단일계 탄소계 물질부터 단일계 탄소물 질에 금속이 추가되거나, 서로 다른 탄소계 물질이 혼합된 2-phase 탄소계 물질, 서로 다른 탄소계 물질에 기능성 금속이 추가된 3-phase 탄소계 물질순으로 각각의 특징을 소개하였다.

하이브리드 습식 공정을 통한 PVDF 섬유의 제조 및 특성에 관한 연구

정건 ( Kun Jeong ) , 김성수 ( Seong-su Kim )
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Polyvinylidene fluoride (PVDF)는 압전성을 나타내는 대표적인 고분자로 1960년대부터 많은 연구가 진행되어 왔다. PVDF는 반결정의 고분자로써 5가지의 결정 구조(α, β, γ, δ, 그리고 ε형)로 구성되어 있다. α형과 δ형 결정은 전기적으로 반응하지 않는 무극성 결정구조이나 β형, γ형 그리고 ε형은 전기적으로 반응하는 극성 결정구조이다. 그 중에서도 β형 결정구조는 트랜스 형 분자 쇄가 평행으로 충진 된 형태로서 PVDF 단위체가 갖는 영구 쌍 극자가 모두 한 방향으로 배열되어 있는 구조이기 때문에 자발 분극이 커지게 되고 압전성을 나타내게 된다. 일반적으로 β형 결정구조는 연신을 통한 α형 결정구조의 변환을 통하여 얻을 수 있고, 연신 후 후처리 공정을 통해 그 양을 증가시킬 수 있다. 습식방사로 제조된 PVDF 섬유는 응고욕에서 극성 용매의 확산 메커니즘에 의해 β형 결정구조가 형성되는 장점을 가지고 있지만 극성 용매가 빠져나감과 동시에 섬유 고화가 진행되기 때문에 용매의 확산 경로가 섬유 내부 기공으로 남게 되는 단점을 가지고 있다. 이 기공은 폴링(Poling) 공정에서 전기장에 의한 분극을 방해하여 그 효과를 감소시키는 역할을 한다. 또한, PVDF 섬유가 압전 특성을 필요로 하는 응용분야에 사용되기 위해서는 섬유 가공 후에 전극이 반드시 부착되어야 하는데 섬유 형태로 제조된 PVDF에 전극을 형성 하기는 매우 어렵다. 본 연구에서는 압전성을 갖는 PVDF 섬유를 습식 방사와 건식 방사의 혼합 공정으로 제조하여 기공 문제를 해결하였고, 전극이 섬유 내부에 삽입된 Core/Shell 형태의 PVDF 섬유를 제조하여 까다로운 전극 형성 문제를 해결하였다.

다공성 니켈 나노 구조체를 이용한 3차원 그래핀의 합성

송우석 ( Wooseok Song ) , 명성 ( Sung Myung ) , 이선숙 ( Sun Sook Lee ) , 임종선 ( Jongsun Lim ) , 안기석 ( Ki-seok An )
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그래핀은 저차원 구조에서 기인하는 우수한 특성으로 인해 슈퍼커패시터의 전극소재로 응용이 가능한 소재이다. 본 연구에서는 2차원 구조인 그래핀의 비 표면적 향상을 위해 다공성 니켈 나노구조체 표면에 열 화학기 상증착법과 마이크로웨이브 플라즈마 화학기상증착법을 이용하여 3차원의 그래핀을 합성하였다. 주사전자현미경, 라만 분광법, X-선 광전자 분광법을 통해 합성된 그래핀의 구조적, 화학적 특성을 분석한 결과, 3차원 구조의 우수한 결정성을 지니는 다중층 그래핀이 다양한 기판 위에 합성된 것을 확인할 수 있었다.

전자빔 조사에 의한 유리상 탄소에서의 구조적 변화와 열전 성능의 상관관계

오인선 ( Inseon Oh ) , 조준현 ( Junhyeon Jo ) , 안기석 ( Ki-seok An ) , 유정우 ( Jung-woo Yoo )
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유리상 탄소는 열적으로 안정하고, 화학적 반응성이 매우 낮으며, 다양한 크기로 제작이 가능하고, 전기적 저항 또한 낮아서 다양한 극한 환경에서 사용 가능하다. 이 논문에서는 전자빔 조사가 유리상 탄소 박막의 구조 변화에 미치는 영향과 그에 따른 열전효과 변화에 대해 연구하였다. 라만 분광 특성 분석을 바탕으로 유리상 탄소 박막에 전자빔 조사에 따라 결정화 또는 비정질화가 일어나는 것을 확인하였다. 또한, 이러한 결정변화가 유리상 탄소 박막의 자유전자 도핑 농도의 변화시키며 그에 따른 제백 상수나 전기적 전도도의 변화도 확인하였다. 전자빔 조사로 인하여 유리상 탄소의 열전파워 펙터가 최대 200%까지 향상되는 것을 보여 주었다.

고강도, 고강성, 그리고 유연한 탄소나노튜브 버키페이퍼-폴리우레탄 나노복합체

하유미 ( Yu-mi Ha ) , 임다운 ( Da-un Lim ) , 김융암 ( Yoong Ahm Kim ) , 정용채 ( Yong Chae Jung )
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본 연구에서는 습식초지법을 이용하여 탄소나노튜브 버키페이퍼를 제조하고 고강도, 고강성 그리고 유연성을 증대시키기 위하여 폴리우레탄(PU)의 점도를 조절하여 코팅제조한 후 기계적 특성에 미치는 영향에 대하여 살펴보았다. Raman, TGA, PL, SEM, TEM 그리고 Tensile test을 이용하여 SWNTs, SWNTs-buckypaper(SWNTs-BP), 그리고 SWNTs-BP/PU 나노복합필름에 대한 구조 및 물성을 평가하였으며 복합필름단면은 전계방사 주사전자현미경(FE-SEM)을 사용하여 관찰한 후 물성증대원인을 해석하였다. 특히, 5 wt%의 PU 용액으로 코팅할 때 튜브간의 계면 접착력 증가로 최종 물성향상에 기여하였다. 최종적으로 이러한 구조적인 특성을 이용할 경우 초경량, 고강도 나노복합소재를 제조하는데 기여할 것으로 기대된다.

Development of Cobalt Sulfide-graphene Composite for Supercapacitor Applications

( Milan Jana ) , ( Pranab Samanta ) , ( Naresh Chandra Murmu ) , ( Nam Hoon Kim ) , ( Tapas Kuila ) , ( Joong Hee Lee )
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Co9S8/reduced graphene (CSRG) has been prepared by a facile two step hydrothermal method and used as a supercapacitor electrode material. It is anticipated that the Co9S8 and reduced graphene oxide (RGO) would serve as a spacer material to each other to stop the agglomeration and simultaneous contribution of electrical double layer capacitance (RGO) and pseudocapacitance (Co9S8) would provide high electrochemical properties. The chemical analysis has been done by Fourier transform infrared spectroscopy and the morphology is characterised by field emission scanning electron microscopy. CSRG shows a high electrical conductivity of 98 S m-1. The symmetric supercapacitor shows a specific capacitance of ~728 F g-1 with a current density of 2 A g-1. CSRG also showed an energy density of 25.2 Wh kg-1 with a power density of 1000 W kg-1.

Enhanced Mechanical Properties of Functionalized Graphene Oxide/linear Low Density Polyethylene Composites Prepared by Melt Mixing

( Suman Chhetri ) , ( Pranab Samanta ) , ( Naresh Chandra Murmu ) , ( Tapas Kuila ) , ( Joong Hee Lee )
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Graphene oxide (GO) was concurrently reduced and functionalized using long alkyl chain dodecyl amine (DA). The DA functionalized GO (DA-G) was assumed to disperse homogenously in linear low density polyethylene (LLDPE). Subsequently, DA-G was used to fabricate DA-G/LLDPE composites by melt mixing technique. Fourier transform infrared spectra analysis was performed to ascertain the simultaneous reduction and functionlization of GO. Field emission scanning electron microscopy analysis was performed to ensure the homogenous distribution and dispersion of DA-G in LLDPE matrix. The enhanced storage modulus value of the composites validates the homogenous dispersion of DA-G and its good interfacial interaction with LLDPE matrix. An increased in tensile strength value by ~ 64% also confirms the generation of good interface between the two constituents, through which efficient load transfer is possible. However, no significant improvement in glass transition temperature was observed. This simple technique of fabricating LLDPE composites following industrially viable melt mixing procedure could be realizable to developed mechanically strong graphene based LLDPE composites for future applications.

Self Charging Sulfanilic Acid Azocromotrop/Reduced Graphene Oxide Decorated Nickel Oxide/Iron Oxide Solar Supercapacitor for Energy Storage Application

( Sanjit Saha ) , ( Milan Jana ) , ( Pranab Samanta ) , ( Naresh Chandra Murmu ) , ( Joong Hee Lee ) , ( Tapas Kuila )
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A self-charging supercapacitor is constructed through simple integration of the energy storage and photo exited materials at the photo electrode. The large band gap of NiO//Fe3O4 heterostructure generates photo electron at the photo electrode and store the charges through redox mechanism at the counter electrode. Sulfanilic acid azocromotrop/reduced graphene oxide layer at the photo electrode trapped the photo generated hole and store the charge by forming double layer. The solar supercapacitor device is charged within 400 s up to 0.5 V and exhibited a high specific capacitance of ~908 F/g against 1.5 A/g load. The solar illuminated supercapacitor shows a high energy and power density of 33.4 Wh/kg and 385 W/kg along with a very low relaxation time of ~15 ms ensuring the utility of the self charging device in the various field of energy storage and optoelectronic application.
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