Stretchable Conductive Adhesives Based on Silicone Rubber/Silver Nanoparticle/Carbon Nanotube Composites

정미주 숭실대학교 대학원 2017 국내석사

Stretchable conductive adhesives are emerging materials due to their potential applications in various fields such as stretchable sensors and actuators. Currently stretchable conductive adhesives have some challenging limitations properties, such as the low electrical conductivity and electromechanical stability because it requires high concentration of fillers for desired electrical conductivity. Recently, depending on the sizes and shapes of filler in stretchable conductive adhesives, the number of contact points between fillers can be effective to reduce contact resistance. In this study, we demonstrate that the electrical conductivity and electromechanical stability of silicone rubber/silver nanocomposites have been improved by adding fillers such as silica particles and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). With 18 vol% of silver nanoparticles, it was found that the electrical percolation network barely formed. When the silica particles increased up to 15 vol%, the electrical resistivity reached 3.0×10-3 Ω·cm, which is similar to the electrical resistivity at the percolation threshold without silica particles. However, the electromechanical stability results show that the silica particle is not an effective candidate for stretchability. With 15 vol% of silica particles, the resistance ratio (R/R0) of composites increased up to 10 at 30% strain. To improve the electromechanical stability, the MWCNTs were added up to 5 wt% in the silicone rubber/silver nanocomposites with 18 vol% of silver nanoparticles and the electrical resistivity showed 5.2×10-2 Ω·cm. Additionally, the nanocomposites with MWCNTs show an improved electromechanical stability. By adding MWCNTs, the resistance ratio increased to 1.8 as the mechanical strain increased to 30%. Also the resistance ratio of the composites with 10%, 20%, and 30% of strain was smaller than 1.5 after 1000 strain cycles. Experimental data show that MWCNTs prompted the electrical conductive network of silver nanoparticles in the composites. The electrical adhesives with 1-dimensional CNT could be utilized in various stretchable electronics. 신축성 있는 전도성 접착제는 신축성 있는 센서 및 액추에이터와 같은 다양한 분야에서 잠재적 인 응용으로 인해 새로운 재료이다. 현재 신축성 있는 전도성 접착제는 원하는 전기 전도성을 위해 고농도의 필러를 필요로 하기 때문에 낮은 전기 전도성 및 전기 기계적 안정성과 같은 몇 가지 어려운 한계를 가지고 있다. 최근에는 신축성 있는 전도성 접착제에서 필러의 크기와 모양에 따라 필러 사이의 접촉점 수가 접촉 저항을 줄이는데 효과적 일 수 있다. 본 연구에서는 실리카 입자 및 다중 벽 탄소나노튜브 (MWCNT)와 같은 충전제를 첨가하여 실리콘 고무 /은 나노 복합체의 전기 전도성 및 전기 기계적 안정성이 향상되었음을 입증했다. 18 vol %의 은 나노 입자로 전기 퍼콜레이션 네트워크가 거의 형성되지 않았다. 실리카 입자가 15 vol %까지 증가 할 때, 전기 저항은 3.0 x 10-3 Ω·cm에 이르렀으며 이는 실리카 입자가 없는 퍼콜레이션 역치에서의 전기 저항률과 유사하다. 실리카 입자가 15 vol % 인 경우, 복합 재료의 저항 비 (R / R0)는 30 % 변형에서 10까지 증가했다. 전자 기계적 안정성을 향상시키기 위해 은 나노 입자 18vol %를 함유 한 실리콘 고무 /은 나노 복합체에 MWCNT를 5 wt%까지 첨가하였으며 전기 저항은 5.2 × 10-2 Ω·cm이었다. 또한, MWCNT를 갖는 나노 복합체는 개선 된 전기 기계적 안정성을 나타낸다. MWCNT를 첨가함으로써 기계적 변형이 30 %로 증가함에 따라 저항 비는 1.8로 증가했다. 또한 변형률이 10 %, 20 %, 30 % 인 복합 재료의 저항 비는 1000 변형 사이클 후에 1.5보다 작다. 실험 데이터는 MWCNT가 복합재료에서 은 나노 입자의 전기 전도 네트워크를 촉진한다는 것을 보여준다. 1 차원 CNT가있는 전기 접착제는 다양한 신축성 전자 제품에 활용 될 수 있다.

붕소 도핑된 그래핀/ 탄소섬유 복합체의 제조 및 CV 특성 연구 : 슈퍼캐패시터를 위한 붕소 도핑된 그래핀/ 탄소섬유 복합체에 코팅된 폴리피롤의 분석

심유경 숭실대학교 대학원 2013 국내석사

To improve electrode properties of electrical double-layer capacitor(EDLC), carbon material composites prepared using activated carbon fiber and graphene. First, Boron atoms are doped into graphene for high electrical conductivity and increasing energy density. Forming boron doped graphene (BRGO) via a catalyst free thermal annealing approach in the presence of boron trioxide. Then, BRGO was dissolved in N,N-dimethylformamide and that was dispersed by ultrasonication. Dispersed BRGO and polyacrylonitrile(PAN) were mixed before electrospinning. BRGO/carbon fiber composites (BRGO/CF) were synthesized by using electrospinning followed by heat treatment. Lastly, in order to improve the redox reaction of electrode, BRGO/CF coated with electrically conducting polymer such as polypyrrole using chemical polymerization. Successful boron atoms doping into graphene has been identified by XPS. And, the microstructure and morphology of the obtained BRGO/CF was characterized using TEM, SEM. XRD measurements were also carried out to determine the structure of composites. Electrical conductivity of BRGO/CF enhanced compared to initial carbon fiber about 100 times from 0.0006S/cm to 0.096S/cm. Then, BRGO/CF with varying BRGO contents of 2.5% was the best conductivity with 0.196S/cm. Capacity of composites were evaluated in initial charge-discharge curve using cyclic voltammetry equipment. As a result, capacity of BRGO/CF was increased than carbon fiber from 1.3 C/cm² to 3.25 C/cm². Then, BRGO/CF with varying BRGO contents of 2.5% was the best capacity with 2.43C/cm². Capacity of BRGO/CF coated with polypyrrole indicated with BRGO-2.5/CF likewise. In report, coating of polypyrrole not affected for capacity betterment. 전기 이중층 캐패시터의 전극성능 향상을 위해, 활성 탄소 섬유과 그래핀을 이용하여 탄소물질 복합체를 제조하였다. 먼저 높은 전기전도도와 증가된 에너지 밀도를 위해 그래핀에 붕소를 도핑하였다. 붕소가 도핑된 그래핀은 보론 트리옥사이드와 열처리를 통해 만들어졌다. 그리고 N.N-dimethylformamide 용매와 붕소가 도핑된 그래핀을 소니케이션을 통해 분산시켰다. 분산된 붕소가 도핑된 그래핀을 다시 Polyacrylonitrile과 혼합하여 전기방사와 열처리를 통해 붕소 도핑된 그래핀/ 탄소섬유 복합체를 제조하였다. 마지막으로, 전극의 산화환원반응의 활성화를 위해 붕소 도핑된 그래핀/ 탄소섬유 복합체에 전도성 고분자인 폴리피롤을 중합하였다. 성공적으로 그래핀에 도핑된 붕소의 존재는 XPS 분석을 통해 확인할 수 있었다. 또한 복합체의 모폴로지와 마이크로 구조는 TEM과 SEM을 통해 관찰하였다. XRD 분석으로는 복합체의 구조변화를 측정하였다. 복합체의 전기전도성은 순수한 탄소섬유와 비교하여 0.0006S/cm에서 0.096S/cm로 100배정도 증가하였다. 그리고 복합체에 함유된 붕소 도핑된 그래핀의 양이 2.5%일 때, 0.196S/cm로 가장 좋은 전도도를 보였다. 복합체의 전하량은 CV 장비를 통해 충‧방전 그래프를 이용해 측정하였다. 그 결과, 복합체의 전하량은 탄소섬유보다 1.3 C/cm²에서 3.25C/cm²로 향상되었다. 그리고 복합체에 함유된 붕소 도핑된 그래핀의 양이 2.5%일 때, 2.43C/cm²로 가장 좋은 전하량을 보였다. 폴리피롤이 코팅된 복합체의 전하량은 2.5%의 붕소 도핑된 그래핀이 함유된 복합체와 비슷한 결과를 보였다. 따라서 이 실험에서 폴리피롤의 코팅은 전하량 향상에 효과가 없었다.

화학적으로 개질된 그래핀과 폴리티오펜 나노복합체 제조 및 특성 : 동시중합법에 의해서 제조된 질소 도핑된 그래핀과 폴리티오펜 나노복합체에 대한 연구

배호진 숭실대학교 대학원 2013 국내석사

폴리티오펜은 대표적인 전도성 고분자로써 우수한 전기전도도와 환경적 안정성을 가지며 슈퍼캐패시터, 배터리의 전극소재를 포함한 여러 분야에서 응용이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그래핀은 탄소 원소가 이차원 평면으로 배열된 화학적 구조를 가지며 그러한 독특한 구조로 인해 뛰어난 전기적, 기계적 특성 및 열적 안정성을 나타내어 상당한 관심을 받고 있다. 슈퍼캐패시터는 이차전지에 비해 높은 출력밀도를 가지고 콘덴서에 비해 높은 에너지 밀도를 갖는 반영구적인 저장장치로서 새로운 에너지 저장원으로 각광받고 있다. 본 논문에서는 슈퍼캐패시터 종류인 의사캐패시터용 전극 소재로 사용될 수 있는 전도성 고분자와 탄소 계열의 복합소재의 구조적 및 전기화학적 특성에 대해 연구하였다. 전도성 고분자는 폴리티오펜을 사용하였으며, 기존의 그래핀에 질소를 도핑 함으로써 그래핀보다 전기적 특성이 향상된 탄소 계열 물질을 첨가하여 복합재료를 준비하였다. 제조 된 시료는 모폴로지 및 화학적 구조 분석 그리고 전기화학적 분석을 통해 특성 확인을 하였다. 먼저 질소가 도핑 된 그래핀의 경우 XPS분석 결과 6 % 정도의 질소가 그래핀 내에 도핑 되었고 도핑 후 그래핀의 전기전도도가 3.57E-3 S/cm에서 1.6E-2 S/cm로 증가하였다. 폴리티오펜/질소가 도핑 된 그래핀의 복합체는 SEM, TEM 그리고 XPS분석 결과로 동시중합법으로 성공적으로 복합체가 제조됨을 관찰하였다. 전기화학적 분석 결과 폴리티오펜/질소가 도핑 된 그래핀 복합체의 전기전도도가 2.0E-5 S/cm로 기존 폴리티오펜/그래핀 복합체(3.3E-6 S/cm)보다 향상되었다. Polythiophene, a representative conducting polymer, has high electrical conductivity and environmental stability. It is used as electrode materials for supercapacitor.Graphene has the chemical structure consisting oftwo-dimensionallayerofcarbon atoms,and haveattractedconsiderableinterestduetotheextraordinary electrical and mechanical properties arising from its unique structure. Supercapacitors have been extensively explored and become a promising technique to various energy storage applications,due to their high power densities,energy densities and long-term cycling stability.In thisstudy,compositesofconducting polymerandcarbon materials using forelectrodematerials ofpseudocapacitorhave been prepared and investigated.Morphology was characterized by SEM and TEM.Chemicalstructure and electrochemicalproperties were investigated by XPS,XRD,RAMAN and Cyclic Voltammetry.XPS spectrum analysis shows thatthe atomic percentage ofnitrogen in doped graphenesamples can beadjusted up to 6 %.Afternitrogen doping process,electricalconductivity of graphene increased from 3.57E-3S/cm to1.6E-2S/cm.Polythiophene/nitrogendopedgraphene composites were synthesized by in-situ polymerization. Electrical conductivity of polythiophene/nitrogen doped graphene composites (2.0E-5 S/cm) more improved than that of polythiophene/graphene composites(3.3E-6S/cm).

전기분무를 이용한 TEMPO 말단 폴리스타이렌/카본 블랙 복합체 미립입자 제조 : 없음

황홍구 숭실대학교 일반대학원 2009 국내석사

전기방사에 의한 전도성고분자와 탄소나노튜브 복합체 나노섬유에 대한 연구

이광훈 숭실대학교 대학원 2008 국내석사

본 연구에서는 용액전기방사법으로 다중벽 탄소나노튜브(Muliti-walled carbon nanotube, MWNT)를 함유하는 PEDOT:PSS/PVP 나노섬유를 제조하였다. 또한 MWNT 첨가에 따른 전기방사 조건이 PEDOT:PSS/PVP 나노섬유의 형상 및 섬유의 전기적 특성에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 다중벽 탄소나노튜브를 질산과 황산 혼합액을 이용하여 정제를 하여탄소나노튜브 표면에 카르복실기로 기능화 하였다. 카르복실기로 기능화된 다중벽 탄소나노튜브의 고분자 내에서의 분산도를 향상시키기 위해 PEG으로 치환하였다. PEG로 기능화된 탄소나노튜브를 용매에 용해된 PEDOT:PSS 에 초음파를 사용하여 분산시킨 후 전기방사공정을 통해 나노크기의 섬유를 제조하였다. 그 결과 PEDOT:PSS/PVP/MWNT 나노섬유의 직경은 탄소나노튜브의 농도가 증가함에 따라 감소하였으며 섬유의 표면은 거칠어 졌다. 이는 탄소나노튜브의 높은 전기전도성에 기인한다. 또한 PEDOT:PSS 농도가 증가함에 따라 PEDOT:PSS/PVP/MWNT 섬유의 전기전도도가 증가하는 결과를 보였다. The study has focused on preparing PEDOT:PSS/PVP nanofibers including modified multi-walled carbon nanotube(mMWNT) by solution electrospinning process. the effect of various concentration of MWNT on the morphology and electrical conductivities of PEDOT:PSS/PVP nanofiber were experimentally studied. Purified MWNT were treated with a mixture of H2SO4/HNO3 to introduce carboxyl groups onto the MWNT surface. To enhance the disperion of MWNT, carboxylic groups were substituted in the reaction with PEG group. Nanofibers were prepared by electrospinning, the solution that mixed with PEDOT:PSS and PEG fuctionalized MWNTs in water and dispered with ultrasonication. AS a result, the diameters of PEDOT:PSS/PVP/MWNTs nanofibers decreased with increasing MWNT concentration, which was attributed to the enhanced electrical conductivity of the polymer solution at high MWNT concentration. The higher is the PEDOT:PSS content the higher is the electrical conductivity as PEDOT:PSS polymer is the predominant factor of conductivity.

A Study on the Transparent Conducting Hybrid Film of Metallic SWCNT and Graphene : . = Metallic SWCNT와 Graphene으로 구성된 투명 전도성 복합필름에 관한 연구

이광훈 숭실대학교 2012 국내박사