주상실험을 통한 다중벽 탄소나노튜브의 매립지 점토차수층 유출 가능성 분석

이영수,김재영 한국폐기물자원순환학회 2014 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2014 No.11

나노물질의 사용은 계속 증가하는 추세이며, 이로 인해 나노물질이 환경 내에서 미치는 영향에 대한 관심이 많아지고 있다. 다양한 나노물질들 중 탄소나노튜브(Carbon nanotubes, CNTs)는 반도체, 배터리, 스포츠용품 등 다양하게 활용되고 있는 대표적인 탄소계 나노물질로, 현재로서는 특별한 배출 기준이 없는 실정이다. 탄소나노튜브는 분산되어 자연계로 유출될 수 있으며, 특히 대부분이 매립으로 최종 처분될 가능성이 높아 매립지내 유출가능성에 대한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 주상실험(Column test)을 통해 매립지 점토차수층에서의 유출을 모사하여 탄소나노튜브의 거동을 연구하였다. 점토차수층은 수도권매립지에서 사용하고 있는 원지반토를 이용하였다. 다짐시험을 통해 원지반토의 최적함 수율을 구한 후, 이를 컬럼 내부에 3 cm 깊이로 다짐하여 점토차수층을 모사하였다. 탄소나노튜브를 이용하여 주상실험을 진행하기 이전에 증류수를 이용해 컬럼을 안정화하였으며, 안정화된 후의 투수계수는 7.95×10-7 cm/sec로 매립지 점토차수층 기준인 10-7 cm/sec이하보다는 다소 높은 값이었다. 탄소나노튜브는 2.5-3 mg/L의 농도로 제조된 분산액을 이용하였으며, 탄소나노튜브의 농도 측정에는 UV-vis (Optizen 2120UV, Mecasys)를 이용하였다. 추가적으로 pH의 변화에 따른 탄소나노튜브의 유출영향을 분석하기 위해 분산액의 pH를 5-8의 중성범위로 조절하여 약 10 PV (pore volume)의 분산액을 통과시키면서 유출되는 탄소나노튜브의 농도를 측정하였다. 8일(10 pore volume에 해당)동안 진행된 실험에서 점토차수층을 통해 파과(breakthrough)된 다중벽 탄소나노튜브는 관찰되지 않았으며, 본 실험의 pH 조절 범위 내에서는 다중벽 탄소나노튜브의 파과가 관찰되지 않았다. 실험이 종료된 후 컬럼을 해체하여 점토차수층 시료를 관찰한 결과, 탄소나노튜브가 차수층 상부에 누적되어 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 탄소나노튜브가 점토차수층을 통과하지 못하였으나, 점토차수층에서의 나노물질 차단을 정확히 검증하기 위해서는 유기물의 존재, 나노물질의 형태 등에 따른 유출 여부 연구가 추가적으로 필요할 것으로 생각된다.

주상실험을 통한 다중벽 탄소나노튜브의 매립지 점토차수층 유출 가능성 분석

이영수,김재영 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2014 No.-

나노물질의 사용은 계속 증가하는 추세이며, 이로 인해 나노물질이 환경 내에서 미치는 영향에 대한 관심이 많아지고 있다. 다양한 나노물질들 중 탄소나노튜브(Carbon nanotubes, CNTs)는 반도체, 배터리, 스포츠용품 등 다양하게 활용되고 있는 대표적인 탄소계 나노물질로, 현재로서는 특별한 배출 기준이 없는 실정이다. 탄소나노튜브는 분산되어 자연계로 유출될 수 있으며, 특히 대부분이 매립으로 최종 처분될 가능성이 높아 매립지내 유출가능성에 대한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 주상실험(Column test)을 통해 매립지 점토차수층에서의 유출을 모사하여 탄소나노튜브의 거동을 연구하였다. 점토차수층은 수도권매립지에서 사용하고 있는 원지반토를 이용하였다. 다짐시험을 통해 원지반토의 최적함 수율을 구한 후, 이를 컬럼 내부에 3 cm 깊이로 다짐하여 점토차수층을 모사하였다. 탄소나노튜브를 이용하여 주상실험을 진행하기 이전에 증류수를 이용해 컬럼을 안정화하였으며, 안정화된 후의 투수계수는 7.95×10^-7 cm/sec로 매립지 점토차수층 기준인 10^-7 cm/sec이하보다는 다소 높은 값이었다. 탄소나노튜브는 2.5-3 mg/L의 농도로 제조된 분산액을 이용하였으며, 탄소나노튜브의 농도 측정에는 UV-vis (Optizen 2120UV, Mecasys)를 이용하였다. 추가적으로 pH의 변화에 따른 탄소나노튜브의 유출영향을 분석하기 위해 분산액의 pH를 5-8의 중성범위로 조절하여 약 10 PV (pore volume)의 분산액을 통과시키면서 유출되는 탄소나노튜브의 농도를 측정하였다. 8일(10 pore volume에 해당)동안 진행된 실험에서 점토차수층을 통해 파과(breakthrough)된 다중벽 탄소나노튜브는 관찰되지 않았으며, 본 실험의 pH 조절 범위 내에서는 다중벽 탄소나노튜브의 파과가 관찰되지 않았다. 실험이 종료된 후 컬럼을 해체하여 점토차수층 시료를 관찰한 결과, 탄소나노튜브가 차수층 상부에 누적되어 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 탄소나노튜브가 점토차수층을 통과하지 못하였으나, 점토 차수층에서의 나노물질 차단을 정확히 검증하기 위해서는 유기물의 존재, 나노물질의 형태 등에 따른 유출 여부 연구가 추가적으로 필요할 것으로 생각된다. 사사: 본 연구는 환경부의 폐자원에너지화 전문인력양성사업에서 지원받았으며, 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임(No. 2013R1A1A2011087)

THF-탄소나노튜브 나노유체를 이용한 메탄 하이드레이트 제조

박성식(Park, SungSeek),안응진(An, EoungJin),김남진(Kim, NamJin) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

본 연구에서는 THF(Tetrahydrofuran)와 산화탄소나노튜브를 혼합한 유체가 메탄 하이드레이트 생성에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 하이드레이트 생성실험을 수행하고 비교분석하였다. 먼저 하이드레이트 생성 시 정확히 큰 동공에 하나의 THF 분자를 위치시킬 수 있는 5.56 mol%의 THF 혼합유체와 0.003 wt%의 산화 탄소나노튜브를 첨가한 산화탄소나노유체에서 하이드레이트 생성실험을 수행한 결과 같은 과냉도에서 상평형은 THF가 우수하였으며, 하이드레이트 생성에 소모되는 가스소모량은 산화탄소나노튜브가 월등히 우수한 효과를 보였다. 따라서 이 두 종류 촉진제의 단점을 보완하고, 우수한 효과를 이끌어 내기 위해 THF와 산화탄소나노튜브를 혼합하였다. 0.003 wt%의 산화탄소나노유체에 5.56 mol%의 THF를 혼합하였으며, 하이드레이트 상평형, 가스소모량, 생성시간을 측정하여 증류수와 THF, 산화탄소나노유체와 비교하였다. 그 결과, THF+산화탄소나노튜브 혼합유체의 상평형은 THF의 상평형과 비슷하였으고, 과냉도 3.4K에서의 가스소모량은 산화나노유체가 증류수의 3.6배, THF가 증류수의 1.7배, THF+산화탄소나노튜브 혼합유체가 증류수의 5.2배로 THF+산화탄소나노튜브 혼합유체에서 가스소모량이 가장 높음을 알 수 있었다. 또한 하이드레이트 생성시간은 같은 과냉도에서 THF+산화탄소나노튜브 혼합유체가 THF보다 빠르며, 산화탄소나노유체의 하이드레이트 생성시간과 비슷함을 보였다. 따라서 THF+산화탄소나노튜브 혼합유체는 THF의 우수한 상평형 효과와 탄소나노튜브의 높은 가스소모량 효과를 같이 가지고 있음을 확인하였다.

주상실험을 통한 다중벽 탄소나노튜브의 매립지 점토차수층 유출 가능성 분석

이영수,김재영 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2014 No.2

나노물질의 사용은 계속 증가하는 추세이며, 이로 인해 나노물질이 환경 내에서 미치는 영향에 대한 관심이 많아지고 있다. 다양한 나노물질들 중 탄소나노튜브 (Carbon nanotubes, CNTs)는 반도체, 배터리, 스포츠용품 등 다양하게 활용되고 있는 대표적인 탄소계 나노물질로, 현재로서는 특별한 배출 기준이 없는 실정이다. 탄소나노튜브는 분산되어 자연계로 유출될 수 있으며, 특히 대부분이 매립으로 최종 처분될 가능성이 높아 매립지 내 유출가능성에 대한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 주상실험(Column test)을 통해 매립지 점토차수층에서의 유출을 모사하여 탄소나노튜브의 거동을 연구하였다. 점토차수층은 수도권매립지에서 사용하고 있는 원지반토를 이용하였다. 다짐시험을 통해 원지반토의 최적함 수율을 구한 후, 이를 컬럼 내부에 3 cm 깊이로 다짐하여 점토차수층을 모사하였다. 탄소나노튜브를 이용하여 주상실험을 진행하기 이전에 증류수를 이용해 컬럼을 안정화하였으며, 안정화된 후의 투수계수는 7.95×10^-7 cm/sec로 매립지 점토차수층 기준인 10^-7 cm/sec이하보다는 다소 높은 값이었다. 탄소나노튜브는 2.5-3 mg/L의 농도로 제조된 분산액을 이용하였으며, 탄소나노튜브의 농도 측정에는 UV-vis (Optizen 2120UV, Mecasys)를 이용하였다. 추가적으로 pH의 변화에 따른 탄소나노튜브의 유출영향을 분석하기 위해 분산액의 pH를 5-8의 중성범위로 조절하여 약 10 PV (pore volume)의 분산액을 통과시키면서 유출되는 탄소나노튜브의 농도를 측정하였다. 8일(10 pore volume에 해당)동안 진행된 실험에서 점토차수층을 통해 파과(breakthrough)된 다중벽 탄소나노튜브는 관찰되지 않았으며, 본 실험의 pH 조절 범위 내에서는 다중벽 탄소나노튜브의 파과가 관찰되지 않았다. 실험이 종료된 후 컬럼을 해체하여 점토차수층 시료를 관찰한 결과, 탄소나노튜브가 차수층 상부에 누적되어 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 탄소나노튜브가 점토차수층을 통과하지 못하였으나, 점토 차수층에서의 나노물질 차단을 정확히 검증하기 위해서는 유기물의 존재, 나노물질의 형태 등에 따른 유출 여부 연구가 추가적으로 필요할 것으로 생각된다.

탄소나노튜브 연속화 공정이 제거된 유사 탄소나노튜브 매트 혼입 저가 방열복합시트 제조기술

김성륜,노예지 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.0

탄소나노튜브의 우수한 기계적 및 열전도 특성을 극대화시키기 위한 탄소나노튜브 매트 및 탄소나노튜브 섬유 등 연속 탄소나노튜브 필러 제조 기술이 최근 큰 관심을 받고 있다. 탄소나노튜브 매트 혹은 탄소나노튜브 섬유 필러를 혼입시킨 복합소재는 단섬유 탄소나노튜브가 혼입된 복합소재에 비해 기계적 및 열적 특성이 수배에서 수십배 향상됨이 보고되고 있다. 그러나, 탄소나노튜브 연속화 기술은 비용과 시간 측면에서 필러의 단가 상승을 초래하기 때문에 상용품에 적용되어 실생활에서 찾아보기는 매우 힘들다. 본 연구에서는 탄소나노튜브 단섬유 필러를 방열복 합시트 제조 공정 중 one-step으로 혼입, 분산 및 유사 연속화하여 탄소나노튜브 연속화 공정을 제거한 저가 탄소나노튜브 방열시트 제조 기술에 대해 보고한다. 해당 기술로 제조된 방열시트는 탄소나노튜브 매트를 혼입한 방열시트와 비교하였을 때 약 천분의 일로 공정시간 단축 및 최소 백분의 일로 단가를 낮출 수 있었고, 유사한 수준의 전도 특성과 전자파 차폐 특성을 나타내었다.

다중벽 탄소나노튜브가 혐기성 조건에서 미생물의 활동에 미치는 영향 및 다중벽 탄소나노튜브의 생물학적 분해 가능성 분석

이영수,김재영 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2014 No.-

최근 나노물질의 사용이 계속해서 증가하고 있으며, 이로 인해 나노물질이 환경 내에서 미치는 영향에 대한 관심이 많아지고 있다. 다양한 나노물질들 중 탄소나노튜브(Carbon nanotubes, CNTs)는 반도체, 디스플레이, 배터리, 섬유 등에 다양하게 활용되고 있는 대표적인 탄소계 나노물질로, 현재로서는 특별한 배출 기준이 없어 자연계로의 유출이 우려된다. 특히, 사용 후 버려진 탄소나노튜브는 매립지, 하수처리장 등의 최종 처분지로 유출될 가능성이 많다. 최종 처분지에서는 생물학적 처리가 많이 이용되고 있어, 탄소나노튜브로 인해 미생물의 활동이 영향을 받거나 탄소나노튜브가 미생물에 의해 분해될 수 있지만, 이에 대한 연구는 진행되지 않고 있다. 이에 본 연구에서는 탄소나노튜브의 생물학적 영향에 대한 연구를 수행하였다. 최종 처분지에서 이용되는 생물학적 분해 조건 중, 최근 메탄 발생을 통한 에너지 회수의 측면에서 주목받고 있는 혐기성 조건에서 실험을 진행하였다. 탄소나노튜브가 미생물의 활동에 미치는 영향 및 탄소나노튜브의 생물학적 분해 가능성을 확인하기 위해 탄소나노튜브 중 다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled carbon nanotubes, MWNTs)를 이용하였으며, 잠재메탄발생량 산정하는 BMP(Biochemical methane potential) test를 수행하였다. BMP test를 통한 메탄 발생량 산정에서 다중벽 탄소나노튜브가 483.3 mg/L 농도로 주입되었을 경우 주입되지 않은 경우보다 현저하게 낮은 메탄 발생량을 나타내었으며, 메탄 발생 시작시기 역시 2-3일 늦춰지는 것을 볼 수 있었다. 이는 다중벽 탄소나노튜브가 혐기성 미생물의 활동을 저해하였음을 나타낸다. 하지만, 다중벽 탄소나노튜브가 그 이하의 농도로 주입된 경우들에서는 주입되지 않은 경우와 메탄 발생량과 메탄 발생시기에서 큰 차이를 나타내지 않았다. 추가적으로 혐기성 상태에서 다중벽 탄소나노튜브의 생물학적 분해 가능성을 확인하기 위한 연구를 진행하였다. 생물학적 분해 가능성을 확인하기 위해 Raman spectrometer를 이용하여 BMP test가 종료된 시료의 스펙트럼을 분석하였으며, SEM (Scanning electron microscope) image 측정을 통해 미생물과 다중벽 탄소나노튜브의 모습을 관찰하였다.

탄소나노튜브 나노 유체의 초음파 처리 정도에 따른 점성 거동 특성

이종석(Jongsuk Lee),이세진(Sejin Lee),조충연(Chungyeon Cho),김승한(Sunghan Kim) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.11

나노 유체는 기존 유체에 나노 입자를 특정 방법을 통해 분산시킨 것으로서, 입자의 우수한 고유 특성이 반영됨과 동시에 열 전달, 윤활 및 센서 등에서 다양한 활용 가능성을 보인다. 나노 유체의 활용성을 최대화하기 위해서는 사용 환경에 맞는 유동성과 그에 따른 효과적인 입자 분산 상태가 요구된다. 탄소나노튜브는 1 차원 튜브 형상의 길고 유연한 특성과 함께 우수한 열 및 전기 전도성과 높은 기계적 강성을 가지고 있어 나노 유체에 활용되는 대표적인 재료이다. 본 연구에서는 소니케이션을 이용한 초음파 분산 과정에서 유체에 가해지는 에너지를 통해 탄소나노튜브 나노 유체의 점성 거동 메커니즘을 유체의 교질 구조 변화와 함께 해석하였다. 동일 환경에서 소니케이션 에너지 증가에 따른 탄소나노튜브 나노 유체의 점성 변화는 분산 과정으로부터의 본 연구에서는 소니케이션을 이용한 초음파 분산 과정에서 유체에 가해지는 에너지를 통해 탄소나노튜브 나노 유체의 점성 거동 메커니즘을 유체의 교질 구조 변화와 함께 해석하였다. 동일 환경에서 소니케이션 에너지 증가에 따른 탄소나노튜브 나노 유체의 점성 변화는 분산 과정으로부터의 유체 내 입자의 교질 구조 변화를 의미한다. 탄소나노튜브 나노 유체의 점성 거동은 크게 두 가지의 탄소나노튜브 분산 상태로 나눌 수 있으며, 각 상태가 이루는 교질 구조에 따라 점성은 상대적으로 증가 또는 감소한다. 결과적으로 본 연구에서는 제작 및 공정 조건이 나노 유체 내 고체 입자의 분산 상태와 이에 따른 유동성을 민감히 결정하는 것을 확인하였다. 또한 소니케이션 에너지 조건을 변수로 하여 탄소나노튜브 나노 유체의 점성에 대한 관계식을 제시하였다. 본 연구는 관련 분야에서의 나노 유체 활용에 있어서 유동성 및 교질 구조의 관계와 간단 제작과정을 이용한 활용 제어에 대한 기초 연구가 될 것으로 예상한다. Nanofluids, specified as the suspension with nanoparticles, have been noted for their superb performance on various fields, such as heat-transfer, lubrication, and liquid sensor. These improvements are mainly attributed to the intrinsic properties of dispersed nanoparticles in fluids. To maximize the functions and capabilities of nanofluids, fluidity and colloidal structure should be carefully considered regarding the service environment. Carbon nanotubes, which have one-dimensionally long, tube-like and flexible structures, are typical materials in nanofluids due to their superior thermal conductivity, electrical conductivity, and mechanical stiffness. In this research, viscous behavior of nanofluids with multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) was investigated depending on the sonication energy. The results showed that the viscosity of nanofluids with MWCNTs was changed with increasing sonication energy. This change indicates that, during the preparation process, nanotubes experienced a size-phase change from “debundling” to “nanocutting”. Each phase determines the colloidal structure of nanofluids and influences the fluidity. Finally, we established a well-predicted correlation model between sonication conditions and viscosity of nanofluids. This work is a fundamental study on the relationship between fluidity and colloidal structure of nanofluids and contributes on the utilization of nanofluids for various applicational fields.

탄소나노튜브의 함량에 따른 항공기용 탄소나노튜브/폴리우레탄 탑코트의 접착 및 전기적 특성 평가

김종현 ( Jong-hyun Kim ),신평수 ( Pyeong-su Shin ),김소연 ( So-yeon Kim ),박종만 ( Joung-man Park ) 한국복합재료학회 2020 Composites research Vol.33 No.1

탄소나노튜브의 함량에 따라 폴리우레탄 타입 탑코트의 분산도 및 전기저항의 평가를 통해 탄소나노튜브의 최적함량을 찾기 위한 연구를 진행하였다. 초음파 분산을 통하여 탄소나노튜브를 폴리우레탄 탑코트 내에 분산하였고, 중력식 스프레이건을 이용하여 탄소섬유/에폭시 복합재 표면에 탄소나노튜브/폴리우레탄 탑코트의 코팅을 진행하였다. 4가지 용매를 이용하여 탄소섬유복합재와 탄소나노튜브/폴리우레탄 탑코트의 정적접촉각을 측정하였고, 이를 이용하여 접착일을 계산하였다. 탄소나노튜브/폴리우레탄 탑코트의 표면저항을 측정하였고 이를 통하여 탄소나노튜브의 최적 함량조건을 파악하였다. ASTM D3359를 기반으로 크로스 컷 시험을 진행하였고 이를 통하여 탄소나노튜브/폴리우레탄 탑코트의 부착특성을 평가하였다. 실험결과를 통해 탄소나노튜브의 최적조건을 파악하였다. Dispersion and electrical resistance (ER) properties of polyurethane (PU) type topcoat were evaluated using carbon nanotube (CNT) with different CNT weight fraction. CNT was dispersed in PU type topcoat using ultra sonication dispersion method. CNT/PU topcoat was coated on carbon fiber reinforced epoxy composite (CFRC) surface using gravity feed spraying method. Static contact angles of CFRC and CNT/PU topcoat were performed using 4 types of solvents to calculate the work of adhesion between CNT/PU topcoat and CFRC surface. Surface resistance of CNT added PU topcoat was measured to determine CNT dispersion. Adhesion property between CNT/PU topcoat and CFRC was determined via cross hatch cutting test based on ASTM D3359. The optimized condition of CNT weight fraction was found.

탄소 나노튜브를 이용한 나노유체의 특성 비교 연구

안응진(An, Eoung-Jin),박성식(Park, Sung-Seek),김남진(Kim, Nam-Jin) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.05

탄소나노튜브는 높은 전기 전도성과 열 전도성을 가지며, 이러한 특성 때문에 21세기를 주도해 나갈 수 있는 차세대 첨단 소재로서 각광을 받고 있다. 또한 최근에는 나노공학기술의 발달로 인하여 획기적으로 높은 열전도도를 나타내는 다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled Carbon Nanotubes, MWCNTs)의 대량 생산이 가능하게 되면서 다중벽 탄소나노튜브의 높은 열전도도 특성을 이용하여 탄소나노튜브를 기본 유체 및 기능성 유체에 안정하게 분산 시킨 후 이를 이용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 탄소나노튜브를 유체에 안정하게 분산시키기 위한 방법으로는 기계적 분산법, 물리적 흡착에 의한 분산법, 화학적 개질에 의한 분산법이 있다. 따라서 본 연구에서는 이들 분산 방법과 탄소나노튜브 입자의 물성치에 따른 나노유체의 특성을 알아보기 위하여 나노유체의 열전도도와 점도 특성을 비교 분석하였다. 모든 물성치는 같지만 탄소나노튜브의 길이만 다른 두 종류의 다중벽 탄소나노튜브에 각각 계면 활성제(Sodium Dodecyl Sulfate, SDS) 100 wt%와 고분자 화합물(Polyvinyl Pyrrolidone, PVP) 300 wt%를 첨가하여 나노유체를 제조하였으며, 산화처리 된 다중벽 탄소나노튜브(Oxidized Multi-Walled Carbon Nanotubes, OMWCNTs)를 증류수에 초음파 분산하여 산화나노유체를 제조하였다. 나노유체의 열전도도는 전기 전도성 유체의 비정상 열선법(Transient Hot-wire Method)을 이용하여 측정하였고, 나노유체의 점도는 회전형 디지털 점도계를 이용하여 측정하였다. 실험 결과, 상온에서 동일 혼합비의 나노유체를 비교했을 때, 산화나노유체가 SDS 100 wt%, PVP 300 wt%를 혼합한 다른 나노유체보다 높은 열전도도 특성을 보였으며 점도 특성 또한 가장 낮은 것으로 측정되었다. 특히 상온에서 0.1vol%의 산화 CM-100 나노유체는 증류수보다 열전도도가 8.34%가 증가하였고, 10?C의 저온에서는 상온에서 증류수와 비교하여 측정된 열전도도 값보다 0.36%가 감소한 7.98%가 증가함을 보였다. 본 연구를 통하여 얻어진 결과는 높은 열전도도를 필요로 하는 열교환기의 작동유체나 기타 활용 분야에 대한 기초 자료로써 유용한 정보를 제공할 것이라 판단된다.

전기적-미세역학시험법과 음향방출을 이용한 단일 탄소섬유/탄소나노튜브-에폭시 나노복합재료의 자체-감지능

박종만(Joung-Man Park),장정훈(Jung-Hoon Jang),왕작가(Zuo-Jia Wang),권동준(Dong-Jun Kwon),박종규(Jong-Kyu Park),이우일(Woo-Il Lee) 한국비파괴검사학회 2010 한국비파괴검사학회지 Vol.30 No.5

탄소나노튜브-에폭시 복합재료의 미세손상에 대한 자체-감지도와 분산도와 관련되는 특성 연구가 접촉각, 전기-미세역학 시험법 및 음향방출을 통하여 수행하였다. 시편들은 미처리와 산처리된 탄소나노튜브가 첨가된 에폭시 복합재료와 순수 에폭시로 제조되었다. 상대적인 분산도는 부피 전기저항도와 그 표준편차로 평가하였다. 응력전달을 나타내는 겉보기 탄성율은 미처리 탄소나노튜브 복합재료보다 산처리된 경우가 크게 나타났다. 단일 탄소섬유/탄소나노튜브-에폭시 복합재료는 부가한 반복 하중에 대해서 접촉저항도의 변화로 잘 감지되었다 섬유 풀-아웃 시험에서 단일 탄소섬유와 탄소나노튜브-에폭시간의 계면접착강도는 순수 에폭시의 경우보다 작았다. 음향방출과 함께 전기저항측정을 통한 미세파손 감지는, 전도성 있는 탄소나노튜브-에폭시 복합재료에서는 단일 탄소섬유 파손에 대한 단계적인 전기저항도의 증대를 보여 주었으나, 순수 에폭시의 경우는 첫번째 탄소섬유의 파단의 경우 바로 저항이 무한대로 증대함을 보여주었다. 첨가한 탄소나노튜브의 미세계면 손상으로 인하여, 음향방출 발생이 나노복합재료가 순수 에폭시에 비하여 훨씬 증대하였다. Self-sensing on micro-failure, dispersion degree and relating properties, of carbon nanotube(CNT)/epoxy composites, were investigated using wettability, electro-micromechanical technique with acoustic emission(AE). Specimens were prepared from neat epoxy as well as composites with untreated and acid-treated CNT. Degree of dispersion was evaluated comparatively by measuring volumetric electrical resistivity and its standard deviation. Apparent modulus containing the stress transfer was higher for acid-treated CNT composite than for the untreated case. Applied cyclic loading responded well for a single carbon fiber/CNT-epoxy composite by the change in contact resistivity. The interfacial shear strength between a single carbon fiber and CNT-epoxy, determined in a fiber pullout test, was lower than that between a single carbon fiber and neat epoxy. Regarding on micro-damage sensing using electrical resistivity measurement with AE, the stepwise increment in electrical resistivity was observed for a single carbon fiber/CNT -epoxy composite. On the other hand, electrical resistivity increased infinitely right after the first carbon fiber breaks for a single carbon fiber/neat epoxy composite. The occurrence of AE events of added CNT composites was much higher than the neat epoxy case, due to micro failure at the interfaces by added CNTs.