• Composites Research
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• 제37권3호
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• pp.155-161
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• 2024

질화붕소나노튜브와 탄소나노튜브는 가장 대표적인 1차원 나노구조체로, 기존의 금속 및 세라믹재료에 비해 매우 뛰어난 물성을 가지고 있음이 알려지면서 다기능성 경량복합재의 강화재로 가장 큰 주목을 받아왔다. 각각 저 차원 무기나노소재와 유기나노소재를 대표하는 이들 나노구조는 우열을 가리기 어려울 정도로 뛰어난 기계적강성과 강도 그리고 열전도 특성을 가지고 있다. 따라서 구조용 복합소재 및 방열 복합재 분야에서 이 두 나노튜브의 강화효과는 고분자기지와 혼합되면서 형성되는 재료 간 계면 물성이 어떠한가에 의해 크게 영향을 받게 된다. 본 논문에서는 질화붕소나노튜브와 탄소나노튜브가 복합재 내 기지와 형성하는 계면 물성에 대한 비교 연구 사례를 통해 두 나노튜브의 강화효과에 대해 고찰한다. 기계적특성을 좌우할 수 있는 계면에서의 하중전달 특성을 튜브의 인발거동과 분자모델링을 통한 상호작용 에너지를 통해 분석한 결과와 더불어, 나노튜브에 결함이 존재하는 경우 두 나노튜브가 보이게 되는 상반되는 계면특성변화에 대해 점탄성 거동을 예시로 하여 소개한다.

• Composites Research
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• 제37권2호
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• pp.132-138
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• 2024

본 연구에서는 분자동역학 전산모사를 통해 육방정계 단일벽 질화붕소 나노튜브(BNNT)의 반경 변화에 따른 압전탄성 변화를 규명하였다. 질화붕소의 거동을 비교적 잘 모사하는 Tersoff 포텐셜과 기계적 하중인가에 따른 질소 및 붕소원자의 상대변위로 인한 분극의 정량화를 위해 강체 이온 근사를 채택하였다. 선형 압전탄성 구성방정식을 기반으로 각각의 질화붕소에 변형률을 인가하고 이에 따른 전기적 변위와 응력을 산출하여 압전상수와 영률을 각각 예측하였다. 그 결과, BNNT의 압전상수는 반경이 증가함에 따라 점진적으로 감소하는 양상을 보였다. 반면 탄성계수의 경우 불연속적 구조를 가지는 질화붕소를 등가의 연속체 구조로 등가시키는 방법에 따라 증가 또는 감소하는 경향을 보였다. BNNT의 곡률변화에 따른 물성변화를 가상실험에 기반한 경험적 모델로 근사하기 위해 BNNT의 튜브반경-압전탄성물성 간 상관관계식을 제안하였다. 또한 BNNT의 반경변화에 따른 물성을 곡률의 관점에서 설명하기 위해, BNNT와 질화붕소 나노시트(BNNS)의 결합에너지와 탄성변형에 따른 원자간 결합길이 변화가 각각의 구조의 변형에너지 증가에 기여하는 정도를 상호 비교하였다.