본 연구에서는 탄소섬유의 첨가가 흑연 보강 전도성 고분자 복합재료의 전기적, 기계적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 압축성형법을 이용하여 흑연입자/탄소섬유 혼합 보강 전도성 고분자 복합재료를 제조하였으며 흑연입자의 고비율 충진은 복합재료 내에서 입자 사이의 직접 접촉을 통해 높은 전기 전도도(>100S/cm)를 얻는 것을 가능하게 하였다. 하지만 흑연입자의 비율이 높아짐에 따라 소재의 강도가 점차 떨어지게 되므로 이를 보완하기 위해 탄소섬유를 첨가하여 그에 따른 소재의 전기적, 기계적 특성 변화를 연구하였다. 탄소섬유의 충진 비율이 증가함에 따라 소재의 굽힘 강도는 증가하였으나 탄소섬유의 클러스터 형성으로 인해 탄소섬유 사이에 비전도성 영역이 발생하여 복합재료의 전기 전도도는 감소함을 확인하였다. 탄소섬유의 충진 비율이 전체 시스템의 20wt.%인 경우에는 굽힘 강도는 12% 증가한 반면 전기 전도도가 27% 감소하였다.
스트레처블 에너지 저장 장치 경량화를 위해 금속 집전체를 대체할 경량 물질 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 전도성 고분자인 PEDOT:PSS를 전기방사법으로 제조한 나노 섬유를 리튬이온전지용 집전체로 사용하였다. 나노 섬유는 도펀트인 DMSO를 사용해 향상된 전기 전도성을 나타냈으며, 신축성 평가결과로 부터 30% 이상의 신축률을 보여주었다. 또한, 나노 섬유 집전체를 사용함으로써 액체 전해질의 침투가 용이하며, 나노 섬유 네트워크를 통해 전자전도성을 높이는 효과를 나타났었다. DMSO 도핑 PEDOT:PSS@PAM 나노 섬유 필름 집전체를 사용한 리튬이온전지는 135mAh g-1의 높은 방전용량을 보여주었으며, 1000 사이클 이후 73.5%의 높은 용량 유지율을 나타내었다. 따라서, 전도성 나노 섬유의 우수한 전기화학적 안정성과 기계적 특성은 신축성 에너지 저장 장치의 경량 집전체로서의 활용이 가능함을 보여주었다.
폴리아닐린(PANI) 나노섬유를 전도성 충전제로 사용하여 광경화형 전도성 투명필름을 제조하였다. 화학산화중합(chemical oxidation polymerization)으로 나노섬유 구조의 산화형 폴리아닐린(ES-PANI)을 합성하였다. ES-PANI는 디도핑을 통해 환원형 폴리아닐린(EB-PANI)으로 유도하였다. 이것을 전도성 충전제의 전구체로 사용하여 도데실벤젠설폰산(DBSA)이 포함되어 있는 광경화형 레진에 분산시키면 재도핑된 재산화형 폴리아닐린(rES-PANI)을 얻을 수 있었다. 이런 과정을 통해 나노섬유 형태가 유지되면서 높은 전도성과 분산안정성이 우수한 광경화형 전도성 레진용액을 제조할 수 있었다. 제조된 광경화형 전도성 레진용액은 상온에서 3달 정도 두어도 rES-PANI 충전제의 침전물이 생기지 않았다. 또한 이 용액을 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 기재 위에 스핀코팅 후 광경화하여 약 $5{\mu}m$ 두께의 전도성 투명필름을 제조하였다. rES-PANI 나노섬유 농도가 1.4 wt%일 때 표면저항 $6.5{\times}10^8{\Omega}/sq$, 550 nm 파장에서 91.1%의 투과도를 보였다. ES-PANI의 디도핑-재도핑(dedoping-redoping) 과정을 통해 광경화형 전도성 레진용액에 분산된 PANI는 농도에 따라 필름표면저항과 광학적 투명도를 조절할 수 있는 대전방지 보호필름을 제작하는 새로운 방법을 제시하였다.
본 연구는 가축을 대상으로 이표용 맥파 압력센서, 전도성 섬유센서, 광센서 중 사육 가축에 적용 할 최적의 맥파 센서를 분석하기 위하여 소10마리, 돼지 10마리를 대상으로 맥파 압력센서, 전도성 섬유센서, 광센서를 적용한 결과, 소는 광센서가 압력센서와 전도성 섬유센서에 비하여 평균값에 대한 표준편차가 작은 것으로 나타나 광센서가 가장 안정적인 것으로 나타났고, 돼지는 압력센서, 전도성 섬유센서, 광센서 모두 안정적인 맥파수를 나타냈다. 따라서 소와 같이 신체부의의 굴곡이 많고 털이 길고 조밀한 가축의 경우, 광센서를 이용한 맥파 측정에 가장 효율적인 것으로 나타났다.
고분자가 절연재료로서 사용되는 이유는 전기를 통하지 않는 절연특성을 지니고 있기 때문이며 이러한 성질은 고분자가 금속재료와 구별되는 가장 큰 특징이다. 그러나 1964년 W. A. Little 이 발표한 공액 이중결합구조를 가진 화합물은 전도성 고분자가 될 수 있다는 가설을 바탕으로 전도성 고분자에 관한 많은 연구가 진행 중에 있다. 전도성 고분자는 절연체로서의 응용에만 한정되어왔던 기존 고분자물질들과 달리 가볍고 저렴하며 단일결합과 이중결합을 교대로 하고 있는 공액 고분자 구조를 가지고 있어 다양한 화학적 합성방법에 의해 전기전도도, 유전상수, 결정 등의 물리적 성질을 조절할 수 있으며, 금속의 전기적, 자기적, 광학적 특성과 고분자의 기계적 성질을 동시에 가지므로 배터리, 축전기, 트랜지스터, 광전소자, 전자파 차폐제 등 플라스틱 전자소재의 실용적으로 인해 산업체에서도 높은 관심의 대상이다. (중략)
최근 안전 분야에서 기능성 고분자 재료의 응용분야로서 첨단 전기전도성 고분자복합재료를 이용한 섬유상, 구형, flake 등 각종 형상의 금속, 흑연, carbon black, whisker 등의 전도성 filler를 고분자 matrix에 혼입하여 전도성 고분자를 성형가공하여 복합성형체를 제조하고 electrical hazard를 감소시키기 위한 정전기방지효과, 자기발열체, 전자기파 차폐효과 등의 특성을 나타내는 고분자 성형체상으로 가공된 소재로 화학공장, 산업설비, 각종 제조설비의 제조 공정용 제어, 과전류차단 및 외부 전자기파에 의해 발생되는 이상작동 등을 방지하는 안전시스템 소재용으로서 다양하게 사용되고 있다.(중략)
최근 들어 전도성 섬유를 사용한 의료 및 엔터테인먼트 관련 어플리케이션들이 제안되고 있지만, 전도성 섬유를 이루는 전도성사의 성능에 대한 기본 자료는 그 실을 만들어내는 회사가 제시하는 몇 가지 특성 말고는 통신을 위해 필요한 특성이 정립되어 있지도 않고 검증되어 있지도 않은 상태이다. 따라서 전도성사가 통신에 사용될 때 어느 정도의 통신성능을 보이는 지 검증하고, 기존의 통신 프로토콜들이 전도성사를 이용한 통신에서도 적용될 수 있을지, 아니면 새로운 프로토콜이 개발되어야 할 지 가이드라인이 필요하다. 본 논문에서는 국내 및 국외의 전도성사의 특성을 취합하여 분류해 보고, 가장 간단한 통신 프로토콜인 RS232 등의 직렬 통신 프로토콜들을 이용해 각 전도성사들의 전도 효율성을 실험하여 그 성능을 알아보았다. 국내 및 국외의 6가지 실에 대해 0.5m, 1m, 2m, 3m 길이에 대해 통신 성능을 실험하였으며, 데이터 전송률과 에러율을 측정하였다. 통신 프로토콜로는 RS485가 모든 부류의 전도성사에 대해 데이터를 전송하는 우수한 전도특성을 나타냈으나 거리에 비례하여 에러율이 높아지게 되어 이론상 12km까지 장거리 전송용으로 사용될 수 있는 RS485의 특성을 살릴 수 없었다. 아예 전도 기능을 보이지 않은 실들을 제외한 다른 전도성사들에 대해서는 RS232가 에러 없이 가장 안정적인 처리율을 보였다. USB와 같은 고속 통신 프로토콜도 전도성사를 이용한 데이터 전송에 활용될 수 있음이 확인되었으나, 전송가능 거리가 최대 2m를 넘는 거리에서는 아예 전도성사를 통해 통신이 이루어지지 않았다. 또한 USB 프로토콜은 전원까지 전도성사를 사용해 공급하는 경우 매우 불안한 동작을 보여, 전원공급 문제가 우선적으로 해결되어야 함을 알 수 있었다. 본 연구는 추후 전도성사를 이용하는 통신 프로토콜의 개발과 통신용 전도성 섬유 개발 시 고려해야 할 요구사항의 기본 데이터로 활용될 수 있을 것이다.
불량도체 표면의 대전현상 즉 정전기(static electricity) 현상은 인류의 일상생활에 도움을 주기도 하고 피해를 주기도 하지만 주로 해로움이 많다. 따라서 뼈대의 물리적 기능이 탁월한 불량도체의 표면에 전도성을 부여해 주면 생활에 편리함을 줄 수 있을 뿐만 아니라 유익한 여러 가지 첨단기술 제품도 생산해 낼 수 있다. 유리, 종이, 섬유, 플라스틱과 같이 원래 전기가 잘 통하지 않는 불량도체의 표면에 전도성을 부여하려는 가공법이 다양하게 시도되고 있다. 절연체에 전도성을 부여하는 기술은 복합(composite)화에 의한 전자기능의 출현을 목표로 한 기술인데 다음 2가지 형태로 분류할 수 있다.(중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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