Poly(vinyl alcohol) (PVA), PVA/Montmorillonite (MMT), PVA/Silver (Ag), and PVA/MMT/Ag nanocomposite nanowebs were prepared by electrospinning technique in aqueous solution. In order to investigate the effect of inorganic materials on the morphology and thermal properties of PVA based nanocomposite nanowebs, experiments were performed with 5 wt.% of MMT and Ag. Field emission type scanning electron microscopy, transmission electron microscopy (TEM), reflection type X-ray diffraction (XRD), and thermal gravimetric analyzer were utilized to characterize nanocomposite nanowebs. TEM and XRD results show MMT and Ag were well dispersed in PVA nanowebs. Those inorganic nanoparticles enhanced thermal property of the nanocomposite nanowebs.
In the preparation of a hydroxyapatite [HAp]/gelatin [GEL] nanocomposite, the GEL matrix in aqueous solution of $H_3PO_4$ was modified by the introduction of aspartic acid [Asp], asparagine [Asn], and glycine [Gly]. The addition of Asp, Asn and Gly greatly affected the slurry formation of HAp/GEL nanocomposite and the resulting dry body showed variations in toughness with the addition of the different amino acids. The introduction of Asn into HAp/GEL nanocomposite was effective for producing the organic-inorganic interaction between HAp and GEL, and caused the increase of toughness. The formation reaction of the modified HAP/GEL nanocomposites was investigated by using XRD and FT-IR. The organic-organic interaction between the GEL matrix and the additives of Asp, Asn and Gly was confirmed from FT-IR analysis, and the organic-inorganic interaction between HAp nanocrystallites and the modified GEL matrix was also discussed, using FT-IR spectra patterns. Nanocrystallites of HAp were covalently bound with the GEL macromolecules and differently influenced by the modification species of Asp, Asn, and Gly.
Piezoelectric energy harvesting technology is attracting attention, as it can be used to convert more accessible mechanical energy resources to periodic electricity. Recent developments in the field of piezoelectric energy harvesters (PEHs) are associated with nanocomposites made from inorganic piezoelectric nanomaterials and organic elastomers. Here, we used the $BaTiO_3$ nanoparticles and piezoelectric poly(vinylidene fluoride) (PVDF) polymeric matrix to fabricate the nanocomposites-based PEH to improve the output performance of PEHs. The piezoelectric nanocomposite is produced by dispersing the inorganic piezo-ceramic nanoparticles inside an organic piezo-polymer and subsequently spin-coat it onto a metal plate. The fabricated organic-inorganic piezoelectric nanocomposite-based PEH harvested the output voltage of ~1.5 V and current signals of ~90 nA under repeated mechanical pushings: these values are compared to those of energy devices made from non-piezoelectric polydimethylsiloxane (PDMS) elastomers and supported by a multiphysics simulation software.
Organic materials have been explored as the gate dielectric layers in thin film transistors (TFTs) of backplane devices for flexible display because of their inherent mechanical flexibility. However, those materials possess some disadvantages like low dielectric constant and thermal resistance, which might lead to high power consumption and instability. On the other hand, inorganic gate dielectrics show high dielectric constant despite their brittle property. In order to maintain advantages of both materials, it is essential to develop the alternative materials. In this work, we manufactured nanocomposite gate dielectrics composed of organic material and inorganic nanoparticle and integrated them into organic TFTs. For synthesis of nanocomposite gate dielectrics, polyimide (PI) was explored as the organic materials due to its superior thermal stability. Candidate nanoprticles (NPs) of halfnium oxide, titanium oxide and aluminium oxide were considered. In order to realize NP concentration dependent electrical characteristics, furthermore, we have synthesized the different types of nanocomposite gate dielectrics with varying ratio of each inorganic NPs. To analyze gate dielectric properties like the capacitance, metal-Insulator-metal (MIM) structures were prepared together with organic TFTs. The output and transfer characteristics of organic TFTs were monitored by using the semiconductor parameter analyzer (HP4145B), and capacitance and leakage current of MIM structures were measured by the LCR meter (B1500, Agilent). Effects of mechanical cyclic bending of 200,000 times and thermally heating at $400^{\circ}C$ for 1 hour were investigated to analyze mechanical and thermal stability of nanocomposite gate dielectrics. The results will be discussed in detail.
In the preparation of hydroxyapatite(HAp)/gelatin(GEL) nanocomposite, GEL matrix was modified by the introduction of chondroitin sulfate(ChS) to obtain a strongly organized composite body. The formation reaction of the HAp/GEL-ChS nanocomposite was then investigated via XRD, DT/TGA, FT-IR, TEM and SEM. The organic-inorganic interaction between HAp nanocrystallites and GEL molecules was confirmed from DT/TGA and FT-IR. According to the DT/TGA results, the exothermal temperature zone between 300 and $550^{\circ}C$ showed an additional peak temperature that indicated the decomposition of the combined organics of the GEL and ChS. From the FT-IR analysis, calcium phosphate(Ca-P) was covalently bound with the GEL macromolecules modified by ChS. From TEM and ED, the matrix of the GEL-ChS molecules was mineralized by HAp nanocrystallites and the dense dried nanocomposite body was confirmed from SEM micrographs.
Natural clays are composed of oxide layers whose thickness is about 1nm and cations existing between the layers. A number of these layers makes primary particles with a height of about 8∼10nm and these primary particles make aggregates with a size of about 0.1∼10$\mu\textrm{m}$. When layered silicate was made to be organophilic, by exchanging the interlayer cations with organic cationic molecules, the matrix polymer can penetrate between the layers to give a nanocomposite, where 1nm-scal clay layers exist separately in a continuous polymer matrix. These nanostructured hybrid organic-inorganic composites have attracted the great interest of researchers over the last 10 years. They exhibit improved performance properties compared with conventional composites, because their unique phase morphology by layer intercalation or exfoliation maximizes interfacial contact between the organic and inorganic phases and enhances interfacial properties. Since the advent of nylon-6/montmorillonite nanocomposite developed by Toyota Motor Co., the studies on layered silicate-polymer nanocomposites have been successfully extended to other polymer systems. They greatly improved the thermal, mechanical, barrier, and even the flame-retardant properties of the polymers.
This work attempted to fabricate organic/inorganic nanocomposite by combining organic cellulose nanofibrils (CNFs), isolated by 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy radical (TEMPO)-mediated oxidation of native cellulose with inorganic nanoclay. The morphology and dimension of CNFs, and tensile properties and thermal stability of CNF/clay nanocomposites were characterized by transmission electron microscope (TEM), tensile test, and thermogravimetry (TG), respectively. TEM observation showed that CNFs were fibrillated structure with a diameter of about $4.86{\pm}1.341nm$. Tensile strength and modulus of the hybrid nanocomposite decreased as the clay content of the nanocomposite increased, indicating a poor dispersion of CNFs or inefficient stress transfer between the CNFs and clay. The elongation at break increased at 1% clay level and then continuously decreased as the clay content increased, suggesting increased brittleness. Analysis of TG and derivative thermogravimetry (DTG) curves of the nanocomposites identified two thermal degradation peak temperatures ($T_{p1}$ and $T_{p2}$), which suggested thermal decomposition of the nanocomposites to be a two steps-process. We think that $T_{p1}$ values from $219.6^{\circ}C$ to $235^{\circ}C$ resulted from the sodium carboxylate groups in the CNFs, and that $T_{p2}$ values from $267^{\circ}C$ to $273.5^{\circ}C$ were mainly responsible for the thermal decomposition of crystalline cellulose in the nanocomposite. An increase in the clay level of the CNF/clay nanocomposite predominately affected $T_{p2}$ values, which continuously increased as the clay content increased. These results indicate that the addition of clay improved thermal stability of the CNF/clay nanocomposite but at the expense of nanocomposite's tensile properties.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제17권3호
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pp.163-167
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2016
Inverter surge resistant enameled wire was prepared with an organic/inorganic hybrid nanocomposite, and the effect of ambient temperature on the insulation lifetime of the enameled wire in the form of twisted pair was studied by a withstanding voltage tester. The organic polymer was Polyesterimide-polyamideimide (EI/AI) and the inorganic material was a Nano-sized silica (average particle size : 15 nm). The enamel thickness was 50 μm and the ambient temperature was 100, 150, 200, and 250, respectively. Transmission electron microscopy (TEM) observation showed that Nano-sized Silica were evenly dispersed in EI/AI. There were many air gaps in a twisted pair, therefore, when voltage was applied to the twisted pair, enamel erosion took place in the air gap area because of partial discharge accordi, ng to Paschen’s law. As ambient temperature increased, insulation lifetime decreased according to Arrhenius relationship, which was explained by the increasing mobility of polymer chains in EI or AI. And insulation breakdown voltage value at 10 kHz was 1,864.5 sec (31.1 min), which is 1.9 times higher than at 20 kHz, 981.6 sec (16.4 min).
Park, Jae-Jun;Shin, Seong-Sik;Lee, Jae-Young;Han, Se-Won;Kang, Dong-Pil
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제16권4호
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pp.190-193
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2015
Insulation breakdown characteristics of an inverter surge resistant enameled wire were investigated in a twisted pair prepared with organic/inorganic hybrid nanocomposite. Organic polymer was polyesterimide-polyamideimide (EI/AI) and inorganic material was a nano-sized silica. The enamel thickness was 50 μm and the diameters of enameled copper wires were 0.75, 1.024, and 1.09 mm, respectively. There were many air gaps in a twisted pair. Therefore, when the voltage was applied to the twisted pair, enamel erosion took place in the air gap area because of partial discharge according to Paschen’s law. The insulation lifetime of the hybrid wire (HW) was 41,750 sec, which was 515.4 times more than the 81 sec of EI/AIW. In addition, the shape parameter of HW was 2.58, which was 3.4 times higher than 0.75 of EI/AIW.
본 연구는 유/무기 나노복합체를 이용한 PAN계 탄소섬유 토우(PAN-based carbon fibers tow) 기반의 유연 전극 제작 및 이를 활용한 비효소 전기화학 센서 개발에 대한 것으로, 전도성 고분자 polyaniline (PANI)와 금속 산화물 CuO을 유/무기 나노복합체 소재로 사용하였으며 글루코스를 전기화학 센서 타겟으로 적용하였다. 전극 제작을 위해 시판된 CFT는 열처리를 통한 사이징(sizing) 제거와 전기화학적 산화에 의한 표면 활성화의 전처리 공정을 거쳐 사용되었다. 유/무기 나노복합체는 전기화학적 중합 및 증착법을 통해 전처리된 CFT 표면 위에 순차적으로 합성되어 최종 CFT/PANI/CuO NPs 전극이 제작되었다. CFT/PANI/CuO NPs 전극의 전기화학적 특성 및 센싱 성능은 시간대전류법와 순환전압 전류법, 전기화학 임피던스 분광법을 이용하여 분석되었다. CFT/PANI/CuO NPs 전극은 전도성 고분자과 금속 산화물의 접목에 의해 전기 전도도 향상 및 우수한 전자 전달, 감응시간 단축, 비표면적 증가 등 개선된 전기화학적 특성과 증가된 감도, 넓은 선형 농도 구간, 높은 선택도 등 향상된 글루코스 센싱 성능을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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