탄소나노튜브 표면 개질 및 금속 혼성을 통한 고분자 복합재료의 전자파 차폐 특성 향상
Improvement of EMI Shielding Characteristics of Polymeric Composite Using Surface Treatment and Metallic Hybridization of Carbon Nanotubes
- 주제(키워드) Carbon Nanotubes , EMI shielding , Surface treatment , Hybridization
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 윤호규
- 발행년도 2010
- 학위수여년월 2010. 8
- 학위구분 박사
- 학과 일반대학원 재료공학과
- 세부전공 고분자재료
- 원문페이지 139 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000023045
- 본문언어 한국어
- 제출원본 000045610846
초록/요약
최근 CNT 혹은 CNT/복합체에 대하여 CNT 자체의 특성 손실을 최소화하면서도 불순물의 제거 및 분산성 극대화 모색 방안에 관한 연구에 많은 관심이 집중되어 있다. EMI 소재로서 고분자/금속 분말/CNT 3상 복합체에서 CNT 자체의 전기적 특성의 손실 없이 특성의 발현을 위해서는 CNT의 전처리, 즉 정제 공정 외에도 더 나아가 표면 개질 및 금속 나노 입자 합성은 반드시 필수적인 사항이다. 본 연구에서 CNT의 정제 공정, 표면 개질 공정 및 CNT 표면에 은 나노 입자 합성을 통하여 CNT/고분자 나노 복합체에서의 전기적 특성 및 분산 특성을 향상시키고자 하였고, 그 특성을 전기 전도도, 차폐 효율, 제타 전위, FTIR, TGA 및 라만 분석 등으로 분석하였다. 또한 복합 정제 및 표면 개질을 거친 CNT 표면에 은 나노 입자를 성장시킴으로써 유무기 하이브리드 시스템의 한계를 극복하고자 하였으며, CNT/고분자 나노 복합체의 EMI 소재로서의 응용 가능성을 확인하였다. 복합 정제, 표면 개질 및 은 나노 입자의 합성을 도입함으로써 CNT의 약점으로 남아 있던 분산성의 문제와 유기 시스템과의 상용성 저하의 문제를 해결하였고, 경제적으로도 경쟁력있는 공정을 확립하였다. 복합 정제 공정은 기존의 건식 정제와 습식 정제를 효율적으로 결합하여 CNT 자체의 파괴를 최소화하고 관능기 도입을 효율적으로 달성하였으며, 표면 개질 및 은 나노 입자의 성장을 통하여 분산성 및 상용성 개선을 달성하여 우수한 특성의 복합체를 제조할 수 있었다. 각각의 정제 공정, 표면 개질 및 은 나노 입자 성정 공정에 영향을 미치는 변수들은 열처리 온도, 가스 조건, 산용액의 종류, 산처리 시간, 환원 농도, 시간 및 온도 그리고 공정 시간 등이다. 이러한 조건들을 변수로 CNT/고분자 나노 복합체의 특성을 향상시킴으로써 EMI 소재로의 활용 가능성을 확대하며, 발현하고자 하는 특성에 적합한 조성의 설계 방법을 제시할 수 있었다.
more초록/요약
Currently researches on CNTs (Carbon nanotubes) and CNT/Composites regarding minimizing loss properties with eliminating impurities and maximizing dispersion have raised great expectations. For use as EMI materials in the case of polymer/metal powder/CNT, 3 phase composites the purifying process is essencial for CNT application. Furthermore surface treatment and decoration of silver nano-particles on the CNT surface are evitable for the CNT to display its original electrical properties without loss. In this study improvement of electrical and dispersion properties of CNT/polymer nano-composites was done by CNT purifying process, surface treatment and decoration of silver nano-particle on the CNT surface. The properties of composites were studied via electrical conductivity, shielding effectiveness, zeta potential, FTIR, TGA and Raman analysis. Another aspect of this study was to decorate silver nano-particles on the CNT surface after combined purification and surface treatment to overcome the organic-inorganic hybrid system limitations and investigate the feasibility of CNT/polymer nano-composites for application as an EMI material. Applying combined purification, surface treatment and decoration silver nano-particles on the CNT surface the disadvantages of CNT dispersion and reduced solubility with organic system were solved while establishing an economically competitive process. Combined purifying process combines conventional gas-phase oxidation and liquid-phase oxidation and enables minimization of CNT destruction while obtaining efficient introduction of functional groups. Also through surface treatment and decoration of silver nano-particle superior dispersion and solubility properties was obtained. Variables that effect each purification process, surface treatment and silver nano-particle decoration are thermal treatment temperature, gas condition, type of acidic solution, duration of acidic treatment, reduction concentration, time and temperature etc. Each effect of variable on CNT/polymer nano-composite properties was studied and optimized conditions were obtained and finally application for EMI material was evaluated.
more목차
Abstract i
List of Tables iv
List of Figures v
제 1 장 서론 1
제 2 장 이론 7
2-1. 탄소나노튜브의 정제 8
2-2. 탄소나노튜브의 표면 개질 19
2-3. 탄소나노튜브 표면의 나노 금속 합성 24
2-4. EMI 차폐 효과 29
제 3 장 실험방법 34
3-1. MWCNT 복합 정제 35
(1) 건식 정제 38
(2) 습식 정제 41
3-2. MWCNT 표면 개질 44
3-3. Ag decorated MWCNT 합성 47
3-4. MWCNT-고분자 복합재료 제조 49
(1) DEA 및 표면 비저항 측정용 시편 49
(2) MWCNT 혼성 EMI 시트 50
3-5. 측정 및 평가 53
(1) MWCNT 정제 효과 53
(2) 전자기적 특성 53
(3) 표면 특성 56
(4) Morphology 56
제 4 장 결과 및 고찰 57
4-1. MWCNT의 정제 효과 58
(1) 건식 정제된 MWCNT 61
(2) 복합 정제된 MWCNT 66
(3) 복합 정제된 MWCNT 혼성 EMI 시트 76
4-2. 표면 개질된 MWCNT의 특성 86
4-3. Ag decorated MWCNT의 특성 94
4-4. 표면 개질 및 Ag decorated MWCNT 혼성 EMI 시트 107
(1) DEA 측정 107
(2) 표면 비저항 측정 110
(3) Ag decorated MWCNT 혼성 EMI 시트 114
제 5 장 결론 119
참고문헌 123
