Polymer(Korea) (폴리머)

The Polymer Society of Korea (한국고분자학회)
권호 표지

Mechanical, Thermal and Electrical Properties of Polymer Nanocomposites Reinforced with Multiwalled Carbon Nanotubes

다중벽 카본나노튜브가 보강된 고분자 나노복합체의 기계적, 열적, 전기적 특성

  • Kook, Jeong-Ho (BK-21 Polymer BIN Fusion Research Team,, Chonbuk National University) ;
  • Huh, Mong-Young (BK-21 Polymer BIN Fusion Research Team,, Chonbuk National University) ;
  • Yang, Hoon (Department of Electronic Materials Engineering, Wonkwang University) ;
  • Shin, Dong-Hoon (Department of Electronic Materials Engineering, Wonkwang University) ;
  • Park, Dae-Hee (Department of Electronic Materials Engineering, Wonkwang University) ;
  • Nah, Chang-Woon (BK-21 Polymer BIN Fusion Research Team,, Chonbuk National University)
  • 국정호 (전북대학교 고분자 BK-21 BIN 융합기술 연구팀) ;
  • 허몽영 (전북대학교 고분자 BK-21 BIN 융합기술 연구팀) ;
  • 양훈 (원광대학교 전자재료공학과) ;
  • 신동훈 (원광대학교 전자재료공학과) ;
  • 박대희 (원광대학교 전자재료공학과) ;
  • 나창운 (전북대학교 고분자 BK-21 BIN 융합기술 연구팀)
  • Published : 2007.09.30
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Abstract

Semiconducting layers are thin rubber film between electrical cable wire and insulating polymer layers having a volume resistivity of ${\sim}10^2{\Omega}cm$. Commercial semiconducting layers ire composed of polymer composites reinforced with more than 30 wt% of carbon blacks. A new semiconducting material was suggested in this study based on the carbon nanotube(CNT)-reinforced polymer nanocomposites. CNT-reinforced polymer nanocomposites were prepared by solution mixing and precipitation with various polymer type and dual filler system. The mechanical, thermal and electrical properties were investigated as a function of polymer type and dual filler system based on CNT and carbon black. The volume resistivity of composites was strongly related with the crystallinity of polymer matrix. With the decreased crystallinity, the volume resistivity decreased linearly until a critical point, and it remained constant with further decreasing the crystallinity. Dual filler system also affected the volume resistivity. The CNT-reinforced nanocomposite showed the lowest volume resistivity. When a small amount of carbon black(CB) was replaced the CNT, the crystallinity increased considerably leading to a higher volume resistivity.

반도전층은 전력케이블의 도선과 고분자 절연층 사이에 위치하고 전기저항이 약 ${\sim}10^2{\Omega}cm$인 얇은 고분자층이다. 현재 일반적으로 사용되는 반도전층 소재는 카본블랙이 30 wt% 이상 보강된 고분자 복합체이다. 본 연구에서는 카본나노튜브(CNT)가 보강된 새로운 반도전층 재료를 제시하였다. 여러 가지 고분자 형태와 이중충전제 시스템을 적용하여 용액혼합 및 침전법으로 CNT가 보강된 고분자 나노복합체를 제조하였다. 기계적, 열적, 전기적 특성을 고분자 형태와 CNT와 카본블랙의 첨가비를 달리한 이중충전제 시스템의 함수로 조사하였다. 복합체의 전기저항특성은 고분자 매트릭스의 결정화도와 밀접한 관련이 있었다. 즉, 결정화도가 감소함에 따라 일정한 수준의 결정화도까지 전기저항이 선형적으로 감소하였고, 그 이하에서는 일정한 값을 나타내었다. 이중충전제 시스템 역시 전기적 저항에 영향을 미쳤다. CNT만으로 보강된 나노복합체가 가장 낮은 전기적 저항특성을 보였다. 소량의 카본블랙이 첨가되면 결정화도가 급격히 증가하고 결국 전기저항의 증가를 초래하였다.

Keywords

References

  1. S. Ijima, Nature, 354, 56 (1991) https://doi.org/10.1038/354056a0
  2. S. J. Tans, M. H. Devoret, H. Dai, A. Thess, R. E. Smalley, L. J. Geerligs, and C. Dekker, Nature, 386, 474 (1997) https://doi.org/10.1038/386474a0
  3. G. Che, B. B. Lakshimi, E. R. Fischer, and R. Martin, Nature, 393, 346 (1998) https://doi.org/10.1038/30694
  4. Y. H. Lee, KIEEME, 13, 1 (2000)
  5. P. Delaney, H. J. Choi, J. Ihm, S. G. Louie, and M. L. Cohen, Nature, 391, 466 (1998) https://doi.org/10.1038/35099
  6. J. S. Ihm, pjber Technol. Ind., 2, 326 (1998)
  7. S. J. Tans, A. R. M. Verschueren, and C. Dekker, Nature, 393, 49 (1998) https://doi.org/10.1038/29954
  8. C. Liu, Y. Y. Fan, M. Liu, H. T. Cong, H. M. Cheng, and M. S. Dresselhaus, Science, 286, 1127 (1999) https://doi.org/10.1126/science.286.5442.1127
  9. J. Kong, N. R. Franklin, C. Zhou, M. G. Chapline, S. Peng, K. Cho, and H. Dai, Science, 287, 622 (2000) https://doi.org/10.1126/science.287.5453.622
  10. R. H. Baughman, A. A. Zakhidov, and W. A. de Heer, Science, 297, 787 (2002) https://doi.org/10.1126/science.1060928
  11. B. G. Min, Polym. Sci Technol., 16, 176 (2005)
  12. J. H. Han, S. J. Kim, O. H. Kwon, H. T. Kang, and K. S. Seo, J. KIEEME, 46, 19 (1997) https://doi.org/10.4313/JKEM.2006.19.1.046
  13. J. F. Feller and Y. Grohens, Sensor Actuat. B-Chem., 97, 231 (2004) https://doi.org/10.1016/j.snb.2003.08.021
  14. T. J. Yoo, Polym. Sci Technol., 9, 381 (1998)
  15. Y. A. Kim, T. Hayashi, M. Endo, Y. Gotch, N. Wada, and J. Seiyama, Scrip. Mster., 54, 31 (2006) https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2005.09.014
  16. S. -N. Li, B. Li, Z. -M. Li, Q. Fu, and K. -Z. Shen, Polymer. 47, 4497, (2006) https://doi.org/10.1016/j.polymer.2006.04.051
  17. M. Ferrara, H. C. Neitzert, M. Sarno, G. Gorrasi, D. Sannino, V. Vittoria, and P. Ciambelli, Physics E. 37, 66 (2007) https://doi.org/10.1016/j.physe.2006.10.008
  18. H. Tang, X. Chen, and Y. Luo, Eur. Polym. J., 32, 963 (1996) https://doi.org/10.1016/0014-3057(96)00026-2
  19. S. Yang, J. T. Tijerina, V. S. Diaz, K. Hernandez, and K. Lozano, Compos. Part B-Eng., 38, 228 (2007) https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2006.04.003
  20. S. C. Moon, H. S. Jung, J. C. Lee, J. W. Hong, J. K. Choi, and B. W. Jo, J. Kor. Ind Eng. Chem., 16, 52 (2005)
  21. W. E. Dondero and R. E. Gorga, J. Polym. Sci; Part B: Polym. Phys., 44, 864 (2006) https://doi.org/10.1002/polb.20743
  22. H. S. Park, J. Y. Kim, and S. H. Kim, Tex. Sci. Eng., 44, 28 (2007)
  23. M. R. Nobile, G. P. Simon, O. Valentino, and M. Macromol, Mscromol. Symp., 247, 78 (2007)
  24. B. I. Yakobson, M. P. Campbell, C. J. Brabec, and J. Bernholc, Compu. Mater. Sci,. 8, 341 (1997) https://doi.org/10.1016/S0927-0256(97)00047-5