• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.112-115
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• 2011

본 연구는 분자동역학 전산모사를 통하여 나일론 6 고분자재료 및 나이론 6 고분자재료를 기지재료로 사용하는 나노복합재에 대하여 인장하중을 부여하고, 인장에 의하여 발생하는 구조적 변화 및 물질의 구조적 특성과 열전도 특성 사이의 상관관계를 규명하였다. 나노복합재의 열전도특성을 변화시키는 주요 인자로는 나노입자, 인장에 의한 고분자 사슬의 배열 변화, 자유부피(free volume)의 변화이다. 고분자 사슬이 열전달 방향으로 배열될 경우 음양자(phonon)의 흐름을 가속화하여 열전도특성이 증가하며, 반면 자유부피의 증가는 음양자의 산란을 증가시켜 열전도특성이 저하된다. 따라서 서로 상반작용을 하는 두 인자가 복합적으로 작용하여 열전도 특성을 결정한다. 인장 하중이 부여됨에 따라 시스템의 열전도특성이 증가하며, 각 시스템의 증가 정도는 시스템의 구조적 특성에 따라 서로 다르다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2010.04a
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• pp.558-561
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• 2010

본 연구에서는 나노복합재의 탄소성 거동과 항복응력을 예측하기 위해 분자동역학 전산모사를 수행하였다. 나일론 기지와 실리카 나노입자가 포함된 단위 셀 구조로부터 나노입자의 체적분율 변화에 따른 응력-변형률 선도를 등변형률을 적용한 등온등압 앙상블 전산모사로부터 도출하였다. 4%의 변형률 범위에서 나노복합재의 탄성계수를 도출하였고, 이를 이용하여 2% 오프셋 방법으로 항복응력을 예측하였다. 나노입자의 유무에 따른 항복평면의 변화와 고분자 재료에서 나타나는 정수압 효과가 항복평면에 미치는 영향을 확인하기 위해 일축 인장/압축 그리고 이축 인장/압축을 수행하였고, 각각의 경우에 나타나는 나노복합재 내부의 자유체적 변화에 대한 분석을 통해 나노입자의 강화효과를 고찰하였다. 또한 고분자 기지로 인해 발생하는 정수압 효과를 반영한 von-Miss 항복평면을 도출하고, 입자의 체적분율 변화에 따른 항복응력의 예측이 가능하도록 정수압효과에 대한 파라메터를 체적분율의 함수로 근사하였다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.29 no.6
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• pp.577-582
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• 2016

In this study, a multiscale method for solving a thermoelasticity problem for interphase in the polymeric nanocomposites is developed. Molecular dynamics simulation and finite element analysis were numerically combined to describe the geometrical boundaries and the local mechanical response of the interfacial region where the polymer networks were highly interacted with the nanoparticle surface. Also, the micrmechanical thermoelasticity equations were applied to the obtained equivalent continuum unit to compute the growth of interphase thickness according to the size of nanoparticles, as well as the thermal phase transition behavior at a wide range of temperatures. Accordingly, the equivalent continuum model obtained from the multiscale analysis provides a meaningful description of the thermoelastic behavior of interphase as well as its nanoparticle size effect on thermoelasticity at both below and above the glass transition temperature.

• Composites Research
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• v.30 no.5
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• pp.323-330
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• 2017

In this study, multiscale analysis in which the information obtained from molecular dynamics simulation is applied to the continuum mechanics level is conducted to investigate the effects of clustering of silicon carbide nanoparticles reinforced into polypropylene matrix on mechanical behavior of nanocomposites. The elastic behavior of polymer nanocomposites is observed for various states of nanoparticulate agglomeration according to the model reflecting the degradation of interphase properties. In addition, factors which mainly affect the mechanical behavior of the nanocomposites are identified, and new index 'clustering density' is defined. The correlation between the clustering density and the elastic modulus of nanocomposites is understood. As the clustering density increases, the interfacial effect decreased and finally the improvement of mechanical properties is suppressed. By considering the random distribution of the nanoparticles, the range of elastic modulus of nanocomposites for same value of clustering density can be investigated. The correlation can be expressed in the form of exponential function, and the mechanical behavior of the polymer nanocomposites can be effectively predicted by using the nanoparticulate clustering density.

• Composites Research
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• v.30 no.4
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• pp.247-253
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• 2017

In this study, the mechanical behavior and interface properties of boron nitride nanotube-poly(methyl methacrylate) nanocomposites are predicted using the molecular dynamics simulations and the double inclusion model. After modeling nanocomposite unit cell embedding single-walled nanotube and polymer, the stiffness matrix is determined from uniaxial tension and shear tests. Through the orientation average of the transversely isotropic stiffness matrix, the effective isotropic elastic constants of randomly dispersed microstructure of nanocomposites. Compared with the double inclusion model solution with a perfect interfacial condition, it is found that the interface between boron nitride nanotube and polymer matrix is weak in nature. To characterize the interphase surrounding the nanotube, the two step domain decomposition method incorporating a linear spring model at the interface is adopted. As a result, various combinations of the interfacial compliance and the interphase elastic constants are successfully determined from an inverse analysis.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.127-130
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• 2011

본 연구에서는 나노입자와 고분자 기지 간에 공유결합을 형성시킨 나노복합재의 계면특성과 탄성계수에서 나타나는 크기효과를 고려하기 위해 분자동역학과 미시역학모델을 순차적으로 연계하는 멀티스케일 해석모델을 제안하였다. 나노입자의 체적분율이 동일한 5개의 나노복합재 셀에 대해, 입자의 표면 원자와 고분자 기지 간에 탄소로 구성된 공유결합을 생성시킨 후 분자동 역학 전산모사를 통해 탄성계수를 예측하였고, 공유결합이 존재하지 않는 나노복합재의 탄성계수와 이를 비교하여 계면의 물성증가와 탄성계수에서 나타나는 입자의 크기효과를 규명하였다. 향상된 계면의 특성을 연속체 해석 모델에서 고려하기 위해 분자동역학 해석결과와 미시역학 모델을 연계하는 순차적 브리징 기법을 적용하였고, 이로부터 계산된 계면의 물성의 타당성을 유한요소 해석을 통해 검증하였다. 그 결과 입자와 기지 간 공유결합을 통해 나노복합재가 보다 넓은 범위에 걸친 크기효과를 나타냈으며, 제안된 브리징 모델을 통해서 물리적으로 타당한 계면의 탄성계수 값을 계산할 수 있었다.

• Polymer Science and Technology
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• v.10 no.4
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• pp.451-464
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• 1999

• Composites Research
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• v.30 no.2
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• pp.165-168
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• 2017

Coiled polymer actuators fabricated by twisting polymer fishing lines or sewing threads respond to heating and cooling with their contraction and relaxation. However, their actuation speed is highly dependent on the heating and cooling rates. In order to improve the actuation speed, the coiled polymer actuator was coated with polydimethylsiloxane composites. The introduction of multi-walled carbon nanotubes into the polydimethylsiloxane improved the actuation speed by about 13%.

• Proceedings of the Korean Fiber Society Conference
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• 2003.04a
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• pp.352-353
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• 2003

Clay 분산 유/무기 나노복합재 제조기술은 실리케이트 층상구조의 점토광물을 나노 스케일의 시트상의 기본 단위로 박리(exfoliation)하여 고분자수지에 분산시킴으로써 범용 고분자의 낮은 기계적 물성의 한계를 엔지니어링 플라스틱 수준으로까지 올리고자 하는 것으로서, 기존의 무기 충진재 및 강화재의 입자크기(〉1 $\mu\textrm{m}$)를 나노 스케일까지 분산시켜 기존 무기물 충진 복합재의 단점을 한층 보완하는 것을 목표로 하고 있어 성능 및 원가 면에서 매우 유리한 방법으로 21세기의 복합재료 생산시장의 판도에 상당한 변화를 가져오게 할 수 있는 핵심기술이라 할 수 있다. (중략)

• Polymer(Korea)
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• v.28 no.2
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• pp.177-184
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• 2004

Polymer-clay nanocomposite containing the low amounts of clay shows improved physical, mechanical properties. In this study, allyl ester prepolymer was synthesised by reactions of the diallyl terephthalate monomers and the 1,3-butanediol monomers. Nanocomposites of allyl ester prepolymer and the two kinds of the organically layered silicate were prepared by using the intercalation method as well as the in-situ polymerization method using. By varying the amount of clay content, curing conditions, and feeding conditions. the nanocomposite was studied using X-ray diffraction. From XRD results, allyl ester-Cloisite 30 B nanocomposite made by the in-situ polymerization method shows better exfoliation behavior compared with the intercalation method. It can be said that the transesterification reaction between functional groups (-OH) of intercalant and monomers results in the increased gallery distance. Also mechanical and thermal properties indicate that the dispersity of clay is an important factor for improving physical properties of the nanocomposite.