• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.554-557
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• 2010

본 논문에서는 동일한 체적분율 가지는 탄소나노튜브 나노복합재의 기계적 특성을 규명하였다. 동일한 chirality를 가지는 서로 다른 크기의 탄소나노튜브를 이용하여 탄소나노튜브의 크기가 복합재의 물성에 미치는 영향을 규명하였다. 복합재료의 분자동역학의 결과 탄소나노튜브의 길이방향의 물성은 크게 증가하나, 전단특성의 물성 강화효과를 나타나지 않았다. 이는 통해 탄소나노튜브와 기지재료 사이의 상호작용력이 복합재료의 전단력을 전달하고, 변형을 유지할 만큼 강하지 않다는 것을 확인하였다. 이와 같은 분자동역학 결과를 바탕으로 멀티스케일 모델을 개발하여 복합재료에서 나타나는 현상을 묘사하였다. 제안된 멀티스케일 모델을 이용하여 다양한 조건의 복합재료에 대한 특성 예측이 가능하다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제31권2호
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• pp.237-244
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• 2007

In order to obtain mechanical properties of CNT/Polymer nano-composites, molecular dynamics simulation is performed. Overall system was modeled as a flexible unit cell in which carbon nanotubes are embedded into a polyethylene matrix for N $\sigma$ T ensemble simulation. COMPASS force field was chosen to describe inter and intra molecular potential and bulk effect was achieved via periodic boundary conditions. In CNT-polymer interface, only Lennard-Jones non-bond potential was considered. Using Parrinello-Rahman fluctuation method, mechanical properties of orthotropic nano-composites under various temperatures were successfully obtained. Also, we investigated thermal behavior of the short CNT reinforced nanocomposites system with predicting glass transition temperature.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권6호
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• pp.423-430
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• 2013

본 연구에서는 탄소나노튜브와 폴리프로필렌 기지 간 계면결합력과 나노튜브의 국부적 응집에 따른 나노복합재의 탄소성 거동 변화에 대한 파라메트릭 연구를 수행한다. 나노복합재의 탄소성 거동 예측을 위해 분자동역학 전산모사를 수행하고, 분자동역학 결과와 Mori-Tanaka 모델을 적용한 비선형 미시역학 모델을 연계하여 나노복합재 내 흡착계면의 탄소성 거동을 역으로 도출하는 2단계 영역분할 기법을 적용하였다. 미시역학 모델에서는 시컨트 계수방법을 Mori-Tanaka 모델에 적용하여 나노복합재의 비선형 거동을 예측하는 방법을 적용하였으며, 나노튜브와 기지 간 재료계면의 불완전 결합을 고려하기 위해 변위 불연속 조건을 적용하였다. 흡착영역을 고려한 미시역학 모델을 통해 흡착계면의 유무 및 재료계면 결합력 변화 그리고 나노튜브의 국부적 응집현상에 따른 나노복합재의 응력-변형률 관계를 예측하였다. 그 결과 나노튜브의 국부적 응집이 나노복합재의 강화효과를 저하시키는 가장 중요한 변수임을 확인하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 추계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.148-148
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• 2003

질석(vermiculite)을 출발물질로 하여 30$0^{\circ}C$에서 4시간 열처리하여 습식분쇄하고 325mesh 이하의 입자를 선별하여 수열조건에서 양이온 계면활성제인 hexadecyl trimethylammonium bromide (C$_{16}$TABr)를 층간 삽입시켜 유기화 질석을 제조하였다. 생성물을 XRD, TGA, FT-IR 등을 이용하여 분석하였고, 합성 및 층간 삽입조건을 조사하였다. 질석에 $C_{16}$TABr를 층간 삽입을 확인하기 위하여 XRD 분석 결과 d-spacing 값이 9.6$\AA$에서 33.5$\AA$으로 증가됨을 확인하였고, 열중량 시험결과 출발물질과 비교하여 유기화 질석은 25%감량이 확인되었다. 위 결과 값으로부터 질석의 유기화 처리로 인하여 층간 간격이 확장되었음을 확인하였다. 일반적으로 층간 간격이 넓을수록 고분자가 층 사이에 보다 쉽게 삽입될 수 있으며 고분자 매트릭스 안에서 층상화합물의 분산 및 박리가 용이해진다. 따라서 본 연구 결과로부터 합성된 유기화 질석은 고분자 나노복합재로 사용 가능성을 제시하고 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.315-321
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• 2012

본 연구에서는 분자동역학 전산모사와 유한요소해석 기반의 균질화 기법을 통해 나노복합재의 열전도 특성을 정확하고 효율적으로 예측할 수 있는 순차적 멀티스케일 균질화 해석기법을 제안하였다. 나노입자의 크기효과가 나노복합재의 유효 열전도 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 크기가 다른 구형 나노입자가 첨가된 나노복합재의 열전도 계수를 분자동역학 전산모사를 통해 예측했고, 그 결과 나노입자의 크기가 작아질수록 계면에서의 Kapitza열저항에 의해 나노복합재의 열전도 계수가 점차 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 나노입자의 크기효과를 균질화 해석모델을 통해 정확하게 묘사하기 위해 Kapitza 열저항에 의한 계면에서의 온도 불연속 구간과 고분자 기지가 높은 밀도를 가지며 흡착되는 유효계면을 추가적인 상으로 도입하여 나노복합재를 입자, Kapitza 계면, 유효계면, 기지로 구성된 4상의 연속체 구조로 모델링하였다. 이후 순차적 멀티스케일 균질화 해석기법을 통해 유효계면의 열전도 계수를 나노복합재의 열전도 계수로부터 역으로 예측했으며, 이를 입자의 반경에 대한 함수로 근사하였다. 근사 함수를 토대로 다양한 입자 체적분율과 반경에 대한 나노복합재의 유효 열전도 특성을 예측하였으며, 유효계면에 대한 매개변수 연구를 수행하였다.

• Composites Research
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• 제31권6호
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• pp.371-378
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• 2018

본 연구에서는 폴리유산 나노복합재의 열탄성 거동을 예측하기 위해 분자동역학 전산모사를 수행하고 그 결과를 열탄성 미시역학 모델 예측해와 비교하였다. 폴리유산의 두 이성질체인 D유산(Poly D-lactide)와 L유산(Poly L-lactide)을 혼합한 스테레오 콤플렉스를 모델링하였고 이들을 기지로 사용한 탄소나노튜브 나노복합재를 구성하였다. 유산의 분해 유무에 따른 유리전이온도와 탄성계수 그리고 열팽창계수를 앙상블 전산모사를 통해 예측하였다. 미시역학 모델에서는 계면의 완전 결합을 가정한 이중입자 모델을 적용하여 탄성계수와 열팽창계수를 동일한 조성에서 예측하였다. 그 결과 열적 안정성에 있어 스테레오 콤플렉스에 탄소나노튜브가 첨가될 경우 유산의 뛰어난 계면 흡착과 이에 따른 열적 안정성 향상을 보였다. 순수한 유산과 나노복합재 모두 가수 분해에 따른 열적 특성 변화는 관찰되지 않았다. 또한, 스테레오 콤플렉스와 나노튜브 간 계면은 약한 불완전 결합상태 임을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권3호
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• pp.332-336
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• 2009

초소형 전자소재 접착용 고분자 소재 접착제는 접착소재와 칩 또는 기판 간의 열팽창계수 차이에 의한 박리, 크래킹과 접착력 부족 등의 문제점이 발생된다. 이러한 결점의 보완을 위하여 무기입자 및 첨가물을 통해 접착제의 열팽창계수를 낮추거나, 접착제의 유연성을 부여하는 방법 등이 사용되고 있다. 실록산/실리카/에폭시 나노복합재에서 실록산과 실리카의 첨가가 열적, 기계적 물성에 미치는 효과를 확인하기 위한 실험을 진행하였다. 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane(GPTMS)로 처리하여 친수성의 나노실리카 입자를 소수성 입자로 변성시켜 고분자 매트릭스와의 상용성 문제를 해결하고자 하였다. 표면처리하지 않은 실리카인 $Aerosil^{(R)}$200을 첨가한 AMS/Aerosil/에폭시 나노복합재의 유리전이온도는 125에서 $118^{\circ}C$로 감소하였고, 모듈러스는 2,225에서 2,523 MPa까지 증가하였다. 표면처리한 M-silica를 첨가한 AMS/M-silica/에폭시 나노복합재 또한 비슷한 경향이었으며, 유리전이온도가 124에서 $120^{\circ}C$로 감소했고 모듈러스는 1,981에서 2,743 MPa까지 증가하였다. 실리카의 표면개질 유무에 상관없이 열팽창계수는 감소하는 추세를 보였다.

• 폴리머
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• 제36권5호
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• pp.573-578
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• 2012

일반적으로 목분/PVC 복합재가 갖는 대부분의 물리적 특성은 소수성인 PVC와 친수성인 목분 사이의 낮은 계면결합력으로 인해 순수한 PVC에 비해서도 낮다. 그러므로 본 연구에서는 목분/PVC의 계면결합력을 향상시키기 위해 세 가지 아미노실란을 각각 사용하여 목분을 개질하였으며, 아미노실란으로 개질된 목분, 무중금속 PVC 컴파운드, 나노점토를 용융혼합하여 환경친화적인 목분/PVC/나노점토 복합재를 제조하였다. 목분의 아미노실란 개질 및 나노점토의 첨가가 복합재의 기계적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 복합재의 기계적 특성은 만능재료시험기, 아이조드 충격시험기, DMA, TMA를 이용하여 조사하였다. 아미노실란으로 개질된 목분을 이용한 복합재의 인장특성은 순수한 목분을 이용한 복합재의 인장특성보다 훨씬 높았다. 또한 적은 양의 나노점토가 복합재의 기계적 특성을 향상시켰다. 아미노실란으로 개질된 목분과 나노점토를 사용함으로써 목분/PVC 복합재의 성능이 크게 향상되었다.

• Composites Research
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• 제37권3호
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• pp.155-161
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• 2024

질화붕소나노튜브와 탄소나노튜브는 가장 대표적인 1차원 나노구조체로, 기존의 금속 및 세라믹재료에 비해 매우 뛰어난 물성을 가지고 있음이 알려지면서 다기능성 경량복합재의 강화재로 가장 큰 주목을 받아왔다. 각각 저 차원 무기나노소재와 유기나노소재를 대표하는 이들 나노구조는 우열을 가리기 어려울 정도로 뛰어난 기계적강성과 강도 그리고 열전도 특성을 가지고 있다. 따라서 구조용 복합소재 및 방열 복합재 분야에서 이 두 나노튜브의 강화효과는 고분자기지와 혼합되면서 형성되는 재료 간 계면 물성이 어떠한가에 의해 크게 영향을 받게 된다. 본 논문에서는 질화붕소나노튜브와 탄소나노튜브가 복합재 내 기지와 형성하는 계면 물성에 대한 비교 연구 사례를 통해 두 나노튜브의 강화효과에 대해 고찰한다. 기계적특성을 좌우할 수 있는 계면에서의 하중전달 특성을 튜브의 인발거동과 분자모델링을 통한 상호작용 에너지를 통해 분석한 결과와 더불어, 나노튜브에 결함이 존재하는 경우 두 나노튜브가 보이게 되는 상반되는 계면특성변화에 대해 점탄성 거동을 예시로 하여 소개한다.

• Composites Research
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• 제24권6호
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• pp.1-6
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• 2011

본 연구에서는 탄소나노튜브를 물상에서 균일하게 분산시키기 위하여 물에 녹으면서 분자 내에서 자체 도핑이 가능한 새로운 종류의 그래프트 공중합체(PSSA-g-PANI, poly(styrenesulfonic acid-graft-aniline))를 합성하였고, 그 분산 능력을 실험해 보았다. PANI 고분자는 벤조이드와 퀴노이드 구조가 반복되어 존재하는 판상구조로 탄소나노튜브와 같은 탄소나노 소재의 벽에 강하게 결합할 수 있고, 따라서 짧은 시간의 sonication 처리 만으로 나노튜브를 분산시킬 수 있었고 그 분산 용액의 장시간 안정성은 다른 상용화된 분산제보다 뛰어났다. 또한 PSSA-g-PANI 그래프트 고분자/탄소나노튜브 복합 필름은 대략 1.5-2.5 S/cm의 전도도를 기록하였다.