• Steel and Composite Structures
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• 제38권5호
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• pp.533-545
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• 2021

What is desirable in engineering is to bring the engineering model as close to reality as possible while the simplicity of model is also considered. In recent years, several studies have been performed on nanocomposites but some of these studies are somewhat far from reality. For example, in many of these studies, the carbon nanotubes (CNTs) are assumed completely straight, flawless and uniformly distributed throughout the matrix but by studying nanocomposites, we find that this is not the case. In this paper, three steps have been taken to bring the presented models for nanocomposites closer to reality. One is that assuming the straightness of nanotubes is removed and the waviness is considered. Also, the nanotubes are not considered to be pristine and the influence of defect is included in accordance with reality. In addition, the approximation of uniform distribution of nanotubes is ignored and according to experimental observations, the effect of nanotube aggregation is considered. As far as we know, this is the first study on these three topics together in an article. Moreover, we also include the size effects in our models for nanocomposites. To show the accuracy of our models, our results are calibrated with experimental results and compared with theoretical model. For numerical examples, we present the buckling behaviors of nanocomposites including the size effects using nonlocal theory and compare the results of our models with the results of models with above-mentioned approximations.

• 센서학회지
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• 제32권1호
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• pp.44-50
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• 2023

In this study, a polydimethylsiloxane (PDMS)-based drag force-type flowmeter was fabricated using a graphite-carbon nanotube (CNT) composite as a piezoresistive material and evaluated. The device was in the form of a cantilever, which was composed of the soft material, PDMS, and fabricated using a mold manufactured by a three-dimensional printer. The cost-effective graphite was mixed with CNTs to serve as a piezoresistive material. The optimal mixing ratio was investigated, and the piezoresistive material formed using a graphite:PDMS:CNT ratio of 1.5:1:0.01 was adopted, which showed a stable output and a high sensitivity. Various forward and backward air flows in the range of 0-10 m/s were measured using the fabricated flowmeter, and both tensile and compression characteristics were evaluated. The measured results showed a stable output, with the resistance change gradually increasing with the air flow rate. Repeatability characteristics were also tested at a repeated air flow of 10 m/s, and the flowmeter responded to the applied air flow well. Consequently, the fabricated device has a high sensitivity and can be used as a flowmeter.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권1호
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• pp.52-57
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• 2023

본 연구는 고성능 유연 전극 소재 개발을 위한 기초 연구로, 유연 전극 소재의 성능을 향상시키기 위해 금속 산화물 CuO nanoparticles (CuO NPs)를 도입하여 탄소나노튜브 섬유(carbon nanotube fiber; CNT fiber) 표면 위에 전기화학적 증착시켜 CNT fiber/CuO NPs 전극을 합성하고, 이를 전기화학적 비효소 글루코스 센서에 적용하였다. 이 전극의 표면 및 elemental composition 분석은 주사전자 현미경(SEM)과 에너지분산형 분광분석법(EDS)을 이용하였으며, 전극의 전기화학적 특성 및 글루코스에 대한 센싱 성능은 순환전압 전류법(CV)과 전기화학 임피던스법(EIS), 시간대전류법(CA)을 통해 조사되었다. CNT fiber/CuO NPs 전극은 CNT fiber의 우수한 특성과 함께 CuO NPs 도입에 따른 약 2.6배의 유효 전극면적(active surface area) 증가 효과와 11배 정도의 향상된 전자전달(electron transfer) 특성 및 우수한 전기적 촉매 활성(electrocatalytic activity) 덕분에 CNT fiber 유연 기반 전극의 글루코스 검출에 대한 성능이 개선되었다. 따라서, 본 연구를 기반으로 다양한 나노구조체를 활용한 고성능 유연 전극 소재 개발이 기대된다.

• Composites Research
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• 제22권5호
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• pp.8-14
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• 2009

유리섬유 강화 CNT-에폭시 나노복합재료의 계면특성은 미세역학적 시험법과 젖음성 측정을 통하여 평가하였다. CNT-에폭시 나노복합재료의 접촉저항은 전기적 접촉부가 일정하게 점차적으로 증가하는 경사형 (gradient) 시편으로 측정되었다. CNT-에폭시나노복합재료의 접촉저항은 2-점법 대신에 4-점법을 사용하여 평가하였다. 불균일한 표면에 존재하는 소수성 영역 때문에 CNT-에폭시 나노복합재료의 어떤 부분은 초소수성보다는 다소 낮은 접촉각인 120도를 가졌다. 표면처리된 유리섬유는 에칭된 섬유 표면의 흠이 있지만 인장 강성도는 약간의 변화가 나타나는 반면에, 인장강도는 현저하게 감소하였다. 에칭된 유리섬유와 CNT-에폭시 나노복합재료는 표면 에너지와 거친 정도가 증가함으로써, 계면전단강도가 증가되었다 열역학적 에너지 일인 $W_a$가 증가함에 따라, 기계적 계면전단강도와 겉보기 강성도 모두 상호일치하게 증가를 보여주었다.

• 한국재료학회지
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• 제33권7호
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• pp.295-301
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• 2023

Thermoelectric (TE) energy harvesting, which converts available thermal resources into electrical energy, is attracting significant attention, as it facilitates wireless and self-powered electronics. Recently, as demand for portable/wearable electronic devices and sensors increases, organic-inorganic TE films with polymeric matrix are being studied to realize flexible thermoelectric energy harvesters (f-TEHs). Here, we developed flexible organic-inorganic TE films with p-type Bi_0.5Sb_1.5Te₃ powder and polymeric matrices such as poly(3,4-eethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) and poly (vinylidene fluoride) (PVDF). The fabricated TE films with a PEDOT:PSS matrix and 1 wt% of multi-walled carbon nanotube (MWCNT) exhibited a power factor value of 3.96 µW·m^-1·K^-2 which is about 2.8 times higher than that of PVDF-based TE film. We also fabricated f-TEHs using both types of TE films and investigated the TE output performance. The f-TEH made of PEDOT:PSS-based TE films harvested the maximum load voltage of 3.4 mV, with a load current of 17.4 µA, and output power of 15.7 nW at a temperature difference of 25 K, whereas the f-TEH with PVDF-based TE films generated values of 0.6 mV, 3.3 µA, and 0.54 nW. This study will broaden the fields of the research on methods to improve TE efficiency and the development of flexible organic-inorganic TE films and f-TEH.

• 한국의상디자인학회지
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• 제25권3호
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• pp.53-67
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• 2023

Blood circulation is one of the most important life support functions of our body. It is essential to maintain healthy blood circulation as problems with blood circulation can lead to numerous diseases and serious complications. This study developed women's leggings with gradual compression and soft surface heating functions to improve blood circulation, and evaluated their performance and wearability. A silicon print pattern was developed to provide gradual compression, and a flexible heating surface coated with MWCNT (multi-walled carbon nanotube) conductive ink was fabricated for comfort and thermal effect. For the design, incision lines and materials were applied in consideration of aesthetic aspects, and design lines and colors were altered using a 3D program. The developed leggings showed that blood circulation can be improved when gradual compression and heating functions are simultaneously applied. Results were confirmed through measurements of clothing pressure, blood flow, and surface temperature. In the subjective wearability evaluation, it was confirmed that wearers felt gradual pressure, and they showed high satisfaction with wearability and design.

• 한국진공학회지
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• 제18권1호
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• pp.66-72
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• 2009

가스절연개폐장치 (Gas-insulated switchgear, GIS)의 내부에는 절연에 관한 이상 여부를 감시하고 판단할 수 있는 시스템이 요구된다. 부분방전에 의해 발생되는 $SF_6$ 분해생성물에 관한 단일벽 탄소나노튜브 (Single-walled carbon nanotube, SWNT)가 지닌 우수한 검출기능 때문에 SWNT를 이용한 가스센서 개발이 활발히 진행되고 있다. 하지만 아직까지 부분방전에 의해 발생된 분해생성물의 확산현상에 관한 해석적 연구는 미흡한 실정이다. 본 논문에서는 실험 데이터 및 상용 CFD (Computational Fluid Dynamics) 프로그램을 이용하여 SWNT 가스센서에 포획되는 분해생성물의 코로나 방전에 의한 발생 과정과 챔버 내부에서의 확산과정을 모델링하여 부분방전 발생 시 챔버 내부의 온도, 압력, 그리고 분해생성물의 농도 등을 수치계산하였다. 분해생성물의 시간당 질량생성율과 발생온도는 각각 $5.04{\times}10^{-10}$ [g/s]와 773 K이라 가정하였다. 농도방정식을 계산함에 있어 미지의 확산계수를 임의의 값으로 가정하여 직접 부여하는 방법을 사용하지 않고, 확산계수를 정의하는데 사용되는 Schmidt수의 값을 지정하여 확산계수가 $SF_6$ 가스의 물성치인 점성계수와 밀도의 함수로 계산되도록 하였다. 수치결과로부터 분해생성물의 농도구배가 확산을 일으키는데 주요 구동포텐셜 (Drive potential)이 됨을 확인하였다. 센서 설치위치가 부분방전 발생영역에서 멀리 떨어질수록 분해생성물 농도가 낮음을 알 수 있었고, 부분방전이 지속될수록 분해생성물의 농도가 증가함을 확인하였다. 다수의 센서를 챔버 내부에 설치하면 각 센서의 응답시간을 확인하여 PD 발생위치를 판단할 수 있을 것이고, 이를 통해 GIS 진단 및 유지보수에 관한 유용한 정보로 사용될 수 있을 것이다.

• 접착 및 계면
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• 제13권3호
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• pp.137-144
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• 2012

탄소나노소재의 화학적 기능화는 대부분 복합체 제조 시 고분자 모재(matrix)와의 계면 특성 향상을 위한 방법으로 적용되어 왔다. 계면결합력의 증가에 따른 효과는 기계적 물성의 증가를 통해 간접적으로 확인할 수 있으며, 이는 계면에서 효과적인 응력전달을 통해 설명된다. 보다 직접적으로 기능화를 통한 계면결합력 증가의 효과를 설명하기 위하여 피에조 저항효과를 관찰할 수 있으며, 이를 통하여 변형에 대한 복합체 내부의 전도성 충진재의 거동을 짐작해 볼 수 있다. 이를 위해 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)와 환원 그래핀(rGO)을 황산/질산 용액을 이용하여 산화반응을 통해 기능기를 도입하였으며, 기능화 전 후의 복합체의 전기적 저항 및 피에조 저항효과를 측정하였다. 결과로부터 기능기 도입으로 인해 증가한 탄소나노소재의 구조적 결함이 전기적 저항의 증가를 야기하지만 동일한 변형에 대하여 저항 변화가 더 크게 나타나 변형에 따른 복합체 내부 전도성 입자의 유동성이 증가함을 확인하였고, 이를 통해 계면결합력이 증가함을 피에조 저항효과 관찰을 통해 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권3호
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• pp.410-418
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• 2016

본 연구에서는 Multi-Walled Carbon Nanotube (MWCNT)와 니켈 분말을 포함하는 전기 전도성 복합체를 제조하여 물성을 비교하였다. 복합체 제조에 앞서, MWCNT 표면을 개질하여 카르복실기(-COOH)와 아미노기($-NH_2$)를 도입하였으며, 표면 개질 혹은 개질되지 않은 MWCNT와 니켈 분말을 diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA)에 분산하여 전기 전도성 복합체를 제조하였다. 그리고 triethylenetetramine (TETA)를 경화제로 사용하여 전도성 복합체와 혼합한 후, doctor blade법으로 코팅하여 전기전도성 변화를 측정하였다. MWCNT의 표면 개질 여부와 에폭시 수지와의 반응여부는 fourier transform infrared (FTIR) spectrometer, thermogravimetric analyzer (TGA) 및 elemental analyzer (EA)로 확인하였으며, 복합체의 표면 형상은 scanning electron microscope (SEM), 복합체의 면 저항 값은 4-point probe로 측정하였다. 그 결과 아미노기로 표면 개질한 MWCNT 0.5 wt%와 40%의 니켈 분말을 사용하여 제조한 복합체의 면 저항 값은 $(9.87{\pm}1.09){\times}10^4{\Omega}/sq$로 니켈 분말만 53.3% 사용하여 제조한 복합체의 면 저항 값과 유사한 값을 나타내었다. 따라서, 0.5%의 아미노기로 개질된 MWCNT를 포함하는 전도성 복합체는 순수 니켈 분말만 사용하는 복합체보다 13.3%의 니켈 분말 함량을 감소할 수 있음을 알았다.

• 한국진공학회지
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• 제20권2호
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• pp.155-163
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• 2011

탄소나노튜브(CNT)와 합성기판 사이의 전도성 향상을 목적으로, 현재 리튬이온이차전지 등의 분야에서 전극으로 이용되고 있는 구리 호일을 합성기판으로 하여, 그 위에 수직배향 CNT 성장의 합성 최적화를 도모하였다. 합성은 수평식 CVD 합성장비를 이용하였으며, 최적의 합성조건은 구리호일 위에 10 nm의 Al2O3 버퍼층과 1 nm 두께의 Fe 촉매층을 증착한 후, 아세틸렌 가스를 이용하여 $800^{\circ}C$에서 20분간 합성한 조건으로 설정하였다. CNT는 base-growth의 성장형태를 따랐고, Fe 1 nm 두께인 경우, $7.2{\pm}1.5nm$의 촉매나노입자가 형성되었으며, 이를 이용하여 $800^{\circ}C$에서 20분 성장결과, 직경 8.2 nm, 길이 $325{\mu}m$의 수직배향 CNT를 얻을 수 있었다. 합성시간이 길어져도 CNT의 결정성, 직경 및 겹(wall) 수에는 큰 변화가 없었다. 끝으로, 구리호일 위에 수직 성장시킨 CNT의 전계방출 특성을 측정한 결과, 실리콘 산화막 위에 성장시킨 CNT와 비교하여, 월등히 낮은 전계방출 문턱전압과 10배 정도 높은 전계향상계수를 보였다. 이는 CNT와 금속기판 사이의 계면에서 전기전도도가 향상된 결과에 기인하는 것으로 사료된다.