Poly(ethylene oxide) (PEO)/functionalized bacterial cellulose nanowhiskers (f-BCNW) (0.1 wt%) composite nanofibers were fabricated by electrospinning process and the thermomechanical properties were significantly enhanced more than the PEO and PEO/bacterial cellulose nanowhiskers (BCNW) (0.1 wt%) composite nanofibers. The functionalization of BCNW (f-BCNW) was performed by microwave plasma treatment for effects of nitrogen functionalization of chemically-driven BCNW. The N-containing functional groups of f-BCNW enhanced chemical bonding between the hydroxyl groups of the polymer chains in the PEO matrix and diameter size of PEO/f-BCNW (0.1 wt%) composite nanofibers were decreased more than PEO and PEO/BCNW (0.1 wt%) composite nanofibers on the same concentration. The strong interfacial interactions between the f-BCNW nanofillers and polymer matrix were improved the thermomechanical properties such as crystallization temperature, weight loss and glass transition temperature (Tg) compared to PEO and PEO/BCNW composites nanofibers. The results demonstrated that N2 plasma treatment of BCNW is very useful in improving thermal stability for bio-applications.
Park, Byung-Dae;Um, In Chul;Lee, Sun-Young;Dufresne, Alain
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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제42권2호
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pp.119-129
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2014
This work undertook to prepare nanofibers of cellulose nanofibrils (CNF)/polyvinyl alcohol (PVA) composite by electrospinning, and characterize the electrospun composite nanofibers. Different contents of CNFs isolated from hardwood bleached kraft pulp (HW-BKP) by 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy radical (TEMPO)-mediated oxidation were suspended in aqueous polyvinyl alcohol (PVA) solution, and then electrospun into CNF/PVA composite nanofibers. The morphology and dimension of CNFs were characterized by transmission electron microscopy (TEM), which revealed that CNFs were fibrillated form with the diameter of about $7.07{\pm}0.99$ nm. Morphology of the electrospun nanofiber observed by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) showed that uniform CNF/PVA composite nanofibers were manufactured at 1~3% CNF contents while many beads were observed at 5% CNF level. Both the viscosity of CNF/PVA solution and diameter of the electrospun nanofiber decreased with an increase in CNF content. The diameter and its distribution of the electrospun nanofibers helped explain the differences observed in their morphology. These results show that the electrospinning method was successful in preparing uniform CNF/PVA nanofibers, indicating a great potential for manufacturing consistent and reliable cellulose-based nanofibrils for scaffolds in future applications.
전기방사법과 열처리 공정을 통하여 PVDF-$SiO_2$ 복합나노섬유를 제조하였으며, 얻어진 나노섬유는 서로 연결된 기공으로 이루어진 적층 구조를 하고 있었다. 즉, 전기방사로 제조된 나노섬유는 직경이 380 nm, 기공도가 80% 이상인 다공성막을 형성하였다. TEM 사진과 EDX 스펙트라의 분석 결과로부터 $SiO_2$가 나노섬유에 균일하게 분산되어 존재한다는 것이 확인되었다. 또한 전기방사법의 도입에 의해 나노섬유의 기공도가 현저히 개선되었다. ATR-FTIR 및 XRD 분석 결과 복합나노섬유 상에서 PVDF는 ${\alpha}$-phase와 ${\beta}$-phase가 혼재되어 있는 결정구조를 가지고 있었으며, 열처리에 의해서 PVDF의 ${\alpha}$-phase가 증가하였으며, 이로 인해 결정화도가 증가하였다. 특히, 기계적 강도, 열적 특성 및 소수성은 열처리 공정에 의해서 매우 증가되는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 복합막의 물성향상을 위해 clay를 도입한 polysulfone 나노섬유 복합막을 제조하였다. Polysulfone/clay 복합막은 clay가 들어간 N,N-dimethyl acetamide와 acetone 혼합용매에 polysulfone을 첨가한 후 전기방사법을 이용하여 제조하였으며, 제조된 나노섬유 복합막은 적층수를 변화해 기공크기를 조절한 후 사용하였다. 전반적인 분리막의 특성은 SEM, contact angle, 기공특성, tensile strength, water flux 분석을 사용하여 고찰하였다. 특히 SEM image로 clay의 도입을 확인하였으며 contact angle 측정을 통해 표면이 개질된 결과를 확인할 수 있었다. 그리고 clay의 도입량에 따른 복합막의 기계적 물성을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 제조된 분리막은 수처리용 분리막으로 충분히 활용 가능할 것으로 판단된다.
Ding, Bin;Kim, Chul Ki;Kim, Hak Yong;Seo, Min Kang;Park, Soo Jin
Fibers and Polymers
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제5권2호
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pp.105-109
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2004
The synthesis of titanium dioxide nanofibers with 200-300nm diameter was presented. The new inorganic-organic hybrid nanofibers were prepared by sol-gel processing and electrospinning technique using a viscous solution of titanium isopropoxide (TiP)/poly(vinyl acetate) (PVAc). Pure titanium dioxide nanofibers were obtained by high temperature calcination of the inorganic-organic composite fibers. SEM, FT-IR, and WAXD techniques were employed to characterize these nanofibers. The titanium dioxide nanostructured fibers have rougher surface and smaller diameter compare with PVAc/TiP composite nanofibers. The anatase to rutile phase transformation occurred when the calcination temperature was increased from $600^{\circ}C$ to $1000^{\circ}C$.
In this work, poly(ethylene oxide) nanofibers were fabricated by electrospinning to prepare nanofibers-reinforced composites. And the PEO powders-impregnated composites were also prepared to compare with physicochemical properties of nanofibers-reinforced composites. Morphology and fiber diameter of PEO nanofibers were determined by SEM observation. Mechanical interfacial properties of the composites were investigated in fracture toughness tests and interlaminar shear strength (ILSS) test. As a result, the fiber diameter decreased in increasing applied voltage. However the optimum condition for the fiber formation was 15 ㎸, resulting from increasing of jet instability at high voltage and the prepared PEO nanofibers were useful in fiber reinforced composites. The PEO-based nanofibers-reinforced composites showed an improvement of fracture toughness factors ($K_{IC} and G_{ IC}$) and ILSS, compared to the composites impregnated with PEO powders. These results were noted that the nanofibers had higher specific surface area and larger aspect ratio than those of the powder, which played an important role in improving the mechanical interfacial properties of the composites.
Kim Hong-Il;Kim Han-Joo;Choi Weon-Kyung;Osaka Testuya;Park Soo-Gil
KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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제5C권4호
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pp.171-175
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2005
A new type of supercapacitor was constructed by using carbon nanofibers (CNFs) and DAAQ (l,5-diaminoanthraquinone) oligomer. DAAQ was deposited on the carbon nanofibers by chemical polymerization with ammonium peroxodisulfate (($NH_4)_2S_2O_8$) as oxidant in the 0.1 M $H_2SO_4$. Polymerization reaction was carried out with constant sonication. From the analysis, it is clear that surface of carbon nanofibers was quite uniformly coated with DAAQ. The performance characteristics of the supercapacitors have been evaluated using Cyclic Voltammetry. CNFs/DAAQ based composite electrode showed relatively good electrochemical behaviors in acidic electrolyte system. CNFs/DAAQ composite electrode showed relatively good capacitance (7 Ah/kg) compared to conventional capacitors in the range of $-0.4\~0.4$.
Cerium oxide nanofibers have been of great interest in fundamental level study. We fabricated polyvinylpyrollidone (PVP) and cerium nitrate nanofibers composite applying a mixed solution of PVP and cerium nitrate hydrate (Ce(NO3)3) with various cerium concentration from 8.87 to 35.5wt% by electrospinning process. Electrospinning method is a simple and cost-effective process to make nanoand submicro nanofiber fabrication. We applied 0.69 kV/cm of electric field between the capillary and a drum collector covered with aluminum foil. Cerium oxide nanofibers were obtained after calcination of PVP/Ce(NO3)3 nanofibers composite at 573, 873 and 1273K, which were chosen by thermal gravimetry analysis. The obtained nanofibers were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). When the viscosity of the electrospinning solution was high named over 60 cP, only nano and submicro-sized cerium oxide fibers were collected. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was performed for investigation of the chemical nature of the obtained ceria nanofibers. After we calcined the PVP/ceria nanocomposites, metallic cerium was oxidized to cerium oxide including ceria.
Lee, Sun-Young;Mohan, D.Jagan;Chun, Sang-Jin;Kang, In-Aeh;Lee, Soo
한국응용과학기술학회지
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제25권3호
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pp.341-346
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2008
Cellulose nanofibers from microfibril cellulose (MFC) was prepared by hydrobromic acid (HBr) treatment at different concentrations. Polyvinyl alcohol (PVA) composite films at various loading level of nanofibers were manufactured by a film casting method. The analysis of degree of polymerization (DP), crystallinity ($X_c$) and molecular weight ($M_w$) of cellulose after acid treatment was conducted. The mechanical and thermal properties of the cellulose nanofibers reinforced PVA films were characterized using tensile tests and thermogravimetric analysis (TGA). The DP and $M_w$ of MFC by HBr hydrolysis considerably decreased, but $X_c$ showed no significant change. After acid hydrolysis, the diameter of cellulose nanofibers was in the range of 100 to 200 nm. The thermal stability of the films was steadily improved with the increase of nanofiber loading. There was a significant increase in the tensile strength of PVA composite films with the increase in MFC loading. Finally, 5 wt.% nanofiber loading exhibited the highest tensile strength and thermal stability of PVA composite films.
Fabrication of carbon fiber reinforced composites was carried out by hand lay-up method. Carbon nanofibers and SiC nanofibers were used as filler in the composites fabrication. Carbon nanofibers, one of the new carbon materials, have 5∼500 nm in diameter and 5-10 nm in length. SiC nanofibers were modified by silicon monoxide vapor with carbon nanofibers. The composites were carbonized at 1000$^{\circ}C$ in a nitrogen atmosphere, and then densified by molten pitches impregnated in vacuum. Multiple cycles of liquid pitch impregnation and carbonization were carried out to obtain a desired density. The composites were characterized by density, microstructure. The inter-laminar shear strength (ILSS) test was performed for mechanical properties. For the new application, the microwave reflective proeprty of composites was investigated. Dielectric constant and permeability spectrum were measured in 12∼18 GHz frequency ranges. On the basis of the wave propagation theory in a lossy media, the reflection loss from the composite inter-layer was predict as a function of frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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