• Fibers and Polymers
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• 제5권1호
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• pp.31-38
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• 2004

In the present paper, a variety of fiber reinforcements, for instance, stabilized OXI-PAN fibers, quasi-carbon fibers, commercial carbon fibers, and their woven fabric forms, have been utilized to fabricate pseudo-unidirectional (pseudo-UD) and 2-directional (2D) phenolic matrix composites using a compression molding method. Prior to fabricating quasi-carbon fiber/phenolic (QC/P) composites, stabilized OXI-PAN fibers and fabrics were heat-treated under low temperature carbonization processes to prepare quasi-carbon fibers and fabrics. The thermal conductivity and thermal expansion/contraction behavior of QC/P composites have been investigated and compared with those of carbon fiber/phenolic (C/P) and stabilized fiber/phenolic composites. Also, the chemical compositions of the fibers used have been characterized. The results suggest that use of proper quasi-carbonization process may control effectively not only the chemical compositions of resulting quasi-carbon fibers but also the thermal conductivity and thermal expansion behavior of quasi-carbon fibers/phenolic composites in the intermediate range between stabilized PAN fiber- and carbon fiber-reinforced phenolic composites.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.307.2-307.2
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• 2016

In this study, we synthesized Au nanoparticles (AuNPs) in polyacrylonitrile (PAN) thin films using a simple annealing process in the solid phase. The synthetic conditions were systematically controlled and optimized by varying the concentration of the Au salt solution and the annealing temperature. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) confirmed their chemical state, and transmission electron microscopy (TEM) verified the successful synthesis, size, and density of AuNPs. Au nanoparticles were generated from the thermal decomposition of the Au salt and stabilized during the cyclization of the PAN matrix. For actual device applications, previous synthetic techniques have required the synthesis of AuNPs in a liquid phase and an additional process to form the thin film layer, such as spin-coating, dip-coating, Langmuir-Blodgett, or high vacuum deposition. In contrast, our one-step synthesis could produce gold nanoparticles from the Au salt contained in a solid matrix with an easy heat treatment. The PAN:AuNPs composite was used as the charge trap layer of an organic nano-floating gate memory (ONFGM). The memory devices exhibited a high on/off ratio (over $10^6$), large hysteresis windows (76.7 V), and a stable endurance performance (>3000 cycles), indicating that our stabilized PAN:AuNPs composite film is a potential charge trap medium for next generation organic nano-floating gate memory transistors.

• Carbon letters
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• 제12권1호
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• pp.26-30
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• 2011

For polyacrylonitrile (PAN) based carbon fiber (CF) process, we developed a lab scale wet spinning line and a continuous tailor-made stabilization system with ten columns for controlling temperature profile. PAN precursor was spun with a different spinning rate. PAN spun fibers were stabilized with a total duration of 45 to 110 min at a given temperature profile. Furthermore, a stabilization temperature profile was varied with the last column temperature from 230 to $275^{\circ}C$. Stabilized fibers were carbonized in nitrogen atmosphere at $1200^{\circ}C$ in a furnace. Morphologies of spun and CFs were observed using optical and scanning electron microscopy, respectively. Tensile properties of resulting CFs were measured. The results revealed that process conditions such as spinning rate, stabilization time, and temperature profile affect microstructure and tensile properties of CFs significantly.

• Carbon letters
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• 제12권1호
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• pp.16-20
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• 2011

Commercial PAN fibers were thermally stabilized at 220 or $240^{\circ}C$ for 30 min. Those fibers were further stabilized using radio-frequency (RF) capacitive plasma discharge during 5 or 15 min. From Fourier transform infrared spectroscopy results, it was observed that an additional plasma treatment led to further stabilization of PAN fibers. After stabilization, carbonization was performed to investigate the final tensile properties of the fabricated carbon fibers (CFs). The results revealed that a combination of thermal and plasma treatment is a possible stabilization process for manufacturing CFs. Morphology of CFs was investigated using scanning electron microscopy. The morphology shows that the plasma stabilization performed by the RF large gap plasma discharge may damage the surface of the CF, so it is necessary to select a proper process condition to minimize the damage.

• 폴리머
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• 제25권4호
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• pp.575-586
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• 2001

안정화 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유는 탄소섬유 제조에서 요구되는 온도보다 낮은 조건에서 여러 가지 열처리공정 인자에 따라 다른 물성을 갖는 준탄소섬유로 변환될 수 있다. 최근의 초기연구 결과에 의하면 약 1100$^{\circ}C$ 부근에서 적절한 준탄화공정은 준탄소섬유의 물성과 준탄소섬유/고분자 복합재료의 물성에 매우 중요하게 작용하는 것으로 조사되었다. 따라서, 본 연구의 목적은 안정화 PAN 섬유를 이용하여 여러 준탄화공정을 통해 준탄소섬유를 제조하고 그 물성을 조사하는 것이다. 준탄소공정은 800$^{\circ}C$까지의 저온영역과 1000$^{\circ}C$ 이상의 고온영역으로 나누어 행하였으며, 최종 준탄화온도, 승온속도, 체류시간, 승온단계, 분위기가스 등을 변화시켜가며 얻어진 준탄소섬유에 대한 화학조성, 물리적 특성, 열안정성, 미세구조, 기계적 특성 및 전기저항성을 조사하였다. 각 조건에서 얻어진 준탄소섬유에 대한 결과는 열처리전 안정화 PAN 섬유와 상업용 PAN계 탄소섬유의 물성과 비교 분석하였다. 본 연구의 결과는 조사된 물성이 주어진 여러 가지 준탄화공정 인자에 크게 의존하였음을 보여주었다.

• Composites Research
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• 제34권1호
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• pp.23-29
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• 2021

탄소섬유는 단위 중량 당 높은 강도 및 모듈러스를 갖기 때문에 고성능 복합 재료 제조 시 탄소보강재로 많이 사용된다. 그러나 탄소 섬유를 제조하는 공정에서 많은 시간과 높은 에너지를 소모하여 제조비용이 크게 증가하기 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있다. 따라서 생산 비용 절감을 위하여 제조 공정에 사용되는 에너지를 대체할 수 있는 고속의 저 에너지원을 적극적으로 찾아 연구할 필요가 높아졌다. 폴리아크릴로니트릴(PAN) 전구체(Precursor)로 상용화 된 탄소 섬유는 180~300℃의 대기 분위기에서 안정화 과정이 이루어지고, 1600℃ 이하의 불활성 가스 분위기에서 탄화하여 탄소 섬유를 생산할 수 있다. 이 두 공정은 많은 시간과 높은 에너지를 사용하지만, 고성능 탄소 섬유를 생산하는 데 필수적이며 중요하다. 따라서 최근에는 공정 시간을 단축하고 에너지 소비를 줄일 수 있는 플라즈마, 전자 빔 및 마이크로파와 같은 다양한 다른 에너지원을 보조적으로 사용 함으로써 저 에너지·고속 안정화 공정 기술이 시도되고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 공정과 열처리를 연속적으로 수행하여 PAN 전구체 안정화 공정을 연구하였으며, 모폴로지, 구조적 변화, 열적 및 물리적 특성 변화를 연구하였다.

• 폴리머
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• 제35권5호
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• pp.472-477
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• 2011

다중벽 탄소나노튜브(MWNT)의 표면이 산성기로 처리된 MWNT가 polyacrylonitrile(PAN) 섬유의 열적, 기계적 물성에 미치는 영향을 알아 보고자 질산, 황산으로 처리한 MWNT(O-MWNT)를 디아조늄염 반응을 이용하여 MWNT 표면에 이소프탈산(isophthalic acid)을 추가로 도입하였다. O-MWNT와 비교하여 볼 때 이소프탈산으로 처리된 MWNT(IPA-MWNT)가 극성용매 내에서 더 우수한 분산 안정성을 나타내었으며 이를 호모 PAN과 혼합하여 필름을 제조한 후 공기 중에서 열안정화 반응을 모사하였을 때 호모 PAN과 비교시 발열량이 감소하였다. PAN 공중합체와 IPA-MWNT를 혼합한 용액을 전도성 수조 콜렉터를 이용하여 전기방사를 한 결과 연속상의 배향된 섬유제조가 가능하였다. 1 wt%의 IPA-MWNT를 포함한 연속상의 전기방사된 PAN 섬유는 순수한 PAN 섬유와 비교하여 볼 때 인장강도가 100% 증가하였으며, 탄성률은 160% 증가되었다.