소개글
"탄소나노튜브를 이용한 건축"에 대한 내용입니다.
목차
1. 전기방사를 이용한 탄소나노섬유의 제조 및 특징
1.1. 서론
1.2. 실험
1.2.1. 시약
1.2.2. 실험 장치
1.2.3. 실험방법
1.2.4. 실험분석
1.3. 실험결과 및 고찰
1.3.1. 탄소나노섬유 제조를 위한 전기방사
1.4. 결론
2. 나노 섬유 복합체
2.1. 나노 섬유
2.1.1. 나노 섬유의 정의
2.1.2. 나노 섬유의 특징
2.1.3. 전기방사에 의한 나노 섬유 제조기술
2.2. 나노 섬유의 응용
2.2.1. 적용가능 분야 및 적용 예
2.2.2. 바이오 나노 섬유 복합체 응용
2.3. 나노 섬유의 전망
3. 인류의 3대혁명과 케블라
3.1. 서론
3.2. 케블라의 구조 및 특성
3.3. 케블라의 발전방향
3.3.1. 거미줄을 이용한 케블라 강화
3.3.2. 기존 기술을 활용한 케블라 강화
4. 참고 문헌
본문내용
1. 전기방사를 이용한 탄소나노섬유의 제조 및 특징
1.1. 서론
탄소나노섬유는 약 100년 전 에디슨이 대나무 섬유를 탄화하여 전구의 필라멘트로 사용하면서 처음 알려졌다. 탄소섬유는 공업적으로는 1959년 셀룰로스계 섬유를 기초로 하여 생산되기 시작했고, 한국에서는 1990년 태광산업이 처음으로 생산에 성공했다. 탄소섬유의 원료로는 셀룰로스, 아크릴 섬유, 비닐론, 피치 등이 사용되며, 원료와 처리 온도에 따라 분자배열과 결정의 변화가 생긴다. 일반적으로 탄소섬유는 육각 고리의 연이은 층상격자 구조를 가지며, 금속광택이 있고 검은색 또는 회색을 띤다. 탄소섬유는 내열성, 내충격성, 내화학약품성, 해충 저항성 등이 뛰어나며 가벼운 특성으로 인해 스포츠용품, 자동차, 건축 등 다양한 분야에서 산업용 소재로 널리 사용되고 있다. 한편, 나노섬유는 지름이 수십에서 수백 나노미터에 불과한 초극세 섬유로 일반 섬유에 비해 비표면적이 매우 크고 표면 작용기에 대한 유연성과 작은 기공 크기를 가지고 있다. 이러한 특성을 활용하여 입자나 유해가스 등을 제거할 수 있다. 전기방사는 1882년 Raleigh가 발견한 정전 스프레이 현상에 기반한 방법으로, 1934년 Formhals에 의해 특허를 받았다. 이 방법은 충분한 점도를 가진 고분자용액이나 용융체에 고전압을 걸어 섬유를 형성하는 것이다. 전기방사법은 마이크로 단위의 섬유를 이용하여 나노미터 단위의 섬유를 만들 수 있다는 장점이 있어, 약 10여 년 전부터 이러한 기술을 이용한 나노 섬유 제조가 각광받고 있다.
1.2. 실험
1.2.1. 시약
PAN(polyacrylonitrile)은 화학식이 (C3－H3－N)n이며, 연화점이 300℃ 이상, 밀도가 1.184 g/mL(at 0℃)인 아크릴계 합성섬유이다. 물에 녹지 않는 특성을 가지고 있어 차고 건조한 곳에 저장하며, 후드에서 사용해야 한다. 상온, 상압에서는 안정하다"
DMF(N,N-Dimethyl formamaide)는 분자량이 147.22, 분자식이 C3H7NO, 끓는점이 262-277 ℉ (128-136 ℃), 비중(물=1)이 0.859인 무색 투명하며 비린내가 나는 액체 유기용매이다. 물에 녹을 수 있고 흡입, 피부 흡수 시 유독하며 눈에 자극적이므로 선선하고 건조한 통풍이 잘되는 곳에 보관해야 한다.
TiO2는 화학식이 TiO2, 분자량이 79.866g/mol인 무미무취의 흰색 가루로, n형 반도체인 산화티탄은 파장 400nm 이하의 빛을 흡수하여 광촉매 반응을 일으킨다.
Copper(Ⅱ) oxide(Cupric oxide)는 화학식이 CuO인 천연 흑동석으로 존재하는 흑색 분말로, 물에는 녹지 않지만 산에는 녹는다.
Vanadium(V) oxide는 분자식이 V2O4, 분자량이 165.88, 녹는점이 238도, 끓는점이 2700도인 녹색 분말로, 서늘하고 건조한 곳에 밀봉 보관하며 통풍이 잘되는 곳에서 사용해야 한다.
1.2.2. 실험 장치
실험 장치는 Hot plate, SEM (Scanning electron microscope), Electrospun process controller, Electrospinning reactor. & Electrospun system controller, Oxidation reactor, Carbonization reaction, Piston, Needle(18G), Alumina boat, Cooking foil, A balance, 초음파세척기, grease 등으로 구성되어 있다.
Hot plate는 방사용액을 제조할 때 교반과 가열에 사용된다. SEM (Scanning electron microscope)은 전기방사로 제조된 탄소나노섬유의 미세구조를 관찰하는데 활용된다. Electrospun process controller는 전기방사 공정을 제어하는 장치로, 회전 속도와 수평 이동 속도를 조절할 수 있다. Electrospinning reactor. & Electrospun system controller는 전기방사를 수행하는 반응기와 제어 시스템이다. Oxidation reactor와 Carbonization reaction은 전기방사로 얻은 나노섬유를 산화 및 탄화하는 장치이다. Piston과 Needle(18G)은 방사용액을 토출하는데 사용된다. Alumina boat와 Cooking foil은 시료를 담아 반응기에 장입하는데 사용된다. A balance와 초음파세척기는 시료의 무게를 측정하거나 세척하는데 사용된다. Grease는 장비의 구동부에 사용된다.
이처럼 다양한 실험 장치들이 탄소나노섬유의 제조와 분석에 활용되고 있다.
1.2.3. 실험방법
방사용액의 제조는 다음과 같다. 먼저 100ml의 둥근 플라스크에 DMF:PAN(27g:3g)의 혼합물을 넣어주고 교반기로 2시간 정도 완전히 섞여지면 거기에 금속산화물을 넣어준다. 이때 금속산화물의 양은 실험의 변수로 작용한다. 다음으로 Hot plate를 사용하여 약 120℃의 온도 하에서 stirring을 3~5시간 해준다. 그리고 Sonicator을 이용하여 최대조건인 50℃에서 99분 동안 sonication한다.
용액의 거치는 다음과 같이 이루어진다. 먼저 전기방사 기구의 집속롤러(winding drum)에 적당한 크기의 알루미늄 호일을 씌우고 테이프로 붙여준다. 그리고 stirring이 끝난 방사용액을 20cc의 주사기에 넣고 주사바늘이 18G인 것을 사용하여 주사기를 실린지 펌프에 거치시킨다. 마지막으로 주사기의 바늘에 양극집게를 물린다.
용액의 방사는 다음과 같은 순서로 이루어진다. 먼저 Electrospun Process Controller의 전원을 켠 후에 Rotation의 값은 100rpm에 맞추고 Horizontal Migration의 값은 30에 맞춘다. 그리고 전압이 걸리면 5분 정도 기다린 후에 실린지 펌프를 켜고 Rate를 0.5~1ml/h로 조작하여 작동시킨다. 이때 5분간 기다리는 이유...
참고 자료
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