CNTs 기하학적 파라미터에 따른 폴리머 나노복합재의 퍼콜레이션 임계치 예측 및 전기 전도도 특성 연구 (Prediction of Percolation Threshold and Electrical Conductivity Characteristics for Polymer Nanocomposites According to Geometric Parameters of CNTs)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 A / 43권 / 4호 / 297 ~ 306페이지
· 저자명 : 도재혁, 나가라잔 라그하반, 이종수

초록

본 연구에서는 폴리머 나노복합소재에 첨가되는 탄소나노튜브(CNTs)의 기하학적 파라미터에 따른 퍼콜레이션 임계치 예측 및 전기전도도 특성 변화를 관찰하였다. 이를 위해 2차원 대표적 체적 요소(RVE) 내부에 CNTs를 선분으로 난수 모델링을 수행하고 주기경계조건을 적용하였다. CNTs 간의 접촉하는 선분들의 교점과 연결성 정보를 이용하여 RVE 내부의 전체 저항 네트워크를 생성하였다. 두 전극 사이에 흐르는 전류 방향으로 전체 네트워크의 최단 경로를 이용하여 퍼콜레이션 발생 여부를 결정하였다. 이를 기반으로 몬테 카를로 시뮬레이션을 수행해 퍼콜레이션 확률을 예측하고, 키르히호프 전류 법칙과 유한요소법을 이용하여 전기전도도를 예측하였다. 이를 타 참고문헌과 비교하여 그 타당성을 검증하고 CNTs의 기하학적 파라미터가 전기적 특성과 퍼콜레이션 확률에 미치는 영향을 확인하였다.

영어초록

In this study, we investigated the changes in percolation threshold and electrical conductivity for polymer nanocomposites in accordance with geometric parameters of carbon nanotubes(CNTs). CNTs were randomly modeled as line segments, and periodic boundary conditions were applied to the two-dimensional representative volume element (RVE). The entire resistance network of the inner RVE was generated based on the connectivity of intersection points between line segments. The shortest path with the direction of the current between electrodes was used to determine whether percolation occurred. Based on this, the percolation threshold was predicted by conducting a Monte Carlo simulation. The electrical conductivity was predicted using Kirchhoff's current law and the finite element method. We verified the adequacy by comparing our results with other references, and the effects of percolation threshold and electrical conductivity were captured according to geometric parameters.

참고자료

· 없음