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탄소나노튜브(CNT)의 개요 및 분류, 특성, 응용분야

탄소나노튜브 CNT PRESENTATION01 CNT 의 개요 02 CNT 의 분류 및 구조 03 CNT 의 특성 04 CNT 의 응용분야 I Index1 PART 01 CNT 란 ?01 CNT 의 개요 탄소나노튜브 (carbon nanotube , CNT) 는 6 각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 대롱 모양을 이루는 지름 1nm 크기의 미세한 분자이다 . 탄소원자가 3 개씩 결합해 벌집 모양의 구조를 갖게 된 탄소평면이 도르르 말려서 튜브모양이 됐다고 해서 붙여진 이름이다 . 지름 0.5~10nm 의 원통형 탄소 결정체인 탄소나노튜브는 높은 인장력과 전기전도성 등의 특성을 가지고 있어 차세대 첨단 소재로 주목받고 있다 . 강도는 철강보다 100 배 뛰어나고 , 전기 전도도는 구리와 비슷하며 , 열전도율은 다이아몬드와 같다 . 속이 비어 있어 , 가벼우면서도 유연성이 뛰어난 미래형 신소재다 . 탄소나노튜브는 그 튜브의 지름이 얼마나 되느냐에 따라 도체가 되기도 하고 반도체가 되는 성질이 있음이 밝혀지면서 차세대 반도체 물질로 각광 받고 있다 . 이러한 우수한 성질을 활용 , 반도체와 평판 반도체 칩ㆍ디스플레이ㆍ연료전지ㆍ초강력섬유ㆍ생체센서 등 다양한 분야에 두루 활용되는 만능소재로 불린다 . 비어있는 관 속에 수소를 저장해 배터리로 쓰거나 고순도 정화필터로 활용할 수도 있다 . 무엇이든 잘 흡수하기 때문에 레이더 파까지 흡수하므로 감시망에 걸리지 않는 비행기 도료로 개발하려는 움직임도 있다 .2 PART 02 CNT 의 분류 및 구조02 CNT 의 분류 및 구조 탄소나노튜브는 흑연면이 나노 크기의 직경으로 둥글게 말린 상태이며 , 이 흑연면이 말리는 각도 및 구조에 따라서 금속 또는 반도체의 특성을 보인다 . 또한 벽을 이루고 있는 결합 수에 따라서 단중벽 탄소나노튜브 (Single-walled Carbon Nanotube ), 이중벽 탄소나노튜브 (Double-walled Carbon Nanotube ), 다중벽 탄소나노튜브 (Multi-walled Carbon Nanotube ), 다발형 탄소나노튜브 (Rope Carbon Nanotube ) 로 구분한다 . 이에 관한 그림이 아래에 나타나 있다 .02 CNT 의 분류 및 구조 탄소나노튜브는 위에서 언급한 바와 같이 나노크기의 흑연면이 실린더 구조로 둥글게 말린 형태를 가지고 있으며 , 크기나 형태에 따라 독특한 물리적 성질을 가지는 거대분자이다 . 이들 구조에 따른 물리적 특성 평가에 대한 연구가 최근 많이 진행되고 있으나 , 아직까지 해결해야 될 내용이 많이 남아있는 실정이다 . 그 이유는 탄소나노튜브가 직경 , 길이 , 대칭성에 따라 다양한 물리적 성질을 가지고 있기 때문이다 .3 PART 03 CNT 의 특성03 CNT 의 전기적 특성 1998 년 Frank 는 탄소나노섬유를 수은 액체상에 담지하여 전도성을 측정한 결과 탄소나노튜브가 양자거동을 보이면서 획기적인 전도성을 가진다고 보고하였다 . 전도성은 각 나노튜브가 수은 액체상에 첨가될 때마다 증가하였다 . 1999 년 Sanvito 등은 scattering 기법을 이용하여 다중벽 CNT 의 전도성을 측정하였으며 Frank 의 결과를 재확인하였다 . 또한 이들은 다중벽 CNT 내의 양자전도성 채널이 interwall 반응에 의해 감소됨을 관찰하였고 , 이 반응에 의해 각 탄소나노튜브의 전자흐름이 재배치됨을 관찰하였다 . Thess 등은 rope 형태의 금속성 단중벽 CNT 의 저항을 four-point 기법을 이용하여 측정하였고 , 300 K 에서 약 10-4 Ω-cm 임을 관찰하였으며 , 이 값은 현재 알려진 고전도성 탄소나노섬유보다 더 높은 값을 가진 것으로 나타났다 . Frank 등과 Avouris 등은 각각 107 A/cm2 이상 , 1013 A/cm2 이상의 안정된 전류밀도가 나타남을 관찰하였다 .03 CNT 의 열적 특성 탄소나노튜브의 열전도도는 온도와 phonon 의 평균자유경로에 의존한다 . Hone 등은 1999 년 탄소나노튜브의 열전도도가 온도에 일차적인 관계식을 가짐을 발표하였으며 , 상온에서 단중벽 CNT 의 열전도도가 1,800 – 6,000 W/ mK 의 범위에 존재하는 것을 제시하였다 . 2000 년 Tomanek 등은 탄소나노튜브의 열전도도와 온도의 상관관계를 연구하였으며 , 특히 Hone 등이 제안했던 상온에서의 열전도도가 6,600 W/ mK 인 아주 높은 값을 재확인하였고 , 이 값이 phonon 의 평균자유경로가 아주 큰 것에 기인하는 것을 이론적으로 입증하였다 . 그러나 Barber 등은 열전도도의 온도에 대한 상관관계가 선형적이기보다는 다른 특성을 갖는다고 주장하였는데 , 즉 100K 의 온도까지는 37,000 W/ mK 인 최대치까지 증가하다가 400 K 에서부터는 3,000 W/ mK 로 급격히 감소한다고 보고하였다 .03 CNT 의 기계적 특성 단중벽 CNT 의 탄성은 최근 나노튜브 분야에서 활발하게 연구가 진행되고 있는 분야이다 . 전반적으로 단중벽 CNT 는 강철보다 10-100 배 단단하고 물리적인 충격에 강하다 . 나노튜브의 tip 에 힘을 가하면 손상 없이 구부러지며 , 힘을 제거하면 원상태로 돌아간다 . 1999 년 Rubio 등은 단중벽 CNT 의 영률 ( 탄성률 ) 직경에 크게 의존함을 보였으며 , 위의 결과들을 보면 단중벽의 경우 탄성계수가 직경 및 구조에 크게 의존함을 알 수 있다 . 그러나 1999 년 Forro 등은 다중벽 CNT 의 탄성계수가 지름보다는 , CNT 내의 결함 등의 구조적인 면에 크게 의존한다고 보고하였다 . 또한 이들은 15~20 nm 의 직경을 가지는 단중벽 CNT 의 bundle 에 대해 100 GPa 의 탄성계수를 갖는다고 보고하였다 . 탄성계수에 대한 값들에 대한 논쟁은 계속되고 있으며 , 이것은 나노튜브의 벽 두께에 대한 연구자들이 자의적인 해석에 의해 크게 기인하는 것으로 보고되고 있다 . 일반적으로 탄소분자가 완전히 고체상의 실린더형태를 가진다면 탄성계수는 앞서 논의된 값보다 작은 값을 보일 것이며 , 튜브형태이면서 벽 두께가 작을수록 탄성계수는 증가할 것으로 예상된다 .4 PART 04 CNT 의 응용분야04 CNT 의 응용분야 탄소나노튜브는 차세대 군사 분야 첨단 소재 , 투명한 열전도성 필름 , 폴리머 복합체 , 자동차용 고 기능성 소재 , 주사 탐침 현미경 , 초미세 나노 저울 , 나노 구동장치 , 나노 핀셋 , 차세대 광원 소재 , 나노 화학센서 , 반도체 소재 , 메모리 소재 등에 적용 될 수 있을 것이다 .04 CNT 의 응용분야 CNT 를 응용하기 가장 적합한 분야 중 하나가 반도체 분야이다 . 전류의 흐름을 필요에 따라 조절을 할 수 있기 때문에 다이오드 , 트랜지스터 , 집적회로 등 각종 전자소재를 만드는 데 필수적인 물질인 반도체를 탄소나노튜브의 성질을 이용하면 기존의 반도체보다 전류의 방향을 원하는 대로 조절하기 쉬운 반도체를 만들 수 있다 . 탄성이 좋고 가볍고 단단한 CNT 는 골프채나 스키 등 운동장비 제작 에도 유용하게 쓰일 전망이다 . 플라스틱에 CNT 를 섞으면 전기를 통하게 만들 수 있기 때문에 전기적인 성질을 가진 플라스틱을 만들 수 있다 . CNT 는 인간의 근육의 성질을 가진 인공근육의 소재 로 쓰일 수 있는 가능성도 가지고 있다 . 근육은 근섬유들이 하나의 묶음으로 다발을 이루고 있다 . 이 근섬유는 전기적인 신호에 따라 움직인다 . 탄성력이 좋으면서 전기적인 신호에 반응하는 CNT 는 인간의 근육과 유사한 성격을 지니고 있기 때문에 미래의 인공근육의 소재로 쓰일 전망이다 .04 CNT 의 응용분야 태양에너지 를 만드는 데도 CNT 가 이용될 전망이다 . 노스웨스트 대학 연구진은 이 탄소물질을 바탕으로 혁명적으로 태양 에너지를 이용할 수 있는 방법을 개발해냈다 . 반도체의 일종인 솔라셀에는 CNT 가 응용되는데 , 기계적으로 유연한 성질을 지니고 있다는 게 특징이다 . 또한 폴란드의 연구진은 CNT 에서 빨간 빛을 내게 만드는 방법을 찾아냈다 . CNT 의 우수한 전기전도성에 성공적으로 발광물질을 결합해 , CNT 를 OLED 모니터 관련 기술 분야에 이용할 수 있는 물질임을 발견했다 .04 CNT 의 응용분야 그 밖에 우주의 극한 환경에서도 견딜 수 있는 강도와 우수한 전기전도도 등을 고려한다면 CNT 는 최첨단 우주 항공용 첨단 소재 로도 각광을 받을 것이다 .감사합니다 참고하세요 http ://www.kps.or.kr/~pht/12-1_2/030124.pdf{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2014.05.19| 17페이지| 2,000원| 조회(610)

CNT, 탄소나노튜브, CNT의 개요, CNT의 특성, CNT의 응용분야

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바이오세라믹스의 정의, 종류, 조건, 장단점, 한계점, 응용되고 있는 사진 등 PPT자료 입니다.

바이오 세라믹스 PPT PRESENTATION01 바이오 세라믹스의 정의 02 생체 재료의 조건 03 생체 재료의 분류 및 장 · 단점 04 바이오 세라믹스의 한계점 I Index 05 바이오 세라믹스의 이용 사례1 PART 01 바이오 세라믹스의 정의01 바이오 세라믹스의 정의 바이오세라믹스란 인체 내에 이식되어 단기간 또는 장기간 동안 손상된 인체의 조직이나 기관의 기능을 치료 · 대치 · 회복시키는데 사용되는 세라믹소재로 , 골조직과 화학적으로 유사하거나 우수한 기계적 특성 및 생체친화성으로 인하여 조직의 재건이나 재생에 주로 이용된다 . 바이오세라믹스는 이식된 소재의 인체 내 생물학적 반응성 에 따라 생체불활성 과 생체활성 으로 분류된다 .01 바이오 세라믹스의 분류 생물학적 반응성에 따른 분류2 PART 02 생체 재료의 조건02 생체 재료의 조건 생체 내에서 독성 , 발암성 등 유해작용이 없어야 한다 생체 조직과 좋은 친화성 을 가져야 한다 주변의 조직과 강한 화학 결합 을 이루어야 한다 강도 , 경도 , 탄성 등 기계적 성질이 우수 해야 한다 관절 재료의 경우 내마모성도 우수 해야 한다3 PART 03 생체 재료의 분류 및 장 · 단점03 내용을 입력하세요 . 생체재료 장점 단점 응용분야 금속 높은 인장강도 높은 인성 , 연성 좋은 가공성 낮은 생체 친화성 높은 부식성 무거움 높은 강성 낮은 내화학성 인공 관절 골내 고정장치 치과용 임플란트 스텐트 Cp-Ti Ti6Al4V 316L stainless steel CoCr 합금 Au 세라믹 높은 생체 친화성 생체 활성 생체 불활성 높은 경도 , 압축강도 높은 내마모성 높은 내화학성 깨지기 쉬움 낮은 가공성 굽힐 수 없음 낮은 기계적 신뢰성 치과용 임플란트 인공관절 골대체물 골시멘트 Alumina Zirconia HA Ca-P 계 세라믹스 유리 및 결정화유리 Carbon 고분자 좋은 굽힘성 좋은 가공성 가벼움 높은생체 친화성 낮은 경도 , 강도 쉬운 변형 , 변질 낮은 내열성 봉합사 시멘트혈관 인공 귀 , 코 인공 연부조직 인공 관절 심장 판막 고정 장치 PMMA UHMWPE Silicones Teflon Dacron4 PART 04 바이오 세라믹스의 한계점04 바이오 세라믹스의 한계점 알루미나나 지르코니아 재료는 주로 정형외과의 고관절 골두로 사용되어 마모를 현저히 감소시키고 있으나 파괴인성이 낮아 개선이 요망되고 있다 . 또 인공치아에도 심미성을 향상시키기 위하여 세라믹재료 사용이 증가되고 있으나 역시 파괴인성이 문제시 되고 있다 . 그 밖에도 인공 골 대체재료를 사용했을 때 , 염증반응이나 골유도성 부여 문제를 나타내고 , 골 유착성은 향상되었으나 장기간 사용 시 코팅층의 박리문제를 해결하지 못하고 있다 . 현재 사용되는 재료들은 인체의 조직과 매우 달라서 인체 조직에 고정시키는데 어려움이 있다 . 또 생리학적 환경 변화에 스스로 적응하거나 치료할 수 있는 능력이 없어서 , 장기적으로 사용되는 경우 인체 내에 이물질로 남아서 인체에 부정적인 영향을 준다고 보고되고 있다 . 최근 생체친화성이 더 우수한 재료 , 기능을 다한 후 인체 내에 흡수되는 생분해성 바이오세라믹스 , 또 조직공학을 이용하여 인체 외부에서 조직재생에 대한 연구가 진행되고 있다 . 즉 , 기계적인 인성 향상기술 , 골유도성을 지닌 생분해성 재료기술 , 그리고 조직공학을 이용한 인체조직 재생기술이 필요하다 . 향후 인체 내에 매식되어 기능을 다한 후 인체에 흡수될 수 있는 생분해성 바이오세라믹스의 개발이 필요하고 , 나아가 골 유도성을 지닌 생분해성 다공체 골 대체재료가 요망된다 .( 왼쪽부터 ) 금니 , 포셀린 , 지르코니아 인공치아세라믹 재료의 인공 치아 및 인공 치근Thank You{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2014.05.19| 14페이지| 2,000원| 조회(1,820)

생체재료, 알루미나, 바이오 세라믹스, 지르코니아, 인공치아, bioceramic..

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