[고분자화학] 나노 복합재료(Nano-Composites) & Hybrid materials

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소개글
[고분자화학] 나노 복합재료(Nano-Composites) & Hybrid materials에 대한 자료입니다.
목차
1. 서론
2. 제조법
1) 유/무기 나노복합체 제조기술
① Sol-Gel process
② Thiol 화합물을 이용
③ 정전기적 인력 이용
2) 고분자-탄소나노튜브 복합체의 제조
① 용액 혼합법
② 용융 혼합법
③ 동시 중합법
④ Layer-by-Layer 법
3. 응용분야
① UV-Absorption in Inorganic/Polymer Nanocomposites
② Translucent Nanocomposites With Tunable Color
③ Low-Emissivity Systems
④ 항공기 구조물
⑤ 우주 구조물
⑥ 자동차 구조물
⑦ 스포츠/레저용품
⑧ 그 밖의 복합재료 응용분야
4. 전망 및 결론
5. 참고문헌
본문내용
1. 서론
나노복합소재(Nano-composite)란 두 가지 이상의 나노입자들을 조합하여 각 재료들의 물리적, 화학적 성질을 합쳐 놓은 재료로서, 구성재료의 장점을 최대한 이용하여 성능을 개선시키고 특성을 서로 조합하여 원하는 특성을 얻을 수 있게 설계한 소재이다. 나노는 10-9m를 나타내는 수치로 머리카락 두께의 10만분의 1정도의 미세한 영역으로서, 나노복합소재는 보통 100nm이하의 입자들이 사용된다. 신소재 수준의 탁월한 성능을 발휘하는 것은 10nm이하의 입자들로서, 마이크로미터 수준의 입자에서는 발견되지 않은 화학적, 물리적 특성을 나타낸다. 나노복합재료의 물성을 좌우하는 충전재에는 한계크기가 존재하며, 이보다 작게 되면 적용되는 기본적인 물리법칙이 달라지게 된다. 한 예로, 입자의 크기가 가시광선의 파장보다 작게 되면 입자는 더 이상 빛을 산란시키지 못하게 되므로 나노복합재료는 투명하게 보인다. 나노입자를 포함하고 있는 자외선 차단 크림은 파장이 짧은 자외선은 산란시키고, 가시광은 산란시키지 못하므로 사용할 때 우리 눈에는 투명하게 보이나, 인체에 유해한 자외선은 차단하게 된다.
또한, 나노복합소재는 이전의 일반 소재성능보다 월등히 뛰어난 것으로 보고되고 있다. 나노클레이를 활용한 고강도 플라스틱의 경우 일반 소재보다 2배 이상의 탄성, 인장강도를 나타내는 것으로 알려져 있으며, 탄소나노튜브를 활용하여 강철을 대체할 수 있는 초고강도 플라스틱의 개발 가능성에 대한 언급도 나오고 있다. 항균 고분자의 경우 이미 상용화를 기대할 수 있는 수준이고, 그 외에도 전도성 플라스틱, 지능형 세라믹 뿐만 아니라 전자, 통신, 재료, 의약, 환경, 생명과학, 에너지, 우주, 안보 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 전도유망한 기술이다.
나노입자를 복합소재로 만들기 위해서는 서로 다른 물질을 나노 영역에서 분자상태 혹은 미립자상태로 제어하여 복합화를 할 수 있는 기술이 필요하다. 보통 10nm이하의 입자들은 강력한 표면 에너지와 함께 반데르발스 힘에 의해 인력과 척력이 작용한다. 이 때문에 이들을 규칙적으로 배열하고 유지하기 위한 화학적, 물리적 공정이 필수적이다.

2. 제조법
1) 유/무기 나노복합체 제조기술
유/무기 나노복합체란 나노 수준에서 유기물의 성질과 무기물의 성질을 모두 갖도록 두 물질들이 조합된 복합체를 말한다. 나노 복합체의 형태는 입자, 박막, 겔(gel), 섬유(fiber) 형태로 제조될 수 있다.

① Sol-Gel process
Sol-Gel 방법은 알콕사이드(alkoxide) 화합물을 물과 에탄올 혼합용매에서 산 또는 알칼리 촉매를 이용하여 SiO, TiO와 같은 입자를 제조하는 방법이다.
졸(Sol)이란 일반적으로 1~1000 nm 정도의 입자들로 이루어진 콜로이드 서스펜션을 말한다. 이들은 중력의 작용이 무시될 정도로 입자의 크기가 작기 때문에 입자들 사이의 반데르발스 힘이나 표면전하의 반발에 의해 서로 침전이 발생하지 않고 분산되어있다. 이렇게 형성된 졸은 그 분산매인 용매의 제거에 의해 겔(Gel)로 전이된다. 이 유동성이 상실된 겔을 열처리하여 세라믹스를 만든다.


그림1)


② Thiol 화합물을 이용
황 원자의 비공유 전자쌍은 금속(Ag, Au, Pt, Pd 등)과 비가역적으로 흡착하는 성질을 가지고 있으며, 이를 이용하여 금속/유기물 나노복합체를 제조한다. 금속입자에 부여하고자 하는 기능을 갖는 작용기(functional group)를 다음과 같이 반응시킨다.

참고문헌
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