미국 런셀러 폴리텍 연구원(Rensselaer Polytechnic Institute)은 충진제로서 다중

벽 탄소 나노튜브(multi walled carbon nanotube)를 포함한 에폭시 박막 필름의 직

접 전단 모드(direct shear mode)를 시험하는 중에 강한 점탄성 행동(viscoelastic 

behavior)이 있음을 보고했다(Suhr et al, Nat, Nater,(2005) doi: 

10.1038/nmat12931). 

 

다중벽 탄소 나노튜브-에폭시 복합재료의 손실 요인(loss factor)은 탄성율(elastic 

modulus) 혹은 감쇄 비(damping ratio)에 대한 손실 비로서 0.3인데 이는 상업적인 

점탄성 감쇄 고분자필름에 견줄만하며 에폭시 수지 값인 0.02의 15배에 해당한다. 

 

탄소 나노튜브-에폭시 복합재료의 전자주사현미경(scanning electron 

microscope) 사진 분석 결과에 따르면, 나노튜브를 연결하는 사슬과 함께 상호 연

결되어 밀집하게 쌓인 나노튜브 크러스터의 비정상적인 네트워크가 나타났다(아마

도 경화과정 중에 필름에 가해진 압력과 관련이 있는 것 같음.). 이것은 에너지 분산

에 영향을 주면서 높은 전단응력(shear stress)에까지 크러스터 사이의 상호 미끄러

짐(interfacial slip)을 지연시키는 것으로 보인다.

 

상호 미끄러짐 현상은 비록 강성도(stiffness)와 강도(strength)에 결정적이기는 하

지만 매우 높은 기계적 감쇄(mechanical damping)를 일으킬 수도 있다. 이것은 나

노 사이즈 규모와 다중벽 탄소 나노튜브의 높은 가로세로 비(aspect ratio)에 관련

된 것이다.

 

손실 탄성율(loss modulus)이 급격하게 증가하는 점에서의 계면전단응력

(interfacial shear stress)이 ~0.5MPa인 것을 근거로 해서 감쇄는 넓은 접촉 면적

과 함께 공간적으로 분배된 나노 탄소튜브와 나노튜브 계면에서의 미끄러짐 동안에 

생기는 높은 마찰 에너지의 소실과 관련되어 있다.

 

사이클 당 없어진 전체 에너지는 3MPa의 손실탄성률과 비례한다. 이 값은 전통적

인 점탄성 고분자의 0.03~0.05MPa보다 두 order 이상 큰 값이다. 작은 크기 때문에 

나노튜브 충진제는 쉽게 잘 끼어들고 복합재료 시스템 안에 작은 무게로서 구조적

인 흠이나 기계적 강도 저하 없이 잘 통합될 수 있다. 

 

앞으로 전체 고분자 구조 안에서 나노튜브-고분자 미끄러짐 에너지 손실(sliding 

energy dissipation)에 대한 연구가 진행될 것이다. 이것은 나노튜브-나노튜브 마

찰 미끄러짐(friction sliding)보다 더 효율적이며 높은 내수 감쇄(inherent damping)

를 가지는 엔지니어 거시적인 구조 시스템(engineer macroscopic structural 

system)에 사용될 수 있다.

 

  정보출처   Materials Today, March 2005 9쪽  

  원문언어   영어 

  출판날짜   2005년 03월 00일 

  국      가   미국 

  주제분야   복합재료(K14) 

  원본파일   http://techtrend.kisti.re.kr/down.jsp?

gubun=trend&down_url=/upload/sohankier/18나노튜브에폭시복합재료의점탄성_20050309.pdf