다중벽 탄소 나노튜브(multiwalled carbon nanotube)의 기계적, 전기적 및 광학적 

특성은 다중벽 탄소 나노튜브를 첨단 고분자복합재료의 보강재로서 사용하기에 매

우 매력적인 장점이 된다. 탄소 나노튜브가 강성도(stiffness) 때문에 높은 인장강도

를 가질 수 있는 반면에 나노튜브와 함께 제조된 복합재료는 종종 낮은 강인성

(toughness)을 나타내곤 했다.

 

보스턴대학과 독일의 첨단유럽연구센터(the Center of Advanced European 

Studies and Research) 및 폴란드의 Adam Mickiewicz 대학의 연구원들은 나노튜

브 표면에 있는 실리카 쉘(shell)이 다중벽 탄소 나노튜브의 강성도(stiffness)와 강

성(rigidity)을 증가시키고 고분자복합재료의 나노기계적(nanomechanical) 특성을 

향상시킬 수 있다는 연구결과를 발표했다(Olek et al., Langmir (2005), doi: 

10.1021/la0470784).

 

연구진은 무게비로 1~5% 실리카 코팅된 다중벽 탄소 나노튜브를 보강재로 사용한 

폴리메틸메타아크릴레이트(poly(methyl methacrylate): PMMA) 복합재료의 나노

기계적 특성을 조사했다. 특성은 나노인덴터가 장착된 Atomic Force Microscope

를 통해 측정됐다. 이 장치의 깊이-감지(depth-sensing)와 하중-조절(load-

control) 장치에 의해 나노 스케일 수준에서 탄성과 플라스틱 특성이 측정됐다.

 

실리카가 코팅된 다중벽 탄소 나노튜브-PMMA 나노복합재료의 하중-변위(load-

displacement) 곡선에서의 무스텝(the absence of steps)과 불연속성

(discontinuities)은 테스트 시료를 인덴테이션 할 때 어떠한 갈라짐(crack)이나 파

쇄(fracture)가 일어나지 않았다는 것을 암시한다. 

 

복합재료의 경도(hardness)와 저장탄성율(Young''s modulus)은 실리카가 코팅된 

다중벽 탄소 나노튜브의 양이 증가할수록 매우 증가했다. 이와는 아주 반대로 실리

카 코팅이 없는 다중벽 탄소 나노튜브는 복합재료의 나노기계적 특성을 변화시키지 

않았다.

 

실리카가 코팅된 다중벽 탄소 나노튜브의 합성은 이 연구의 가장 핵심기술이다. 

Michael Giersig와 공동연구원은 상업적 생산으로까지 확대시킬 수 있는 방법을 사

용하여 실리카 입자를 다중벽 탄소 나노튜브에 코팅하는 방법을 개발했다. 

 

먼저, 다중벽 탄소 나노튜브는 폴리알릴아민염소산(poly(allylamine 

hydrochloride))으로 작용기를 부여하고 물에 분산됐다. 다중벽 탄소 나노튜브 분산

액이 실리카 졸에 첨가된 후 초음파 처리되어 균일한 용액이 만들어졌다. 연구원들

은 약 12시간 후에 혼합물을 에탄올로 세척하면서 4회 원심분리했다. 마지막으로 연

구원들은 고용분을 에탄올/암모니아 용액에 분산시키고 테트라에톡시실란

(tetraethoxysilane: TES)을 저으면서 첨가했다. TES는 각각의 다중벽 탄소 나노튜

브 위에 균일하고 두꺼운 층을 형성하면서 중합됐다. 초기 다중벽 탄소 나노튜브의 

지름은 5~20nm이었으나, 실리카가 코팅된 다중벽 탄소 나노튜브의 지름은 

70~80nm이었다. 이것은 실리카 쉘 두께가 대략 안쪽 나노튜브의 두께와 같다는 것

을 암시한다. 

 

  정보출처   Materialstoday April 2005 p.18  

  원문언어   영어 

  출판날짜   2005년 04월 04일 

  국      가   기타 

  주제분야   복합재료(K14) 

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

gubun=trend&down_url=/upload/sohankier/28나노튜브복합재료특성을좋게하는실리카코팅_20050404.pdf