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| 퍼지 탄소섬유로 고전도성 복합재료 개발 |
| 기사입력 2014-05-26 오전 9:11:00 | 작성자 bfc | |
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| ▲ 기존의 탄소섬유 보강 복합재료와 비교할 때 ‘퍼지(Fuzzy)’ 탄소섬유 보강 복합재료의 각변형(out-of-plane) 전도성은 510%, 평면 내 전도성은 330% 향상되었다. © TIN 뉴스 | |
영국의 연구원들이 우수한 전기적인 특성을 가진 탄소-나노튜브-탄소섬유 복합재료를 새로운 경제성을 가지면서 광범위하게 제조할 수 있는 방법에 대해 밝혔다.
경량 특성을 가지는 탄소섬유 보강 고분자(CFRPs)는 다양한 산업에 혁명을 가져오고 있으며 항공우주 및 구조재료에서부터 자동차 스포츠 용품에 이르기까지 다양한 분야에 응용되고 있다.
탄소섬유 보강 복합재료의 우수한 기계적인 특성과 경량 특성 때문에 이 재료는 계속해서 에어버스 A380과 같은 항공기의 각 부분에 사용되고 있지만 낮은 전기전도성 때문에 벼락이나 공기 마찰에 의한 충전을 피하기 위해서 금속이 탄소섬유 보강 복합재료의 외피에 사용되어야만 했다.
탄소섬유 보강 복합재료의 기계적 특성을 보유하면서 전기 특성을 가진 재료를 개발하기 위한 연구개발이 점차 많이 진행되고 있다.
영국의 서레이(Surrey) 대학의 Ravi Silva 교수가 이끄는 연구팀은 최근 Carbon 74호에 그들이 개발한 전기전도성이 기존 탄소섬유 보강 복합재료(CFRP)에 비해 510% 이상을 가지는 나노튜브를 사용하여 제조한 ‘퍼지 섬유(fuzzy fiber: 솜털이 보송한 섬유)’ 복합재료를 개발한 것을 보고 했다.
‘퍼지(Fuzzy)’ 탄소섬유 보강 복합재료를 만들기 위해서 탄소 나노튜브는 일반적으로 화학증착(Chemical Vapour Deposition: CVD)을 사용하는 과정에서 탄소섬유에 직접 배양되었다. 그러나 화학증착은 반응성이 있는 환경과 섭씨 약 700도가 넘는 온도가 필요한데 이러한 환경은 섬유를 퇴화시키게 된다.
대신에 연구팀은 광열 화학증착(photo-thermal-CVD: PTCVD)이라고 불리는 공정을 이용하여 낮은 온도에서 만들 수 있는 방법을 개발했다.
이 방법에서는 탄소섬유 기질은 물로 냉각되는 반면에 광학 방사선이 섬유 위에 있는 촉매를 상당히 높은 온도까지 가열하기 위해 사용된다.
이러한 공정 때문에 광열 화학증착 시스템은 섬유 위에 나노튜브를 생성하는데 에너지가 적게 들며 일단 할로겐 램프가 꺼지면 새로운 ‘퍼지(Fuzzy)’ 복합재료는 빠르게 냉각되고 기존의 화학증착으로 만든 복합재료에 비해 8배 이상까지 재료를 생산할 수 있게 된다.
보다 낮은 작동온도 때문에 광-열-화학증기 침적 공정에 의해 생산된 복합재료는 기계적 퇴화 반응이 훨씬 적어서 일반적인 화학증기 침적방법을 사용하여 제조한 복합재료보다 인장 특성이 단지 9.7% 감소한다.
‘퍼지(Fuzzy)’ 탄소섬유 보강 복합재료에 대한 전도성 시험은 탄소 나노튜브를 첨가하여 재료 내에서 전하 도약(charge-hopping)으로부터 저항(Ohmic)에 이르기까지 전자 이동 메커니즘이 변화된 것으로 확인하였다.
이는 전기전도성에서의 큰 향상을 의미하는 것으로 기존의 탄소섬유 보강 복합재료와 비교할 때 ‘퍼지(Fuzzy)’ 탄소섬유 보강 복합재료의 각변형(out-of-plane) 전도성은 510%, 평면 내 전도성은 330% 향상되었다,
이 기술이 기존의 산업공정에 잘 사용되면서 기존의 탄소섬유 보강 복합재료를 대량으로 제조하는 기술에 응용될 수 있을 것으로 기술자들은 확신하고 있다.
자료출처 : tinnews
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첨부파일#1 : 2014-05-26 09;11;23.jpg
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