5
3RO\PHU.RUHD9RO1RSS Ë ø# 19912 Iijima¾ Fb JöJ b(S. Iijima, Nature, 354, 56-5 (1991)) ²zfú(carbon nanotube, CNT) ¯ÂJ *ï, òï §*J fFÚ fêG, ãG rF fz î ÞZF ÿÚzî ¢ BÒ. 1 CNTî âb .´ ²ï, âï, ò ï §. JêF î·W ãF ò¾ s¢ CNTj öêG F  ÒJ ²¾ Jb î 㳺J òF Î vÒ. 2 ¼. ï ?rj î¢^ CNTF î·zî î Îr~ ãWº r CNT z· *s*J òï, ²ï 2 î Û ¯Ê v fòJ Zz îÎ v*^ §v 21 & Ò¢ fbæ² òF î·sî îb² ® 5^62ò JJ ÞZJÇb bÖ¢& BÒ. 3 ò f b æ ² ò B G (CVD), 2 Z ò , ö ßF ÒJ *J ^Î vÒ. æ î¢^ BG2 £J î· Wb îJ Òÿ« ²zfú(multi walled CNT, MWNT) î Î r ~ ã W º F ò J î Ë F ® º òw CNT W î¾ ò v CNTF ®{ïf ã÷. ¢¢ ÒbÒ. J¦ ¯ ²z(vapor grown carbon fiber, VGCF)F « ¯«b 100^150 nm*J 10^30 nmF MWNT¾ FÚ Z®º . ò¾ MWNTF êJ rFÎ v*^ W ý F ò*J jæ ê.bB ß*Jn ¯³ï*J ã÷Î v Ò. bÒ VGCF âîz®F òJ âòJ2ú(polypro- pylene, PP) ê . Îr~.F ãW¢¾F ï¾ îJ ÞZ â Îî v*^ Î Ò MWNT/ Îr~ ãW¢ F òÖ²F fJ ÿJ ÛN2 âçb BÒ. 4-9 J¦ CNT VGCF. . fbæê Îr~j ãWBF U#>0Û2øn·Óóì#Ñ#§##U\â#à# #& \ \_¨á\ìI \"## # J[êGÞZ¾ Îr~ FbúÊ * ÎîG> ºãGê 2  j ÿ2 j 2Ë Hohfwulfdo#dqg#Ukhrorjlfdo#Ehkdylruv#ri#YJFI2Sro|skhq|ohqh#Vxoilgh#Frpsrvlwhv# Kdq#Qd#Qrk*/#Kr#J|x#\rrq*/#Mxq#N|xqj#Nlp/#K|xqmxqj#Ohh/#dqg#Plq#Sdun # 3RO\PHU+\EULG5HVHDUFK&HQWHU.RUHD,QVWLWXWHRI6FLHQFHDQG7HFKQRORJ\ +DZROJRNGRQJ6HRXQJEXNJX6HRXO.RUHD *'HSDUWPHQWRI0DWHULDOV6FLHQFH.RUHD8QLYHUVLW\6HRXO.RUHD 5HFHLYHG'HFHPEHUDFFHSWHG-DQXDU\ õñ bCj bJ #**J ^J ¯ ²z9DSRU *URZQ &DUERQ )LEHU 9*&) ò â ¾úúbÊSRO\SKHQ\OHQH VXOILGH 336 ãW¢F 9*&) V·¾ f òï ®Gï §2 ¢¢âFÒ ãW ¢F úÖb âJ® îê æ . 336 Ò¦ ¢¾ 9*&)j ÎjFz rÊ^ v¢ êïr2 CfN vÒ ZW 9*&) *s:® æò 336. ^F J òï ê ®Gï ^Ç2 âî*^ ZW J 9*&)F *s2 îÊ2 : òîJ ²ò ò ý þ² ¯§ ²NF êú "Fb ß ®Gï F ®Çb îÒ Îò 336²¾F ²NF êú "Fb. ãW¢ ¢¾F 9*&)F ¦ºZ * J fJ q*J ^ b òï ¾º 2j ®Gï F êJn ãW¢ ¢F ²ò ¦º ZF 2 CfN v:2 âÚîÒ Devwudfwñ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h|zrugvñ 9*&)SRO\SKHQ\OHQHVXOILGHQDQRFRPSRVLWHHOHFWULFDOFRQGXFWLYLW\UKHRORJ\GLVSHUVLRQ 7RZKRPFRUUHVSRQGHQFHVKRXOGEHDGGUHVVHG(PDLOPLQSDUN#NLVWUHNU

14 85-89 XXXXXXXX~ XXXXXX3XX · CA100(Yokogawa Electric Works Ltd, Japan) , 6512 Programmable Electrometer(Keithley, USA) . 1 5 mA , . 20 mm, 5 mm . VGCF/PPS 25 mm (Rheometric , Advanced

  • Upload
    others

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

  • Demo

    �������������������������������������

    ��

    � ��

    1991� Iijima� �� ��� ��� ��(S. Iijima, Nature, 354, 56-5

    (1991)) ������(carbon nanotube, CNT)� ��� ���, ���

    ���� ��� ����, �� ����� ���� �� ���

    ����� �� ��.1 CNT� ��� ���� ���, ��, ��

    � �� ��� ���� ��� ��� �� CNT� ����

    � ���� ��� ���� ��� ���� ���� ���

    � ��.2

    � ��� ��� ��� CNT� ����� ���� ���

    ���� ���� CNT� �� ��� ���, ��� ��� �

    � ���� � �� ������� �� ���� ��� �� 21

    �� �� ����� ���� ���� ���� �� 5�6��

    ��� ����� ���� ��.3

    �� ����� ���� �����(CVD), � ���, ��� �

    �� �� ��� ���� ���� ��. � ��� ������

    �� �� ��� ��� ��� ������(multi walled CNT,

    MWNT)� ��� ����� ����� �� ����� �� CNT

    ���� ����� ��� �� CNT� ���� �� ���

    ����. �� ���� ����(vapor grown carbon fiber, VGCF)�

    �� ��� 100�150 nm�� 10�30 nm� MWNT� ��� ���

    � ���� MWNT� ��� ���� ��� �� � ���

    �� ���� �� ���� ����� ���� ���� �

    �. �� VGCF� ������� ����� �����(polypro-

    pylene, PP)� �� ����� ����� ��� �� �� �

    �� ��� ��� ��� MWNT/��� ��� �� ����

    ���� ��� �� ��� ��.4-9

    �� CNT� VGCF� ����� ���� ����� ��

    �����������������������������������������

    ��������

    ��������������

    ��

    ������������������������������

    ������ ��� ����������� �� ������

    ��������������������������������������������������������������������

    ��� � ��*!��������"���*!�#���$�����$�!�����%����&��!����'����(��

    ������������������������������������������������������������������������

    ��� ��!����"��������������"������������������

    *#�$�����������%������������������������&��'�������������� �(�)* ��������

    +����'���#������� (��,**-.����$����/�������, ��,**(0

    ���������������������������������� ����� ����� !���� ��� ����

    �������������"������� #$�%!&�� ��'����� ��� �������������������� ��

    ����������������� ��'����� ��� �������������������

    ��

    ����� ��()��� ������� ��'���������������������� ���()

    � ��� ����������������������������������������

    ������������ ��'��������������������� ��� �������

    ���

    ����������������������������������������

    �������

    ���������

    )*�������*"��%%�+(�%,���-����+���� %!��� ���� � +��(��(#�� ���+(�!+� �& �"����-!+� ������(!�#�%���

    %!���&�����"�������#$�%!&����'�+����#!(�#������&("��$-"���(�!.!�-$#!�-

    (�!�#+����.(�$&���##($&!�&�*"!#

    ��("�&�#���,�& (���/$!(� �%%�+(!,� (����&$+�-��&&!#���#!���%��� !� ("��(�!. �,�� %��"!-"�� %!���&��'�

    ���("�&����&��+��%("����+(�!+�+��&$+(!,!(������ +��(��(�("����+��(!���"������

    ��-�(��++$���,���

    �()�0"!��("���!#����

    ��-!��!�+��#��%,!#+�#!(�%����&��()��� %!���&��'�("�+����#!(�#+��(!�!�-��

    �()��� #"���&��$�(!�+��#�!�,!#+�#!(�#����#%�((��!�-�%%��/$��+�,#��&$�$#+$�,��!�&!+(!�-

    (��#!(!��

    %���

    �!/$!&��!1�(�

    #��!&��!1���",!��&$�(�("�+��(!���%��� ��(���1�*"!#��#$�(-���#����(�("�%+(("(("�

    ��(���1%���(!��!�("�+����#!(�+���+��%!���&���"����-!+�������(�&����&��+���%!����+��(��(#����#��

    ���+(�!+�+��&$+(!,!(���#$�����(�

    $��+��������� ������"�������#$�%!&�����+����#!(�����+(�!+�+��&$+(!,!(���"����-��&!#���#!���

    †*��"��+����#���&��+�#"�$�&��&&��##�&�2��!�3�!���141!#(����1�

  • �� ����������������

    ���,� ��� ��������� �

    �� ����� ������ �� �� � ��. ����, ��

    � ������ �� �� ����� ���� ��� ��

    �� �� ��� ���� ��� ��� �� ��� ����

    ��� ����� �� �����.10

    ������ CNT �� � ��� � ���� ��� ����

    � � ��� ����� �� � ��. � �� ����� �

    �� ���� ��� ���� �� ��� ��� ��, ����,

    �������, �� � �� �� �� ��� ��� �� � �

    �� ��� �� ��� � �� � ���� ����� ��

    � ����� �� ��� ��� ���� ��.11

    Carnerio � �� ��� VGCF� co-rotating ������ ���

    � �������� ����� ��� ���� ���� ��

    � ��� ������ ��� ��� ����� �� �����.12

    VGCF� �� ���� �� VGCF� ��� ���� ���

    � ��� ����� ��� ��� ��� �� ������ ��

    � ��-��� ����� ��� VGCF ��� ��� �� ��

    ��� ��� ���� �����. ��, ���� ����� �� �

    ���� ������� ��� ����, ��� � ����� ��

    � ��� ����� ���(polyphenylene sulfide, PPS) ��� �

    � ����� ��� ���� ��.13

    � ����� � ���� ����� PPS� ���� �

    � ���� ���� VGCF� ���� �� ��� �����

    � ���� ���� ����, VGCF ��� �� ���� ���

    � VGCF� ���� ��� �� � �� ���� �����.11

    � ��

    ��� ��� ���� �� ������ �� 150 nm, ��

    � 10�500� ��� ��� 2800 ��� ��� ��� �� �

    ����� ��� VGCF�� � ��� �� �� �����.

    ��� ��� ��� PPS(KL-01G grade)� Dainippon Ink and Che-

    mical�� � �� ��� ��� ���� 280 �� ���� �

    80�90� ����� ���.

    ���������������� �� ���� ���� ���� PPS

    � ��� ��� VGCF(1, 5, 10, 15, 20 wt%)� � ���� �

    �� �� ������ 80 � ���� 24�� �� ���� �

    �� �����.

    ��� ���� �����(Bautek, Korea, �=11 mm, L/D�40,

    co-rotation)� ���� 320 �, 250 rpm ����� �� ����

    10�15� �� VGCF/PPS ������ �����.

    VGCF ��� �� ��� �� ���� �� ����� ���

    ���� ��� ����� ����� � ����� �����

    � �� �� �� ���� ������ �����. VGCF� �

    ��� � �� ��� field emission-scanning electron microscopy(FE-

    SEM, Hitachi S-4200)� high resolution-transmission electron microscopy

    (HR-TEM, JEOL, JEM-4010)� �� ���� ���� �����.

    ������ ���� ��� ��� ���� �� �� ��

    �� �� �� ��� ���� hot press(Tetrahedron, San Diego,

    Califonia)� ���� 320 ��� 5�� ��(2.5 atm)� �� ���

    � �����. ��� � �� �� ���� ����� �

    �� ��� � �� 4��(four probe method)� ���� ��

    ���. ���� CA100(Yokogawa Electric Works Ltd, Japan)� ��

    ����, ����� 6512 Programmable Electrometer(Keithley, USA)

    � �����. ������ 1�5 mA� ��� ��� �� ��

    � ������, �� ���� ��� ��� ��� ���� �

    ���.

    ������� ��� ��� �� �� �� ��� ����

    �� 20 mm, �� 5 mm� �� ���� �����.

    VGCF/PPS ������ ��� �� 25 mm� ���� �

    ����(Rheometric�, Advanced Rheometric Expansion System, ARES)

    � ���� ������� 320 ��� �����. ������ 0.1

    �100 rad/s� ����� 10% �� � �� ��� �����.

    ��������

    ��������� � ���� ��� VGCF� �� �����

    FE-SEM� HR-TEM� ���� �����(Figure 1). Figure 1(b)�

    � � ��� VGCF� ���� ��� ��� ���� ��

    ���� �� �� � ���� ��� ��.

    Figure 2� ��� PPS� VGCF� 5 wt%(b), 15 wt%(c) ���

    VGCF/PPS ������ ���� ��� FE-SEM �����. �

    ��

    ���

    Figure 1. �� 2�'25�&���67�*25�"�(��!+��-��"#�%��� �

    6 µm

    5 nm

  • � ��������8����������������������� �9�

    �����������������������������

    VGCF ��� ��� ��� ���� VGCF� �� �� �� �

    � ���� ������ �����. �� � ���� ��� ��

    ���� ��� ��� ��� ��� ��� VGCF� PPS �� �

    � ���� ������ �� ����� ������ ����.

    ������ Figure 3 VGCF ��� �� ������ �� �

    ��� �� ��. ��� ��� 4 � ��� ���� ��

    � ��� �� �� �� ��� ��� , ��� (1)�14 ��

    �� �����(σ)� �����.

    1�

    ⋅⋅⋅=

    πσ ��� (1)

    ��� I� ��, V� ��, � ���� ����, ln2� π� �� �� �� �� �� ����.

    1 wt% � 5 wt% VGCF/PPS ������ � ���� ��� �

    �� ����� ���� �� � ��� �� ����, �

    �� ��� PPS ��� ���� �����.15 VGCF 10 wt%�

    �� ���� ���� � 2�10-3 �� ���� VGCF� �

    � ���� ��� �� ��� ���� � � ��. �� 10

    wt% ��� VGCF ��� �� ����� VGCF �� ���

    � ������ percolation �� ��� ����� � � ��. �

    � Lozano � VGCF(Pyrograf III)/PP ���� ��� ��� �

    ���� ����� �� ����� VGCF �� � 9�18 wt%

    ���� ���� ��� ���� � ���� ��� �� �

    �� ��� ������ ��� � ��.16 �� � ��� ���

    � ��� ��� ��� ���� ���, ��� VGCF ����

    percolation ��� ��� � � ���.

    ��

    ���

    �+�

    Figure 2. 2�'25�"�(��!+��-��"#�%%�+($��#$�%+�#%����� 8��'+����#!(�#:����(��'������()��� ��&�+����()��� �

    �µ�

    �µ�

    �µ�

    Figure 3. 2��+(�!+�+��&$+(!,!(��%��� 8��'+����#!(�##

    %$�+�(!���%��� +��(��(#�*"�,�$�#�������()�#�����&("�&��

    (�+(!���!�!(�&+!(�&%���

    �!(��($����

    7

    6

    5

    4

    3

    2

    1

    0

    � � �� �� ��

    ���(��(�% ��� ��()�

    ���

    ����

    ����

    ����

    ����

    ����

    ���

    ���

    ����

    ����

    �����

    �����

    �����

    �����

    �����

    �����

    ����

    ����

    2��+(�!+

    �+��&$+(!,!(��'8+�

    Figure 4. The viscosity behavior of VGCF/PPS composites measured at 320 � as a function of (a) frequency and (b) VGCF contents.

    0.1 1 10 1001

    2

    3

    4

    5

    pure PPS PPS-1wt% VGCF PPS-5wt% VGCF PPS-10wt% VGCF PPS-15wt% VGCF PPS-20wt% VGCF

    ��� � �� ���

    ��/$��+���&8#�+�

    ��

    ������.

    ,!#+�#!(�

    ���

    ���

    ���

    ���

    ���

    ���

    1

    2

    3

    4

    5

    0.1 rad/s1 rad/s10 rad/s100 rad/s

    � � �� �� �� ��

    ���(��(�% ��� ��()�

    ���

    �!#+�#!(����

    ���

    ���

    ���

    ���

    ���

  • �� ����������������

    ���,� ��� ��������� �

    ������� � �������� ��� �� �� ��

    ���� ������ ���� ��� ��� ����, � ��

    ������ ��� �� ����� ��� �� ��� ��

    �� ��� ��� � VGCF� ��� percolation ��� �� �

    �� �� ����.

    Figure 4(a)� VGCF ��� �� VGCF/PPS ������ ���

    � �� ����(η*) �� ����. VGCF� ��� � ��� PPS���� �� ����� ����, 1, 5 wt%� VGCF�

    ��� ���� �� �� ��� ��� ���. ���, 10 wt%

    �� ���� �� PPS� ��� ��� � 100� �� ���

    � � ���. � VGCF� PPS� �� ���� ���

    ��� ���� ����� ����� ���� ��� VGCF�

    �� ��� � ��� ���� ���� ��� ���. �

    ��� ���� ��� �� �� �� MWNT� ��� ���

    ��� ����� ��� ��� ���� ��.17,18 VGCF 10 wt%

    ��� ����� � ������ ���� ����� �� ��

    � ���� �� �� ��(shear thinning behavior)� ����

    � � �� ������ �� ��� ��� ���� VGCF/�

    �� ���� � �� � �� ���� ���� ��.

    Figure 4(a)� ��� ���� VGCF ��� �� η*� �� Figure 4(b)� ����. VGCF� ��� 5 wt%��� �� �

    η*� ����, 10 wt%� ����� ��� η*� ��� �� � ���. �� ��� ��, Lozano � � ����� ��� �

    �� 10 wt% VGCF�� ��� �� ���� ����� � ��

    � ��� percolation ��(rheological percolation threshold)��� �

    ����.16

    Figure 5� VGCF/PPS ������ �� ����(storage modulus,

    G ′)� ����(loss modulus, G ″)� ��� �� �� ���

    ��. VGCF� 1, 5 wt% �� ���� ��� PPS� ���

    ��� ���� 10 wt% �� �� �� G ′ �� � ��� ��� �� �� �� ����(plateau)� ��� ��� ��

    VGCF� ��� ���� VGCF �� ��� ��� �����

    � �� � ��. Figure 6 Figure 5� ���� VGCF ���

    �� G ′� G ″� �� ���� ��. G ′� G ″ �� VGCF ��� �� ���� ��� ���� �� � ������� ��

    �� �����. VGCF ��� �� G�'� �� G�″� �� � ��� � �� � ���.

    � �

    � ����� �� �� �� ������ ���� ���

    � ��� VGCF� ��� ��� �� PPS �� �� ���� PPS/

    VGCF ������ �����. ������ ��� ��� VGCF

    � ���� SEM� HR-TEM�� ��� ��, �� ���� VGCF

    � ���� ���� �� � ������ � � ���. �� �

    ����� �� �� �� ������ ������ �� ��

    ��� ����.

    Figure 5. *"����(�%��#(��-���&$�$#�2�′��&�����##��&$�$#�2�″�,��#$#%��/$��+��%��� 8��'+����#!(�#(�����

    0

    1

    2

    3

    4

    pure PPS PPS-1wt% VGCF PPS-5wt% VGCF PPS-10wt% VGCF PPS-15wt% VGCF PPS-20wt% VGCF

    ��� � �� ���

    ��/$��+���&8#�

    ��

    '(��

    -���&$�$#�2� ′��

    ���

    ���

    ���

    ���

    ���

    0

    1

    2

    3

    4

    pure PPS PPS-1wt% VGCF PPS-5wt% VGCF PPS-10wt% VGCF PPS-15wt% VGCF PPS-20wt% VGCF

    ��� � �� ���

    ��/$��+���&8#�

    ���

    ;�##

    ��&$�$#2� ″��

    ���

    ���

    ���

    ���

    ���

    Figure 6. *"����( �% ��2�′ �& ���2�″ ,��#$#��� +��(��(# �%��� 8��'+����#!(�#(�����

    � � �� �� �� ��

    ���(��(�% ��� ��()�

    ��

    '(��

    -���&$�$#2� ′��

    ���

    ���

    ���

    ���

    ���0

    1

    2

    3

    4

    0.1 rad/s1 rad/s10 rad/s100 rad/s

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    0.1 rad/s1 rad/s10 rad/s100 rad/s

    � � �� �� �� ��

    ���(��(�% ��� ��()�

    ���

    '(��

    -���&$�$#2� ″��

    ���

    ���

    ���

    ���

    ���

    ���

  • � ��������8����������������������� ���

    �����������������������������

    ���� VGCF ��� 10 wt% ��� ��� ��� ���� �

    �� ����, �� VGCF �� ��� ����� ��� ���

    � �� �� ������ VGCF� ��� ����� �� �

    �� �� ����� �����. ��� VGCF� ��� ��

    �� ���� ���� ��� ����� �� � �� ����

    �����. ���� ��� �� ���� ������ ��

    �� ���� �� ������, � �� PPS �� VGCF� �

    ��� ��� �� �� �� ���� �����. �� 1, 5

    wt% VGCF/PPS ���� ��� PPS� ��� ��� ��� ��

    ��, 10 wt% VGCF ��� ������ ��� ��� ��� �

    �� �� � ��� �� 10 wt% VGCF/PPS ��� ��� ��

    �� ��� �� ����. ��� ��� �� ��� ���

    � � ��� ����� 10 wt% ��� VGCF� ���

    �� ��� ��� ���� ������ �� � ��.

    ������ ��� ���� ���� ��� ���

    ����� ������.

    � � � ��

    �� 7�6�<$-"���=�=�>1"!&�,��&0�=�&�6����������������

    9�9�������

    �� 6�'"!��"��

    ������3�'�������������������������#�'���$��������

    4���������%����������5��*�1��������

    �� ��?� �6��!#����5�%��5��'5����������@�:2�*�*"�#(��#�����;!�

    �&*��"�$����$��5����5��������5����@���������

    @� 2���<�����/5%��������%����������%��5����5�������������

    �� �� �A(#+"1�� *�B� ����#� �&B�7� �$���������� ��� ��@9 �������

    �� '� =� ���&���,� � ?� 5+�&�� ?� =� ����!�� �0� ?��� 6(($��

    �& �� =�