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(($��
�& �� =�