Carbon fibers of polyacrylonitrile (PAN) type were coated with nickel nanoparticles using a chemical reduction method in alkaline hydrazine bath. The carbon fibers were firstly heated at 400 °C and then chemically treated in hydrochloric acid followed by nitric acid to clean, remove any foreign particles and functionalized its graphitic surfaces by introducing some functional groups. The functionalized carbon fibers were coated with nickel to produce 10 wt% Cf/Ni nanocomposites. The uncoated heat treated and the nickel coated carbon fibers were investigated by SEM, EDS, FTIR and XRD to characterize the particle size, morphology, chemical composition and the crystal structure of the investigated materials. The nickel nanoparticles were successfully deposited as homogeneous layer on the surface of the functionalized carbon fibers. Also, the deposited nickel nanoparticles have quazi-spherical shape and 128–225 nm median particle size. The untreated and the heat treated as well as the 10 wt% Cf/Ni nanocomposite particles were further reinforced in ethylene vinyl acetate (EVA) polymer separately by melt blending technique to prepare 0.5 wt% Cf-EVA polymer matrix stretchable conductive composites. The microstructures of the prepared polymer composites were investigated using optical microscope. The carbon fibers as well as the nickel coated one were homogenously distributed in the polymer matrix. The obtained samples were analyzed by TGA. The addition of the nickel coated carbon fibers to the EVA was improved the thermal stability by increasing the thermal decomposition temperature Tmax1 and Tmax2. The electrical and the mechanical properties of the obtained 10 wt% Cf/Ni nanocomposites as well as the 0.5 wt% Cf-EVA stretchable conductive composites were evaluated by measuring its thermal stability by thermogravimetric analysis (TGA), electrical resistivity by four probe method and tensile properties. The electrical resistivity of the fibers was decreased by coating with nickel and the 10 wt% Cf/Ni nanocomposites has lower resistivity than the carbon fibers itself. Also, the electrical resistivity of the neat EVA is decreased from 3.2 × 1010 to 1.4 × 104 Ω cm in case of the reinforced 0.5 wt% Cf/Ni-EVA polymer composite. However, the ultimate elongation and the Young’s modulus of the neat EVA polymer was increased by reinforcing with carbon fibers and its nickel composite.

깨끗한 물에 대한 수요는 우리 사회가 인간의 삶을 개선하기 위해 점점 더 진보되고 수준 높은 기술을 개발함에도 불구하고 모든 현대 사회에 존재한다. 그러나 지구 기후 변화가 전 세계 여러 지역에서 더욱 극적인 영향을 미치기 시작하면서 폐수를 처리하거나 인체 건강에 해로운 박테리아, 미생물, 바이러스 및 기타 용매를 제거하기 위해 저렴하고 효과적인 방법에 대한 요구가 계속되고 있고 그 어느 때보다 중요하다. 폴리아닐린(PANI), 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF) 등으로 구성 되어 있는 합성막은 잘 구축되어 있고 막의 특성과 성능에 관한 정보를 수집하기 위해 광범위하게 연구되었지만 최근 연구에 따르면 이러한 합성막을 전류에 전도성 있게 만드는 것으로 나타났다. 다른 물질로 막을 도핑하거나 탄소 동소체와 같은 전도성 물질을 막 표면에 통합함으로써 기공 크기의 조정 가능성, 더 나은 방오성과 항균성을 허용함으로써 이러한 막의 성능을 증가시키는 것으로 나타났다. 본 총설에서는 현대의 전기 전도성 막을 기존 막과 비교하고 전기장 하에서의 성능 향상과 물 여과 및 폐수 처리 응용 분야에서의 잠재력에 대해 논의한다.

본 연구에서는 “이온젤” 이라고 불리는 고분자 기반의 PVA(polyvinyl alcohol)-H₃PO₄의 고체 전해질에 이온성 액체 BMIMBF4 (1-buthyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)를 첨가하여 제조한 전고체 전해질과 환원된 그래핀 옥사이드/전도성 고분자 복합재료 기반의 전극 재료를 이용하여 유연성을 갖는 슈퍼커패시터를 제작 하였으며, 유연성에 따른 전기화학적 특성을 분석하여 보았다. 환원된 그래 핀 옥사이드/전도성 고분자 복합재료와 전고체 전해질 기반의 유연성 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성을 유연성에 따라서 측정하기 위해서 프레스로 0.01 kg/cm²의 일정한 압력으로 최대 100회 까지 굽힘 시험 (bending test)을 진행 하였으며, 0~100 회의 굽힘 시험 이후에 순환 전압전류법(CV), 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 및 전정류 충·방전법(GCD)을 통하여 비교 및 분석하여 보았다. 그 결과로, 유연성 슈퍼커 패시터의 초기 전기용량은 43.9 F/g으로 확인 할 수 있었고, 이 값은 50회, 100회의 굽힘 시험 후에 각각 42.0F/g, 40.1F/g로 감소하는 현상을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로 미루어 보아 물리적인 응력이 슈퍼 커패시터의 전기화학적 특성 감소에 영향을 주는 것으로 사료되며 또한, 굽힘 횟수에 따른 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성 감소 원인을 확인하기 위해서 굽힘 시험 전과 후의 전극표면을 전자주사 현미경으로 관찰 하여 보았다.

에너지 저장 매체는 소형화, 고효율화 및 그린에너지 정책에 부합하면서 연구개발이 진행되고 있으며 유연성과 신축성을 갖는 디스플레이나 웨어러블 전자기기의 발전에 상응하는 에너지 저장 매체 의 개발이 시급한 상황으로 이를 실현 할 수 있는 물질가운데, 탄소나노 재료중의 하나인 그래핀과 그 래핀 하이브리드와 같은 뛰어난 전기화학적 특성을 지니고 있는 나노 재료가 각광을 받고 있다. 또한 슈퍼커패시터와 배터리 및 연료전지 등과 같은 에너지 저장 소자에 응용하기 위한 연구가 활발하게 진 행 중에 있으며, 여러 가지 에너지 저장 매체 중 단시간에 고출력을 구현하고 장시간 신뢰성을 갖추며, 빠른 충·방전 순환특성을 가지는 슈퍼커패시터는 차세대 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 플렉시블한 특성을 갖는 그래핀과 전도성 고분자 하이브리드 전극을 기반으로 하는 슈퍼커패시터를 개발하고자 하였으며 환원된 그래핀 옥사이드/폴리피롤 복합재료를 이용하여, 전기화학 적 특성을 최대화 하였다. 그 결과 굽힘 시험 전 전극의 초기 용량값은 198.5 F g-1 이었으며, 500번의 굽힘 시험 후 128.3 F g-1로 감소하는 것을 확인하였으나, 전극의 초기 전기 용량 값의 65 %의 성능을 유지하였다.

Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers have been widely used for renewable energy generation, including polymer electrolyte fuel cells (PEFCs), owing to their excellent resistance to harsh chemicals and good ion-transport properties. PFSA materials experience critical chemical decomposition to radical attacks, and fast hydrogen crossover leading to fairly reduced electrochemical performances, when they are used as membrane materials. Similar chemical degradation also occurs in PEFC electrodes containing PFSA ionomer binders used as both mechanical supporters and proton conductors and shortens PEFC lifetime. In this study, several approaches based on their morphological rearrangement to overcome these economical and technical issues are proposed. They include pore-filling membrane formation, nanodispersion, and their combination.

This study analyzed the thermal properties of a thermal conductive polymer polyethylene terephthalate(PET) to make it into a heat sink and evaluated the temperature properties of 10W COB(chip on board) LED(Ligth Emitting Diode) as a heat sink. This study confirmed the composition and content of inorganic compounds in PET. As a result, carbon filler content of Samples A and B accounted for 73.93 and 61.46%, respectively. Sample B included 10% more inorganic filler(Al, Mg, Si, Ca), and its thermal conductivity was 10.9 W/mk higher than Sample A. Based on the material properties, this study compared the heat dissipation properties of 10W COB LED between PET and aluminum heat sinks. As a result, the maximum temperature of PET heat sink was 4.4℃ higher than that of aluminum heat sink, and the minimum temperature outside PET heat sink was 13.6℃ lower than that of aluminum heat sink. Based on these results, PET heat sinks are inferior to aluminum heat sinks in thermal properties. However, it is considered possible to realize various designs because they have excellent formability and lightweight properties due to the lower melting point and specific gravity

전도성 고분자는 고분자가 갖는 높은 투과도와 화학적 구조에 의한 전도성 특성, 좋은 가공성, 낮은 가격과 같은 이점 때문에 전자산업, 특히 디스플레이 재료 개발 분야에서 그 응용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전도성 고분자는 산화환원에 의해 다른 상태의 구조를 갖게 되는데, 이때 색변화, 전도도가 변하게 된다. 따라서 이러한 특징을 이용하여 전도성 고분자의 직접적인 색변화를 이용한 전기변색 디스플레이와 전도성 고분자가 갖는 전기전도도를 이용한 디스플레이 재료들의 연구가 이루어지고 있다. 전도성 고분자는 그 종류마다 다른 전도도를 갖게 되는데, 이는 그 고분자를 이루는 물질에 의해 결정되기 때문이며, 또한 doping level, dopant, 중합방법에 따라 전도도의 조절이 가능한 특징이 있다. 최근 전도성 고분자 응용 분야의 대표적인 선도 연구로는 전기변색 디스플레이, 대전방지, 높은 전도도를 이용한 투명전극 응용 등이 있다.

양극산화 알루미나(AAO)막의 나노 사이즈 미세공(세공 크기 20 nm, 10 nm 및 200 nm)을 주형으로 사용하여 전도성 고분자인 폴리피롤, 폴리아닐린 중합체 및 폴리피롤/폴리아닐린 공중합체 나노와이어를 제조하였다. 미세공 주형 내에서 전도성 고분자의 성장은 세공의 벽면을 따라 튜브 형태로서 성장하였으며, 3시간 이후에는 내부가 완전히 채워진 나노와이어가 형성되었다. AAO 막을 수산화나트륨 용액으로 퍼리하여 세공 내에 형성된 전도성 고분자 나노와이어를 회수 하였으며. 회수된 나노와이어 직경과 길이는 주형 막의 세공 형상과 일치하였다. 통상의 용액 중합법으로 제조된 전도성 고분자 분말과 비교하여 주형 합성법으로 제조된 전도성 고분자 나노와이어는 결정성과 열적 안정성이 향상되었으며, 전기 저항은 4~60% 감소하였다.

Polydimethylsiloxane(PDMS) 몰드를 사용한여소프트 리소그래피 방법을 통해 Poly(3-hexylthiophene)(P3HT)가 서브 파장(subwavelength) 사이즈로 나노패턴 된 전기 변색 소자를 제작하였다. 나노 패턴된 전기 변색 소자를 사용한여 착색 및 소색 상태에 따른 빛의 편광 효과를 패턴의 방향을 바꿔가며 측정하였으며, 인가전압에 따라 변화되는 고분자의 도핑 상태에 의해서 편광된 빛의 세기를 손쉽게 가역적으로 변화시킬 수 있었다. 편광 효율을 최댓값과 최솟값의 비로 정의하여 실험을 통해 1.7의 편광 효율값을 계산할 수 있었다. 산화, 환원 반응에 따른 고분자의 구조변화에 의해 도핑 상태에 따라 굴절률 차이가 생기게 되고 이에 따라 편광 된 빛의 세기를 인가전압의 스위칭만으로 조절할 수 있었다. 전기 변색 소자에 -2V와 2V 전압을 인가해 주었을 때 고분자 패턴과 전해질 사이의 굴절률 차이는 0.61과 0.99의 값으로 나타났다.

전도성 고분자 중 안정성이 높은 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT)을 이용하여 전기변색 박막을 제조하고 박막제조 방법에 따른 전기변색 특성을 연구하였다. PEDOT 박막은 전기중합법과 증기중합법에 의해 제조되었고, 두가지 방법 모두 도핑되지 않은 중성 상태에서 짙은 푸른색을 띠는 박막으로 제조되었다. 전기변색 특성을 평가하기 위하여 UV-Vis spectrophotometer와 Cyclic voltammetry가 사용되었으며, 산화/환원 시 표면은 AFM으로 관찰되었다. 전기 중합법으로 제조된 PEDOT 박막에 비해 증기중합에 방법에 의해 제작된 PEDOT 박막의 표면이 거칠기 50 nm 이내로 균일 하였다. 특히 증기 중합법을 이용하여 제조된 전기 변색 소재의 특성도 응답성 1.5초 이내, 49%의 투과율 차이, 402의 변색 효율을 보여 박막의 특성 향상으로 전기변색특성이 향상 된 결과를 보였다.

폴리아닐린은 ammonium persulfate를 산화제로 하여 IM염산 수용액중에서 산화중합법으로 제조하였다. 탈수소 과정 후, 저분자량의 강산도판트, 및 분자량이 큰 도판트를 사용하여 도핑을 수행하였다. 폴리아닐린의 d-spacing을 3.72Å에서 4.844Å 까지 조절할 수 있었는데, 고분자 또는 분자 크기가 큰 도판트를 찾아서 d-spacing이 폴리아닐린의 base film보다 크도록 조절하였다. 폴리아닐린의 물성은 Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), differential scanning calorimetry (DSC), dielectric analyzer (DEA) 등을 사용하여 측정하였다. 본 연구에서는 annealed film으로 산소와 질소가 각각 0.072, 0.0105 barrer의 투과도를 나타내었으며 선택도는 6.87이었다. 고분자량의 도판트로써 도핑한 폴리아닐린의 기체투과특성은 투과도가 증가하고 선택도는 감소하였다.