KR101644603B1 - 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 분산도 측정방법 - Google Patents

탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 분산도 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 정량적으로 수치화된 분산도를 얻을 수 있는 분산도 측정방법에 관한 것이다. 본 발명의 여러 구현예에 따르면, 종래 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 일부분만 측정되거나 물성을 예측하기 어려운 문제점을 해결할 수 있고, 탄소나노소재를 직접적으로 확인하고 정량화시켜 분산도를 측정할 수 있어 분산도를 수치화할 수 있으며, 이에 따라 탄소나노소재-고분자 복합소재의 신뢰성 평가에 중요한 기술로 응용할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.

Description

탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 분산도 측정방법{Method for measuring dispersion degree of carbon nanomaterial in carbon nanomaterial-polymer composite}
본 발명은 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 정량적으로 수치화된 분산도를 얻을 수 있는 분산도 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 탄소나노소재-고분자 복합소재는 상대적으로 적은 탄소나노소재 함량에서도 고강도의 경량 특성 및 전기전도성을 가지고 있어, 우수한 기계적 물성과 전기전도성이 요구되는 우주항공, 자동차용 소재뿐만 아니라 전자파 차폐용 소재 등으로 다양하게 응용되고 있다.
탄소소나소재 중에서 탄소나노튜브의 경우 기존 재료에서 찾아 볼 수 없었던 뛰어난 기계적 물성, 높은 전도성을 보유하고 있지만, 분자간 힘인 반데르발스 힘에 따른 응집현상으로 인해 낮은 분산성, 재응집성, 높은 점도로 인해 균일 복합소재의 제조에 큰 걸림돌이 되고 있다.
이로 인해 효과적으로 고분자 기저 내에 탄소나노소재를 분산시키는 기술은 복합체 제조에 있어서 가장 중요한 단계로 여겨지고 있고, 이러한 탄소나노소재-고분자 복합소재의 성능을 극대화하기 위해서는 나노입자 분산도의 향상과 더불어 분산상태가 물성 변화에 미치는 영향을 정확히 이해하는 것이 매우 중요하므로, 각각의 분산 상태를 정의하여 분산 상태에 따른 물성의 변화를 예측할 수 있는 방법의 개발은 탄소나노소재-고분자 복합재료 연구에 있어 중요한 부분이다.
종래 탄소나노소재 분산도 평가에 있어 가장 널리 사용하는 방법으로 TEM 및 SEM의 전자현미경 이미지 분석이 있으며, 전기전도도, 입도분포, AFM 등 다양한 방법으로 분산 상태를 평가하고 있다.
그러나 상기 방법들은 국부적 영역에 대한 정성적인 결과를 보여주므로 복합소재 내의 탄소나노소재의 분산도를 대표하기 어려운 문제점이 있고, 한편으로는 물성을 예측하기 어려운 문제점도 있으며, 탄소나노소재의 분산 상태에 대해 정량적인 평가방법을 제시한 연구는 현재까지 매우 미흡한 실정이다.
KR 2012-0108462 A(2012.10.05) KR 2009-0087603 A(2009.08.18) US 8102524 B2(2012.01.24)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 정량적으로 수치화된 분산도를 얻을 수 있는 분산도 측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 대표적인 일 측면에 따르면,
(A) 탄소나노소재-고분자 복합소재 박막필름에 일정 파장의 빛을 투과시켜 광투과량을 측정하는 단계;
(B) 상기 (A) 단계와 동일한 탄소나노소재-고분자 복합소재 박막필름을 광학현미경으로 이미지를 촬영하여 응집된 탄소나노소재의 개수와 넓이를 측정하는 단계;
(C) 상기 (A) 단계 및 (B) 단계에서 얻은 상기 광투과량과 상기 박막필름 내에서 확인되는 응집된 탄소나노소재의 개수 및 넓이 측정값을 하기 수학식 1에 대입하여 탄소나노소재-고분자 복합소재의 분산도를 도출하는 단계를 포함하는 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 분산도 측정방법을 제공한다.
본 발명의 여러 구현예에 따르면, 종래 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 일부분만 측정되거나 물성을 예측하기 어려운 문제점을 해결할 수 있고, 탄소나노소재를 직접적으로 확인하고 정량화시켜 분산도를 측정할 수 있어 분산도를 수치화할 수 있으며, 이에 따라 탄소나노소재-고분자 복합소재의 신뢰성 평가에 중요한 기술로 응용할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 탄소나노소재-고분자 복합소재의 분산도 측정방법에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 탄소나노소재-고분자 복합소재 박막필름을 광학 현미경으로 관찰한 이미지로서, 상기 이미지는 이미지 프로그램을 통해 변환시켜 탄소나노소재만 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재 종류에 따른 분산도 및 인장강도를 나타내는 도면이다.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면,
(A) 탄소나노소재-고분자 복합소재 박막필름에 일정 파장의 빛을 투과시켜 광투과량을 측정하는 단계;
(B) 상기 (A) 단계와 동일한 탄소나노소재-고분자 복합소재 박막필름을 광학현미경으로 이미지를 촬영하여 응집된 탄소나노소재의 개수와 넓이를 측정하는 단계;
(C) 상기 (A) 단계 및 (B) 단계에서 얻은 상기 광투과량과 상기 박막필름 내에서 확인되는 응집된 탄소나노소재의 개수 및 넓이 측정값을 하기 수학식 1에 대입하여 탄소나노소재-고분자 복합소재의 분산도를 도출하는 단계를 포함하는 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 분산도 측정방법이 개시된다:
Figure 112014034302517-pat00001
(상기 수학식 1에서,
상기 Rstd는 하기 수학식 2로 계산될 수 있고, 상기 X는 하기 수학식 5로 계산될 수 있으며;
Figure 112014034302517-pat00002
상기 수학식 2에서,
① 상기 m은 광투과량 측정 횟수로서 10 이상의 정수이고,
② 상기 x'k는 하기 수학식 3에 나타낸 바와 같으며,
Figure 112014034302517-pat00003
상기 수학식 3에서, 상기 xk는 k 번째 측정한 광투과량이고, 상기 m은 상기 수학식 2에 나타낸 바와 같으며,
③ 상기
Figure 112014034302517-pat00004
는 하기 수학식 4에 나타낸 바와 같고,
Figure 112014034302517-pat00005
상기 수학식 4에서, 상기 x'k는 상기 수학식 3에 나타낸 바와 같고, 상기 m은 상기 수학식 2에 나타낸 바와 같으며;
Figure 112014034302517-pat00006
상기 수학식 5에서,
ⓐ 상기 X는 0 < X < 1이고,
ⓑ 상기 n은 탄소나노소재-고분자 복합소재 박막필름 내에서 확인되는 응집된 탄소나노소재의 넓이 구간의 개수로서, 2 이상의 정수이며,
ⓒ 상기 S i 는 응집된 탄소나노소재의 i 번째 넓이 구간에서의 넓이 구간의 절반에 해당하는 값(반 넓이구간)이고,
ⓓ 상기 N i 는 응집된 탄소나노소재의 i 번째 넓이 구간에 속하는 응집된 탄소나노소재의 개수이며,
ⓔ 상기 sf i 는 응집된 탄소나노소재의 i 번째 넓이 구간에 대한 크기 반영도(size factor)로서, 하기 수학식 6에 나타낸 바와 같고,
Figure 112014034302517-pat00007
상기 B는 고분자 및 탄소나노소재의 종류에 따라 결정할 수 있는 로그 밑 값으로서, 2 이상의 정수이고,
상기 Ai는 하기 수학식 7로 계산될 수 있으며,
Figure 112014034302517-pat00008
ⓕ 상기 Smax는 탄소나노소재-고분자 복합소재를 포함하는 박막필름의 광학현미경으로 촬영된 이미지의 크기이고,
ⓖ 상기 Nmax는 탄소나노소재-고분자 복합소재를 포함하는 박막필름의 광학현미경으로 촬영된 이미지의 총 개수이며,
ⓗ 상기 sfmax는 하기 수학식 8에 나타낸 바와 같으며,
Figure 112014034302517-pat00009
상기 수학식 8에서, 상기 B는 상기 수학식 6에 나타낸 바와 같고,
ⓘ 상기 C는 탄소나노소재-고분자 복합소재 내 탄소나노소재의 함량(중량%)이다).
본 발명의 일 구현예에 따르면, 종래 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 일부분만 측정되거나 물성을 예측하기 어려운 문제점을 해결할 수 있고, 탄소나노소재를 직접적으로 확인하고 정량화시켜 분산도를 측정할 수 있어 분산도를 수치화할 수 있으며, 이에 따라 탄소나노소재-고분자 복합소재의 신뢰성 평가에 중요한 기술로 응용할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.
한편, 상기 수학식 2에 있어서, 상기 Rstd는 빛 투과량에 대한 표준편차를 계산하기 위한 수식으로서, 상기 m은 광투과량 측정 횟수로서, 바람직하게는 10-1000이고, 더욱 바람직하게는 50-500이며, 가장 바람직하게는 100-300이다. 상기 광투과량 측정 횟수가 100회 미만인 경우에는 복합소재의 광투과량방법에 대한 신뢰도의 문제점이 있을 수 있고, 300회 초과인 경우에는 필름의 불균일성에 의한 신뢰도의 문제점이 있을 수 있다.
또한, 상기 Si는 응집된 탄소나노소재의 넓이 구간을 나타내는 값 중에서 i 번째에 해당하는 넓이 구간의 중간 값으로서, 일례로 응집된 탄소나노소재의 0 - 25.6 μm2 넓이 구간에 대한 S i 값은 │(0 - 25.6)│/2 = 12.8 μm2이다(표 3 참조).
나아가, 상기 N i 는 응집된 탄소나노소재의 넓이 구간 중에서 i 번째 넓이 구간에 포함되는 응집된 탄소나노소재의 개수이다.
또한, 상기 sf i 는 각각의 응집된 탄소나노소재의 넓이가 클수록 크기 반영도 역시 증가하는 경향이 있으므로 상기 크기 반영도는 넓이 구간 평균값에 직접적인 영향을 받을 수 있다.
나아가, 상기 Smax는 탄소나노소재-고분자 복합소재 박막필름을 광학현미경으로 촬영한 이미지의 전체 크기를 나타내는 값이고, 상기 Nmax는 탄소나노소재-고분자 복합소재 박막필름을 광학현미경으로 촬영한 이미지의 총 개수로서, Nmax의 값은, 바람직하게는 10회 이상이며, 이 때, Nmax 값이 커질수록 X 값의 신뢰도는 증가할 수 있다.
또한, 상기 sfmax는 Smax 값에 대한 로그(log) 값이고, 상기 C는 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 함량(중량%)으로서, 탄소나노소재의 종류에 따라 분석이 가능한 함량이 달라질 수 있다.
한편, 상기 수학식 6 또는 상기 수학식 8에서 log 밑 값에 해당하는 상기 B는 2 이상의 정수로서, 고분자와 탄소나노소재의 종류에 따라 다른 값을 취할 수 있다. 각 고분자와 탄소나노소재의 상호작용에 따라, 탄소나노소재-고분자 복합체 내의 응집된 탄소나노소재의 최대 크기, 평균 크기, 전체 넓이, 분포상태 등이 달라질 수 있으며, 탄소나노소재 및 고분자의 종류에 따라 물성에 영향을 미치는 응집된 탄소나노소재의 크기가 달라질 수 있다. 따라서 B의 값은 표준화된 공정을 통해 얻어진 탄소나노튜브-고분자 복합체의 필름 제작을 통해, 응집된 탄소나노소재의 최대 크기, 평균 크기, 전체 넓이 및 분포상태 등과 물성에 영향을 미칠 수 있는 최소 크기에 따라서 결정될 수 있다. 예를 들어, 응집된 탄소나노소재의 최대 크기가 클수록, 평균 크기가 클수록, 전체 넓이의 값이 클수록, 분포상태가 좋지 않을수록 B의 값은 작은 값을 가지게 되며, 물성에 영향을 미칠 수 있는 응집된 탄소나노소재의 최소 크기가 커질수록 B의 값은 큰 값을 가지게 된다.
본 발명의 일구현예에 있어서, 상기 수학식 6 또는 상기 수학식 8에서 log 밑 값에 해당하는 상기 B는
상기 고분자가 나일론66이고, 상기 탄소나노소재가 탄소나노튜브인 경우, 4이고,
상기 고분자가 나일론66이고, 상기 탄소나노소재가 그래핀인 경우, 5이며,
상기 고분자가 나일론66이고, 상기 탄소나노소재가 그래파이트인 경우, 5이고,
상기 고분자가 폴리부틸렌 테레프탈레이트이고, 상기 탄소나노소재가 탄소나노튜브인 경우, 4이며,
상기 고분자가 폴리부틸렌 테레프탈레이트이고, 상기 탄소나노소재가 그래핀인 경우, 5이고,
상기 고분자가 폴리부틸렌 테레프탈레이트이고, 상기 탄소나노소재가 그래파이트인 경우, 5인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 (A) 단계에서 상기 일정 파장의 빛은 4000 내지 8000 Å파장을 갖는 빛인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 4000 Å 미만의 파장을 갖는 빛을 조사하는 경우에는 빛에 의한 고분자복합소재의 파손의 문제점이 있을 수 있고, 8000 Å 초과의 파장을 갖는 빛을 조사하는 경우에는 고분자복합소재의 흡수스펙트럼에 의한 방해의 문제점이 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 (B) 단계에서 촬영된 이미지는 상기 박막필름 상의 10곳 이상의 지점을 측정한 이미지인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 박막필름 상의 10곳 미만의 지점에 대한 이미지로 분석하는 경우에는 분산도의 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 (A) 단계 및 상기 (B) 단계의 탄소 나노 고분자 박막필름은 두께가 1 내지 10 μm 이고,
상기 탄소나노소재-고분자 복합소재 박막필름은 (a) 탄소나노소재 및 (b) 고분자를 포함하는 탄소나노소재-고분자 복합소재를 펠렛 또는 파우더로 제조한 후, 열접착기(hot sealer)로 압축하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 박막필름의 두께가 1 μm 미만인 경우에는 탄소나노소재의 눌림으로 인한 문제점이 있을 수 있고, 10 μm 초과인 경우에는 탄소나노소재의 중첩에 의한 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 일구현예에 있어서, 상기 압축은 100-300 ℃ 온도 및 0.1-10 기압에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 (a) 탄소나노소재는 탄소나노튜브, 그래핀, 그래파이트, 그래핀 옥사이드 중에서 선택되는 1종 이상이고,
상기 (b) 고분자는 나일론, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백하다.
제조예 1
나일론66과 탄소나노튜브를 트윈 익스트루더를 통해 압출하여 탄소나노소재-고분자 복합소재를 제조한 후, 상기 탄소나노소재-고분자 복합소재를 펠렛으로 제조하여 슬라이더 글라스 위에 올리고 가이드를 두어 열접착기(hot sealer)를 이용하여 250 ℃ 온도 및 0.3기압에서 압축하여 일정 크기의 얇은 필름으로 제조 하였다.
실시예 1
(1) 광투과량의 표준편차
상기 제조예 1에서 얻은 탄소나노소재-고분자 복합소재 박막필름에 빛을 투과시켜 100곳의 지점에 투과된 광투과량을 측정한 후, 상기에서 얻은 광투과량을 하기 표 1에 나타내었고, 하기 표 1의 광투과량을 수학식 2에 대입하여 광투과량의 표준편차를 계산하였다.
[수학식 2]
Figure 112014034302517-pat00010
상기 수학식 2에서, 상기 m은 100이고,
상기 x'k는 하기 수학식 3에 나타낸 바와 같다.
[수학식 3]
Figure 112014034302517-pat00011
상기 수학식 3에서, 상기 xk는 k 번째 측정한 광투과량이고, 상기 m은 상기 수학식 2에 나타낸 바와 같으며, 상기 x'k는 하기 표 2에 나타내었다.
상기
Figure 112014034302517-pat00012
는 하기 수학식 4에 나타낸 바와 같다.
[수학식 4]
Figure 112014034302517-pat00013
상기 수학식 4에서, 상기 x'k는 상기 수학식 3에 나타낸 바와 같고, 상기 m은 상기 수학식 2에 나타낸 바와 같다.
나일론66(99.5 중량%) 및 탄소나노튜브(0.5 중량%)를 포함하는 탄소나노소재-고분자 복합소재의 광투과량
2935 3490 3443 4679 3613 3853 3630 4122 3471 4345
3207 2901 3272 4242 3656 4741 4187 4734 3553 4027
3318 3144 3596 4060 3634 4855 4523 4322 3523 4789
2960 3375 3654 3720 3818 4625 4578 4280 3653 4164
2742 3655 3769 3212 3853 4215 4257 3600 3599 4829
2485 3618 3707 3359 4065 4134 4624 4087 3790 4335
2505 4018 3450 3758 4040 3858 4188 4116 3842 4179
2346 3518 3504 3832 3821 4146 3073 3687 3445 3987
3301 4168 3214 2468 3918 3205 3607 4390 4053 4385
3489 3214 4438 3798 4379 3288 2871 4564 4522 4258
평균값 3794.7
나일론66(99.5 중량%) 및 탄소나노튜브(0.5 중량%)를 포함하는 탄소나노소재-고분자 복합소재의 수정된 광투과량(x'k)
0.773 0.920 0.907 1.233 0.952 1.015 0.957 1.086 0.915 1.145
0.845 0.764 0.862 1.118 0.963 1.249 1.103 1.248 0.936 1.061
0.874 0.829 0.948 1.070 0.958 1.279 1.192 1.139 0.928 1.262
0.780 0.889 0.963 0.980 1.006 1.219 1.206 1.128 0.963 1.097
0.723 0.963 0.993 0.846 1.015 1.111 1.122 0.949 0.948 1.273
0.655 0.953 0.977 0.885 1.071 1.089 1.219 1.077 0.999 1.142
0.660 1.059 0.909 0.990 1.065 1.017 1.104 1.085 1.012 1.101
0.618 0.927 0.923 1.010 1.007 1.093 0.810 0.972 0.908 1.051
0.870 1.098 0.847 0.650 1.032 0.845 0.951 1.157 1.068 1.156
0.919 0.847 1.170 1.001 1.154 0.866 0.757 1.203 1.192 1.122
상기 표 1 및 표 2의 광투과량을 이용하여 표준편차를 계산한 결과, 광투과량의 표준편차(Rstd)는 0.148031로 확인되었다.
(2) 광학 현미경 이미지에서 확인된 탄소나노소재의 개수 및 넓이 측정
상기 제조예 1에서 얻은 복합소재 필름을 광학 현미경을 이용하여 20 지점의 이미지를 촬영한 후, 이미지 프로그램을 이용하여 하기 도 2에 나타낸 바와 같이 분산되지 않고 응집된 탄소나노소재의 이미지를 측정하였다.
상기에서 측정된 이미지를 이미지 분석프로그램을 이용하여 응집된 탄소나노소재의 개수와 넓이를 파악하여 하기 표 3에 나타내었으며, 하기 표 3의 데이터를 하기 수학식 5에 대입하여 이미지 결과를 수치화하였다.
[수학식 5]
Figure 112014034302517-pat00014
상기 수학식 5에서,
ⓐ 상기 X는 0 < X < 1이고,
ⓑ 상기 n은 응집된 탄소나노소재의 넓이 구간의 개수로서, 2 이상의 정수이며,
ⓒ 상기 S i 는 응집된 탄소나노소재의 i 번째 넓이 구간에서의 넓이 중간 값이고,
ⓓ 상기 N i 는 응집된 탄소나노소재의 i 번째 넓이 구간에 속하는 응집된 탄소나노소재의 개수이며,
ⓔ 상기 sf i 는 응집된 탄소나노소재의 i 번째 넓이 구간에 대한 크기 반영도(size factor)로서, 하기 수학식 6에 나타낸 바와 같고,
[수학식 6]
sf i = logBAi
상기 B는 고분자 및 탄소나노소재의 종류에 따라 결정할 수 있는 로그 밑 값으로서, 2 이상의 정수이고,
상기 Ai는 하기 수학식 7로 계산될 수 있으며,
[수학식 7]
Ai = 응집된 탄소나노소재의 i 번째 넓이 구간의 상한 값 × 10
ⓕ 상기 Smax는 탄소나노소재-고분자 복합소재를 포함하는 박막필름의 광학현미경으로 촬영된 이미지의 크기이고,
ⓖ 상기 Nmax는 탄소나노소재-고분자 복합소재를 포함하는 박막필름의 광학현미경으로 촬영된 이미지의 총 개수이며,
ⓗ 상기 sfmax는 하기 수학식 8에 나타낸 바와 같으며,
[수학식 8]
sfmax = logB(Smax × 10)
상기 수학식 8에서, 상기 B는 상기 수학식 6에 나타낸 바와 같고,
ⓘ 상기 C는 탄소나노소재-고분자 복합소재 내 탄소나노소재의 함량으로서, 0.5 중량%이다).
고분자
재료		 i 크기 범위
(m2)		 S i N i sf i Smax Nmax sfmax
나일론66
(0.5 %)		 1 0-25.6 12.8 458 4 192,000 20 10.44
2 25.6-102.4 38.4 356 5
3 102.4-409.6 153.6 136 6
4 409.6-1638.4 614.4 42 7
5 1638.4-6553.6 2457.6 30 8
6 6553.6-26214.4 9830.4 4 9
7 26244.1-104857.6 39321.6 2 10
상기와 표 3의 데이터를 이용하여 나일론66에 대한 광학 현미경 이미지가 수치화된 X값은 0.1062로 확인되었다.
(3) 상대적 분산도
상기 (1) 및 (2)에서 얻은 표준편차(Rstd) 및 광학 현미경 이미지가 수치화된 X값을 하기 수학식 1에 대입하여 상대적 분산도를 계산한 결과, 76.17%로 확인되었다.
[수학식 1]
Figure 112014034302517-pat00015
본 발명에 따른 방법으로 계산된 탄소나노소재-고분자 복합소재의 분산도와 복합소재의 인장강도를 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 나노카본의 크기를 달리하여 제조된 각각의 복합체에 대해 상대적 분산도와 기계적 물성(2차 항복강도)을 비교한 결과, 분산도 차이와 인장강도의 차이가 유사한 경향성을 보이는 것으로 확인되었다.
이와 같이 본 발명에 따른 방법에 의하면, 종래 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 일부분만 측정되거나 물성을 예측하기 어려운 문제점을 해결할 수 있고, 탄소나노소재를 직접적으로 확인하고 정량화시켜 분산도를 측정할 수 있어 분산도를 수치화할 수 있으며, 이에 따라 탄소나노소재-고분자 복합소재의 신뢰성 평가에 중요한 기술로 응용할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.

Claims (7)

  1. (A) 탄소나노소재-고분자 복합소재 박막필름에 일정 파장의 빛을 투과시켜 광투과량을 측정하는 단계;
    (B) 상기 (A) 단계와 동일한 탄소나노소재-고분자 복합소재 박막필름을 광학현미경으로 이미지를 촬영하여 응집된 탄소나노소재의 개수와 넓이를 측정하는 단계;
    (C) 상기 (A) 단계 및 (B) 단계에서 얻은 상기 광투과량과 상기 박막필름 내에서 확인되는 응집된 탄소나노소재의 개수 및 넓이 측정값을 하기 수학식 1에 대입하여 탄소나노소재-고분자 복합소재의 분산도를 도출하는 단계를 포함하는 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 분산도 측정방법:
    [수학식 1]
    Figure 112014034302517-pat00016

    (상기 수학식 1에서,
    상기 Rstd는 하기 수학식 2로 계산될 수 있고, 상기 X는 하기 수학식 5로 계산될 수 있으며;
    [수학식 2]
    Figure 112014034302517-pat00017

    상기 수학식 2에서,
    ① 상기 m은 광투과량 측정 횟수로서 10 이상의 정수이고,
    ② 상기 x'k는 하기 수학식 3에 나타낸 바와 같으며,
    [수학식 3]
    Figure 112014034302517-pat00018

    상기 수학식 3에서, 상기 xk는 k 번째 측정한 광투과량이고, 상기 m은 상기 수학식 2에 나타낸 바와 같으며,
    ③ 상기
    Figure 112014034302517-pat00019
    는 하기 수학식 4에 나타낸 바와 같고,
    [수학식 4]
    Figure 112014034302517-pat00020

    상기 수학식 4에서, 상기 x'k는 상기 수학식 3에 나타낸 바와 같고, 상기 m은 상기 수학식 2에 나타낸 바와 같으며;
    [수학식 5]
    Figure 112014034302517-pat00021

    상기 수학식 5에서,
    ⓐ 상기 X는 0 < X < 1이고,
    ⓑ 상기 n은 탄소나노소재-고분자 복합소재 박막필름 내에서 확인되는 응집된 탄소나노소재의 넓이 구간의 개수로서, 2 이상의 정수이며,
    ⓒ 상기 S i 는 응집된 탄소나노소재의 i 번째 넓이 구간에서의 넓이 구간의 절반에 해당하는 값(반 넓이구간)이고,
    ⓓ 상기 N i 는 응집된 탄소나노소재의 i 번째 넓이 구간에 속하는 응집된 탄소나노소재의 개수이며,
    ⓔ 상기 sf i 는 응집된 탄소나노소재의 i 번째 넓이 구간에 대한 크기 반영도(size factor)로서, 하기 수학식 6에 나타낸 바와 같고,
    [수학식 6]
    Figure 112014034302517-pat00022

    상기 B는 고분자 및 탄소나노소재의 종류에 따라 결정할 수 있는 로그 밑 값으로서, 2 이상의 정수이고,
    상기 Ai는 하기 수학식 7로 계산될 수 있으며,
    [수학식 7]
    Figure 112014034302517-pat00023

    ⓕ 상기 Smax는 탄소나노소재-고분자 복합소재를 포함하는 박막필름의 광학현미경으로 촬영된 이미지의 크기이고,
    ⓖ 상기 Nmax는 탄소나노소재-고분자 복합소재를 포함하는 박막필름의 광학현미경으로 촬영된 이미지의 총 개수이며,
    ⓗ 상기 sfmax는 하기 수학식 8에 나타낸 바와 같으며,
    [수학식 8]
    Figure 112014034302517-pat00024

    상기 수학식 8에서, 상기 B는 상기 수학식 6에 나타낸 바와 같고,
    ⓘ 상기 C는 탄소나노소재-고분자 복합소재 내 탄소나노소재의 함량(중량%)이다).
  2. 제1항에 있어서, 상기 수학식 6 또는 상기 수학식 8에서 log 밑 값에 해당하는 상기 B는
    상기 고분자가 나일론66이고, 상기 탄소나노소재가 탄소나노튜브인 경우 4이고,
    상기 고분자가 나일론66이고, 상기 탄소나노소재가 그래핀인 경우 5이며,
    상기 고분자가 나일론66이고, 상기 탄소나노소재가 그래파이트인 경우 5이고,
    상기 고분자가 폴리부틸렌 테레프탈레이트이고, 상기 탄소나노소재가 탄소나노튜브인 경우 4이며,
    상기 고분자가 폴리부틸렌 테레프탈레이트이고, 상기 탄소나노소재가 그래핀인 경우 5이고,
    상기 고분자가 폴리부틸렌 테레프탈레이트이고, 상기 탄소나노소재가 그래파이트인 경우 5인 것을 특징으로 하는 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 분산도 측정방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (A) 단계에서 상기 일정 파장의 빛은 4000 내지 8000 Å파장을 갖는 빛인 것을 특징으로 하는 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 분산도 측정방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (B) 단계에서 촬영된 이미지는 상기 박막필름 상의 10곳 이상의 지점을 측정한 이미지인 것을 특징으로 하는 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 분산도 측정방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (A) 단계 및 상기 (B) 단계의 탄소 나노 고분자 박막필름은 두께가 1 내지 10 μm이고,
    상기 탄소나노소재-고분자 복합소재 박막필름은 (a) 탄소나노소재 및 (b) 고분자를 포함하는 탄소나노소재-고분자 복합소재를 펠렛 혹은 파우더로 제조한 후, 열접착기(hot sealer)로 압축하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 분산도 측정방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 압축은 100-300 ℃ 온도 및 0.1 - 10 기압에서 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 분산도 측정방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 (a) 탄소나노소재는 탄소나노튜브, 그래핀, 그래파이트, 그래핀 옥사이드 중에서 선택되는 1종 이상이고,
    상기 (b) 고분자는 나일론66, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탄소나노소재-고분자 복합소재 내의 탄소나노소재의 분산도 측정방법.
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