KR101837550B1 - Manufacturing method of nanocomposite fiber and nanocomposite fiber manufactured therefrom - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합 나노 섬유의 제조 방법 및 이에 의하여 제조되는 복합나노 섬유에 관한 것으로, 본 발명에 따른 복합나노 섬유의 제조 방법은, 촉매로 퍼멀로이(permalloy) 입자를 사용한 아크 방전(arc-discharge)법에 의해 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말을 제조하는 단계; 및 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 및 폴리(비닐 알코올) 입자가 조성 설계된 현탁액의 습식 방사(wet spinning)에 의해 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합나노 섬유를 제조하는 단계;를 포함한다.The present invention relates to a method for producing a composite nanofiber and a composite nanofiber produced thereby, and a method for manufacturing a composite nanofiber according to the present invention is an arc-discharge method using permalloy particles as a catalyst To produce a single-walled carbon nanotube-permalloy powder; And preparing a single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber by wet spinning of a suspension designed for the single-walled carbon nanotube-permalloy powder and poly (vinyl alcohol) .

Description

복합나노 섬유의 제조 방법 및 이에 의하여 제조되는 복합나노 섬유{MANUFACTURING METHOD OF NANOCOMPOSITE FIBER AND NANOCOMPOSITE FIBER MANUFACTURED THEREFROM}Technical Field [0001] The present invention relates to a method for producing a composite nanofiber, and a composite nanofiber produced by the method. [0001] The present invention relates to a nanofiber composite nanofiber,

본 발명은 복합나노 섬유의 제조 방법 및 이에 의하여 제조되는 복합나노 섬유에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아크 방전(arc-discharge)법에 의해 퍼멀로이(permalloy) 입자 및 단일벽 탄소 나노 튜브 복합체를 제조하고, 습식방사(wet spinning)법에 의해 복합나노 섬유를 제조하는 복합나노 섬유의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 복합나노 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing a composite nanofiber and a composite nanofiber produced thereby, and more particularly, to a process for producing a permalloy particle and a single-walled carbon nanotube composite by an arc-discharge method The present invention relates to a method for producing a composite nanofiber by wet spinning and a method for producing the composite nanofiber.

탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)는 기존의 탄소섬유를 능가하는 우수한 기계적 특성, 전기전도도 및 열전도도를 보이는 등 그 특성이 매우 뛰어나므로 많은 연구가 계속 진행되고 있다. 또한, 탄소나노튜브는 GHz 대역에서 우수한 전자파 차폐 및 흡수 특성을 갖기때문에, 최근 탄소나노튜브-고분자 복합재료의 연구가 활발히 진행되고 있다.Carbon nanotubes (CNTs) have excellent properties such as excellent mechanical properties, electrical conductivity and thermal conductivity, which are superior to those of conventional carbon fibers. In addition, since carbon nanotubes have excellent electromagnetic wave shielding and absorption characteristics in the GHz band, researches on carbon nanotube-polymer composite materials have been actively conducted recently.

그러나 탄소나노튜브가 고분자 기지 내에 균일하게 분산되지 못하여 전자파 차폐 및 흡수 특성이 감소되는 문제점이 대두 되었다.However, the carbon nanotubes are not uniformly dispersed in the polymer matrix, resulting in a problem that the electromagnetic wave shielding and absorption characteristics are reduced.

이를 해결하기 위해, 촉매로서 철, 코발트 및 니켈과 같은 전이 금속이 포함된 탄소나노튜브를 사용하는 연구가 진행된 바 있는데, 이는 나노섬유의 강도 및 연성이 섬유에서 자성 나노입자의 포함량 증가에 따라 크게 감소하는 문제점이 있었다.In order to solve this problem, researches have been conducted on carbon nanotubes containing transition metals such as iron, cobalt and nickel as catalysts. This is because strength and ductility of nanofibers increase with increasing content of magnetic nanoparticles in fibers There was a problem that it greatly decreased.

또한, 여러 종류의 고분자 기지 내에서의 탄소나노튜브의 분산과 탄소나노튜브의 전자파 흡수특성에 관한 연구가 수행된 바 있다. 이외에도 탄소나노튜브의 열처리를 통해 전기전도도를 높임으로써 전자파 차폐 특성을 향상시키는 연구가 진행되기도 하였다.In addition, the dispersion of carbon nanotubes in various types of polymer bases and the absorption characteristics of carbon nanotubes have been studied. In addition, studies have been made to improve electromagnetic shielding properties by increasing the electrical conductivity through heat treatment of carbon nanotubes.

그러나 상술한 종래의 여러 방법은 여전히 나노섬유의 강도 특성이나 전자파 흡수 및 차폐 특성을 향상시키는데 한계에 부딪히고 있다.However, the above-mentioned conventional methods are still limited to improve the strength characteristics of the nanofibers and the electromagnetic wave absorption and shielding properties.

국내등록특허공보 제10-1375590호Korean Patent Registration No. 10-1375590 국내공개특허공보 제2014-0059843호Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0059843

본 발명은 고강도 및 다 기능성을 갖도록 아크 방전(arc-discharge)법 및 습식 방사(wet spinning)법을 이용한 복합나노 섬유의 제조 방법 및 이에 의하여 제조되는 복합나노 섬유에 대하여 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosed is a method for producing a composite nanofiber using an arc discharge method and a wet spinning method so as to have high strength and versatility, and to provide a composite nanofiber produced thereby.

본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여,The present invention, in order to solve the above problems,

단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 제조하는 단계;Preparing a single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite;

상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 계면활성제 용액에 분산시켜 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 현탁액을 제조하는 단계;Dispersing the single walled carbon nanotube-permalloy powder composite in a surfactant solution to prepare a suspension of single walled carbon nanotube-permalloy powder composite;

폴리(비닐 알코올) 입자를 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 현탁액에 용해시켜 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 현탁액을 제조하는 단계; 및Dissolving poly (vinyl alcohol) particles in the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite suspension to prepare a single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) suspension; And

상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 현탁액을 이용하여 습식 방사법에 의해 복합나노 섬유를 제조하는 단계;를 포함하는 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법을 제공한다.(Vinyl alcohol) composite nanofibers comprising a single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) suspension comprising the steps of: preparing a composite nanofiber by wet spinning using a suspension of the single-walled carbon nanotube- And a manufacturing method thereof.

본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조방법에 있어, 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 제조하는 단계는, 흑연을 포함하는 제 1 전극 및 퍼멀로이 입자가 내장된 흑연을 제 2 전극으로 하여 아크 방전법을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the method for producing a single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber according to the present invention, the step of preparing the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite includes: And applying an arc discharge method using graphite in which permalloy particles are embedded as a second electrode.

본 발명에 있어 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 제조하는데 사용되는 아크 방전법은 당업자가 자유로이 선택할 수 있으며, 상기 제1전극과 제2전극에 전위차를 공급하는 전원이 포함되며, 상기 제1전극과 제2전극 사이 전위차로 플라즈마 방전을 유도하는 것을 특징으로 한다. The arc discharge method used for manufacturing the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite according to the present invention can be freely selected by those skilled in the art and includes a power source for supplying a potential difference to the first electrode and the second electrode, And a plasma discharge is induced by a potential difference between one electrode and the second electrode.

본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법에 있어, 상기 아크 방전법은 80~120Torr의 진공 상태에서, 35~40V의 전압을 인가하여 수행되는 것을 특징으로 한다. In the method for producing single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofibers according to the present invention, the arc discharge method is performed by applying a voltage of 35 to 40 V under a vacuum of 80 to 120 Torr .

본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법에 있어, 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 제조하는 단계는, 제조된 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체에서 비정질 탄소가 제거되도록 1차 열처리하는 단계, 및 환원 공정이 수행되도록 2차 열처리하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In the method for producing a single walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber according to the present invention, the step of preparing the single walled carbon nanotube-permalloy powder composite comprises: A first heat treatment to remove amorphous carbon from the permalloy powder composite, and a second heat treatment to perform a reduction process; And further comprising:

본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법에 있어, 상기 비정질 탄소가 제거되도록 1차 열처리 단계는 1~3시간 동안 공기 중에서 350℃ 내지 450℃의 온도로 열처리하여 수행되는 것을 특징으로 하며, 상기 환원 공정이 수행되도록 2차 열처리 단계는 1~3시간 동안 수소 분위기에서 700℃ 내지 750℃의 온도로 열처리하여 수행되는 것을 특징으로 한다. In the method for producing the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber according to the present invention, the first heat treatment step may be performed at a temperature of 350 to 450 ° C in air for 1 to 3 hours to remove the amorphous carbon. And the second heat treatment step is performed by heat treatment at 700 to 750 ° C in a hydrogen atmosphere for 1 to 3 hours so that the reduction process is performed.

본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법에 있어, 상기 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 계면활성제 용액에 분산시켜 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 현탁액을 제조하는 단계에서는 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말에 대한 계면활성제의 중량비가 1:3 내지 1: 5의 비율로 첨가되는 것을 특징으로 한다.In the method for producing the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofibers according to the present invention, the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite is dispersed in a surfactant solution, Wherein the weight ratio of the surfactant to the single-walled carbon nanotube-permalloy powder is 1: 3 to 1: 5 in the step of preparing the suspension of permalloy powder.

본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법에 있어, 상기 계면활성제는 소듐 도데실 설페이트(Sodium dodecyl sulfate), 소듐옥틸벤젠술포네이트(Sodium octyle benzene sulfonate), 소듐 도데실 벤젠 설페이트(Sodium dodecyl benzene sulfate), 암모늄 라우릴 설페이트(Ammonium Lauryl Sulfate; ALS) 및 알킬 설페이트(Alkyl Sulfate; AS) 중 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 상세하게는 소듐도데실설페이트를 사용하는 것이 바람직하다.In the method for producing a single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber according to the present invention, the surfactant is selected from the group consisting of sodium dodecyl sulfate, sodium octyle benzene sulfonate It is preferable to use one of sodium dodecyl benzene sulfate, ammonia lauryl sulfate (ALS) and alkyl sulfate (AS). More specifically, it is preferable to use sodium dodecyl sulfate.

본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법에 있어, 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 계면활성제 용액에 분산시켜 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 현탁액을 제조하는 단계에서는 초음파를 인가하는 것을 특징으로 한다.In the method for producing a single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber according to the present invention, the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite is dispersed in a surfactant solution to form a single-walled carbon nanotube- Powder composite suspension according to the present invention is characterized in that ultrasonic waves are applied.

본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법에 있어, 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 현탁액을 이용하여 습식 방사법에 의해 복합나노 섬유를 제조하는 단계 에서는 상기 폴리(비닐 알코올)에 대한 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말의 중량비가 1:0.5 내지 1:2의 범위로 혼합되는 것을 특징으로 한다.In the method for producing the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber according to the present invention, the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) The weight ratio of the single-walled carbon nanotube-permalloy powder to the poly (vinyl alcohol) is mixed in the range of 1: 0.5 to 1: 2.

본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법에 있어, 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 현탁액을 이용하여 습식 방사법에 의해 복합나노 섬유를 제조하는 단계에서는 응고 용액을 통과시켜서 계면활성제를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 응고 용액은 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올)을 고화시키면서 계면활성제를 제거하는 것을 특징으로 한다.In the method for producing the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber according to the present invention, the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) And in the step of fabricating the fiber, passing the coagulation solution to remove the surfactant. Wherein the solidifying solution is characterized by removing the surfactant while solidifying the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol).

본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법에 있어, 상기 응고 용액은 아세톤인 것을 특징으로 한다.In the method for producing a single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber according to the present invention, the solidifying solution is acetone.

본 발명은 또한, 본 발명의 제조 방법에 의하여 제조된 폴리(비닐 알코올) 내에 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체가 분산된 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유를 제공한다.The present invention also provides a single walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber in which a single walled carbon nanotube-permalloy powder composite is dispersed in the poly (vinyl alcohol) produced by the production method of the present invention do.

본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유는 상기 폴리(비닐 알코올) 내에 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체는 상호 네트워크를 형성하고 있는 것을 특징으로 한다.The single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber according to the present invention is characterized in that the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite forms a network within the poly (vinyl alcohol).

본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유는 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유 전체 100 중량부당 상기 단일벽 탄소 나노튜브는 10 중량부 이상의 비율로 포함되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유는 종래에 비해 단일벽 탄소 나노튜브가 균일한 분포를 가지고 함유량이 높아짐에 따라 향상된 인장 강도 특성 및 전기전도성을 나타낸다. The single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber according to the present invention is characterized in that the single-walled carbon nanotube is in an amount of 10 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the single- walled carbon nanotube- permalloy- By weight or more. The single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber according to the present invention exhibits improved tensile strength characteristics and electric conductivity as the content of the single-walled carbon nanotubes increases and the single walled carbon nanotubes have a uniform distribution.

또한, 본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유는 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유 전체 100 중량부당 상기 퍼멀로이 분말은 30 중량부 이상의 비율로 포함되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유는 이와 같이 고투자율을 갖는 퍼멀로이 분말을 30 중량부 이상 포함할 수 있게 됨에 따라 마이크로파(microwave) 차폐 효율 이 향상되고, EM 에너지 흡수 및 반사 능력이 향상되는 효과를 나타낸다. In the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber according to the present invention, the permalloy powder per 100 weight parts of the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) Or more. The single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber according to the present invention can contain not less than 30 parts by weight of permalloy powder having a high permeability, thereby improving the microwave shielding efficiency, And exhibits an effect of improving the EM energy absorption and reflection ability.

본 발명의 복합나노 섬유의 제조 방법에 따르면 촉매로 퍼멀로이(permalloy) 입자를 사용한 아크 방전 공정에 의해 퍼멀로이와 단일벽 탄소 나노튜브의 균일한 분산이 달성되고, 퍼멀로이와 단일벽 탄소 나노튜브의 혼합 중량을 조절하여 설계된 현탁액의 습식 방사에 의해, 고강도와 동시에 높은 전기전도도 및 자성특성이 뛰어난 다기능성을 갖는 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유를 제조할 수 있다.According to the method for producing a composite nanofiber of the present invention, uniform dispersion of permalloy and single-walled carbon nanotubes is achieved by an arc discharge process using permalloy particles as a catalyst, and the mixed weight of permalloy and single-walled carbon nanotubes SWNT / PNP / PVA composite nanofiber having high functionality and high electrical conductivity and high magnetic properties at the same time can be manufactured by wet spinning of the suspension prepared by controlling the viscosity of the suspension.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합나노 섬유의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 제조를 위한 아크 방전(arc-discharge)법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 제조 공정을 위한 습식 방사(wet spinning)법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 SWNT/PNP 분말의 제조공정별 TEM 사진으로서,
(a) 및 (a1) 각각은 제조된 그대로의 분말의 저-배율 TEM 및 HRTEM 사진이고,
(b) 및 (b1) 각각은 400℃에서 열처리한 분말의 저-배율 TEM 및 HRTEM 사진이며,
(c) 및 (c1) 각각은 730℃에서 추가 열처리한 분말의 저-배율 TEM 및 HRTEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 SWNT/PNP 복합분말의 제조공정 별 TGA 곡선이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 단면도 및 측면도로서, (a)는 단면도이고, (b)는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 전형적인 응력-변형(stress-strain) 곡선이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 전형적인 자화 히스테리시스 루프(magnetization hysteresis loop)이다.
도 9는 본 발명의 실시예1, 비교예 1 및 기존 고분자 복합 섬유별 인장 강도 및 포화 자화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1로부터 제조된 SWNT/PNP/PVA 나노 복합 섬유를 이용하여 직조된 직물을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시예 1로부터 제조된 SWNT/PNP/PVA 직물의 산란 파라미터 결과를 나타낸 그래프로서, (a)는 조밀한 직물의 산란 파라미터이고, (b)는 성긴 직물의 산란 파라미터이다.
도 12는 본 발명의 비교예 2에 따른 SWNT/MNP(magnetic nano particle)/PVA 직물의 산란 파라미터 결과를 나타낸 그래프로서, (a)는 조밀한 직물의 산란 파라미터이고, (b)는 성긴 직물의 산란 파라미터이다.
도 13은 본 발명의 실시예1 및 비교예 2의 직물의 다른 주파수를 가진 입사 신호의 전력 손실 비율을 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예 1에 따른 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 전기전도성 및 자계 응답을 평가하는 장치의 개략도로서,
(a) 및 (b) 각각은 개방회로 상태의 평면도 및 측면도이고,
(c) 및 (d) 각각은 폐쇄회로 상태의 평면도 및 측면도이다.
1 is a flowchart illustrating a method of fabricating a composite nanofiber according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing an arc discharge method for manufacturing the single walled carbon nanotube-permalloy powder composite according to the present invention.
3 is a schematic view showing a wet spinning process for manufacturing a SWNT / PNP / PVA composite nanofiber according to the present invention.
4 is a TEM photograph of each SWNT / PNP powder according to Example 1 of the present invention,
(a) and (a1) are low-magnification TEM and HRTEM photographs of the as-prepared powder, respectively,
(b) and (b1) are TEM and HRTEM images of low-magnification TEM images of powders heat-treated at 400 ° C,
(c) and (c1) are respectively a low-magnification TEM and HRTEM photographs of the powder heat treated at 730 ° C.
5 is a TGA curve of the SWNT / PNP composite powder according to Example 1 of the present invention.
6 is a cross-sectional view and a side view of a SWNT / PNP / PVA composite nanofiber according to Example 1 of the present invention, wherein (a) is a sectional view and (b) is a side view.
7 is a typical stress-strain curve of the SWNT / PNP / PVA composite nanofiber according to Example 1 of the present invention.
8 is a typical magnetization hysteresis loop of a SWNT / PNP / PVA composite nanofiber according to Example 1 of the present invention.
9 is a graph showing tensile strength and saturation magnetization according to Example 1, Comparative Example 1, and conventional polymer conjugate fibers of the present invention.
10 shows a woven fabric using SWNT / PNP / PVA nanocomposite fibers prepared from Example 1 of the present invention.
11 is a graph showing scattering parameter results of SWNT / PNP / PVA fabrics prepared from Example 1 of the present invention, wherein (a) is a scattering parameter of dense fabric and (b) is scattering parameter of sparse fabric.
12 is a graph showing scattering parameter results of a SWNT / MNP / PVA fabric according to Comparative Example 2 of the present invention, wherein (a) is a scattering parameter of a dense fabric, (b) Scattering parameter.
13 is a graph showing power loss ratios of incident signals having different frequencies of the fabrics of Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention.
14 is a schematic view of an apparatus for evaluating electrical conductivity and magnetic field response of a SWNT / PNP / PVA composite nanofiber according to Example 1 of the present invention,
(a) and (b) are respectively a plan view and a side view of the open circuit state,
(c) and (d) are respectively a plan view and a side view of the closed circuit state.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense. The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 복합나노 섬유의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a method for producing a composite nanofiber according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

설명의 편의를 위하여, 단일벽 탄소 나노튜브(Single-walled Carbon Nanotubes)는 SWNT로, 퍼멀로이(permalloy) 입자는 PNP로, 폴리(비닐 알코올)(Poly(Vinyl alcohol))은 PVA로 표기하기로 한다. 본 명세서에서, SWNT/PNP 분말(또는 혼합물)은 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체로 정의되고, SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유는 SWNT, PNP 입자 및 PVA로 구성된 복합나노 섬유로 정의되고, SWNT/PNP/PVA 현탁액은 SWNT, PNP 입자 및 PVA를 포함한 용액으로 정의된다.For convenience of explanation, single-walled carbon nanotubes are referred to as SWNT, permalloy particles as PNP, and poly (vinyl alcohol) (PVA) as PVA . In this specification, the SWNT / PNP powder (or mixture) is defined as a single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite, and the SWNT / PNP / PVA composite nanofiber is defined as a composite nanofiber composed of SWNT, PNP particles and PVA, SWNT / PNP / PVA suspensions are defined as solutions containing SWNTs, PNP particles and PVA.

한편, SWNT/PNP 분말은 SWNT-PNP 분말로 표기되고, SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유는 SWNT-PNP-PVA 복합나노 섬유로 표기되고, SWNT/PNP/PVA 현탁액은 SWNT-PNP-PVA 현탁액으로 표기될 수 있다.On the other hand, SWNT / PNP / PVA composite nanofibers are labeled SWNT-PNP-PVA composite nanofibers. SWNT / PNP / PVA suspension is SWNT-PNP-PVA suspension Can be indicated.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합나노 섬유의 제조 방법을 도시한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of fabricating a composite nanofiber according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 복합나노 섬유의 제조 방법은 SWNT/PNP 분말 합성 단계(S110), 계면활성제 용액 제조 단계(S120), SWNT/PNP 현탁액 제조 단계(S130), SWNT/PNP/PVA 현탁액 제조 단계(S140) 및 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유 제조 단계(S150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method for fabricating a composite nanofiber according to an embodiment of the present invention includes the steps of synthesizing SWNT / PNP powder (S110), preparing a surfactant solution (S120), fabricating a SWNT / PNP suspension (S130) / PVA suspension manufacturing step (S140) and a SWNT / PNP / PVA composite nanofiber manufacturing step (S150).

SWNT/PNP 분말 합성 단계(S110)는 아크 방전(arc-discharge)법을 이용하여 SWNT 및 PNP 입자가 복합된 SWNT/PNP 혼합물을 합성한다. In the SWNT / PNP powder synthesis step (S110), an SWNT / PNP mixture composed of SWNT and PNP particles is synthesized by an arc discharge method.

이때, 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체는 흑연 양극에 내장된 퍼멀로이(permalloy) 입자를 가지고 아크 방전법에 의해 합성된다.At this time, single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite is synthesized by arc discharge method with permalloy particles embedded in graphite anode.

구체적으로, SWNT/PNP 분말 합성 단계(S110)는, 아크 방전 SWNT/PNP 분말 제조 공정, 1차 열처리 공정 및 2차 열처리 공정을 포함한다.Specifically, the SWNT / PNP powder synthesis step (S110) includes an arc discharge SWNT / PNP powder production process, a primary heat treatment process, and a secondary heat treatment process.

도 2는 본 발명에 따른 SWNT/PNP 혼합물의 제조 공정을 위한 아크 방전법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.FIG. 2 is a schematic view showing an arc discharge method for manufacturing a SWNT / PNP mixture according to the present invention.

도 2를 참조하면, 아크 방전 SWNT/PNP 혼합물 제조 공정은 양극(210)과 음극(220) 사이에 진공 상태하에서 전압(230)을 인가한다. 두 전극(210, 220) 사이에서 아크 방전에 의해 아크 방전 SWNT/PNP 혼합물(240)이 수집된다.Referring to FIG. 2, an arc discharge SWNT / PNP mixture manufacturing process applies a voltage 230 between an anode 210 and a cathode 220 under a vacuum. The arc discharge SWNT / PNP mixture 240 is collected by arc discharge between the two electrodes 210 and 220.

여기서, 두 전극(210, 220) 중 양극(210)은 흑연(212) 및 흑연(212)에 내장된 퍼멀로이(permalloy) 입자(PNP 입자, 214)로 구성되고, 음극(220)은 순수 흑연이다.Of the two electrodes 210 and 220, the anode 210 is composed of graphite 212 and permalloy particles (PNP particles) 214 embedded in the graphite 212, and the cathode 220 is pure graphite .

본 실시예에서, PNP 입자(214)는 SWNT/PNP 분말의 자성(magnetic properties)을 최적화하기 위해, SWNT의 촉매로서 선택되었다. 이는 PNP 입자(214)가 높은 투자율(permeability)을 가진 물질이기 때문이다.In this example, PNP particles 214 were selected as catalysts for SWNTs to optimize the magnetic properties of the SWNT / PNP powder. This is because the PNP particles 214 are materials with high permeability.

본 실시예에서, SWNT/PNP 혼합물 구성의 일부인 SWNT는 탁월한 기계적 특성 때문에 복합나노재의 보강재로서 가장 유망한 나노필러(nanofiller) 중 하나이다.In this embodiment, SWNT, which is part of the SWNT / PNP mixture composition, is one of the most promising nanofillers as a reinforcing material of composite nano materials because of its excellent mechanical properties.

아크 방전 SWNT/PNP 분말 제조 공정 시 아크 방전은 흑연 음극(220)과 PNP 입자(214)가 내장된 흑연 양극(210) 사이에 80~120Torr의 진공 상태에서, 35~40V의 전압을 인가하여 수행하는 것이 바람직하다.Arc discharge is performed by applying a voltage of 35 to 40 V in a vacuum state of 80 to 120 Torr between a graphite anode 220 and a graphite anode 210 in which PNP particles 214 are embedded during arc discharge SWNT / .

이때, 압력이 80Torr 미만이거나 전압이 35V 미만이면, 아크 방전 발생이 불충분할 수 있고, 반대로 압력이 120Torr를 초과하거나 전압이 40V를 초과하면, 생성되는 분말의 균일성이 저하될 수 있다.At this time, if the pressure is less than 80 Torr or the voltage is less than 35 V, the arc discharge may be insufficient. Conversely, if the pressure exceeds 120 Torr or the voltage exceeds 40 V, the uniformity of the generated powder may be lowered.

이러한 아크 방전에 의해 균일하게 분산된 PNP 입자(244), SWNT(242) 및 비정질 탄소(amorphous carbon)(미도시) 로 구성된 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체, SWNT/PNP 나노분말(240)을 얻을 수 있다.Single wall carbon nanotube-permalloy powder composite consisting of PNP particles 244, SWNT 242 and amorphous carbon (not shown) uniformly dispersed by this arc discharge, SWNT / PNP nano powder 240, Can be obtained.

그러나, 아크 방전에 의해 얻은 SWNT/PNP 혼합물(240)은 기계적·화학적 특성에 취약한 비정질 탄소를 포함하고 있는 바, 비정질 탄소를 제거하기 위하여 제 1차 및 제 2차 열처리 공정을 추가로 포함하는 것이 바람직하다. However, since the SWNT / PNP mixture 240 obtained by the arc discharge contains amorphous carbon which is poor in mechanical and chemical characteristics, it is necessary to further include the first and second heat treatment steps to remove the amorphous carbon desirable.

상기 제 1차 열처리 공정은 아크 방전 SWNT/PNP 혼합물, 즉 아크 방전 SWNT/PNP 분말에 함유된 비정질 탄소를 제거하기 위한 공정이다.The first annealing process is a process for removing amorphous carbon contained in an arc discharge SWNT / PNP mixture, that is, an arc discharge SWNT / PNP powder.

이러한 1차 열처리 공정은 아크 방전 SWNT/PNP 분말을 1~3시간 동안 공기 중에서 350℃~450℃의 온도로 열처리하여 수행할 수 있고, 바람직하게는 2시간 동안 공기 중에서 400℃의 온도로 열처리하여 수행할 수 있다. 이때, 1차 열처리 공정의 온도가 350℃ 미만이거나 시간이 1시간 미만이면, 비정질 탄소의 제거가 불충분할 수 있다. 반대로, 1차 열처리 공정의 온도가 450℃를 초과하거나 시간이 3시간을 초과하면, 더 이상의 효과 없이 공정 시간만 길어질 수 있다.The first heat treatment process may be performed by heat-treating the arc discharge SWNT / PNP powder at a temperature of 350 ° C to 450 ° C in the air for 1 to 3 hours, preferably at a temperature of 400 ° C in the air for 2 hours Can be performed. At this time, if the temperature of the first heat treatment process is less than 350 ° C or less than 1 hour, the removal of amorphous carbon may be insufficient. Conversely, if the temperature of the primary heat treatment process exceeds 450 DEG C or the time exceeds 3 hours, the process time may be prolonged without any further effect.

상기 제 2 차 열처리 공정은 환원 공정을 통해 최종 SWNT/PNP 분말을 얻기 위한 공정이다. 즉, 2차 열처리 공정은 1차 열처리 공정 동안 PONP(permalloy oxide nanoparticles)로 산화된 PNP 입자의 환원을 돕는다. The second annealing process is a process for obtaining a final SWNT / PNP powder through a reduction process. That is, the secondary heat treatment process helps to reduce the PNP particles oxidized with PONP (permalloy oxide nanoparticles) during the first heat treatment process.

이를 위해, 2차 열처리 공정은 비정질 탄소가 제거된 아크 방전 SWNT/PNP 분말을 1~3시간 동안 수소 분위기에서 700℃~750℃의 온도로 열처리하여 수행할 수 있고, 바람직하게는 2시간 동안 수소 분위기에서 730℃의 온도로 열처리하여 수행할 수 있다. 이때, 2차 열처리 공정의 온도가 700℃ 미만이거나 시간이 1시간 미만이면, 환원이 불충분하여 원하는 SWNT/PNP 분말을 획득하기 어려울 수 있다. 반대로, 2차 열처리 공정의 온도가 750℃를 초과하거나 시간이 3시간을 초과하면, 더 이상의 효과 없이 공정 시간만 길어질 수 있다.For this purpose, the second heat treatment process can be performed by heat-treating the arc discharge SWNT / PNP powder from which the amorphous carbon has been removed at a temperature of 700 ° C to 750 ° C in a hydrogen atmosphere for 1 to 3 hours, Lt; RTI ID = 0.0 > 730 C. < / RTI > At this time, if the temperature of the second heat treatment process is less than 700 ° C or less than 1 hour, the reduction may be insufficient and it may be difficult to obtain the desired SWNT / PNP powder. Conversely, if the temperature of the second heat treatment process exceeds 750 캜 or the time exceeds 3 hours, the process time may be prolonged without any further effect.

이로써, 환원 처리에 의해 SWNT 및 PNP 입자로 복합화된 SWNT/PNP 혼합물이 합성된다.As a result, a SWNT / PNP mixture compounded with SWNT and PNP particles is synthesized by reduction treatment.

이와 같은 구성의 아크 방전에 의해 SWNT/PNP 분말 합성 단계(S110)에 의해 합성된 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체는 균일하게 분산된 SWNT(242) 및 PNP 입자(244)로 구성된다.The single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite synthesized by the SWNT / PNP powder synthesis step (S110) by the arc discharge having such a structure is composed of the uniformly dispersed SWNTs 242 and PNP particles 244.

계면활성제 용액 제조 단계(S120)는 계면활성제(surfactant)를 용매에 용해시켜 계면활성제를 함유한 용액을 제조한다. 계면활성제 용액은 일정량의 계면활성제를 일정량의 용매에 첨가한 후 수 분 동안 초음파 처리하여 용해시켜 제조할 수 있다.In the step of preparing a surfactant solution (S120), a solution containing a surfactant is prepared by dissolving a surfactant in a solvent. The surfactant solution can be prepared by adding a certain amount of a surfactant to a certain amount of solvent and then ultrasonic treatment for several minutes to dissolve the surfactant solution.

계면활성제는 균일하게 분산된 SWNT/PNP 분말을 얻기 위해 사용된다. 예컨대, 계면활성제는 소듐 도데실 설페이트(Sodium dodecyl sulfate; SDS), 소듐옥틸벤젠술포네이트(Sodium octyle benzene sulfonate), 소듐 도데실 벤젠 설페이트(Sodium dodecyl benzene sulfate; SDBS), 암모늄 라우릴 설페이트(Ammonium Lauryl Sulfate; ALS), 알킬 설페이트(Alkyl Sulfate; AS) 등을 들 수 있고, 이들 중 적어도 1종 이상이 선택될 수 있다. 바람직하게, 계면활성제는 소듐 도데실 설페이트(SDS)를 사용할 수 있다. 용매로는 증류수가 이용될 수 있다.Surfactants are used to obtain uniformly dispersed SWNT / PNP powders. For example, the surfactant may be selected from the group consisting of sodium dodecyl sulfate (SDS), sodium octyle benzene sulfonate, sodium dodecyl benzene sulfate (SDBS), ammonium lauryl sulfate Sulfates (ALS), alkyl sulfates (AS), and the like, and at least one of them may be selected. Preferably, the surfactant may use sodium dodecyl sulfate (SDS). As the solvent, distilled water may be used.

SWNT/PNP 현탁액 제조 단계(S130)는 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 상기 계면활성제 용액에 분산시켜 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 현탁액을 제조한다.The SWNT / PNP suspension preparation step (S130) comprises dispersing a single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite in the surfactant solution to prepare a single-walled carbon nanotube-permalloy composite suspension.

단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 현탁액은 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체의 분산성 향상을 위해, 수 시간 동안 초음파 처리하여 제조하는 것이 바람직하다.The single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite suspension is preferably prepared by ultrasonication for several hours in order to improve the dispersibility of the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite.

또한, 분산성 향상 관점에서, 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 현탁액은 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체에 대한 계면활성제의 중량비를 1:4 로 최적화하는 것이 바람직하다.From the viewpoint of improving dispersibility, it is preferable that the suspension of single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite is optimized to a weight ratio of surfactant to single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite of 1: 4.

단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 현탁액 제조 단계(S140)는 일정량의 폴리(비닐 알코올) 입자를 제조된 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 현탁액에 첨가한 후 수십분 동안 가열 및 초음파 처리하여 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 현탁액을 제조한다.The single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite suspension preparation step (S140) comprises the steps of adding a predetermined amount of poly (vinyl alcohol) particles to the prepared single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite suspension, heating and ultrasonicizing the dispersion for several tens of minutes, To prepare a suspension of carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol).

폴리(비닐 알코올) 입자는 원하는 중량을 가진 PVA(분자량: 146,000~186,000; 99+% 가수 분해) 입자를 사용한다.Poly (vinyl alcohol) particles use PVA (molecular weight: 146,000 ~ 186,000; 99 +% hydrolyzed) particles with the desired weight.

단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 현탁액 내의 SWNT/PNP 분말은 계면활성제를 포함한 PVA 용액에서 나노필러(nanofillers)로 사용된다.SWNT / PNP powders in single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite suspensions are used as nanofillers in PVA solutions containing surfactants.

이러한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 현탁액은 폴리(비닐 알코올) 입자에 대한 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 의 중량비가 1:0.5~1:2의 범위를 가지도록 혼합되는 것이 바람직하다.This single walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) suspension is mixed such that the weight ratio of the single walled carbon nanotube-permalloy powder composite to the poly (vinyl alcohol) particles ranges from 1: 0.5 to 1: 2 .

이러한 조성 설계는 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합나노 섬유 내 단일벽 탄소 나노튜브 의 함량을 높여 섬유의 전기전도도, 포화 자화(saturation magnetization, MS)와 같은 자성 등의 기능적 특성과 인장 강도 특성을 향상시키는데 기여한다.This composition design increases the content of single-walled carbon nanotubes in single-walled carbon nanotubes-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofibers to improve the electrical conductivity and saturation magnetization (M S ) Thereby contributing to improvement of characteristics and tensile strength characteristics.

단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 현탁액은 분산성 향상을 위해, 50~150℃의 온도에서 10분~1시간 동안 초음파 처리하여 제조할 수 있으며, 바람직하게는 95℃의 온도에서 30분 동안 초음파 처리하여 제조할 수 있다.The single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) suspension can be prepared by ultrasonication at a temperature of 50 to 150 ° C. for 10 minutes to 1 hour, preferably at a temperature of 95 ° C. And sonication for 30 minutes.

이때, 온도가 50℃ 미만이거나 처리 시간이 10분 미만이면, 분산성 향상 효과가 불충분할 수 있고, 반대로, 온도가 150℃를 초과하거나 처리 시간이 1시간을 초과하면, 더 이상의 효과 없이 공정 시간만 길어질 수 있다.At this time, if the temperature is less than 50 ° C or the treatment time is less than 10 minutes, the effect of improving the dispersibility may be insufficient. Conversely, if the temperature exceeds 150 ° C or the treatment time exceeds 1 hour, Can only be long.

도 3은 본 발명에 따른 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합나노 섬유의 제조 공정을 위한 습식 방사(wet spinning)법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.3 is a schematic view schematically illustrating a wet spinning process for producing a single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber according to the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합나노 섬유 제조 단계(S150)는 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 현탁액(310)을 주사기(320)의 바늘(325)에 의해 응고 용액(330)으로 압출하고, 동시에 실패(340)(또는 스크류) 상에 연속 필라멘트 상태의 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합나노 섬유(350)를 수집한다. 이로써, 고강도 및 다기능성 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합나노 섬유가 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 현탁액으로부터 습식 방사에 의해 제조된다.3, the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) suspension nanofibers-permalloy-poly (vinyl alcohol) suspension 310 is prepared by injecting a single- (Vinyl alcohol) composite nanofibers (hereinafter referred to as " single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofibers 350). Thus, high strength and multi-functional single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofibers are produced by wet spinning from single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) suspensions.

이때, 응고 용액(330)은 아세톤(acetone)이 이용될 수 있고, 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합나노 섬유 제조 과정에서 계면활성제는 아세톤에 의해 제거된다.At this time, acetone can be used for the coagulation solution 330, and the surfactant is removed by acetone in the process of manufacturing single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofibers.

한편, 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합나노 섬유를 수집한 후, 나선형의 복합나노 섬유를 얻기 위해 공기중 상온에서의 건조 공정이 더 실시될 수 있다.On the other hand, after the single-wall carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber is collected, a drying process at room temperature in air may be further performed to obtain spiral composite nanofibers.

본 발명의 복합나노 섬유 제조 방법에 의해 제조된 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합나노 섬유에서 단일벽 탄소 나노튜브 와 퍼멀로이 의 중량 하중은 각각 12.0% 및 38.0%로 높았다.In the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber prepared by the method of the present invention, the weight of the single-walled carbon nanotube and the permalloy were as high as 12.0% and 38.0%, respectively.

이에 따라, 본 발명의 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합나노 섬유는 높은 SWNT 함량으로 인해, 인장 강도 최대 700MPa 및 전기전도도 96.7 Sm- 1를 가졌다.Accordingly, the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber of the present invention had a tensile strength of up to 700 MPa and an electric conductivity of 96.7 Sm - 1 due to the high SWNT content.

또한, 본 발명의SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유는 PNP입자의 높은 중량 때문에, 섬유의 포화 자화(MS)는 최대 24.8emug- 1를 보였다.In addition, the SWNT / PNP / PVA composite nanofiber of the present invention exhibited a saturation magnetization (M S ) of 24.8emug - 1 at maximum because of the high weight of PNP particles.

나아가, 본 발명의 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유로부터 직조된 SWNT/PNP/PVA 복합나노 직물(woven)의 EMI 감쇠는, 6GHz 보다 높은 주파수를 가진 전자기파에 의해 테스트될 때 100%에 접근했다.Further, the EMI attenuation of the SWNT / PNP / PVA composite nanofibers woven from the SWNT / PNP / PVA composite nanofibers of the present invention approaches 100% when tested by electromagnetic waves having a frequency higher than 6 GHz.

이와 같이, 전기전도도, 자성 등과 같은 기능적 특성과 고강도 특성이 결합된 본 실시예의 고강도 및 다기능성 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합나노 섬유는 스마트 자극-응답 장치와 같은 자계 응답 장치, 전자기파 차폐용 다기능성 직물 등의 제품 등에 채용될 수 있다.The high-strength and multi-functional single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber of the present embodiment, which is combined with functional properties such as electrical conductivity and magnetic properties, Devices, multifunctional fabrics for shielding electromagnetic waves, and the like.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

<< 실시예Example 1> 단일벽1> single wall 탄소 나노튜브- Carbon nanotubes - 퍼멀로이permalloy 분말 복합체의 합성 Synthesis of Powder Composite

단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 아크방전법에 의하여 제조하였다. Single walled carbon nanotube - permalloy powder composite was prepared by arc discharge method.

먼저, 흑연 음극(Anode)과 퍼멀로이 입자가 내장된 흑연 양극(Cathod) 사이에 80~120Torr 진공 상태하에서 35~40V 전압을 인가하였다. 이때, 아크 방전에 의해 두 전극 사이에서 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체가 수집되었다.First, a voltage of 35 to 40 V was applied between a graphite anode and a graphite anode having embedded permalloy particles under a vacuum of 80 to 120 Torr. At this time, a single walled carbon nanotube-permalloy powder composite was collected between the two electrodes by arc discharge.

이후, 제조된 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체에서 비정질 탄소를 제거하기 위해, 수집된 아크 방전 SWNT/PNP 분말을 2시간 동안 공기 중 400℃ 온도에서 열처리하였다. 그 다음, 2시간 동안 수소 분위기에서 730℃ 온도로 제 2 열처리하여 환원 공정을 수행하여 최종 SWNT/PNP 분말을 합성하였다. Then, the collected arc discharge SWNT / PNP powder was heat-treated at 400 ° C in air for 2 hours in order to remove amorphous carbon from the produced single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite. Then, a second heat treatment was performed at a temperature of 730 ° C. in a hydrogen atmosphere for 2 hours to perform a reduction process, thereby synthesizing a final SWNT / PNP powder.

<< 실험예Experimental Example > > 단일벽Single wall 탄소 나노튜브- Carbon nanotubes - 퍼멀로이permalloy 분말 복합체의  Powder composite TEMTEM 분석  analysis

도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체의 제조공정별 TEM 사진으로서, (a), (a1) 각각은 제 1차, 제 2 차 열처리전 분말의 저-배율 TEM 및 HRTEM 사진이고, (b), (b1) 각각은 400 ℃에서 열처리한 분말의 저-배율 TEM 및 HRTEM 사진이며, (c), (c1) 각각은 730℃에서 추가 열처리한 분말의 저-배율 TEM 및 HRTEM 사진이다.FIG. 4 is a TEM photograph of each single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite according to Example 1 of the present invention. FIGS. 4A and 4B are TEM images of the low- and high- (B) and (b1) are TEM and HRTEM photographs of low-magnification TEM and HRTEM images of powders heat-treated at 400 ° C, and (c) and - Magnification TEM and HRTEM pictures.

도 4의 (a) 및 (a1)을 참조하면, 실시예 1에서 제조된 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체는 구형 비정질 탄소(AC)에 싸여지고, 20nm 직경 PNP 입자가 SWNT와 균일하게 분산되어 있다.4 (a) and (a1), the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite prepared in Example 1 was wrapped in spherical amorphous carbon (AC), and 20 nm diameter PNP particles were dispersed uniformly with SWNT .

도 4의 (b) 및 (b1)을 참조하면, 실시예 1에서 제조된 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체는 공기 중 400℃에서의 열처리 동안 비정질 탄소(AC)가 제거되었다. PNP 입자는 이 공정 동안 PONP(permalloy oxide nanoparticles)로 변하였다.Referring to FIGS. 4 (b) and 4 (b1), the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite prepared in Example 1 had amorphous carbon (AC) removed during heat treatment at 400 ° C. in air. The PNP particles changed to PONP (permalloy oxide nanoparticles) during this process.

도 4의 (c) 및 (c1)을 참조하면, 수소 분위기에서 730℃로 열처리 후, 제조된 나노 분말은 비정질 탄소(AC)가 관측되지 않았고, PNP 입자가 SWNT와 균일하게 분산되었다. 또한, PNP 입자의 크기가 약 20nm에서 50nm로 증가된 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 4 (c) and 4 (c1), amorphous carbon (AC) was not observed in the nanopowder after heat treatment at 730 ° C. in a hydrogen atmosphere, and PNP particles were uniformly dispersed with SWNT. Also, it can be seen that the size of the PNP particles is increased from about 20 nm to 50 nm.

<< 실험예Experimental Example > > 단일벽Single wall 탄소 나노튜브- Carbon nanotubes - 퍼멀로이permalloy 분말 복합체의  Powder composite TGATGA 분석  analysis

단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체의 TGA 분석을 25~1000℃ 온도 범위, 공기분위기 5℃min-1에서 수행하였다.SWNTs - TGA analysis of the composite powder permalloy 25 ~ 1000 ℃ temperature range, from the air atmosphere to 5 ℃ min -1 Respectively.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 SWNT/PNP 복합분말의 제조공정별 TGA 곡선으로서, 제조되고 열처리전의 SWNT/PNP 복합분말은 A, 400 ℃에서 제 1 열처리한 것은 B, 730℃에서 제 2 열처리한 것은 C로 각각 정의하였다.FIG. 5 is a TGA curve of the SWNT / PNP composite powder according to Example 1 of the present invention. The SWNT / PNP composite powder prepared before and after the heat treatment was A at a temperature of 400 ° C. and B at a temperature of 730 ° C., 2 Heat treatment was defined as C respectively.

도 5를 참조하면, 제 2단계까지 열처리된 C의 경우에서 비정질 탄소가 완전히 제거된 것을 도시한다. 또한, 제 2 단계까지 열처리된 파우더 C의 SWNT 및 PNP의 정량적 중량비가 각각 24.0 및 76.0%이었다.Referring to FIG. 5, amorphous carbon is completely removed in the case of C heat-treated up to the second step. Also, the quantitative weight ratios of SWNT and PNP of Powder C heat-treated to the second stage were 24.0 and 76.0%, respectively.

아래 표 1은 제 1 단계 열처리, 제 2 단계 열처리 후의 비정질 카본(AC), 단일벽 탄소 나노튜브, 및 퍼멀로이의 중량비를 나타낸다. Table 1 below shows the weight ratios of amorphous carbon (AC), single-walled carbon nanotubes, and permalloy after the first-stage heat treatment and the second-stage heat treatment.

AC(wt%)AC (wt%) SWNTwt%)SWNTwt%) PNP(wt%)PNP (wt%) As producedAs produced 68.068.0 12.012.0 20.020.0 400℃ in air 2hs400 ° C in air 2hs 10.010.0 22.022.0 68.068.0 400℃ in air 2hs &730℃in H2 1h400 ° C in air 2hs & 730 ° C in H 2 1h 0.00.0 24.024.0 76.076.0

본 발명에 의하여 제조된 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체는 아크 방전 처리로 인해, 고중량의 PNP 입자가 섬유 내에 균일하게 분산되는 효과를 나타낸다. The single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite produced by the present invention exhibits an effect of uniformly dispersing PNP particles having a high weight in the fibers due to arc discharge treatment.

<< 실시예Example > > 단일벽Single wall 탄소 나노튜브- Carbon nanotubes - 퍼멀로이permalloy -- 폴리Poly (( 비닐 알코올Vinyl alcohol ) 복합나노 섬유의 제조Manufacture of Composite Nanofibers

SDS 용액은 계면활성제인 SDS(시그마-알드리치 사제) 2g을 2분 동안 초음파 처리하여, 증류수 50 ㎖에 용해시켜 제조하였다.The SDS solution was prepared by sonicating 2 g of SDS (Sigma-Aldrich) as a surfactant for 2 minutes and dissolving in 50 ml of distilled water.

상기실시예에서 제조된SWNT/PNP 분말 0.5g을 상기SDS 용액에 투입한 후 1 시간 동안 초음파 처리에 의해 분산시켜 SWNT/PNP 현탁액을 제조하였다. 이때, 상기 SWNT/PNP 분말에 대한 상기 SDS 입자의 중량비는 1:4 로 최적화되었다.0.5 g of the SWNT / PNP powder prepared in the above example was added to the SDS solution and dispersed by ultrasonic treatment for 1 hour to prepare a SWNT / PNP suspension. At this time, the weight ratio of the SDS particles to the SWNT / PNP powder was optimized to 1: 4.

그 다음, PVA(시그마-알드리치 사제, 분자량: 146,000~186,000; 99+%의 가수 분해) 입자 0.5g을 상기 SWNT/PNP 현탁액에 첨가하고 95℃에서 30분 동안 초음파 처리하여 SWNT/PNP/PVA 현탁액을 제조했다. 이때, 상기 SWNT/PNP 현탁액의 PVA 입자에 대한 SWNT/PNP 분말의 중량비는 아래 표 2 와 같이 혼합하였다. Then 0.5 g of PVA (molecular weight: 146,000 to 186,000; 99 +% hydrolyzed) particles of PVA (Sigma-Aldrich) were added to the SWNT / PNP suspension and sonicated at 95 ° C for 30 minutes to give a SWNT / PNP / PVA suspension . At this time, the weight ratio of SWNT / PNP powder to the PVA particles of the SWNT / PNP suspension was mixed as shown in Table 2 below.

SuspensionSuspension Distilled water(ml)Distilled water (ml) SWMT/PNP
(g)
SWMT / PNP
(g)
SDS
(g)
SDS
(g)
PVA
(g)
PVA
(g)
SWNT/PNP
:PVA
SWNT / PNP
: PVA
1One 5050 0.50.5 22 0.80.8 1:1.61: 1.6 22 5050 0.50.5 22 0.50.5 1:11: 1 33 5050 0.50.5 22 0.30.3 1:0.61: 0.6

그 다음, 도 3에 도시된 바와 같은 습식 방사 장치를 이용하여, 상기 SWNT/PNP/PVA 현탁액을 주사기의 직경 160.0㎛ 바늘에 의해 응고 용액으로 압출하고, 동시에 연속 필라멘트를 실패에 수집하고, 이후 공기중 상온에서 건조시켰다. 이때, 아세톤을 응고 용액으로 사용하였고, 계면활성제인 SDS는 아세톤에 의해 제거되었다. The SWNT / PNP / PVA suspension was then extruded into a coagulating solution by a 160.0 micron diameter needle of the syringe using a wet spinner as shown in Figure 3, at the same time the continuous filaments were collected in failure and then air Lt; / RTI &gt; At this time, acetone was used as a coagulating solution, and SDS as a surfactant was removed by acetone.

비교예Comparative Example 1 One

통상의 PVA/MNP(magnetic nano particle) 복합나노 섬유를 이용하였다.Conventional PVA / MNP (composite nanofiber) nanofibers were used.

비교예Comparative Example 2 2

나노필러(nanofillers)로서 상업적인 SWNT 분말을 사용하여 통상의 SWNT/MNP(magnetic nano particle)/PVA복합나노 섬유로 직조된 직물을 제조하였다. 일반적으로SWNT를 구입하면 그 안에 SWNT와 자성 입자인 철, 니켈, 코발트 등이 포함되어 있다.Fabrics woven with conventional SWNT / MNP / PVA composite nanofibers were prepared using commercially available SWNT powders as nanofillers. In general, when SWNT is purchased, SWNT and magnetic particles such as iron, nickel, and cobalt are contained therein.

<< 실험예> 모폴로지Experimental Example> Morphology 측정  Measure

상기 본 발명의 실시예에서 제조된 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 모폴로지를 JSM-5800 주사형 전자 현미경을 이용하여 관찰하였다.The morphology of the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber prepared in the example of the present invention was observed using a JSM-5800 scanning electron microscope.

도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 단면도 및 측면도로서, (a)는 단면도이고, (b)는 측면도이다. 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 직경은 약 18㎛이고, 매끈(smooth)하며, 균일한 표면을 가진다. 도 6의 (a)를 참조하면, 실시예 1의 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 파괴된 단면의 현저한 수축이 양호한 소성특성을 보여준다.6 is a cross-sectional view and a side view of a SWNT / PNP / PVA composite nanofiber according to Example 1 of the present invention, wherein (a) is a sectional view and (b) is a side view. As shown in FIG. 6 (b), the diameter of the SWNT / PNP / PVA composite nanofiber of Example 1 is about 18 μm, has a smooth and uniform surface. Referring to Figure 6 (a), the significant shrinkage of the fractured section of the SWNT / PNP / PVA composite nanofiber of Example 1 shows good firing characteristics.

<< 실험예> 섬유의Experimental Example> 인장 강도측정  Tensile strength measurement

본 발명의 실시예에서 제조된 복합나노 섬유의 파괴 강도를 단일 필라멘트의 인장 시험법에 의해 측정되었다. 복합나노 섬유의 응력-변형(stress-strain) 곡선이 TA 인스트루먼트 Q800 동적 기계 분석기로부터 얻어졌다.The fracture strength of the composite nanofibers prepared in the examples of the present invention was measured by a tensile test of single filaments. The stress-strain curves of the composite nanofibers were obtained from a TA Instrument Q800 Dynamic Mechanical Analyzer.

도 7 은 본 발명의 실시예에 의해 제조된 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 복합체 및 폴리 비닐 알코올의 혼합 비율에 따른 응력-변형(stress-strain)을 측정한 결과를 나타낸다. Fig. 7 is a graph showing the stress-strain (Fig. 7) of the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber prepared according to the embodiment of the present invention by the mixing ratio of single walled carbon nanotube- permalloy composite and polyvinyl alcohol stress-strain.

도 7을 참조하면, 실시예 1에서 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 복합체 및 폴리 비닐 알코올의 혼합 비율이 1: 0.6 인 경우 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 파괴강도는 최대 700 MPa이고, 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 복합체의 비율이 높아질수록 파괴 강도가 높아지는 것을 알 수 있다. Referring to Figure 7, In Example 1, when the mixing ratio of the single-walled carbon nanotube-permalloy composite and the polyvinyl alcohol was 1: 0.6, the breaking strength of the SWNT / PNP / PVA composite nanofiber was 700 MPa at maximum and the single walled carbon nanotube- permalloy composite The higher the fracture strength is, the higher the ratio is.

<< 실험예> 섬유의Experimental Example> 자화도 측정  Magnetization measurement

포화 자화를 진동 시료 자력계(Quantum Design Versalab; VSM)로 측정하였다. 섬유는 먼저 작은 부분으로 잘게 썰고, 플라스틱 튜브에 넣었다. 다음, 히스테리시스 루프가 VSM에 의해 측정되었고, 포화 자화를 산출하였다.The saturation magnetization was measured with a Quantum Design Versalab (VSM). The fibers were first chopped into small pieces and placed in plastic tubes. Next, the hysteresis loop was measured by the VSM and the saturation magnetization was calculated.

도 8 은 본 발명의 실시예 1에 따른 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 자화 히스테리시스 루프(magnetization hysteresis loop)이다.8 is a magnetization hysteresis loop of a SWNT / PNP / PVA composite nanofiber according to Example 1 of the present invention.

도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따른 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 포화 자화(MS)는 24.8emug-1에 달했다. 이는 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유내에 포함된 퍼멀로이 함량(38.0 중량%)이 높기 때문에, 고투자율을 갖는 퍼멀로이에 의해 마이크로파(microwave) 차폐 효율 및 EM 에너지 흡수 및 반사능력이 크게 개선되었기 때문이다. As shown in Fig. 8, the saturation magnetization (M S ) of the SWNT / PNP / PVA composite nanofibers according to Example 1 reached 24.8 emug -1 . This is because the permalloy content (38.0% by weight) contained in the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber is high and the microwave shielding efficiency and EM energy absorption and reflection This is because the ability has greatly improved.

<< 실험예Experimental Example > >

도 9는 본 발명의 실시예1, 비교예 1 및 기존 고분자 복합 섬유별 인장 강도 및 포화 자화를 비교하여 나타낸 그래프이다.9 is a graph comparing tensile strength and saturation magnetization according to Example 1, Comparative Example 1, and conventional polymer conjugate fibers of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예 1의 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 파괴강도는 최대 700 MPa이고, 포화자화는 24.8emug-1로, 비교예 1의 PVA/MNP 섬유와 비교하여, 실시예 1의 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 파괴강도가 SWNT의 보강으로 인해9배 정도 향상되었다.9, the fracture strength of the SWNT / PNP / PVA composite nanofiber of Example 1 of the present invention was at most 700 MPa and the saturation magnetization was 24.8 emug -1 , which was higher than that of the PVA / MNP fiber of Comparative Example 1 , The fracture strength of the SWNT / PNP / PVA composite nanofiber of Example 1 was improved about 9 times by the reinforcement of SWNTs.

또한, 실시예 1의 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 포화 자화(MS)가 비교예 1의 PVA/NMP 섬유보다 약 4~6배 높았다. 이는 실시예 1이 우수한 자성을 가진 PNP를 높은 함량(38.0 중량%)으로 함유한 것에 기인한다고 볼 수 있다.In addition, the saturation magnetization (M S ) of the SWNT / PNP / PVA composite nanofiber of Example 1 was about 4 to 6 times higher than that of the PVA / NMP fiber of Comparative Example 1. This can be attributed to the fact that Example 1 contained a high content (38.0% by weight) of PNP having excellent magnetic properties.

<< 실시예Example > 직물 구조체의 제조 > Fabrication of fabric structure

실시예1에서 제조된 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유를 실험실 규모의 제직기로 직조하여 42×9 섬유번들/cm2의 조밀한 직물 구조체 및 8×9 섬유번들/cm2의 성긴 직물 구조체를 제조하였다. The SWNT / PNP / PVA composite nanofibers prepared in Example 1 were woven with a lab scale weaving machine to produce a dense fabric structure of 42 x 9 fiber bundle / cm 2 and a coarse fabric structure of 8 x 9 fiber bundle / cm 2 Respectively.

제조된 직물 구조체를 도 10에 나타내었다. The manufactured fabric structure is shown in Fig.

<< 실험예Experimental Example > 섬유의 산란 파라미터> > Scattering parameters of fiber>

복합나노섬유의 산란 파라미터는 벡터 네트워크 분석기로 측정하였으며, 주파수 범위는 0~10GHz 범위로 세팅되었다.The scattering parameters of the composite nanofibers were measured by a vector network analyzer and the frequency range was set in the range of 0 to 10 GHz.

도 11 및 도 12 각각은 본 발명의 실시예 1의 직물 및 비교예 2의 직물의 산란 파라미터 결과를 나타낸 그래프로서, (a)는 조밀한 직물의 산란 파라미터이고, (b)는 성긴 직물의 산란 파라미터를 나타낸다. 11 and 12 are graphs showing scattering parameter results of the fabric of Example 1 of the present invention and the fabric of Comparative Example 2, wherein (a) is a scattering parameter of dense fabric, (b) is scattering of coarse fabric Parameter.

<< 실험예Experimental Example >직물 구조체의 EMI 차폐 성능 > EMI shielding performance of fabric structure

복합나노 섬유의 EMI 차폐 효과(SE)는 송신 전력에 대한 수신 전력 비율의 관점에서 표현될 수 있는 EM 방사선 반사/ 또는 흡수 능력이다.The EMI shielding effect (SE) of a composite nanofiber is an EM radiation reflection / absorption ability that can be expressed in terms of the ratio of the received power to the transmission power.

EMI 감쇠는 전자기파의 입사 전력(P0)에 대해 복합나노 직물에 의해 차폐된 전력 손실(Ploss)율에 의해 측정된 산란 파라미터로부터 마이크로스트립(microstrip) 선로 방법에 의해 계산하였다.The EMI attenuation was calculated from the scattering parameter measured by the power loss (P loss ) shielded by the composite nanofabric with the incident power (P 0 ) of the electromagnetic wave by the microstrip line method.

도 13는 본 발명의 실시예1 및 비교예 2의 직물의 다른 주파수를 가진 입사 신호의 전력 손실 비율을 나타낸 그래프이다.13 is a graph showing the power loss ratios of incident signals having different frequencies of the fabric according to Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention.

도 13을 참조하면, 실시예 1로 제조된 SWNT/PNP/PVA 직물은 비교예 2의 SWNT/MNP/PVA 직물보다 훨씬 더 나은 EMI 차폐 성능을 가지고 있음을 알 수 있다. 실시예 1로 제조된 SWNT/PNP/PVA 직물의 전력 손실은 6 GHz를 초과하는 주파수에서 100 %에 접근한다.Referring to FIG. 13, it can be seen that the SWNT / PNP / PVA fabric fabricated in Example 1 has far better EMI shielding performance than the SWNT / MNP / PVA fabric of Comparative Example 2. The power loss of the SWNT / PNP / PVA fabric fabricated in Example 1 approaches 100% at frequencies exceeding 6 GHz.

<< 실험예Experimental Example >섬유의 전기전도성 및 > Electrical conductivity of fiber and 자계Magnetic field 응답> Response>

도 14는 본 발명의 실시예 1에 따른 SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유의 전기전도성 및 자계 응답을 평가하는 장치의 개략도로서, 섬유 스프링 표면 근처의 자계를 상온에서 가우스/테슬라메타(Gauss/ Tesla meter)에 의해 측정하였다. 14 is a schematic view of an apparatus for evaluating electrical conductivity and magnetic field response of a SWNT / PNP / PVA composite nanofiber according to Example 1 of the present invention. The magnetic field near the surface of the fiber spring is measured by Gauss / Tesla meter).

도 14의 (a) 및 (b) 각각은 개방회로 상태의 평면도 및 측면도이고, (c) 및 (d) 각각은 폐쇄회로 상태의 평면도 및 측면도이다. 배터리팩, LED 램프, 구리판 및 SWNT/PNP/PVA 섬유 스프링을 이용한 회로의 개폐 여부로 평가하였다. 배터리팩, LED 램프, 구리판 및 SWNT/PNP/PVA 섬유 스프링이 회로의 개폐를 보여주기 위해 직렬로 접속되었다. 개방회로 상태는 초기 상태로서, 섬유와 구리가 미연결된 상태이며, 개방회로 상태에서 690 G의 자기장을 인가하였다. 피봇으로 고정된 두 개의 작은 자석은 자기장을 생성하는데 사용되었다.Figs. 14A and 14B are a plan view and a side view of the open circuit state, and Figs. 14C and 14D are respectively a plan view and a side view of the closed circuit state. Battery pack, LED lamp, copper plate, and SWNT / PNP / PVA fiber springs. Battery packs, LED lamps, copper plates and SWNT / PNP / PVA fiber springs were connected in series to show the circuit opening and closing. The open circuit state is an initial state, in which fiber and copper are connected and a magnetic field of 690 G is applied in the open circuit state. Two small magnets fixed with pivots were used to generate the magnetic field.

도 14의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 개방회로 상태에서 섬유 스프링은 구리판과 연결되어 있지 않다.14 (a) and 14 (b), in the open circuit state, the fiber springs are not connected to the copper plate.

도 14의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 자기장(690G) 하에서 섬유 스프링의 변형에 의해 섬유 스프링과 구리판이 접촉되어 폐쇄회로가 형성되어 있다.14 (c) and 14 (d), the fiber springs and the copper plate are brought into contact with each other by the deformation of the fiber springs under the magnetic field 690G to form the closed circuit.

이는 자석이 이동될 때 상대적으로 강하고 약한 자계가 섬유 스프링 근방에 생성되고, 그 결과 섬유 스프링이 자계하에서 변형되기 때문이다.This is because a relatively strong and weak magnetic field is generated in the vicinity of the fiber spring when the magnet is moved, and as a result, the fiber spring is deformed under the magnetic field.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, and that various changes, substitutions and alterations can be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. However, it should be understood that such substitutions, changes, and the like fall within the scope of the following claims.

210 : 양극 212 : 흑연
214 : 퍼멀로이 입자 220 : 음극
230 : 전압 240 : 아크 방전 SWNT/PNP 혼합물
242 : SWNT 244 : PNP 입자
310 : SWNT/PNP/PVA 현탁액 320 : 주사기
325 : 바늘 330 : 응고 용액
340 : 실패 350 : SWNT/PNP/PVA 복합나노 섬유
210: anode 212: graphite
214: Permalloy particles 220: cathode
230: voltage 240: arc discharge SWNT / PNP mixture
242: SWNT 244: PNP particles
310: SWNT / PNP / PVA suspension 320: syringe
325: Needle 330: Solidification solution
340: Failure 350: SWNT / PNP / PVA composite nanofiber

Claims (16)

단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 제조하는 단계;
상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 계면활성제 용액에 분산시켜 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 현탁액을 제조하는 단계;
폴리(비닐 알코올) 입자를 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 현탁액에 용해시켜 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 현탁액을 제조하는 단계; 및
상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 현탁액을 이용하여 습식 방사법에 의해 복합나노 섬유를 제조하는 단계;를 포함하며
상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 제조하는 단계는,
비정질 탄소가 제거되도록 1차 열처리하는 단계, 및
환원 공정이 수행되도록 2차 열처리하는 단계; 를 더 포함하는 것인
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법.

Preparing a single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite;
Dispersing the single walled carbon nanotube-permalloy powder composite in a surfactant solution to prepare a suspension of single walled carbon nanotube-permalloy powder composite;
Dissolving poly (vinyl alcohol) particles in the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite suspension to prepare a single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) suspension; And
Preparing a composite nanofiber by wet spinning using the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) suspension; and
Wherein the step of preparing the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite comprises:
A first heat treatment so as to remove amorphous carbon, and
Performing a secondary heat treatment so as to perform a reduction process; Lt; RTI ID = 0.0 &gt;
(Method for manufacturing single walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.

제 1 항에 있어서,
상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 제조하는 단계는,
흑연을 포함하는 제 1 전극 및 퍼멀로이 입자가 내장된 흑연을 제 2 전극으로 하여 아크 방전법을 적용하는 단계를 포함하는 것인
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of preparing the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite comprises:
And applying arc discharge method using a first electrode including graphite and graphite containing permalloy particles as a second electrode.
(Method for manufacturing single walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.
제 2 항에 있어서,
상기 아크 방전법은
80~120Torr의 진공 상태에서, 35~40V의 전압을 인가하여 수행되는 것인
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법.
3. The method of claim 2,
The arc discharge method
Is carried out by applying a voltage of 35 to 40 V under a vacuum of 80 to 120 Torr
(Method for manufacturing single walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 1차 열처리 단계는
1~3시간 동안 공기 중에서 350℃ 내지 450℃의 온도로 열처리하여 수행되는 것인
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The primary heat treatment step
Followed by heat treatment at a temperature of 350 ° C to 450 ° C in air for 1 to 3 hours.
(Method for manufacturing single walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.
제 1 항에 있어서,
상기 2차 열처리 단계는
1~3시간 동안 수소 분위기에서 700℃ 내지 750℃의 온도로 열처리하여 수행되는 것인
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The second heat treatment step
Followed by heat treatment at a temperature of 700 ° C to 750 ° C in a hydrogen atmosphere for 1 to 3 hours.
(Method for manufacturing single walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.
제 1 항에 있어서,
상기 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 계면활성제 용액에 분산시켜 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 현탁액을 제조하는 단계에서는
상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말에 대한 계면활성제의 중량비가 1:3 내지 1: 5의 비율로 첨가되는 것인
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법.
The method according to claim 1,
In the step of dispersing the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite in a surfactant solution to prepare a suspension of single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite
Wherein the weight ratio of the surfactant to the single-walled carbon nanotube-permalloy powder is 1: 3 to 1: 5
(Method for manufacturing single walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.
제 7 항에 있어서,
상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체를 계면활성제 용액에 분산시켜 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체 현탁액을 제조하는 단계에서는 초음파를 인가하는 것인
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The step of dispersing the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite into a surfactant solution to produce a suspension of single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite comprises applying ultrasound
(Method for manufacturing single walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.
제 7 항에 있어서,
상기 계면활성제는 소듐 도데실 설페이트(Sodium dodecyl sulfate), 소듐옥틸벤젠술포네이트(Sodium octyle benzene sulfonate), 소듐 도데실 벤젠 설페이트(Sodium dodecyl benzene sulfate), 암모늄 라우릴 설페이트(Ammonium Lauryl Sulfate; ALS) 및 알킬 설페이트(Alkyl Sulfate; AS) 중에서 선택된 1종 이상인 것인
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The surfactant may be selected from the group consisting of sodium dodecyl sulfate, sodium octyle benzene sulfonate, sodium dodecyl benzene sulfate, ammonium lauryl sulfate (ALS) And alkyl sulfate (Alkyl Sulfate (AS)).
(Method for manufacturing single walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.
제 1 항에 있어서,
상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 현탁액을 이용하여 습식 방사법에 의해 복합나노 섬유를 제조하는 단계 에서는
상기 폴리(비닐 알코올)에 대한 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말의 중량비가 1:0.5 내지 1:2의 범위로 혼합되는 것인
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법.
The method according to claim 1,
In the step of preparing composite nanofibers by wet spinning using the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) suspension
And the weight ratio of the single-walled carbon nanotube-permalloy powder to the poly (vinyl alcohol) is in the range of 1: 0.5 to 1: 2
(Method for manufacturing single walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.
제 1 항에 있어서,
상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 현탁액을 이용하여 습식 방사법에 의해 복합나노 섬유를 제조하는 단계에서는 응고 용액을 통과시켜서 계면활성제를 제거하는 단계를 포함하는 것인
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of preparing the composite nanofibers by wet spinning using the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) suspension includes passing the coagulation solution to remove the surfactant
(Method for manufacturing single walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.
제 11 항에 있어서,
상기 응고 용액은
아세톤인 것인
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The coagulation solution
Acetone
(Method for manufacturing single walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.
제 1 항의 제조방법으로 제조된 복합나노 섬유로서
폴리(비닐 알코올) 내에 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체가 분산된
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유.
The composite nanofiber prepared by the manufacturing method of claim 1
A single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite dispersed in poly (vinyl alcohol)
Single wall carbon nanotube - permalloy - poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.
제 13 항에 있어서,
상기 폴리(비닐 알코올) 내에 상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이 분말 복합체는 상호 네트워크를 형성하고 있는 것인
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유.
14. The method of claim 13,
Wherein the single-walled carbon nanotube-permalloy powder composite in the poly (vinyl alcohol) forms a mutual network
Single wall carbon nanotube - permalloy - poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.
제 13 항에 있어서,
상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유 전체 100 중량부당 상기 단일벽 탄소 나노튜브는 10 중량부 이상의 비율로 포함되는 것인
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유.
14. The method of claim 13,
Wherein the single-walled carbon nanotube is contained in an amount of 10 parts by weight or more per 100 parts by weight of the total of the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol)
Single wall carbon nanotube - permalloy - poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.
제 13 항에 있어서,
상기 단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유 전체 100 중량부당 상기 퍼멀로이 분말은 30 중량부 이상의 비율로 포함되는 것인
단일벽 탄소 나노튜브-퍼멀로이-폴리(비닐 알코올) 복합 나노 섬유.
14. The method of claim 13,
Wherein the permalloy powder is contained in an amount of 30 parts by weight or more per 100 parts by weight of the total of the single-walled carbon nanotube-permalloy-poly (vinyl alcohol) composite nano-
Single wall carbon nanotube - permalloy - poly (vinyl alcohol) composite nanofiber.
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