KR102382709B1 - Short-molecule-attached boron nitride nanotubes and method for colloidal solution using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따르면, 질화붕소 나노튜브(BNNT)의 표면에 단분자가 결합되어 분산성이 향상된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브의 제조방법에 있어서,
a) 질화붕소 나노튜브를 단분자 함유 용액에 함침하여 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 제조하는 단계;
b) 상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 원심분리 또는 필터링하는 단계; 및
c) 상기 원심 분리 또는 필터링을 통해 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 수득하는 단계;를 포함하고, 상기 단분자가 질소 함유 단분자 구조이며 분자량이 200 g/mol 미만인 것을 특징으로 하는 단분자 결합 질화붕소 나노튜브의 제조방법이 개시된다.
상기와 같이 제조된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브는 기존 길이가 긴 체인의 고분자 형태의 분산제 대신, 질소를 포함하는 단분자를 사용함으로써 질화붕소 나노튜브간 접촉이 더 우수하며, 긴 체인의 고분자와 결합하고 있는 질화붕소 나노튜브에 비해 단분자 결합 질화붕소 나노튜브가 양호한 분산성을 나타내는 효과가 있다.According to one aspect of the present invention, in the method for producing a monomolecular bonded boron nitride nanotube having improved dispersibility by binding a single molecule to the surface of the boron nitride nanotube (BNNT),
a) preparing a monomolecular-bonded boron nitride nanotube solution by impregnating the boron nitride nanotubes in a solution containing monomolecules;
b) centrifuging or filtering the monomolecularly bound boron nitride nanotube solution; and
c) obtaining monomolecularly bound boron nitride nanotubes through the centrifugation or filtering; A method for preparing boron nanotubes is disclosed.
The monomolecular bonded boron nitride nanotubes prepared as described above have better contact between the boron nitride nanotubes by using a single molecule containing nitrogen instead of a dispersing agent in the form of a long-chain polymer, and have better contact between the long-chain polymer and Compared to the bonded boron nitride nanotubes, monomolecular bonding boron nitride nanotubes have an effect of exhibiting better dispersibility.
Description
본 발명은 단분자가 결합된 질화붕소 나노튜브(BNNT)와 이를 이용한 콜로이드 용액 및 고분자 복합체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to boron nitride nanotubes (BNNTs) to which single molecules are bonded, and to a colloidal solution and a method for preparing a polymer composite using the same.
질화붕소 나노튜브(BNNT)는 탄소 나노튜브(CNT)의 구조와 유사하게 원통형 구조를 가지며, 우수한 절연성, 화학적/열적 안정성, 열전도 특성 및 기계적 특성을 나타낸다. 또한, 불투명 검은색의 탄소 나노튜브와는 달리 투명한 흰색을 띠며, 탄소 나노튜브와는 대조적으로 균일한 넓은 밴드갭(~6 eV)을 갖는 특성이 있다.A boron nitride nanotube (BNNT) has a cylindrical structure similar to that of a carbon nanotube (CNT), and exhibits excellent insulation, chemical/thermal stability, thermal conductivity and mechanical properties. In addition, unlike the opaque black carbon nanotubes, it has a transparent white color, and has a uniform wide band gap (~6 eV) in contrast to the carbon nanotubes.
이러한 특유의 특성을 갖는 질화붕소 나노튜브를 활용하여, 나노 스케일 재료의 신규한 기계 특성, 전자 특성, 열 특성 또는 화학 특성을 위해 다양한 연구가 진행되어 오고 있으며, 대표적으로 질화붕소 나노튜브/유무기물 복합체가 그 일례에 해당한다.Various studies have been conducted for novel mechanical, electronic, thermal, or chemical properties of nanoscale materials by utilizing boron nitride nanotubes with these unique properties, typically boron nitride nanotubes/organic materials. A complex is an example of this.
질화붕소 나노튜브/ 유무기물 복합체는 질화붕소 나노튜브의 우수한 물성으로 기지 재료(금속/세라믹)의 강도, 열전도도, 내열특성 등을 획기적으로 향상시키며, 이로 인해, 기존 구조용 및 기능성 제품의 성능을 크게 개선하거나 완전히 새로운 제품의 개발이 가능하다. 또한, 이러한 복합체는 현재 고특성 방열 소재나 고강도 투명 세라믹, 극한환경용 초내열 소재, 고강도 구조 소재, 방사선 흡수 소재, 유연 세라믹 등에 활용 가능하다.The boron nitride nanotube/organic-inorganic composite dramatically improves the strength, thermal conductivity, and heat resistance of the matrix material (metal/ceramic) with the excellent physical properties of the boron nitride nanotube, thereby improving the performance of existing structural and functional products. It is possible to significantly improve or develop a completely new product. In addition, these composites can be currently used in high-performance heat-dissipating materials, high-strength transparent ceramics, ultra-heat-resistant materials for extreme environments, high-strength structural materials, radiation-absorbing materials, flexible ceramics, and the like.
그러나, 상기와 같은 특성의 장점에도 불구하고 질화붕소 나노튜브는 1 차원적인 구조를 나타내는바, 이를 활용한 소재는 제조 후 서로 뭉치는 성질이 있어, 복합체 내에서 좀처럼 분산되지 않아 복합체의 물성이 떨어진다는 문제점이 존재한다.However, despite the advantages of the above characteristics, boron nitride nanotubes exhibit a one-dimensional structure, and materials using the same have a property of aggregating with each other after manufacturing. has a problem.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 질화붕소 나노튜브의 표면을 관능화(functionalization)하거나 계면활성제를 통해 질화붕소 나노튜브의 분산성을 향상시키는 방법이 존재하였다.In order to solve this problem, there has been a method of functionalizing the surface of the boron nitride nanotube or improving the dispersibility of the boron nitride nanotube through a surfactant.
그 예로서, 폴리(m-페닐렌비닐렌-co-2,5-디옥토시-p-페닐렌비닐렌)(PmPV 라고 함), 폴리(에틸렌글리콜)(PEG 라고 함) 또는 폴리(비닐 피롤리돈)(PVP 라고 함)을 활용한 고분자 Wrapping, 스테아로일 클로라이드(-COCl 관능화) 또는 과산화수소(-OH 관능화)를 활용한 공유 결합, 또는 암모늄 올레이트를 활용한 계면활성제 등이 있다.For example, poly(m-phenylenevinylene-co-2,5-dioctoxy-p-phenylenevinylene) (referred to as PmPV), poly(ethylene glycol) (referred to as PEG), or poly(vinyl Polymer wrapping using pyrrolidone) (called PVP), covalent bonding using stearoyl chloride (-COCl functionalized) or hydrogen peroxide (-OH functionalized), or surfactant using ammonium oleate there is.
이러한 방법들을 통해 질화붕소 나노튜브의 분산성을 확보하여 복합체를 제조하는 경우, 균일한 3-D 네트워크에 의해 열안정성, 열전도도, 강도 등의 물성을 향상시킬 수 있었다.In the case of manufacturing a composite by securing the dispersibility of boron nitride nanotubes through these methods, physical properties such as thermal stability, thermal conductivity, and strength could be improved by a uniform 3-D network.
그러나, 이러한 기존의 질화붕소 나노튜브의 분산의 경우에도, 긴 고분자 체인을 갖고 있는 분산용 고분자의 경우에는 불순물로 작용되어 분산의 문제점이 존재하였고, 이를 통해 제조된 질화붕소 나노튜브/복합체도 불투명하거나 온전한 물성을 나타내기 어려웠으며, 분산되는 용매 또한 제한적이었다.However, even in the case of dispersion of such conventional boron nitride nanotubes, in the case of dispersion polymers having long polymer chains, there was a problem of dispersion because they act as impurities. or it was difficult to exhibit complete physical properties, and the solvent to be dispersed was also limited.
본 발명의 일 목적은 이상 기술한 기존 기술의 문제점들을 해결하기 위하여, 기존에 긴 폴리머 체인을 갖고 있는 분산용 고분자가 불순물로 작용하는 문제점을 해결하고, 소수성 용매에서도 질화붕소 나노튜브의 분산성을 확보하는 동시에 불순물로 작용하지 않는 단순한 구조를 갖는 분산제 사용을 제공하고자 하는 것이다.One object of the present invention is to solve the problem that the dispersion polymer having a long polymer chain acts as an impurity in order to solve the problems of the conventional technology described above, and to improve the dispersibility of boron nitride nanotubes even in a hydrophobic solvent. It is intended to provide the use of a dispersant having a simple structure that does not act as an impurity while securing it.
또한, 본 발명의 다른 목적은 이러한 분산성이 향상된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a monomolecular bond boron nitride nanotube with improved dispersibility, and a monomolecular bond boron nitride nanotube manufactured through the same.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은 단분자 결합 질화붕소 나노튜브가 균일하게 분산된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액(colloidal solution)의 제조방법 및 이를 통해 제조된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for preparing a monomolecular bond boron nitride nanotube suspension (colloidal solution) in which monomolecular bond boron nitride nanotubes are uniformly dispersed, and a monomolecular bond boron nitride nanotube suspension prepared through the same will provide
나아가, 본 발명의 다른 목적은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 이용하여, 고분자가 결합된 고분자/단분자-BNNT 복합체를 제공하는 것이다.Furthermore, another object of the present invention is to provide a polymer/unimolecular-BNNT composite to which a polymer is bound by using the monomolecular bound boron nitride nanotube prepared according to an embodiment of the present invention.
상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,
본 발명의 일 측면에서,In one aspect of the present invention,
질화붕소 나노튜브(BNNT)의 표면에 단분자가 결합되어 분산성이 향상된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브의 제조방법으로서,A method for manufacturing a monomolecular-bonded boron nitride nanotube with improved dispersibility by bonding a single molecule to the surface of a boron nitride nanotube (BNNT),
a) 질화붕소 나노튜브를 단분자 함유 용액에 함침하여 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 제조하는 단계;a) preparing a monomolecular-bonded boron nitride nanotube solution by impregnating the boron nitride nanotubes in a solution containing monomolecules;
b) 상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 원심분리 또는 필터링하는 단계; 및b) centrifuging or filtering the monomolecularly bound boron nitride nanotube solution; and
c) 상기 원심 분리 또는 필터링을 통해 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 수득하는 단계;c) obtaining monomolecular bonded boron nitride nanotubes through the centrifugation or filtering;
를 포함하고, 상기 단분자가 질소 함유 단분자 구조이며 분자량이 200 g/mol 미만인 것을 특징으로 하는 단분자 결합 질화붕소 나노튜브의 제조방법이 제공된다.Including, wherein the monomolecular structure is a nitrogen-containing monomolecular structure, there is provided a method for producing a monomolecular bonded boron nitride nanotube, characterized in that the molecular weight is less than 200 g / mol.
본 발명의 다른 측면에서, In another aspect of the invention,
단분자 결합 질화붕소 나노튜브가 균일하게 분산된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액(colloidal solution)의 제조방법으로서,A method for preparing a monomolecularly bonded boron nitride nanotube suspension (colloidal solution) in which monomolecularly bonded boron nitride nanotubes are uniformly dispersed,
a) 질화붕소 나노튜브를 단분자 함유 용액에 함침하여 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 제조하는 단계;a) preparing a monomolecular-bonded boron nitride nanotube solution by impregnating the boron nitride nanotubes in a solution containing monomolecules;
b) 상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 원심분리 또는 필터링하는 단계; 및b) centrifuging or filtering the monomolecularly bound boron nitride nanotube solution; and
c) 상기 원심 분리 또는 필터링을 통해 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 수득하는 단계; 및c) obtaining monomolecular bonded boron nitride nanotubes through the centrifugation or filtering; and
d) 상기 침전된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 용매에 용해시켜 초음파 처리를 실시하는 단계;d) dissolving the precipitated monomolecular bonded boron nitride nanotubes in a solvent to perform sonication;
를 포함하고, 상기 단분자가 질소 함유 단분자 구조이며 분자량이 200 g/mol 미만인 것을 특징으로 하는 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액의 제조방법이 제공된다.A method for preparing a monomolecular bonded boron nitride nanotube suspension is provided, comprising: the monomolecular structure having a nitrogen-containing monomolecular structure and a molecular weight of less than 200 g/mol.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에서,Also, in another aspect of the present invention,
상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브의 제조방법에 따라 제조된 분산성이 향상된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브가 제공되며,There is provided a monomolecular bond boron nitride nanotube with improved dispersibility prepared according to the manufacturing method of the monomolecular bond boron nitride nanotube,
상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액의 제조방법에 따라 제조된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브가 균일하게 분산된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액이 제공된다.There is provided a monomolecularly bonded boron nitride nanotube suspension in which the monomolecularly bonded boron nitride nanotubes prepared according to the method for preparing the monomolecularly bonded boron nitride nanotube suspension are uniformly dispersed.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면,On the other hand, according to one aspect of the present invention,
a) 질화붕소 나노튜브를 단분자 함유 용액에 함침하여 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 제조하는 단계;a) preparing a monomolecular-bonded boron nitride nanotube solution by impregnating the boron nitride nanotubes in a solution containing monomolecules;
b) 상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 원심분리 또는 필터링하는 단계;b) centrifuging or filtering the monomolecularly bound boron nitride nanotube solution;
c) 상기 원심 분리 또는 필터링을 통해 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 수득하는 단계;c) obtaining monomolecular bonded boron nitride nanotubes through the centrifugation or filtering;
d) 상기 수득한 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 테트라히드로퓨란(THF)에 분산시킨 후, 폴리디메틸실록산(PDMS)을 첨가하여 분쇄하는 단계; 및d) dispersing the obtained monomolecular-bonded boron nitride nanotubes in tetrahydrofuran (THF) and then pulverizing by adding polydimethylsiloxane (PDMS); and
e) 상기 테트라히드로퓨란을 증발시킨 후 경화제를 첨가하여 경화시키는 단계;e) evaporating the tetrahydrofuran and then curing by adding a curing agent;
를 포함하고, 상기 단분자가 질소 함유 단분자 구조이며 분자량이 200 g/mol 미만인 것을 특징으로 하는, 폴리디메틸실록산/단분자 결합 질화붕소 나노튜브 복합체의 제조방법이 제공되며,A method for producing a polydimethylsiloxane / monomolecular bonded boron nitride nanotube composite is provided, comprising:
상기 제조 방법에 따라 제조된, 질소 함유 단분자 및 질화붕소 나노튜브가 배위공유결합된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브가 폴리디메틸실록산(PDMS) 내에 분산되어 형성되는 것인 폴리디메틸실록산/단분자 결합 질화붕소 나노튜브 복합체가 제공된다.Polydimethylsiloxane / monomolecular bond which is formed by dispersing in polydimethylsiloxane (PDMS) a monomolecular bond in which nitrogen-containing monomolecules and boron nitride nanotubes are coordinated covalently bonded according to the manufacturing method A boron nitride nanotube composite is provided.
나아가, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면,Further, according to another aspect of the present invention,
배위공유결합을 통해 질소 함유 단분자와 질화붕소 나노튜브가 결합되어 분산성이 향상된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 포함하는 복합소재, 나노유체 및 섬유가 제공된다.Provided is a composite material, nanofluid, and fiber comprising monomolecular bonded boron nitride nanotubes with improved dispersibility by bonding nitrogen-containing monomolecules and boron nitride nanotubes through coordination covalent bonding.
본 발명의 일 측면에 따라 제공되는 단분자 결합 질화붕소 나노튜브는, 기존 길이가 긴 체인의 고분자 형태의 분산제 대신, 질소를 포함하는 단분자를 사용함으로써 질화붕소 나노튜브간 또는 질화붕소 나노튜브와 matrix 소재간의 접촉이 더 우수하며, 긴 체인의 고분자와 결합하고 있는 질화붕소 나노튜브에 비해 단분자 결합 질화붕소 나노튜브가 양호한 분산성을 나타내는 장점이 있다.Monomolecular bonding boron nitride nanotubes provided according to an aspect of the present invention, by using monomolecules containing nitrogen instead of dispersing agents in the form of polymers of long chains, between boron nitride nanotubes or boron nitride nanotubes The contact between matrix materials is better, and the monomolecular-bonded boron nitride nanotubes have the advantage of showing good dispersibility compared to the boron nitride nanotubes that are bonded to long-chain polymers.
또한, 상기 제작된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브는 친수성, 소수성 및 다양한 극성을 갖는 용매에 분산될 수 있고, 이를 이용하여 제작된 고분자/단분자-BNNT 복합체 또한 균일한 분산성에 따른 우수한 물성(투과도, 열전도도, 강도, 중성자 흡수능 등)을 나타낸다는 효과가 있다.In addition, the prepared monomolecular bonded boron nitride nanotubes can be dispersed in a solvent having hydrophilicity, hydrophobicity and various polarities, and the polymer/monomolecule-BNNT composite prepared using the same also has excellent physical properties (permeability) according to uniform dispersibility. , thermal conductivity, strength, neutron absorption capacity, etc.).
도 1a 및 도 1b 는 Lewis Acid-Base Reaction 을 통한 BNNT 와 단분자의 결합을 나타낸 간략 모식도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따라 친/소수성 용매에서의 피리딘-BNNT 를 음파처리(sonication) 3 시간 이후, 분산된 결과를 나타낸 것이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따라 친/소수성 용매에서의 피리딘-BNNT 를 음파처리 24 시간 이후, 분산된 결과를 나타낸 것이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따라 친/소수성 용매에서의 피리딘-BNNT 를 음파처리 3 시간 이후, 높이에 따른 투과도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따라 친/소수성 용매에서의 피리딘-BNNT 를 음파처리 24 시간 이후, 높이에 따른 투과도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 6 은 단분자가 결합되지 않은 BNNT 를 친/소수성 용매에서 음파처리 3 시간 이후, 분산된 결과를 나타낸 것이다.
도 7 은 단분자가 결합되지 않은 BNNT 를 친/소수성 용매에서 음파처리 3 시간 이후, 높이에 따른 투과도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따라 BNNT 함량별(1wt%, 5wt%, 10wt%) 피리딘-BNNT 를 이용한 고분자(polydimethylsiloxane)/BNNT 복합체를 제조한 결과를 나타낸 것이다.
도 9 는 단분자가 결합되지 않은 순수한 BNNT 를 이용하여 고분자(polydimethylsiloxane)/BNNT 복합체를 제조한 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실험예에 따라 피리딘-BNNT 함량에 따른 고분자 복합 소재의 열전도도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실험예에 따라 피리딘-BNNT 함량에 따른 나노유체의 열전도도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실험예에 따라 피리딘-BNNT 함량별 변형률-인장 강도 곡선을 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실험예에 따라 피리딘-BNNT 함량에 따른 인장 강도를 나타낸 것이다.1A and 1B are schematic diagrams showing the binding of BNNTs and single molecules through Lewis Acid-Base Reaction.
Figure 2 shows the dispersion results after 3 hours of sonication of pyridine-BNNT in a hydrophilic / hydrophobic solvent according to an embodiment of the present invention.
3 shows the dispersion results of pyridine-BNNT in a hydrophilic/hydrophobic solvent according to an embodiment of the present invention 24 hours after sonication.
Figure 4 shows the results of measuring the transmittance according to the height after 3 hours of sonication of pyridine-BNNT in a hydrophilic/hydrophobic solvent according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the results of measuring the transmittance according to the height after 24 hours of sonication of pyridine-BNNT in a hydrophilic/hydrophobic solvent according to an embodiment of the present invention.
6 shows the dispersion results of BNNTs to which unbound molecules are not bound after 3 hours of sonication in a hydrophilic/hydrophobic solvent.
7 shows the results of measuring the transmittance according to height after 3 hours of sonication in a hydrophilic/hydrophobic solvent of BNNTs to which single molecules are not bound.
8 shows the results of preparing a polymer (polydimethylsiloxane)/BNNT composite using pyridine-BNNT for each BNNT content (1 wt%, 5 wt%, 10 wt%) according to an embodiment of the present invention.
9 shows the result of preparing a polymer (polydimethylsiloxane)/BNNT composite using pure BNNT to which no single molecule is bound.
10 shows the results of measuring the thermal conductivity of the polymer composite material according to the content of pyridine-BNNT according to an experimental example of the present invention.
11 shows the results of measuring the thermal conductivity of the nanofluid according to the pyridine-BNNT content according to an experimental example of the present invention.
12 shows a strain-tensile strength curve for each pyridine-BNNT content according to an experimental example of the present invention.
13 shows the tensile strength according to the content of pyridine-BNNT according to an experimental example of the present invention.
이하, 본원에 기술된 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 이하 기술된 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 명확하게 이해될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples described herein. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can clearly understand the technical spirit of the present invention through the embodiments described below, and can be modified in various forms within the scope of the technical spirit to which the present invention belongs. can
본 발명의 일 측면에서,In one aspect of the present invention,
질화붕소 나노튜브(BNNT)의 표면에 단분자가 결합되어 분산성이 향상된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브의 제조방법으로서,A method for manufacturing a monomolecular-bonded boron nitride nanotube with improved dispersibility by bonding a single molecule to the surface of a boron nitride nanotube (BNNT),
a) 질화붕소 나노튜브를 단분자 함유 용액에 함침하여 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 제조하는 단계;a) preparing a monomolecular-bonded boron nitride nanotube solution by impregnating the boron nitride nanotubes in a solution containing monomolecules;
b) 상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 원심분리 또는 필터링하는 단계; 및b) centrifuging or filtering the monomolecularly bound boron nitride nanotube solution; and
c) 상기 원심 분리 또는 필터링을 통해 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 수득하는 단계;c) obtaining monomolecular bonded boron nitride nanotubes through the centrifugation or filtering;
를 포함하고, 상기 단분자가 질소 함유 단분자 구조이며 분자량이 200 g/mol 미만인 것을 특징으로 하는 단분자 결합 질화붕소 나노튜브의 제조방법이 제공된다.Including, wherein the monomolecular structure is a nitrogen-containing monomolecular structure, there is provided a method for producing a monomolecular bonded boron nitride nanotube, characterized in that the molecular weight is less than 200 g / mol.
상기 질화붕소 나노튜브의 표면에 결합되는 단분자는 질소 함유 단분자 구조인 것을 특징으로 하는 것으로서, 단분자는 일반적으로 분자량 200 g/mol 미만인 것을 뜻하며, 질화붕소 나노튜브와 단분자 간에 Lewis Acid-Base Reaction 이 일어날 수 있는 질소 함유 단분자라면 그 종류는 크게 제한 되지 않는다.The monomolecules bound to the surface of the boron nitride nanotubes are characterized in that they have a nitrogen-containing monomolecular structure, and the monomolecules generally have a molecular weight of less than 200 g/mol, and between the boron nitride nanotubes and the monomolecules, Lewis Acid- As long as it is a nitrogen-containing monomolecule capable of base reaction, the type is not significantly limited.
이와 같은 Lewis Acid-Base Reaction 은 질소와 질화붕소 나노튜브 간의 배위 공유 결합(Coordinate covalent bond)이 형성되어야 하므로, 질소 원자에 비공유 전자쌍이 존재하여야 가능하다.Such Lewis Acid-Base Reaction requires the formation of a coordinate covalent bond between nitrogen and boron nitride nanotubes, so it is possible only when a lone pair of electrons exists in the nitrogen atom.
상기 질소 함유 단분자는 상기 Lewis Acid-Base Reaction 이 일어날 수 있는 경우라면, 그 구조가 크게 제한되지는 않으나, 하나 이상의 질소를 포함하는 고리형 구조의 단분자일 수 있으며, 하나 이상의 질소를 포함하는 선형 구조의 단분자일 수도 있다.The nitrogen-containing monomolecules may be monomolecules of a cyclic structure containing at least one nitrogen, although the structure is not particularly limited as long as the Lewis Acid-Base Reaction can occur. It may be a single molecule of a linear structure.
여기서 하나 이상의 질소는 하나의 질소를 포함하는 것뿐만 아니라, 2 개 이상 또는 3 개 이상일 수 있으며, 상한의 개수는 크게 한정되지는 않는다.Here, the one or more nitrogens may be two or more or three or more, as well as including one nitrogen, and the upper limit of the number is not particularly limited.
하나 이상의 질소를 포함하는 고리형 구조의 단분자의 경우, 탄소와 질소의 수를 포함하여 최소 3 개 이상이고, 4 개 이상, 5 개 이상 또는 6 개 이상일 수도 있으며, 분자량이 200 g/mol 미만인 범위에서 통상의 기술자에 의해 적절히 선택될 수 있다.In the case of a single molecule of a cyclic structure containing at least one nitrogen, it is at least 3 including the number of carbons and nitrogens, and may be 4 or more, 5 or more, or 6 or more, and a molecular weight of less than 200 g/mol. It may be appropriately selected by those skilled in the art in the range.
이러한 고리형 구조의 단분자의 예로는, 하기 화학식으로 표현되는 피리딘, 피페리딘, 피롤, 피롤리딘, 이미다졸 또는 피리미딘 등일 수 있으며, 물질의 특성 등을 고려하였을 때, 이 중에서도 피리딘이 바람직하다.Examples of monomolecules having such a cyclic structure may be pyridine, piperidine, pyrrole, pyrrolidine, imidazole or pyrimidine represented by the following formula, and considering the properties of the material, among them, pyridine is desirable.
상기 질소 함유 단분자가 피리딘인 경우, 액체 상태의 피리딘으로 인해 타 고상형 분산제 대비 용해가 간단하며, 상기 피리딘은 추후에 쉽게 제거가 가능하기 때문에 질화붕소 나노튜브의 물성 저하를 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 피리딘 결합 질화붕소 나노튜브는 친수성 용매 뿐만이 아니라 solubility parameter가 18 MPa1/2 이하 소수성 용매에도 분산이 잘 이루어지는바 광범위한 용매에 분산이 가능하다는 장점이 있다.When the nitrogen-containing monomolecule is pyridine, dissolution is simpler compared to other solid dispersants due to pyridine in liquid state, and since the pyridine can be easily removed later, deterioration of boron nitride nanotube properties can be minimized. There is this. In addition, pyridine-bonded boron nitride nanotubes have the advantage of being able to disperse in a wide range of solvents as well as in hydrophilic solvents as well as in hydrophobic solvents with solubility parameters of 18 MPa 1/2 or less.
한편, 하나 이상의 질소를 포함하는 선형 구조의 단분자의 경우, 직쇄형, 분지형을 모두 포함할 수 있으며, 벤젠과 같은 고리형의 구조와 결합된 선형 구조일 수도 있다. 질소를 하나 이상 포함하는 경우라면, 탄소 개수 등에는 특별한 제한은 없으나, 분자량이 200 g/mol 미만인 범위에서 통상의 기술자에 의해 적절히 선택될 수 있다.On the other hand, in the case of a single molecule having a linear structure including at least one nitrogen, it may include both a straight-chain type and a branched type, and may have a linear structure combined with a cyclic structure such as benzene. In the case of containing at least one nitrogen, there is no particular limitation on the number of carbons and the like, but the molecular weight may be appropriately selected by those skilled in the art in the range of less than 200 g/mol.
이러한 선형 구조의 단분자의 예로는, 하기 화학식으로 표현되는 에틸 아민, 부틸 아민, 아닐린, 에틸렌 디아민, 프로판 트리아민피리딘, 피페리딘, 피롤, 피롤리딘, 이미다졸 또는 피리미딘 등일 수 있다.Examples of monomolecules having such a linear structure include ethyl amine, butyl amine, aniline, ethylene diamine, propane triamine pyridine, piperidine, pyrrole, pyrrolidine, imidazole or pyrimidine represented by the following formula.
한편, 상기 단계 a) 에서는 단분자가 피리딘인 경우, 피리딘 용액에 질화붕소 나노튜브를 용해하여, 초음파 처리를 실시함으로써 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 간단히 제조할 수 있다.On the other hand, in step a), when the single molecule is pyridine, boron nitride nanotubes are dissolved in a pyridine solution, and then a monomolecular bonded boron nitride nanotube solution can be prepared simply by performing ultrasonic treatment.
또한, 상기 단계 b) 에서는 단계 a) 에서 제조된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 원심분리 또는 필터링을 실시하는 단계이며, 원심분리 또는 필터링을 실시함으로써, 단계 c) 에서 고체인 단분자 결합 질화붕소 나노튜브와 용액의 분리가 용이하다. 한편, 단순 필터링의 경우에는 용액 상층부 제거 등의 과정 없이 바로 BNNT 수득이 가능할 수 있다.In addition, in step b), centrifugation or filtering is performed on the monomolecular-bonded boron nitride nanotube solution prepared in step a). It is easy to separate the boron nanotubes from the solution. On the other hand, in the case of simple filtering, it may be possible to obtain BNNTs directly without a process such as removing the upper layer of the solution.
이를 통해, 최종적으로 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 수득할 수 있다.Through this, it is possible to finally obtain monomolecular bonded boron nitride nanotubes.
본 발명의 다른 측면에서,In another aspect of the invention,
단분자 결합 질화붕소 나노튜브가 균일하게 분산된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액(colloidal solution)의 제조방법으로서,A method for preparing a monomolecularly bonded boron nitride nanotube suspension (colloidal solution) in which monomolecularly bonded boron nitride nanotubes are uniformly dispersed,
a) 질화붕소 나노튜브를 단분자 함유 용액에 함침하여 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 제조하는 단계;a) preparing a monomolecular-bonded boron nitride nanotube solution by impregnating the boron nitride nanotubes in a solution containing monomolecules;
b) 상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 원심분리 또는 필터링하는 단계; 및b) centrifuging or filtering the monomolecularly bound boron nitride nanotube solution; and
c) 상기 원심 분리 또는 필터링을 통해 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 수득하는 단계; 및c) obtaining monomolecular bonded boron nitride nanotubes through the centrifugation or filtering; and
d) 상기 침전된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 용매에 용해시켜 초음파 처리를 실시하는 단계;d) dissolving the precipitated monomolecular bonded boron nitride nanotubes in a solvent to perform sonication;
를 포함하고, 상기 단분자가 질소 함유 단분자 구조이며 분자량이 200 g/mol 미만인 것을 특징으로 하는 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액의 제조방법이 제공된다.A method for preparing a monomolecular bonded boron nitride nanotube suspension is provided, comprising: the monomolecular structure having a nitrogen-containing monomolecular structure and a molecular weight of less than 200 g/mol.
상기 단계 a) 내지 c) 는 앞서 기술한 단분자 결합 질화붕소 나노튜브의 제조방법 과정과 실질적으로 유사하며, 이에 사용된 단분자 종류, 초음파 처리 단계, 원심분리, 필터링 또한 유사하다.Steps a) to c) are substantially similar to the process for preparing monomolecular bonded boron nitride nanotubes described above, and the types of monomolecules used therein, ultrasonication step, centrifugation, and filtering are also similar.
한편, 상기 단계 d) 는 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 이용하여, 단분자 결합 질화붕소 나노튜브의 현탁액을 제조하는 과정으로서, 상기 단계 d) 에서 사용되는 용매는, 질화붕소 나노튜브의 표면에 단분자가 결합됨에 따라 친수성, 소수성 또는 다양한 극성을 갖는 용매에 분산될 수 있어, 기존의 질화붕소 나노튜브에 사용되는 용매에 비해 종류가 다양하다.Meanwhile, step d) is a process for preparing a suspension of monomolecularly bonded boron nitride nanotubes using monomolecularly bonded boron nitride nanotubes, and the solvent used in step d) is on the surface of the boron nitride nanotubes. As monomolecules are bound, they can be dispersed in a solvent having hydrophilicity, hydrophobicity, or various polarities, and thus there are various types compared to solvents used in conventional boron nitride nanotubes.
그 예로서, 대표적으로는 극성 용매로 특히 물, 에탄올, 메탄올을 들 수 있으며, 디메틸포름아미드(DMF), 테트로히드로퓨란(THF) 등도 사용될 수 있다. 따라서, 상기 단계 d) 에서 사용되는 용매는, 물, 메탄올, 에탄올, DMF, 아세톤, THF로 이루어진 군으로부터 선택된 용매일 수 있다.As an example, representatively, water, ethanol, and methanol may be mentioned as a representative polar solvent, and dimethylformamide (DMF), tetrahydrofuran (THF), and the like may also be used. Accordingly, the solvent used in step d) may be a solvent selected from the group consisting of water, methanol, ethanol, DMF, acetone, and THF.
아울러, 특히 단분자의 종류로서 피리딘을 사용하는 경우에는, 피리딘 결합 질화붕소 나노튜브는 친수성 용매 뿐만이 아니라, solubility parameter 18 MPa1/2 이하의 소수성 용매에도 분산이 잘 이루어진다는 장점이 있다.In addition, especially when using pyridine as a kind of single molecule, pyridine-bonded boron nitride nanotubes have the advantage of being well dispersed in hydrophilic solvents as well as hydrophobic solvents with a solubility parameter of 18 MPa 1/2 or less.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에서,On the other hand, in another aspect of the present invention,
상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브의 제조방법에 따라 제조된 분산성이 향상된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브가 제공되며, 상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액의 제조방법에 따라 제조된 분산성이 향상된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액이 제공된다.There is provided a monomolecularly bonded boron nitride nanotube with improved dispersibility prepared according to the manufacturing method of the monomolecularly bonded boron nitride nanotube, and the dispersibility improved according to the manufacturing method of the monomolecularly bonded boron nitride nanotube suspension is provided. A monomolecularly bonded boron nitride nanotube suspension is provided.
상기 질화붕소 나노튜브에 결합되는 단분자는 앞서 기술한 하나 이상의 질소를 포함하는 고리형 구조의 단분자 또는 선형 구조의 단분자일 수 있으며, 특히 피리딘인 것이 바람직하다.The monomolecules bound to the boron nitride nanotubes may be monomolecules having a cyclic structure or a monomolecular structure having a linear structure including at least one nitrogen as described above, particularly preferably pyridine.
이와 같이 단분자 결합 질화붕소 나노튜브는 단분자의 단순한 구조로 인하여 친수성, 소수성 또는 다양한 극성을 갖는 다양한 용매에서 용이하게 분산될 수 있으며, 이를 사용하여 제조한 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액은 균일한 분산성을 나타내고 이후 이를 통해, 양호한 물성의 고분자/단분자-BNNT 복합체를 형성할 수 있다.As such, the monomolecular bond boron nitride nanotube can be easily dispersed in various solvents having hydrophilicity, hydrophobicity, or various polarities due to the simple structure of the monomolecular bond, and the monomolecular bond boron nitride nanotube suspension prepared using the same is uniform. After exhibiting one dispersibility, it is possible to form a polymer/monomolecule-BNNT complex with good physical properties.
한편, 본 발명의 일 측면에서는,On the other hand, in one aspect of the present invention,
a) 질화붕소 나노튜브를 단분자 함유 용액에 함침하여 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 제조하는 단계;a) preparing a monomolecular-bonded boron nitride nanotube solution by impregnating the boron nitride nanotubes in a solution containing monomolecules;
b) 상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 원심분리 또는 필터링하는 단계;b) centrifuging or filtering the monomolecularly bound boron nitride nanotube solution;
c) 상기 원심 분리 또는 필터링을 통해 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 수득하는 단계;c) obtaining monomolecular bonded boron nitride nanotubes through the centrifugation or filtering;
d) 상기 수득한 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 테트라히드로퓨란(THF)에 분산시킨 후, 폴리디메틸실록산(PDMS)을 첨가하여 분쇄하는 단계; 및d) dispersing the obtained monomolecular-bonded boron nitride nanotubes in tetrahydrofuran (THF) and then pulverizing by adding polydimethylsiloxane (PDMS); and
e) 상기 테트라히드로퓨란을 증발시킨 후 경화제를 첨가하여 경화시키는 단계;e) evaporating the tetrahydrofuran and curing it by adding a curing agent;
를 포함하고, 상기 단분자가 질소 함유 단분자 구조이며 분자량이 200 g/mol 미만인 것을 특징으로 하는, 폴리디메틸실록산/단분자 결합 질화붕소 나노튜브 복합체의 제조방법이 제공된다.Including, wherein the monomolecular structure is nitrogen-containing monomolecular structure, characterized in that the molecular weight is less than 200 g / mol, polydimethylsiloxane / monomolecular bonding boron nitride nanotube composite is provided.
상기 단계 a) 이전에 붕소 불순물을 제거하기 위해 BNNT 열처리 과정이 추가될 수 있다.Before step a), a BNNT heat treatment process may be added to remove boron impurities.
또한, 상기 단계 a) 내지 c) 는 앞서 기술한 단분자 결합 질화붕소 나노튜브의 제조방법 과정과 실질적으로 유사하며, 이에 사용된 단분자 종류, 초음파 처리 단계, 원심분리, 필터링 또한 유사하다.In addition, the steps a) to c) are substantially similar to the process for preparing the monomolecular bonded boron nitride nanotubes described above, and the types of monomolecules used therein, the ultrasonication step, centrifugation, and filtering are also similar.
아울러, 상기 단계 d) 의 분쇄방법은 막자 사발을 이용하는 등 그 방법에는 크게 제한되지는 않는다.In addition, the grinding method of step d) is not particularly limited to the method, such as using a mortar and pestle.
또한, 단계 e) 의 경화 과정시, alumina 와 같은 substrate 에 Py-BNNT/PDMS 복합체를 부어 약 40 내지 70 ℃, 약 50 내지 60 ℃ 의 온도에서 18 시간 내지 48 시간, 24 시간 내지 36 시간 정도 경화시키는 것이 바람직하다.In addition, during the curing process of step e), a Py-BNNT/PDMS composite is poured on a substrate such as alumina and cured at a temperature of about 40 to 70 ℃, about 50 to 60 ℃ for 18 hours to 48 hours, 24 hours to 36 hours It is preferable to do
본 발명의 다른 일 측면에서In another aspect of the present invention
배위공유결합을 통해 질소 함유 단분자와 질화붕소 나노튜브가 결합되어 분산성이 향상된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 포함하는 복합소재가 제공된다.There is provided a composite material comprising a monomolecular bonded boron nitride nanotube with improved dispersibility by bonding nitrogen-containing monomolecules and boron nitride nanotubes through coordination covalent bonding.
일 실시예에서, 상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 포함하는 고분자 복합소재를 제조함으로써, 높은 열전도도를 가지는 복합소재를 얻을 수 있다.In one embodiment, by preparing a polymer composite material including the monomolecular bonding boron nitride nanotubes, a composite material having high thermal conductivity can be obtained.
상기 복합소재는 방열소재나 열 인터페이스 재료(thermal interface material, TIM) 등으로 사용될 수 있다.The composite material may be used as a heat dissipation material or a thermal interface material (TIM).
또한, 배위공유결합을 통해 질소 함유 단분자와 질화붕소 나노튜브가 결합되어 분산성이 향상된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 포함하는 나노유체가 제공된다.In addition, there is provided a nanofluid comprising monomolecular bonded boron nitride nanotubes with improved dispersibility by bonding nitrogen-containing monomolecules and boron nitride nanotubes through coordination covalent bonding.
일 실시예에서, 상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 포함하는 나노유체를 제조함으로써, 높은 열전도도들 가지는 나노유체를 얻을 수 있다.In one embodiment, by preparing a nanofluid including the monomolecular bonded boron nitride nanotube, it is possible to obtain a nanofluid having high thermal conductivity.
상기 나노유체는 고효율 냉각수, 엔진오일 등으로 사용될 수 있다.The nanofluid may be used as high-efficiency coolant, engine oil, and the like.
또한, 배위공유결합을 통해 질소 함유 단분자와 질화붕소 나노튜브가 결합되어 분산성이 향상된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 포함하는 섬유가 제공된다.In addition, there is provided a fiber comprising a monomolecular bonded boron nitride nanotube having improved dispersibility by bonding a nitrogen-containing monomolecule and a boron nitride nanotube through a coordinate covalent bond.
일 실시예에서, 상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 포함하는 고분자 기반 섬유를 제조함으로써, 높은 강도를 가지는 섬유를 얻을 수 있다.In one embodiment, by preparing a polymer-based fiber including the monomolecular bonding boron nitride nanotube, it is possible to obtain a fiber having high strength.
상기 섬유는 고방열 섬유, 우주복, 내화섬유 등으로 사용될 수 있다.The fiber may be used as a high heat dissipation fiber, a space suit, a fire resistant fiber, and the like.
이하, 본 발명의 실시예 및 그 실험 결과에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, examples of the present invention and experimental results thereof will be described in detail.
단, 하기 실시예 및 실험 결과는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험 결과에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples and experimental results are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples and experimental results.
<실시예><Example>
○ Py-BNNT 제조 후 다양한 Solvent 에 재분산 진행 방법:○ Redispersion in various solvents after manufacturing Py-BNNT:
a) 열플라즈마법을 통해 제조한 BNNT 를 Box furnace 를 이용해 650 ℃, 공기 중 분위기에서 1 시간 열처리를 진행한다.a) Heat treatment of BNNTs manufactured by thermal plasma method in an air atmosphere at 650 ℃ using a box furnace for 1 hour.
b) 열처리한 BNNT 0.01g 을 액체상의 Pyridine, 99.5% 에 넣고 20kHz frequency 에서 1 시간 동안 tip sonication(Sonics & Materials, Sonics Vibra cell VC 750)을 통해 분산을 진행하여 도 1 의 pyridine 과 BNNT 간의 배위공유결합을 형성한다.b) Put 0.01 g of heat-treated BNNT in liquid pyridine, 99.5%, and disperse through tip sonication (Sonics & Materials, Sonics Vibra cell VC 750) at 20 kHz frequency for 1 hour to share coordination between pyridine and BNNT in FIG. 1 form a bond
c) 분산된 BNNT 를 원심분리용 튜브에 넣고 원심분리(Himac CP80wx)를 40000 rpm 에서 30 분간 진행한다.c) Put the dispersed BNNTs in a centrifuge tube and centrifuge (Himac CP80wx) at 40000 rpm for 30 minutes.
d) 원심분리 된 침전물 BNNT 를 수거한 후 15 ml solvent에 넣고 상기 b)와 같은 방법으로 분산을 진행한다.d) After collecting the centrifuged sediment BNNT, put it in 15 ml solvent and proceed with dispersion in the same way as b) above.
e) 상기 a)~c)를 반복하여 각각 다른 Solvent: Water, Tetrahydrofuran, N,N-Dimethylformamide, Acetone, Methanol, 5가지에 상기 d)를 진행하면 도 2 에서와 같이 Py-BNNT 가 solvent 에 균일하게 분산되는 것을 확인할 수가 있다.e) Repeat a) to c) and proceed with d) for 5 different solvents: Water, Tetrahydrofuran, N,N-Dimethylformamide, Acetone, and Methanol. As shown in FIG. 2, Py-BNNT is uniform in the solvent. It can be seen that distributed
○ 단독 BNNT 를 다양한 Solvent 에 분산시키는 방법(비교예):○ Method of dispersing single BNNT in various solvents (comparative example):
a) 열처리한 BNNT 0.01g을 Solvent: Water, Tetrahydrofuran, N,N-Dimethylformamide, Acetone, Methanol, 5 가지에 1 시간 동안 tip snocation 을 통해 분산을 진행한다.a) Disperse 0.01 g of heat-treated BNNT in 5 solvents: Water, Tetrahydrofuran, N,N-Dimethylformamide, Acetone, and Methanol for 1 hour through tip snocation.
b) Pyridine 이 결합되어 있지 않은 단독 BNNT 는 도 6 에서와 같이 solvent 에 균일하게 분산되지 않으며 침전물로 가라앉게 된다.b) A single BNNT to which pyridine is not bound is not uniformly dispersed in the solvent as shown in FIG. 6 and is settled as a precipitate.
○ Py-BNNT (1 wt%)/고분자 복합체 제조 방법:○ Py-BNNT (1 wt%)/polymer composite preparation method:
a) 열플라즈마법을 통해 제조한 BNNT 를 Box furnace 를 이용해 650 ℃, 공기 중 분위기에서 1 시간 열처리를 진행한다.a) Heat treatment of BNNTs manufactured by thermal plasma method in an air atmosphere at 650 ℃ using a box furnace for 1 hour.
b) 열처리한 BNNT 0.01g 을 액체상의 Pyridine, 99.5% 에 넣고 1 시간 동안 tip sonication 을 통해 분산을 진행한다.b) Put 0.01 g of heat-treated BNNT in liquid pyridine, 99.5%, and disperse through tip sonication for 1 hour.
c) 분산된 Py-BNNT 를 원심분리용 튜브에 넣고 원심분리를 40000 rpm 에서 30분간 진행한다.c) Put the dispersed Py-BNNT into a centrifuge tube and centrifuge at 40000 rpm for 30 minutes.
d) 원심분리 된 침전물 Py-BNNT 를 수거한 후 10 ml Tetrahydrofuran(THF)에 넣고 30분 동안 tip sonication 을 통해 분산을 진행한다.d) After collecting the centrifuged sediment Py-BNNT, put it in 10 ml Tetrahydrofuran (THF) and disperse it through tip sonication for 30 minutes.
e) THF 에 재분산된 Py-BNNT 를 0.99 g Polydimethylsiloxane(PDMS - Sylgard 184A) 와 함께 막자 사발에 넣고 갈아준다.e) Put Py-BNNT redispersed in THF with 0.99 g Polydimethylsiloxane (PDMS - Sylgard 184A) in a mortar and grind.
f) THF 를 증발시키기 위해 Py-BNNT/PDMS 복합체를 120 도에서 magnetic stirring을 한다.f) In order to evaporate THF, magnetic stirring is performed on the Py-BNNT/PDMS complex at 120°C.
g) THF 가 증발한 후, 0.1 ml Curing agent(Sylgard 184B)를 추가한다.g) After evaporation of THF, add 0.1 ml curing agent (Sylgard 184B).
h) Py-BNNT/PDMS 복합체를 1mm 두께의 alumina substrate 에 부어 50℃ 에서 하루 동안 curing 을 진행한다.h) Pour the Py-BNNT/PDMS complex onto a 1 mm thick alumina substrate and cure at 50°C for one day.
i) Substrate 에서 제거된 Py-BNNT/PDMS 복합체는 BNNT 가 PDMS 내에서 균일하게 분산되어 도 8 과 같은 형상을 띄게 된다.i) The Py-BNNT/PDMS composite removed from the substrate has the shape shown in FIG. 8 as BNNTs are uniformly dispersed in the PDMS.
○ 단독 BNNT/PDMS 복합체 제조 방법(비교예):○ Single BNNT/PDMS composite manufacturing method (comparative example):
a) 열처리한 BNNT 0.01 g을 10 ml THF 에 넣고 1 시간 동안 tip sonication 을 통해 분산을 진행한다a) Put 0.01 g of heat-treated BNNT in 10 ml THF and disperse through tip sonication for 1 hour.
b) 상기 c)~f) 과정을 2 번 반복한다.b) Repeat steps c) to f) twice.
c) Substrate 에서 제거된 단독 BNNT/PDMS 복합체는 도 9 와 같이 BNNT 가 PDMS 내에서 뭉치는 형상을 띄게 된다.c) The single BNNT/PDMS complex removed from the substrate has a shape in which BNNTs are aggregated in the PDMS as shown in FIG. 9 .
<실험예 1><Experimental Example 1>
Py-BNNT를 각각 0 wt%, 10 wt%, 20 wt% 첨가한 에폭시 복합소재를 제조하였다. 복합소재 제조 과정은 다음과 같다.Epoxy composite materials were prepared in which 0 wt%, 10 wt%, and 20 wt% of Py-BNNT were added, respectively. The composite material manufacturing process is as follows.
a) 아세톤에 각 함량에 따른 Py-BNNT가 분산된 용액을 준비하였다. 그 후, 용액에 에폭시 레진을 추가하고, 80℃에서 자기 교반기를 이용하여 아세톤이 증발 할 때까지 스터링을 실시하였다. a) A solution in which Py-BNNT according to each content was dispersed in acetone was prepared. After that, an epoxy resin was added to the solution, and stirring was performed at 80° C. using a magnetic stirrer until the acetone evaporated.
b) 경화제(curing agent)와 촉매 솔루션을 추가하여 추가적으로 스터링을 실시한 후 알루미나 기판에 솔루션을 부어주었다.b) After additional stirring by adding a curing agent and a catalyst solution, the solution was poured onto the alumina substrate.
c) 용액이 담긴 기판을 80℃ 에서 2시간, 100℃ 에서 1시간, 120℃ 에서 2시간 동안 경화를 진행하였다.c) The substrate containing the solution was cured at 80° C. for 2 hours, 100° C. for 1 hour, and at 120° C. for 2 hours.
d) 경화가 끝난 후 기판에서 떼어내었다.d) After curing, it was removed from the substrate.
열전도도를 측정하기 위해서 열전도도 측정장비인 Netzsch LFA 467 Hyperflash를 이용하였으며, 두께 2T의 10mm x 10mm 샘플을 준비하여 분석을 진행하였다.To measure thermal conductivity, Netzsch LFA 467 Hyperflash, a thermal conductivity measuring instrument, was used, and a 10mm x 10mm sample with a thickness of 2T was prepared and analyzed.
제조한 복합소재에 대하여 측정한 열전도도를 도 10에 나타내었다. The thermal conductivity measured for the manufactured composite material is shown in FIG. 10 .
에폭시 수지에 Py-BNNT를 첨가함으로써 열전도도가 향상된 복합소재를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.It can be confirmed that a composite material with improved thermal conductivity can be obtained by adding Py-BNNT to the epoxy resin.
<실험예 2><Experimental Example 2>
10 ml 증류수에 Py-BNNT를 각각 0 wt%, 0.1 wt%, 0.5 wt% 첨가한 후 분산을 진행하여 에폭시 나노유체를 제조하였다.After adding 0 wt%, 0.1 wt%, and 0.5 wt% of Py-BNNT to 10 ml distilled water, respectively, dispersion was carried out to prepare an epoxy nanofluid.
나노유체의 열전도도를 분석하기 위해서 열전도도 측정 장비인 Nanofluid thermal conductivity meter, LAMBDA System을 이용하였다.To analyze the thermal conductivity of nanofluids, a Nanofluid thermal conductivity meter and LAMBDA System, which are thermal conductivity measuring equipment, were used.
제조한 나노유체에 대하여 측정한 열전도도를 도 11에 나타내었다.The measured thermal conductivity of the prepared nanofluid is shown in FIG. 11 .
에폭시 수지에 Py-BNNT를 첨가함으로써 열전도도가 향상된 나노유체를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다It can be confirmed that nanofluids with improved thermal conductivity can be obtained by adding Py-BNNT to the epoxy resin.
<실험예 3><Experimental Example 3>
Py-BNNT를 각각 0 wt%, 0.5 wt%, 1.0 wt%, 2.0 wt%, 3.0 wt% 첨가한 PVA 기반 섬유를 제조하였다. 그 제조 과정은 다음과 같다.PVA-based fibers were prepared in which 0 wt%, 0.5 wt%, 1.0 wt%, 2.0 wt%, 3.0 wt% of Py-BNNT was added, respectively. Its manufacturing process is as follows.
a) 증류수에 각 함량의 Py-BNNT를 분산시켰다.a) Each content of Py-BNNT was dispersed in distilled water.
b) 동시에, PVA 분말을 DMSO에 하루 동안 120℃에서 스터링을 통해서 녹여주었다.b) Simultaneously, PVA powder was dissolved in DMSO through stirring at 120° C. for one day.
c) 분산된 Py-BNNT를 PVA 용액에 붓고 스터링을 실시하였다.c) The dispersed Py-BNNTs were poured into the PVA solution and stirred.
d) 준비된 용액을 시린지에 채워주고 40 ml/h 속도에서 메탄올에 방사를 진행하였다.d) The prepared solution was filled in a syringe, and spinning was carried out in methanol at a rate of 40 ml/h.
e) 방사된 섬유는 오븐에서 건조 후, 150℃ 에서 연신을 진행하였다.e) The spun fibers were dried in an oven and then stretched at 150°C.
섬유의 강도를 측정하기 위해서 강도 측정기인 Universal Testing Machine 3344 (Instron)를 이용하여 강도를 특정하였으며, Gauge 길이가 1 cm 인 샘플을 연신 속도 20 %/min에서 강도를 특정하였다.In order to measure the strength of the fiber, the strength was specified using a strength measuring instrument, Universal Testing Machine 3344 (Instron), and the strength was specified for a sample with a gauge length of 1 cm at a stretching rate of 20%/min.
제조한 섬유에 대하여 측정한 인장강도를 도 12 및 도 13에 나타내었다.The tensile strengths measured for the prepared fibers are shown in FIGS. 12 and 13 .
고분자에 Py-BNNT를 첨가함으로써 강도가 향상된 섬유를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다It can be confirmed that fibers with improved strength can be obtained by adding Py-BNNT to the polymer.
이상에서 설명한 본 발명은, 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 명확히 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the present invention described above has been described with reference to the embodiments, these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will clearly understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be construed by the appended claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (17)
a) 질화붕소 나노튜브를 단분자 함유 용액에 함침하여 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 제조하는 단계;
b) 상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 원심분리 또는 필터링하는 단계; 및
c) 상기 원심 분리 또는 필터링을 통해 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 수득하는 단계;
를 포함하고, 상기 단분자가 피리딘인 것을 특징으로 하는 단분자 결합 질화붕소 나노튜브의 제조방법.
A method for manufacturing a monomolecular-bonded boron nitride nanotube with improved dispersibility by bonding a single molecule to the surface of a boron nitride nanotube (BNNT),
a) preparing a monomolecular-bonded boron nitride nanotube solution by impregnating the boron nitride nanotubes in a solution containing monomolecules;
b) centrifuging or filtering the monomolecularly bound boron nitride nanotube solution; and
c) obtaining monomolecular bonded boron nitride nanotubes through the centrifugation or filtering;
A method for producing a monomolecular bonded boron nitride nanotube comprising, wherein the single molecule is pyridine.
a) 질화붕소 나노튜브를 단분자 함유 용액에 함침하여 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 제조하는 단계;
b) 상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 원심분리 또는 필터링하는 단계; 및
c) 상기 원심 분리 또는 필터링을 통해 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 수득하는 단계; 및
d) 상기 침전된 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 용매에 용해시켜 초음파 처리를 실시하는 단계;
를 포함하고, 상기 단분자가 피리딘인 것을 특징으로 하는 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액의 제조방법.
A method for preparing a monomolecularly bonded boron nitride nanotube suspension (colloidal solution) in which monomolecularly bonded boron nitride nanotubes are uniformly dispersed,
a) preparing a monomolecular-bonded boron nitride nanotube solution by impregnating the boron nitride nanotubes in a solution containing monomolecules;
b) centrifuging or filtering the monomolecularly bound boron nitride nanotube solution; and
c) obtaining monomolecular bonded boron nitride nanotubes through the centrifugation or filtering; and
d) dissolving the precipitated monomolecular bonded boron nitride nanotubes in a solvent to perform sonication;
A method for producing a monomolecular-bonded boron nitride nanotube suspension comprising a, wherein the single molecule is pyridine.
상기 용매는 Solubility parameter 10 ~ 50 MPa1/2의 값을 가지는 단일 용매 또는 그 혼합액인 것을 특징으로 하는 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액의 제조방법.
4. The method of claim 3,
The solvent is a method for producing a monomolecular bonded boron nitride nanotube suspension, characterized in that a single solvent or a mixture thereof having a value of 10 to 50 MPa 1/2 of the solubility parameter.
상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 디메틸포름아미드(DMF), 아세톤, 테트라히드로퓨란(THF) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the solvent is water, methanol, ethanol, dimethylformamide (DMF), acetone, tetrahydrofuran (THF), or a mixture thereof.
Monomolecular bonded boron nitride nanotubes with improved dispersibility by bonding pyridine and boron nitride nanotubes through coordination covalent bonding.
A monomolecular-bonded boron nitride nanotube suspension in which pyridine and boron nitride nanotubes are coordinately covalently bonded, and monomolecular-bonded boron nitride nanotubes are dispersed in a solvent.
상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 디메틸포름아미드(DMF), 아세톤, 테트라히드로퓨란(THF) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 현탁액.
10. The method of claim 9,
The solvent is water, methanol, ethanol, dimethylformamide (DMF), acetone, tetrahydrofuran (THF) or a mixture thereof, characterized in that the monomolecular bonded boron nitride nanotube suspension.
b) 상기 단분자 결합 질화붕소 나노튜브 용액을 원심분리 또는 필터링하는 단계;
c) 상기 원심 분리 또는 필터링을 통해 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 수득하는 단계;
d) 상기 수득한 단분자 결합 질화붕소 나노튜브를 테트라히드로퓨란(THF)에 분산시킨 후, 폴리디메틸실록산(PDMS)을 첨가하여 분쇄하는 단계; 및
e) 상기 테트라히드로퓨란을 증발시킨 후 경화제를 첨가하여 경화시키는 단계;를 포함하고, 상기 단분자는 피리딘인 것을 특징으로 하는, 폴리디메틸실록산/단분자 결합 질화붕소 나노튜브 복합체의 제조방법.
a) preparing a monomolecular-bonded boron nitride nanotube solution by impregnating the boron nitride nanotubes in a solution containing monomolecules;
b) centrifuging or filtering the monomolecularly bound boron nitride nanotube solution;
c) obtaining monomolecular bonded boron nitride nanotubes through the centrifugation or filtering;
d) dispersing the obtained monomolecular bonded boron nitride nanotubes in tetrahydrofuran (THF) and then pulverizing by adding polydimethylsiloxane (PDMS); and
e) adding a curing agent after evaporating the tetrahydrofuran to harden the polydimethylsiloxane/single molecule-bonded boron nitride nanotube composite, comprising, wherein the single molecule is pyridine.
A polydimethylsiloxane/unimolecular-bonded boron nitride nanotube composite in which pyridine and boron nitride nanotubes are coordinated covalently bonded monomolecularly bonded boron nitride nanotubes are dispersed in polydimethylsiloxane (PDMS).
A composite material comprising the monomolecular bond boron nitride nanotubes of claim 7.
A nanofluid comprising the monomolecularly bonded boron nitride nanotubes of claim 7.
A fiber comprising the monomolecularly bonded boron nitride nanotubes of claim 7.
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| Liangjie Wang et al., The Journal of Physical Chemistry C, 2018 January, 122, pages 1867-1873.* |
| Tiano AL, Gibbons et al., Nanoscale, 2016, 8, pages 4348-4359.* |
| 이원일 외 1명, KIC News 2017, Vol. 20, No. 4, 21-33페이지* |
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