[신기술 소개] 빛으로 손상을 회복시킬 수 있는 겔 재료

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http://www.ksiec.or.kr

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공업화학 전망, 제15권 제3호, 2012

향상시킨다. UGF의 높은 표면 대 면적 비율이 이것의 질량보다 높기 때문에 훨씬 더 적은 물질로 알루미 늄 호일 음극에서 요구하는 것과 동등한 성능을 가진다. 따라서 에너지 밀도는 향상된다.

전극의 총 질량을 계산함으로써, 연구진은 UGF/LFP 음극의 최대 비용량(specific capacity)이 Al/LFP 음극의 것보다 23% 더 높고 Ni-폼/LFP 음극의 것보다 170% 더 높았다는 것을 발견했다. 흑연은 다양한 전해질에서 매우 안정적이기 때문에, 이 물질을 이용한 배터리는 부식되지 않고 따라서 자기-방전이 발생 하지 않아 고전압에서 작동되는 장치에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 전기 자동차와 전기 하이브 리드 자동차는 높은 출력 밀도와 에너지 밀도를 가진 배터리를 필요로 하는데, 이 UGF는 이런 분야에 유 용하게 적용될 수 있을 것이다.

이 연구결과는 저널 Nano Letters에 “Ultrathin Graphite Foam: A Three-Dimensional Conductive Network”라는 제목으로 게재되었다.

Figure 1. (a) 서로 다른 형상을 가진 UGF의 사

진. (b) UGF의 미세구조를 보여주는 UGF의 SEM 이미지. (c) UGF 내의 부러진 버팀대를 보여주는 SEM 사진. (d) UGF의 TEM 사진.

^{Figure 2.}

(a) 12 mg/cm²의 적재 밀도에서 LFP에 적재된 UGF의 사진. 압축 전의 UGF/LFP 계면의 (b) SEM 이미지와 (c) 고해상 도 TEM 이미지. (d) 10 MPa에서 압축된 후의 UGF/LFP 전극의 SEM 이미지.

작성 : 김 상 범(경기대학교)

출처 : KISTI 미리안 뺷글로벌동향브리핑(GTB)뺸 http://nanotechweb.org/cws/article/tech/49640

빛으로 손상을 회복시킬 수 있는 겔 재료

일본의 산업기술종합연구소 나노시스템연구부문의 스마트머티리얼 연구그룹은 광조사로 손상을 회복할 수 있는 겔 재료(고분자 미립자/액정복합 겔)를 개발하였다. 이번에 개발한 겔 재료는 겔 중에 광응답성 재 료의 광이성화반응에 의한 졸-겔상태의 광제어를 이용하여 미소한 손상이라면 단시간에 회복시킬 수 있 다. 또한, 이 손상회복은 반복가능하며 큰 전단변형에 의해 졸상태로 이전하여도 변형을 제외하면 고속으 로 겔 상태로 회복된다.

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KIC News, Volume 15, No. 3, 2012

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지금까지는 액정 중에서 고분자 미립자가 3차원 망목구조를 형성함으로써 미립자/액정 복합계가 겔 상 태를 발현하는 것은 알려져 있었지만, 이번에 광응답성 재료를 조합시켜 3차원 망목구조로 제어하여 졸- 겔 전이시킨 광수복 재료를 개발하였다. 광응답성 재료로서 소량의 아조벤젠 유도체를 이용하여 아조벤젠 유도체의 시스-트랜스 광이성화 반응에 의해 졸-겔 전이를 발생시켜 겔 재료 표면의 손상을 회복시켰다.

겔 재료는 소량의 아조벤젠 유동체(약 1 mol%)를 용해시킨 액정에 고분자 미립자(약 20 wt%)를 분산시 켜 제조하였다. 이 겔 재료 표면에 복수개의 미소한 손상(깊이 약 2 mm)을 만들고, 이용한 액정의 상전이 온도(35.5도)보다 약간 낮고, 겔 상태가 유지되는 온도(32도)에서 손상 부분에 렌즈 등으로 집광한 자외선 (파장 365 nm)을 국소적으로 약 10 s간 조사하면 조사 부분에 아조벤젠 유도체의 트랜스체에서 시스체로 광이성화 반응에 의한 착색이 발생하였다.

동시에 액정의 상구조가 네마틱(nematic)상에서 등방상으로 변화하여 미립자가 구축하는 3차원 망목구 조가 붕괴되기 때문에 조사 부분에서는 겔 상태에서 졸 상태로 전이가 일어났다. 그리고, 졸 상태로의 전이 에 의해 재료의 유동성이 증가하고, 손상부분이 졸 상태의 재료로 막았다. 자외광조사에 의해 유기된 졸 상 태는 같은 온도(32도)에서 약 10 s간의 가시광(파장: 435 nm) 조사에 의해 아조벤젠 유도체를 시스체에서 트랜스체로 역이성화시켜 액정의 상구조를 네마틱상으로 변화시키면 미립자에 의한 3차원 망목구조가 재 구축되어 원래의 겔 상태가 회복되어 표면손상이 회복되었다. 또한, 어두운 곳에서 밤새도록 방치시키면 색이 원래대로 되돌아왔다.

미립자/액정 복합겔의 기본적인 특성인 경도의 지표가 되는 저장탄성률과 첨가 미립자농도의 관계를 측 정하였다. 이 겔 재료의 저장탄성률은 첨가 미립자 농도가 크게 되면 직선적으로 증가하기 때문에 재료의 경 도가 첨가 미립자 농도에 의해 조절된다. 저장탄성률의 증가는 첨가하는 미립자의 양이 증가하면 구축된 3차 원 망목구조가 보다 단단해지기 때문이다. 현재, 저장탄성률이 104 Pa를 넘는 겔 재료를 제조하는 것이 가능 하게 되며, 형상이 유지될 수 있을 정도로 양호한 자기지지성과 성형성을 갖는다는 것을 확인하였다.

일반적으로 겔 재료는 큰 전단변형을 가해 재료 중에 구축된 3차원 망목구조를 파괴하여 졸 상태가 되면 겔 상태로 회복되지 않는 경우 및 회복에 장시간을 필요로 하는 경우가 많다. 한편, 이번에 개발한 겔 재료 는 큰 전단변형을 가해 재료를 졸 상태로 하여도 변형을 제거하면 바로 겔 상태로 회복되는 고속 틱소트로 피(Thixotropie)를 나타내었다.

Figure 1. 미립자/액정복합 겔에서 표면 손상의 광수복.

작성 : 김 상 범(경기대학교)

출처 : KISTI 미리안 뺷글로벌동향브리핑(GTB)뺸

http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2012/pr20120524/pr20120524.html