An experimental study on piezoresistive and piezoelectric characteristics of carbon nanotubes embedded polyurethane (PU) composites

Abstract

폴리머 복합체는 차세대 재료로서 다기능을 가지는 것뿐만 아니라 기계적, 전기적, 열적, 그리고 그 외에 여러 가지 측면에서 높은 물리적 특성을 보여 최근 나노기술의 한 가지 중요한 분야로 각광받고 있다. 특히, 마이크로/나노 규모의 탄소 재료들을 혼입한 폴리머 복합체는 자동차, 항공기, 건설, 그리고 전자 산업의 수많은 응용제품에 사용되어 과학기술 연구계에 많은 관심을 받고 있다. 최근 수십 년 동안, 수많은 연구를 통하여 마이크로/나노 규모의 전기전도성 충진재가 혼입된 복합체들이 높은 전기적 성질을 가지는 것을 알 수 있었다. 특별히, 복합체의 낮은 침투임계값에 대한 수요로 인해 연구자들은 카본 블랙(Carbon black), 탄소나노튜브(Carbon nanotube), 팽창흑연(Expanded graphite), 그리고 흑연 나노 플레이트(Graphite nanoplatelet)와 같이 높은 전기 전도도를 가지며 경제성을 확보한 재료를 사용하기 시작했다. 본 연구에서는 탄소나노튜브, 팽창흑연, 흑연 나노 플레이트가 혼입된 폴리우레탄 복합체의 침투임계값을 실험적으로 알아보았으며, 제조된 복합체를 압저항 센서로서 적용이 가능한지를 평가하기 위해 침투임계값 근처의 충진재 혼입율을 가지는 복합체의 압저항 특성을 연구하였다. 그리고 마지막으로, 압전재료(BaTiO3 또는 ZnO)와 탄소나노튜브를 혼입한 폴리우레탄으로 유연성을 가지며 전기를 발생하는 복합체를 제조하여 압전성능을 평가하였다.