나노기술 및 정책 정보

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재료 공학에서 나노 필러와 매트릭스 나노복합체 사이의 약한 계면 상호 작용으로 인해 나노필러 강화 효과가 이론적으로 예측 된 값보다 훨씬 낮음.

버지니아 대학교(University of Virginia) 연구팀이 그래핀으로 감싼 탄화붕소(B4C) 나노와이어(B4C-NWs @graphene)를 제조하였음. 이 구조는 매트릭스에서 나노와이어의 탁월한 분산을 가능하게하고 최상급 나노 와이어-매트릭스 결합에 기여했음. B4C-NWs@graphene은 강화 된 에폭시 복합재를 구성하고 강도, 탄성 계수 및 연성의 동시 향상을 보여주었음. 그래핀을 사용하여 복합 인터페이스를 맞춤화함으로써 나노필러를 효과적으로 분산하고 기지소재와의 결합력을 높였음. 그들은 분자 동역학 시뮬레이션을 사용하여 그래핀/나노 와이어 구조의 전단 혼합 자체 조립 메커니즘을 밝혀냈음. 개발된 저비용 기술은 인터페이스를 개선하고 효율적인 고부하 전달을 허용하기 위해 강력하고 견고한 나노 복합체를 제조하는 새로운 길을 열었음. 나노 와이어 및 나노 입자를 포함한 나노 필러는 마이크로 필러보다 훨씬 더 큰 비 표면적을 가질 수 있음. 따라서 이론적으로는 강도와 인성이 뛰어난 이상적인 보강재를 제공함. 그러나 재료 과학 및 공학에서 나노 복합체는 필러와 매트릭스 사이의 약한 계면 결합으로 인해 이를 달성하기 어려움. 붕소 카바이드 (B4C)는 자연에서 세 번째로 단단한 물질로, 주요 물리적 및 기계적 특성으로 종종 주목을 받음. 그러나 나노 복합체의 보강재로 사용되는 경우 B4C 나노 와이어(B4C-NW)만으로는 매트릭스에서의 응집과 약한 계면 결합으로 인해 보강 효과를 나타내기 어려움. 결과적으로 나노 복합체 인터페이스를 엔지니어링하여 잠재력을 최대한 발휘하는 것이 중요함. 이전에 탐색된 방법 중 그래핀 인터페이스 엔지니어링 기술을 활용함. 이 메커니즘에서 연구팀은 B4C-NW를 그래핀으로 접착한 결과 재료의 강도와 인성을 매우 향상 시킬 수 있었음. 연구팀은 고품질 그래핀 시트를 흑연으로 변환하고 동시에 전단 혼합을 통해 B4C-NW를 감쌈으로써 B4C-NWs@graphene 구조를 얻었음.

본 연구 성과는 ‘Science Advances’ (“Tailoring nanocomposite interfaces with graphene to achieve high strength and toughness”) 지에 게재됨