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표제지

Abstract

요약

목차

제1장 서론 13

제2장 이론적 배경 16

2.1. 전단농화유체(Shear thickening fluid, STF) 16

2.2. 전단농화유체 물질 23

2.2.1. CaCO₃ (Calcium carbonate) 23

2.2.2. PEG (Polyethylene glycol) 23

2.2.3. 탄소섬유 (Carbon fiber) 24

2.2.4. 탄소나노튜브 (Carbon nanotube) 24

제3장 실험 25

3.1. 실험 재료 25

3.2. 전단농화유체 현탁액의 제조 29

3.2.1. Paste mixer를 사용한 CaCO₃ 현탁액의 제조 29

3.2.2. 볼밀을 사용한 CaCO₃ 현탁액의 제조 29

3.2.3. 탄소섬유를 첨가한 CaCO₃ 현탁액의 제조 29

3.2.4. 탄소나노튜브를 첨가한 CaCO₃ 현탁액의 제조 30

3.3. 특성 분석 34

3.3.1. Rheometer를 사용한 유변학적 분석 34

3.3.2. 형태학적 관찰 34

제4장 연구 결과 및 고찰 35

4.1. 분산법에 따른 CaCO₃ 전단농화유체의 유변학적 특성 35

4.1.1. Paste mixer를 이용하여 만든 전단농화유체 35

4.1.2. 볼밀을 이용하여 만든 전단농화유체 42

4.2. 종횡비 큰 입자를 첨가한 전단농화유체의 유변학적 특성 47

4.2.1. 탄소섬유를 첨가했을 때 유변학적 특성 47

4.2.2. 종횡비가 다른 CNT를 첨가했을 때 유변학적 특성 51

제5장 결론 55

참고문헌 56

표목차

[표 4.1] 종횡비가 다른 두 CNT의 비교 52

그림목차

[그림 1.1] 현탁액(Suspension)에서 일어나는 브라운운동 14

[그림 1.2] 전단농화유체(STF)를 이용한 제품 15

[그림 2.1] 현탁액(Suspension)의 분류 18

[그림 2.2] 전단속도에 따른 각 현탁액 종류의 변화 19

[그림 2.3] 전단응력, 전단속도, 점도의 관계식 20

[그림 2.4] 고체 분율에 따라 변화하는 전단농화(Shear thickening)와... 21

[그림 2.5] 입자의 종횡비 형태에 따라 바뀌는 점도 그래프 22

[그림 3.1] CaCO₃ 종류별 SEM 이미지 26

[그림 3.2] 구조식 (a) Polyethylene glycol (PEG),... 27

[그림 3.3] SEM 이미지 (a) Chopped carbon fiber,... 28

[그림 3.4] Paste mixer 개략도 31

[그림 3.5] 볼밀 개략도 32

[그림 3.6] 탄소섬유 볼밀 과정 유무 비교 광학현미경 이미지 33

[그림 4.1] PEG200과 80nm 둥근 CaCO₃ 함량에 따른 데이터 36

[그림 4.2] EG와 80nm 둥근 CaCO₃ 함량에 따른 데이터 37

[그림 4.3] PEG200과 침상형 CaCO₃ 함량에 따른 데이터 38

[그림 4.4] EG와 침상형 CaCO₃ 함량에 따른 데이터 39

[그림 4.5] PEG200과 각진 CaCO₃ 함량에 따른 데이터 40

[그림 4.6] EG와 각진 CaCO₃ 함량에 따른 데이터 41

[그림 4.7] 침상형 CaCO₃의 볼 함량에 따른 비교 데이터 43

[그림 4.8] 침상형 CaCO₃의 볼 함량에 따른 비교 데이터 44

[그림 4.9] 각진 CaCO₃의 볼 함량에 따른 비교 데이터 45

[그림 4.10] 각진 CaCO₃의 볼 함량에 따른 비교 데이터 46

[그림 4.11] 탄소섬유와 분산매 종류에 따른 데이터 48

[그림 4.12] 각진 CaCO₃ 에 탄소섬유 첨가에 따른 데이터 49

[그림 4.13] 각진 CaCO₃ 에 탄소섬유 첨가에 따른 데이터 50

[그림 4.14] 탄소나노튜브 종횡비 개략도 52

[그림 4.15] 탄소나노튜브(CNT-8)의 첨가에 따른 데이터 53

[그림 4.16] 탄소나노튜브(CNT-9)의 첨가에 따른 데이터 54

초록보기

 본 연구는 CaCO₃ 입자의 여러 종류와 종횡비가 큰 물질의 첨가를 통한 전단농화유체의 최대 점도의 증가와 임계전단속도의 변화와 같은 유변학적 변화를 관찰하였다. 또한 전단농화유체를 만들기 위한 과정인 현탁액 CaCO₃입자의 분산법을 여러 가지 방법을 통해 비교해 보았으며 Paste mixer와 볼밀을 각각 분산법으로 비교하여 진행해보았다. 그 결과 Paste mixer보다는 볼밀을 통한 분산법이 더 적합한 방법임을 알게되었다. 볼밀의 분산방법에서도 가장 최적조건을 비교하여 실험을 진행해보았으며 분산성이 더 향상되는 경우를 알게 되었다. CaCO₃입자로 만들어진 전단농화유체에 종횡비가 큰 물질인 탄소섬유와 탄소나노튜브의 첨가를 통해 분산 문제와 입자의 첨가로 인한 임계전단속도 변화의 경향성을 연구하였다. 그 결과 탄소섬유에 비해 탄소나노튜브가 더 적합한 물질임을 알 수 있었다. 그 중에서도 종횡비가 큰 탄소나노튜브의 경우가 양을 적게 첨가하여도 충분한 전단농화현상을 일으킬 수 있음을 유변학적 데이터로 알 수 있었다. 또한 분산성의 문제로 인해 0.07 wt% 이상부터는 최대 충진 부피 분율에 가까워져 더 이상 전단농화유체의 특성이 나타나지 않고 전단담화현상만이 일어나게 되었다.

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