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미래 복합재
2016-03-18 15:51:03
  • 미래 과학기술은 지구온난화, 공해, 석유자원 고갈, 산업폐기물, 자연재해, 고령화 등으로부터 인류의 행복을 이룩하기 위하여 산업화, 정보화 기술을 넘어서 인간과 환경이 친화를 이루는 기술로 발전해 가고 있음.
     
  • 또한 미래 과학기술은 “더 빠르게, 더 가볍게, 더 작게“라는 모토를 가지고 발전하고 있음. 가벼운 자동차와 항공기는 에너지 소비를 절감하고 공해를 줄이며, 더 빨리 움직일 수 있으며, 작고 가벼운 모바일 기기는 일상생활의 편리를 도모함.
     
  • DOE는 2050년까지 자동차의 무게를 50% 줄여서 에너지효율을 약 40% 증가시키고자함.
     
  • 현재 사용되고 있는 탄소섬유 또는 유리섬유 기반 복합재는 경량, 고강도의 특성은 좋으나, 산업폐기물이 발생하며 지속가능하지 못함.
     
  • 따라서, 미래에는 인간과 환경이 친화를 이루는 초경량, 고강도 그리고 다기능 복합재의 개발이 요구됨.
     
  • 미래 복합재 기술의 아이디어는 자연에서 얻을 수 있음. 세상에서 가장 높은 나무는 115 m로서 자중, 바람, 눈보라의 외력을 이기면서 600년 이상을 살고 있음.
     
  • 나무의 구조는 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스 그리고 리그닌으로 이루어진 복합재로서, 글루코스 체인이 규칙적으로 조직된 나노셀룰로오스 섬유가 마이크로 섬유를 이루고 이들이 계층적으로 섬유를 이루어 섬유와 섬유 사이에 리그닌, 헤미셀룰로오스가 레진으로 적층된 관상 구조를 가지고 이루어져 있음.
     
  • 지구상에서 가장 풍부한 천연재료는 목질계 셀룰로오스와 리그닌으로서, 목질계에서 셀룰로오스는 보통 40%, 헤미셀룰로오스는 30%, 리그닌은 25%를 차지함. 이들은 사용 후 빠르게 자연으로 순환되는 지속가능소재임.
     
  • 목재를 Top Down 방식으로 분해하여 추출한 나노셀룰로오스는 무게 대비 기계적강도가 철강보다 높고 탄성계수가 우수하고, 광학적 투명도가 높으며, 열팽창계수가 매우 낮음. 이 나노셀룰로오스는 미래 소재의 중요한 원천요소임.
     
  • 한편, 목재에서 얻어진 리그닌은 분자량의 분포가 크고 열안정성이 낮은 단점이 있음. 그러나 리그닌 사슬에 존재하는 반응기를 이용하여 리그닌 분자량을 증가시키고 열안정성을 향상 시킨다면, 복합재에 유용한 천연 고분자가 될 수 있음.
     
  • 따라서, 나노셀룰로오스를 리그닌과 같은 천연 고분자와 bottom up 방식으로 조직화한다면 인간과 환경이 친화를 이루는 초경량, 고강도 그리고 다기능의 미래 복합재를 개발할 수 있음.

     
     
     

     
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