신소재 종류

소개글

신소재 종류에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ.신소재에 대하여

Ⅱ.형상기억합금(Shape Memory Alloys)

Ⅲ.수소저장합금(Hydrogen Storage Alloys)

Ⅳ.초전도재료(Superconductors)

Ⅴ.파인세라믹스(Fine Ceramics)

Ⅵ.고분자(Polymer)

Ⅶ.나노(Nano Technology)

Ⅷ.액정(Liquid crystalline polymer)

본문내용

Ⅰ의 거동은 무기물등 고충전(highly filled) 등방성 고분자계에서 나타나는 일반적인 현상인데, 이것은 구성 입자간의 어떤 상호작용에 의해 형성된 의사망상구조(psudo-network structure)에서 기인되는 것으로 해석되고 있다. 액정분자계에서는 액정 domain이 입자로서 작용한다고 볼 수 있으며, Onogi와 Adsda의 해석도 동일한 맥락이다. 다만 충전된 무기물과는 달리 액정 domain은 외력에 의해 변형될 수 있는 입자라는 점이 다르며 이것은 무기물 고충전계에서는 관찰하기 어려운 뉴턴흐름구간의 원인이 된다.
의사망상구조의 형성으로 액정고분자계는 항복응력(yield stress)을 나타내게 되는데, 이것의 원인에 대해서는 여러 가지의 해석이 가능하며 액정고분자의 종류에 따라 다르게 나타난다. 대체로 세 가지의 해석으로 가능하다.
(2) 점도 특성
액정고분자의 점도특성은 메조젠의 농도에 따라 등방성고분자와는 다른 특성을 나타낸다. 이것은 분자쇄의 기하학적 이방성에 따른 엔트로피 효과가 우세하기 때문인데, 메조젠의 농도 증가에 따라 등방성상(isotropic phase)→이중상(biphase)→이방성상(anisotropic phase)→이방성고체상(anisotropic solid phase)로 변하면서 각기 다른 점도 특성을 보인다(Fig. 3). 메조젠이 불규칙하게 배열된 등방성상에서는 메조젠의 농도증가에 따라 점도가 증가한다. 임계농도를 지나면 액정 domain들이 평행하게 배열된 이방성상으로 되며 점도는 메조젠의 농도증가에 따라 감소하게 된다. 임계농도의 존재는 Flory에 의하여 예견된 바 있으며, 메조젠의 푹비가 증가함에 따라 임계농도는 감소하게 된다.
메조젠이 계속 증가하여 포화농도가 되면 새로 형성되는 액정 domain은 평행배열을 방해하여 점도는 급격히 증가한다. 이때는 일종의 액정 domain gel이 형성되며 고체와 같은 특성을 나타내기 때문에 이방성 gel또는 이방성고체라고 표현한다.
이증상은 액정고분자계에서 나타나는 독특한 현상이다. 단일물질로 구성된 저분자액정은 동일한 분자량으로 인하여 메조젠의 축비가 동일하고 따라서 온도 또는 농도의 변화에 따라 급격한 점도의 변화가 관찰된다. 반면 액정고분자는 어느 정도 분자량분포를 갖기 때문에 메조젠(고분자쇄)의 축비분포가 존재하고 따라서 이방성을 형성하는 농도 또는 온도의 범위가 넓어진다. 이러한 범위에서 관찰되는 현상이 이중성상으로 등방성과 이방성이 공존하게 된다. Fig.3에 이러한 상변화와 점도의 관계를 도식적으로 나타내었다.
(3) 탄성특성
고분자의 탄성도를 나타내는 의정인자로는 법선응력차(normal stress difference), 금형팽창(die swell), 입구압력강하(enterance pressure) 등이 있다. 액정고분자계의 법선응력차는 이방성 영역에서 월등히 크게 나타나며 전단속도 의존성도 크다. 이것은 각각 액정 domain 사이의 상호작용에 의한 탄성도의 증대와 전단응력에 의한 액정 domain의 쉬운 변형을 반영한 것이다. 입구압력강하도 일반 유연쇄 고분자 보다 액정고분자계에서 높게 관찰되고 있다. 압출금형 내의 전단응력에 대해 쉽게 배향함을 의미한다.
입구압력강하가 큼에도 불구하고 출구압력과 금형팽창이 등방성 고분자에 비하여 매우 낮으며 금형팽창의 경우 1이하를 나타내기도 한다. 이것은 탄성도는 크지만 탄성의 회복은 매우 작다는 것을 의미하는데 액정고분자의 긴 분자쇄 완화시간에서 비롯된다. 즉, 쉽게 배향하여 long range order를 가지지만 평형상태(액정 domain 내의 short range order는 존재하지만 액정 domain 끼리는 불규칙한 상태)로의 회복은 매우 늦기 때문이다.
화복전단변형(recoverable shear strain)은 평형상태에서의 탄성도를 나타내는 인자인데 등방성고분자에 비해 이방성 액정고분자는 큰 값을 나타낸다. 또한 제 1법성응력차가 점도와 같은 농도 및 온도의존성을 나타내는 반면 회복전단변형은 농도의 증가 및 온도의 감소에 따라 단순증가하는 경향을 보인다. 따라서 액정고분자는 튼 탄성도를 가짐에도 불구하고 긴 황화기산으로 인하여 낮은 금형팽창과 출구압력을 낱내는 것이다.
음의 제1법선응력차를 나타내는 현상도 액정고분자의 특이한 탄성 특성중의 하나이다. 이러한 현상을 표면장력이나 전단이력의 영향으로 보고 있다. 액정 domain의 형성과 액정고분자쇄의 기하학적 이방성도 원인이 될 수 있다.
3. 액정 고분자의 용도
고분자 액정은 Kevela와 같은 초강력 섬유의 제조에 많이 이용된다. 이러한 섬유는 유리나 강철 섬유의 행동과 비슷하지만 비중이 낮은 것을 고려하면 유리나 강철 섬유보다 강하고 강성이 좋다고 할 수 있다. 따라서 이들은 경질 및 연질 복합재료의 강화 용도에 좋고 실제로 유리 섬유나 강철 belt를 대신하여 타이어 cord로 사용할 수 있다. 이밖에도 컨베이어 벨트, 케이블, 항공기의 구조 부분, 스포츠 용구 등에 쓰인다.
Ⅸ. 강의를 듣고 난 후
신소재와 미래사회라는 과목을 신청했을 때 문과생이라서 과학은 고등학교 이후로는 접하지 않았기 때문에 이해하기 어려울 것이라는 불안감이 있었다. 하지만 첫 강의를 듣고 나니 생각이 조금씩 바뀌기 시작했다. 지금까지 교양 및 전공과목을 수강했을 때 가르치셨던 교수님의 스타일과는 전혀 다르게 강의 하셨기 때문이다.
보통 100여 명에 달하는 학생 수와 책만 읽으면서 딱딱하게 강의하는 방식과 다르게 적은 수의 인원과 친근감 있게 타과생들을 위하여 알기 쉽게 이해하도록 강의하셔서 전혀 지루하거나 어렵지 않았던 것 같다.
그리고 지금까지 관심을 두지 않아서 몰랐던 신소재가 사실은 내가 사용하는 많은 물건에 이용되고 있다는 사실을 알게 되었다. 매일 쓰는 치약도 어느 날부턴가 나노기술이라는 글자가 눈에 들어오기 시작했고 지금 레포트를 쓰면서 보고 있는 LCD모니터도 액정고분자로 만들어졌다는 것을 상기하게 된 것을 느끼면서 배움이 사물을 보는 관점도 바꿔 줄 수 있다는 것을 알게 되었다.
한 학기 동안 즐겁고 유익한 강의를 하시느라 고생하신 교수님께 감사드립니다.

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