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미국의 University of Nebraska-Lincoln 연구진들이 항공기와 다리, 방호복과 자동차 분야에 적용이 가능한 strength와 toughness 특성을 동시에 갖고 있는 nanofiber를 새로 개발하였다. 이 논문은 금년 4월호 American Chemical Society's journal에 실렸다.
일반적으로 strength와 toughness를 원하는 만큼 동시에 갖도록 하기위해서는 많은 비용이 필요하다. 물질의 strength는 부하에 대한 능력을 의미한다. 반면 toughness는 파괴에 드는 에너지양을 의미하기 때문에 재료 표면에 많은 돌출물이나 변형을 주어 부서지기 어렵도록 하는 것이 일반적이다.
예를 들면 식탁의 세라믹 접시의 경우 toughness가 부족하기 때문에 떨어뜨리면 바로 부서진다. 그러나 고무공은 형태가 쉽게 변형되어 tough하기 때문에 부서지지 않지만 강하지 못하다. 일반적으로 strength와 toughness는 서로 배타적이다.
Dzebis 등의 연구진들은 예외적으로 electrospinning 방법으로 acrylic 합성폴리머 type의 매우 얇은 polyacrilonitrile nanofiber를 개발하였다. 이 공정은 고압의 전원을 polymer solution에 가함으로써 매우 작은 liquid jet 분사체가 형성되어, 결과적으로 continuous length nanofiber가 만들어진다.
이로서 기존이 방법으로 제조한 것보다 더 가늘면서도 강하고 단단한 nanofiber 제조가 가능하다는 것을 발견하였다. 그러나 반면에 이 nanofiber는 구조적으로는 비유기체적인 영역을 많이 갖고 있다. 이 비 결정영역(amorphous)은 주변과 분자쇄를 만들어 보다 많은 에너지를 흡수하는 능력을 나타낸다.
이 혁신적인 nanofiber의 가장 큰 장점은 소수의 amorphous 영역을 갖는다는 것이다. Amorphous 영역은 상대적으로 쉽게 부서진다. 많은 복합재료로 구성되어 있는 비행기에서의 갑작스러운 부서짐은 대참사로 이어질 수 있기 때문에, 이를 보정하기 위해 엔지니어들은 많은 재료를 사용하게 되고, 이로서 비행기는 더욱 무거워지게 된다. 그러나 구조재료가 단단하다면 보다 경량으로 매우 안전한 구조재를 만들 수 있다.
출처 : http://www.technicaltextile.net (April 29, 2013)
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