본질적인 다공성 구조와 거대한 표면적을 가진 지르코니아 나노입자 어셈블리의 나노 오목볼록 구조는 열처리를 통한 표면 평활화와 폴리머 함침을 통한 나노 오목볼록 구조 마스킹이라는 체계적인 표면 수정을 가능하게 했습니다. 고유한 나노 오목볼록 표면 구조를 가진 지르코니아 나노입자 어셈블리 0.02 wt%를 함유한 30 wt% 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드) 폴리머 복합재가 기계적 인장 시험에서 가장 높은 인장 강도를 보였습니다. 그러나 평활한 표면을 가진 소결 지르코니아 나노입자 어셈블리와 폴리머로 표면이 마스킹된 지르코니아 나노입자 어셈블리는 기계적 인장 시험에서 더 낮은 강도와 더 긴 파단 신장률을 보였습니다.
나노소재는 많은 연구 및 응용 분야에서 가장 흥미로운 첨단 소재 중 하나입니다[1,2,3,4,5]. 이는 벌크 소재와는 본질적인 물리/화학적 특성이 크게 다르기 때문입니다[6,7,8,9]. 나노소재가 폴리머 복합재의 필러로 적용될 때, 나노소재의 표면적, 표면 구조, 입자 형상 등의 미세한 차이가 복합재의 거시적 특성에 급격한 변화를 초래합니다[10].
예를 들어, 무기 성분을 폴리머에 도입하면 열 안정성, 기계적 강도, 분산성, 용해도 등 물리화학적 특성이 개선됩니다[11,12,13,14].
그러나 나노소재의 나노스케일 특성(구조, 형상, 표면적)과 복합재의 거시적 물리·기계적 특성 간의 관계를 체계적으로 규명한 연구는 부족했습니다.
실리콘 이산화물[15,16,17], 티타늄 이산화물[18,19,20], 지르코늄 이산화물[21,22,23], 세륨 이산화물[24,25,26] 등 다공성 금속 산화물 나노소재와 기타 물질[27,28,29]은 큰 표면적 덕분에 화학 촉매, 가스 흡착, 분리, 약물 전달, 에너지 저장 소재 등에 적용되어 왔습니다[30,31,32,33,34,35]. 이 맥락에서 우리 그룹은 단순 원팟 단일 단계 졸보열법으로 서브미크론 구형 형상을 가진 독특한 금속 산화물 나노입자 어셈블리를 개발했습니다[36]. 이를 micro/mesoporously architected roundly integrated metal oxides(MARIMOs)라 명명했습니다. 이들은 나노미터 스케일 표면 거칠기와 넓은 표면적을 생성합니다. 예를 들어 TiO2 MARIMO는 지름 약 5 nm의 수많은 미세 1차 입자와 높은 비표면적(400 m2 g−1)으로 인해 나노 오목볼록 표면을 가집니다[35]. 이전 연구에서 이들 고유 소재를 비균질 나노금속 촉매 담지체와 충전지 양극 소재로 적용했습니다. 촉매 담지체에서 TiO2 MARIMO 담지체 표면에 고분산된 Au 나노입자가 고온에서 촉매 활성을 높이고 내구성을 개선했습니다[37]. 양극 소재에서 Nb2O5-TiO2 MARIMO는 배터리의 전류 용량과 수명을 증가시켰습니다[38]. 또한 볼브러시 형태의 TiO2 나노파이버 번들이 필러로 사용될 때 폴리머 하이드로겔의 기계적 강도를 향상시켰습니다[39].
나노 및 마이크로스케일 앵커링 효과가 접착 메커니즘에서 가장 중요합니다. 우리는 MARIMOs가 나노 오목볼록 표면 구조, 거대한 표면적, 다공성 구조를 가져 나노스케일 표면 특성과 거시적 소재 특성 간의 관계를 규명하는 데 적합하다고 보았습니다. MARIMO 표면 특성은 열처리와 폴리머 장식으로 쉽게 조절할 수 있기 때문입니다(그림 1). 예를 들어 MARIMO 열처리는 표면적을 감소시키고 다공성을 낮춘 평활한 표면을 만듭니다. 단량체나 폴리머를 MARIMO 기공에 함침시키면 MARIMO의 나노 오목볼록 표면이 마스킹됩니다. 따라서 본 논문에서는 MARIMO의 나노 오목볼록 형태를 마스킹하기 위한 폴리머 함침에 의한 필러 표면 수정의 새로운 방법을 연구해 필러 표면의 나노 앵커링 효과를 입증했습니다. 여기서는 지르코니아(ZrO2) MARIMO를 필러로 선택해 폴리머 복합재의 기계적 특성을 향상시키고자 했습니다. ZrO2 필러는 산 특히 내산성, 기계적 강도, 열 안정성 등 우수한 특성을 보여 폴리머 매트릭스에 유리해 내구성 있는 폴리머 복합재로 이어집니다[41,42,43]. 단량체인 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA), 벤질 메타크릴레이트(BMA), 사이클로헥실 메타크릴레이트(CHMA)와 그 폴리머를 선택해 ZrO2 MARIMO 필러의 나노 오목볼록 표면을 수정했습니다. 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)(PNIPAM) 하이드로겔을 폴리머 복합재의 매트릭스로 선택했습니다.
Schematic of surface modification of ZrO2 MARIMO by thermal treatment and impregnation with monomer/polymer
폴리머 복합재에서 필러 표면과 폴리머 사슬 간의 물리화학적 상호작용을 추정하는 여러 접근법이 있습니다. 열중량 분석, UV-가시광 분광법, FT-IR 분광법, 현미경 등이 대표적입니다. 여기서는 기계적 인장 시험을 대체 기술로 채택했습니다. 이는 상대적으로 단순하고 쉽고 빠르기 때문입니다. 그래핀 산화물과 ZrO2 분말을 사용한 하이드로겔 기계적 특성에 대한 몇 가지 보고가 있으나[44, 45], 이는 지르코니아와 폴리머 매트릭스만으로 구성된 단순한 시스템이라는 점에서 우리 연구와 다릅니다. 우리가 아는 한, 필러 표면의 나노구조 변화와 폴리머 복합재 내 폴리머 사슬 간의 관계에 대한 보고는 없습니다.
N-이소프로필아크릴아마이드(NIPAM), N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민(TMEDA), 과황산칼륨(KPS), 상용 지르코니아(상용 ZrO2)는 후지필름 와코 순수 화학 주식회사에서 구매했습니다. HEMA, BMA, CHMA, 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤(HCPK)은 도쿄 화학 공업 주식회사에서 구매했습니다. 모든 시약은 수령 그대로 사용했습니다. ZrO2 MARIMO는 우지덴 화학 공업 주식회사에서 구매했습니다.
담지 나노금속 촉매 제조용 함침법[40]을 적용해 HEMA-함침 ZrO2 MARIMO 필러를 얻었습니다. ZrO2 MARIMO를 80°C에서 진공 건조 12시간 했습니다. 이후 진공 건조된 ZrO2 MARIMO 200 mg에 HEMA/HCPK(20/1, mol/mol) 혼합물 20 μL를 첨가하고 모르타르와 페슬로 잘 혼합했습니다. 이후 15분 간격으로 간헐적 혼합하며 1시간 동안 UV 조사했습니다. 유사한 절차로 NIPAM-, BMA-, CHMA-함침 ZrO2 MARIMO 필러를 제조했습니다.
PNIPAM과 ZrO2 필러로 구성된 하이드로겔을 선행 보고 방법[37]에 따라 제조했습니다. ZrO2 MARIMO(24 mg, 0.02 wt%)를 역삼투수 115 mL에 분산시키고 N2 버블링 후 NIPAM(36 g, 30 wt%)을 첨가했습니다. 혼합물을 30분 교반한 후 KPS(0.18 g, 0.67 mmol)를 물(5 mL)에 녹여 넣고 TMEDA(1.8 mL, 12 mmol)를 차례로 첨가했습니다. 혼합물을 내경 1.0 cm 유리 튜브 여러 개에 조심스럽게 옮겼습니다. 튜브 상부 데드 볼륨을 N2로 퍼지하고 스크류 캡으로 단단히 밀봉한 후 25°C에 방치했습니다. 3일 후 유리 튜브를 자르고 폴리머 하이드로겔을 꺼냈습니다. 지름 1.0 cm, 길이 3.0 cm의 하이드로겔 막대를 기계적 강도 측정에 사용했습니다. 유사한 절차로 HEMA-, NIPAM-, BMA-, CHMA-함침 ZrO2 MARIMO 필러를 함유한 PNIPAM 복합재를 제조했습니다.
기계적 인장 시험을 시료 축 방향으로 수행했습니다. 복합재의 변형 길이(변형률)와 가해진 힘(응력)을 인장 시험기(AND MCT-2150)로 교차헤드 속도 50 mm min−1, 실온에서 측정했습니다. 모든 복합재 시료 인장 시험에서 930% 신장률이 인장 시험기 한계였습니다. 기계적 인장 시험에 복합재 시료 10개를 사용했으며, 데이터 분석에는 최소 7개 시료를 사용했습니다. 기포 함유, 유리 파손, 인장 시험기 그립 파손 시료는 데이터 품질 보장을 위해 분석에서 제외했습니다. 결과는 평균 ± 표준편차로 나타냈습니다.
주사전자현미경(SEM)은 히타치 SU8020 FE-SEM으로 수행했습니다. 투과전자현미경(TEM) 영상은 JEOL JEM-2100F 현미경으로 얻었습니다. STEM-EDX 매핑은 밝은 필드(BF) 모드로 옥스포드 INCA X-max 80 EDX 분광기로 수행했습니다. X선 회절(XRD)은 리가쿠 스마트랩 회절계(Cu Kα 방사, D/teX Ultra 250 검출기)로 수행했습니다. 질소 흡착-탈착 등온선은 BEL Japan Inc. Belsorp Mini (II) 기기로 얻었습니다. 비표면적은 브루나우어-에멧-텔러(BET)법으로 계산했고, 기공 크기 분포는 배럿-조이너-할렌다(BJH)법으로 유도했습니다. 시차주사열량법(DSC)은 히타치 하이테크 사이언스 DSC7000X로 질소 분위기에서 0~100°C, 승온 속도 10°C min-1, 3회 스캔으로 수행했습니다. 크기 배제 크로마토그래피(SEC)는 JASCO PU-2080 Plus 펌프에 두 겔 컬럼(KF-804L, KF-806L)과 RI-2031 Plus 지능형 RI 검출기를 사용해 클로로포름에서 40°C, 폴리스티렌 표준물로 보정해 수행했습니다. 확산 반사 적외선 푸리에 변환 분광법(DRIFTS)은 JASCO FT/IR-4600으로 수행했으며, 스펙트럼은 쿠벨카-멍크 변환을 수행했습니다.
ZrO2 필러의 물리적 특성은 BET법, XRD, SEM으로 평가했습니다. 참조 물질인 상용 ZrO2 나노입자는 대략 응집된 형태(그림 2a,b)를 보이며 비표면적은 20 m2 g−1입니다(표 1). 반면 ZrO2 MARIMO는 구형 중기공 형태(그림 2c,d)를 보이며 거대한 비표면적(283 m2 g−1)을 가지는데, 이는 상용 ZrO2 나노입자보다 14배 큽니다. 700°C에서 3시간 공기 중 가열로 얻은 소결 ZrO2 MARIMO는 예상대로 낮은 비표면적 6 m2 g−1을 보였습니다(그림 2e,f). 비표면적의 극심한 감소는 가열로 소결 ZrO2 MARIMO의 1차 입자 크기가 증가했음을 나타내며, 이는 XRD 피크 폭으로부터 셰러 방정식으로 추정한 1차 입자 크기와 질소 흡착-탈착 등온선 분석의 BJH법으로 확인되었습니다(표 1). 따라서 ZrO2 MARIMO의 미세 1차 입자들은 거대한 표면적과 나노 오목볼록 표면을 가진 다공성 구조를 제공합니다. 따라서 많은 양의 물질이 ZrO2 MARIMO의 나노 오목볼록 표면과 기공과 상호작용할 것입니다.
SEM images of a low magnification and b high magnification of commercially available ZrO2, c low magnification and d high magnification of ZrO2 MARIMO, and e low magnification and f high magnification of sintered ZrO2 MARIMO
DSC는 ZrO2 필러 표면과 유기 분자 간의 상호작용을 흡열 또는 발열 현상으로 입증하는 강력한 도구입니다[45]. 폴리머에 의한 ZrO2 MARIMO 필러 표면 탈착에 앞서, NIPAM 단량체를 프로브 분자로 선택해 DSC로 ZrO2 필러 표면과 유기 프로브 분자 간 상호작용을 조사했습니다. NIPAM 단량체 녹는점은 NIPAM 고체의 결정성에 민감하기 때문입니다[46]. NIPAM 고체가 숙주 물질 기공에 매립되면 결정성이 기공 벽 경계의 섭동으로 쉽게 교란되므로 녹는점이 낮은 온도로 이동합니다.
NIPAM 자체, 상용 ZrO2 나노입자와 NIPAM 단량체 혼합물(상용 ZrO2/NIPAM), ZrO2 MARIMO와 NIPAM 단량체 혼합물(ZrO2 MARIMO/NIPAM), 소결 ZrO2 MARIMO와 NIPAM 단량체 혼합물(소결 ZrO2 MARIMO/NIPAM)의 다양한 ZrO2/NIPAM 중량비에 대한 DSC 프로파일은 그림 S1, S2, S3에 각각 나와 있습니다. NIPAM 단량체 자체는 67.7°C에서 녹는점에 기인한 흡열 피크를 보입니다. 상용 ZrO2/NIPAM의 경우 상용 ZrO2 함량 증가에 따라 DSC 프로파일의 피크가 67.7°C(NIPAM)에서 64.8°C로 점진적으로 이동했습니다(그림 S1, 표 S1). 64.8°C의 흡열 피크는 상용 ZrO2 1차 입자 사이에 위치한 NIPAM 고체의 녹는점으로 볼 수 있습니다.
반면 ZrO2 MARIMO/NIPAM의 경우 ZrO2 MARIMO 함량 증가에 따라 67.7에서 62.4°C로 더 큰 온도 이동이 관찰되었습니다(ZrO2 MARIMO/NIPAM = 50/50 wt%까지, 그림 S2, 표 S1). 이 큰 이동은 ZrO2 MARIMO가 MARIMO 기공에 매립된 NIPAM 단량체 고체 상태에 긍정적 영향을 미침을 명확히 보여주며, 흡열 피크의 큰 이동은 ZrO2 필러 표면과 NIPAM 단량체 간 상호작용이 강해짐에 대응할 수 있습니다. 그러나 ZrO2/NIPAM 비율 50/50에서 80/20(wt%) 범위에서는 흡열 피크가 더 높은 온도인 65.2°C로 반대 방향으로 이동했습니다. 결론을 내리기 어렵지만, 62.4°C와 65.2°C의 흡열 피크는 각각 ZrO2 MARIMO의 깊은 기공과 다량의 얕은 기공에 매립된 NIPAM 고체의 녹는점일 수 있습니다. 평활한 표면을 가진 소결 ZrO2 MARIMO/NIPAM의 경우 상용 ZrO2/NIPAM(그림 S1)과 유사하게 소결 ZrO2 MARIMO 함량에 비례해 흡열 피크가 낮은 온도로 단순 이동했습니다(그림 S3, 표 S1).
따라서 ZrO2 MARIMO와 NIPAM 단량체 간에 발견된 긍정적 상호작용은 폴리머의 ZrO2 MARIMO 표면 탈착에 유리할 것입니다.
ZrO2 필러 표면 구조의 영향을 추가 평가하기 위해 PNIPAM 하이드로겔을 선택했습니다. PNIPAM 하이드로겔 강도가 필러 특성에 민감하기 때문입니다. PNIPAM 하이드로겔은 NIPAM(20, 25, 30 wt%), KPS(라디칼 개시제), TMEDA를 함유한 수용액으로 제조했습니다. 20 wt% NIPAM으로 얻은 겔은 실온에서 60분 내 졸로 변했습니다(그림 S4a). 반면 25, 30 wt% NIPAM 용액으로 얻은 겔은 형태 변형이 관찰되지 않았습니다(그림 S4b–c). 25 wt% PNIPAM 하이드로겔의 응력과 변형률은 2.7 ± 0.2 kPa와 930% 이상이었고, 30 wt% PNIPAM 하이드로겔은 7.8 ± 0.2 kPa와 716 ± 106%였습니다(그림 S5, 표 S2). 이후 더 강한 30 wt% PNIPAM 하이드로겔을 폴리머 매트릭스로 선택해 ZrO2 필러 효과를 평가했습니다.
30 wt% PNIPAM 하이드로겔에서 상용 ZrO2 필러 양(0.002(2a), 0.02(2b), 0.04 wt%(2c))을 변화시켜 ZrO2 필러 함량을 최적화했습니다. 그 결과 복합재 2a가 가장 높은 인장 강도(9.5 ± 0.7 kPa)를 보였고, 복합재 2b가 모든 복합재 중 가장 높은 신장률(902 ± 28%)을 보였습니다(그림 S6, 표 S3). 이 결과만으로는 높은 인장 강도와 긴 신장률 중 어느 것이 폴리머 하이드로겔 제조에 적합한 필러 양인지 판단하기 어렵습니다. 따라서 프로파일 면적을 계산해 복합재 파단에 필요한 일량을 추정했습니다. 그 결과 복합재 2b가 모든 복합재 중 가장 높은 일량을 보였습니다(표 S3).
따라서 30 wt% NIPAM과 0.02 wt% ZrO2 필러 조건을 실험 전반에 고정했습니다.
응력-변형률 곡선에서 얻은 기계적 인장 강도는 그림 3에 나와 있습니다. 각 복합재의 최대 응력과 변형률은 표 2에 요약되어 있습니다. 상용 ZrO2(2b), 나노 오목볼록 ZrO2 MARIMO(3), 평활한 표면의 소결 ZrO2 MARIMO(4)로 제조된 복합재의 인장 강도[41,42,43]를 측정해 ZrO2 필러 표면 형상이 폴리머 복합재에 미치는 영향을 규명했습니다. 그 결과 나노 오목볼록 표면을 가진 MARIMO를 함유한 복합재 3이 가장 높은 극한 인장 강도(9.2 ± 0.2 kPa)와 가장 낮은 신장률(746 ± 37%)을 보였습니다. 그러나 평활한 표면의 소결 MARIMO를 함유한 복합재 4는 6.6 ± 0.3 kPa의 낮은 인장 강도를 보였습니다. 2b(902 ± 28%)와 4(903 ± 19%)의 신장 능력은 거의 동일했습니다. 일반적으로 필러 표면의 폴리머 사슬 앵커링 효과와 폴리머 사슬 미끄러짐은 기계적 인장 시험에서 얻은 최대 응력과 최대 변형률로 각각 추정할 수 있습니다[47]. 얻은 결과는 나노 오목볼록 표면이 예상대로 폴리머 복합재 인장 강도에서 결정적 역할을 함을 명확히 보여주며, 이는 폴리머 복합재 내 나노 오목볼록 표면과 폴리머 사슬 간의 앵커링 효과일 수 있습니다. 동결건조 폴리머 복합재로 직접 SEM 관찰해 ZrO2 필러의 미세구조와 분포를 확인했습니다. 그 결과 하이드로겔의 균일한 폴리머 네트워크가 확인되었으나 ZrO2 필러의 응집이나 뭉침은 관찰되지 않았습니다(그림 S7).
Tensile stress–strain curves for 30 wt% PNIPAM hydrogel composites with 0.02 wt% ZrO2 fillers. Composites with 0.02 wt% commercial ZrO2 (2b), with 0.02 wt% nano-concave-convex surface ZrO2 MARIMO (3), and with 0.02 wt% sintered ZrO2 MARIMO (4)
ZrO2 MARIMO 필러의 나노 오목볼록 표면과 폴리머 사슬 간 관계를 체계적으로 연구하기 위해 폴리머 함침으로 나노 오목볼록 표면을 마스킹해 ZrO2 MARIMO 필러 표면을 수정했습니다. 여기서는 비닐 단량체인 HEMA, NIPAM, BMA, CHMA를 ZrO2 MARIMO 기공에 함침시켰습니다. ZrO2 MARIMO 내 함침 단량체 중합은 광개시제(HCPK) 존재 하 UV 조사로 달성했습니다. 중합 진행은 함침 ZrO2 MARIMO/클로로포름 분산액 상등액의 SEC로 확인했습니다(표 S4). 모든 시료는 분자량 1000 정도를 보였습니다. DRIFTS 실험에서 폴리머와 ZrO2 MARIMO 간 상호작용을 나타내는 유의미한 피크는 없었습니다(그림 S8). 이 의미에서 SEM과 STEM-EDX 분석으로 함침을 확인했습니다. 그림 4에서 보듯 구형 MARIMO 형태가 함침 처리 후에도 유지됩니다. STEM-EDX 분석(그림 5)은 Zr, C, O, (N) 원자가 ZrO2 MARIMO 필러 전체에 균일하게 분포함을 명확히 보여줍니다. 이 결과는 단량체들이 MARIMO의 나노공동과 기공에 균일하게 함침되고 중합됨을 나타냅니다.
SEM images of a HEMA-impregnated ZrO2 MARIMO, b NIPAM-impregnated ZrO2 MARIMO, c BMA-impregnated ZrO2 MARIMO, and d CHMA-impregnated ZrO2 MARIMO
TEM and STEM-EDX mapping images of a HEMA-impregnated ZrO2 MARIMO, b NIPAM-impregnated ZrO2 MARIMO, c BMA-impregnated ZrO2 MARIMO, and d CHMA-impregnated ZrO2 MARIMO
기계적 인장 시험을 통해 ZrO2 MARIMO 나노 오목볼록 표면의 앵커링 효과 존재를 연구했습니다. HEMA-함침 ZrO2 MARIMO(5), NIPAM-함침 ZrO2 MARIMO(6), BMA-함침 ZrO2 MARIMO(7), CHMA-함침 ZrO2 MARIMO(8)를 함유한 폴리머 복합재를 복합재 2b, 3, 4에 사용된 유사 절차로 제조했습니다. 그림 6의 응력-변형률 곡선에서 얻은 기계적 인장 강도에 따르면, 모든 비닐 폴리머 함침 ZrO2 MARIMO 필러를 함유한 복합재 5~8이 나노 오목볼록 ZrO2 MARIMO 필러를 함유한 복합재 3보다 낮은 인장 강도를 보였습니다(표 3). 이는 모든 폴리머 함침 ZrO2 MARIMO 필러에서 표면 앵커링 효과가 감소했음을 시사합니다. 대신 모든 복합재 5~8에서 폴리머 함침 ZrO2 MARIMO 필러를 사용할 때 더 높은 신장률이 명확히 관찰되었는데, 이는 매트릭스 폴리머 사슬이 폴리머 함침 MARIMO 필러 표면에서 미끄러지기 때문으로 보입니다. 따라서 폴리머 복합재 내 폴리머 함침 ZrO2 MARIMO 필러는 인장 강도를 낮추고 신장 능력을 향상시킵니다. 원형 ZrO2 MARIMO로 돌아가면, 나노 오목볼록 표면이 폴리머 복합재 인장 강도에 긍정적 역할을 했습니다.
Tensile stress–strain curves for 30 wt% PNIPAM hydrogel composites with 0.02 wt% nano-concave-convex surface ZrO2 MARIMO (3), with 0.02 wt% HEMA-impregnated ZrO2 MARIMO (5), with 0.02 wt% NIPAM-impregnated ZrO2 MARIMO (6), with 0.02 wt% BMA-impregnated ZrO2 MARIMO (7), and with 0.02 wt% CHMA-impregnated ZrO2 MARIMO (8)
나노 오목볼록 구조를 가진 ZrO2 MARIMO 필러 표면 수정을 통해 기계적 인장 시험으로 필러 표면과 매트릭스 폴리머 사슬 간 나노스케일 앵커링 상호작용의 중요성을 밝혔습니다. 나노 오목볼록 구조 효과를 조사하기 위해 ZrO2 MARIMO 필러 표면을 (i) ZrO2 MARIMO 소성으로 나노 오목볼록 표면 평활화, (ii) ZrO2 MARIMO 기공에 폴리머 함침으로 나노 오목볼록 표면 마스킹 두 가지 방법으로 수정했습니다. 기계적 인장 시험을 폴리머 복합재 내 필러 표면과 폴리머 사슬 간 상호작용 추정에 적용했습니다. 나노 오목볼록 ZrO2 MARIMO 필러를 함유한 폴리머 복합재가 가장 높은 인장 강도를 보인 반면, ZrO2 MARIMO 필러 폴리머 함침은 큰 신장률을 유발했습니다. 따라서 ZrO2 MARIMO 필러의 나노 오목볼록 표면은 매트릭스 폴리머 사슬과 긍정적으로 상호작용해 인장 강도 능력을 향상시키는 반면, ZrO2 MARIMO 필러의 나노 오목볼록 표면을 폴리머로 마스킹하면 신장 능력이 향상됩니다. 결과적으로 필러 표면의 합리적 설계로 거시적 기계적 인장 시험을 통해 필러 표면과 폴리머 매트릭스 간 나노스케일 상호작용을 이해할 수 있게 되었습니다. 이온성, 친수성, 소수성 단량체나 폴리머 등 다양한 종류를 단순 함침 기술로 MARIMO 필러에 도입해 MARIMO 필러 특성을 제어할 수 있습니다. ZrO2 필러의 수용액 내 분산성 향상에 대한 추가 연구가 진행 중입니다.
나노물질
인장 강도는 열경화성 폴리우레탄을 포함한 엘라스토머 소재에서 자주 지정되는 핵심 물성입니다. 이 다재다능한 소재는 엔지니어에게 설계 사양에 기반한 광범위한 인장 강도 물성을 맞춤화할 유연성을 제공합니다. 이번 글에서는 인장 강도를 더 깊이 파헤치고, 타 소재 대비 폴리우레탄의 인장 강도, 그리고 제품 설계에서의 활용법을 다룹니다. 인장 강도란? 인장 강도는 당기는 힘 하에서 소재가 어떻게 반응할지 보여주는 물성입니다. 예를 들어 줄다리기는 두 팀이 밧줄의 양 끝을 당기는 것으로 구성됩니다. 소재에 따라, 이 경우 밧줄이 어떻게 반
강도는 금속 용도에서 중요한 요소입니다. 예를 들어, 어떤 용도에는 더 강한 알루미늄 부품이 필요하고, 어떤 제품에는 높은 강철 경도나 항복 강도가 필요합니다. 이는 CNC 가공 소재 선택이나 제품 설계를 결정할 수 있습니다. 여기서는 일반적인 금속의 다양한 등급에 대한 금속 강도 차트(인장 강도, 항복 강도, 경도, 밀도 포함)과 기계적 특성 차트를 수집하여 참고 자료로 제공합니다. 금속 강도 유형 소개 강도는 외부 힘의 작용 하에서 재료가 변형과 파손에 저항하는 능력을 말합니다. 주요 지수는 인장 강도(가장 기본적인 강도 지수)
