차원파이버융합소재설계 ) 무기재료(금속 혹은 세라믹) 2차원파이버융합소재를 조사하고 이중에서 유기물(고분자) 소재로 대체할 수 있는 제품은 어떤 것이 있는지 본인의 생각을 기술하기

소개글

차원파이버융합소재설계 ) 무기재료(금속 혹은 세라믹) 2차원파이버융합소재를 조사하고 이중에서 유기물(고분자) 소재로 대체할 수 있는 제품은 어떤 것이 있는지 본인의 생각을 기술하기에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서론
-2차원파이버융합소재
2. 본론
-자가치유고분자의 정의
-자가치유고분자의 역사
-초분자 네트워크형 자가치유 고분자
-초분자 네트워크형 자가치유 고분자의 자가치유 원리
-수소결합을 이용한 자가치유고분자
-π-π상호작용을 이용한 자가치유고분자
-정전기적 인력을 이용한 초분자형 자기치유 고분자
-동적 배위결합을 이용한 자가치유 고분자
-자가치유물질과 관련 토의
3. 결론
참고문헌

본문내용

문에 산업적으로도 접근성이 상당히 용이하다. 이들의 물성을 살펴보면 공유결합으로 이루어진 고무와 별 다른 차이가 보이지 않지만, 수소결합의 동적 가역 결합 특성이 있기 때문에 고무와 달리 재생, 즉 자가치유가 가능하다. 그래서 파단면을 재접촉을 시켜도 스스로의 봉합이 가능하며 반복적인 치유가 가능하다. 그럼에도 불구하고 이들의 단점은 재접촉까지의 시간이 길어질수록 치유도가 감소하는데, 이유는 파단면에 존재하는 분자쌍들이 다른 파단면의 분자쌍들과의 수소결합보다 자신들끼리의 수소 결합을 형성하기 때문이며, 이로 인해 파단면 간의 수소결합이 제대로 이루어지지 못한다는 단점을 가지고 있다.
다른 수소결합형 자가치유 고분자로 열에 가역적인 성질을 가진 ureidopyrimidione(UPy)21,22 4중 수소결합 분자체를 이용한 Supra B가 있다. 여기서 UPy의 특징을 알아볼텐데, 이들은 열에 따라 수소결합이 깨지기도 하지만 다시 형성이 되는데, 상온에서는 수소결합으로 강한 탄성을 가짖지만, 높은 온도에서 낮은 점도의 용융체로 변하며 다양한 가공성을 활용할 할 수가 있다. 그래서 이러한 물질로 만들어지면 열만 제대로 주면 치유과정은 손쉽게 일어나고 반복적으로 재생이 가능하다.
클릭 반응을 이용한 고분자가 있는데, 만들어지는 과정은 barvituric acid를 poly(isobutylen)(PIB) 말단에 결합을 시키는 것이다. 이렇게 말단에 존재하는 barvituric acid 작용기로 인해 수소결합이 이루어지면서 집합체가 형성하게 되고 가역적 가교점으로 작용을 하며 고무상의 특성을 지닌다. 그리고 그렇게 해서 이루어진 barbituric acid 초분자 결합체의 동적 가열 결합으로 인해 상온에서도 반복적인 치유가 발생할 수 있다. 개인적으로 이 물질이 위의 열로 이용한 물질보다 더 실용성이 있을 것으로 보인다.
한 편으로 전통적으로 존재하는 열가소성 탄성체에 초분자의 특징을 보이게 하는 연구가 진행이 되었는데, polystyren(PS) 주쇄에 polyacrylate-amide(PAA)가 그래프팅 과정을 거치며 수소결합형 브러쉬 공중합체를 합성을 하였는데, 해당 중합체는 주쇄와 측쇄의 비사용성을 바탕으로 이루어진 상분리 구조를 가지게 된다. 우선 PS 도메인으로부터 가진 단단한 기계적 강도와 PAA 매트릭스에 의한 고무 물성을 가지면서 초분자결합의 조건에 부합되게끔 만들어졌으며 여기서 연질의 특징을 가진 PAA 매트릭스 내 amide 수소결합으로 인해 충분한 사슬 운동성을 가지면서 자가치유능력을 보여준다. 물론 해당물질은 아직은 부족함을 보여주어도 산업적으로 비교적 상업용 원료를 이용한 제조가 쉽게 가능하며 상분리와 초분자 결합의 조합이라는 점에서 큰 주목을 받고 있다.
-π-π상호작용을 이용한 자가치유고분자
이 고분자에서 핵심으로 다루는 π-π상호작용은 일명 파이 쌓임이라고 한다. 파이 쌓임은 방향족 그룹들이 서로 평평하게 쌓으면서 비공유 결합이 이루어는 것을 말한다. 이 π-π상호작용은 쌓이면 쌓일수록 강도가 강해지는 특성을 가지고 있다. 이것의 또 다른 말은 파이 스태킹이며 아직은 확실히 규명된 것이 없고 현재 두 가지의 모델이 존재하며 정전기 모델, 직접 상호 작용 모델로 나뉘어 지고 있다.
먼저 정전기 모델은 sigma 및 pi 원자 전하, 상대 방향 및 반데르 반스 상호작용을 바탕으로 기반으로 간단한 수학적 모델을 만들어 정전기가 치환기 효과에서 상당히 우세하다고 보여주는 모델이다. 이 모델에서는 전자를 끌어 당기는 그룹은 방향족 고리의 네거티브 사중 극자를 감소시키며 평행 변위 및 샌드위치 형태같은 것을 선호한다. 반대로 전자 공여 그룹같은 경우에는 음의 사중 극자를 증가시키며 적절한 기하학을 가진 T자형 구성에서 상호작용관련 강도를 증가시키며 파이스태킹에 대해 설명을 한다.
직접 상호 작용 모델은 위에서 설명한 정전기 모델로도 설명이 되지 않은 파이 스태킹관련으로 다양한 비판과 실험을 통해 나온 것이다. 이와 관련 있는 실험으로 병렬 치환 된 형태로 쌓이는 메타 및 파라 치환된 N-benzyl-2-(2-Flor phenyl)-piridinum-bromide를 사용하여 파이 스태킹의 강도를 비아릴 결합에 대한 회전 속도로 측정을 하였는데, 피라-치환된 방향족 고리는 정전기 모델에서 예측한 것과 동일한 전자 끌림에 의해 증가한 작은 회전속도를 보여주었지만, 메타 치환된 방향족 고리의 경우에는 거의 동일한 전자밀도를 가지고 있음에도 더 큰 회전속도를 보여주었으며 이를 불일치한 방향족 고리의 수소 원자의 가장자리와 다른 방향족 고리의 전기 음성 치환제와의 직접적인 상호작용으로 이루어진 것으로 보고 있으며 모든 치환된 벤젠 이합체가 샌드위치 구성에서의 벤젠 이합체보다 더 유리한 결합 상호작용을 가진다는 내용을 밝히며 이 모델이 만들어졌다.
두 가지의 모델이 있지만, 일반적으로 정전기적 인력과 유사하게 전자가 풍부한 π 시스템과 전자 밀도가 상대적으로 부족한 분자간의 상호작용인 정전기 모델을 바탕으로 본문에서 설명을 하고자 한다. 이러한 상호작용을 바탕으로 π 전자 결핍 naphthalene-diimide를 포함하고 polyamide와 π 전자가 풍부한 pyrene으로 말단 기능화된 polyamide 간 혼합물을 용액 또는 용웅상태로 섞을 경우에 naphthalene-diimide와 pyrene간 상보적 파이 스태킹이 일어나면서 polymide 주쇄가 접하게 되고 그와 동시에 pyrene이 polyimide 사슬 사이에 끼어들어가서 가교점을 형성하면서 초분자 네트워크가 이루어진다.
파이 스태킹은 위에서 말했지만 단일로 이루어진 경우에는 상당히 약하지만 충분한 양으로 계속해서 형성을 하면 상당히 높은 강도를 보여주고 파손된 부위가 발생을 해도 서로 눌러놓고 80 ℃로 가열을 하여 자가치유가 이루어진다. 이는 서로 겹치며 층층이로 구성되어 있는 구조상 말하자면 서로 블록처럼 정전기 인력처럼 달라붙어있기에 여기에 열이라는 에너지를 주입하면 서로 결합하는 것이 이루어지기 때문에 가능하다.
위의 특성 때문에 열을 가해야하는 단점에도 불구하고 치유시간이 상당히

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