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신소재-고분자신소재,나노 물질

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by

이 용민

on 8 September 2013

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Transcript of 신소재-고분자신소재,나노 물질

신소재-고분자신소재,나노 물질
고분자로 이루어진 화합물을 말한다.
셀룰로오스, 단백질 등 천연적으로도 많이 존재하지만 현재는 합성 고분자 물질이 많이 만들어지고 있다.
일반적으로 여러 종류의 크기를 가진 분자의 혼합물로, 고체 또는 액체로만 존재한다.
고분자 물질
(highly polymer, high-molecular substance)
작은 분자의 정확한 배수인 분자, 즉 중합체의 형성. 생물학적으로는 축합반응과 동의어로 쓰이는 경우가 많다.
(polymerization)
중합 반응
이중결합 또는 삼중결합을 가지는 단위체가 같은 종류의 분자와 첨가반응을 반복하여 중합체를 생성하는 반응이다.
이 중합 형식에서는 단위체의 단위에서 분자나 원자가 이탈하지 않고 중합체가 생성된다.
생성된 고분자중합체의 분자식과 단위체의 분자식과는 거의 일치한다.
첨가 중합 반응
축합은 두 분자가 반응하여 작은 분자가 빠지면서, 보다 큰 분자로 되는 반응을 말한다.
축합 중합은 축합에 의해 고분자를 형성하는 반응을 말한다.
축합 중합 반응
( addition polymerization,부가 중합 반응)
(condensation polymerization)
고분자 물질의 분류
1.천연 고분자물질
2.합성 고분자물질
천연 고분자 물질
수많은 D-글루코스(포도당)가 축합반응을 일으키면서 길게 연결되어 만들어지는 다당류로서 아밀로오스와 아밀로펙틴의 혼합물이다.
단위체 : C H O
녹말
6
12
6
고등식물 세포벽의 주성분으로 목질부의 대부분을 차지하는 다당류로 섬유소라고도 한다.
단위체 : (C H O )
셀룰로스
(starch)
(cellulose)
6
10
6
n
모든 생물의 몸을 구성하는 고분자 유기물로 수많은 아미노산(amino acid)의 연결체이다.
생물체의 몸의 구성성분으로서, 또 세포 내의 각종 화학반응의 촉매 물질로서 중요하다
단위체 : NH CHR COOH(단, n=1~20)
단백질
(protein)
2
n
자연에 존재하는 2종류의 핵산 중에서 디옥시리보오스를 가지고 있는 핵산으로, 유전자의 본체를 이루며 디옥시리보핵산이라고도 한다.
단위체 : 뉴클레오타이드
DNA
(deoxyribonucleic acid)
식물에서 얻어지는 고무상 고분자 물질. 가황하면 양호한 탄성 특성을 발취하지만, 공기, 자외선에 약하다.
단위체 : CH =C(CH )CH=CH
천연고무
(natural rubber,NR)
2
3
2
에틸렌의 중합으로 생기는 사슬 모양의 고분자 화합물이다.
중합법에 따라 여러 가지가 생성되는데, 밀도에 따라 저밀도 폴리에틸렌과 고밀도 폴리에틸렌으로 구별된다. 저밀도 폴리에틸렌은 각종 병이나 냉장고의 제빙용 상자 등의 원료로 쓰인다.
각종 용기, 포장용 필름, 섬유, 파이프, 패킹, 도료 등에 사용된다.
단위체 : CH =CH (에틸렌)
폴리에틸렌
염화비닐의 단독중합체 및 염화비닐을 50% 이상 함유한
혼성중합체를 일컫는다.
결정성이 낮고, 가공 시 접착이 어려운 특징이 있다.
연질 제품으로서 포장용·농업용 등의 시트나 필름에 사용되고, 경질 제품에서는 압출성형에 의한 수도관의 제조에 쓰인다.
단위체 : CH =CHCI
폴리염화비닐
가볍고 열 전달이 느리다.
생활 용품, 장난감, 전기절연체, 라디오, 텔레비전 케이스, 포장재 등에 사용한다.
폴리스타이렌은 취성이 있어 단독으로 사용되는 경우는 거의 없고 다른 중합체와 혼합해서 사용하는 경우가 많다.
부타티엔 고무(butadiene rubber)를 섞어서 SBR, SBS, HIPS 등으로 사용하기도 한다.
단위체 : CH =CH(C H )
폴리스타이렌
페놀류와 포름알데히드류의 축합에 의해서 생기는
열경화성 수지이다.
로진과 비슷한데, 사용되는 페놀류는 석탄산이
주가 된다.
제조공정에서 사용되는 촉매에 따라 노볼락과 레졸을 각각 얻는데, 전자는 건식법으로 후자는 습식법으로 경화된다.
주로 절연판이나 접착제 등으로 사용된다.
단위체 : C H OH+CH O
페놀 수지
합성고분자 폴리아마이드의 총칭으로 아마이드결합 -CONH-으로 연결되어 있으며, 사슬 모양의 고분자이다.
밧줄,스타킹,전선 절연재 등에 쓰인다.
단위체 : C H N +C H O
나일론
에스터기가 연결기가 된 고분자 화합물의 총칭이다.
도료용 폴리에스터수지나 다이알리프탈레이트라는 도장판도 폴리에스터의 일종이다.
특히 불포화 폴리에스터는 그 수지를 유리섬유 등과 합하여, 스키나 장대높이 뛰기용 폴로
만들 수 있다.
단위체 : TPA+HOCH CH OH
폴리에스터
천연고무와 유사한 성상을 지니는 합성고무상 물질 또는 고무상 탄성체가 될 수 있는 가소성 물질의 총징이다.
합성고무는 고무제품을 만드는 데 사용되므로 가황고무제품으로서의 성질, 즉 탄성·내한성·내노화성·내열성·내산화성·내오존성·내유성·내약품성 등이 요구된다.
자동차 타이어,구두창 등에 이용 된다.
단위체 : C H +C H
SBR 고무
합성 고분자 물질
(polyethylene,PE)
2
2
프로필렌을 중합하여 얻는 열가소성 수지이다.
아이소택틱(isotactic) 구조를 가지며, 따라서 구조식과 같이 메틸기가 같은 방향으로 정연
하게 배열되어 있다.
이불솜, 돗자리, 보온병 등에 쓰인다
단위체 : CH =CH-CH
폴리프로필렌
(polypropylene)
4
3
(Polyvinyl Chloride,PVC)
2
(polystyrene,PS)
2
6
5
(phenolic resin,베이클라이트)
2
6
5
(nylon)
6
16
2
6
10
4
(polyester,테릴렌)
2
2
(synthetic rubber,합성고무)
8
8
4
6
고기능성 고분자 물질
기존 고분자 물질의 장점을 살리거나 단점을 보완한 고분자 물질
단백질, 핵산, 다당류 등의 생체를 구성하는 고분자. 합성고분자에 대비해서 부르고 있다.
효소나 수용체 등의 단백질이나 핵산 등의 본질적인 뜻에서 생명활동에 관여하는 물질을 뜻한다.
생체 적합성 고분자 물질
(biopolymer,생체 고분자 물질)
전도성 고분자 물질
전도성 고분자는 고분자의 본래 특성인 가볍고 가공이 쉬운 장점을 유지한 채 전기를 통하는 플라스틱이다.
최초로 발견된 전도성 고분자는 폴리아세틸렌으로
그 자체로는 반도체에 불과하지만 이를 요오드로 처리
하면 금속에 버금가는 전기 전도성을 갖는다.
최근엔 특히 반도체성 고분자로 응용되어
발광다이오드(LED)와 태양전지,이동전화의
디스플레이, 소형TV 화면과 평편 TV 등으로
개발되고 있다.
물질을 구성하는 구조나 물질 자체의 크기가1~100nm 정도의 크기를 가질 때, 이전에 매우 큰 크기에서는 볼 수 없었던 우수한 특성을 가지는 물질이다.
물질의 크기가 'nm'수준으로 작아지면 성질이 달라진다.
나노 물질
나노 기술
10억분의 1 수준의 정밀도를 요구하는 극미세가공 과학기술을 말하는데, 기존의 재료 분야들을 횡적으로 연결함으로써 새로운 기술영역을 구축하고, 기존의 학문분야와 인적자원 사이의 시너지 효과를 유도하며 최소화와 성능향상에 기여하는 바가
크다.
(Nano Technology,NT)
탄소 6개로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 신소재.
전기 전도도가 구리와 비슷하고, 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같으며, 강도는 철강보다 100배나 뛰어나다. 탄소섬유는 1%만
변형시켜도 끊어지는 반면 탄소나노튜브는 15%가
변형되어도 견딜 수 있다.
탄소 나노 튜브
(Carbon nanotube)
유기섬유를 비활성 기체 속에서 가열, 탄화하여 만든 섬유
이다.
일반적으로 탄소의 육각 고리가 연이어 층상격자를 형성한 구조이며 금속광택이 있고 검은색이나 회색을 띤다.
가열과정에서 산소, 수소, 질소 등의 분자가 빠져나가 중량이 감소되므로 금속(알루미늄)보다 가볍고 반면에 금속(철)에 비해 탄성과 강도가 뛰어나다.
이런 특성으로 인해
스포츠용품(낚싯대, 골프채, 테니스 라켓),
항공우주산업(내열재, 항공기 동체), 자동차,
토목건축(경량재, 내장재), 전기전자, 통신(안테나),
환경산업(공기정화기, 정수기) 등 각 분야의
고성능 산업용 소재로 널리 쓰인다.
탄소 섬유
(carbon fiber)
탄소원자가 5각형과 6각형으로 이루어진 축구공 모양
으로 연결된 분자를 통틀어 이르는 말이다.
흑연 조각에 레이저를 쏘았을 때 남아 있는 그을음에서 발견한 완전히 새로운 물질이다.
주로 탄소 원소 60개가 축구공 모양으로 결합하여 생긴 탄소의 크러스터 C60을 말한다
풀러렌을 수지에 첨가해서 내구성이나 내열성을 높이거나 정전기의 제거, 잡음 필터로의 응용이 시도되고 있다. 이것을 이용해서 단단하고 날카로운 절삭 도구나 아주 단단한 플라스틱을 만드는 연구도 진행 중이다
풀러랜
(C )
60
(fullerene)
탄소 원자로 이루어져 있으며 원자 1개의 두께로 이루어진 얇은 막이다.
연필심으로 쓰이는 흑연 즉 ‘그래파이트(graphite)’와 탄소이중결합을 가진 분자를 뜻하는 접미사 ‘-ene’를 결합하여 만든 용어이다.
탄소동소체인 그래핀은 탄소나노튜브, 풀러린(Fullerene)처럼 원자번호 6번인 탄소로 구성된 나노물질이다.
차원 평면형태를 가지고 있으며, 두께는 0.2nm(1nm은 10억 분의 1m) 즉 100억 분의 2m 정도로 엄청나게 얇으면서 물리적·화학적 안정성도 높다.
그래핀은 구부릴 수 있는 디스플레이나 전자종이, 착용식 컴퓨터(wearable computer) 등을 만들 수 있는 전자정보 산업분야의 미래 신소재로 주목받고 있다.
그래핀
그래핀 합성 원리
그래핀은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다.
또한, 강도는 강철보다 200배 이상 강하며, 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높다.
(graphene)
이용민-프레젠테이션 담당
김경헌-조장
서영준 - 계획
박상현 - ??
(ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ)
+어그로
(ㅎㅎ)
THE END
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THE END
THE END
THE END
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