그래핀이 보강된 전단농화유체의 점도 특성 및 유변학적 거동

Abstract

본 연구는 전단농화유체(Shear thickening fluid, STF)의 전단농화특성의 보강을 목적으로 전단농화유체에 그래핀 옥사이드 입자를 첨가하여 특성을 측정하였다. 각각의 특성이 다른 4종의 그래핀 옥사이드 입자를 Transmission electron microscopy, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy을 통해 분석 한 후 전단농화유체에 적용하여 그래핀 옥사이드 입자의 특성의 차이와 함량에 따른 전단농화유체의 특성을 측정하였다. 전단농화유체의 특성은 rheometer를 통해 전단속도에 따른 전단점도의 초기 점도값, 최대 점도값, 임계전단속도를 측정하였고 저장탄성률(G’)과 손실탄성률(G”)의 점탄성적 거동을 측정함으로써 유변학적 거동을 고찰하였다. 그래핀 옥사이드의 결함정도와 산소함량은 전단농화유체의 전단농화거동에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 그래핀 옥사이드의 입자 사이즈는 전단농화거동에 영향을 주며 높은 최대 점도값을 나타낸다. 전단응력이 주어질 경우 임계전단속도에서 흄드 실리카/그래핀 옥사이드/흄드 실리카 분자간력에 의한 hydrocluster 형성을 보강해 주는 것으로 판단된다. 반면 그래핀 옥사이드 입자의 사이즈가 수 십μm 이상으로 큰 나머지 3종의 경우 전단응력이 없는 정지상에서는 hydrogel 구조를 보강하는 역할을 하였으며 전단응력이 증가할 경우 임계전단속도에서 흄드 실리카의 hydroclustering을 방해하는 것으로 판단된다. 2~3μm 사이즈의 그래핀 옥사이드 입자의 함량은 1.4X10-5 wt% 까지는 증가함에 따라 임계전단속도가 감소하고 최대 점도값이 증가함으로써 전단농화효과가 강화되는 것으로 나타났지만, 1.4X10-5 wt% 초과에서는 오히려 전단농화효과가 저감되는 것으로 나타났다.