판상입자의 EPD를 적용한 배향 유무기 복합체 제조 및 물성 평가

Abstract

전복껍질은 뛰어난 기계적 강도와 인성 및 강성을 가지고 있어, 자연계에서 볼 수 있는 기계적인 설계원리를 모방한 인공 유무기 복합재료를 만들기 위한 과학자에게 영감을 주고 있다. 전복 껍질은 웬만한 충격에도 잘 부서지지 않는 초고강도 세라믹소재이다. 일반적으로 세라믹소재는 1000℃ 이상의 고온에서 소결을 해서 150MPa 정도의 기계적 강도를 나타내지만 전복껍질은 상온의 바닷물 속에서 만들어지면서도 세라믹 소결체보다 2배 이상 높은 기계적 강도를 갖는다. 전기영동적층법(Electrophoretic deposition, EPD)은 간단하고 비용이 저렴하며, 효율적인 방법으로 학술적 뿐만 아니라 산업적으로 유용하다. EPD는 콜로이드상에서 분산된 입자가 전하를 띄고 있어 전기장을 가해주면 음극 또는 양극으로 입자의 이동이 발생하는 특성을 이용한 코팅방법으로, 코팅하는 입자의 종류에 제한이 없이 전기영동 특성을 보이기만 하면 금속, 고분자, 세라믹 어떤 소재든지 코팅이 가능한 장점을 가지고 있는 방법이다. 전기영동적층법은 간단한 형태의 구조, 경제적 프로세스 그리고 기판의 형상에 크게 제약을 받지 않아 fiber에 의해 강화된 세라믹 복합체, 다공체 막, 단열재료, 슈퍼커패시터, 연료전지, 전자 장비, 보호 코팅, 강유전체, 압전 및 자기 장치 및 바이오 의학 임플란트 등 그 응용분야가 증가하고 있다. 또한 패턴 필름 및 다층 기능 복합 재료, 다결정 박막 증착에 매우 유용한 기술로 알려져 있다. 본 연구에서는 전복껍질 구조를 모방하여 입자크기가 큰 판상형 알루미나 입자와 질화붕소 입자를 전기영동이 가능한 에폭시 수지와 함께 코팅 소재로 사용하여 고온의 소결과정 없이 열처리만으로 크랙없이 치밀한 세라믹 유무기 복합체를 제조하였고, 제조한 복합체의 미세구조를 관찰 및 기계적 강도를 측정하였다.