폐기물과 2차 원료가 혼합된 전기 전도성 복합재료

May 20, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9023(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

규산염 복합재는 일반적으로 전도성이 매우 낮습니다. 전기전도성 필러를 첨가하여 전기저항률을 감소시키는 것이 가능합니다. 전도성 혼합물은 시멘트질 바인더, 다양한 유형의 규사 및 흑연 기반 전도성 필러로 구성됩니다. 연구 초점 중 하나는 일반 원자재를 대체 구성 요소(폐기물 부산물 및 2차 원자재)로 부분적으로 대체하는 것과 그것이 복합 특성에 미치는 영향입니다. 연구된 대체 구성요소는 부분 바인더 대체재인 플라이애시, 두 가지 다른 공급원의 폐흑연, 전도성 필러 대체재인 강철 부스러기였습니다. 경화된 전도성 규산염 기반 시편의 비저항은 경화된 시멘트질 매트릭스의 미세 구조 변화와 관련하여 물리-기계적 특성의 변화와 관련하여 분석되었습니다(에너지 분산 분석을 갖춘 광학 및 주사 전자 현미경으로). 플라이애시로 시멘트를 부분적으로 대체하면 복합재의 전기 저항이 감소하는 것으로 나타났습니다. 일부 폐흑연 충전재는 시멘트 복합재의 저항성을 크게 감소시키고 압축강도를 증가시킵니다. 1차 전도성 필러를 2차 원료로 대체할 수 있음이 입증되었습니다.

복합재료는 가장 진보적인 건축자재 중 하나입니다. 이러한 재료는 모든 산업 분야에서 사용됩니다. 가장 큰 장점은 주어진 사용 목적에 맞게 속성을 직접 수정할 수 있다는 것입니다. 이러한 특성은 매트릭스와 필러1,2의 다양한 유형과 조합을 사용하여 수정할 수 있습니다. 매트릭스는 소위 재료의 연속상을 형성하며 주로 전체 복합 재료의 물리적 및 기계적 특성, 내화학성, 열전도도, 내화성 및 기타 사항에 영향을 미칩니다3. 매트릭스는 대부분 규산염, 폴리머 또는 지오폴리머 기반4입니다. 대부분의 복합 재료의 경우 필러는 재료 가격을 크게 낮추고 벌크 밀도, 전기 전도성, 흡수성 등에 더 많은 영향을 미칩니다5,6.

전기 전도성 복합재는 안정적이고 상대적으로 높은 전기 전도성을 달성하기 위해 충분한 양의 전기 전도성 구성 요소를 포함하는 복합 재료로 정의할 수 있습니다. 전기 전도도는 저항률 또는 저항과 관련이 있으며 역수 값입니다. 고체 재료의 경우 전기 전도성을 내부 전도성과 표면 전도성으로 나눌 수 있습니다. 내부 전도성은 사용된 전도성 구성 요소의 구조, 양 및 특성과 관련이 있는 반면, 표면 전기 전도성은 주로 재료의 수분 함량에 따라 달라집니다.

복합 재료의 전도성은 전자의 이동성에 따라 달라집니다. 시멘트계 물질은 대개 비저항이 6.5·105~11.4·105 Ω·cm7 정도이므로 구리와 같이 비저항이 약 1.7·10-8 Ω·cm8 정도 되는 좋은 도체조차 아니라고 할 수 있다. , 좋은 절연체도 아닙니다(예: 저항률이 대략 1015~1020Ω·cm인 테프론)9. 그을음, 흑연, 탄소 및 강철 섬유와 같은 전도성 구성 요소를 추가하면 우수한 기계적 특성을 유지하면서 저항률을 크게 줄일 수 있습니다10.

복합재료의 우수한 전기전도도의 핵심은 구조에 완벽한 전기 전도성 네트워크를 생성하는 것입니다. 이 전도성 네트워크가 강할수록 재료의 전기 전도도도 높아집니다. 이는 통과할 수 있는 전류의 최대 힘과도 관련이 있습니다. 상호 연결된 전도성 구조가 복합 재료에 손상되지 않으면 재료 자체의 저항이 크게 감소합니다. 이 한계를 퍼콜레이션 임계값이라고 하며 결과적으로 재료를 추가해도 더 이상 저항률에 영향을 미치지 않습니다11. 전기 전도성 네트워크는 전도성이 있고 탄소 나노튜브, 강철 섬유 등과 같은 비전도성 매트릭스를 통해 장거리에 걸쳐 전류를 쉽게 전달할 수 있는 침형의 길쭉한 모양을 갖는 재료로 가장 잘 만들어질 수 있습니다. 이러한 침상 구성 요소가 직접 접촉하지 않을 때 문제가 발생합니다. 따라서 여러 유형의 전도성 요소를 사용하거나 재료에서 해당 요소의 비율을 높이는 조합이 적합합니다. 또한 복합재의 전도성은 주로 밀도, 공기 공동의 함량, 필러 또는 와이어의 방향성, 복합재 내 분산에 의해 영향을 받습니다. 전기 전도성(원리, 내부 네트워크 및 구조)