필러분산 고분자의 온도에 대한 도전성

○   ○ 결정성 폴리머에다 카본블랙(CB)이나 금속분말 등의 도전 필러를 충전해 제작한 도전성 복합재료의 대부분은 포지티브 저항 온도계수(PTC)의 특성을 나타낸다. 결정성 폴리머로부터 되는 복합재료의 PTC 특성은 다음과 같은 모델로 설명된다.   ○ 복합재료에서 필러 충전율이 높은 경우, 실온 하에 복합재료는 필러가 3 차원 네트워크상에 이어진 도전경로를 가지고 있다. 실온에서 도전경로가 형성되는 것은 투과형 전자현미경의 관찰이나 저항률 변화의 퍼콜레이션(percolation) 이론에 의한 해석으로 부터 밝혀지고 있다.   ○ 이번에, 불소계의 결정성 폴리머인 폴리불화비닐리덴(PVDF)에 Ni 입자를 충전해 제작한 복합재료의 PTC 특성에 대해 Ni 충전율을 파라미터로 평가했다. 복합재료의 실온 저항률은 Ni 충전율의 증가와 함께 감소하고, 이 변화는 퍼클레이션 거동에 일치했다. 즉, Ni 충전율의 증가에 의해 도전경로가 성장하기 때문이다.   ○ 한편, PVDF의 융점은 Ni 충전율이 달라도 동일 온도이었다(DSC 측정). 또한, Ni 충전율이 40 vol%이하일 때, PTC 발현온도는 PVDF의 융점보다 낮았다. 이에 의해, 도전성 복합재료의 PTC 특성은 PVDF가 융해하지 않아도 발현하는 것이 판명되었다. 복합재료의 저항률은 Ni 입자간의 갭이 나노미터오더로 증가만으로 월등히 증대하기 때문에, 융점 이하의 온도에서 PVDF의 비체적이 약간 증대에 의한 Ni 입자 간에 갭이 발생하여, PTC 특성이 발현하는 것으로 고찰되었다.   ○ 현재 폴리머에 카본블랙, 카본나노튜브 등의 도전 필러를 충전, 제작한 도전성 필러분산 폴리머에 관한 연구를 대학에서 일부 하고 있다. 필러가 복합재료 중에 네트워크상에 이어진 도전경로를 형성하기 위해 특이한 전기특성을 나타낸다. 특히 결정성 폴리머로 된 도전성 복합재료는 온도상승과 함께 전기 저항률이 증가하는 PTC 특성을 보여준다. 이 목적에 따른 도전성 복합재료를 개발하기 위해서는 필러 제작, PTC 특성의 발현 메커니즘 규명 등의 연구가 필요하고, 자기회복성과전류보호소자, 영구퓨즈, 온도센서 등에 응용될 수 있다.