나노셀룰로오스 기반 고분자 복합체의 기계적 강화와 에너지 하베스팅으로의 응용

Abstract

지속 가능하고 친환경적 속성을 갖춘 소재의 개발과 활용에 관한 연구가 많은 관심을 받고 있는 요즘, 용이한 접근성과 수급성, 우수한 기계적 성질과 경량성을 가지고 있으면서도 비독성과 생분해성 덕분에 인체와 환경에 무해한 ‘나노셀룰로오스‘에 관한 연구가 그 중에서도 독보적인 관심을 얻고 있다. 나노셀룰로오스는 에너지 전환과 저장, 환경, 촉매, 제지, 생체재료, 복합소재, 디스플레이 등의 다양한 연구 분야에서 주요 소재로 채택되고 있으며, 그 중에서도 친환경적인 기원이 강조되는 에너지 전환과 복합소재 개발 분야에서는 더욱 활발한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구자는 나노셀룰로오스를 선구 물질로 하여 표면 개질 반응을 통한 나노셀룰로오스 소수성 강화재와 화학적 가교 반응을 통한 나노셀룰로오스 멤브레인을 개발하였다. 본 논문의 1단원에서는 나노셀룰로오스 소수성 강화재와 복합소재에 대해 다루었다. 나노셀룰로오스의 표면 개질 반응에 대해 상세히 기술하였고, 변화한 표면 성질과 복합소재의 기계적/유변학적/열적 성질들에 대해 논의하였다. 본 논문의 2단원에서는 나노셀룰로오스 멤브레인의 개발과 응용에 대해 다루었다. 나노셀룰로오스 멤브레인의 화학적/구조적/형태학적/나노유체학적 성질들이 탐구되었고, 압력 조건 하 전기를 생산하는 에너지 하베스팅 디바이스로의 응용 또한 연구되었다. | Interests on development and the utilization of various sustainable materials have recently been boosted. Nanocellulose, inter alia, has received a great deal of attention due to the fact that it represents ubiquitousic character, high mechanical properties, non-toxicity, biodegradability, and most of all, eco-friendly nature. Currently, nanocellulose is being employed as the main material towards energy conversion, energy storage, environmental engineering, catalyst, biomaterial, display, and nanocomposite research. In this sense, I developed the nanocellulose-based hydrophobic reinforcement and the chemically crosslinked membrane for the purpose of green nanocomposite and energy conversion device. In chapter 1, it was demonstrated that nanocellulose was surface-modified by hydrophobic small molecules through EDC/NHS protocol and the nanocomposites exhibited unique rheological and thermal properties which were the indicative of mechanical reinforcement. In chapter 2, it was presented that the chemical, structural, morphological, and nanofluidic properties of nanocellulose-based membrane were systematically examined and its application towards ionic energy harvestor was facilitated.