Percolation threshold

1. 탄소 나노 튜브 복합체의 물성
[출처 : 탄소나노튜브 복합체의 기술동향 , http://blog.daum.net/faisos/17173516]

전기전도도 측면에서 탄소나노튜브는 길이/직경비가 매우 크기 때문에 복합체 내에서 3차원적으로 균일한 분산이 이루어졌을 경우 튜브에 의한 전도성 path가 형성되어 적은 충전양으로도 전기전도도가 급격히 증가하는 percolation threshold가 발생된다. 이때 튜브간 접촉 거리는 5 nm 이내에서 전자의 hopping이 이루어져 전기적 전도성을 나타낼 수 있으며 길이/직경비가 클수록 낮은 탄소나노튜브 함량에서 전기적 percolation이 일어난다(Fig. 4).

탄소나노튜브 복합체의 전기전도도와 관련된 지금까지의 다수의 연구 결과에 따르면 통상 다중벽 탄소나노튜브의 경우는 1~2 wt%, 단일벽 탄소나노튜브는 0.05~0.1 wt% 함량에서 전기적 percolation이 발생된다.

일례로 최근 중국 Nankai 대학의 Chen 등은 단일벽 탄소나노튜브 함량이 0.062 wt%인 매우 낮은 농도에서 전기적 percolation이 일어나는 단일벽 탄소나노튜브/에폭시의 복합체를 제조하였으며 (Fig. 5), 이는 정전기 방전 및 전자파 차폐 재료로 응용될 수 있다[29].

기계적 물성과 열전도도 측면에서 Qian 등은 폴리스티렌에 1 wt%의 탄소나노튜브를 첨가하여 탄성율이 36~42%, 인장강도는 25%향상되는 결과를 얻었으며[30], Zyvex사에서 개발한 개질된 단일벽탄소나노튜브와 폴리우레탄의 복합체의 경우, 순수 폴리우레탄과 비교하여 탄소나노튜브를 5 wt% 첨가하였을 때 인장강도는 5배, 인장탄성율은 4배, 항복점강도는 2.8배, 파단점 신장율은 3.2배 증가하는 특성을 보이며 열전도도는 4배 향상되는 것으로 나타났다. 또한 3 wt%의 다중벽 탄소나노튜브가 함유된 폴리카보네이트 복합체의경우 인장강도는 2배, 탄성율은 3배 이상 증가하는 것으로 보고되었다[31].

2. Electromagnetic properties of composites containing elongated conducting inclusions

The percolation threshold is an important properties since it determines the concentration of inclusions for which dramatic changes in the dielectric properties occur.

3. 고분자/도전성 입자 복합계는 공업적으로 중요할 뿐만아니라, 그 전기전도도는 어느 도전성 입자 충전량을 경계로 절연영역에서 도전영역으로 전이적으로 변화하여 물리적으로도 흥미로운 현상을 보임. 일반적으로, 이 절연체-도전체 전이는 퍼콜레이션이라 하며, 이 때의 도전성 입자의 충전량은 퍼콜레이션 문턱값 (percolation threshold) 이라고 함

4. 투명한 전도성의 나노튜브를 제조하기 위한 조건 

[출처] 투명한 전도성의 나노튜브를 제조하기 위한 조건|작성자 호키

단일 벽 탄소 나노튜브(single-wall carbon nanotubes (SWCNTs))는 소형 전기 전도체로서 활용될 수 있는 가능성을 내재하고 있다. 낮은 농도의 나노튜브만으로도 절연성 고분자 필름은 투명한 전기 전도체로 변화될 수 있다. 따라서, 이러한 복합체는 투명한 전기적 보호 물질에서 미래의 유연한 디스플레이 장치, 박막 화학 센서, 접을 수 있는 전자 소자에 이르는 다양한 분야에 활용될 가능성을 갖고 있다. 한편 전도성 필름에 있어 중요한 디자인 인자 중 하나는 임의의 2차 혹은 3차원 망상조직을 갖는 나노튜브가 전도성을 갖게 되는 농도인 소위 “침투 문턱값(percolation threshold)”이다.