탄소 동소체-황토 복합재료를 사용한 친환경 발열체 제작과 특성 분석 = Construction and Characterization of Heating Devices using the Composites of Carbon Allotrope and Loess
저자
김소연 ( So Yun Kim ) ; 최예윤 ( Ye Yoon Choi ) ; 윤대현 ( Dae Hyun Yoon ) ; 김효권 ( Hyokwon Kim ) ; 정규관 ( Kyukwan Zong ) 연구자관계분석
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학술지명
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2019
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학술저널
수록면
21-38(18쪽)
제공처
본 연구는 친환경적 재료인 황토와 탄소 동소체인 탄소 나노튜브와 흑연을 혼합하여 발열체를 제작하고 발열 특성을 분석한 연구이다. 황토는 우리나라 대표적인 전통 건축 재료이다. 최근 황토가 친환경적이고 전자파를 차단하고 원적외선을 방출한다고 해서 전통 가옥의 벽과 실내의 온돌 바닥 재료로서 각광을 받고 있다. 특히 황토는 단열과 통풍성이 좋으며 겨울에는 따뜻하고 여름에는 시원한 특성을 가지고 있어 우리나라와 같은 사계절을 가진 나라에서 매우 적합한 건축 재료이다. 황토의 이런 장점을 살리고 매우 안정하고 인체에 무해한 전도성이 뛰어난 탄소 동소체인 흑연과 탄소 나노튜브의 장점을 살려 이 두 물질의 복합체를 합성하였다. 합성한 복합체를 사용하여 발열체를 제작하고 저항과 발열 효과를 측정하였다. 황토에 흑연을 넣어 만든 혼합체의 저항 값 측정에서 흑연 0.1g이 섞인 시료의 경우 저항 값이 크게 나타났지만 0.2g ~ 0.5g 까지의 시료의 경우 상대적으로 매우 낮은 저항 값을 보였다. 이들 시료는 평균 저항 값이 0.2kΩ ~ 4kΩ 까지의 매우 우수한 전기전도성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이로써 황토에 적정량의 흑연을 섞어 넣은 경우 매우 우수한 발열체로서의 기능을 가질 수 있음을 예측할 수 있었다. 실험을 통하여 탄소나노튜브보다는 흑연이 황토와 잘 혼합되는 성질을 보여 주었다. 그리고 동일 질량인 경우 탄소나노튜브가 흑연보다 더 높은 발열 효율을 보여 주었다. 따라서 황토와의 혼합성, 혼합 질량 비율, 경제성 등을 고려해 볼 때 흑연은 혼합성과 경제성에서 우수하고, 탄소나노튜브는 혼합 질량 비율에서 더 우수한 결과를 보여 주었다.
더보기This study centers around the construction of environmental friendly heating devices and characterization using the composites of carbon allotrope and loess. Loess is one of the most popular traditional construction materials. It has been extensively studied that loess is environmentally friendly construction material and very helpful to stop electrical radiation, also known to emit long wave length of infra-red. It also is excellent in permeating air and insulating, therefore the houses made of loess enjoy cool in summer and warm in winter. Meanwhile, carbon allostopes including graphite and carbon nanotube are very stable and highly conductive. From a variety of merits for loess and carbon allostropes, we designed and evaluated a heating device consisted of a composite of loess and carbon allotropes such as carbon nanotubes and graphite. the composites including up to 0.1 g of graphite showed very big electrical resistance but they displayed relatively low resistance in the range of 0.2-0.5g. These samples showed average of 0.2-4kΩ resistance and thus excellent electrical conductivities. Our study demonstrated that graphite showed superior miscibility with loess than carbon nanotube did. The composites including carbon nanotube displayed superior heating efficiencies than those including graphite did if the composites prepared from the same weight ratio between carbon allostrope and loess.
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