Carbon nanotubes have various attractive properties such as high mechanical property, high thermal stability and tunable electrical conductivity, etc. However the pristine carbon nanotubes are generally insoluble in organic solvents or polymer matrix due to the strong Van der Waals interaction among them. In order to utilize the superior properties of idealized one dimensional structure, developing a robust strategy to promote the dispersion is crucial. In this thesis, a new dispersion method for carbon nanotubes using end functionalized polymer is introduced. End functional groups such as amine and carboxyl groups, attached to polystyrene can form hydrogen bonding with carboxyl groups at the surfaces of multi-walled carbon nanotubes. The noncovalent functionalization promotes the dispersion of carbon nanotubes in organic solvent and polymer matrix. This novel method for dispersion does not require any complicated chemistry or multi-step process and is expected to be universally applicable to a broad range of polymers and organic solvents. The carbon nanotube / polymer nanocomposites using end-functinalized polystyrene as a matrix polymer showed both better electrical conductivity and mechanical property than those of non-functionzalized polystyrene.
탄소간 강한 $sp^2$ 결합으로 이루어져 있는 카본나노튜브는 나노 사이즈의 직경을 가지고 있고 매우 큰 종횡 비를 가지고 있는 것이 특징이다. 이러한 카본나노튜브는 전기적, 기계적, 열적 성질을 포함한 매우 우수한 물리적 성질들을 가지고 있다. 하지만 카본나노튜브는 합성과 정제과정에서 강한 반데르 발스 (Van der Waals) 결합으로 인해 다발의 형태를 갖게 되어 이상적인 일 차원 구조로서의 우수한 특성을 모두 활용 할 수 없다. 따라서 카본나노튜브가 산업적으로 다양한 분야에서 유용하게 사용되기 위해서는 카본나노튜브 다발을 각각의 튜브로 분리하고 분산시키는 기술이 필요하다. 이러한 기술적 요구에 바탕하여, 본 논문에서는 말단 기능기를 가진 고분자를 이용한 카본나노튜브의 분산과 고분자 복합체 제조에 대해 연구하였다. 말단에 특정한 기능기를 가진 고분자는 기능기가 없는 고분자와 다르게 벤젠과 같은 유기용매 내에서 카본나노튜브를 효과적으로 분산시켰다. 이는 고분자의 말단에 달린 아민이나 카르복실기와 같은 기능기가 카본나노튜브 표면의 카르복실기와 수소결합한 결과이다. 이러한 근거는 적외선 분광기를 통해 확인할 수 있었다. 수소결합을 이용한 비공유 기능기화의 장점은 카본나노튜브를 복잡한 화학 공정을 거치지 않고도 다양한 고분자와 유기용매에 분산시킬 수 있다는 것이다. 이러한 분산방법을 이용하여 폴리스티렌/카본나노튜브 복합체를 제조하여 특성평가를 한 결과 기능기를 가진 폴리스티렌 복합체가 기능기를 가지고 있지 않은 폴리스티렌 복합체보다 더 나은 전기전도도와 기계적 성질을 가짐을 확인 할 수 있었다.
