With the increasing demand of polymer with strong mechanical properties for industrial applications, polymeric composites containing fillers with high strength have gained much attention. Graphene is one of the most notable candidates for filler due to its high aspect ratio, excellent mechanical and thermal properties. Here we demonstrate incorporation of non-oxidized graphene flakes (NOGFs) into epoxy composite for the enhancement of thermal and mechanical properties. The NOGFs produced in this paper was prepared by exfoliating graphite intercalation compound (GIC), which was fabricated by thermally intercalating potassium sodium tartrate into raw graphite powder. By doing so, high quality graphene flakes could be produced with ease due to the interlayer expansion leading to weakening of interlayer interaction. As a result, highly crystalline NOGFs with low oxygen content (6.25%) and size raging up to 3㎛in monolayer thickness were exfoliated. Moreover, the NOGFs were edge-functionalized by tartrate, ensuring homogeneous dispersion in various solvents and also in epoxy matrix. The resulting graphene-epoxy composite showed 25.84% increase in elastic modulus and 228.05% enhancement in toughness in 0.6wt% filler concentration. Moreover, at 4wt% filler content, the composite had 70% of thermal conductivity enhancement compared to that of pure epoxy.
최근 발광 다이오드, CMOS, 자가용 그리고 항공우주 산업이 발달하면서 재료의 강도 및 열전도성 특성에 대한 중요성이 점차 증가하고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 나노물질을 첨가한 고분자 나노복합소재가 크게 각광을 받고 있으며 특히 최근에는 그래핀 플레이크가 고유의 우수한 열전도성(~5300 W/mK)와 기계적 특성(130 GPa의 인장강도와 1 TPa의 영률)으로 인해 복합체 재료로써 수많은 관심을 받고 있다. 하지만 그래핀 플레이크의 경우 첨가제로 이용될 시 제조 과정 중 발생하는 결함의 존재와 고분자 매질 내에서의 불균일한 분산으로 인해 복합체의 열전도성이 이론치만큼 향상이 이루어지기 어렵다. 이 연구는 흑연 층간화합물(GIC)을 이용하여 표면결함으로 인해 상대적으로 물성이 저하된 산화 그래핀이 아닌 우수한 품질의 비산화 그래핀 제조법을 논문으로 보고했다. 본 연구에서는 염수화물인 potassium sodium tartrate tetrahydrate을 이용해 제조된 GIC로부터의 비산화 그래핀 제조 결과를 보고한다. GIC를 유기용매에 분산하여 그래핀으로 박리시킨 결과, 적은 산소함량(~6.25 at%)의 우수한 품질의 그래핀 플레이크를 제조할 수 있었으며 혼합되었던 tartrate(C4H4O62？)가 그래핀 가장자리에 기능기화되어 그래핀의 분산성을 크게 향상시켰다. 이를 이용해 균일하게 분산된 에폭시 나노복합체를 제작한 결과를 소개하고자 한다.
