Nafion is a Teflon(PTFE) based polymer which is characterized by a good separation between hydrophobic domain (back bone) and hydrophilic domain (ionic cluster). High conductivity to cations and water of Nafion. Nafion is being used to electrolyte or ionomer binder of electrode in PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell), IPMC (Ionic Polymer Metal Composite) actuator, and bio-sensor. However, it is commonly occurred the lack of performance and durability due to differences in behavior between the Nafion thin film and adjacent materials in long range operating cycles. In previous studies, however, experiments were conducted on various substrates, and behaviors of Nafion film are effected greatly type of substrate as their thickness decreases. Thus, in this study, the test is quantitative measurement that the effect of the substrate is eliminated by conducting an assessment on water. As the thickness decreased under 60nm, Nafion is constructed from the ion group dominant structure to back bone dominant structure, resulting in increased thermal expansion at low temperature and Young’s modulus, decreased α-transition temperature, elongation at break, and tensile strength. Hydration growth as the thickness decreases causes mechanical properties to weak. However, Young’s modulus in hydrated state was increased as thickness decrease because confinement effect of backbone is more dominant.
나피온(Nafion)은 양성자교환막연료전지의 전극의 바인더, 액츄에이터와 바이오 센서 등에서 사용되는 등 상업적으로 범용성이 뛰어난 고분자이다. 나피온은 친수성과 소수성 간 상 분리가 잘 일어나 내부에서 물 분자와 양이온의 이동이 잘 이루어지는 특성을 가지고 있다. 연료전지의 반복되는 구동 환경에서 나피온 박막과 인접 물질 간의 거동 차이로 인하여 성능 및 내구성이 저하되는 현상이 발생하는데 이를 보완하기 위한 연구가 현재까지 활발히 진행되고 있다. 기존 연구에서는 기판의 영향은 그 두께가 얇아짐에 따라 민감하게 작용하기 때문에 한계점이 있다. 따라서 본 연구에서는 물 위에서 평가를 진행하여 기판의 영향을 완전히 배제하였고 두께가 500 나노미터에서 수십 나노미터로 감소함에 따라서 열 팽창 및 유리전이 온도, 영률, 연신률, 그리고 인장강도 양상을 관찰하였다. 그 결과 박막의 두께가 60 나노미터 이하부터 구속효과로 인하여 이온 영역이 지배적인 구조에서 주 사슬이 지배적인 구조가 되어 열팽창률과 영률의 증가, 유리전이온도, 연신률, 인장강도 감소를 관찰하였다. 두께 감소에 따른 수화 증가는 기계적 성질을 약화시키지만 영률의 경우 주사슬의 구속효과가 더 지배적으로 작용하여 증가하였다.
