In this study, we suggest to fabricate high strength lightweight 3D porous structure based on polymer-metal composite using directional freeze-drying method. Ultralight cellulose nanofiber (CNF) reinforced with silver nanowire (AgNW) 3D porous structure was fabricated using one-step process of directional freeze-drying method. The strength of AgNW/CNF 3D porous structure increased by 14.3 times even when the relative density of the Ag nanowire increased by 0.29%. As the concentration of Ag nanowire increases, the stretch-dominant deformation property of AgNW/CNF 3D structure gradually increses. Metal coated polymer 3D porous structure was fabricated using copper electroless plating on the polyvinylalcohol (PVA) directional freeze-drying 3D structure. Sn-Ag activation condition for Cu electroless plating on non-conductive polymer was determined. Mechanical strength of Cu/PVA 3D structure was lower than expected because of tearing of copper coating layer. Further studies are needed to increase connectivity between metal and polymer to solve this problem.
이 연구에서는 방향성 동결건조법을 이용하여 고분자-금속 혼합물 기반의 고강도 초경량 3차원 다공성 구조체를 제작하는 방법을 제시하였다. 방향성 동결건조 원스텝 과정을 사용하여 은나노선으로 강화된 초경량 셀룰로오스 나노섬유 3차원 다공성 구조체를 제작하는데 성공하였다. 은 나노선/셀룰로오스 나노섬유 3차원 다공성 구조체의 강도는 은 나노선의 상대 밀도가 0.29% 증가함에 따라 14.3배가 증가하는 것으로 확인하였다. 은나노선 농도가 증가할수록 인장 지배 변형 특성이 점차 증가하는 것을 확인하였다. 구리 무전해도금을 방향성 동결건조로 제작된 폴리비닐알코올 3차원 구조체에 진행하여 금속이 입혀진 고분자 3차원 다공성 구조체를 제작하였다. 구리 무전해도금에 대한 주석-은 활성화 과정을 최적화하는데 성공하였다. 구리/폴리비닐알코올 3차원 구조체의 기계적 강도는 구리 층의 박리현상으로 예상보다 낮게 측정되었으며 추후 연구에서 금속-고분자간 연결성을 증가시켜 이 문제를 해결해야 한다.
