Boron nitride nanotubes (BNNT) is an inorganic analogue of carbon nanotube (CNT), which carbon atoms are fully substituted by boron and nitrogen atoms, arranging in a hexagonal lattice in nature. BNNT is belonged to a novel class of materials with excellent mechanical, electrical insulation, thermal and optical properties. The dispersion quality of BNNT in various media is a critical requirement for its applications in various fields of materials science. However, the reported studies on dispersion of BNNTs are very limited so far. In this thesis, effects of non-covalent functionalization on dispersion quality of BNNTs and corresponding physico-chemical properties of BNNT composites are systematically investigated. The polymers which can be bound on the BNNTs surface by physical adsorption are carefully designed to disperse them in various solvents. Highly stable dispersion of BNNTs in organic and aqueous solvents are successfully prepared with high concentration up to 20 wt% of BNNTs. Owing to the high dispersion stability of BNNTs, a lyotropic BNNT liquid crystal (LC) at high concentration of BNNTs is obtained and the physical properties of the LC are investigated in detail. Finally, liquid crystalline fiber of BNNTs having uniaxially aligned BNNT bundles is fabricated via liquid crystalline fiber spinning. The further development of BNNT spinning will draw a significant attention from researchers in materials science who are looking for the practical applications such as radiation shielding, insulating high thermal conductive materials, and piezo-electric devices.
질화 붕소 나노튜브 (BNNT)는 탄소나노튜브 (CNT)와 구조적 유사성을 갖고 있으며, 탄소 단원자 육방정계인 CNT의 탄소 원자 대신 보론원자와 질소원자가 치환되어 있는 육방정계 구조를 갖는다. CNT와 유사한 구조로 인해 뛰어난 기계적 강도와 높은 열전도도를 갖지만, 보론과 질소의 교대결합으로 인해 BNNT는 넓은 밴드갭을 갖고 있어 절연특성과 높은 내산화성 그리고 내화학성을 갖는다. 이러한 BNNT의 고유의 우수한 특성을 재료 과학 분야에 적용하기 위해서 다양한 분산매에서의 BNNT의 분산 품질을 확보하는 것은 매우 중요한 요건이다. 일반적으로 BNNT는 유기 및 수용성 용매에 분산되지 않으므로 제조 공정성이 매우 좋지 않다. 이를 극복하기 위해 BNNT의 기능화 및 가용화에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있지만, 현재까지 보고된 BNNT의 분산에 관한 연구는 지금까지 효과가 미비하거나 제한적인 방법에 한계가 있어 보다 다양한 용매와 기재에 대한 분산기술에 대한 한계를 극복해야 한다. 본 학위 논문에서는 BNNT의 분산 품질과 BNNT 복합체의 해당 물리화학적 특성에 대한 비공유 기능화의 영향을 체계적으로 연구하였다. 물리적 흡착에 의해 BNNT 표면에 결합될 수 있는 고분자 분산제는 다양한 용매에 분산되도록 설계하였다. 유기용제 및 수용성 용제에서 최대 20 wt%까지 고농도로 BNNT를 고도로 안정적이도록 성공적으로 분산하였다. 이러한 BNNTs의 높은 분산 안정성 덕분에 고농도에서 유방성 BNNT 액정(LC)을 구현하여 BNNT LC의 물리적 특성을 상세하게 연구하였다. 마지막으로, BNNT가 축방향으로 정렬되어 충전밀도가 매우 높은 BNNT 섬유를 BNNT LC를 wet-spinning 방법을 통해 제조하였다. BNNT의 방사의 추가적인 연구는 방사선 차폐 복합체, 전기적으로 절연체이지만 고열전도성 복합체, 압전특성 응용 복합체 등의 실용적 응용을 모색하는 재료 과학 연구자들로부터 상당한 관심을 끌 것으로 기대하고 있다.
