Liquid crystalline assembled materials have been attracted a great deal of research attention as a promising new material with their high alignment which can result in outstanding performances. In recent years, graphene-based liquid crystalline fiber has arisen as a new carbonaceous fiber with high expectations in terms of both superior and functional performances. The property of graphene-based fiber depends on the fabrication process parameters such as spinning dope, post treatment. Therefore, the novel method to control each step is highly demanded for a wide application. We tried to develop the spinning dope with a new binder for a defect engineered fiber inspired by mussel adhesive polydopamine. By establishing two-step incorporating relying on surface polymerization and subsequent infiltration, we could address the intrinsic structural defect during fiber spinning process. This defect-controlled graphene fiber exhibited high mechanical strength and electrical conductivity simultaneously. In addition, we demonstrated a new-concept of graphene oxide reduction strategy using flash lamp annealing. Based on the spatial controllability of reduction level via anisotropic irradiation, the properties of fiber can be delicately counterbalanced to obtain optimized fiber for high sensitivity humidity sensors. Finally, we investigated graphene enabled superior performance actuator with multi-responsive to diverse external stimuli as a new fiber based application. The ratio of graphene and liquid crystal elastomer was carefully optimized, and actuation performance of composite fiber was measured under heat and light.
액정 기반의 재료는 높은 배향성을 기반으로 우수한 물성을 제공 할 수있는 전도유망한 재료로서 많은 연구 관심을 끌고 있다. 그래핀계 액정 섬유는 고기능성 및 물성의 관점에서 잠재력을 보유한 구조로서 새로운 탄소계 섬유로 각광 받고 있다. 그래핀계 섬유의 물성은 방사 도프와 후처리와 같은 제조 공정 파라미터에 의존한다. 따라서 각 공정 단계를 제어하는 연구개발은 추후 재료의 광범위한 응용을 위해 요구되어 지고있다. 본 학위논문의 연구는 방사 도프 연구 단계에서 기존에 시도되지 않았던 홍합 접착제 폴리 도파민을 이용하여 제조한 결함 제어 섬유를 개발 및 제조에 성공하였다. 용액상에서의 표면 중합 및 후속 침윤 공정을 최적화하여 2 단계 제조 공정 확립함으로써, 섬유 방사 공정 도중 발생하는 본질적인 구조적 결함을 해결하였다. 이 결함 제어 그래핀 섬유로 높은 기계적 강도 및 전기전도성을 동시에 확보하였다. 또한 그래핀산화물 액정섬유에 광열처리 환원 공정을 도입 그래핀산화물계 구조체의 새로운 환원 공정법을 개발하였다. 플래시 광의 이방성 조사를 통한 환원정도의 공간 제어 가능성에 기반하여, 고감도 습도 센서에 최적화 된 맞춤형 물성 제어 섬유를 얻을 수 있다. 마지막으로 새로운 섬유 기반 응용 분야로서 다양한 외부 자극에 대한 반응성을 갖춘 우수한 성능을 보유한 그래핀 기반 섬유형 액추에이터를 제조하였다. 그래핀과 액정 엘라스토머의 비율을 최적화하고 열과 빛에서 복합 섬유의 우수한 작동 성능을 측정 하였다.
