전기방사를 이용한 나노섬유의 제조와 전기화학적 응용

Chapter 1. Electrospinning
1. Introduction 11
2. Preparation of electrospun nonwoven nanofiber 12
3. Application of nonwoven nanofiber mat 14
4. Conclusion 18
References 20

Chapter 2. Mechanism and apparatus of electrospinning for practical experiment
1. Introduction 27
2. Apparatus 27
3. Description of general electrospinning 31
1) Generation of polymeric droplet 32
2) Generation of Taylor cone 34
3) Solution jet 36
4) Whipping motion 37
5) Solidification 40
6) Collecting on the grounded collector 42
References 45

Chapter 3. Parameters for electrospinning based on their results
1. Introduction 51
2. Parameters for surface tension 53
3. Parameters for solidification rate 55
4. Taylor cone generation 58
5. Bead on a string 62
6. Parameters to control diameter of nanofiber 65
7. Required voltage to fabricate nanofiber 69
8. Conclusions 71
References 72

Chapter4. Mass Production of Polymeric Nanofibers based on Electrospinning
1. Introduction 79
2. Multi-jet electrospinning 80
3. Needleless electrospinning 83
4. Syringeless electrospinning 89
5. Conclusions 93
References 94

19세기 산업혁명과 20세기의 대한민국의 산업 발전을 주도한 섬유 산업은 기존 면직 및 기초 섬유 소재 개발에 제한되어 있던 것과 다르게 최근에는 고기능성 섬유 소재를 이용한 다양한 촉매, 필터, 배터리 분리막, 생체 재료 등의 다양한 분야로 그 응용분야를 팽창시키고 있다. 이러한 섬유 산업이 다양한 응용분야를 가지게 될 수 있었던 주된 이유는 고전적인 섬유 생산 시스템에 나노 과학 및 고분자 화학이 도입되었기 때문이라 할 수 있다. 섬유 소재의 기능성을 증가 시키기 위해서는 섬유 소재의 표면 기능기의 수가 증가하여야 하며, 이를 위한 간단한 방법으로는 섬유의 직경을 줄여 그 비표면적을 증가하는 방법을 고려할 수 있다. 하지만, 전통적으로 사용되는 섬유 생성 시스템들은 그 생성되는 섬유의 두께가 수 mm 단위인 매우 두꺼운 지름을 가지기 때문에, 나노 섬유를 생산하기에는 그 한계가 존재한다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 용융 방사 (melt spinning), 계면 중합 (interfacial polymerization), 해도사 섬유 제조 공법 등과 같은 새로운 방사기법들이 개발 되고 있으나, 이러한 방사 기법의 발전에도 불구하고 고분자 나노 섬유의 구조 및 성능을 더욱 강화하기 위하여서는 보다 직관적이고, 폭넓은 고분자 소재의 도입을 위한 방법이 지속적으로 요구되고 있다. 이러한 요구 조건에 가장 부합하는 섬유 생성 시스템은 전기방사 (electrospinning) 기법이라 할 수 있다. 전기방사 기법은 다양한 종류의 고분자 물질 혹은 무기물질의 멜트 혹은 용액 물질을 액적화하고, 액적에 고전압의 전기에너지를 인가해주는 방법을 통하여 나노 섬유를 형성하는 방법이다. 따라서, 전기방사 기법은 다양한 종류의 물질들을 나노 섬유화 할 수 있으며, 나노 단위의 섬유 물질을 매우 간단하게 얻을 수 있다는 장점이 있다. 본 챕터에서는 전기방사 기술을 이용하여 다양한 형태의 고 기능성 섬유 소자를 제조할 수 있는 접근방법들을 소개하고자 한다.