차량용 크러시 박스는 사고 시 손상을 최소화하는 핵심 안전 부품으로, 충돌 에너지를 흡수하는 역할을 한다. 본 연구에서는 0.25% 및 0.50% 그래핀이 첨가된 원통형 복합재 크러시 박스의 피크 힘, 에너지 흡수량, 비에너지 흡수량을 수열 노화 조건에서 실험적으로 분석했다.
복합재 크러시 박스는 유리섬유, 아라미드섬유, 탄소섬유 및 이들의 하이브리드 조합을 사용하여 진공 주입법으로 제작되었다. 하이브리드화 과정에서는 섬유의 권선 순서를 내부에서 외부로 변경했다. 수열 노화 조건은 60°C에서 500시간 및 1000시간으로 설정하여 진행했다.
가장 높은 에너지 흡수 값은 0.25% 그래핀이 첨가된 에폭시 수지 매트릭스의 탄소섬유 강화 샘플(CFRPG1H2)에서 1000시간 수열 노화 후 관찰되었다. 반면, 가장 낮은 피크 강도는 0.50% 그래핀이 첨가된 아라미드섬유 강화 샘플(AFRPG2H2)에서 1000시간 수열 노화 후 나타났다. 그래핀 첨가율을 높이면 노화로 인한 부정적인 영향이 감소하는 경향을 보였다.
특히 그래핀 비율을 0.25% 증가시키는 것이 노화 특성에 유의미한 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 본 연구 결과는 차량 안전 부품 설계 및 복합재료의 내구성 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
최근 머신러닝(ML)은 복합재료의 기계적 거동을 예측하는 강력한 도구로 부상하며, 기존의 시험 및 시뮬레이션 방법보다 빠르고 경제적인 대안을 제시하고 있습니다. 본 총설은 랜덤 포레스트, 서포트 벡터 머신, 인공신경망, 딥러닝 모델 등 다양한 ML 기법이 인장 강도, 경도, 파괴 인성, 피로 수명과 같은 핵심 재료 특성을 예측하는 데 어떻게 활용되는지 탐구합니다.
다수의 최신 연구를 분석하여, ML 모델이 실험 및 시뮬레이션 데이터를 기반으로 훈련되어 공정 변수, 재료 조성, 그리고 최종 성능 간의 복잡한 관계를 규명하는 과정을 조명합니다. 다양한 알고리즘의 정확도, 한계, 적합성을 비교하고, 하이브리드 모델, 특징 선택, 데이터 품질의 중요성을 강조합니다.
나아가 ML이 다중 스케일 모델링, 설계 최적화, 실제 응용 분야에서 지닌 미래 잠재력을 논의하며, 데이터 부족, 모델 해석 가능성, 표준화된 검증 프로토콜의 필요성 등 실질적인 과제 또한 다룹니다. 본 총설은 현재까지의 발전과 도전 과제를 요약함으로써 복합재료 연구 및 응용 분야에서 ML 도입에 대한 정보에 입각한 의사결정을 지원합니다.
전자 장치의 소형화, 집적화 및 다양화 추세에 따라 전자기파 적합성 및 방열 문제를 해결하기 위한 열관리 및 광대역 전자기파 흡수 복합재 개발이 중요해지고 있습니다. 본 연구는 선인장의 다단계 가시 구조에서 영감을 받아, 열전도도와 전자기파 흡수 성능을 동시에 향상시키기 위한 생체 모방 3D 네트워크 구조를 제안합니다.
수평 열 전달 경로를 형성하는 질화붕소 나노시트(BNNS)와 층간에 수직으로 성장된 코발트 촉매 질소 도핑 탄소 나노튜브 배열(Co@NCNTs)을 활용하여 선인장과 유사한 이종 구조 필러를 제작했습니다. 고체-고체 상변화 폴리에틸렌 글리콜 매트릭스와 방향성 조립 공정을 결합하여 최종 복합재를 얻었습니다.
(Co@NCNTs)@BNNS의 질량 분율이 30wt%일 때, 두께 2.5mm에서 복합재는 최적의 전자기파 흡수 및 열전도 성능을 보였습니다. 최대 유효 흡수 대역폭은 6.72GHz에 달했으며, 면내 및 면외 열전도 계수는 각각 2.55 및 0.94 W·m–1·K–1를 기록하여 열전도도와 전자기파 흡수 성능이 동시에 향상됨을 입증했습니다.
밀도범함수 이론 분석을 통해 Co@NCNTs와 BNNS 시스템 간의 계면 결합을 확인했으며, Co 및 질소 도핑 탄소 나노튜브 간의 독특한 전자 구조가 전자기파 흡수에 유리함을 검증했습니다. 본 연구는 차세대 고밀도 전자 장치에 필요한 통합 열-전자기 관리 재료를 위한 새로운 전략을 제공합니다.
금속-유기 골격체(MOF)는 독특한 특성으로 환경 정화 분야에서 폭넓게 활용되지만, 분말 형태라는 한계로 실제 적용에 제약이 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해, MOF를 풍부하고 지속 가능한 바이오매스 유래 나노셀룰로스(NC)와 결합하여 가공 가능한 거시적 구조체를 구축하는 연구가 활발합니다.
본 총설은 MOF-NC 기반 다차원 거시 재료의 제조 및 환경 정화 응용 분야의 최근 발전을 다룹니다. 염료 흡착 및 분해, 의약품 제거, 중금속 이온 포획, 휘발성 유기 화합물(VOC) 흡착 및 분해, 이산화탄소 포획 및 분리, 미세먼지(PM) 분리 등 다양한 적용 사례를 제시합니다.
MOF-NC 복합체 제조에 주로 사용되는 두 가지 전략을 요약하여, 가공 가능한 거시적 구조체를 효과적으로 구현하는 방법에 대한 통찰을 제공합니다. 또한, 다차원 MOF-NC 복합체의 구조-특성-기능 관계를 개괄하고, 오염된 환경 정화에서의 다재다능한 응용 가능성을 강조합니다.
이 재료의 환경 오염물질 제거 메커니즘, 당면 과제, 그리고 미래 전망을 상세히 제시합니다. 본 총설은 연구자들이 미래 환경 정화를 위한 고성능, 다기능, 지속 가능하며 확장 가능한 MOF-NC 복합체를 설계하는 데 길잡이가 되고자 합니다.
