고체-고체 상변화 물질(PCM)은 열에너지 저장(TES) 분야에서 누액 방지, 캡슐화 요구사항 감소, 설계 유연성 등 여러 장점을 제공한다. 특히 펜타글리세린(PG) 및 펜타에리트리톨(PE)과 같은 유기 플라스틱 결정(OPC)은 높은 잠열과 조절 가능한 전이 온도를 갖지만, 결정상에서의 취약성, 제한된 가공성, 열 순환 중 거시적 변형 등의 문제로 실제 적용에 한계가 있었다.
본 연구는 섬유화되는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 바인더를 도입하는 재료 공학 전략을 제안한다. 전단 유도 PTFE 섬유화 및 정제(tableting) 공정을 통해 PG 및 PE 복합재를 제작했으며, OPC 매트릭스 내부에 상호 연결된 섬유 네트워크를 형성했다. 이 네트워크는 OPC의 고유한 고체-고체 열 저장 기능을 유지하면서 결정상에서 기계적 보강 및 연성 향상을 제공한다.
PTFE 강화 복합재는 반복적인 열 순환 조건에서 영구 변형 감소 및 팽창-수축 손상 완화와 함께 현저히 향상된 형상 안정성을 보였다. 상변화 온도와 잠열은 OPC 상에 의해 주로 결정되었으며, 과냉각 값은 해당 시스템에서 보고된 낮은 범위에 속했다. 추가적으로 열전도도 향상 및 흡습성 감소 효과도 확인되었다.
이 연구는 PTFE 섬유화를 통해 OPC의 핵심적인 재료 수준 병목 현상인 열 순환 중 거시적 형상 안정성 손실을 극복할 수 있음을 입증한다. 결과적으로 개발된 복합재는 보호 코팅 및 추가 보강을 포함한 미래 TES 통합 전략을 위한 기반 플랫폼을 제공한다.
지속가능하고 친환경적인 운송 수단으로의 전환에 있어 전기차(EV)는 핵심적인 역할을 수행합니다. 본 종합 리뷰는 전기차 분야에 적용되는 지속가능 복합재료의 통합을 심층적으로 탐구합니다. 바이오 복합재료부터 재활용 폴리머에 이르기까지 다양한 재료의 열적, 환경적 특성을 평가하고, 전 과정 평가(LCA)를 통해 전기차의 전반적인 지속가능성을 향상시킬 잠재력을 분석합니다.
또한, 재생에너지 통합, 자동화, 머신러닝 및 인공지능 활용 등 지속가능 복합재료 제조 기술의 최신 발전 동향을 조명합니다. 전기차의 다양한 응용 분야와 영향 요인을 종합적으로 탐색하며, 증가하는 전기차 수요에 대응하여 상세한 시장 분석과 트렌드 논의를 포함하여 포괄적인 이해를 돕습니다.
본 리뷰는 지속가능 복합재료와 관련된 과제, 혁신적인 해결책, 그리고 미래 전망을 다각적으로 논의하며, 보다 친환경적이고 효율적인 전기 이동성 솔루션을 위한 지속적인 노력에 기여합니다. 이 연구는 전기차 분야에서 지속가능한 관행을 발전시키는 데 관심 있는 연구자, 정책 입안자 및 산업 전문가들에게 귀중한 자료가 될 것입니다.
섬유 강화 고분자 복합재(FRPC)의 기계적 성능은 섬유-기지 계면 설계에 의해 결정됩니다. 표면 개질 전략에 대한 광범위한 연구에도 불구하고, 계면 특성 개선이 신뢰할 수 있는 구조적 성능으로 이어지는 데는 여전히 어려움이 있습니다. 본 총설은 표면 화학, 계면층 구조, 나노 개질 및 공정 조건이 하중 전달, 계면 전단 강도, 손상 진화 및 전반적인 기계적 거동을 어떻게 종합적으로 제어하는지 비판적으로 검토합니다.
기존의 개질 기술 요약 위주 총설과 달리, 본 연구는 계면 설계와 제조 공정 간의 연관성에 중점을 둡니다. 계면 성능이 재료의 고유한 특성이라기보다는 공정에 크게 의존함을 보여줍니다. 보고된 계면 지표 개선 사항들은 거시적 구조 성능과 비교하여 비판적으로 평가되었으며, 분산 품질, 수지 유변학, 공정 결함 및 확장성에서 발생하는 지속적인 한계를 밝혀냈습니다.
물리화학적 개질과 박리, 섬유 인발, 피로 저하를 포함한 라미네이트 수준의 파괴 메커니즘을 연결하기 위한 다중 스케일 프레임워크가 제안됩니다. 이를 통해 계면층 특성화, 표준화된 평가 방법 및 확장 가능한 계면 엔지니어링의 주요 연구 격차를 식별합니다.
본 총설은 공정 통합 설계, 예측 모델링 및 차세대 복합재 구조를 위한 다기능 계면층을 기반으로 하는 미래 연구 방향을 제시합니다. 이는 FRPC의 구조적 성능 향상을 위한 계면 공학의 중요성을 강조합니다.
극저온 환경에서 사용되는 내마모성 소재는 강도와 손상 허용 오차를 동시에 향상시키기 어렵다는 근본적인 한계에 직면해 있습니다. CoCrNi 기반 중간 엔트로피 합금(MEA)은 극저온 인성이 우수하지만, 이러한 강도-손상 허용 오차 상충 문제로 인해 적용에 제약이 있었습니다. 특히, 2차상 강화는 강도를 높이지만, 상 간의 변형률 불일치가 균열을 유발하며 이는 저온에서 더욱 심화됩니다.
본 연구는 이러한 난제를 극복하기 위해 부분 재결정화를 조절하는 새로운 미세구조 설계 전략을 제시합니다. (CoCrNi)90Mo10 MEA의 열-기계적 처리를 최적화하여, 완전히 재결정화된 FCC 상이 경질의 비재결정화된 σ 상의 연속적인 골격 내부에 균일하게 분포하는 독특한 아키텍처를 구현했습니다.
이 최적화된 미세구조를 가진 합금은 113K에서 주조 상태 및 완전 재결정화된 합금보다 절반 이하의 현저히 낮은 마모율을 보였습니다. 실험 및 모델링 결과는 σ 골격이 견고한 구조적 지지력을 제공하고 응력을 깊이 분산시키는 동시에, 높은 결정립계 밀도와 어닐링 쌍정을 가진 재결정화된 FCC 상이 유연한 변형률 수용 매체 역할을 하여 계면 균열을 효과적으로 억제하는 시너지 효과를 나타냈습니다.
이러한 '골격 효과'와 '재결정화 효과'의 결합은 탁월한 극저온 내마모성을 제공할 뿐만 아니라, 극한 환경을 위한 고성능 균열 저항성 이중상 복합재 설계에 실용적인 전략을 제시합니다.
