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폴리머를 연구하는 사람이 아닙니다.
그래서 폴리머의 세계가 놀랍고도 신기해서 몇가지 궁금한점을 여쭙겠습니다.
저는 폴리머 (PI, PVdF)의 기계적 특성을 연구하기 위해서 nano-indentation이라는 장비를 통해
분석을 하였습니다.
그 측정 결과 PVdF는 S (stiffness, 강성): 0.0294 mN/nm, PI: S= 0.0203 mN/nm
HV (hardness): PVdF (15.5 HV), PI (43.899 HV)로 측정 되었습니다.
그런데 제 상식으로 이 결과를 논리적으로 해석하기에 어려움이 있습니다.
S(강성) 결과로 보면 PVdF가 PI보다 더 큰 강성을 가지는것을 알수 있었습니다. 이것을 통해
PI 폴리머가 재료 변형에 대해서 더 flexible 하다라고 판단을 하였습니다.
그런데 HV 경도 측정은 PI 폴리머가 더 높은 경도 (단단한것으로)를 가지는것으로 결과가 나왔습니다.
여기서 이러한 trade off한 관계를 논리적으로 해석하기에 어려움을 겪고 있습니다.
예를 들어 금속, 세라믹이 있습니다. 금속에 비해 세라믹은 상대적으로 높은 경도를 가지고 있다는 것은 이미 잘 알려져 있는 사실입니다. (비록 취성에는 취약 할지라도) 하지만 이런 높은 경도를 가지는 물질인 세라믹이 더 낮은 강성 (더 flexible) 하지는 않다고 생각합니다. 오히려 금속이 더 유연성이 뛰어 나다라고 생각을 평소에 가지고 있었습니다. 하지만 이번에 폴리머에 대한 기계적 평가 (indentaton) 결과는 trade off한 관계를 보여주고 있습니다.
제가 어디서 잘못 생각을 하고 있는 사실 쉬운답일수도 있지만 개인적으로 답답합니다.
- nanoindenter
각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
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답변
최용호님의 답변
2012-01-17- 3
안녕하세요
물질의 특성은 주로 물질을 구성하는 원자 및 분자의 종류와 그것들의 화학결합 형태에 의해 결정됩니다. 예를 들어 금속들은 금속결합이라는 특별한 결합을 이루고 있어서 강도가 뛰어나며 연성, 전성의 특성들을 모두 가지고 있습니다.
일반적으로 두가지 물질을 비교했을때 Hardness 가 뛰어난 물질은 Stiffness도 뛰어난것이 사실입니다. 하지만 Hardness 가 뛰어난 물질이 보다 Flexible한 물질이 되는 상황도 가능합니다. 이것은 이미 말씀드린 원자 및 분자의 종류와 화학결합의 차이에 따른 결과입니다. 금속과 세라믹을 비교하셨는데 금속과 나무를 비교해보면 그러한 결과가 나옵니다.
PI 와 PVdF, 두 물질의 원자 및 분자의 종류가 틀리고 화학결합 형태가 다르기 때문에 실험하셨던 결과가 나올수있습니다.-------------------------------------질문-------------------------------------
폴리머를 연구하는 사람이 아닙니다.
그래서 폴리머의 세계가 놀랍고도 신기해서 몇가지 궁금한점을 여쭙겠습니다.
저는 폴리머 (PI, PVdF)의 기계적 특성을 연구하기 위해서 nano-indentation이라는 장비를 통해
분석을 하였습니다.
그 측정 결과 PVdF는 S (stiffness, 강성): 0.0294 mN/nm, PI: S= 0.0203 mN/nm
HV (hardness): PVdF (15.5 HV), PI (43.899 HV)로 측정 되었습니다.
그런데 제 상식으로 이 결과를 논리적으로 해석하기에 어려움이 있습니다.
S(강성) 결과로 보면 PVdF가 PI보다 더 큰 강성을 가지는것을 알수 있었습니다. 이것을 통해
PI 폴리머가 재료 변형에 대해서 더 flexible 하다라고 판단을 하였습니다.
그런데 HV 경도 측정은 PI 폴리머가 더 높은 경도 (단단한것으로)를 가지는것으로 결과가 나왔습니다.
여기서 이러한 trade off한 관계를 논리적으로 해석하기에 어려움을 겪고 있습니다.
예를 들어 금속, 세라믹이 있습니다. 금속에 비해 세라믹은 상대적으로 높은 경도를 가지고 있다는 것은 이미 잘 알려져 있는 사실입니다. (비록 취성에는 취약 할지라도) 하지만 이런 높은 경도를 가지는 물질인 세라믹이 더 낮은 강성 (더 flexible) 하지는 않다고 생각합니다. 오히려 금속이 더 유연성이 뛰어 나다라고 생각을 평소에 가지고 있었습니다. 하지만 이번에 폴리머에 대한 기계적 평가 (indentaton) 결과는 trade off한 관계를 보여주고 있습니다.
제가 어디서 잘못 생각을 하고 있는 사실 쉬운답일수도 있지만 개인적으로 답답합니다.
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답변
김형근님의 답변
2012-01-18- 0
안녕 하세요
전 세라믹을 연구하는 사람입니다. 제가 아는 한도내에서 간단히 말씀 드리면 측정하신것이 맞을 수도 있습니다. 물론 같은 시편이라도 그 재료내에 있는 결함에 따라 어디에 indentation이 찍히냐에 따라 값은 많이 달라집니다. 이렇게 되면 측정값의 신뢰도에 문제가 생기기때문에 최소 5번 이상의 값을 내셔야 하며 그 평균오차를 구하셔야 합니다.
일단 모든측정이 잘 되었다는 가정하에 말씀 드리겠습니다. (첨부논문 보시면 많이 도움이 되리라 사료됩니다. 꼭 읽어 보세요)
먼저 indentation했을때 그려진 load-penetration depth 그래프를 한번 보시면, 제 소견으론 pvdf가 pi 보다 같은 load에 비해 더 많은 displacement가 있었을것 같습니다. 그러면 당연히 pi의 hardness가 높겠죠. (hardness=P(load) /A (contact area)).
그리고, 이 load를 제거하면, 분명히 또다른 곡선이 생길 것입니다. 즉 unloading 곡선이 됩니다. 이때 최초로 그려지는 곡선의 기울기를 그려보시면, 분명히 pi의 곡선의 기울기가 pvdf보다 작을 것입니다. 즉, stiffness는 unloding에 관한 기울기로써, (S=dP/dh) load가 제거될때의 탄성력을 나타내는것입니다. 모든 재료가 꼭 강성이 커서 그 경도도 크지는 않으나 많은 재료들이 서로 상호관계에 있습니다.
아마 측정하신 그래프를 천천히 보시면 좀더 쉽게 이해를 하시리라 여겨집니다.
첨부논문이 도움이되리라 여겨집니다.
감사합니다.
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폴리머를 연구하는 사람이 아닙니다.
그래서 폴리머의 세계가 놀랍고도 신기해서 몇가지 궁금한점을 여쭙겠습니다.
저는 폴리머 (PI, PVdF)의 기계적 특성을 연구하기 위해서 nano-indentation이라는 장비를 통해
분석을 하였습니다.
그 측정 결과 PVdF는 S (stiffness, 강성): 0.0294 mN/nm, PI: S= 0.0203 mN/nm
HV (hardness): PVdF (15.5 HV), PI (43.899 HV)로 측정 되었습니다.
그런데 제 상식으로 이 결과를 논리적으로 해석하기에 어려움이 있습니다.
S(강성) 결과로 보면 PVdF가 PI보다 더 큰 강성을 가지는것을 알수 있었습니다. 이것을 통해
PI 폴리머가 재료 변형에 대해서 더 flexible 하다라고 판단을 하였습니다.
그런데 HV 경도 측정은 PI 폴리머가 더 높은 경도 (단단한것으로)를 가지는것으로 결과가 나왔습니다.
여기서 이러한 trade off한 관계를 논리적으로 해석하기에 어려움을 겪고 있습니다.
예를 들어 금속, 세라믹이 있습니다. 금속에 비해 세라믹은 상대적으로 높은 경도를 가지고 있다는 것은 이미 잘 알려져 있는 사실입니다. (비록 취성에는 취약 할지라도) 하지만 이런 높은 경도를 가지는 물질인 세라믹이 더 낮은 강성 (더 flexible) 하지는 않다고 생각합니다. 오히려 금속이 더 유연성이 뛰어 나다라고 생각을 평소에 가지고 있었습니다. 하지만 이번에 폴리머에 대한 기계적 평가 (indentaton) 결과는 trade off한 관계를 보여주고 있습니다.
제가 어디서 잘못 생각을 하고 있는 사실 쉬운답일수도 있지만 개인적으로 답답합니다.
답변 진심으로 감사 드립니다. ^^