유리 섬유의 변형, 특성 및 실제 응용 분야의 최근 진행 상황. (2023)

저자: Yawen Wu[1,†], Yangyang Song[1,†], Di Wu[1], Xiaowei Mao[1], Xiuling Yang[2], Shaohua Jiang(교신저자)[2,*] ; Chunmei Zhang [3]; Rui Guo (교신저자) [1,*]

1. 소개

유리 섬유(GF)는 용융 유리를 섬유화하여 얻은 면과 같은 물질입니다[1]. 높은 종횡비, 작은 체적 밀도, 낮은 열전도율, 강한 내식성, 안정적인 화학적 성능 및 전기 절연성과 같은 여러 가지 우수한 특성을 가진 무기 비금속 재료입니다 [2,3,4,5,6 ,7]. 그것은 화학 분야에서 중요한 흡착제이자 중요한 새롭고 경량이며 에너지 절약형 복합 다기능 캐리어가 되었습니다. 단열재[8], 화재 예방[9,10], 단열재[11,12,13], 차음재[14,15,16], 흡착재[17,18], 폴리머 전구체로 사용 가능 [19,20,21]. 플라스틱, 고무, 화학, 항공 우주 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 취성 및 열악한 내마모성과 같은 몇 가지 단점이 있어 GF의 직접적인 적용을 방해합니다. 이러한 문제를 해결하고 GF 표면의 구조적 조성을 변화시켜 고분자 매트릭스와의 상용성 및 결합력을 향상시키기 위해 적용 전 GF 표면을 변형시키는 다양한 물리적 및 화학적 변형 방법이 개발되었다[22].

GF의 주성분은 고분자(SiO2) 형태로 존재하는 비정질 이산화규소이다. 실리콘 원자는 모서리를 공유하는 산소 원자에 의해 3차원 네트워크 구조를 형성합니다[23,24,25]. 망상 구조는 GF가 매우 불활성인 물질임을 결정하고, 따라서 변형된 GF(MGF)를 생성하고 GF의 적용 범위를 확장하기 위해서는 그 표면이 기능화되어야 합니다.

본 논문에서는 다음 세 가지 측면에서 MGF의 최신 연구 진행 상황을 요약합니다. (II) 개질 시 표면 구조 및 기계화학적 특성의 변화를 포함하는 MGF의 특성; 및 (III) 흡착제, 복합 강화 재료, 생물 의학 분야 및 기타 분야를 포함한 MGF의 적용 범위. 또한 기존의 성과를 바탕으로 이 분야의 기존 문제를 해결하고 도전을 극복하기 위한 우리만의 견해와 전망을 제시한다. 합성에서 적용까지의 MGF 검토, 특히 수정 방법 및 특성에 대한 비판적 검토가 다른 재료의 대상 지정 및 정확한 수정에 대한 지침을 제공할 수 있기를 바랍니다.

2. 표면 개질 방법

표면 개질은 GF의 중요한 심층 처리 방법입니다. GF의 표면 활성을 개선하거나 GF와 폴리머의 상용성을 개선하기 위한 요구 사항에 따라 GF 표면의 물리적, 화학적 또는 기계적 처리를 포함합니다. 표면 개질은 Si-O 및 Si-OH 결합과 같은 활성 그룹의 존재를 기반으로 합니다. 화학 반응 방식을 사용해도 내부 구조와 물리화학적 특성은 변하지 않고 GF의 계면층 조성만 바꾸는 것이 특징이다.

그림 1에 설명된 것처럼 GF에 대한 다양한 표면 개질 방법이 있습니다. 가장 일반적인 방법은 코팅 개질[26,27,28,29,30], 불소화 개질[13], 화학적 그래프팅 개질[31,32, 33], 산화환원 수정[22], 산-염기 에칭 수정[34,35,36], 플라즈마 처리[37,38], 도핑 수정[39,40]. 이러한 수정 방법은 GF의 포괄적인 특성을 개선하고 다양한 GF 유도체의 기능화 또는 다중 기능화를 위한 방법을 제공할 수 있습니다.

2.1. 코팅 수정

표면 코팅 방법은 화학 결합, 물리적 증착 또는 화학적 흡착에 의해 GF 표면에 유기, 금속 또는 비금속 코팅을 코팅하는 방법입니다. 다른 코팅은 다른 특성을 가지며 코팅 수정은 GF 표면 특성을 수정하는 데 다양성을 보여줍니다. 딥 코팅, 스프레이 방법, 전기 도금[43,44,45,46,47,48], 열분해[49,50,51], 전기영동 증착[52,53,54]과 같은 맞춤형 코팅 방법[41,42] ] 및 전열 충격[55]은 현재 GF를 수정하는 데 사용됩니다.

2.1.1. 사이징 수정

GF에 대한 유망한 수정 방법은 섬유가 주로 필름 형성제와 커플링제로 구성된 슬러리로 코팅되는 섬유 사이징입니다. 이 두 가지 주요 구성 요소 외에도 슬러리는 추가 윤활제, 정전기 방지제 및 계면 활성제를 포함할 수 있습니다[56,57,58,59]. 복잡한 사이징 수식에는 10개 이상의 구성 요소가 포함될 수 있습니다.

사이징 수정의 장점은 복합 제품의 생산, 비용 효율적이고 효율적인 제조, 기판 인터페이스에 대한 최적화된 접착력, 복합 제품의 장단기 성능 향상, 손상 및 환경 저하로부터 섬유 표면 보호, 수분 유입 감소 및 인터페이스 영역의 기능 추가.

필름 형성제 개질

슬러리 제형에서 필름 형성제는 일반적으로 재료의 70-90%를 구성합니다. 필름 형성제는 에멀젼 분산 기술에 의해 GF 표면에 고분자량 및 수불용성 물질을 형성하여 GF를 보호, 고정 및 윤활하고 후속 섬유 가공 중에 매트릭스로부터의 분리를 촉진합니다. 일반적으로 사용되는 필름 형성제는 폴리비닐 아세테이트, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 에폭시 수지 및 변성 에폭시 수지를 포함합니다[60].

Abdul et al. GF 표면에 광반응성 디벤조페논 잔기 또는 디아조카르복실 그룹(그림 2A(II))을 포함하는 폴리머 필름을 물리적으로 증착하기 위해 딥 코팅 방법을 사용했습니다. 빛과 열 자극에 의해 활성화된 후, 형성된 반응성 중간체는 (그림 2A(I))에 표시된 것처럼 인접한 C-H 삽입에 의해 가교됩니다. 표면은 강한 가교 폴리머 네트워크로 코팅되었습니다. 섬유 표면에서 코팅의 존재는 주사 전자 현미경(그림 2B)을 사용하여 시각화할 수 있으며, 이는 두 개의 서로 다른 PS 기반 폴리머로 수정 전후의 유리 섬유 지형을 나타냅니다. 중합체는 섬유 표면에 공유결합으로 연결되었다. 이 유형의 사이징제는 비특이적이고 광범위하게 적용 가능하며 재사용이 가능합니다[61].

실란-커플링제 수정

슬러리의 또 다른 주성분은 실란 커플링제입니다. 실란 커플링제는 다양한 유기실란 분자를 포함합니다. 일반적인 구조는 [R–Si(OX)[sub.3]]이며, 여기서 X는 메틸 또는 에틸 그룹이고 R 그룹은 아미노, 에폭시, 메틸아크릴옥시 또는 비닐 작용기를 포함합니다. 분자의 한쪽 끝은 GF 표면과 반응하고 다른 쪽 끝은 폴리머 매트릭스와 반응합니다[56]. 실란 커플링제와 GF 사이의 상호 작용은 일반적으로 표면 실란올의 축합 반응으로 설명됩니다(그림 3A). 실란 커플링제는 먼저 불안정한 실라놀로 가수분해되고, 섬유 표면의 실라놀과 수산기는 물 분자를 제거하여 합체합니다. 실록산 네트워크는 섬유 표면에 공유 결합됩니다. 실란 커플링제는 자기 축합하는 경향을 보이기 때문에 최종적으로 형성된 실록산은 밀도가 낮고 쉽게 가수분해되며 불안정하다. 이후 섬유가 폴리머 매트릭스에 적용되면 실란의 X 그룹이 폴리머의 반응성 작용기와 반응하여 섬유-폴리머 인터페이스를 연결하는 강력한 네트워크를 형성하는 데 사용됩니다[62,63].

4가지 가장 일반적인 실란 커플링제는 α-아미노프로필-트리에톡시실란(APTES)[65,66], β-에폭시프로필-트리메톡시실란(GPTMS)[67], α-메틸프로필-트리메톡시-실란(MPTMS)[27,63], 및 VTES(vinyltriethoxy-silane)[68].

Cechet al. 습식 화학 방법(그림4A,E)을적용하여 수정되지 않은 GF의 표면에 수용액에 VTES를 코팅하여 중축합 VTES를 형성하고 GF 표면에 실록산 올리고머 층을 형성했습니다. 에톡실 그룹(-OCH[sub.2]CH[sub.3])은 실라놀/유리 섬유 계면과 인접한 실라놀 분자 사이에서 응축되어 폴리실록산 층과 일련의 바깥쪽으로 향하는 비닐레이트(CH [sub.2]=CH–) 이후에 불포화 수지의 보강재로 사용됩니다[62]. Chenet al. APTES를 사용하여 GF 표면을 수정했습니다. GF를 APTES(NH[sub.2](CH[sub.2])[sub.3]-Si(OCH[sub.2]CH[sub.3])[sub.3]) 유기 용액에 담가서 (그림 3B)에서와 같이 APTES를 완전히 가수분해하여 APTES 변형 GF를 형성합니다[69,70]. 유사하게, Li et al. 3-(trimethoxy-methylsilyl)-1-propylamine (NH[sub.2](CH[sub.2])[sub.3]-Si(OCH[sub.3])[sub.3]으로 GF 멤브레인(GFM)을 수정했습니다. sub.3], APTMS) APTMS로 수정된 GF를 얻기 위해 [64].

2.1.2. 정신 코팅

지난 10년 동안 금속 코팅 재료는 우수한 전기 전도성과 강력한 간섭 방지 능력으로 인해 널리 연구되었으며 많은 분야에 적용되었습니다. 금[71], 은[72,73,74], 구리[48], 코발트[75], 알루미늄 및 니켈[76,77]이 GF 표면의 금속 코팅으로 조사되었습니다. 그러나 금속 코팅은 유연성이 낮고 밀도가 높으며 내식성이 좋지 않은 단점도 있습니다. 따라서 실제 적용은 제한적입니다.

Xu et al. 최적화된 조건에서 자동 촉매 공정으로 구리 코팅 GF를 준비했습니다. GF의 에칭, 민감화 및 활성화 후, CuSO4를 주염으로 사용하여 알칼리성 조건에서 Cu2+를 환원시켜 구리 코팅된 GF를 제조하였다. ]H4·H2O) 또는 포름알데히드를 환원제로, 에틸렌디아민테트라아세트산을 안정제로 사용한다(도 5A(I)). GF 표면의 구리층은 조밀하고 균일했으며 일부 구리 입자가 섬유에서 분리되었고 소량이 섬유 표면에 부착되었습니다(그림 5A(II)). 또한, 제품 패턴의 XRD를 통해 유리 섬유에 대한 비정질 신호가 나타나지 않아 무전해 도금을 통해 유리 섬유 표면에 구리 층이 성공적으로 증착되었음을 나타냅니다. (그림 5A(III)) [45,47,48]. Guoet al. 무전해 도금에 의해 니켈을 포함하는 연속 전도성 2차원 유리 섬유 네트워크를 성공적으로 준비했으며, SEM 및 XRD 패턴은 유리 섬유 기판에 증착된 균일하고 더 감소된 정신적 니켈 코팅을 보여주었습니다(그림 5B(II)). 낮은 침투 임계값과 우수한 전기 전도도는 유리 섬유의 높은 종횡비와 유리 섬유와 PP 매트릭스 사이의 계면에 위치한 Ni의 균일한 분포에 기인합니다(그림 5B(I))[77]. Xu et al. 은 코팅 GF를 준비하기 위해 최적화된 조건에서 자동 촉매 공정을 사용했습니다. 민감화 및 활성화 후에 AgNO[sub.3] 용액에 GF를 두어 Ag+를 감소시켰다. GF 표면의 은 코팅은 조밀하고 균일했습니다[47]. 그러나 민감화 및 활성화 프로세스는 번거롭고 비용이 많이 듭니다. TEOS(Tetraethoxysilane) 수정 기술은 기존의 민감화 및 활성화를 대체했습니다. Lien et al. GF 표면에 TEOS를 접목하고 TEOS가 접목된 GF에 Ag+를 강력하게 흡착하여 은으로 코팅된 GF를 준비했습니다(그림 5C). 알킬 그룹은 은과 공유 가교를 형성함으로써 무전해 은도금 GF의 안정성을 향상시켰다[44]. Huang et al. 무전해 도금 방법으로 GF 표면에 Ni-Co-P 합금 층을 증착하고 무전해 도금 매개변수(예: CoSO[sub .4]/(CoSO[sub.4] + NiSO[sub.4]) 몰비 및 pH). CoSO[sub.4]/(CoSO[sub.4] + NiSO[sub.4]) 몰비와 pH를 높이면 원소 함량이 같은 방향으로 변하고 코발트 함량이 증가하며 니켈과 인 함량이 증가한다. 감소했지만 화학적 비율은 반대 방향으로 변했습니다. 무전해 도금율은 CoSO4/(CoSO4 + NiSO4) 몰비가 증가함에 따라 감소하였으나, pH가 증가함에 따라 증가하였다. 무전해 도금 속도는 pH가 9.0일 때 가장 높았다[43].

2.1.3. 금속 산화물 코팅

섬유 베이스에 금속 산화물을 담그면 섬유 표면에 박막이 형성될 수 있습니다[78]. 서로 다른 금속 상을 섬유 네트워크에 통합하고 하이브리드 금속 산화물 코팅을 형성하면 섬유의 기계적 특성을 다양한 정도로 향상시킬 수 있습니다. Liu et al. Mn(NO[sub.3])[sub.2] 및 Ce(NO[sub.3])[sub.3]·6H[sub.2]O의 혼합 용액으로 함침된 GF 시리즈 내용물이 다른 Ce/Mn 개질 GF 복합재의 결과는 CeO[sub.2]와 MnOx가 무정형 형태로 GF 표면에 균일하게 적재되었음을 보여주었다[79]. Avila-Lopezet al. 세 가지 다른 GF에 CuO 코팅을 준비하기 위해 극초단파 열수 방법을 사용했습니다. 그들은 GF를 Cu(CH3COO)2·H2O 수용액에 담그고 80℃에서 1시간 동안 마이크로웨이브를 조사했다. CuO는 3개의 서로 다른 GF에 증착되었으며 CuO 코팅은 서로 다른 GF에서 서로 다른 형태, 즉 스트립과 구형을 나타냈습니다[80]. 사야카와 Aminian 외. 전통적인 딥코팅 방법을 이용하여 TiO2 혼합물에 GF를 침투시켜 TiO2 다공성 GF 복합체를 제조하였으며, TiO2는 아나타제 입자 형태로 GF 표면에 분산되었다. [81,82,83]. Gutierrezet al. 적철광 나노입자(산화철 입자)로 코팅된 GF. 먼저 GF를 FeCl3용액에 담근 후 15% NH4OH용액에 담가 열분해하였다. 최종 FeO 하중은 25%였으며, FeO는 두께가 고르지 않은 층을 형성하기 위해 GF의 노출된 표면의 대부분을 덮었습니다[84].

2.1.4. 비금속 코팅

GF의 비금속 코팅은 금속 코팅 GF의 고밀도 및 열악한 내식성의 단점을 극복합니다. GF의 비금속 코팅에 대한 잠재적인 후보로는 그래핀[85], 그래핀 산화물(GO)[86], 환원된 GO(RGO)[87], 탄소 나노튜브(CNT)[53,55] 및 질화붕소 나노튜브(BNNT)가 있습니다. ) [88]. 이러한 모든 재료는 GF 코팅을 생산하는 데 사용되었지만 코팅된 GF의 전기 전도도는 금속 코팅 GF보다 약간 낮았습니다.

Alcaniz-Monge, Cheng 및 Gao 외. 그림 6A,B와 같이 폴리에틸렌, 아스팔트 및 메탄의 열분해를 통해 GF에 자유 활성 탄소 원자를 생성하고 증착하여 그래핀/GF 선형 구조를 형성합니다. 증착된 나노카본은 좋은 배열 대칭성을 보였다. GF의 표면은 그래핀 라미네이션에 의해 균일하고 연속적으로 코팅되어 치밀한 구조를 형성하였다[49,50,51]. Jing et al. 정전기 조립 전략에 의해 GO-코팅된 GF(GO-GF)를 얻기 위해 실란-커플링제(S-GF) 및 GO 수용액으로 개질된 혼합 GF. S-GF의 상대적으로 매끄러운 표면에 비해 GO-GF의 표면은 주름지고 거칠어져 GO가 GF 표면에 성공적으로 코팅되었음을 나타냅니다. 라만 분광법은 GO의 존재를 확인했습니다[89,90]. Mahmoodet al. 마찰 대전에 의해 양전하를 띤 GF에 음전하를 띤 GO 입자를 증착했습니다. 그런 다음 화학적으로 환원된 GO 코팅을 생성하여 GF 표면에 RGO 층을 얻었고, 이는 GF 표면에 완전히 접착되었습니다[41]. Fang et al. sol-gel 및 딥 코팅 기술을 사용하여 RGO 코팅 GF를 준비했습니다(그림 7A). 반복된 침지 코팅과 주기적인 건조 및 탈수 후(그림 7B), 여러 층의 RGO가 조밀하게 상호 연결된 네트워크를 형성하여 GF 표면을 완전히 덮었습니다[87,91]. Siyal et al. 다른 농도의 플루오로메탄(FG)을 가진 폴리디메틸실록산(PDMS) 분산액에 GFM을 담급니다. 푸리에 변환 적외선 스펙트럼에서 1212cm-1에서 C-F 밴드와 1220cm-1에서 FG의 특성 피크는 코팅 필름의 표면 개질이 성공적임을 나타냅니다. 주사 전자 현미경(SEM) 결과는 FG 함량이 증가함에 따라 필름의 불규칙성과 마찬가지로 GFM 표면의 FG 분포 밀도가 증가했음을 보여주었습니다[92]. Moricheet al. GF 표면에 NH[sub.2]-기능화 그래핀 나노판(NH2-GNPs)을 증착하여 NH2-GNPs와 GF 사이에 강한 상호 작용을 일으켜 전기적 및 기계적 특성을 향상시킵니다. GF [93]. Yeet al. 소듐 도데실벤젠설포네이트 계면활성제의 도움으로 GF 표면에 다중벽 CNT를 도입했습니다. CNT는 GF 표면을 덮는 균일한 네트워크를 형성했습니다[94]. Tamrakaret al. 전기영동 증착에 의해 GF 표면에 폴리에틸렌이민(PEI) 기능화 다중벽 CNT 필름을 증착했습니다(그림 8A). GF는 얇은 CNT 층으로 덮여 있습니다(그림 8B). 필름 두께는 200nm에서 2μm 범위에서 제어되었다[95,96]. Takizawa는 BNNT 함량이 0.021wt%인 BNNT의 톨루엔 분산액에 에폭시 수지로 코팅된 GF를 침지했습니다. GF 표면의 에폭시 수지는 용해되었고 BNNT는 GF 표면에 증착된 톨루엔에 분산되었습니다[88]. Zhang은 GF 표면에 실리카 나노입자를 도입하고 GF 표면을 SiO의 얇은 층으로 코팅했습니다[97,98,99]. Pariziet al. 세 가지 다른 실리카 코팅 필름, ​​즉 실리카 미세 다공성 필름, 메조 다공성 실리카 필름 및 실리카 겔 필름으로 GF 표면을 수정했습니다. 수정을 통해 3개의 SiO2 층은 서로 다른 기공 크기, 크기 분포, 표면적 및 두께를 보였다[3].

2.1.5. 복합 코팅

최근 몇 년 동안 GF 표면 코팅에 대한 연구가 점차 증가했으며 금속/금속 산화물/비금속 복합 코팅이 많은 관심을 끌었으며 새로운 연구 초점이 되었습니다[100]. 유리 섬유는 복합 코팅 개질, 복합 코팅 구성의 여러 유기 및 무기 상을 포함하며 표면 형태는 유리 섬유의 높은 투과성으로 인해 유리 섬유의 인터페이스 성능에 영향을 미치는 가장 큰 승자입니다. 다른 단상 코팅보다 복합 코팅 섬유 섬유는 더 나은 재료 특성을 가지고 있습니다. 섬유강화 복합재료의 개발 및 응용에도 도움이 됩니다.

Weiet al. BiOI/BiOBr/MoS[sub.2]-GF 복합 재료를 형성하기 위해 GF 표면에 균일하게 로드된 BiOI/BiOBr/MoS[sub.2] 분말. BiOI/BiOBr/MoS[sub.2]는 육각형 층 구조로 GF 표면에 중첩되어 복합 재료에 의한 암모니아 질소 폐수의 후속 광분해를 위한 활성 사이트를 제공합니다[101]. Zhao et al. 열분해 코팅된 GF를 테트라클로로금산(HAuCl[sub.4])으로 순환시켜 층상 금 나노입자(AuNP)/MoS2/GF 합성물을 합성했습니다(그림 9A). AuNP는 GF 표면의 결합되지 않은 황 사이트에 균일하고 광범위하게 증착되었으며 표면 강화 라만 산란 피크의 활성은 사이클 수가 증가함에 따라 증가했습니다. 라만 피크의 강도가 증가했고, AuNP/MoS2/GF 라만 피크 강도가 가장 높았다(그림 9B(II-IV))[71]. Li et al. 초미세 GF 표면에 GO/ZnO/Cu2O 혼합코팅을 분사하여 GO/ZnO/Cu2O-GF 복합재료를 제조하였다. GO, ZnO 및 Cu[sub.2]O가 GF 복합체의 표면에 로드되었습니다[100]. Gaoet al. 저농도 CNT를 필름 형성제(ATTES 및 말레산 무수물 그래프트 폴리프로필렌으로 구성)에 분산시켜 CNT-필름 형성제 혼합 나노코팅을 만든 다음 GF 표면에 코팅했습니다. 코팅은 GF의 표면 결함을 수리하고 GF의 강도, 내식성 및 인터페이스 성능을 개선했습니다[26]. Zhou et al. 생체 모방 폴리도파민(PDA) 기능화 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)/GF 직물을 요오드산 나트륨 산화제를 사용하여 도파민 중합을 가속화했습니다. PDA는 PTFE/GF 직물의 표면에 성공적으로 증착되었고 PDA 코팅의 균일성과 두께는 변형 시간이 증가함에 따라 증가[102]. Meng et al. 4차 암모늄 화합물(QACMt)로 변형된 몬모릴로나이트를 PTFE/GF 매트릭스에 도입하여 QACMt-PTFE/GF 복합재를 제조했는데, 이는 매우 강력한 항균 활성 및 기계적 특성을 가진 고성능 재료였습니다[103].

2.2. 화학 접목 수정

화학적 그라프팅 방법은 GF 표면에 -OH 또는 -NH2 그룹과 같은 작용기의 자유 라디칼 중합 반응에 의해 작용기 사이드 그룹을 도입하고 특수한 특성을 가진 새로운 그라프트 폴리머 층이 표면에 형성됩니다. GF 표면. 현재 그라프트 고분자에 대한 연구는 주로 유기 작용기와 무기 나노물질에 초점을 맞추고 있다.

실란 커플링제 변형 및 필름 형성제 변형은 후속 그래프팅 반응을 위한 활성 그룹을 제공하기 위해 다른 폴리머를 그래프팅하기 위한 전처리 방법으로서 화학적 그래프팅 변형 방법으로도 분류될 수 있습니다.

2.2.1. 유기 작용기 접목

반응성 유기 작용기의 단량체를 중합을 통해 섬유 표면에 그래프팅함으로써 섬유의 계면 특성이 변경됩니다. GF 표면에 이식된 유기 작용기에는 알칸, 퍼플루오르화 사슬, 벤젠, 실란 커플링제 및 필름 형성제가 포함됩니다. 유기 작용기가 섬유와 결합한 후, 유리 섬유의 표면 형태가 비교적 풍부하고 반응성이 향상되지만, 유기 시약의 후처리 공정이 복잡하다. 특히, 불소계 시약은 2차 오염을 일으켜 환경과 인간의 건강에 심각한 위협이 되고 있습니다.

Chenet al. 부틸트리클로로-실란, 부틸디메틸-클로로실란, 옥틸트리에톡시-실란, 옥틸디메틸클로로-실란 및 옥틸트리클로로를 포함하는 다양한 사슬 길이(C[sub.4], C[sub.8] 및 C[sub.18])를 가진 변형된 다공성 GFM -실란. 유기실리콘 파생물은 그림 10A,B와 같이 변형된 GFM[104,105]의 표면에 성공적으로 부착되었습니다. Guoet al. GF 면화를 화학적으로 수정하기 위해 페닐 결합제를 사용했습니다. 피라냐 용액으로 처리된 활성화된 GF는 트리에톡시실릴 벤젠 화합물 트리에톡시(페닐)실란, 4-(트리에톡시실릴)페놀 및 4-(트리에톡시실릴)벤젠-1,2-디올로 추가로 변형되어 아릴-변형된 GF를 얻었다(도 11A) ). SEM 결과는 GF가 페닐 그룹과 성공적으로 연결되었고 3개의 아릴-변형 GF가 원래 GF보다 더 큰 표면적과 더 많은 다공성 구조를 가짐을 보여주었다[22]. 마찬가지로, 도 12A에 도시된 바와 같이, Li et al. 실라놀 그룹의 풍부함을 증가시키기 위해 피라냐 용액으로 유리 섬유를 에칭한 다음 Si-O-Si 결합 구축을 통해 APTMS로 화학적으로 수정했습니다. 분리 전과 후의 혼합 용액의 UV-vis 스펙트럼(그림 12B)은 APTMS-GF 멤브레인이 염료를 선택적으로 분리하는 능력이 있는 반면 수정되지 않은 유리 섬유 멤브레인은 그렇지 않음을 보여주었습니다. Song et al. 2단계 수정 방법으로 GFM을 화학적으로 수정했습니다(그림 13A)[69]. 먼저 GFM을 APTES로 처리했습니다. 아민 작용기는 aminocalixarene-1,3-dialdehyde(AMCA)와 반응하여 AMCA 변형 GFM을 합성했습니다[106,107,108]. Caoet al. 에페드린을 중간체로 사용하여 초친수성 GF-G-PEI 필름을 합성하기 위해 GFM 표면에 하이퍼브랜치 PEI(HPEI)를 그래프팅했습니다. 개질된 필름의 표면 구조는 온전하고 거칠었으며 명백한 과립형 결절이 있었습니다(그림 14A). 푸리에 변환 적외선 분광법 결과(그림 14B)는 HPEI 분자가 GFM 표면에 성공적으로 이식되었음을 보여줍니다[109]. 다단계 반응을 통해 GFM에서 Li 아닐린을 사용하여 GF 표면에 매끄럽고 균일하며 안정적인 얇은 폴리아닐린 층을 생성했습니다[110,111]. Gonzhlez-Benito et al. GF 기질에 파이렌 형광 탐침을 접목하고 APTES-변형 GF 표면에 1-피렌 설포닐 클로라이드를 접목했습니다[112]. Luo et al. MGF 표면에 아크릴아미드(AM)를 접목하기 위해 자외선 그래프트 공중합 기술을 개발했습니다. 첫째, MPTMS로 변형된 GF의 표면에 UV 램프를 조사하여 CH2· 라디칼을 유도하여 AM 접목을 위한 활성 부위를 제공하였다. 그런 다음 AM은 GF 표면에서 중합되어 AM 변형 GF를 형성했습니다[63]. Aberemet al. GF에 성공적으로 중축합된 나일론 6,6. GF 표면의 –OH 그룹은 먼저 아디필 클로라이드와 에스테르화 반응을 거쳐 아실 클로라이드 그래프팅된 GF를 형성한 다음 GF와 디아미노-1,6-헥산 사이의 아미드 반응으로 나일론-6,6-변형 GF를 생성했습니다. [2].

2.2.2. 무기나노물질의 접목

무기 나노물질의 접목은 주로 그래핀[65,114], CNTs[115], 나노섬유[67], 나노아파타이트(nHA)[23]에 집중되어 있다. 이러한 무기 나노 물질은 분산이 양호하고 준비 공정이 성숙하며 나노 물질은 활성 중심이 많으며 개질 섬유 표면의 화학적 활성이 향상되어 개질 섬유의 핫스팟이되었습니다. Chenet al. 아미드화 반응을 통해 APTES 변형 GF 표면에 GO를 공유적으로 접목했습니다(그림 15A). GO는 아미드 결합을 통해 GF에 단단히 부착되어 GF의 표면 구성을 변경했습니다[116]. Huaet al. 동일한 메커니즘을 사용하여 혼합 CNT와 GO를 GF에 접목(그림 15A,D)하여 GO/CNT 수정 GF를 준비했습니다. 2차원 GO와 1차원 CNT는 얽히고 각각 캡슐화 및 고정 역할을 하여 GF 재료의 특성을 상승적으로 향상시킵니다(그림 15C)[114]. Tzouniset al. 함침 방법에 의해 GF 표면에 화학적으로 접목된 다중벽 CNT(그림 6C). APTES는 acyl-chloride-modified CNT(CoCl-CNT) 용액과 혼합되었고, 공유 또는 비공유 CoCl-CNT는 아미드 결합에 의해 GF 표면에 그래프팅되었습니다[70]. Tzouniset al. 카르복실화된 CNT(COOH-CNT) 용액에 GF를 침지시키고 COOH-CNT를 수소 결합 또는 정전기적 상호작용을 통해 GF 표면에 물리적으로 흡착시켰다[117,118]. Fang et al. GF의 표면에 PEI 수정 CNT(PEI-CNT) 및 GO(PEI-GO)를 접목하고 각각 PEI-CNT 수정 GF 및 PEI-GO 수정 GF를 성공적으로 합성했습니다(그림 16A,B). PEI-CNTs와 PEI-GO는 그라프트 반응을 통해 GF 표면에 강한 화학 결합을 형성하고, 풍부한 활성 작용기를 도입하고, 조밀하고 균일한 네트워크 구조를 형성하고, GF의 표면 형태학적 구조와 화학적 특성을 변화시켰다[119,120,121]. . Sarr et al. 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 현탁액에 함침된 GF, 그리고 CNF는 CNT 변형 GF(CNT-GF)를 형성하기 위해 표면 수산기에 대한 3차원 수소 결합을 통해 GF 표면에 부분적으로 그래프팅되었습니다[67]. Siddiquiet al. 극초단파 방사선에 의해 GF에 nHA를 접목시켰고, nHA는 구형 형태로 GF 표면에 균일하게 분산되었다[23].

2.3. 불소화 개질

GF 표면의 불소화는 FGF를 생산하는 가장 효과적인 방법 중 하나입니다. 불소 원자는 공유 결합 또는 이온 결합을 통해 SiO[sub.2] 골격에 포함됩니다. FGF는 중요하고 독특한 유형의 GF 유도체입니다. 불소화 조건을 최적화한 후 제조된 불소화 재료는 다양한 특성을 가지며 불소 함량을 제어할 수 있습니다. FGF는 Si-F 결합 유형을 포함하며 특성은 반복 가능합니다. 제어된 반응은 낮은 에너지 소비로 실온에서 수행할 수 있으며 반응은 독성 반응물과 인간의 접촉 없이 친환경적이고 빠릅니다. 그들은 또한 F[sub.2]와 플루오르화 반응기에 남아 있는 최종 플루오르화 생성물을 중화할 수 있습니다.

FGF는 불소 가스, 이불화 크세논 또는 기타 유기/무기 불소 공급원을 불소화 시약으로 사용하여 GF를 출발 물질로 사용하여 얻습니다. 상이한 유형의 원료/불소 공급원 및 상이한 반응 조건을 사용하여 상이한 플루오르화 정도를 갖는 FGF를 얻는다. 불소화 개질 방법은 직접 가스 불소화, 용매 불소화, 플라즈마 불소화 및 기계화학적 불소화로 나눌 수 있다.

GF의 불소화 공정에서 헤테로원자(예: 아르곤, 산소, 수소 또는 질소)를 불소화제에 도입하여 GF의 불소화 정도가 최단 시간에 달성되도록 해야 합니다. 사이징 후 GF를 탈사하거나 사이징이 없는 GF를 불소화 전에 사용해야 한다. 사이징이 없는 GF는 온화한 불소화 조건에서 사이징 후 퍼플루오르화를 달성할 수 있지만 폭연을 유발할 수 있습니다.

2.3.1. 직접 가스 불소화

직접 기체 플루오르화는 F2, HF 또는 기타 하이브리드 불활성 기체와 같은 기체 플루오르화 시약을 사용하여 FGF를 제조하는 일반적인 방법입니다. 압력, 시간, 온도를 조절하여 불소화 정도를 쉽게 조절할 수 있지만 불소화 균일도를 더욱 향상시켜야 하며 특수 장비와 엄격한 안전 절차가 필요하다[122].

플루오르화 반응은 개방형 반응기의 동적 모드와 반응기의 폐쇄된 패시베이션의 정적 모드에서 수행될 수 있다. 개방형 반응기에서 혼합물을 연속적으로 도입하면 과잉 F2 및 부산물을 제거할 수 있습니다. 폐쇄된 반응기에서 특정 양의 가스를 도입한 후 불활성 가스 플러싱에 의해 반응 후 과량의 F2 및 부산물을 제거할 수 있습니다. 두 가지 방법은 서로 다른 반응 역학을 기반으로 합니다. 불소 분자에 대한 반응성 측면에서 불소화 온도는 GF의 부동태화 정도가 높을수록 더 높습니다. 반응가스 유량이 높은 고온에서 반응가스를 도입할 경우 GF의 구조적 박리 위험에 주의해야 한다[123].

Jung et al. FGF는 불소-아르곤 혼합물과 GF의 불소화 반응에 의해 제조된 FGF[124]. Sugiyama는 불소화 온도의 관점에서 불소 기체에 대한 GF의 반응성을 논의했습니다. 그들은 298~473K의 온도 범위에서 희석된 불소 가스를 사용하여 불소 함량이 다른 FGF를 준비했으며, GF의 불소 함량이 불소화 온도에 의해 결정된다는 것을 발견했습니다[125].

2.3.2. 용제 불소화

용매 플루오르화 수정은 또한 FGF를 제조하는 실행 가능한 방법입니다. FGF는 다양한 액체 불소 함유 공급원(HF, 불소화 염 용액 및 PTFE)의 참여로 합성됩니다[103]. 직접 가스 불소화와 비교할 때 용매 불소화는 균일한 용매 환경으로 인해 균일성이 더 우수합니다. 용매 유형을 변경하면 FGF의 구조와 특성이 변경될 수 있습니다. 또한 혼합 용매를 사용하면 FGF의 구조와 특성을 상승적으로 조절할 수 있어 풍부한 반응 화학을 얻을 수 있습니다. 그러나 기존 용매는 자연환경에 위협이 되며, 용매와 FGF 제품의 분리 및 정제 공정은 항상 복잡하고 에너지 소모가 많아 생산 비용이 많이 듭니다.

Jameset al. 세 가지 다른 농도의 플루오라이드 용액(NH4F, NaF 및 Na2SiF6)으로 함침된 GF. GF의 불소화 정도는 침지조의 불소염 용액의 농도에만 의존했습니다. 각 염의 최적 농도는 약 0.05mol dm-3으로, 재료에 명백한 염 침전물을 형성하지 않고 GF 표면에 소량의 불소를 추가할 수 있습니다[126]. Li et al. α-메틸아크릴-옥시프로필-트리메톡시-실란과 2,2,2-트리플루오로에틸-메타크릴레이트 용액을 2단계 공정을 통해 블렌딩하여 FGF를 제조했습니다(그림 17A). GF 표면의 수산기는 α-메틸아크릴-옥시프로필-트리메톡시-실란과 반응하여 실란층을 생성하였다. 실란 층의 불포화 이중 결합은 2,2,2-트리플루오로에틸메타크릴레이트와 계속해서 중합되어 FGF를 생성하고 불소 함유 작용기는 GF 표면에 성공적으로 그래프팅되었습니다(그림 17B)[127]. Yin et al. GF 표면에 초 소수성 코팅을 생성했습니다. GF는 합성 고불소 함량 아크릴레이트 에멀젼과 유화제를 혼합하여 개질되었습니다. GF 표면은 가교결합된 플루오르화 측쇄로 강화되었습니다. GF의 소수성은 상당하여 코팅 표면의 오염 방지에 도움이 되며 이 방법은 소수성 재료의 제조에 잠재적인 응용이 있습니다[128].

2.3.3. 플라즈마 보조 불소화

플라즈마 보조 불소화는 FGF를 준비하는 또 다른 중요한 방법입니다. 직접 가스 불소화와 비교할 때 플라즈마 보조 불소화는 더 깨끗하고 제어하기 쉽습니다. 플라즈마 보조 불소화 공정에서 SF[sub.6], CF[sub.4] 및 F[sub.2]와 같은 일부 이온화된 소스가 해리되고 형성된 불소 자유 라디칼이 표면에 흡착됩니다. GF 표면과 헤테로플루오로 그룹은 제자리에서 생성됩니다[122].

Daan et al. He/CF[sub.4] 혼합물을 저온 플라즈마 장치에 도입하여 특정 크기의 GF를 국부적으로 불소화하고 플라즈마 전력이 GF의 불소화 정도에 미치는 영향을 조사했습니다. X선 광전자 분광법은 불소가 플라즈마 처리된 섬유 다발의 내부와 외부 모두에 존재한다는 것을 보여주었습니다. 또한, FGF는 더 높은 플라즈마 파워를 위해 더 높은 불소 함량을 나타냈다. 스펙트럼은 또한 플라스마 전력의 증가가 불소의 더 큰 피크 값으로 이어진다는 것을 보여주었습니다[129,130].

2.3.4. 기계화학적 불소화

기계화학적 불소화는 녹색 방법입니다. GF와 불소 이온의 기계적 활성화를 통해 기계적 에너지가 화학 에너지로 전환됩니다. 용매가 없는 고체 상태에서 혼합, 충격 및 분쇄에 의한 기계적 에너지 입력은 순간적인 국부 고압 및 고온을 생성하여 일부 비정상적인 반응을 달성합니다. 기계화학적 불소화 후 기계적 힘이 감소하기 때문에 밀도가 증가하고 불소 함량이 다른 방법에 비해 낮습니다. 직접 가스 플루오르화와 비교하여 반응에는 보조 용매가 필요하지 않으며 후속 정제가 필요하지 않으며 산업 생산에 유리합니다. 그러나 그 반응을 추적하는 것이 어려우며 결과적으로 이에 상응하는 기계화학적 메커니즘이 불분명하다[122].

2.4. 기타 수정 방법

2.4.1. 산화 환원 수정

GF의 산화 변형은 산화제를 사용하여 적절한 온도에서 GF 표면의 작용기를 산화시켜 표면의 산소 함유 작용기의 함량을 증가시키는 것을 말한다. 일반적으로 사용되는 산화제는 HNO[sub.3], HClO, H2O[sub.2] 용액 및 O[sub.3]을 포함한다. GF의 환원 변형은 적절한 온도에서 GF 표면의 작용기가 환원되어 표면의 화학적 성질이 변화되는 것을 말한다. 통상적으로 사용되는 환원제는 He 및 H[sub.2]를 포함한다.

Guoet al. 과산화수소와 피라냐 용액(98% 농축 황산과 30% 과산화수소 용액을 7:3의 부피 비율로 혼합)의 두 가지 무기 시약을 사용한 산화된 GF 면화. 수정 전후의 GF의 표면 형태를 특성화하기 위해 SEM을 수행했습니다. 비산화 MGF(FG-0)는 매끄러운 표면을 가졌다. 과산화수소 산화(FG-1)로 개질된 샘플은 표면에 다양한 크기의 작은 기공 구조를 보였다. 피라냐 용액(FG-3)으로 처리된 GF는 명백한 에칭 흔적과 고르지 않은 표면을 보여주었다[22].

2.4.2. 산-염기 에칭 수정

산-염기 에칭 변형은 GF를 산 기반 용액에 담가서 GF 표면에 약간의 함몰 또는 미세 구멍을 형성하여 [131,132], GF의 표면적과 표면의 활성 작용기 수를 크게 증가시킵니다. 산 처리는 이온 교환 반응을 통해 GF 표면을 변화시키고 산의 H+는 Ca[sup.2+] 및 Al[sup.3+]와 같은 다른 금속 양이온 성분을 대체합니다. 알칼리 처리 중에 알칼리는 실리카 네트워크를 직접 공격합니다. Si-O-Si 결합은 OH[sup.-]의 공격에 의해 끊어진다. 알칼리 처리는 산 처리보다 GF에 더 많은 영향을 미칠 수 있습니다. 이 방법의 처리 효과는 주로 산 및 염기 유형, 용액 특성, 농도, 온도 및 시간과 관련이 있습니다[34]. 일반적으로 사용되는 산 개질제는 하이포아염소산, 인산, 염산 및 구연산입니다. 알칼리 개질제는 수산화나트륨, 암모니아 및 수산화칼륨을 포함합니다. 또한 산 기반 에칭은 표면 결함 제거, 손상된 표면 변경 및 섬유 직경 감소를 통해 GF의 인장 강도를 크게 향상시킬 수 있습니다.

Aminianet al. GF를 90°C 염산 용액에 2시간 동안 담그고 염산 담금 전후의 X선 광전자 스펙트럼을 비교했습니다. GF의 염산 처리 후 나트륨 피크가 사라지고 탄소 피크 강도가 감소했으며 실리콘 피크와 산소 피크 강도가 강화되어 더 날카롭고 강렬해졌다. 염산 용액은 GF 표면에 흡착된 불순물을 제거하고 GF 표면에 실리콘 및 산소 원자를 노출시킬 수 있습니다[82]. Guoet al. 수산화나트륨 용액으로 변형된 GF 면화. 개질 전 섬유의 매끄러운 표면과 비교하여 알칼리 개질 후 GF 표면은 많은 양의 섬유 응집을 수반하는 막과 같은 섬유를 보여 GF의 표면적과 표면의 활성 작용기 수를 증가시켰습니다. 이는 수산화나트륨 용액에 의한 강한 부식과 밀접한 관련이 있다.

2.4.3. 플라즈마 처리 수정

플라즈마 처리 기술의 원리는 다음과 같습니다. 반응기에서 플라즈마를 형성하는 전자는 분자 자유 라디칼 또는 원자와의 해리, 이온화 ​​또는 부착 반응을 시작하기에 충분한 에너지를 얻습니다. 이는 실리콘 화합물에 매우 효과적인 반응입니다.

플라즈마 처리는 GF 표면의 물리적 및 화학적 수정에 사용되어 표면 특성을 개선하고 섬유 복합 재료의 여러 구성 요소 사이의 계면 특성을 수정합니다[133]. 플라즈마 기술은 재료와 조건에 따라 표면 세정(유기 오염 물질 제거) 및 제거(약한 부분 제거 및 표면 거칠기 증가)를 포함한 에칭과 섬유 표면 기능화의 두 가지 기능을 가지고 있습니다. 그러나 플라즈마 폴리머는 플라즈마 챔버에서 쉽게 침전되어 GF 변형을 위한 플라즈마 처리의 산업화를 제한합니다[134,135].

플라스마 처리는 접착력이 제어된 섬유 표면에 맞춤형 물리적, 화학적 및 표면 특성을 가진 보호, 장벽, 생체 적합성 또는 다기능 필름을 증착하는 데 사용할 수 있습니다. 반응기 세그먼트의 수와 기능에 따라 필름은 단층, 다층 또는 그래디언트 나노구조로 증착될 수 있습니다[136].

Cechet al. 무선 주파수 나선형 결합 플라즈마 시스템을 사용하여 GF의 표면을 지속적으로 수정했습니다(그림4B). 박막 형태의 플라즈마 폴리머 헥사메틸디실록산(PP-HMDSO) 및 VTES(PP-VTES)가 GF 표면에 증착되었습니다. PP-HMDSO 및 PP-VTES MGF는 고도로 가교결합되었으며, 전력이 증가함에 따라 연속적인 무작위 탄소, 산소 및 실리콘 네트워크의 가교 정도가 증가했습니다[137]. GF의 표면 개질 공정은 롤투롤 플라즈마 장비를 사용하여 Cech와 그의 그룹에 의해 최적화되었습니다. 산소-아르곤 플라즈마로 전처리된 GF에 테트라비닐 실란의 플라즈마 폴리머 필름을 증착하였다. 증착 매개변수를 변경하여 폴리머 필름의 소비 및 증착 속도를 제어한 다음 폴리머 필름의 두께와 특성을 제어할 수 있습니다[37,38,136].

2.4.4. 도핑 수정

GF는 물리적 및 화학적 특성을 향상시키기 위해 도핑에 의해 화학적으로 변형될 수 있습니다. 주요 도핑 방식은 원소 도핑 방식, 산화물 도핑 방식, 탄소 물질 도핑 방식이다. Xiaoet al. GF와 PET의 혼합물에 각각 BP와 RP를 첨가하여 흑린(BP)/폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 개질된 GF와 적린(RP)/PET으로 개질된 GF를 제조하였다[40]. Liverani는 전기방사와 졸-겔 기술을 조합하여 전기방사 구리 도핑 GF를 준비했습니다. 결과는 구리가 GF에 성공적으로 통합되었음을 보여주었다[39].

3. MGF의 특징

MGF의 특성은 MGF 자체(부피, 길이, 배향각)[138,139], 수정, 수정 방법[140], 후속 작업 조건[141,142]에 따라 달라집니다.

MGF 변형 기술은 GF에 부착된 작용기의 함량, 위치, 작용기의 종류 등 특성을 결정하고 GF의 표면 구조를 크게 변화시킨다. 변형 방법, 원료 및 변형 조건도 MGF의 구조, 특성 및 해당 응용 분야에 큰 영향을 미치므로 고유한 물리적 및 화학적 변화가 발생합니다.

3.1. 표면 구조

수정 방법이 GF의 표면 구조에 미치는 영향을 이해하기 위해 X선 회절, 라만 분광법 및 SEM이 수행되었습니다. 이러한 분석은 수정 방법이 섬유 직경, 비표면적 및 코팅 두께에 미치는 영향을 보여줍니다.

3.1.1. 직경 진화

섬유 직경은 일반적으로 변형에 따라 약간 감소하는데, 이는 섬유의 부분 에칭 및 구조적 결함 제거에 기인합니다. 실리콘 섬유 영역과 비교하여 표면의 비정질 부분은 변형에 더 잘 반응하고 에칭에 더 도움이 됩니다. 그러나 섬유 직경의 증가도 관찰되었는데, 이는 섬유 표면의 코팅, 작용기 커버리지 및 그래프팅에 기인합니다. 두 메커니즘이 모두 발생하면 직경 증가의 영향이 직경 감소의 영향보다 더 두드러집니다[123].

Yang et al. HF 에칭으로 인해 GF의 상대 직경이 수정되지 않은 GF의 15%로 감소했다고 보고했습니다[13]. Bashir는 NaOH와 KOH를 사용하여 GF 직경 감소에 대한 온도, 알칼리성 용액의 농도 및 처리 시간의 영향을 연구했습니다. 동일한 알칼리성 용액에서 GF 직경의 감소는 시간에 따라 선형적으로 증가하였고, 직경의 감소율 역시 KOH 또는 NaOH 용액의 농도와 선형적으로 상관관계가 있었다. 농도가 증가함에 따라 속도가 증가하고 직경 감소율과 온도 증가는 지수 모델을 따랐습니다. 그 속도는 온도가 증가함에 따라 증가하였고, NaOH로 처리된 GF의 부식 정도는 KOH로 처리된 GF의 2배였다[35]. 철광석 나노 입자로 GF 표면을 덮음으로써 Gutierrez et al. GF 표면 형태를 크게 변경했습니다. GF 표면에 거대한 돌기가 있고, 비표면적이 비교적 크고, 섬유 직경이 더 컸다(개질되지 않은 GF보다 7 mm 큼)[84]. Fang et al. RGO 코팅 GF의 직경과 딥 코팅 사이클 수 사이의 관계를 조사했습니다. 직경은 침지 코팅 횟수가 증가함에 따라 선형적으로 증가하여 침지되지 않은 섬유의 경우 22.8 μm에서 20회 침지 코팅된 섬유의 경우 42.5 μm로 증가했습니다. 따라서 그래핀 코팅의 두께와 품질은 딥 코팅 주기를 조절함으로써 효과적으로 제어할 수 있다[87].

3.1.2. 표면적

섬유 재료의 표면 구조는 섬유의 특성을 결정합니다. 수정은 섬유 줄무늬를 약화시키고 균일한 코팅으로 덮어 비표면적을 줄임으로써 GF 표면을 매끄럽게 할 수 있습니다. 또한 약하게 결합된 옥시-실리콘 표면층을 제거하면 섬유 표면이 거칠고 손상될 수 있으며 섬유 표면에 줄무늬와 구멍이 더 뚜렷하게 나타납니다. GF 표면에 접목된 다양한 작용기 코팅의 불균일한 분포는 비표면적의 증가로 이어질 것입니다. 황삭과 평활화가 동시에 발생하면 황삭이 평활화에 선행하고 상대적인 비표면적이 증가합니다[123].

Thomason은 실란 커플링제로 GF 표면을 수정함으로써 GF 표면에 가교층이 형성되어 GF 표면에 연속 층 대신 "섬"으로 나타나 고르지 않은 구조를 초래한다고 보고했습니다(그림 3C). 따라서 비표면적이 증가하였다[64,65,143]. Tomao는 GF를 20% 염산 용액에 담그고 처리 시간(4, 6, 8시간)과 온도(40, 60, 80, 100°C)가 GF의 표면 수산기 밀도에 미치는 영향을 연구했습니다. MGF의 표면 수산기 밀도는 처리 온도와 시간이 높을수록 높았다. GF를 100°C에서 6시간 동안 담갔을 때 MGF 표면의 수산기 수가 가장 많았고 섬유 구조의 변화는 거의 없었습니다. Tomao는 Brunauer-Emmett-Teller 방정식으로 가스와 H2O의 흡착 등온선을 분석하고 HCl 수열 처리 전후의 GF의 표면적과 기공 크기 분포를 측정했습니다. GF의 접촉 가능한 표면적은 처리 후 크게 증가하여 변형되지 않은 GF의 70배로 확장되었습니다. 또한 N2 흡착 등온선과 Horvath-Kawazoe 모델에 따르면 기공 유형은 직경이 약 0.6 nm인 미세 기공으로 결정되었으며 이는 MGF의 높은 표면적을 설명합니다[36].

3.1.3. 코팅 두께

코팅 두께는 섬유를 2상 재료로 처리하여 외부 코팅과 GF 본체를 2상으로 처리하여 추정할 수 있습니다. 도금 두께는 개질 방법, 원료, 개질 조건에 따라 달라집니다. 수정 조건을 변경하고 처리 기간, 온도 및 압력을 증가시키면 코팅 두께가 계속 증가하여 코팅이 GF와 더 오래 반응할수록 반응이 더 철저해집니다[123].

Cheng et al. 처리 시간이 GF에 형성된 그래핀 층의 수를 결정할 수 있다고 보고했습니다. 처리 시간이 10분일 때 1~2개의 그래핀 필름 층이 형성되었고, 처리 시간이 20분일 때 그래핀 필름 층의 수가 3~5개에 이르렀다[50]. Gao는 GF 표면의 그래핀 코팅 두께에 대한 열분해 온도의 영향을 조사했습니다. 특정 범위에서 코팅 두께는 온도가 증가함에 따라 비선형적으로 증가했습니다. 700 °C 이하의 온도 범위에서는 GF 표면에 뚜렷한 코팅이 없었습니다. 750°C에서 그래핀 코팅의 두께는 6nm였으며 800°C 이하에서는 20nm를 초과하지 않았습니다. 열분해 온도가 900°C일 때 코팅 두께는 약 46nm로 증가했습니다. 열분해 온도가 900 °C를 초과하면 코팅 두께가 계속 증가하지만 고온에서 GF 매트릭스에 대한 손상도 증가하고 가열은 열분해 과정과 코팅 성장을 강화했습니다. Tamrakaret al. 전계 강도, 증착 시간 및 CNT 분산 농도를 포함하여 전기영동 증착 동안 처리 매개변수를 조정하여 GF 표면에 증착된 PEI-CNT 코팅의 두께와 균일성을 제어했습니다. 전계 강도를 15 V/cm로 제어하고 증착 시간을 7.5에서 10.5에서 15분으로 조정함으로써 PEI-CNT 필름 두께가 200에서 400, 600 nm로 증가하고 CNT 필름 두께가 두 배가 되었으며 필름이 균일도가 향상되었습니다. 다른 매개변수를 조정하는 것과 비교하여 증착 시간을 조정하는 것이 PEI-CNT 코팅의 두께를 조정하는 가장 효과적인 방법으로 간주되었습니다[95]. Sarr et al. CNF 그래프트 속도, CNF-층 두께, CNF-클러스터 밀도 및 평균 클러스터 길이에 의해 CNT-GF 표면 구조의 진화를 평가했습니다. CNT 함침액의 농도를 0.001에서 0.5wt%로 증가시키면 4가지 특성 모두 다양한 정도로 증가하였고, 함침액의 농도가 높을수록 응집률이 높아졌다. CNT 함침 용액의 농도가 0.05에서 0.5wt%로 증가함에 따라 그래프팅율은 71.7%에서 72.4%로 증가했으며, 두께는 279에서 1248nm로 300% 이상의 성장률로 증가했으며 CNF-클러스터 밀도는 증가했습니다. 0.688에서 0.848로, 평균 군집 길이도 증가했습니다[67].

3.2. 습윤성

습윤성은 폴리머 재료의 가공 및 용도를 결정하는 핵심 요소입니다. 표면 형태 및 화학적 특성의 변화는 GF의 습윤성과 표면 에너지에 영향을 미칩니다. 표면 에너지가 높을수록 습윤성이 높아지고 GF와 매트릭스 사이의 계면 접착력이 향상됩니다. 또한 표면 개질(화학적 또는 물리적) 특성 또는 폴리머 재료의 정도를 나타내는 지표로도 일반적으로 사용됩니다. 액체와 고체 표면 사이의 평형 접촉각은 일반적으로 고체에 대한 액체의 습윤성을 측정하는 데 사용됩니다. 표면 에너지 및 습윤성의 변화는 MGF를 폴리머 또는 폴리머의 보강재로 맞춤화하는 데 사용할 수 있습니다[57,119].

수정되지 않은 GF는 좋은 친수성을 가지고 있습니다. 수소 결합에 의해 응집되고 물과 반응하여 GF의 적용 범위를 제한할 수 있습니다[144]. GF의 흡습성을 향상시키기 위해 사용되는 개질 기술과 형성된 표면 구조에 따라 GF를 개질하여 소수성 또는 친수성을 향상시킵니다.

MGF의 친수성을 높이면 물, 글리세린 또는 불소 중합체와 같은 여러 액체와의 습윤성이 증가합니다. 이 향상된 습윤성은 표면 에너지의 극성 성분(예: -OH 형성)의 급격한 증가와 관련되어 총 표면 에너지가 증가합니다.

GF의 소수성은 소수성 작용기 형성, 소수성 코팅 증착 및 불소화를 통해 증가할 수 있습니다. 소수성이 증가하면 습윤성이 감소하고 접촉각이 증가하며 표면 에너지가 감소합니다. 소수성은 두 가지 방법으로 증가할 수 있습니다: 실리콘 기반 작용기, 비금속 코팅 및 불소화[128]는 GF 소수성을 직접적으로 증가시킬 수 있는 반면, 실리콘 기반 비극성 작용기, 비금속 코팅의 탄소-탄소 결합 및 높은 플루오르화 코팅의 탄소-불소 비율은 GF 표면에 노출되는 친수성 이온을 적게 하여 소수성을 증가시킵니다. 처리가 처음에는 GF의 친수성을 증가시키지만 온도, 코팅 두께, 불소화 정도, 처리 기간 및 압력 또는 가스 혼합물 조성과 같은 매개 변수가 변할 때 소수성 기여도가 친수성 기여도보다 클 수 있습니다. [123].

Thomason은 서로 다른 실란이 GF 표면의 습윤성을 크게 변화시킬 수 있다고 보고했습니다. 섬유 표면의 실란 함량이 증가함에 따라 섬유 표면 극성이 점차 감소하고 물의 접착력이 감소하며 습윤성이 감소합니다. Fang은 소수성이 높은 RGO 코팅 GF를 보고했습니다. 접촉각은 딥 코팅 횟수가 증가함에 따라 점차 증가했습니다. 접촉각은 딥 코팅이 없는 GF의 경우 23°에서 5회의 딥 코팅 주기 후 GF의 경우 105°로 증가했습니다. 5회의 딥 코팅 사이클 후, 접촉각은 딥 코팅 사이클의 추가 증가와 함께 안정적으로 유지되었습니다. 이는 그래핀 코팅의 고유한 소수성과 코팅된 GF의 거칠기 때문이며, 코팅의 두께는 딥 코팅 주기가 증가함에 따라 증가했습니다[87]. Li et al. FGF를 준비하고 변형되지 않은 GF와 비교했습니다. FGF는 수정되지 않은 GF보다 좋은 분산과 낮은 응집을 나타냈는데, 이는 FGF의 소수성을 강화하는 CF[sub.3]의 존재 때문이었습니다[127]. Jameset al. 다양한 불화물 농도 용액(NH4F, NaF 및 Na2SiF6)에서 일련의 단일 섬유 접촉각 측정을 수행했습니다. 모든 플루오르화 섬유는 처리되지 않은 GF보다 더 높은 소수성을 나타냈는데, 이는 GF 표면의 불소화 정도 및 불소 용액의 고유한 특성과 관련이 있습니다[126]. Daan et al. 동적 마이크로 습윤 실험을 수행했습니다. 플라즈마 파워가 다른 He/CF[sub.4]로 처리된 FGF 면의 평균 습윤률은 처리되지 않은 GF보다 상당히 낮았는데, 이는 주로 불소 원자의 도입이 GF의 소수성을 증가시켰기 때문입니다[129,130]. Siyal et al. 다른 pH 조건 하에서 다른 FG 입자 수에 대해 FG-변형 GF 필름(FG-GF)의 소수성을 평가했습니다. FG 코팅은 3-11의 pH 값을 견딜 수 있었고 1과 13의 pH 값에서 소수성을 잃었습니다. FG는 FG 입자의 C-F 그룹에 기인한 소수성과 입자 크기를 증가시켰습니다. Siyal et al. FG-PDMS-변형 GF(FG-PDMS-GF) 필름의 양친매성을 평가했습니다. FG-PDMS-GF 필름은 FG-GF의 현저한 소수성과 PDMS-변형 GF의 강화된 소수성보다 더 강한 소수성을 보였다[92]. Hamidet al. GF의 습윤 거동을 조정하기 위해 표면 에너지가 다른 PDMAA, PS 및 PFA 폴리머로 GF의 표면을 코팅했습니다(그림 2C). GF 표면은 초친수성에서 매우 소수성으로 변했습니다[61]. Luo et al. 다양한 처리 단계에서 AM 수정 GF의 수분 흡수를 비교했습니다. AM 개질된 GF의 수분 흡수율은 13.6%에서 23%로 증가했는데, 이는 친수성 폴리아크릴아미드의 존재와 관련이 있다[63].

3.3. 전기적 성능

GF를 절연체에서 도체 또는 반도체로 변경하면 GF의 전체 전기적 특성에 상당한 변화가 발생합니다. 저항, 비저항[48] 및 전도성[123]을 포함한 전기적 특성은 코팅 유형, 균질도 및 전도성 경로의 상호 연결 정도가 변경됨에 따라 변경됩니다. 금속 코팅 GF의 전도도는 비금속 코팅 GF의 전도도보다 높습니다. 균일하고 조밀한 코팅의 전도도는 고르지 않고 느슨한 코팅의 전도도보다 높으며 상호 연결이 높은 전도 경로의 전도도는 상호 연결이 낮은 전도 경로의 전도도보다 높습니다[87].

Lien et al. 무전해 은도금 GF의 기계적 및 전기적 특성을 다른 TEOS 농도 전처리와 비교했습니다. 볼밀링 실험 결과 TEOS 농도는 은도금량에 비례하였으며 적절한 TEOS 농도는 GF와 은도금층 사이의 접착력을 향상시켰다. TEOS 농도가 5 또는 10g/L일 때 강화 효과가 가장 우수하여 저항이 가장 낮고 기계적 안정성이 가장 우수하였다[44]. Xu et al. 동도금 GF의 전처리 공정, 도금액의 조성, 전기도금 조건을 최적화하여 동도금 GF의 전도도를 향상시켰습니다. 체적 저항률은 (10Ω-50cm-1)[45,48]로 낮아 은도금 GF(10Ω-4O)보다 우수하였다. ·cm-1) [46] 및 니켈 도금 GF(10-30-cm-1) [77]. Tamrakaret al. PEI-CNT로 수정된 GF의 저항은 전계 강도와 증착 시간이 증가함에 따라 감소한다는 것을 발견했으며(그림 8C), 이는 PEI-CNT 전도성 필름 두께의 증가 및 균일성 향상과 관련이 있습니다[95]. Tzouniset al. CNT-GF의 전도도를 연구했습니다(그림 6D,E). CoCl-CNT로 변형된 GF(20 S/m)의 평균 전도도는 COOH-CNT로 변형된 GF(2 S/m)보다 10배 더 높았고, CoCl-CNT로 변형된 GF의 평균 저항은 (10-10-5O)는 COOH-CNT 변형 GF(10-5-10-6O)의 약 1/10이었다. 이것은 COOH-CNTs보다 CoCl-CNTs의 매우 얽히고 조밀하게 채워진 네트워크 분포와 더 균일한 미세 구조 때문이었습니다[70]. Fang et al. 전도성이 높은 그래핀 코팅 GF를 보고했습니다. 딥 코팅 횟수가 증가함에 따라 코팅 저항은 딥 코팅 시간에 따라 급격히 감소했으며 체적 전도도는 급격히 증가하여 최대 24.9 S/cm에 도달했습니다. 이는 GO의 높은 전도성, GF의 전체 구조 및 효율적인 전자 전송 네트워크에 기인합니다. 또한 전도도는 딥 코팅 시간에 크게 의존했습니다. 더 긴 딥 코팅 시간 동안, 그래핀 코팅은 더 두껍고, 더 많은 전도 경로가 있고, 저항은 더 낮습니다[87]. Gaoet al. 서로 다른 열분해 온도에서 제조된 그래핀 코팅 GF의 전도도를 측정했습니다. 그들은 온도가 증가함에 따라 코팅의 저항이 감소하는 반면 전도성은 반대 경향을 보였다는 것을 발견했습니다. 800, 850, 900℃에서 제조된 코팅의 저항값은 1.9×106, 4.6×105, 2.4×100O이고 전도도는 2.87 × 10 S/m, 4.5 × 10 S/m, 8.1 × 10 S/m. 더 작은 코팅 두께에 대해 더 나은 전도성이 얻어졌습니다[51].

그래핀으로 코팅된 GF의 전도도는 문헌에 보고된 다른 GF 코팅의 전도도와 비교되었습니다. 딥 코팅 기술로 제조된 RGO 코팅 GF의 전도도는 24.9 S/cm로 CNT 코팅 GF 20 S/cm 및 폴리아닐린 코팅 GF(6 S/cm)보다 높았으며 전기적 900 °C의 열분해 온도에서 제조된 그래핀 코팅 GF의 전도도는 0.5 S/cm이었다. RGO로 코팅된 GF의 전도도는 NH2 기반 그래핀-나노시트 코팅((5 ± 1) × 10 S/cm ) 및 NH2 기반 그래핀-나노시트 코팅((9 ± 7) × 10 S/m)으로 변형된 GF보다 10배 더 높았다[93].

3.4. 기계적 성질

수정은 GF[145,146]의 기계적 특성을 유지하거나 개선할 수 있으며 복합 재료 및 폴리머에서 MGF와 폴리머 간의 상호 작용을 위한 길을 열어줍니다. 특정 수정 조건 하에서 MGF의 기계적 특성(영률 및 인장 강도)의 변화가 조사되었습니다.

극한 인장 강도와 GF의 영률은 변형에 따라 급격히 증가합니다. 기계적 성질의 개선은 표면 결함의 제거와 개질된 작용기와 GF 표면 간의 상호 작용 강화로 설명할 수 있습니다. 급격한 수정 기술은 표면 손상 및 피트 형성으로 이어지며 기계적 특성이 크게 저하됩니다. 접착력이나 소수성과 같은 다른 특성은 기계적 특성을 희생시키면서 얻을 수 있습니다. 기계적 특성의 감소가 반드시 MGF가 강화 복합 재료가 아닌 결과를 초래하는 것은 아닙니다[123].

Thomason은 GF의 단일 섬유 인장 강도가 선택한 실란의 화학 구조에 따라 달라지며 섬유 표면에 대한 결합과 실리콘 원자에 부착된 알콕시 그룹의 수가 증가함에 따라 실록산 네트워크의 형성이 증가한다고 보고했습니다. 이것은 가장 심각한 표면 결함으로부터 GF를 보호하고 평균 섬유 강도를 향상시킵니다. 원래 크기가 지정되지 않은 GF 펄프의 단일 섬유 인장 강도와 비교하여 GF 면의 단일 섬유 인장 강도가 크게 증가했습니다. 두 가지 주요 성분인 실란 커플링제와 필름 형성 폴리머의 크기는 섬유 강도에 시너지 효과를 줍니다. 실란 커플링제는 방수 기능을 제공하거나 가장 약한 필라멘트 섬유를 제거합니다. 필름 형성제는 새로운 결함의 생성을 줄이고 오래된 결함의 치유를 촉진합니다. 또한, 결함 수선 가설은 섬유 인장강도의 향상을 설명하고, 사이징은 수선 메커니즘을 통해 섬유 표면 결함의 수와 크기에 영향을 미친다[61]. APTES 펄프 섬유는 평균 강도가 가장 높으며 실란 사이징 섬유만의 평균 강도보다 높습니다. 실란 처리된 GF의 단일 섬유 인장 강도는 수성 슬러리보다 높습니다. 엘라스토머 코팅 후 섬유 인장 강도가 더욱 향상됩니다. Moricheet al. Nanoindentation에 의해 GNP 변형 GF 및 NH[sub.2]-GNP 변형 GF의 영률 및 기계적 강도를 테스트했습니다. 변형되지 않은 GF와 비교하여 GNP 변형 GF와 NH2-GNP 변형 GF의 영률 값은 31%(21 ± 2 GPa) 및 162%(42 ± 2 GPa) 증가했으며, 경도는 NH2-GNP와 GF 사이의 강한 상호작용 때문에 각각 50%(3 ± 1 GPa)와 350%(9 ± 1 GPa) 증가했다[93]. Yang et al. 열처리된 GF의 인장 강도에 대한 HF 처리의 효과를 연구했습니다. 그들은 저농도 HF 용액에서 단기 처리가 GF의 인장 강도를 향상시킨다는 것을 발견했습니다. 상이한 온도(450-600 °C)에서 처리된 GF의 경우 0.5분 동안 묽은 불화수소산(HF)에 담그면 GF의 인장 강도가 2배 증가했으며 2.5분 후에 인장 강도가 3배 증가했습니다. HF는 표면 결함을 제거하고 섬유 직경을 줄임으로써 GF의 인장 강도를 향상시킵니다[13].

3.5. 안정

특수한 네트워크 구조로 인해 GF는 열 및 화학적 안정성이 우수하지만 MGF의 안정성은 GF와 다릅니다. MGF에서 다른 유형의 작용기, 작용기의 결합 능력 및 결함 정도는 MGF의 열적 및 화학적 안정성에 영향을 미칩니다. 한편, MGF는 온도 및 기계적 충격으로 인한 손상으로부터 GF를 보호하기 위해 화학적으로 안정적인 코팅으로 코팅되어 GF 안정성을 향상시킵니다. 한편, MGF의 표면 활성 작용기는 고온 및 고압하에서 쉽게 제거되고 손상되어 GF보다 MGF의 안정성이 낮다.

Xu et al. 구리 코팅 GF 표면의 구리 코팅의 안정성을 조사하기 위해 열 충격 방법을 사용했습니다. 열충격 후 코팅 표면에 박리, 기포 또는 벗겨짐이 없었으며 이는 코팅과 GF 사이에 강한 상호 작용이 있음을 보여주었습니다. 또한 구리 코팅 GF의 산화 안정성은 구리 코팅 GF의 체적 저항률을 노출 날짜별로 모니터링하여 확인했습니다[48]. Li et al. GF, MGF 및 FGF 복합 재료의 열중량 곡선을 분석했습니다(그림 17C). MGF와 FGF 복합재료의 파손은 3개의 온도 영역으로 나누어졌다. 첫 번째 영역은 용매의 분석 온도에 해당하고 두 번째 영역은 물의 물리적 흡착 분석 온도에 해당하며 세 번째 영역은 재료의 완전한 산화로 간주됩니다. 그러나 MGF와 FGF는 세 번째 영역 부근에서만 완전히 산화되어 파괴되었다. 두 복합재료는 우수한 내열성을 보였지만 열 안정성은 GF보다 낮았다[127].

4. MGF의 응용

GF는 그림 18과 같이 다양한 분야에서 사용되고 있다. 흡착, 강화고분자, 바이오의약 분야에서 중요한 소재로 환경보호, 석유화학, 건축자재, 항공, 국방, 생물 의학 및 기타 분야 [142,147].

4.1. 흡착

MGF는 균일한 미세기공, 높은 미세기공 용적, 높은 표면적을 가지며 우수한 흡착성능을 나타냅니다. 또한, GF 표면의 화학 그룹, 친수성/소수성으로 대표되는 표면 화학적 특성, GF 표면의 전하 등은 GF의 흡착 특성을 물질 분리와 같은 흡착 분야[82], [18], 오염 제어, 다기능 캐리어 및 가스 저장.

4.1.1. 분리

MGF는 높은 흡착력과 표적 분자와의 빠른 결합력을 나타냅니다. 그것은 작은 무기 분자(예: CO[sub.2]), 유기 오염 물질(예: 염료) 및 생물학적 거대 분자(예: 단백질)를 효과적으로 분석하고 분리할 수 있습니다[105].

Sugiyama는 298K에서 FGF에서 CO[sub.2]의 선택적이고 향상된 흡착을 보고했습니다. 이러한 흡착 거동은 반응성 GF를 산업 스트림에서 CO[sub.2] 가스의 분리 및 포집을 위한 유망한 흡착제로 만듭니다[125]. Zhao et al. AuNP/MoS[sub.2]/GF 합성물을 합성한 다음 미량 크리스탈 바이올렛(CV) 및 톨루이딘 블루(TB)의 정량적 검출 및 분리에 사용했습니다(그림 9B(I)). CV와 TB는 서로 다른 극성의 CV와 TB를 기반으로 AuNP/MoS2/GF에 의해 성공적으로 분리되었다[71]. Caoet al. 오일/물(O/W) 분리를 위해 초친수성 GF–G–PEI 필름을 사용했습니다. HPEI로 변형된 GF 표면의 풍부한 친수성 아민 그룹은 수소 결합을 통해 물 분자와 결합할 수 있습니다(그림 14C). 다양한 유화 및 분산 O/W 혼합물에서 정량적 오일 제거율은 99.6%로 높았습니다. HPEI로 개질된 GF 막의 O/W 분산 성능은 우수하여 고투과성, 고반발성, 내구성을 갖춘 새로운 O/W 필터 개발 가능성을 보여주었다[109]. Siyal et al. 직접 접촉 막 증류를 위해 FG-GF 막을 사용했습니다. 탈염 효과는 질량이 0.1g인 FG-GF에서 가장 좋았고, 필름 플럭스는 300분 동안 안정적으로 유지되었습니다. 탈염율은 840분 후 97.5% 이상으로 유지되었으며, 이는 직접 접촉 막 증류에서 FG-(0.1g) 코팅된 필름의 우수한 성능을 나타냅니다[92]. Chenet al. 생물학적 거대분자 분리(리소자임과 알부민의 분리)를 위해 단쇄 실란 유도체 변형 GF(그림 10A)를 사용했습니다. 실험 결과는 긴 탄소 사슬 또는 트리에톡시 실란의 흡착이 상대적으로 더 소수성이고 단백질 흡착 능력이 짧은 탄소 사슬 또는 변형되지 않은 GF보다 강하고 라이소자임 흡착 능력이 알부민보다 높다는 것을 보여주었습니다. . 이어서, GFM의 소수성 상호작용 및 탈착 조건에 따라 2단계 용출 과정에서 라이소자임과 오브알부민이 효과적으로 분리되었으며, 이때 70% 아세토니트릴에서 98%의 라이소자임이 회수되었고 70% 이소프로필에서 75%의 콘발부민이 회수되었다. 알코올 [104]. Gutierrezet al. 로타바이러스(RV)와 박테리오파지(MS[sub.2])를 제거하기 위해 적철광 나노입자로 코팅된 GF를 사용했습니다. GF에 흡착된 MS[sub.2] 및 RV는 정전기적 상호 작용을 통해 GF에 의해 제거되었습니다(그림 19). RV는 흡착 과정에서 구조적 손상으로 인해 비활성화되어 돌이킬 수 없는 흡착을 초래했습니다. 음용수 소독 과정에서 산화철로 코팅된 GF 필터로 만든 필터 요소는 매우 강력한 적용 가능성을 보여주었습니다[84]. Su와 동료들은 테르펜 락톤(테르펜 락톤 성분에는 일반적으로 은행나무 락톤(BB), 은행나무 락톤 A, 및 은행나무 락톤 B). 결과는 변형된 C[sub.18] 멤브레인이 시중의 C[sub.18] 고체상 추출 흡착제보다 더 나은 흡착 성능을 나타냄을 보여주었다. 수정된 C[sub.18] 필름은 BB에 대해 더 나은 선택적 흡착 성능을 보였고, 다른 탈착 용매를 테스트했습니다. 변형된 C[sub.18] 필름, 특히 BB의 테르펜 락톤은 변형된 C[sub.18] 필름에 따라 징코라이드의 다른 성분에 대해 다른 흡착 및 탈착 특성을 보였다. 적절한 용리 구배를 선택하면 서로 다른 테르펜 락톤 성분의 분리 및 농축이 이루어집니다[105].

4.1.2. 오염 제어

MGF는 유기염료, 휘발성유기화합물, 중금속이온 등 유기물 및 무기오염물질 흡착에 높은 활성을 보인다. 그러나 재생 중에 MGF에 의해 생성된 오염 물질을 풍부하게 하는 효과적인 방법은 없습니다.

Li et al. APTMS-GF 복합 막을 사용하여 염료 콩고 레드(CR), 브로모페놀 블루(BPB), 메틸렌 블루(MB) 및 메틸 오렌지(MO)를 이원 용액에서 선택적으로 제거하고 분리했습니다(그림 12D). 정전기적 상호작용을 기반으로 APTPS-GF 복합막(-NH[sup.2+])은 BPB/CR, MB/CR 및 MO/CR의 혼합 용액에서 CR(음이온 염료)을 선택적으로 제거하여 BPB(중성 염료)를 분리합니다. ), MB(양이온 염료) 및 MO(약음이온 염료) 각각(그림 12C)[64]. 장 외. MB 염료 제거에 사용된 상전환, 소결 및 산 침출에 의해 비대칭 나노포어 구조를 갖는 유리 중공사막을 제조하였다(도 20A). 초기 흡착률의 영향은 최대 95%였습니다. 흡착 역학 및 열역학적 데이터 피팅을 기반으로 가장 높은 등급은 2차 모델 및 Temkin 모델 피팅에 대한 것으로 화학적 흡착 프로세스와 자발적인 흡열 흡착 프로세스를 보여줍니다(그림 19 및 그림 20). 8번의 흡착/소성 사이클 후, MB의 제거율은 약 85%였습니다(그림 20C)[148,149]. Guanet al. GFS/MIL-100(Fe) 합성물을 합성하기 위해 MIL-100(Fe) 캐리어로서 GF 볼(GFS)을 사용하였다(도 21F). Mil-100(Fe)은 합성된 GFS/MIL-100(Fe) 복합재료에서 좋은 분산을 보였고 하중율은 27.5%까지 나타났다. GFS/MIL-100(Fe) 복합체는 염료 폐수 처리에 사용되었으며 우수한 RHB 제거 성능을 보여주었습니다. 또한 MB, acid orange 7, malachite green에 대해 어느 정도 제거 효과가 있었고, 재사용이 가능하여 GFS/MIL-100(Fe) 복합체가 염료 폐수 처리에 가능성을 보여주었다[150]. Guoet al. MGF는 휘발성 벤젠 계열 화합물(VBSC)에 대한 유망한 흡착제라고 보고했습니다. 그들은 10개의 전형적인 VBSC(페놀, 벤조일 클로라이드, 아닐린, 벤젠, 크실렌, 벤질 알코올, 살리실산 알데하이드, 톨루엔, 벤즈알데하이드 및 스티렌)를 사용했습니다. 비활성화, 활성화 및 아릴 변형 GF에 대한 VBSC의 흡착 능력을 평가했습니다(그림 11B). 활성화된 GF에 대한 VBSC의 흡착 효율은 비활성화된 GF에 대한 것보다 더 높았습니다. 아닐린, 살리실산알데하이드, 벤질알코올, 크실렌의 흡착효율은 아릴로 개질된 GF에서 크게 향상되었으며, 벤질알코올의 흡착효율은 93%에 달했다. 높은 흡착 효율은 수소 결합 및 p-p 컨쥬게이션 상호작용과 관련이 있습니다(그림 11C). 실험 결과는 활성화되고 아릴로 변형된 GF가 원료보다 더 큰 표면적과 더 많은 다공성 구조를 보인 SEM 결과와 일치했습니다[22]. Letenkova는 세 가지 다른 GF(BSTV 현무암 섬유, M20-STV-2.0 및 M20-UTV-0.6 GF)에서 Cd(II)의 흡착 능력을 연구했습니다. 세 가지 GF 물질 모두 Cd(II)에 대해 높은 흡착 능력을 보였다. Langmuir 모델의 분포 계수 및 흡착 평형 상수를 기반으로 m20-STV-0.6 GF는 Cd(II) 흡착에 대한 특이성이 제한적이었고 흡착 용량은 5 mg/dm의 Cd(II) 농도에서 78%에 도달했습니다. sup.3] [151]. Mark et al. 중성에 가까운 약산성 조건에서 미량의 Pb, Ag 및 Ni 금속을 흡착하기 위해 GF를 필터에 넣었습니다. 낮은 이온 농도에서 GF의 흡착 능력이 가장 높았다. Pb와 Ag는 완전히 흡착되었고, Ni는 부분적으로 GF에 흡착된 후 Ag 용액의 농도가 증가하였다. GF 물질은 4600μg/g(43μmol/g)의 흡착 한계를 보였다[152].

4.1.3. 지원되는 촉매

MGF 면은 독립적인 구조를 가지고 있으며 광촉매 및 촉매 산화 지지 촉매용 캐리어로 사용되었습니다. Aminianet al. 이산화티타늄(TiO2) 광촉매 나노입자를 위한 운반체로서 에폭시 수지 층으로 부분적으로 코팅된 GF 면을 사용했습니다. GF 매트릭스와 수지층의 에폭시 그룹에 흡착된 TiO2(그림 21D)와 TiO2 나노입자로 코팅된 섬유의 광촉매 성능을 암모니아 분해에 대해 테스트했습니다. 예열된 섬유의 열화율은 비가열 섬유의 약 절반 정도였으며, 이는 예열된 GF 표면의 에폭시 수지의 에폭시기가 제거되었기 때문이다. 따라서 GF 표면의 TiO[sub.2] 농도가 감소했습니다(그림 21A–C)[82]. Sayaka et al. GF 천과 TiO2 광촉매를 결합하여 TiO2 다공성 GF-천 복합체를 제조하고 2-프로판올 가스를 제거하고 광촉매적으로 분해하는 복합체의 능력을 테스트했습니다. 다공성 물질은 2-프로판올에 대해 높은 흡착능을 보였다(도 21E). 2-프로판올은 다공성 물질의 표면에 응집되고 2-프로판올은 CO[sub.2]로 완전히 분해될 때까지 아세톤으로 광촉매 산화된다. 다공성 물질은 기체 유기 오염 물질의 분해에 대한 강력한 후보입니다[81]. CuO 코팅이 있는 유연한 GF를 흡착제 및 광촉매로 사용하는 Avila-Lopez et al. CO[sub.2] 분자를 포획하고 광전환하는 이중 기능을 가진 효율적인 하이브리드 재료를 설계했습니다. 이 물질은 우수한 CO2 흡착 효율을 보였다. 가시광선 방출 다이오드 조명 아래에서 CO2는 태양 연료(CH3OH 및 HCOH)로 전환될 수 있습니다(그림 21G). CuO의 운반체로서 GF는 CO2 포집 및 광촉매 변환을 다른 물질보다 11배 향상시켰습니다[80]. Weiet al. 암모니아 질소 폐수의 광촉매 분해에 사용되는 BiOI/BiOBr/MoS[sub.2]-GF 복합 재료를 형성하기 위해 GF에 새로운 BiOI/BiOBr/MoS[sub.2] 광촉매 분말을 로드했습니다. 네 번의 반복 실험 후 복합재료에 의한 폐수의 분해율은 74.1%에 달했다. 따라서 BiOI/BiOBr/MoS2-GF 복합체는 경제적 가치를 지닌 광촉매 물질이다[101]. Liu et al. GF를 촉매 캐리어로 사용하고 CeO[sub.2] 및 MnOx를 활성 물질로 사용하여 Ce/Mn(x) 함량이 다른 일련의 Ce/Mn-개질 GF 촉매를 준비하고 인쇄의 제거 효율 및 촉매 산화 분해를 연구했습니다. 폐가스 염색. O2농도가 6%일 때 화학흡착산소의 함량이 가장 높았고 Ce/Mn-modified GF(1:5) 촉매연소 효율은 날염폐가스의 90.2%에 달했으며, 촉매 활성도가 가장 높고 안정성이 가장 높았다[79].

4.1.4. 가스 저장

MGF는 가스 분자와의 상호 작용을 기반으로 가스 저장 매체 역할을 할 수 있습니다. MGF의 화학적 특성은 상대적으로 제어 가능성이 더 높습니다. 기체 선택도가 높기 때문에 분자체 효과를 얻기 위해서는 비표면적이 아닌 미세다공성 시스템이 필요하다[153]. 기능성 그룹의 도입 및 대상 가스와의 상호 작용과 같은 섬유 재료의 수정을 통해 흡착 목적을 달성합니다.

Im et al. 천연 가스(CH[sub.4])의 저장 매체로 인위적으로 준비된 불소화 전기방사 GF 면(F-ESACF). 최적화된 저장 시스템은 높은 저장 용량, 빠른 저장 및 방출 동역학 및 높은 재활용성을 보여주었습니다. 비불소화 ESACF-3 및 ESACF-5와 비교할 때, 불소화 F-ESACF-3 및 F-ESACF-5는 각각 약 20% 및 14%의 더 높은 메탄 흡수 능력과 97%의 높은 탈착 성능을 보였다[154]. Larasati는 제올라이트 결정이 포함된 GF를 CO2 및 H2 저장 매체로 사용했습니다. 제올라이트가 적재된 GF는 빠른 저장 및 방출 동역학 및 효율적인 재활용과 함께 CO[sub.2] 및 H[sub.2]의 자발적인 저장을 보여주었습니다. 30, 40, 50℃의 저온에서 CO2의 흡착능은 각각 24.6%, 15.3%, 12.4%(w)였다. 30, 40, 50℃에서 H2의 흡착능은 각각 4.9%, 3.1%, 2.3%(w)인 반면 탈착능은 73.6%, 80.5%, 92.5%( 승) 각각. 따라서 제올라이트가 함유된 GF는 CO[sub.2] 및 H[sub.2]의 유망한 저장 물질입니다[155].

MGF는 흡착제로 널리 사용되지만 새로운 흡착 특성을 개발하기 위한 노력은 계속되고 있습니다. 새로운 기능을 가진 GF의 개발은 흡착 분야를 발전시킬 수 있습니다. 흡착 성능은 흡착제의 표면 화학에 크게 의존하기 때문에 흡착제의 표면 개질은 고유한 흡착제 개발에서 중요한 문제가 되었습니다[125].

4.2. 복합 보강재

섬유는 일반적으로 많은 폴리머 제품의 보강재로 사용됩니다[156,157,158]. GF 강화 폴리머(GFRP)는 저렴하고 가공하기 쉽습니다. GFRP는 고강도, 저밀도, 우수한 단열 및 차음 성능[159,160,161,162,163,164,165,166]을 보여 개별 재료의 한계를 극복하고 재료의 종합적인 성능을 향상시킵니다. 그러나 많은 양의 GFRP 폐기물도 발생하여 상당한 자원 낭비를 일으키고 있으며, 폐기물의 재활용 및 활용은 새로운 과제이다[167]. GF 복합 보강 재료는 일반적으로 에폭시 수지/섬유[168,169,170,171], 열가소성/섬유(폴리프로필렌)[172], 천연 섬유/섬유[173,174] 및 인조 섬유/섬유 보강 재료[175]로 분류됩니다. 그들은 어망[176], 콘크리트[177,178,179,180,181,182], 난간 시스템[183], 전신주[184], 운송 파이프라인[185], 항공 우주 재료[186] 및 고층 건축 자재[187,188]를 강화하는 데 사용할 수 있습니다. .

폴리머/섬유 복합 재료의 부품 설계 및 제조에서 계면 접착력은 우수한 복합 재료 성능을 얻는 데 주요 장애물입니다[189]. 접착 정도는 계면의 재료 특성에 영향을 미치며 재료의 특성, 물리적 화학, 형태 및 열역학적 적합성에 따라 달라집니다. 폴리머와 섬유 사이의 접착력을 향상시키기 위해 두 재료 사이에 기능성 샌드위치를 ​​도입할 수 있습니다.

Fiber Bridging은 균열 전파를 줄이고 복합 재료의 층간 강도와 인성을 향상시킬 수 있는 강화 메커니즘입니다. Daan은 면과 같은 플라스마 처리된 FGF가 상당한 수분 특성을 가지고 있으며 다른 복합 재료뿐만 아니라 다른 복합 재료의 플라이 사이의 약한 면에서도 사용될 수 있다고 보고했습니다. 즉, 특정 층간 강도를 유지하여 복합재료에서 일반적인 손상 메커니즘인 박리를 줄이기 위해 물리적 장벽을 사용하지 않고 국소 약한 평면을 도입[129].

4.2.1. 수지/섬유 강화 재료

Cechet al. GF를 매트릭스로 사용하는 합성 섬유강화 폴리에스터 수지 복합재료, 플라즈마 폴리머 필름(PP-HMDSO 및 PP-VTES), 섬유 표면에 중간층으로 증착된 실란 폴리머 필름(PC-VTES) 및 계면 전단강도 테스트 GF/폴리에스터 인터페이스. PP-VTES 및 PC-VTES로 개질된 유리/폴리에스테르 복합재의 계면 전단 강도(IFSS) 값은 처리되지 않은 유리/폴리에스테르 복합재보다 110% 더 높았고 성능은 비교적 더 우수했습니다(그림 4C,D). [62]. Takizawa는 BNNT/톨루엔 용액 처리된 GF 에폭시 수지 매트릭스 복합재를 적층 및 성형했습니다. BNNT/toluene/GF 복합재료의 열전도율은 개질되지 않은 복합재료와 비교하여 전기절연성에 영향을 주지 않으면서 90% 증가한 1.2 W/(m·K)이며, 더 높은 연성을 보였다. . Tamrakaret al. 에폭시 수지의 기계적 특성을 향상시키기 위해 PEI-CNT로 에폭시 수지 매트릭스를 수정했습니다(그림 8D). IFSS는 코팅 두께에 비례했습니다. 2μm 두께의 PEI-CNT 코팅(SG-1-15-15m)과 수정되지 않은 에폭시 수지의 조합은 가장 높은 IFSS(75.5MP)를 보여 매트릭스보다 58% 더 높았습니다[95]. Chenet al. GO-GF/에폭시-수지 합성물을 합성하고 합성물의 층간 전단 강도(ILSS)를 측정했습니다(그림 15B). GO 용액의 농도 범위는 1.0~2.0 mg/mL(1.0, 1.5, 2.0 mg/mL)였습니다. GO의 농도가 1.5 mg/mL일 때 합성물의 ILSS는 최대값에 도달했습니다. 또한 GO-G-GF(화학적 그래프팅 방법)의 ILSS는 GO-C-GF(정전기 조립 전략 방법)보다 높았으며 GO 층은 GF와 폴리머 매트릭스 사이의 계면 접착력을 향상시켰습니다[65, 90]. Sarr et al. CNT-GF와 에폭시 수지를 혼합하여 GF-CNT/에폭시-수지 복합 재료를 형성하여 GF/에폭시-수지 복합 재료의 기계적 특성을 향상시켰습니다. 계면 박리, 기계적 연동 및 CNF Bridge의 수지 인성을 통해 IFSS는 최대 78% 증가하고 굽힘 강도는 20% 증가[67].

4.2.2. 열가소성/섬유 강화 소재

열가소성/섬유 복합 재료는 열가소성 매트릭스와 GF 강화 재료로 구성됩니다. 일반적으로 사용되는 열가소성 수지는 폴리프로필렌[164,190], 폴리테트라플루오로에틸렌[189,191], 폴리염화비닐[192], 나일론(PA6)[193] 및 PET[194]입니다. Fang et al. 아이소메트릭 폴리프로필렌(IPP)으로 수정된 GF 마이크로 복합재를 준비했습니다. 그들은 PEI-CNT-변형 GF(PEI-CNT-GF) 및 PEI-GO-변형 GF(PEI-GO-GF)를 IPP 플라스틱과 결합하여 두 구성 요소 사이의 계면에 조밀한 결정 구조를 형성했습니다(그림 16D–F ). IPP/PEI-CNT-GF 및 IPP/PEI-GO-GF는 우수한 계면 접착력을 보였다. PEI-CNT-GF 및 PEI-GO-GF의 IFSS 값과 비교하여 IPP/PEI-CNT-GF 및 IPP/PEI-GO-GF의 IFSS 값은 각각 39.5% 및 34.5% 증가했습니다(그림 16G). , 따라서 인터페이스 성능이 크게 향상되었습니다[120]. Hamidet al. GF 강화 폴리프로필렌의 기계적 특성을 개선하기 위해 C-H 삽입 가교 개질을 수행했습니다. 응력-변형률 곡선은 14.0 vol% GF의 최대 응력이 4.3 vol% GF(35.0 MPa)의 두 배임을 보여주었습니다. 14 vol% GF의 최대 변형률은 4.3 vol% GF의 약 절반(0.595)이었으며 부피 분율이 높을수록 전체 강도가 높아졌습니다[61]. Guoet al. 폴리프로필렌/니켈 코팅 GF 합성물을 제조하기 위해 전도성 필러로 니켈 코팅 GF를 사용했으며, 전도성 필러는 GF의 전도성을 향상시켰다[77]. 이를 바탕으로 그들은 니켈로 코팅된 GF에서 완전한 전도성 네트워크의 형성을 촉진하기 위해 핵형성제인 디벤질 소르비톨을 도입했습니다. 따라서 폴리프로필렌/니켈 도금 GF 복합 재료의 전도성 및 기계적 특성이 더욱 향상되어 고성능 전도성 복합 재료를 제조할 수 있는 실현 가능한 아이디어를 제공합니다[195]. Fang et al. 간단하고 환경 친화적이며 효과적인 방법을 사용하여 GF 및 PA6 매트릭스 복합 재료의 계면 특성을 개선하고 PEI-CNT-GF를 사용하여 PA6/PEI-CNT-GF 복합 재료를 형성했습니다. 수소 결합 상호 작용, 기계적 연동 및 브리지 모델의 결정 구조는 경계면에서 PEI-CNT-GF와 PA6 플라스틱의 긴밀한 결합을 촉진했습니다. PA6/PEI-CNT-GF 복합체는 최상의 기계적 특성을 보여주었다(도 16C). PA6/GF와 비교하여 PA6/PEI-CNT-GF의 인장강도, 굽힘강도, 파단연신율은 각각 약 7.5%, 6.9%, 17.5% 증가하여 인터페이스 수정에 대한 광범위한 응용 전망을 보여줍니다. 열가소성 복합 재료의 [119]. Xiaoet al. PET 개질 GF(PET/GF)의 난연성 강화를 위해 BP와 RP를 사용하였고, BP/PET/GF와 RP/PET/GF의 열안정성 및 내화성을 시험하였다. BP와 RP의 첨가는 PET/GF의 난연 성능을 향상시켰으나 PET/GF에 대한 BP의 난연 효율은 PET/GF에 대한 RP의 것보다 더 나았는데, 이는 분산성 및 탄소 촉매 특성 때문이었다. BP. 좋은 분산성은 연소 초기 단계에서 열 전달을 방해하고, 탄소 촉매는 연소 중간 단계에서 조밀한 탄소층의 형성을 촉진합니다. GF의 "심지 효과"가 억제되어 GF 강화 폴리머의 적용 범위가 넓어집니다[25,40]. Li et al. FGF와 PTFE를 혼합하여 PTFE/FGF 마이크로파 복합 재료를 준비하고 복합 재료의 기계적 특성, 밀도 및 흡습성을 연구했습니다(그림 17D,E). PTFE/FGF 복합재의 인장강도(38.53MPa)와 연신율(226.82%)은 PTFE/MGF(각각 34.73MPa 및 179.50%) 및 PTFE/GF(각각 34.82MPa 및 174.33%)보다 상당히 높았습니다. ) 합성물. 또한 PTFE/FGF 복합재의 밀도(2.174g·cm-3)와 흡습성(0.008%)이 약간 개선되어 복합재의 종합적인 특성이 향상되었습니다[127]. Zhou et al. 제작된 PDA-PTFE/GF 복합 재료. 복합 재료는 강한 친수성을 나타내었고 코팅은 우수한 화학적 및 기계적 안정성을 나타냈습니다. PDA 코팅과 비교하여 NaIO4를 산화제로 사용하여 형성된 PDA 코팅은 더 나은 친수성과 안정성을 보였다[1].

4.2.3. 천연 섬유/섬유 강화 소재

수지 및 열가소성 수지와 비교하여 천연 섬유는 다양성이 풍부하고 환경 친화적이며 우수한 생분해성 및 재현성을 나타냅니다[196,197]. 위에서 언급한 장점에도 불구하고 천연 섬유는 열 안정성이 제한적이고 흡습성이 높으며 분산이 적고 천연 섬유와 매트릭스 사이의 계면 접착력이 좋지 않은 단점이 있어[198,199,200,201], 천연 섬유는 GFRP에 널리 사용되지 않습니다[202]. .

Jing et al. 폴리락트산(PLA)을 강화하기 위해 S-GF와 GO-GF를 사용했으며 S-GF-PLA 및 GO-GF-PLA 복합 재료의 기계적 및 열역학적 특성을 연구했습니다. S-GF의 첨가는 유지된 섬유의 최적 길이로 인해 기계적 특성과 인성을 크게 향상시켰습니다. 복합재료 계면에서 GO-GF의 결정화는 영률을 증가시켰고 GO-GF-PLA 복합재료의 특성을 더욱 향상시켰다[89]. Rameshet al. 사이잘/황마-GF-강화 폴리에스터 합성물을 개발했습니다. 복합재료는 우수한 인장강도, 굴곡강도, 충격강도를 보여 GF 강화 폴리머 복합재료의 대안으로 사용될 수 있다[203].

4.3. 바이오 의료 학

MGF는 정균, 생물학적 검출 및 수리에 큰 잠재력을 가지고 있으며 소독 및 살균 [32,74,103,204], 임상 진단 [29] 및 화학 요법 [205,206]에 적용될 수 있습니다. 그러나 MGF의 생체독성과 생체적합성에 대해서는 추가 조사가 필요합니다.

Li et al. GO/ZnO/Cu2O/GF 복합 코팅의 세 가지 구성 요소가 항균 성능을 상승적으로 향상시킬 수 있다고 보고했습니다. GO/ZnO/Cu2O/GF 하이브리드 소재의 항균 활성을 실험하기 위한 실험 대상으로 Staphylococcus aureus와 Escherichia coli를 사용하였다. 코팅은 두 균주에 대해 어느 정도의 항균 성능을 보였으며 S. aureus에 대한 항균 효과는 E. coli에 대한 것보다 더 우수했습니다 [100]. Song et al. 혈액에서 심장 칼슘 단백질(cTnT)을 검출하기 위한 항체 결합 GFM 플랫폼을 설명했습니다(그림 13B). 이 방법은 25°C에서 30분 이내에 1.0–120 pg/mL 범위에서 cTnT의 선형 정량화에 사용할 수 있습니다. 높은 민감도, 높은 정확도, 높은 특이성을 보여 생체 분자 cTnT 검출을 위한 실행 가능한 방법을 제공합니다[69]. Fang et al. GF는 매체인 GF와 종이 기반 미세유체 시스템을 결합하여 새로운 미세유체 시스템을 개발했습니다. 이 시스템은 높은 미세패턴 분해능, 빠른 유속, 높은 부하 용량을 보였으며, 마이크로어레이 형식으로 단백질, 포도당, 케톤체, 아질산염, 소변의 pH 값을 검출할 수 있다[207]. Liverani는 스크래치 테스트를 통해 구리 도핑된 GF의 상처 봉합 효율을 평가했습니다(그림 13C). 케라티노사이트 형성 및 이동에 영향을 주지 않으면서 Cu[sup.2+]의 지속적인 방출은 모의 체액에서 섬유의 광물화를 억제하고 48시간 이내에 스크래치 상처 봉합을 달성했습니다[113]. Vallittuet al. 치과 재료, 보철, 치주 치료 및 치열 교정 분야의 구강 임플란트로 GF 강화 수지를 적용했습니다. 강화된 재료는 저작 시스템의 기계적 응력에 저항하고 우수한 피로 저항성과 인성을 보여주었습니다[208,209].

4.4. 기타 애플리케이션

위의 응용 분야 외에도 MGF의 응용 분야는 광섬유[210,211,212,213,214,215], 리튬-산소 배터리[216,217] 및 스트레인 센서[218,219,220,221]로 확장되었습니다.

Saitoet al. PTFE-clad As-S GF를 준비하고 적외선 섬유에 적용했습니다. 광섬유의 전송 범위는 1~7μm이며 최소 광손실은 0.15dB/m로 다른 광섬유 코어 클래드 As-S 광섬유의 최저 광손실(0.197dB/m)보다 낮습니다. . As-S 섬유의 흡수 및 산란 손실도 감소했습니다[211]. 우 교수는 리튬-산소 전지에 리튬이온 전도성 세라믹막과 GF막으로 구성된 이중막을 적용했다. 전지는 8.1×10-4S/cm의 높은 이온 전도도를 나타냈고, 70회 충방전 사이클 동안 용량 감쇠가 없었고, 전해액 저항 및 계면 저항의 증가가 상대적으로 적었다. 성능은 복합 폴리머 멤브레인 또는 GFM 단독 사용 [216]을 사용한 성능보다 우수했습니다. Moricheet al. GNP-GF 및 NH[sub.2]-GNP-GF 복합재료를 변형률 모니터링에 적용하고 인장 하중 하에서 840~16,400 정도에 이르는 높은 민감도 값을 얻었습니다[93]. Sebastianet al. CNT-GF를 센서로 복합 재료에 통합하고 퍼지 섬유 스트레인 게이지로 사용하여 변형, 온도 및 열화를 포함하여 복합 구조에서 여러 변형 작업을 감지하여 구조적 무결성을 감지했습니다. 스트레인 게이지는 전통적인 스트레인 게이지와 유사한 감도를 보였다[218].

5. 요약 및 전망

MGF의 수정 방법, 속성 및 응용 프로그램이 검토되었습니다. Si-O 결합의 화학적 반응성과 그에 따른 유도체 반응에 기초하여 다양한 작용기가 GF 표면에 그래프트될 수 있으며, 이는 다양한 GF 유도체의 제조를 위한 일반적인 경로를 제공합니다. 또한 MGF의 고유한 특성이 점차 개발되어 흡착, 복합 보강 및 생물 의학 분야에서 MGF의 응용 가능성이 매우 높습니다.

MGF에서 현저한 진전이 있었지만 준비에서 적용에 이르기까지 (I) 미세 구조 설계, (II) 고품질 녹색 준비, (III) 효율적인 흡착 성능, (IV) 폐유리/폐GF의 재활용.

I. 미세 구조 공학은 GF의 물리적, 화학적 특성을 최적화하는 핵심 요소입니다. 세련된 구조 공학은 성능면에서 구조가 다른 GF의 특정 기여를 구별합니다. 이것은 특정 기능 등급 재료의 설계에 대한 지침을 제공하고 궁극적으로 다양한 응용 분야의 요구 사항을 충족하는 맞춤형 MGF 제품을 달성할 뿐만 아니라 다른 재료의 대상이 지정되고 정확한 수정에 대한 지침을 제공합니다.

II. 새로운 GF 수정 방법의 개발이 필요합니다. MGF 표면활성기를 이용하여 기발한 3차원 대칭구조를 설계하여 다른 기능성 소재와의 복합소재 구현이 가능하며, 보다 친환경적이고 친환경적인 고성능 소재 개발이 가능합니다.

III. 흡착 분야에서 MGF의 적용 확대가 필요합니다. 일부 기체 매질, 특히 에어로졸은 매우 낮은 검출 조건 하에서 MGF의 특수 부위와 결합하여 새로운 강력한 흡착력, 흡착제 농축 저장, 방향성 전달 및 탈착을 조사하여 재사용 및 MGF와 MGF의 완벽한 조합을 달성해야 합니다. 환경 매체.

IV. 지속 가능한 순환 공급망 및 순환 경제를 실현하기 위해 GF 생산을 확대하고 GF 비용을 절감하기 위해 가치를 추가하고 폐 유리를 GF 준비의 원료로 재활용하고 사용된 MGF를 재사용하는 재활용 경로를 개발해야 합니다.

저자 기여

개념화, 데이터 조사, 형식 분석, 리소스 및 작성 - 원본 초안, Y.W. 그리고 Y.S.; 데이터 큐레이션 및 개념화, D.W. 및 X.M.; 감독, X.Y., C.Z. 및 R.G.; 검증, R.G.; 자금 조달, 검증 및 프로젝트 관리, S.J. 모든 저자는 원고의 출판된 버전을 읽고 이에 동의했습니다.

데이터 가용성 선언문

적용되지 않습니다.

이해 상충

저자는 이해 상충을 선언하지 않습니다.

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참조

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218. J. 세바스찬; N.Schehl; M. 부샤르; M. 볼레; L. Li; A. 라구노프; K. Lafdi 탄소 나노튜브 코팅 유리 섬유 센서가 내장된 구조 복합재의 상태 모니터링, 2014, 66, pp. 191-200. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2013.08.058.

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221. C. 자오; Z. Xia; X. 왕; J.Nie; P. 황; S. Zhao 은 코팅 유리 섬유로 채워진 전도성 실리콘 고무를 기반으로 한 매우 안정적인 3D 프린팅 유연한 스트레인 센서., 2020, 193, p. 108788. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108788.

수치

그림 1: 유리 섬유 표면 개질 방법(Figdraw 제공). [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 2: (A) (I) 접착 촉진제를 사용한 섬유-매트릭스 인터페이스의 화학적 변형 메커니즘에 대한 도식적 설명. (II) 디아자카르보닐(왼쪽) 및 벤조페논 그룹(오른쪽)을 포함하는 접착 촉진제로 선택된 폴리머 시스템. (B) 섬유 매트릭스 인터페이스의 SEM. (C) 친수성 폴리머 및 소수성 폴리머로 코팅 시 유리 섬유의 습윤 거동 조정. 참조 [61]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2019 고급 엔지니어링 자료. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 3: (A) 실란 커플링제의 자체 축합 반응 개략도. (B) 아미노-실란 커플링제에 의한 유리 섬유 개질의 개략도. (C) (I) APTES-GF의 SEM 형태. 참조 [62]의 허가를 받아 복제됨. Copyright 2014 복합과학기술학회. (II) APTMS-GF. 참조 [64]의 허가를 받아 복제됨. Copyright 2018 케미스트리셀렉트. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 4: (A) 실리카 알코올과 유리 섬유 계면 사이의 응축 반응 메커니즘 다이어그램. (B) 연속적인 표면 처리 및 섬유 다발 수정을 위한 플라즈마 기술의 개략도. (C) 계면 전단 강도는 미처리, 플라즈마 처리 및 플라즈마 폴리머 코팅 유리 섬유에 대한 마이크로 본드 테스트에서 결정되었습니다. (D) 플라즈마 개질, 습식 화학 개질 및 처리되지 않은 섬유에 대한 유리 섬유/폴리에스테르 복합재의 짧은 빔 강도. (E) 습식 화학물질 준비 공정. 참조 [62]의 허가를 받아 복제됨. Copyright 2013 접착과학기술저널. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 5: (A) 유리 섬유에 구리를 무전해 도금하기 위한 개략도(I) 그림. (II) 얻어진 구리 코팅 유리 섬유의 SEM 이미지. (III) 합성된 구리 코팅 유리 섬유의 XRD 패턴. 참조 [45]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2014 스프링거. (B) 합성물의 전도성 경로 형성에 대한 개략도 (I) 및 (II) NCGF에 대한 XRD 패턴. 참조 [77]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2015 엘스비어. (C) TEOS-modified FG의 무전해 은도금 반응도. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 6: (A) (I) SiO[sub.2](001) 표면에서 탄소 원자의 초기 흡착. 빨간색, 황금색 및 회색 공은 각각 O, Si 및 C 원자를 나타냅니다. (II) SiO[sub.2](001) 표면의 부분적 탈산 후 탄소 원자의 흡착 및 해당 전하 차이 맵(삽입 그림에 표시됨). (III) 2가지 종류의 최적화된 그래핀/SiC/SiO2 구조 및 그래핀-탄소 층과 SiC/SiO2 기판 사이의 계면의 상응하는 전하 차이 맵. 청색 및 녹색 영역은 각각 전자 고갈 ​​및 축적을 대신합니다. (B) 전도성 나노 탄소 코팅 유리 섬유의 다이어그램. 참조 [51]의 허가를 받아 복제됨. Copyright 2020 The Journal of Physical Chemistry C. (C) (I) 화학적으로 그래프팅된 MWCNT(GF-g-CNT) 및 (II) GF 표면에 물리적으로 흡착된(GF-ad-CNT) 그림. 두 경우 모두 딥 코팅 증착 공정이 사용되었습니다(이 그림의 컬러 버전은 온라인에서 볼 수 있음). (D) 화학적으로 그래프팅된(GF-g-CNT) 및 (E) 물리적으로 흡착된(GF-ad-CNT) MWCNT로 표시된 단일 GF의 DC 전기 저항(R, 검은색 막대) 및 전도성(r, 회색 막대) 전극 거리의 함수(오차 막대는 해당 표준 편차를 나타냄). 참조 [70]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2014 탄소. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 7: (A) 졸-겔 및 딥 코팅 기술을 통한 그래핀 코팅 GF의 준비 개략도. (B) 주름진 rGO 코팅을 GF에 형성. 참조 [87]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2019 재료 과학 및 기술 저널. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 8: (A) 유리 섬유 상의 탄소 나노튜브의 코팅 두께는 계면 특성을 조정하기 위해 전기 영동 증착에 의해 제어되었습니다. (B) CNT와 에폭시 사이의 습윤성: (I) SG-1-15-15m, (II) SG-15-10.5m 및 (III) SG-CNT/EP-CNT. (C) CNT 농도 0.5g/L에서 EPD 섬유의 전기 저항 측정: (I) 15분의 일정한 증착 시간을 갖는 상이한 전계 강도에서 및 (II) 15V/cm의 일정한 전계 강도를 갖는 상이한 증착 시간에서. (D) 서로 다른 EPD 섬유 및 에폭시 시스템의 계면 전단 강도. 참조 [95]의 허가를 받아 복제됨. Copyright 2016 ACS 응용 재료 및 인터페이스. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

도 9: (A) GF-MoS2@AuNP 기질의 합성 도식. (B) (I) 종이 분리 후 염료 분자(CV, TB 및 이들의 혼합 용액)의 비색 검출 및 MoS2 및 GF-MoS2에서 분리 후 혼합 용액의 이미지 AuNP-4 기판. (II) 혼합 용액의 라만 스펙트럼. 하위 그림 (III) 및 (IV)는 MoS2 및 GF-MoS2@AuNPs 기판에서 종이 분리 후 CV 및 TB 분자의 라만 스펙트럼입니다. 참조 [71]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2017 RSC 발전. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 10: (A) 다양한 유기실리콘 유도체를 사용한 유리 섬유 멤브레인의 변형에 대한 반응 방식. (B) 옥타데실 트리클로로실란과 유리 섬유 멤브레인의 반응식. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 11: (A) 활성화된 유리 섬유 및 아릴 유리 섬유의 준비. (B) 특정 휘발성 벤젠 기반 화합물과 관련하여 4가지 유리 섬유 유형에 대한 제거율(막대는 n = 4에 대한 표준 편차를 나타냄); FG -0(미처리 유리 섬유), FG -1(30% H2O2), FG -2(NaOH + 에탄올 + 증류수) 및 FG -3(98% H2SO4 + 30% H2O2). (C) 수소 결합과 p-p 공액 상호작용을 통해 유리 섬유에 의한 방향족 화합물의 흡착을 보여주는 도표. 참조 [22]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2021 환경 과학 및 오염 연구 국제. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 12: (A) APTMS-GF 복합 멤브레인의 제작. (B) APTMS-GF 멤브레인에 의한 여과 전후의 혼합 염료 용액의 UV-vis 스펙트럼. (C) 각각 APTMS-GF-1 막, APTMS-GF-2 막 및 APTMS-GF-3 막에 의해 다양한 농도를 갖는 CR 용액 세트의 제거 효율. 참조 [109]의 허가를 받아 복제됨. Copyright 2018 케미스트리셀렉트. (D) APTMS-GF 복합 막에서 제안된 분리 메커니즘의 개략도. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 13: (A) DAGON 방법을 사용하여 DNA 변형된 유리 섬유 멤브레인. (B) cTnT는 형광 비드와 결합된 항체에 의해 검출되었다. 참조 [69]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 © 2012 분석가. (C) 유리 섬유 준비의 개략도. 참조 [113]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2022 의학 자료. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 14: (A) 유리 섬유 막 표면에 접목된 HPEI의 반응 메커니즘. (B) GF, GF-g-EPI, GF-g-HPEI60000, GF-g-HPEI10000 및 GF-g-HPEI600 막의 ATR-FTIR 스펙트럼. (I) 500-4000cm-1의 전체 스펙트럼 및 (II) 1510-1610cm-1의 고해상도 스펙트럼. 참조 [109]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2017 화학 공학 저널. (C) 변형된 멤브레인이 장착된 O/W 분리 장치의 이미지. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

도 15: (A) GO-g-GF 합성에 대한 화학적 경로는 검은색 화살표로 표시되어 있습니다. 하나의 유리 섬유에 CNT와 GO를 동시에 그래프팅하는 개략도. 여기서 OH 또는 H2O는 수산기, NH[sub.2]는 아미노기, COOH는 카르복실기를 나타냅니다. GF 표면 개질용 실란 커플링제는 유기물과 무기물을 결합시키는 일종의 매개체 역할을 합니다. 이 프로세스는 파란색 화살표로 표시됩니다. (B) GF/EP 복합재의 층간 전단 강도. 참조 [65]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2014 복합 과학 및 기술. (C) (I) SEM 이미지(위) 및 (II) 유리 섬유 표면의 GO/CNT 하이브리드 코팅층의 HRTEM 이미지(아래). (D)유리 섬유 코팅을 위한 그래프팅, 코팅 및 세척 공정을 보여주는 개략도. 참조 [116]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2017 복합 과학 및 기술. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 16: (A) CNT에 접목된 PEI의 개략도. (B) GF와 반응한 PEI-CNT의 개략도. (C) (I) 인장 강도, (II) 굴곡 강도, 및 (III) PA6로 강화된 다양한 유리 섬유의 파단 시 인장 신율(A: PA6/Raw GF; B: PA6/PEI-GF; C: PA6 /CNT-GF 및 D: PA6/PEI-CNT-GF). 참조 [119]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2019 폴리머. (D) GF 표면의 PEI-CNT 및 (E) GF 표면의 PEI-GO의 그래프트 반응 메커니즘의 도식적 표현. (F) 정지 상태에서 메커니즘의 개략도: (I) iPP/PEI-CNT-GF 및 (II) iPP/PEI-GO-GF; 전계장 하: (III) iPP/PEI-CNT-GF 및 (IV) iPP/PEI-GO-GF. (G) 각각 정지 및 전단 필드 하에서 다양한 iPP/GF 마이크로 복합재의 IFSS). 참조 [120]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2020 복합 과학 및 기술. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 17: (A) 유리 섬유의 표면 불소화 전략. (B) 인장 파단 후 PTFE/F-GF의 피브릴 구조. (C) GF, M-GF 및 F-GF의 TG 곡선. (A) 잔류 용매 탈착; (B) 물리 흡착된 수분 탈착; 및 (C 및 D) 수정자 손실. (D) PTFE, PTFE/GF, PTFE/MGF 및 PTFE/F-GF의 인장 강도 및 연신율. (E) PTFE, PTFE/GF, PTFE/M-GF 및 PTFE/F-GF의 밀도 및 수분 흡수. 참조 [127]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2017 RSC 발전. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

Figure 18: Overview of the application of modified glass fibers diagram (by Figdraw). [Please download the PDF to view the image]

도 19: (A) (I) TEM 이미지는 적철광 나노입자 응집체의 표면에 흡착된 MS2 파지를 보여준다. 바이러스 입자의 직경이 눈에 띄게 감소하지 않았으며 무결성이 손상되지 않은 것으로 보입니다. (II) TEM 이미지는 용액에서 적철광 나노입자와 접촉한 후 구조가 손상된 RV 입자를 보여줍니다. 참조 [147]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2009 물 연구. (B) 정전기 작용에 의한 로타바이러스 및 파지의 적철광 코팅 섬유 흡착의 개략도. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

도 20: (A) 유리 중공사막의 제조. (B) 준비된 막에 대한 3가지 등온선 모델에 의한 흡착 등온선 및 시뮬레이션. (C) 8회 흡착-하소 사이클 후 준비된 막과 유리막의 제거율. 참조 [148]의 허가를 받아 복제됨. Copyright 2019 유럽도자학회지. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

그림 21: (A) 용액 내 TiO2 나노입자와 SiO2 표면, 열린 고리 에폭시 그룹, 표면 층의 유기 사슬 사이의 상호 작용에 대한 그림. (B) 500°C에서 예열 유무에 관계없이 코팅된 유리 섬유의 FT-IR 스펙트럼. 가열 후 에폭시 고리 및 C-O(열린 고리로 인해)의 피크가 감소하는 것을 볼 수 있습니다. (C) TiO2 나노입자로 코팅된 예열 및 비가열 유리 섬유에 대한 암모니아의 광촉매 분해. 참조 [82]의 허가를 받아 복제됨. Copyright 2007 The Journal of Physical Chemistry C. (D) TiO2 코팅된 다공성 유리 섬유 천을 사용한 기체 2-프로판올의 흡착 및 광촉매 분해. (E) TiO2로 코팅된 다공성 유리 직물에 대한 (I) 흡착, (II) 초기 광촉매 산화 및 (III) 후기 광촉매 산화의 개략도. 참조 [81]의 허가를 받아 복제됨. 저작권 2019 촉매. (F) 수중 합성 유리 섬유 볼 흡착 염료의 개략도. (G) 유리 섬유의 CuO 코팅 CO2에서 HCOH 및 CH3OH로의 광촉매 환원. [이미지를 보려면 PDF를 다운로드하십시오]

저자 소속:

[1] 중국 우한 430056 Jianghan University 환경 및 건강 학교, 지속성 독성 물질의 환경 및 건강 영향에 대한 Hubei Key Laboratory; ruanquwei327@163.com (Y.W.); 18406573975@163.com (Y.S.); wu2021di@163.com (D.W.); maoxiaowei5167@126.com (X.M.)

[2] Jiangsu Co-Innovation Center of Efficient Processing and Utilization of Forest Resources, International Innovation Center for Forest Chemicals and Materials, College of Materials Science and Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China; xiuling_yang_lab@126.com

[3] 중국 쑤저우 215009 쑤저우 과학 기술 대학교 재료 과학 및 공학부 재료 과학 및 장치 연구소

작성자 참고 사항:

[*] 서신: shaohua.jiang@njfu.edu.cn(S.J.); chyungrui@163.com (R.G.); 전화: +86-25-85428090 (S.J.); +86-27-84238886 (R.G.)

DOI: 10.3390/molecules28062466