TiO2-CNT core/shell 나노화이버의 광전효과 및 탈크 (Talc)/중합개시제(BPO) 첨가에 따른 치과용 레진시멘트의 광/화학 중합 반응 연구
A study on the photoelectric effect of TiO2-CNT core/shell nanofibers and the photo/chemical curing reaction of dental resin cement with Talc/BPO addition.
- 주제(키워드) 도움말 TiO2 , CNT , CORE SHELL , Talc , BPO
- 발행기관 강릉원주대학교 일반대학원
- 지도교수 도움말 최원열
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 신소재공학과
- 세부분야 해당없음
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000011258
- UCI I804:42001-000000011258
- 본문언어 한국어
초록/요약 도움말
TiO2는 넓은 밴드 갭과 고유의 우수한 전기적, 광화학적 특성으로 주목받는 n-타입 반도체 소재로, 염료 감응형 태양 전지의 광전극에 적용하고자 널리 연구되었지만 광전 변환 효율은 13 - 27% 정도에 그쳐 일반적인 실리콘 기반 태양전지보다 떨어진다. 한 편, 태양 전지의 전하 수송 저항을 감소시켜 전체 광전 변환 효율을 높이고자 높은 전기전도도를 갖는 다양한 탄소 구조체가 연구되어지고 있으며, TiO2를 활용한 염료 감응형 태양 전지 광전극에 이러한 탄소 구조체에 관한 연구 결과들을 복합 적용하면 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 이를 위해 본 연구에서는 수열 합성법과 졸-겔법을 이용하여 TiO2/Multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs) 코어 쉘 나노 구조체를 합성하였다. TiO2-MWCNTs 코어 쉘 나노 구조체에서 TiO2 쉘의 아나타제 결정상은 X-선 회절 분석을 통해 확인되었으며, 전계 방출형 주사 전자 현미경을 이용해 이미지 분석을 수행한 결과 코어 쉘 나노 구조체의 평균 직경은 127 - 211nm로 나타났다. 형성된 코어 쉘 복합 구조는 투과 전자 현미경에 의해 확인되었으며 푸리에 변환 적외선 분광계와 Brunauer-Emmett- Teller 법에 의해 나노 구조체의 화학적 결합과 및 비표면적이 각기 측정되었다. 해당 구조체의 단위면적당 기공 체적은 0.33 cm3/g, 평균 기공 직경 65.21 nm으로 측정되었으며, 92.00 m2/g의 비표면적을 나타내어 상용 TiO2 나노 입자(P25)보다 더 큰 비표면적을 갖는 것이 확인되었다. TiO2-MWCNT 코어 쉘 나노 구조체는 전하 수송체의 이동 경로를 1차원적으로 제한하며, 넓은 비표면적으로 인한 염료 흡착 확대와 크기효과 등을 통해 광전 변환 효율 향상에 기여함으로써 태양 전지 및 광촉매 등의 광전 응용 분야에 유용할 것으로 기대된다. 전 세계적으로 고령화 사회로의 진입하면서 치아로 인한 치아질환 발생률이 증가하고 있다. 더불어 모든 세대에 증가하고 있는 치아질환은 새롭고 다양한 치과재료의 필요성이 주목 받고 있다. Dental cement는 인레이(Inlay)나 금관(Crown), 브릿지(Bridge) 및 기타 수복물을 치아에 부착시키는 접착제의 기능과 수복물에 기계적인 지지력을 제공하고 치수 민감성을 차단하는 수복재료의 기능을 가지고 있다. 치과치료에서 Dental cement를 사용하여 치과치료 시에는 치과치료 목적에 맞는 시멘트를 선택하여야 한다. 하지만 물리적 및 생물학적 성질 중 강도, 용해도, 점성, 생체적합성, 항우식 성질, 작업성(작업 및 경화시간), 유지성, 방사선 불투과성, 조작편이성 등을 고려하여 가장 이상적인 시멘트를 이용하여야한다. 기존의 레진시멘트는 대부분 에칭과 세척 및 접착제 도포 등 치아와 수복물에 레진시멘트의 접착을 위한 전처리 과정을 필요로 하지만 적용 방법이 복잡하고 많은 시간이 소요되며 술식에 민감하다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 치아 및 수복물에 전처리가 필요 없는 Self-Adhesive Resin Cement가 개발되었다. Self-Adhesive Resin Cement의 중요한 성질 중 하나가 작업시간과 경화시간이다. 작업시간이 부족하여 경화가 시작된 후 보철물을 셋팅하게 되면 보철물 탈락의 원인이 된다. 또한 경화시간이 너무 길게 되면 체어타임이 길어져 환자와 술자의 불편함을 초래한다. 본 연구에서는 작업시간과 경화시간 측정을 통해 화학개시제인 BPO의 함량이 증가함에 따라 시간조절 가능함을 확인하였고, Ceramic filler(talc)의 함량이 증가함에 따라 강도가 증가하는 것을 나타내었다. 또한 피막도 수치가 높으면 지대치와 수복물간의 간격이 커지는 문제가 생길 뿐 아니라 탈락의 원인이 되기도 한다. 이로 인해 ISO 4049에 명시된 가이드라인에 따라 측정한 결과 평균 18 ㎛로 측정되어 ISO 4049 규격에 명시되어 있는 50 ㎛ 이하의 조건을 충분히 만족하는 것으로 확인하였다. 레진시멘트 평가 항목 중 중요한 물흡수도와 용해도의 경우 각각 평균 31 ㎍/mm3, 1.7㎍/mm3 ISO 4049 규격에 충족하는 것으로 확인하였다. 위의 내용을 토대로 종합해 볼 때 우수한 압축강도와 적절한 인장강도를 보이며 임플란트용 cement에 가장 적합한 성질을 가질 것으로 기대된다.
more초록/요약 도움말
TiO2 is a significant n-type semiconducting material because of its superior electric and photocatalytic properties. Although this material has been extensively studied as a semiconductor electrode for dye-sensitized solar cells for its inherent band-gap and its excellent electrical and chemical properties, the photoelectric efficiency is nevertheless lower than that of the Si-based solar cells, which is generally reported as 13-27%. On the other hand, various carbon structures have been studied to increase the overall charge transport efficiency by reducing the charge transport resistance in the cell while having high electric conductivity. These results are expected to improve the photoelectric conversion efficiency when applied to dye-sensitized solar cells. We fabricated a TiO2-multiwall carbon nanotube (MWCNT) core/shell structure through hydrothermal and sol-gel method. TiO2 anatase phase in the TiO2-MWCNT core/shell structure was confirmed by X-ray diffraction (XRD). The core/shell nanostructure with a diameter of 35 nm to 211 nm was observed by field emission scanning electron microscope (FE-SEM). The morphology of the TiO2-MWCNT core/shell nanocomposite was also analyzed by transmission electron microscope (TEM). The Fourier-Transform Infrared Spectrometer (FT-IR) and Brunauer Emmett and Teller (BET) method were used to observe the chemical bonding and specific surface area of the TiO2-MWCNT core/shell nanocomposite, respectively. TiO2-MWCNT core/shell composites had a larger specific surface area of 92.00 m2/g, a larger pore volume of 0.33 cm3/g, and a larger pore size of 65.21 nm than commercial TiO2 nanoparticles (P25). TiO2-MWCNT core/shell structure may provide a high-speed path for photoelectrons to pass quickly and will be useful for various applications such as solar cells and photocatalysts. The aging of populations around the world poses an increasing number of dental challenges. Furthermore, due to an increase in various dental diseases amongst all generations, the need for new and diverse dental materials is attracting ever more attention. Dental cements have two prime functions. Firstly, they are used as adhesives to attach inlays, crowns, bridges, and other restorations to teeth. Secondly, as restorative materials, they provide mechanical support to restorations and reduce pulp sensitivity. When using dental cement for dental treatment, a cement suitable for the purpose of dental treatment should be selected. However, among the physical and biological properties, the most ideal cement should be used in consideration of strength, solubility, viscosity, bio-compatibility, anti-caries properties, workability (work and setting time), retention, radiopacity, and ease of operation. Most of the existing resin cement requires a pretreatment process for adhesion of the resin cement to teeth and restorations, such as etching, cleaning, and adhesive application, but the application method is complex, takes a lot of time, and is sensitive to the procedure. A Self-Adhesive Resin Cement, which does not require pretreatment for teeth and restorations, has been developed to compensate for these shortcomings. Two prime properties of a Self-Adhesive Resin Cement are working time and setting time. If the working time is too short and the prosthesis is placed after hardening begins, the prosthesis might fall off. If the setting time is too long, the chair time becomes longer, causing discomfort to the patient and operator. In this study, by measuring the working time and curing time, it was found that both the working and setting time could be adjusted as we increase the content of the chemical initiator – BPO. Moreover, by increasing the content of the ceramic filler (talc), we could strengthen the Self-Adhesive Resin Cement. It was also found that an increase in film thickness can lead to a wider gap between the abutment and the restoration, causing the abutment to fall off. For this reason, we measured according to the guidelines specified by ISO 4049. It was confirmed that the average value was 18 µm, adhering to the condition of 50 µm or less set forth by ISO 4049. In the case of water absorption and solubility, which are important factors when evaluating resin cement, the average values of 31 ㎍/mm3 and 1.7 ㎍/mm3 were found, adhering to the ISO 4049 standards. As shown above, our Self-Adhesive Resin Cement shows excellent compressive strength and appropriate tensile strength, and is expected to have the most suitable properties for cement for implants.
more목차 도움말
ABSTRACT ⅰ page
표 목차 1 page
그림 목차 2 page
Ⅰ. 광전소자를 위한 TiO2-CNT 코어쉘 나노화이버 5 page
1. 이론적 배경 8 page
1.1. 염료감응형 태양 전지 기본 원리 8 page
1.2. 염료 감응형 태양전지의 구성 11 page
1.3. TiO2-CNT 코어쉘 나노화이버 17 page
2. TiO2-CNT 코어쉘 나노화이버의 제조 32 page
2.1. 재료 32 page
2.2. 산처리를 이용한 MWCNTs의 표면 개질 33 page
2.3. 수열합성법을 이용한 TiO2-CNT 코어쉘 나노화이버 제조 35 page
2.4.Sol-gel법을 이용한 TiO2-CNT 코어쉘 나노화이버 제조 36 page
2.5. TiO2-CNT 코어쉘 나노화이버 페이스트 제작 38 page
2.6. TiO2-CNT 코어쉘 나노화이버 태양전지 제작 39 page
3. TiO2-CNT 코어쉘 나노화이버의 분석 및 결과 41 page
3.1. 분석방법 41 page
3.2. FE-SEM 이미지 분석 42 page
3.3. TEM 분석 46 page
3.4. TGA 분석 50 page
3.5. XRD 분석 52 page
3.6. FT-IR 분석 53 page
3.7. BET 분석 54 page
4. 요약 57 page
Ⅱ. 세라믹 필러에 의한 임플란트용 시멘트의 물성 개질 연구 58 page
1. 이론적 배경 58 page
1.1. Implant cement의 요구 특성 59 page
1.2. 치아 수복 및 심미 보철 재료의 변화와 접착 시멘트 60 page
1.3. 치과용 레진 시멘트 (Dental Cement) 62 page
1.4. 자가 접착 레진 시멘트(Self-adhesive resin cement) 63 page
2. 자가접착형 레진 시멘트의 제조 및 실험 방법 67 page
2.1. 자가접착형 (Self-adhesivet) resin cement의 제조 67 page
2.2. 자가접착형 레진 시멘트의 물리화학적 및 기계적성질 평가 시험 70 page
3. 자가접착형 레진 시멘트의 분석 및 결과 76 page
3.1. BPO 함량에 따른 작업시간 측정 및 비교 76 page
3.2. BPO 함량에 따른 경화시간 측정 및 비교 78 page
3.3. 활석(Talc)을 이용한 ceramic filler 함량에 따른 굴곡강도 측정 및 비교 80 page
3.4. 활석(Talc)을 이용한 ceramic filler함량에 따른 압축강도 측정 및 비교 82 page
3.5. 활석(Talc)을 이용한 ceramic filler함량에 따른 물흡수도 측정 및 비교 83 page
3.6. 활석(Talc)을 이용한 ceramic filler함량에 따른 용해도 측정 및 비교 84 page
3.7. 활석(Talc)을 이용한 ceramic filler함량에 따른 피막도 측정 및 비교 85 page
3.8. 활석(Talc)을 이용한 ceramic filler함량에 따른 전단결합강도 측정 및 비교 87 page
3.9 . CQ/EDMAB 함량에 따른 광중합시간 측정 및 비교 -- 76 page
4. 요약 89 page
Ⅳ. Conclusion 91 page
REFERENCES 93 page
