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나노섬유 복합소재에 있어서,친수성 고분자와 맥신(MXene)의 혼합물을 사용하여 제조된 나노섬유들의 집합체인 나노섬유 지지체; 및상기 나노섬유 지지체의 나노섬유들 사이의 공극에 충진된 이오노머를 포함하는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 복합소재
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청구항 1에 있어서,상기 나노섬유 지지체는, 친수성 고분자와 맥신의 혼합물을 전기방사법으로 형성한 나노섬유의 집합체로서 막 형태로 형성된 것을 특징으로 하는, 나노섬유 복합소재
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청구항 1에 있어서,상기 나노섬유 지지체는 상기 나노섬유들이 랜덤하게 집합되어 형성되며, 상기 공극으로 인해, 이온의 이동 방해가 억제되는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 복합소재
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청구항 2에 있어서,상기 친수성 고분자는,셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile, PAN), 폴리비닐피로리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP) 및 폴리설폰(polysulfone, PSf) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 복합소재
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청구항 4에 있어서,상기 이오노머는 나피온(Nafion)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 복합소재
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청구항 4에 있어서,상기 나노섬유들은 상기 친수성 고분자에 맥신 입자 또는 맥신 나노시트(nanosheet)가 상호간에 화학적 결합 및 물리적 결합을 형성한 구조를 가짐으로써, 이온교환 성질을 가지는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 복합소재
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제4항에 있어서,상기 나노섬유 지지체 내에서 상기 맥신과 상기 친수성 고분자의 조성비 총 합이 100 wt%이고, 상기 맥신의 조성비가 1 wt% 내지 10 wt%인 것을 특징으로 하는, 나노섬유 복합소재
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제4항에 있어서,상기 나노섬유들은 Mn+1XnTx 로 표현되는 물질을 포함하고,M은 앞전이금속(early transition metal)으로서, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta 중 적어도 하나이고,X는 탄소 및 질소 중 적어도 하나이고(n은 1 내지 4의 정수),Tx는 산소작용기 또는 불소작용기인 것을 특징으로 하는, 나노섬유 복합소재
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제1항의 나노섬유 복합소재를 시트 형상으로 형성한 이온교환막
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나노섬유 지지체와 이오노머를 포함하는 나노섬유 복합소재의 제조방법에 있어서,맥스(Mn+1AXn) 상의 소재로 맥신 상의 소재를 제조하는 단계;친수성 고분자 물질과 상기 맥신 상의 소재를 혼합한 용액을 제조하는 단계;상기 용액을 사용한 전기방사(electrospinning)를 통해 나노섬유 지지체를 형성하는 단계; 및상기 나노섬유 지지체에 이오노머를 충진하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 복합소재의 제조방법
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청구항 10에 있어서,상기 맥스(Mn+1AXn) 상의 소재로 맥신 상의 소재를 제조하는 단계는,염산(HCl), 불산(HF), 염산과 질산(HNO3)의 혼합용액, 수산화나트륨(NaOH), 및 불화리튬(LiF) 중 적어도 하나의 용액을 사용하여 맥스(Mn+1AXn) 상의 소재로부터 A원소에 해당되는 층을 식각하는 단계;A 원소층이 제거된 맥스 분말을 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 디클로로메탄(dichloromethane, DCM), 메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone, NMP), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 에틸 아세테이트(ethyl acetate, EtOAc), 아세톤(acetone), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), 아세토니트릴(acetonitrile, ACN), 및 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC) 중 적어도 하나의 용매(polar aprotic solvent)에 담지하여 M과 X 원소들의 조합으로 이루어진 층들 간의 결합력을 약화시키는 단계; 및상기 결합력이 약화된 소재에 물리적인 에너지를 가하여 M과X 원소들의 조합으로 구성된 각각의 층을 박리시키는 단계를 포함하는 것을 특징을 하는, 나노섬유 복합소재의 제조방법
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청구항 10에 있어서,상기 맥스(Mn+1AXn) 상의 소재에서, M은 앞전이금속으로서 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, 및 Ta 중 적어도 하나이고, A는 Al, Si, P, Ga, Ge, As, Cd, In, Sn, Sb, Tl, 및 Pb를 포함하는 A군 원소인 중 하나이고, X (n은 1 내지 3의 정수) 는 탄소 및 질소 중 하나이며,상기 맥신 상의 소재는 Mn+1XnTx 로 표현되는 물질로서, M은 앞전이금속(early transition metal)으로서, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta 중 적어도 하나이고, X는 탄소 및 질소 중 적어도 하나이고(n은 1 내지 4의 정수), Tx는 산소작용기 또는 불소작용기인 것을 특징으로 하는, 나노섬유 복합소재의 제조방법
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청구항 12에 있어서,상기 맥신 상의 소재를 제조하는 단계는,상기 맥스(Mn+1AXn) 상의 소재로부터 A군 원소로 구성된 층을 제거하는 단계;A군 원소로 구성된 층이 제거된 소재에 제1 분자를 삽입하여 층상구조를 부수는(delamination) 단계; 및층상구조가 부서진 소재를 제1 용매에 분산하고 초음파(sonication) 처리 후 정제 과정을 통해 층들이 분리된(exfoliation)된 맥신 상의 소재로서 맥신 나노시트를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 복합소재의 제조방법
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청구항 12에 있어서,상기 전기방사를 통해 나노섬유 지지체를 형성하는 단계에서, 상기 전기방사의 과정 중에서 용액의 농도, 용액의 주사 속도, 노즐(nozzle)의 직경, 노즐과 콜렉터(collector) 사이의 거리, 인가전압을 조절하여 상기 친수성 고분자 물질과 상기 맥신 상의 소재를 혼합한 용액을 방사하는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 복합소재의 제조방법
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청구항 10에 있어서,상기 전기방사를 통해 나노섬유 지지체를 형성하는 단계에서, 방사하는 용액의 농도 및 총 양에 따라 나노섬유 지지체로된 막의 두께를 제어하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 복합소재의 제조방법
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청구항 14에 있어서,상기 나노섬유 지지체를 형성하는 단계는,상기 콜렉터에 방사가 완료된 나노섬유 지지체로된 막을 설정 온도에서 진공 건조하는 단계; 및진공건조한 후 나노섬유 지지체로된 막에 용매를 분사해 적시고 나노섬유 지지체 막을 상기 콜렉터의 표면으로부터 이탈시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 복합소재의 제조방법
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제16 항에 있어서,상기 나노섬유 지지체에 이오노머를 충진하는 단계에서,이오노머는 나피온(Nafion)을 포함하며, 알코올에 용해된 이오노머를 캐스팅(casting) 또는 담지 코팅(dip coating)법으로 상기 나노섬유 지지체의 공극에 충진하는 것을 특징으로 하는, 나노섬유 복합소재의 제조방법
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