폴리머 기지의 낮은 열전도율은 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)의 열관리 시스템 적용을 제한한다. CFRP의 우수한 기계적 특성은 유지하면서 열전달 특성을 향상시키기 위해, 그래파이트 시트(GS)를 적층하고 피치 기반 탄소섬유를 스티칭하여 폴리아크릴로니트릴(PAN) 기반 탄소/에폭시 복합재를 제조하는 방법을 제안하였다. 열전도도는 비열, 밀도, 열확산율을 측정하여 결정하였으며, 두께 방향 보강 효과는 이중 캔틸레버 빔(double-cantilever beam, DCB) 시험을 통해 평가하였다. 그 결과, 제안된 제조 접근법은 무처리 PAN 기반 복합재에 비해 평면(in-plane) 및 두께 방향(through-thickness) 열전도도를 모두 유의하게 향상시켰다. 구체적으로 평면 열전도도는 GS 삽입 전 2.09 W/m·K(원시, pristine)에서 GS 삽입 후 54.91 W/m·K로 증가하였으며, 이는 약 2,527%의 향상을 나타낸다. 두께 방향 열전도도는 피치 기반 탄소섬유 스티칭을 통해 원시 시편의 0.59 W/m·K에서 46.38 W/m·K로 향상되었고, 이는 약 7,761%의 증가에 해당한다. 열전소자와 열전대(thermocouples)를 이용한 동적 열전달 분석은 GS와 스티칭 섬유의 복합 사용에 의해 효율적인 열전도 경로가 형성됨을 규명하여, 양방향에서 효과적인 열 소산이 가능함을 보여주었다. 또한 DCB 모드 I 시험에서는 GS 삽입이 파괴하중을 66.7 N에서 약 7.8 N으로 크게 감소시켰으며(88.3% 감소), 다만 피치 기반 탄소섬유 스티칭의 도입은 기계적 특성을 효과적으로 회복시켜 파괴하중을 75.5 N으로 증가시켰다. 이는 GS 시편에 비해 867.9%의 향상이다. 이러한 향상은 GS 삽입에 의해 연속적인 측면(lateral) 열전달 경로가 형성되어 평면 열전도도를 향상시키는 것과, 피치 기반 탄소섬유 스티칭에 의해 정렬된 수직(vertical) 열 경로가 형성되어 두께 방향 열전도도를 향상시키는 것에 기인한다. 더 나아가, GS 삽입은 수지 결합이 불량하여 층간(interlaminar) 기계적 강도를 감소시키는 반면, 피치 기반 탄소섬유 스티칭이 적층체 전체에 걸친 기계적 보강을 제공함으로써 이를 보완한다. 따라서 제안된 방법은 기계적 건전성을 심각하게 훼손하지 않으면서 기존 PAN 기반 탄소/에폭시 복합재의 열적 성능을 효과적으로 향상시키며, 고급 열관리 응용 분야에 대한 가능성을 보여준다. • 그래파이트 시트와 피치 기반 스티칭을 이용한 고열전도 복합재 • 평면 및 두께 방향 열전도도 향상 • 열전소자와 열전대를 이용한 동적 열전달 메커니즘 규명 • GS 삽입은 파괴하중을 감소시키고, 피치 기반 스티칭은 이를 증가시킴

복합재료 분야에서는 번개로 인해 치명적인 구조 손상이 발생한다는 많은 보고가 있었다. 본 연구에서는 니켈 코팅 유리/에폭시 폼 코어 복합재의 번개 스트라이크 보호를 위한 새로운 설계 개념을 제안하였다. 무첨가 금속 메쉬를 사용하는 대신 도금( plating ) 기법을 통해 유리 섬유를 니켈 입자로 개질하여 열 및 전기 전도도를 향상시키고자 하였다. 또한 구조의 중앙에 박막 Invar 판을 삽입하고, 구조 손상을 줄이기 위해 폼 코어를 도입하였다. 본 연구에서는 서로 다른 재료와 적층 순서를 갖는 3가지 모델을 사용하였다. 파형 A를 고려할 때, 첨두 전류 약 150 kA의 인공 번개 후 매우 심각한 손상이 실험적으로 관찰되었다. 더 나아가 구조의 손상 메커니즘을 규명하기 위해 수치 예측을 수행하였다. 열 유속원 외에도 유전체 재료에 대한 새로운 요인으로서 충격파 과압(shock wave overpressure)으로 알려진 기계적 원인을 별도로 조사하였다. 이 두 가지 번개 기원은 구조 손상의 경미한 원인으로 규명되었다. 본 연구에서는 실패 메커니즘에 대한 추가 논의를 위해 파괴 양상을 분석하였다.