본 연구에서는 습식 방사된 탄소나노튜브(CNT) 섬유에서 구조 변화가 일어나는 양상을 조사하고, 그에 따른 밀도 및 인장강도의 변화를 고찰하였다. 섬유 내부에 염화설폰산(chlorosulfonic acid, CSA)이 존재하며 튜브 형상이 진화한다는 점을 고려하면, CNT 섬유의 실험적 밀도와 개별 CNT의 이론적 밀도 간의 차이는 합리적으로 근사할 수 있다. 1400 °C에서 순수 CNT 섬유를 열처리하는 동안, CNT 사이에 존재하던 CSA가 제거됨에 따라 유도되는 모세관 힘이 개별 나노튜브의 원주(circumference)를 다각형화(polygonization)한다. 이러한 형태학적 변환은 CNT 사이의 접촉 면적을 확대하고 점유 부피를 감소시켜 인장강도 향상과 밀도 증가를 유도한다. CNT 구조와 밀도 간의 상관관계 규명은 고성능 CNT 섬유의 제조 및 응용에 관한 통찰을 제공할 수 있다.

3D 프린팅에서 특히 체형 감지(body sensing) 응용을 위해, 퓨즈드 디포지션 모델링(fused deposition modeling)에 유연하고 신장 가능한 전도성 필라멘트가 필수적이다. 이는 원하는 어떤 형상으로도 직접 인쇄가 가능하기 때문이다. 이러한 필라멘트는 몇 가지 핵심 기준을 충족해야 한다. 즉, 친환경적이어야 하며, 부드러워야 하고, 전도성이 매우 높아야 하며, 고온의 3D/4D 프린팅 동안 열적으로 안정해야 한다. 본 연구에서는 무용매 공정으로서 용매를 필요로 하지 않는 친환경적인 in situ 중합(in situ polymerization) 방법을 통해 바이오 기반 열가소성 폴리우레탄(TPU)/다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 복합재를 제조하였다. 또한 바이오 기반 폴리올과 사슬 연장제(chain extenders)를 사용하여 ≥62 wt %의 천연물 함량을 갖는 복합체를 제조하였다. 이러한 복합재는 유변학(rheology) 제어 특성을 나타내며, 3D 프린팅 공정 동안 탁월한 유동성을 보였고 대기 조건 하에서 형상을 유지하였다. 더 나아가 MWCNT 함량을 2.75~3.75 wt %로 변화시키며 전기적 특성을 평가하였고, TPU 내 MWCNT 3.75 wt %에서 가장 높은 전도도(1.26 × 10–2 S/cm)를 얻었으며(즉, TPU/MWCNT 3.50), 3D 프린팅된 압력 센서(TPU/MWCNT 3.50)는 6000 s 동안 20% 반복 압축 조건에서 안정적인 피에조저항(piezoresistive) 감지 성능을 보였다. 또한 TPU/MWCNT 3.25 복합재는 인체 온도(즉, 37 °C)에서 형상기억(shape-memory) 특성을 나타냈다. 본 연구는 4D 프린팅과 향후 다기능 응용을 위한 재료의 기술적 발전을 촉진한다.