초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
- 탄소나노튜브 기능화를 통한 분산성이 우수하며 배향성이 있는 탄소섬유를 제조하여 인장강도를 순수 탄소섬유 대비 50% 이상 향상시켰음.
- 저가 탄소섬유 개발을 위해 플라즈마를 이용한 안정화/탄화 공정으로 기존 열처리 공정에 의해 제조한 탄소섬유와 유사한 강도를 가지면서 공정상의 저가화를 이룰 수 있는 가능성을 확보하였음.
- 전기방사를 이용한 탄소나노섬유-금속복합재를 제조한 후, 활성화 공정을 거친 탄소소재는 탄소섬유 자체의 비표면적대비 약 20배 이상의 비표면적이 증가함을 확인할 수 있으며,

Ⅳ. 연구개발결과
- 탄소나노튜브 기능화를 통한 분산성이 우수하며 배향성이 있는 탄소섬유를 제조하여 인장강도를 순수 탄소섬유 대비 50% 이상 향상시켰음.
- 저가 탄소섬유 개발을 위해 플라즈마를 이용한 안정화/탄화 공정으로 기존 열처리 공정에 의해 제조한 탄소섬유와 유사한 강도를 가지면서 공정상의 저가화를 이룰 수 있는 가능성을 확보하였음.
- 전기방사를 이용한 탄소나노섬유-금속복합재를 제조한 후, 활성화 공정을 거친 탄소소재는 탄소섬유 자체의 비표면적대비 약 20배 이상의 비표면적이 증가함을 확인할 수 있으며, 복합재료의 비축전 용량은 약 50배 높았음.
- 나노탄소재료인 그래핀의 용액공정 합성에 있어서 환원시 사용되는 하이드라진의 대체물질을 개발하여 그래핀을 제조하고 이를 유기태양전지에 적용하여 그래핀을 유연인쇄전자소자에 적용할 수 있는 가능성 테스트를 완료하였음.
- 용액공정으로 합성된 그래핀의 결함에 의한 전도도 저하의 개선을 위하여 나노스케일의 금나노입자를 복합화하여 최종 생산된 그래핀의 전도도 향상을 도모하였으며, 그래핀의 특정 결함 부분에 나노입자가 선택적으로 결합하는 메커니즘을 밝힘으로서 그래핀 기반 나노복합체의 기반 기술을 확보하였음.
- 보론나이트라이드의 나노튜브를 기상화학증착법에 의하여 대용량 생산할 수 있는 공정을 최적화하였음

Abstract ▼

Carbon fibers have attracted a great attention as reinforcements in composite for structural materials applying to aerospace, automobile, civil engineering, and military industries due to high stiffness, high tensile strength, low weight, high chemical resistance, and low thermal expansion. However,

Carbon fibers have attracted a great attention as reinforcements in composite for structural materials applying to aerospace, automobile, civil engineering, and military industries due to high stiffness, high tensile strength, low weight, high chemical resistance, and low thermal expansion. However, carbon fibers are too expensive to apply more various industries, so that manufacturing cost need to be decreased to extend the usage of carbon fibers. Another approach to develop new class of carbon fibers is to prepare ultimate strength fibers in the presence of carbon nano-materials such as carbon nanotubes and graphenes. In addition, the electrical properties of carbon materials such as carbon fibers, carbon nanofibers, carbon nanotubes, graphenes, and their composites make them very useful in energy applications as electrodes. In this project, effective preparations of carbon materials mentioned above were studied systematically, and applications were suggested with their characterizations and properties.
Plasma assisted system was developed to apply low carbon fiber manufacturing process such as stabilization. A relatively low temperature in the presence of plasma rendered polyacrylonitrile (PAN) fibers stabilized for the half of exposure time compared to conventional stabilization by only thermal process. To increase tensile properties of carbon fibers, carbon nanotubes were incorporated into PAN fibers, which were prepared by conventional wet-spinning with synthesized PAN dope in solvent. After stabilization and carbonization, a significant increase of tensile modulus and strength was observed with containing only 0.2 wt% of carbon nanotubes, which were surface-treated for dispersing them in PAN dopes. Furthermore, carbon nanotubes and graphenes were synthesized and characterization was performed to observe structure and properties, which was for feed-back to their composite fibers.
Electrospinning was used to prepare nano-scale carbon fibers, which have a diameter of ~100 nm. PAN based fibers with metal precursors were spun and heat treatment for stabilization and carbonization resulted to metal nanoparticle embedded carbon nanofibers. Due to metal nano-particles, a significantly large surface area was developed in relatively low temperature activation. In addition, a specific capacitance of the activated carbon nanofibers containing above 0.11 wt% Ni nanoparticles in cyclic voltammogram was superior to that of pure activated carbon nanofibers. This confirmed that small amount of Ni nanoparticles incorporation in CNFs can catalytically enhance the activation of carbon nanofibers, providing a potential to apply electrochemical electrodes for supercapacitors.
Sub-nanosized gold clusters were synthesized on reduced graphene oxide (r-GOs) for enhancing conductivity of the resulting r-GOs. The Au sub-nanoclusters were found to be nucleated and grown at defects of the r-GOs, particularly on nitrogen-induced defects from density functional theory investigation. The resulting Au/r-GOs exhibit an improvement of bulk electrical conductivities and a reduced ratio of the intensity of the D band to that of theG band (ID/IG), compared to the r-GOs without Au nanoclusters. The unique decrease of the ID/IG was demonstrated to be related to the filling of subnano-sized Au clusters on the r-GOs. This approach can be utilized on preparation of graphene-based nanocomposites with novel properties.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 5
• CONTENTS ... 7
• 목차 ... 8
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 9
• 제1절 1차년도 수행내용 및 결과 ... 9
• 1. 1세부 수행내용 및 결과 ... 9
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 20
• 제1절 기술개발 현황 ... 20
• 1. 국내기술 개발 현황 ... 20
• 2. 국외기술 개발 현황 ... 21
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 31
• 제1절 1차년도 수행내용 및 결과 ... 31
• 1. 1세부 수행내용 및 결과 ... 31
• 2. 2세부 수행내용 및 결과 ... 64
• 제2절 2차년도 수행내용 및 결과 ... 79
• 1. 1세부 수행내용 및 결과 ... 79
• 2. 2세부 수행내용 및 결과 ... 120
• 제3절 3차년도 수행내용 및 결과 ... 154
• 1. 1세부 수행내용 및 결과 ... 154
• 2. 2세부 수행내용 및 결과 ... 215
• 제4장 목표달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 242
• 제1절 연도별 연구개발 목표 ... 242
• 제2절 과학기술적 성과 ... 247
• 제5장 연구개발 결과의 활용계획 ... 255
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학 기술 정보 ... 256
• 제7장 참고문헌 ... 258
• 끝페이지 ... 262