초록 ▼

1. 최종목표
마이크로 주파수대역에서 고투자율을 얻기 위한 방안으로 나노자성금속을 기반으로 하여 다양한 형태의 카본을 접목시켜 성장시킨 카본-나노금속 등의 고분자 복합재료를 이용한 전자파차폐소재 기술개발을 최종 목표로 한다. (※하기에서 가장 중요한 목표치는 전자파 차폐율 임.) ⦿ 정량적 목표 : (목표달성도 및 이의 확인을 위한 최종보고서의 페이지)
- 금속입자 크기 : 50nm ( < 50 nm까지 달성, p.48)
- 금속입자 크기 분포도 : ± 10% (Fe-Ni 50nm 입자들의 분포도 ±10%이내, p.

1. 최종목표
마이크로 주파수대역에서 고투자율을 얻기 위한 방안으로 나노자성금속을 기반으로 하여 다양한 형태의 카본을 접목시켜 성장시킨 카본-나노금속 등의 고분자 복합재료를 이용한 전자파차폐소재 기술개발을 최종 목표로 한다. (※하기에서 가장 중요한 목표치는 전자파 차폐율 임.) ⦿ 정량적 목표 : (목표달성도 및 이의 확인을 위한 최종보고서의 페이지)
- 금속입자 크기 : 50nm ( < 50 nm까지 달성, p.48)
- 금속입자 크기 분포도 : ± 10% (Fe-Ni 50nm 입자들의 분포도 ±10%이내, p.48)
- 나노/마이크로 카본수율 : > 90% (90% 이상 달성, p.80)
- CMC/CNC 직경분포도 : ± 7% (± 7% 이내 달성, p.80)
- 1batch CMC/CNC 생산량 : > 10g (최대 27.759g 달성, p.80)
- 산화그래핀/고분자 복합체 필름 면저항 : 1kΩ/□ (1kΩ/□이하 달성, p.77)
- 탄소/고분자/금속 복합체 면저항 : 20Ω/□ (20Ω/□이하 달성, p.114)
- 전자파차폐율 : > 60dB (최대 85.736 dB at 50MHz 달성, p.118, 차폐필름 thickness 2mm이내)
2. 개발내용 및 결과
‣ 개발방법 : 본 과제의 최종 목표를 달성하기 위하여 참여기관에서는 보유하고 있는 전기폭발 장치 및 방법에 의해 다양한 조성 및 입도를 갖는 자성 금속 나노분말을 제조하며, 주관기관에서는 참여기관으로부터 제공받은 자성 나노분말을 이용하여 CVD법을 이용하여 코일형태의 카본 및 튜브형태의 카본을 금속분말에 접목시켜 성장시키는 한편, 화학적 방법을 이용하여 제조된 산화/환원그래핀/고분자를 복합체에 분산시켰다. 제조된 복합체를 이용하여 sheet를 제조하여 재료물성 및 전자파흡수율을 측정하였다.
‣ 개발내용 및 결과 : 아래와 같은 5가지 분야에서 중요한 공정 기술 개발이 있었으며, 이를 바탕으로 지식재산권 8건을 출원하고(1건은 미국 특허) 그 중 4건을 현재까지 등록시켰다.
① 기하구조가 제어된 탄소코일 합성을 위한 싸이클릭 공정 개발
-. 탄소 나노 또는 마이크로 코일만의 구조를 얻는 방법인 싸이클릭 공정이라는 시간의존 기체 주입방법 개발 및 국내외 원천 특허 확보함.
② 덴드리머 구조를 갖는 탄소소재 제조 공정 개발
-. 아세틸렌 기체의 유량을 극대화 시켜 덴드리머 소재를 생산할 수 있는 기술 확보 및 이에 관한 특허 출원 함.
③ 파도형 탄소나노코일이 부착된 줄기형 탄소소재 제조공정 개발
-. 아세틸렌 기체와 수소기체의 극단적인 유량 비율 조절에 의한 파도형 나노코일, 파도형 나노코일이 부착된 줄기형 탄소소재, 줄기형 탄소소재만의 구조를 나타내는 기술 확보 및 특허 출원함.
④ 환원 그래핀 복합체 기반 복합막 제조공정 개발
- 그래핀을 환원시키는 방법 및 이를 기반으로 복합막 제조하는 기술 확보 및 특허 등록으로 원천기술 확보함.
⑤ 나노콜로이드 제조방법 개발 및 이를 이용한 금속 나노분말 제조기기의 상품화
-. 전기폭발법에 의한 나노콜로이드 제조기술 및 특허등록으로 원천 기술 확보함.
‣ 목표달성도 : 본 과제의 궁극적인 결과인 전자파 차폐율 60 dB이상의 탄소기반 차폐 필름
(두께 2mm 이하) 개발은 구미 전자 정보 시험원의 시험 성적서를 통하여 목표 달성을 확인하였다. (※기타 물성에 대한 목표도 달성 되었으며, 상세한 사항은 최종 보고서 개발내용 참조 바람.)
3. 사업성과
◦ 기술적 성과 :
‣ 상기 개발내용 및 결과에서 기술한 바와 같이 주관기관과 참여기관의 긴밀한 협조아래, 5가지 분야에서 중요한 공정 기술 개발이 있었으며, 이를 바탕으로 지식재산권 8건을 출원하고(1건은 미국 특허) 그 중 4건(1건은 미국 특허)을 등록 시켰다.
‣ 상기 제조공정 기술혁신이 바탕이 되어 4건의 시제품(시험성적용 제품)을 제작 및 전자파 차폐 효과 특성을 측정하여 과제 목표 달성을 확인하였으며, 나노금속 분말 제조장치에 대한 1건의 장비 개발이 이루어져 상품화를 실시하였다.
◦ 경제적 성과 :
[참여기업의 매출 증대]
‣ 전기폭발법으로 제조된 금속 Ni 분말 및 카본코팅된 Ni 분말 등의 개발을 통해서 참여기업인 (주)나노기술은 2012년도 1,017백만원 대비 2013년도에는 23%증가한 1,256 백만원으로 매출을 증대시켰다.
[참여기업의 사업시장 기회 확대]
‣ 카본마이크로코일 및 카본-나노금속 복합분말에 대한 대기업(LG화학, 제일모직)에 샘플제공하여 현재 신뢰성 평가 진행 중이다.
[참여기업의 자체 투자 실시]
‣ 아래의 두가지 장치를 도입하는데 자체 투자를 실시하였다.
① 카본코팅 챔버 및 가스 제어장치 : 5,000천원(냉각장치 및 센서)
② 실험용 나노분말 제조장치 : 10,000천원(전원단 설계 및 부품)
[참여기업의 고용창출]
‣ 1명의 신규 채용으로 고용창출을 이루었다. 임병선 (1984년생)
[참여기업의 신제품의 상품화]
‣ 나노금속 분말 제조기기(NTi20-PC) 상품화
: 장비는 NTi-20PC 모델로 액중내에서 전기폭발을 하여 30nm급 콜로이드 입자를 제조하는 장치로써 본 과제의 나노콜로이드 제조기술이 이 장비를 제조하는데 바탕이 되었다.
◦ 사회적 성과 :
‣ 본 과제에 참여한 대학원생 및 학부생들은 다양한 분야에서 실질적인 연구에 참여하므로 첨단기술과 연구 방법 등을 익히는 기회를 갖게 되었다. 따라서 본 과제를 통하여 학생들이 이론과 실무를 겸비한 능력있는 연구원으로 성장하는 기회를 가질 수 있었으며, 실질적으로 본 과제의 참여연구원들의 다수는 대학원 진학(5명) 기업체 연구소 취업(3명)의 성과를 얻을 수 있었다.
◦ 기타 성과 :
‣ 2건의 SCI급 논문 게재와 3건의 연구재단 등재지 논문 게재의 성과를 이루었다.
‣ 참여기관인 (주) 나노기술과 카본 코일 제조 원천기술특허(기 등록(2012년) 특허) 및 과제 수행 중 얻어진 관련 기술노하우에 관한 기술이전을 체결하였다. (선급금 2000만원, 매출액 3%)
4. 기술개발결과 활용계획
‣ 우선적으로 본 과제의 참여기관인 (주)나노기술의 전자파 차폐용 나노 카본 복합소재 분야의 사업에 본 기술이 바탕이 되어 활용될 것이다. 이를 위하여 (주)나노기술은 주관기관과 카본 코일 합성의 원천기술에 대한 기술 이전을 체결하였으며, 향후 카본 코일의 산업적 응용 및 시장 창출에 지속적인 협력을 견지하고자 한다.
5. 기술개발자료의 보안관리
◦ 보안등급 분류기준에 따른 등급부여 및 관련의견 기술
‣ 본 과제의 기술개발 주요 결과물들은 특허로서 기술 보호를 하였고, 세부적인 사항은 주관기관 및 참여기관의 기술적 노하우로 가지고 있기 때문에 기술개발자료의 보안 관리를 엄격하게 하지 않아도 큰 문제가 없을 것으로 사료된다.
◦ 연구개발의 특허 출원ž등록 실적 ※ 하기에서 ① ~ ④는 등록된 특허임.
‣ 현재까지 8건의 특허 출원 (1건 미국 특허 포함) 및 4건의 특허 등록 (1건 미국 특허 포함)을 완료하였다. 아래는 본 과제를 통하여 출원된 특허 및 등록된 특허를 보여주고 있다.
① 육불화황과 아세틸렌 가스 유량의 주기적 교차주입에 의한 기하구조가 제어된 마이크로 및 나노 탄소코일의 제조방법, 출원 10-2012-0094284 (2012년 8월 28일), 등록 10-1388464 (2014년 4월 17일)
② 육불화황 가스의 주입변수 변화를 통한 기하구조가 제어된 탄소코일 제조 방법, 출원 10-2012-0094289 (2012년 8월 28일), 등록 10-1388468 (2014년 4월 17일)
③ Method for Producing Carbon Micro- and Nano-Coils Using Sulfur Hexafluoride Gas, 출원 13/653697 (2012 년 10월 17일), 등록결정 (2014년 3월 26일)
④ 환원그래핀 복합체를 포함하는 복합막의 제조방법 및 이를 이용한 전도성 필름, 출원 10-2013-0014429 (2013년 2월 8일), 등록 10-1391158 (2014년 4월 25일)
⑤ 적층 캐패시터 및 이를 이용한 전자파 차폐막, 출원 10-2013-0014430 (2013년 2월 8일)
⑥ 나노콜로이드 제조장치 및 방법, 출원 10-2013-0047240 (2013년 4월 29일)
⑦ 파도형 탄소나노코일(WNC)이 부착된 줄기형 탄소소재(SCM) 및 이를 제조하는 방법, 출원 10-2014-0062818 (2014년 5월 26일)
⑧ 덴드리머 구조를 갖는 탄소소재 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 탄소소재, 출원 10-2014-0061656 (2014년 5월 22일)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 『산학연공동기술개발사업』 최종보고서 제출서 ... 2
• 개 발 결 과 의 견 서 ... 3
• 최종보고요약서 ... 5
• 최종보고서 작성순서 및 목차 ... 7
• 제 1 장 서론 전자파 차폐소재 개발의 필요성 ... 8
• 제 1 절 전자파 차폐물질로서의 나노소재 및 탄소기반 복합체의 장점 ... 9
• 제 2 절 탄소 코일의 생성 및 특징 ... 10
• 제 3 절 그래핀의 생성 및 특징 ... 16
• 제 4 절 전자파 차폐측정 이론 및 탄소코일의 전자파 차폐 특성 ... 19
• 제 5 절 전자파 차폐 소재로서의 나노금속 분말 ... 22
• 제 2 장 과제개발 내용 및 방법 ... 24
• 제 1 절 전자파 차폐용 고투자율 나노금속 합성에 관한 연구 ... 24
• 제 2 절 화학기상증착법 (CVD 법)을 이용한 다양한 형태의 카본소재 제조 연구 ... 33
• 제 3 절 고분자/산화그래핀 복합 액상소재 제조 및 개질에 관한 연구 ... 47
• 제 4 절 나노금속과 카본소재의 복합화 연구 - 표면개질, 탄소/고분자 분산기술 ... 50
• 제 5 절 공정조건에 따른 카본소재(산화물그래핀) 특성 및 배향성 제어에 관한 연구 - 그래핀 산화물 물성제어 (산소기능기 및 환원 특성 제어) ... 57
• 제 6 절 공정조건에 따른 카본소재(카본코일)의 형상제어에 관한 연구 ... 61
• 제 7 절 탄소-나노금속-고분자 복합체 차폐효과 측정 연구 ... 87
• 제 3 장 사업성과 ... 101
• 제 1 절 기술적 성과 ... 101
• 제 2 절 경제적 성과 ... 115
• 제 3 절 기타 성과 ... 116
• 제 4 장 결론 ... 148
• 제 1 절 기술적 성과에 관한 결론 및 향후 계획 ... 148
• 제 2 절 경제적 성과에 관한 결론 및 향후 계획 ... 150
• 제 3 절 기타 성과에 관한 결론 및 향후 계획 ... 151
• 끝페이지 ... 154