초록 ▼

연구의 목적 및 내용:
탄소나노소재(탄소나노튜브, 그래핀 등)의 우수한 물성을 바탕으로 나노기술 응용분야에서 핵심적인 재료로 인식되어 전자, 기계, 생명, 에너지공학 등의 응용분야에서 활용이가능하다. 탄소나노소재를 응용분야에 적용하기 위해서는 각 분야에서 요구되는 물성 확보와 다양한 차원의 구조물 조립 기술 확립이 필수적이다.
이에 본 과제는 자기조립 기술 개발 및 공정 확립을 통한 거시적 규모의 다차원 순수탄소나노 구조물 제작과 이를 이용한 응용소자 구현을 최종목표로 연구를 수행하였다. 1단계에서는 각 차원의 탄소나노

연구의 목적 및 내용:
탄소나노소재(탄소나노튜브, 그래핀 등)의 우수한 물성을 바탕으로 나노기술 응용분야에서 핵심적인 재료로 인식되어 전자, 기계, 생명, 에너지공학 등의 응용분야에서 활용이가능하다. 탄소나노소재를 응용분야에 적용하기 위해서는 각 분야에서 요구되는 물성 확보와 다양한 차원의 구조물 조립 기술 확립이 필수적이다.
이에 본 과제는 자기조립 기술 개발 및 공정 확립을 통한 거시적 규모의 다차원 순수탄소나노 구조물 제작과 이를 이용한 응용소자 구현을 최종목표로 연구를 수행하였다. 1단계에서는 각 차원의 탄소나노 구조물 형성 기술을 확립하고 물성을 평가하였다. 다양한 조립공정을 이용하여 차원별 구조물을 제작하였으며, 공정변수 제어를 통해 내부구조와 그에 따른 구조물의 물성을 제어하는데 성공하였다. 2단계에서는 다차원 탄소나노소재 구조물의 물성 향상 및 응용소자 제작을 목표로 연구를 수행하였다. 응용분야에 필요한 물성을 확보하기 위해 다양한 후처리 기법을 도입하여 구조물의 전기/기계/화학적 물성을 향상시켰으며, 다양한 응용분야에 적용하여 고성능 소자를 제작하였다.
연구결과:
본 연구팀은 독자적으로 개발한 담지증발법을 비롯한 담지, 스핀, 유전영동 등의 다양한 조립법을 이용하여 순수 및 복합 다차원 구조체 제작 연구를 수행하였다. 심화 연구를 통해 구조물의 형성원리를 이해하였고, 이를 바탕으로 공정 변수 확립을 통한 밀도 및 배향성 등의 물성 제어 기술을 개발하였고, 제작된 구조체의 물성을 평가하였다. 또한, 열처리, 표면 개질 및 이종 계면 설계 등의 후처리 기법을 활용하여 구조체의 전기/기계/화학적 물성을 향상시켜 공학 전반에 해당하는 응용소자(전계방출소자, 투명전극, 편광기, 슈퍼커패시터, 리튬-이온전지, 열화학전지, 구동기, 충격흡수체, 기름흡수체, 가스/바이오 센서, 가스차단막 등)에 적용하여 우수한 특성을 확인하였다. 특히 전계방출소자(ACS Nano, 2011), 테라헤르츠 편광기(Nano Letters, 2011), 리튬-에어전지(Advanced Materials, 2013)는 각각 세계 최고의 전류밀도(current density), 소광비(extinction ratio), 충/방전(charge/discharge) 성능을 기록하여 기존 상용제품을 대체할 새로운 기술로 기대된다.
연구결과의 활용계획:
거시적 규모의 다차원 탄소나노 구조물 제작 기술 확보 및 물성 평가를 통해 탄소나노 튜브를 이용한 전자빔 소스, 고민감도/저전력 센서, 고효율 방열부재 등의 다양한 차세대소자 개발에 핵심 연구결과로 활용될 것이다. 탄소나노 구조물의 제작 기술은 자기조립을 이용하여 대면적화, 자동화가 용이하므로 저비용, 대량생산이 가능하다. 또한 후처리를 통해 탄소나노 구조물의 물성을 더욱 향상시켜 기존 부품소재의 한계를 극복하고 차세대 IT, BT, NT 그리고 ST 분야 등 다양한 기술적 응용 분야를 창출할 것이다. 그리고 탄소나노 구조물 제작을 위한 독자적인 기술을 확보함으로써 막대한 규모의 나노소재 시장에 서 우위를 선점함으로써 수출을 통하여 국가 브랜드 이미지 제고와 해외 의존도가 높은 관련 산업 제품의 고급화 및 고유 상품화로 산업경쟁력을 향상시킬 것이다

Abstract ▼

Purpose & contents:
Nanocarbon material(carbon nanotube(CNT), graphene), which has excellent properties, has plentiful potential on many applications such as electronic, bio, energy and material. So, it is essential to study on the property design and tuning of nanocarbon materials. The final goa

Purpose & contents:
Nanocarbon material(carbon nanotube(CNT), graphene), which has excellent properties, has plentiful potential on many applications such as electronic, bio, energy and material. So, it is essential to study on the property design and tuning of nanocarbon materials. The final goal of this research is to fabricate multi-dimensional nanocarbon structures and evaluate their properties. The prepared nanocarbon structures will be developed so as to realize nanocarbon-based devices.
Result:
This research group studies about various assembling methods such as dip, spin and electrophoretic coating to manufacture homo or hetero structures of nanocarbon materials. Through intensified study, we understood formation principle of nanocarbon and developed density and alignment control using establishment of process parameter. The properties of the fabricated structures are also evaluated. Shape-control techniques is established through the parametric study and the properties of the structure are characterized. Post treatments, such as thermal annealing, electroplating, metal deposition, and energy irradiation is proposed to enhance the properties of the multi-dimensional structure. High performance electron-beam source is developed based on the 1D structure. 2D structure sensors with high sensitivity/low consumption is developed for ubiquitous operation. Energy harvest device of 3D carbon nano-material structure is also developed. Electron emission(Nano Letters, 2011), THz polarizer(Nano Letters, 2011) and Li-air bettery(Advanced Materials, 2013) have best records of current density, extinction ratio and charge/discharge performance of each. So, we can expect new technique to substitute existing commercial products.
Expected Contribution:
Research on formation and property characterization of macroscopic multi-dimensional CNT structure is expected to realize various applications including CNT-based electron source, ultra sensitivity/low power-consumption sensor, and energy harvester. The formation technology, which is very simple and automative process, will provide the way for inexpensive and mass production of the carbon nano-material structures. Moreover the existing limitation can be overcame by modifying its property and be applied to various technical applications of IT, BT, NT and ST region. With confirmation of origin technique of nano technology, a higher value-added business can be developed. Also products of associated industry, which has high dependent on imports, can be localized and then with exports of multi-functional electron source with superior performance, domestic business and industry can be developed.