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Kafe 바로가기주관연구기관 | 전남대학교 산학협력단 Chonnam National University |
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2014-03 |
과제시작연도 | 2013 |
주관부처 | 미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 | TRKO201500002451 |
과제고유번호 | 1345201079 |
사업명 | 중견연구자지원 |
DB 구축일자 | 2015-05-16 |
키워드 | 지능재료.생분해성.박테리아 셀룰로오스.생체모방성.생체 적합성.인공근육.고분자 작동기.바이오 센서.생체모방형 로봇.Smart materials.Bio-degradability.Bacterial cellulose.Biomimetic.Bio-compatability.Artificial muscle.Polymer actuator.Bio sensor.Biomimetic robot. |
DOI | https://doi.org/10.23000/TRKO201500002451 |
연구의 목적 및 내용
본 연구는 친환경적으로 만들어지는 박테리아 셀룰로오스(bacterial cellulose)의 고결정질성, 생분해성, 친수성, 생체적합성 그리고 고강성의 장점을 살릴 수 있는 친환경-바이오-고분자 (eco-friendly bio-polymer) 센서와 작동기로 개발하여 관련 선도 원천핵심기술을 선점하고 이를 고부가가치 신산업으로 육성시키고자 함. 본 과제의 제1단계에서는 박테리아 셀룰로오스를 이용한 센서 및 작동기 기반 기술 개발하는 것으로 박테리아 박룰로우스의 생산 및 박막 제조 기반기술 확립과 친환경 바
연구의 목적 및 내용
본 연구는 친환경적으로 만들어지는 박테리아 셀룰로오스(bacterial cellulose)의 고결정질성, 생분해성, 친수성, 생체적합성 그리고 고강성의 장점을 살릴 수 있는 친환경-바이오-고분자 (eco-friendly bio-polymer) 센서와 작동기로 개발하여 관련 선도 원천핵심기술을 선점하고 이를 고부가가치 신산업으로 육성시키고자 함. 본 과제의 제1단계에서는 박테리아 셀룰로오스를 이용한 센서 및 작동기 기반 기술 개발하는 것으로 박테리아 박룰로우스의 생산 및 박막 제조 기반기술 확립과 친환경 바이오 고분자 박테리아 박룰로우스 기반 센서 및 작동기 기반기술 개발에 대한 연구를 실시하고자 함. 제2단계에서는 고부가가치 친환경-바이오 고분자 센서/작동기 개발 및 에너지 저장소자 개발을 목표로 친환경 박테리아 박룰로오스 기반 센서/작동기의 고감도, 고성능화 기술을 확립하고, 차세대 고부가가치를 갖는 천연 고분자 소재기반 에너지 저장 소자를 개발하고자 함.
연구결과
(1) 박테리아 셀룰로오스의 생산 및 제조 기반기술 확립 : 1단계에는 전기/기계/화학적 물성이 뛰어난 박테리아 셀룰로오스 고분자 박막을 생산하고 센서 및 작동기로 사용가능한 박막 개발을 위해 고유의 물성을 향상시킴. 이를 기반으로 2단계에서는 고감도, 고성능의 센서 및 작동기, 에너지 저장소자에 응용 하기위한 기능성 박테리아 셀룰로오스 박막을 개발함.
(2) 박테리아 셀룰로오스 기반 센서 기술 개발 : 1단계에서는 정치배양으로 생산된 박테리아 셀룰로오스를 기반으로 하여 Ag 나노파티클을 섬유소와 합성하여 생체신호 획득용 센서 기술을 개발함. 또한 Au 전극을 박테리아 셀룰로오스 박판위에 패터닝하는 방법으로 터치 센서를 개발하였음. 그리고 박테리아 셀룰로오스 나노휘스커스와 PVDF를 이용하여 감도가 향상된 터치센서를 개발함. 2단계에서는 터치스크린에 적용될 수 있는 우수한 광투과성을 갖고 은나노 와이어와 그래핀, 전도성고분자가 패터닝된 박테리아 셀룰로오스 기판을 개발함.
(3) 박테리아 셀룰로오스 기반 고성능 작동기 개발 : 1단계에는 박테리아 셀룰로오스를 기반으로한 고분자 작동기를 개발함. 정치배양 및 순환배양 방법으로 제작된 박테리아 셀룰로오스를 이용하여 고분자 작동기 개발을 시도함. 또한 건조 방법을 달리하여 다공성 박테리아 셀룰로오스와 전도성 고분자를 이용하여 향상된 성능의 박테리아 셀룰로오스 작동기를 개발함. 또한 셀룰로오스 아세테트와 PANI를 전기방사하는 방법으로 다공성 박막을 개발하고 이를 고성능 작동기로 개발함. 박테리아 셀룰로오스 나노휘스커스를 추출하여 PVDF와 전기방사하여 대변형의 박테리아 셀룰로오스 작동기를 개발함. 2단계에서는 박테리아 셀룰로오스를 TEMPO처리하여 기능성 나노파티클을 셀루로오스섬유와 합성하므로써 뛰어난 성능을 갖는 작동기를 개발함. TOBC와 PVA를 이용한 대변형 작동기를 개발함. 또한 생체적합성을 갖는 키토산과 산화그래핀을 이용한 대변형 고분자 작동기를 개발함.
(4) 박테리아셀룰로오스 기반 에너지 저장소자 개발 : 박테리아 셀룰로오스를 TEMPO처리하면 수산기가 카르복실기로 기능화 되면서 물에 분산된 형태를 갖는 솔루션 타입의 박테리아 셀룰로오스를 얻을 수 있음. 이를 기반으로하여 어닐린을 박테리아 셀룰로오스 섬유소와 중합하는 방법으로 섬유소에 폴리어닐린(PANI)를 합성하여 코팅함. 이를 전극으로 사용하여 향상된 capacitance를 갖는 플렉서블한 에너지 저장소자를 개발함. 또한 전도성 고분자인 폴리피롤을 박테리아 셀룰로오스 섬유와 합성하여 높은 capacitance를 갖는 에너지 저장 소자를 개발함. 뿐만 아니라 TEMPO처리된 박테리아 셀룰로오스를 이용하여 기능성 고분자, 특히 전기전도도가 우수한 그래핀이나 CNT를 이용하여 복합체를 개발하고 이를 에너지 저장소자로 응용할 수 있는 연구를 수행함.
연구결과의 활용계획
친환경, 생체적합성을 갖는 박테리아 셀룰로오스를 이용한 센서 및 작동기, 에너지 저장소자의 개발은 다양한 분야의 융합기술이 적용되어하고 응용분야 또한 다양해서 융합학문을 통해 기술을 발전시킬 수 있을 것임. 또한 친환경, 생체적합성을 갖는 센서 및 작동기, 에너지 저장 소자를 이용하여 생체 의료용 기기와 바이오 분야에 활용 될 수 있을 것이라 생각됨. 따라서 본 연구는 학문적진보, 국가 경쟁력 제고, 인간의 삶의 질 향상에 크게 이바지 할 수 있을 것임.
Purpose&contents
The purpose of this research is to develop the eco-friendly bio-polymer sensors and actuators based on the bacterial cellulose with ultra crystalline, bio-degradable, hydrophilicity, bio-compatiblity and high stiffness for obtaining the leading core technologies and breeding new
Purpose&contents
The purpose of this research is to develop the eco-friendly bio-polymer sensors and actuators based on the bacterial cellulose with ultra crystalline, bio-degradable, hydrophilicity, bio-compatiblity and high stiffness for obtaining the leading core technologies and breeding new industrial fields. The purpose of this research in 1st stage is to develop the fundamental techniques of sensors and actuators based on the bacterial cellulose for obtaining the mass production, fabrication technique and eco-friendly bio polymer sensor/actuator techniques of bacterial cellulose. In 2nd stage, the purpose is not only to develop of highly sensitive and functional sensor/actuator techniques but also to develop of the high value added sensor/actuator and energy storage device based on eco-friendly bacterial cellulose.
Result
(1) Development of mass production and manufacturing technique of bacterial cellulose : In 11st stage, bacterial cellulose polymer membranes with superior electrical/mechanical/chemical properties are produced and intrinsic properties are enhanced for manufacturing the actuator. In 2nd stage, functional bacterial cellulose membranes are developed for highly sensitive, functional sensors and actuators, energy storage devices.
(2) Development of sensor technique based on bacterial cellulose : In 11st stage, bio-signal acquisition sensor technique is developed by the synthesis method between Ag nano particle and nano fibrils based on bacterial cellulose by static culture method. Also, touch sensor is developed using patterning method of Au electrode on the bacterial cellulose membrane. touch sensor with enhanced sensitivity is prepared using bacterial cellulose nanowhiskers and PVDF. in 2nd stage, bacterial cellulose membrane with enhanced light permeability was developed using Ag nano wire and graphene, conducting polymer patterning method for touch screen.
(3) Development of high effectiveness actuator based on bacterial cellulose : In 11st stage, polymer actuators are developed based on bacterial cellulose by cultured the static and circulation culture method. also, bacterial cellulose actuators with good performance are developed using various method. Actuator based on Cellulose acetate and PANI is developed using electrospinning for highly porous membrane. Also, actuator with large displacement is developed based on of bacterial cellulose nanowhiskers and PVDF using electrospinning method. In 2nd stage, actuator with superior performance was developed using synthesis of TEMPO treated bacterial cellulose and functional nanoparticle onto the cellulose fibrils. Also, actuator with large displacement is developed using TOBC and PVA and polymer actuator with large displacement is developed based on chitosan with bio-compatibility and oxidized graphene.
(4) Development of energy storage device based on bacterial cellulose : bacterial cellulose is dispersed in water because hydroxyl group in bacterial cellulose is transformed to carboxyl group by TEMPO treatment. Aniline crystallize onto the cellulose fibrils by polymerization based on TEMPO method. Bacterial cellulose is covered by poly-aniline which is stacked for electrode of flexible energy storage device with enhanced capacitance. Also, poly-pyrrole is synthesized with bacterial cellulose for energy storage device with highly capacitance. TEMPO treated bacterial cellulose composite are developed with functional polymer materials like as graphene with highly conductive and CNT for energy storage devices
Expected Contribution
The development of sensors and actuators, energy storage devices based on bacterial cellulose with eco-friendly, bio-compatibility need the fusion technology of various fields and the various application in many fields will develop the technology. also, contribute to the growth of sensor and actuator, energy storage devices, bio-medical devices, in various bio-medical fields. finally, this research will contribute the academic advance, raising the international competitiveness, the enhancement in the quality of life.
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