초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구팀은 지금까지 수행되어온 탄소나노 구조물 조립 연구로부터 축적된 지식을 바탕으로 나노, 마이크로, 매크로의 단계별 스케일에서 분자 수준 계면 설계(interface design) 및 미세구조를 제어(micro-structure control)하는 시스템, 즉 나노탄소 스마트 조립(smart assembly)을 구현하였다. 스마트 조립법은 최단 시간에 최고 성능의 소자를 효율적으로 개발하기 위해서 단계별, 차원별 실험의 결과를 데이터베이스화하고 축적된 데이터에 기반하여 최적화된 소자를 설계하는 목표

연구의 목적 및 내용
본 연구팀은 지금까지 수행되어온 탄소나노 구조물 조립 연구로부터 축적된 지식을 바탕으로 나노, 마이크로, 매크로의 단계별 스케일에서 분자 수준 계면 설계(interface design) 및 미세구조를 제어(micro-structure control)하는 시스템, 즉 나노탄소 스마트 조립(smart assembly)을 구현하였다. 스마트 조립법은 최단 시간에 최고 성능의 소자를 효율적으로 개발하기 위해서 단계별, 차원별 실험의 결과를 데이터베이스화하고 축적된 데이터에 기반하여 최적화된 소자를 설계하는 목표 지향적 순환접근법이다. 데이터베이스를 기반으로 설계한 구조물의 물성 예측 및 실험 결과의 피드백을 수행하여 유기적이고 통합적인 순환접근법을 실행할 수 있다. 목표 지향적 순환접근법을 통해, 기존 소재 연구의 단방향 접근에서 발생하는 시행착오 및 재설계를 최소화함으로써 연구 소요시간과 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있었다. 이는 연구 컨셉에서 제품출시까지 걸리는 타임 투마켓(time to market)을 혁신적으로 단축시켜 신소재 분야에서 우위를 점할 수 있는 토대를 마련할 것이다.

연구결과
본 연구팀은 나노탄소 본연의 뛰어난 물성을 갖는 거시적 규모로 조립된 나노탄소 구조체를 제작하기 위하여, 멀티스케일 설계/제어/조립 기법이 유기적으로 통합된 데이터베이스 기반 나노탄소 스마트 조립 기술에 대한 연구를 수행하였다. i) 나노탄소 재료의 분자수준 물성 및 계면 설계를 통해 거시적 구조체 조립을 위한 최적의 계면 상태에 대해 연구하였고, ii) 나노탄소의 배향, 정렬도 및 밀도 조절을 통해 거시적 구조체의 물성 제어 및 기능성을 확보하였으며, iii) 본 연구팀이 수행한 분자 수준의 계면 설계 및 거시적 구조물의 내부 미세구조 제어 연구를 통해 얻은 데이터와 기존 보고된 데이터를 통합하여 데이터베이스를 구축하였다. 본 연구를 통해 나노/마이크로/매크로 스케일에서의 다양한 조립법을 데이터베이스에서 선택적으로 조합하여 구조물의 최종 물성과 소자 성능을 예측가능케하는 목표지향적 순환 접근법 연구를 실현하였다. 이를 토대로 다양한 응용소자(수처리막, 열화학전지, 오일흡수체, 센서)의 특성을 최적화 할 수 있는 거시적 나노탄소 구조체를 제작하였고, 이의 우수한 성능을 확인하였다. 특히, 수처리막(Nat. Commun., 2015), 열화학전지(Nat. Commun., 2016), 오일흡수체(Sci. Rep., 2016) 는 각각 세계 최고의 성능을 기록하여 기존 상용 제품을 대체할 새로운 기술로 기대된다.

연구결과의 활용계획
본 연구팀이 제시하는 스마트 조립 기술은 멀티스케일의 설계/제어/제작 기술을 유기적으로 활용하는 창의적인 과학적 접근 기술로 나노 스케일에서 확인된 우수한 물성을 거시적 조립 구조체에서 확보하며, 동시에 기능성 및 소자 성능을 극대화 할 수 있는 과학기술적 기대효과를 갖는다. 본 연구를 통해 고성능 나노탄소 소자 개발이 가능하며, 기존 나노탄소 연구 및 응용이 갖는 한계를 극복할 수 있는 새로운 방안을 제시할 수 있다.
또한, 스마트 조립 기술은 나노탄소 기반 차세대 응용 제품 및 소자의 성능을 획기적으로 개선할 것으로 기대되며, 고부가가치를 갖는 다양한 산업 분야 창출을 가속화시킬 것이다. 고강도/내열 소재, 투명/유연 전자소자 및 고효율 에너지 저장체 등 국가 전략 산업 개발에 있어 나노탄소 구조체의 설계 및 제작에 관한 원천기술을 확보하여 세계적인 연구위상을 재고할 것이다. 특히 물성 및 새로운 기능성 확보를 통해 나노탄소 구조체 기반 응용 제품의 경쟁력을 강화하고, 세계적인 산업화 기반을 주도할 것이다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
Our research team have realized a nanocarbon smart assembly method, a molecular level interface design and micro-structure control system for nano, micro and macro scale.The Smart Assembly Method is a goal-oriented recursive approach method that designs the optimized device based

Purpose&contents
Our research team have realized a nanocarbon smart assembly method, a molecular level interface design and micro-structure control system for nano, micro and macro scale.The Smart Assembly Method is a goal-oriented recursive approach method that designs the optimized device based on the database from the results of the steps and dimensional experiments to efficiently develop the devices with the highest performance in the shortest time.The integrated cyclic approach can be implemented by predicting the physical properties of the designed structure and feedback of the experimental results by the database.Through the goal-oriented circulation approach, the time and cost of research can be reduced by minimizing trial and error and redesign of existing material research.This will revolutionize the time to market from research concept to product launch, laying the foundations for superiority in new materials.

Result
In order to fabricate a macroscopic scale nanocarbon structure with nanocarbon's nature properties, our team conducted research on nanocarbon smart assembly technology based on the database integrated with multiscale design/control/assembly techniques.We have investigated the optimum interface state for macroscopic structure assembly through molecular level property and interface design of nano carbon material, and secured physical properties control and functionality of macroscopic structure through alignment, alignment degree and density control of nano carbon.We constructed the database by integrating the data obtained from the research on the interfacial design in the molecular level and the microstructure control of the macroscopic structures and the previously reported data.By this research, we have realized a circulation approach method that can predict the final properties of the structure and the device performance by selectively assembling various assembly methods in nano/micro/macro scale.Based on this, a macroscopic nanocarbon structure that can be optimized characteristics in various application devices (water treatment membrane, thermochemical cell, oil absorber, sensor) can be fabricated and its excellent performance can be remained.In particular, the water treatment membrane(Nat. Commun., 2015), thermochemical cells(Nat. Commun., 2016), oil absorber(Sci. Rep., 2016) are new technologies that will replace the existing commercial products with the world's best performance records.

Expected Contribution
The Smart assembly technology proposed by our research team is a creative scientific approach technology that utilizes design/control/fabrication technology of multiscale to secure the superior properties from macroscopic structure at nanoscale and at the same time, it has the expectation effectiveness that maximizes the functionality and performance of the elements. By our research,the high-performance nanocarbon element development is possible, and a new way to overcome the limitation of existing nanocarbon research and application can be presented. Smart assembly technology is expected to improve the performance of nano-carbon based next-generation applications and devices, and will accelerate the creation of diverse industries with high added value. It will reconsider our global research status by securing source technology related to the design and manufacturing of nano carbon structures in the development of national strategic industries such as high strength / heat resistant materials, transparent / flexible electronic devices and high efficiency energy storage materials.In particular, it strengthens the competitiveness of nano carbon structure based applications through securing physical properties and new functionalities

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 86
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 88
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 91
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 93
• 8. 참고문헌 ... 94
• 9. 연구성과 ... 117
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 138
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 138
• 12. 기타사항 ... 138
• 별첨1 : 대표연구실적 ... 139
• 별첨2 : 세부 목표 관련 증빙 ... 154
• 끝페이지 ... 162