초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구는 1차원의 CNT, 2차원의 그래핀 등 응용분야 확대 및 상업화에 한계가 있던 기존의 탄소소재에 대해 3차원 탄소구조물 형성과 형상제어 및 물성분석을 수행하여 동적 구조시스템 응용분야로의 적용성 평가를 연구 목표로 함. 이를 위해 1차년도에는 3차원 탄소구조물의 합성 및 구조 형상 분석, 원자단위 제어기술기반의 3차원 탄소구조물의 형상제어 기술을 연구하였으며, 2차년도에는 합성된 3차원 탄소구조물에 대해 통계적 기법을 활용한 물성평가, 점탄성 특성평가 및 모델링 기법을 통한 특성 예측에 대해 연구

연구의 목적 및 내용
본 연구는 1차원의 CNT, 2차원의 그래핀 등 응용분야 확대 및 상업화에 한계가 있던 기존의 탄소소재에 대해 3차원 탄소구조물 형성과 형상제어 및 물성분석을 수행하여 동적 구조시스템 응용분야로의 적용성 평가를 연구 목표로 함. 이를 위해 1차년도에는 3차원 탄소구조물의 합성 및 구조 형상 분석, 원자단위 제어기술기반의 3차원 탄소구조물의 형상제어 기술을 연구하였으며, 2차년도에는 합성된 3차원 탄소구조물에 대해 통계적 기법을 활용한 물성평가, 점탄성 특성평가 및 모델링 기법을 통한 특성 예측에 대해 연구를 수행하였음.
또한 3차년도에는 3차원 탄소구조물과 고분자 매트릭스를 활용한 3차원 탄소구조물 복합소재 개발 및 3차원 탄소구조물의 동적 구조시스템 적용성 평가를 목표로 연구를 수행하였음.

연구결과
1. 3차원 탄소 구조물 합성에 관한 연구
- 화학적 박리법 및 화학기상증착법을 통해 3차원 탄소구조물을 합성하였음.
2. 3차원 탄소 구조물의 구조 형상 분석 및 평가
- 흑연 플레이크 사이즈, 환원제 양, 온도, 시간 등 3차원 탄소 구조물 형상 주요 요인들을 통제하며 형상 제어를 위한 조건을 확립함.
3. 원자단위 제어기술기반의 3차원 탄소 구조물의 형상제어 기술 연구
- 원소 정량적 분석을 통해 3차원 탄소 구조물의 표면의 개질여부 및 이에 따른 구조형상을 분석함.
4. 통계적 기법을 활용한 3차원 탄소 구조물의 물성평가
- 합성된 3차원 탄소구조물에 대해 준정적 압축실험을 진행하였으며, High strain 구간에서 일반적인 다공 구조물의 거동과 유사한 형태를 보이는 것을 확인함.
5. 3차원 탄소 구조물의 점탄성 특성 평가에 관한 연구
- 3차원 탄소구조물의 밀도 증가에 따라 저장 탄성률과 손실률이 증가하는 것을 확인하였으며, 반복 하중조건에서 공기의 움직임에 따라 에너지 소모가 증가하여 손실률 상승에 기인하는 것을 확인함.
6. 모델링 기법을 이용한 점탄성 특성 예측에 관한 연구
- SLS 모델을 활용해 3차원 탄소구조물의 시험 데이터와 곡선 접합을 하였으며, 3차원 탄소 구조물의 부피 밀도에 따라 점탄성 거동의 제어가 가능함을 확인함.
7. 3차원 탄소 구조물 복합소재 개발
- 고분자 소재인 Epoxy와 PDMS를 3차원 탄소구조물 내부로 침투시켜 3차원 탄소구조물 복합소재를 합성함.
8. 3차원 탄소 구조물 복합소재의 동적 구조시스템으로의 적용성 평가
- 3차원 탄소구조물 복합소재에 대해 응력완화 시험 및 DMA 시험을 수행하였으며,지연시간 분석 및 모델링을 통해 특성을 확인함.

연구결과의 활용계획
본 연구에서 개발된 3차원 탄소구조물은 형상, 기계적 물성, 점탄성 특성 분석을 기반으로 동적 구조시스템 적용을 위한 기반을 마련함. 이를 통해 다양한 기초학문 분야에서 여러 학문분야와의 융합연구를 도모하고, 응용연구를 위한 기반기술로써 그 활용이 무궁무진할 것으로 전망됨. 3차원 탄소구조물 복합소재의 제조 방법과 이를 이용한 기계적 특성 평가 및 모델링 기법의 개발로 기계, 조선, 항공, 건설 등의 학문 분야에서 다기능성 구조재료의 설계 및 개발에 필요한 기초 기술로 활용이 예상됨. 또한 3차원 탄소구조물의 개발로 전자정보분야, 대체에너지분야 및 복합소재분야와 같은 차세대 응용학문 분야의 연구 활성화와 새로운 연구분야 개척의 계기가 되며, 산업에서의 탄소소재적용의 한계를 극복하고 다양한 분야에 활용되어 시장 경쟁력 확보 및 부가가치 창출을 이룩할 것으로 기대됨.

( 출처 : 한글요약문 4p )

Abstract ▼

Purpose&contents
Conventional carbon material such as 1D CNT and 2D graphene had limitations in the extension of its applications. In this study, the 3D carbon structure formation, shape control, and physical properties analysis is the research objective for overcome the limitation of carbon mate

Purpose&contents
Conventional carbon material such as 1D CNT and 2D graphene had limitations in the extension of its applications. In this study, the 3D carbon structure formation, shape control, and physical properties analysis is the research objective for overcome the limitation of carbon materials and evaluate the possibility of applying 3D carbon structure in the dynamic structure systems. For 1st year, synthesis, morphological analysis, and study on shape control of 3D carbon structure was conducted. For 2nd year, evaluation of properties based on the statistical techniques, viscoelastic properties analysis and modeling of 3D carbon structure was conducted. lastly, in 3rd year, 3D carbon structure composite material synthesis and properties evaluation for applying in dynamic structure systems was conducted.

Result
1. Synthesis of the 3D carbon structure
- The 3D carbon structure was synthesized by using chemical exfoliation and CVD method.
2. Morphology analysis of the 3D carbon structure
- Control the main factors of 3D carbon structure shape and establish conditions.
3. Shape controllability of controllability
- Analyzes the surface modification and the resulting structural features.
4. Properties analysis based on based on the statistical techniques
- The quasi-static compression test was performed, and it was confirmed that behavior is similar to the behavior of the general porous structure in the high strain section.
5. Viscoelastic properties analysis
- The storage modulus and loss factor was increased with increasing density, and it is confirmed that the energy consumption was increased due to the movement of air under cyclic loading conditions, resulting in an increase in loss ratio.
6. Viscoelastic properties prediction based on the modeling
- Curve fitting by using SLS model was conducted, and viscoelastic behavior controllability based on the bulk density of 3D carbon structure was confirmed.
7. Synthesis of the 3D carbon structure composite material
- Synthesized the 3D carbon structure composite material by infiltrating the polymer resin such as epoxy and PDMS.
8. Properties evaluation for applying in dynamic structure systems
- The stress relaxation test and the DMA test were performed on the 3D carbon structure composite material, and the characteristics were confirmed by relaxation time analysis and modeling.

Expected Contribution
The 3D carbon structure developed in this study is based on the analysis of shape, mechanical properties, and viscoelastic characteristics and provides a basis for applying the dynamic structural system. Through this, it is expected that the convergence research with diverse academic fields in various basic disciplines will be promoted, and its application as an underlying technology for applied research will be endless. It is expected to be used as basic technology for the design and development of multifunctional structural materials in the fields of machinery, shipbuilding, aviation, construction, etc. through the method of manufacturing the composite material of 3D carbon structure and the development of the mechanical property evaluation and modeling technique. In addition, the development of 3D carbon structures will lead to the revitalization of research and development of new research areas in next-generation applied field such as electronic information field, alternative energy field, and composite material field. It is expected to be utilized in the field to secure market competitiveness and create added value.

( 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 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 21
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 25
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 25
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 26
• 8. 참고문헌 ... 26
• 9. 연구성과 ... 27
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 31
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 31
• 12. 기타성과 ... 33
• [별첨1] 대 표 연 구 실 적 ... 34
• [별첨2] 세부 목표 관련 증빙 ... 49
• 끝페이지 ... 79