초록 ▼

□ 연구개요
◯ 탄소섬유강화 플라스틱(Carbon fiber reinforced plastic, 이하 CFRP)의 고강도·고강성, 우수한 경량 특성으로 인해 운송수단과 대형 건축물 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 활용 범위가 넓어지면서 CFRP의 건전성 진단, 에너지 하베스팅, 구조 배터리 등 CFRP의 구조적 성능에 부가 기능을 탑재하는 연구가 많이 진행되고 있다.
◯ CFRP의 수요와 부가 기능에 대한 요구가 증대됨에 따라, CFRP 관련 기술 경쟁력을 갖추기 위해, 구조물이 자가발전을 통해 스스로 에너지를 생성하고

□ 연구개요
◯ 탄소섬유강화 플라스틱(Carbon fiber reinforced plastic, 이하 CFRP)의 고강도·고강성, 우수한 경량 특성으로 인해 운송수단과 대형 건축물 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 활용 범위가 넓어지면서 CFRP의 건전성 진단, 에너지 하베스팅, 구조 배터리 등 CFRP의 구조적 성능에 부가 기능을 탑재하는 연구가 많이 진행되고 있다.
◯ CFRP의 수요와 부가 기능에 대한 요구가 증대됨에 따라, CFRP 관련 기술 경쟁력을 갖추기 위해, 구조물이 자가발전을 통해 스스로 에너지를 생성하고 저장하며, 실시간 구조 자가진단을 할 수 있는 하이브리드 3-in-1 다기능 복합재를 개발하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
◯ 하이브리드 복합재 기반 자가발전식 대면적 스트레인 센서 연구·개발을 통해 3-in-1 복합재를 제작함으로서 기존 연구목표를 모두 완벽히 수행하였다.
◯ 세부적으로는, CFRP 구조 건전성 진단 기술 연구·개발 측면에서, 압저항 효과를 이용한 CFRP 변형 및 파손 감지 타당성이 멀티 스케일로 8μm 지름의 단일 필라멘트 단위부터, 필라멘트 3000 가닥의 번들, 번들이 직조된 직물을 적층한 복합재까지 기계·전기적 물성을 분석하였다. 이를 수치화 하기 위해 등가 전기회로 모델링을 수행하여 CFRP의 물리적 변형율과 전기저항 변화율의 상관관계를 체계화 하였다.
◯ 진동에너지 하베스팅 연구·개발 측면에서는, 주변 물리적 에너지를 마찰전기를 이용하여 전기에너지로 변환하였고, 에너지 수득율을 최대화하기 위하여 압전소재의 종류, 함량, 배합비, 미세구조를 최적화하였다. 이를 CFRP에 적용하여 CFRP 스킨 자체가 외부 자극을 마찰전기 에너지로 변환하는 것까지 모두 구현하였다.
◯ 단순 조합이 아닌, 각 세부 연구분야별 정량적 성과가 세계적 연구 수준에 도달하였으므로, 목표 대비 100% 이상의 성과를 거두었다고 생각된다.

□ 연구개발결과의 중요성
◯ CFRP의 수요와 활용도는 분야를 막론하고 나날이 증가하고 있다. 구조물의 대형화와 까다로워지는 에너지 효율 기준으로 인해, 다양한 기능이 추가된 CFRP를 개발하는 연구진들이 많은데, 본 연구에서는 에너지 하베스팅, 저장, 이를 활용한 구조물 자가진단이 하나의 CFRP에서 모두 가능한 3-in-1 다기능 복합재를 제작하였기에 그 파급 효과는 엄청날 것으로 예상 된다.
◯ 에너지 효율 극대화를 위해, 경량화를 너머 자가발전 시스템을 구축하였고, 안전성과 경량화를 동시에 챙기기 위해 자가발전된 전기에너지를 활용하여 구조물 자가진단 시스템을 탑재하였다. 이는 외부 센서 없이 구조물 자체의 전기저항 변화율을 기반으로 구조물의 변형과 파손 여부를 진단할 수 있어 경량화와 비용은 물론, 안전과 유지·보수에 막대한 영향을 미칠 것으로 예상 된다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 복합재 수요 증대와 다기능 복합재의 필요성 ... 4
• (2) 연구 목표와 범위 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• (1) 하이브리드 복합재 기반 자가 발전식 대면적 스트레인 센서 연구·개발 ... 5
• (2) CFRP 구조 건전성 진단 기술 연구·개발 ... 6
• (3) 진동에너지 하베스팅 연구·개발 ... 10
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 16
• 대표적 연구실적 ... 22
• 끝페이지 ... 33