[보고서]하이브리드 인터페이스 원천기반공정 및 신기능 소재·부품 개발

김광호

보고서 정보

주관연구기관

하이브리드 인터페이스 기반 미래소재연구단

연구책임자

김광호

참여연구자

박성흠 , 황농문 , 권세훈 , 강명창 , 조경목 , 김상욱 , 최수석 , 윤석구 , 강준 , 한승전 , 류정호 , 정연식 , 이혁모

보고서유형

최종보고서

발행국가

대한민국

언어

한국어

발행년월

2017-12

과제시작연도

2016

주관부처

과학기술정보통신부
Ministry of Science and ICT

등록번호

TRKO201900022418

과제고유번호

1711052677

사업명

글로벌프론티어지원

DB 구축일자

2020-07-29

키워드

신기능 창출.하이브리드인터페이스.인터페이스 구조 및 조성.나노인터페이스 설계.인터페이시 기반 자리조립.New Functions.Hybrid Interface.Interfacial Structure & Composition.Nano-interface Design.Interface-based Self-assembly.

표 1-4세부과제 (하이브리드 인터페이스 원천기반공정 및 신기능 소재·부품 개발)의 연구개념
표 Ti-DLC의 표면 및 단면 SEM 이미지
표 Cyclic voltammetry curve 측정법을 통한 Ti-DLC의 전기적 전기 화학적 특성
표 BDD의 표면 및 단면 SEM 이미지
표 Cyclic voltammetry curve 측청을 통한 종류별 BDD의 수명 평가
표 Cyclic voltammetry curve 측청을 통한 종류별 BDD의 수명 평가
표 DLC 전극의 SEM 단면 이미지
표 AFM을 통한 비표면적 분석 결과
표 Scratch test를 통한 박막의 밀착력 테스트
표 Cyclic voltammetry curve 측청을 통한 DLC 전극의 전기적 특성평가
표 BDD의 표면 및 단면 SEM 이미지
표 Cyclic voltammetry curve 측청을 통한 BDD의 전기적 특성 평가
표 용액 중 플라즈마 공정에 의한 Li-doped Carbon합성
표 CNT/CNF-Carbon Composite TEM Image
표 Si-Carbon Black Composite TEM Image
표 Si-Carbon Black Electrochemical performance
표 TEM (left) & ToF SIMS images
표 XPS Li (1s) depth profile with increasing etching time (left) and 7Li MAS NMR spectra (right)
표 Schematic showing formation of Li domains and delithiation process
표 500도에서 열처리된 Li-doped carbon의 충방전 성능 (left) 및 1000도에서 열처리된 Li-doped carbon의 충방전 성능 (left)
표 필라멘트의 복사열전달 현상을 포함한 2차원 축대칭 온도분포
표 실제 HFCVD 시스템을 모사하기 위한 선행 3차원 전산해석 (a) 2 가닥의 필라멘트를 포함하는 3차원 격자 (b) 필라멘트로 부터의 20 mm 까지의 온도분포
표 HFCVD 시스템의 형상 정보 (a) 3차원 격자 구조 (b) HFCVD 시스템 도식
표 HFCVD 시스템의 3차원 축방향 단면 온도분포
표 필라멘트와 모재의 운전변수에 따른 온도변화 (a) 출력변화에 따른 온도변화 (b) 공정압력변화에 따른 온도변화 (c) 필라멘트와 모재사이 거리변화에 따른 온도변화
표 진단용 HFCVD 챔버 (a) 챔버 외부 (b) 챔버 내부
표 (a) 전압변화에 따른 분광선 (b) 전압에 따른 필라멘트로부터 Y방향 온도분포
표 전압변화에 따른 전산해석과 열전대를 이용해 측정한 공간온도분포 결과 비교
표 증가한 필라멘트의 개수와 워크테이블을 갖는 HFCVD 시스템의 전산해석 결과 (a) 3차원 형상 및 격자구조 (b) Z축 단면의 온도분포 (c) X축 단면의 온도 분포
표 시간에 따른 포집된 나노입자 수(a:3초 16개, b:6초 22개, c:9초 34개, d:12초 45개, e:15초 54개)
표 포집된 나노입자의 HRTEM 이미지 (a: grid 전체, b: 확대하여 격자간격 확인, c: X선-회절 이미지)
표 전기장의 세기와 방향에 따른 포집된 나노입자 수(a:+75V 86개, b:0V 40개, c:-75V 9개, d:-200V 0개)
표 기판 bias 에 따른 다이아몬드 증착속도 변화
표 전하의 따른 기체분자의 bond strength 계산 결과
표 하전이 존재할 때의 나노 입자의 거동. a) 짧은 시간 동안 금 입자의 구조 변화, b) 기판으로부터 나노입자의 탈락
표 하전이 없을 때 나노 구조체의 변동 없는 거동
표 하전 유무에 따른 coalescence의 시간적 차이 a) 하전이 없을 때, b) 하전이 있을 때
표 Floating이 된 왼쪽(a)과 Grounding이 된 오른쪽 (b)의 Diamond nanoparticles의 capture 양상
표 스퍼터링 시스템에서 기판에서 측정되는 전류
표 MESH 전압의 변화에 따른 기판 전류의 변화
표 MESH의 바이어스가 0V(왼쪽)와 –20V(오른쪽)일 때의 TEM 이미지
표 Monte-Carlo Simulation 진행 중 초기 상태
표 Simulation과 실제 실험 결과 (적색: 인력, 청색: 척력, 황색: 중립)
표 하전에 따른 Si cluster의 vacancy formation energy 변화
표 하전에 따른 Si cluster의 vacancy migration energy 변화
표 하전에 따른 C cluster의 vacancy formation energy 변화
표 하전에 따른 C cluster의 vacancy migration energy 변화
표 (a) 순수 알루미나 (b) CNT/Al2O3 복합소재
표 (a)각 소재의 흡광도 (b)각 소재의 가공 깊이
표 (a) Ti2AlN 채널가공형상 (b)Ti2AlC 채널가공형상
표 (a) Ti2AlN cavity 형상 (b) Ti2AlC cavity 형상
표 그래핀 함유량에 따른 표면품위
표 그래핀 함유량에 따른 표면 거칠기
표 (a) 순수 알루미나 (b)~(e) GNT/Al2O3 복합소재 및 복합소재 Vol%에 따른 전기전도도
표 고온 내열성 평가 SEM 단면
표 마이크로 방전홀가공 형상 및 단면형상: Ti합금, Ti2AlC
표 Ti2AlN 소성균열 및 Al2O3 산화막 발생 형상
표 상온 및 고온 건조 후 예비 성형체의 변화 (a)유기 바인더 5%, (b) 유기 바인더 3%,무기 바인더 0.1% (c) 유기 바인더 3%,무기 바인더 0.2%
표 하이브리드 CNF+CNT 액상슬러리의 회전 교반 속도에 따른 분산 (a)무회전, (b)200rpm, (c)600rpm (d)1000rpm
표 Squeeze infiltration 주조 인자인 용탕 가압조건 및 예비성형체 예열 온도에 따른 용탕 침투 (예비성형체 : 유기 바인더 3%,무기 바인더 0.1%)
표 (a) Squeeze infiltration으로 제조한 하이브리드 CNF + CNT/Mg복합재료 SEM 조직
표 (b) 하이브리드 CNF + CNT/Mg 복합재료 내 CNF 와 CNT 분포
표 (a) Alborex/AS52 MMCs SEM사진(x1k)
표 (b) Alborex+CNT/AS52 MMCs SEM사진(x1k)
표 기지제와 Alborex/AS52 MMCs, Alborex+CNT/AS52 MMCs XRD 분석 결과
표 (a)인장시험 데이터 (25 ℃)
표 (b)인장시험 데이터 (150 ℃)
표 (a) 크리프 시험 at 150 ℃, 50MPa
표 (b) 크리프 시험 at 150 ℃, 70MPa
표 (a) 크리프 시험 at 200 ℃, 50MPa
표 (b) 크리프 시험 at 200 ℃, 70MPa
표 예비 성형체의 SEM 미세조직 사진 ; (a) 25 vol% ABw, (b)hybrid 5 vol% CNT+20 vol% ABw MMC의 SEM 미세조직 사진 ; (c)25 vol% ABw/AS52 Mg, (d)hybrid 5 vol% CNT+20 vol% ABw/AS52 Mg MMCs
표 예비 성형체의 SEM 미세조직 사진 ; (a) 25 vol% ABw, (b)hybrid 5 vol% CNT+20 vol% ABw, MMC의 SEM 미세조직 사진 ; (c)25 vol% ABw/AS52 Mg, (d)hybrid 5 vol% CNT+20 vol% ABw/AS52 Mg MMCs
표 AS52합금, 싱글 MMC와 하이브리드MMC의 250 ℃ 및 50 MPa 크리프 변형 곡선
표 hybrid MMCs의 250 ℃에서 크립 시험 후 (a) STEM 및 (b) HR-TEM
표 SEM 미세조직 사진 ; FZ 중심(a) LB 용접부 , (b) GTA 용접부 CGHAZ (c) LB 용접부, (d) GTA 용접부
표 (a)gaussian 3D model 열원 모델과 (b)Double ellipsoid 열원 모델
표 FEA로 계산된 용접부 형상과 용접 시편 용접부 형상 비교 ; (a,c) LB 용접과 (b,d) GTA 용접
표 LB 및 GTA 용접 Gleeble test에서 측정된 잔류 델타 페라이트의 분율 및 결정립 크기
표 초음속 유동을 이용한 전극소재 코팅 원리
표 ZIF-7의 세 가지 결정 구조의 형태와 XRD pattern의 변화
표 nylon-6 함량에 따른 XRD pattern 변화
표 ZnO/graphene composite: (a) precursor solution preparation, (b) schematic of setup used for deposition, and (c) morphologies of a pure ZnO NP film
표 ALD 초기거동 제어를 통한 Continuous 한 Nobel Metal Nanointerface 층형성
표 ALD 초기거동 제어를 통한 ALD-Ru 박막의 Step Coverage
표 ALD ZnO Active Surface Layer를 적용한 Ni(OH)2 구조의 HRTEM 사진
표 ALD-ZnO ASL가 적용된 Supercapacitor의 주요특성
표 ALD Al2O3 Protective Interfacial Layer가 적용된 CrN 하드코팅의 주요 특성
표 Activated Crabon 표면처리를 통한 고균일 Pt 나노입자
표 최적화된 Pt 나노촉매의 주요 특성
표 ALD RuO2 ASL Layer의 개념도
표 ALD RuO2 ASL을 적용한 Supercapacitor의 주요 특성
표 BCP 표면상 n-type ZnO 나노인터페이스 적용을 통해 얻어진 1D 나노로드어레이
표 Fluidized Bed Reactor ALD 개념도 및 이를 통한 초고밀도 Pt/C 촉매
표 기존 대비 최적화를 통해 얻어진 Pt/C촉매의 주요특성
표 Selective ALD를 통한 고밀도 Pt/Ni Core/Shell 촉매 TEM 및 EDX
표 Pt/Ni Core/Shell 구조 ORR 촉매의 주요 특성
표 ALD Protective Interfacial layer의 최적 설계, 구현 및 특성평가
표 고신뢰성 확보를 통한 Periodic ALD Protective Interfacial layer 개발
표 일반적 자기조립공정과 레이저 공정을 통해 형성된 블록공중합체 패턴
표 레이저 조사를 통해 공간 선택적으로 자기조립된 블록공중합체
표 레이저 빔 이동 속도에 따른 블록공중합체 패턴의 정렬도 차이
표 고분자 수축 필름을 통한 수축 전/후의 나노입자 패턴
표 고분자 필름의 수축도에 따른 나노입자 패턴의 간격 차이
표 고분자 필름의 수축도에 따른 나노입자 패턴의 대칭 차이
표 블록공중합체의 연속적 정렬을 통한 계층적 나노구조 형성 방법
표 블록공중합체의 층상 정렬을 통해 형성된 계층적 나노구조의 SEM 사진
표 플래쉬 램프를 통한 블록공중합체의 순간적 자기조립 방법 및 열처리 공정과 플래쉬 램프 공정을 통해 자기조립된 나노구조의 SEM 사진 비교
표 가이드 패턴을 통해 자기조립된 나노패턴의 SEM 사진 및 유연 기판에 적용한 SEM 사진
표 블록공중합체를 통한 층별로 다른 성분을 가지는 나노구조 형성 방법 및 제작된 나노구조의 SEM 사진
표 이온 흡/탈착을 통한 선택 면적만 다른 성분을 가지는 나노구조 형성 방법
표 블록공중합체 혼합 용액의 자기조립을 통한 유연 절연 필름 제작 방법 및 제작된 필름의 단면 SEM 사진
표 마스터 몰드를 이용한 고분자 기판 과 ASD (solvent-assisted area-selective delamination) 원리에 기반한 내장된 그물형 투명 전극 제조의 개략도
표 Wiping ASD를 원리로 제작된 금속 그물형 투명전극
표 (a) 유연한 투명 전극의 투과도 성능평가 및 비교. (b) 기계적 신뢰성 평가 (Bending test)
표 초미세 나노전사프린팅 공정 및 통해 제작된 백금 삼차원 나노 아키텍처 구조
표 초미세 나노전사프린팅 공정 및 통해 제작된 백금 삼차원 나노 아키텍처 구조
표 상용 Pt/C와 백금나노아키텍처(PtNA)의 Pf 4f XPS 표면분석
표 반쪽전지테스트를 통한 상용 Pt/C와 백금나노아키텍처 (PtNA) 촉매특성 분석. (a) 산소환원반응, O2 purging, 0.1 M HClO4, 10 mV/sec, 1600 rpm, 0.3V-1.0V (vs. RHE) Pt loading (40 ug/cm2), (b) cyclic voltammetry, N2 purging, 0.1 M HClO4, 50 mV/sec, 1600 rpm, 0.05V-1.2 V (vs. RHE)
표 반쪽전지테스트를 통한 상용 Pt/C와 백금나노아키텍처 (PtNA) 촉매특성 분석 결과. (좌측부터) 전기화학적 표면적, 질량 및 표면적당 촉매활성도
표 초미세 나노전사프린팅 공정울 통해 제작된 다양한 백금 삼차원 나노 아키텍처 구조 (a) Narrow Pt nanoarchitecture (주기 200 nm, 폭 50 nm), (b) Sparse Pt nanoarchitecture (주기 1.2 um, 폭 200 nm) (c) Multiscale Pt nanoarchitecture (Narrow PtNA와 Spacer PtNA의 하이브리드 구조)
표 단전지 테스트를 통한 상용 Pt/C 와 삼차원 백금 나노아키텍처 기반의 박막전극 분극곡선 측정 결과. (DOE 측정 조건, anode ~ H2 cathode ~ air, Pt loading 0.08 mg/cm2) (좌) 상압조건에서 측정 및 (우) 150 kPa 가압조건에서의 I-V
표 단전지 테스트를 통한 상용 Pt/C와 백금나노아키텍처 (PtNA) 촉매 내구도 분석. 내구도 측정조건~ 100 mV/sec, 1.0V-1.5V (vs. RHE) 5000 cycles, cyclic voltammetry 측정조건~ H2/N2 purging, 50 mV/sec, 1600 rpm, 0.05V-1.2 V (vs. RHE)
표 알루미나의 구형화 및 균일분포화 구현
표 Ti 첨가 (좌)전/(우)후 분산상의 TEM 사진
표 (좌)DFT 계산 결과, (우)알루미나 분산동 개발재의 강도, 전도도
표 (좌)일반적인 Cu-Ni-Si 합금과, (우)개발된 나노 복합재료의 TEM 사진
표 분말야금 및 내부산화를 이용한 알루미나 분산동 제조 공정 개략도
표 (좌)환원처리 전/후 알루미나 분산동 분말 사진, (우)압출공정 개략도
표 (좌)일반율에 따른 Al-Zn 합금의 인장강도와 (우)강도, 연신율 그래프
표 (좌)일반적인 Cu-Ni-Si 합금과, (우)개발된 나노 복합재료의 TEM 사진
표 개발한 알루미나 분산동과 타 합금의 강도, 연신율 비교 그래프
표 분말야금 및 내부산화로 제작된 알루미나 분산동의 공정 개략도
표 Ti 첨가를 통한 알루미나 분산동의 상반특성 동시 향상
표 계면에너지 제어를 통한 고강도 고연성 알루미늄 합금 개발
표 계면에너지 제어를 통한 고강도 고전도도 동합금 개발
표 계면에너지 제어를 통한 고내마모 고력황동 개발
표 바나듐 산화물 전구체(상)와 제작한 소자구조(좌), 전류-전압 특성곡선(우)
표 Hot-air 어닐링 방법의 개략도
표 HAAP 방법에 의한 필름 균일도 증가비교
표 HAAP 방법의 도입에 따른 소자 성능 향상 그래프
표 타이타늄 산화물을 도입할 경우와 도입하지 않을 경우의 소자제작공정(a)과 low-vacuum treatment의 개략도(b)
표 유기전저소자의 전류-전압 곡선(a) 및 IPCE 스펙트럼(b)
표 GF-Ti-100과 GF-Ti-200의 색상 비교
표 GF-Ti-100과 GF-Ti-200의 투과도 비교
표 유기태양전지의 구조(좌)와 전류-전압곡선(중) 및 시간에 따른 소자 효율변화(우)
표 커버링 어닐링 방법의 개략도(a)와 박막의 색 비교(b)
표 기존공정을 통해 제작한 페로브스카이트 결정(a,c)과 신규 열처리 공정을 통해 생성된 페로브스카이트 결정(b,d)
표 신규 커버링 어닐링 기술을 여러 소재에 도입 후 결정 크기 비교
표 유-무기 하이브리드 소자 구조(a), 전류-전압곡선(b), 소자 효율 편차(c), IPCE 스펙트럼(d)
표 본 연구에서 새로이 개발한 각 필름 제조기술의 개략도 및 적용시의 박막 모폴로지. slow-growth 어닐링(상), controlled interval-induced 어닐링(좌), pressure-induced 어닐링(우)
표 유-무기 하이브리드 소자 구조 및 제작된 각 박막의 모폴로지(a), 전류-전압곡선(b), IPCE 스펙트럼(c)
표 페로브스카이트 박막의 결정이 성장하는 과정의 SEM이미지
표 (a) 자왜 금속 Ni의 형상 제어와 이를 이용한 자기장 하베스터용 ME 복합체 사진 (b) ATILA++ 유한 요소 해석을 이용한 60 Hz 진동시 자기장 하베스터에 발생되는 변형 (strain)의 분포, (c) 하베스터에서 압전소재가 부착된 부분에서 발생된 변형의 선형 분포 (그림2-3-3-1 (b)의 흰색 화살표 방향)
표 (a) 압전 단결정의 소재특성 (손실) 및 주파수에 다른 ME 결합계수 특성. 저손실 단결정 소재 적용시 135.5 V/cmOe 특성 확인, (b) 압전 단결정의 소재특성 (손실)에 따른 에너지 하베스터의 출력 대 부하저항, 저손실 단결정소재의 경우 0.7 mW 이상의 하베스팅 출력이 가능함 (60 Hz 공진, 7 Gauss)
표 치밀화시킨 소결체를 이용하여 고상단결정성장법으로 성장시킨 단결정 단면 및 미세구조
표 (a) 평평한 입계와 표면을 갖는 입자, (b) 입계와 표면의 HAADF-STEM 이미지, (c), (d) (b)의 노란점선 부분을 확대한 이미지. bounday core(BC), top surface(TS), space charge segregation(SCS)
표 (a) Fe-Ga 및 Ni을 자왜재료로 채택하였을 때의 ME 결합계수 비교, Fe-Ga를 채택했을 때 ME 결합계수는 최대 1325 V/cmOe를 출력함, (b) Fe-Ga 채택 ME 하베스터의 출력 대 부하저항, 100Hz 공진, 7 Gauss 조건에서 최대 3.86 mW의 파워 출력이 가능함
표 ME 복합체 접착제의 물리적 특성 중 Young’s Modulus(a) 및 두께(b)가 ME 결합계수에 미치는 영향
표 (a) 접착제의 Young’s Modulus에 따른 ME 결합계수 비교, (b) 접착제의 두께에 따른 ME 결합계수 비교, 실제실험에서 Youg‘s Modulus/두께 외에 다른 변수는 모두 동일조건
표 ME 복합체의 신뢰성 평가 결과 (60Hz 공진, 7 Gauss)
표 (a) (001), (011)배향의 BZT-BCT 단경정의 실제모습 및 압전모드 비교, (b) 단결정 배향면에 따른 ME 결합계수 측정결과
표 (a) Bus바 장착형 ME 하베스팅 모듈의 모습, (b) ME 하베스팅 모듈의 Bus바 장착모습 및 무선 온도측정 결과
표 CCTO 다결정 내에 존재하는 여러 계면의 종류
표 Nb-Ti system의 상태도 비교 : (좌) 본 연구실 계산 결과 (우) 참고자료
표 Nb-C system의 상태도 비교 : (좌) 본 연구실 계산 결과 (우) 참고자료
표 Nb-Ti system의 모델링과 상호 확산 모사
표 Nb-C system의 모델링과 상호 확산으로 인해 생긴 상의 분율

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