초록 ▼

□ 연구목표
본 연구에서는 차세대 운송체에서 절실히 요구되는 전기 에너지 저장(+)과 파동 에너지 소산(-)이라고 하는 두 개의 상반된 기능들을 동시에 발현할 수 있는 Functionally Antagonistic Nano-Engineering을 새롭게 정립하여 매크로스케일에서 공학적으로 적용이 가능한 다기능성 복합구조체모듈과 기반 핵심기술들을 개발하고자 한다. 이를 위해서는 단일 나노소재의 적용으로는 구현이 불가능하고 각기 다른 재료(혹은 구조)가 공고하게 결합되어 서로 다른 고유한 기능들(하중지지, 에너지 저장, 에너지 소

□ 연구목표
본 연구에서는 차세대 운송체에서 절실히 요구되는 전기 에너지 저장(+)과 파동 에너지 소산(-)이라고 하는 두 개의 상반된 기능들을 동시에 발현할 수 있는 Functionally Antagonistic Nano-Engineering을 새롭게 정립하여 매크로스케일에서 공학적으로 적용이 가능한 다기능성 복합구조체모듈과 기반 핵심기술들을 개발하고자 한다. 이를 위해서는 단일 나노소재의 적용으로는 구현이 불가능하고 각기 다른 재료(혹은 구조)가 공고하게 결합되어 서로 다른 고유한 기능들(하중지지, 에너지 저장, 에너지 소산)을 동시에 발현할 수 있는 헤테로 나노구조체를 합성할 수 있는 혁신적 방법론이 필요하다. 따라서 물리적 결함을 의도적으로 생성하고 제어하여, 이를 핵생성처로 삼아 이종의 나노구조체를 성장시킴으로써 공고한 결합력을 유도하여, 내구성과 안정성 있는 3차원 다기능성 헤테로 나노구조체의 결함공학적 합성원천기술을 개발하고자 한다.

□ 연구개발내용
■ 1단계 : 결함 공학에 기반한 3차원 헤테로 나노구조체 합성
- 결함 공학을 통한 3차원 헤테로 나노구조체의 성장 메커니즘에 대한 연구
- 에너지 저장 기능/ 에너지 소산 기능을 가지는 3차원 헤테로 나노구조체 개발
■ 2단계 : 길항 기능을 겸비한 3차원 다기능성 헤테로 나노구조체 개발
- 제어 가능한 결함 생성 및 합성 방법에 대한 정밀한 기법 개발
- 탄소섬유기반 헤테로 구조체의 공학적 응용으로의 적용
■ 3단계 : 차세대 운송체를 위한 기능성 길항 나노 공학의 정립
- 기능성 길항 나노 공학에 기반한 통합형 복합 구조체 개발
- 기능성 길항 복합체 모듈의 기준 정립화

□ 연구개발 성과
■ 1단계: 결함 공학에 기반한 3차원 헤테로 나노구조체의 합성 및 공학적 응용에 관한 연구
[1] 결함공학 기반의 고성능 3차원 헤테로 나노구조체의 합성 원천기술 개발
- 3차원 헤테로 나노구조체의 성장 메커니즘에 관한 연구 [1차년도]
- 고성능 3차원 헤테로 나노구조체 합성을 위한 핵심 기술 개발 [2차년도]
- 결함공학 기반의 다기능성 3차원 헤테로 나노구조체의 합성 기술 확립 [3차년도]
[2] 차세대 운송체를 위한 3차원 헤테로 나노구조체의 공학적 응용
[ 공학적 응용 1. 에너지 저장 ]
- 3차원 헤테로 나노구조체기반 고성능 전극 개발 [2차년도]
- 고성능 전극을 에너지 저장 소자로의 응용을 위한 제작 기술 개발 [2차년도]
- 직물형태의 3차원 헤테로 나노구조체 기반 하중지지와 고용량을 갖는 구조 커패시터 개발 [3차년도]
- 3차원 헤테로 나노구조체의 개선을 통한 고성능 전극의 비정전용량과 수명 향상 [3차년도]
[ 공학적 응용 2. 에너지 소산 ]
- 3차원 헤테로 나노구조체기반 고효율 감쇠 재료 개발 및 에너지 감쇠 메커니즘 규명 [2차년도]
- 3차원 헤테로 나노구조체의 개선을 통한 복합구조체의 감쇠효율 향상 [3차년도]

□ 활용 계획 및 기대효과
⬥ 기존의 저차원 나노구조체에서 내재적으로 존재하는 결함들을 제거하려는 기존 연구들과는 달리, 본 연구에서는 결함을 의도적으로 생성/제어하고 이를 역이용하여 다기능성 헤테로 나노구조체를 합성할 수 있는 결함공학(Defect Engineering)적 합성방법론을 확립하고, 이를 공학적으로 응용하여 서로 상반된 기능들인 에너지 저장과 에너지 소산을 동시에 구현하는 “Functionally Antagonistic Engineering”을 새롭게 제안함으로써 나노소재 분야 발전에 새로운 패러다임을 제시하고, 이를 통해 다양한 차세대 기계항공우주 운동체 시스템에 공학적으로 응용하고자 함.
⬥ 제안된 “Functionally Antagonistic Nano-Engineering”기술과 결함공학 기반 3차원 헤테로 나노구조체 합성 방법론은 기존에 제안된 개념이 아닌 새로운 기술로서 원천기술 특허확보가 가능하고 기술적으로 완성이 된다면 경제·산업적 파급효과 매우 클 것으로 판단됨. 또한 기계항공우주 분야에서 차세대 운송 및 운동체 시스템으로 예측되는 전기 자동차, 장기체공 무인기, 대형 우주구조물에 적용될 수 있는 경제적 파급효과가 매우 큰 기술임.

(출처 : 국 문 요 약 문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose
This research aims at initiating a new multi-scale and multidisciplinary engineering herein labeled as Functionally Antagonistic Nano-Engineering (FANE). FANE is devoted to realize three-dimensional (3D) hetero nanostructures and macro-scale composite structures that possess two concurr

□ Purpose
This research aims at initiating a new multi-scale and multidisciplinary engineering herein labeled as Functionally Antagonistic Nano-Engineering (FANE). FANE is devoted to realize three-dimensional (3D) hetero nanostructures and macro-scale composite structures that possess two concurrent antagonistic functions, viz. electric energy storage (+) and wave energy dissipation (-) capabilities. To synthesize a strong 3D multifunctional hetero nanostructure, we will develop an innovative defect engineering synthesis that intentionally produces defects on precursor materials using physical energy sources on a scale of 1~100 nm and can directly grow other nanostructures on the physical defects that are used as nucleation sites for realizing a strong bonding between different nanostructures. And, we will focus on synthesizing functionally antagonistic carbon fibers and developing an integrated multifunctional composite module that can be applied to next generation vehicles with a strong synergy.

□ contents
■ Phase 1 : Synthesis of 3D Hetero Nanostructures based on Defect Engineering
- Scientific investigation of growth mechanism for defect-engineered 3D hetero nanostructures
- Engineering applications of 3D hetero nanostructures with energy storage and dissipation functions each
■ Phase 2 : Development of 3D Multifunctional Hetero Nanostructures with Two Antagonistic Functions
- Development of accurate schemes for controllable defect generation and synthetic routes
- Engineering application of carbon fiber-based hetero structures for next generation vehicles
■ Phase 3 : Establishment of Functionally Antagonistic Nano-Engineering for Next generation Vehicles
- Development of integrated composite structures based on functionally antagonistic nano-engineering
- Standardization and commercialization of functionally antagonistic composite modules

□ Developement results
■ Phase 1: Establishment of synthesis routes for 3D hetero nanostructures based on defect engineering and their Engineering application
[1] Scientific investigation of key technology for high performance 3D hetero nanostructures
- Develop methods on growth mechanism of 3D hetero-nanostructures [1st year]
- Develop core technology for synthesis of high performance 3D hetero-nanostructures [2nd year]
- Develop synthesis technology of multifunctional 3D hetero-nanostructures based on defect engineering [3rd year]
[2] Engineering applications of 3D hetero nanostructures for next generation vehicle systems
[Engineering Application 1: Energy storage]
- Develop high capacitance electrodes utilizing 3D hetero nanostructures [2nd year]
- Develop manufacturing technology for energy storage device based on high-performance electrode [2nd year]
- Develop of fabric-typed structural capacitor having load-bearing and high-capacity based on 3D hetero-nanostructures [3rd year]
- Improve non-linear capacity and lifetime of high-performance electrode through improvement of 3D hetero-nanostructures [3rd year]
[Engineering Application 2: Energy dissipation]
- Develop high-efficiency damping materials utilizing woven carbon fiber fabrics with 3D hetero structures [2nd year]
- Investigate the damping mechanism of developed damping materials [3rd year]

□ Expected Contribution
⬥ Different from the conventional studies that have tried to remove atomic scale defects in nanostructures, we will establish innovative defect engineering methods to form multifunctional hetero nanostructures by intentionally generating defects and using those defects as nucleation sites. And, we will establish a new concept of Functionally Antagonistic Nano-Engineering (FANE), which will allow us to realize synergistic multifunctionalities with hetero nanostructures having two concurrent antagonistic functions: energy storage and energy dissipation. We can propose a new scientific paradigm in view of development for nanomaterial area and apply this FANE to the next generation aerospace vehicle system.
⬥ The Functionally Antagonistic Nano-Engineering (FANE) and the synthesis of 3D Multifunctional Hetero Nanostructures using Defect Engineering represent innovative technologies that have not been reported on so far and are proposed for the first time in this research group. So we can acquire international patents for the key technology presented in this proposal. More specifically, it will be possible to apply the integrated composite structure modules to the next generation electric vehicles, long endurance unmanned aerial vehicles, and space structures, resulting in technological impacts on engineering design strategies and several industries.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국 문 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발 목표 및 내용 (연구계획서상에 작성된 목표 및 내용을 기술) ... 7
• 가. 최종목표 ... 7
• 나. 단계목표(당초목표 및 수정․보완 목표) ... 8
• 다. 당초 목표의 수정․보완(중요 연구변경) 사유 ... 9
• 라. 2단계 연차별 연구목표 및 내용 ... 10
• 2. 연구 추진전략 및 방법 ... 15
• 가. 연구 추진전략 ... 15
• 나. 1단계 연구범위 및 연구수행 방법 ... 16
• 3. 주요 연구개발결과 ... 19
• 가. 1차년도 연구개발 결과 ... 19
• 나. 2차년도 연구개발 결과 ... 38
• 다. 3차년도 연구개발 결과 ... 50
• 라. 계획대비 달성도 ... 71
• 4. 연구수행에 따른 문제점 및 개선방향 ... 79
• 5. 연구개발성과 현황 ... 80
• 6. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설․장비 현황 ... 90
• 7. 기타사항 ... 90
• 끝페이지 ... 91