초록 ▼

□ 연구개요
석유기반 소재를 대체하기 위한 바이오매스에 대한 관심이 증가되고 있음. 지구상에 가장 풍부하게 생산되고 있는 셀룰로오스는 합성고분자를 대체하기 위한 주요한 소재임. 셀룰로오스는 주로 플라스틱 소재, 식이섬유 등의 다양한 분야에서 연구 개발되고 있으며 최근 나노 소재화에 대한 연구가 폭발적으로 늘어남. 나노셀룰로오스는 기존의 물리적, 화학적 특성과는 전혀 다른 새로운 특성을 발현할 수 있을 것으로 기대되며 특히 탄소나노소재로 활용하고자 하는 연구가 최근 많은 연구자들의 관심을 끌고 있음. 열수탄화(Hydrotherm

□ 연구개요
석유기반 소재를 대체하기 위한 바이오매스에 대한 관심이 증가되고 있음. 지구상에 가장 풍부하게 생산되고 있는 셀룰로오스는 합성고분자를 대체하기 위한 주요한 소재임. 셀룰로오스는 주로 플라스틱 소재, 식이섬유 등의 다양한 분야에서 연구 개발되고 있으며 최근 나노 소재화에 대한 연구가 폭발적으로 늘어남. 나노셀룰로오스는 기존의 물리적, 화학적 특성과는 전혀 다른 새로운 특성을 발현할 수 있을 것으로 기대되며 특히 탄소나노소재로 활용하고자 하는 연구가 최근 많은 연구자들의 관심을 끌고 있음. 열수탄화(Hydrothermal Carbonization, HTC)공정은 일반적인 탄소 제조공정과 달리 200도 내외의 낮은 온도에서 탄수화물을 탄화할 수 있는 저온탄화 공정임. 본 연구에서는 다양한 셀룰로오스와 폴리사카라이드의 열수탄화를 통하여 탄소소재 및 나노소재를 개발하였음. 특히 열처리 전처리 기술로서의 이온성 액체의 활용방안과 이를 통한 20nm 정도의 균일 나노소재를 개발함. 열수탄화 조절을 통하여 다양한 모폴로오지를 갖는 탄소 소재를 구현하였으며 특히 양자 제한 효과가 발현되는 탄소나노소재를 제조하고 기초 물성 연구를 실시함.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 다양한 바이오매스를 열수탄화(hydrothermal carbonization, HTC)를 이용하여, 모폴로오지가 조절된 나노탄소소재를 제조하고 특성 연구를 실시함. 일반적으로 HTC 연구에서 사용하고 있는 단/다당류에서 확대하여 셀룰로오스를 비롯한 CD(cyclodextrin), EPS(extracellular polysaccharide) 등 다양한 폴리사카라이드 뿐만 아니라, 일반적인 펄프공정을 거치지 않은 리그닌 등의 비셀룰로오스를 포함한 리그노셀룰로오스와 같은 다양한 바이오매스의 열수탄화를 통하여 탄소구조체를 제조함. 또한 바이오매스의 분자량과 분자 구조에 따라 구형 및 막대형 나노구조체를 제조하고, 금속촉매(Cu)에 따른 탄화메커니즘 연구뿐만 아니라 필름상의 나노구조체도 제조함. 부가적으로 전처리를 통한 셀룰로오스 나노구조체를 제조함. 이는 바이오 메디컬 분야와 코스메틱 분야에서 활용이 가능할 것으로 기대됨
- 다양한 폴리사카라이드의 저온탄화를 통한 목적 지향적 탄소나노구조체 개발 및 환경 친화적 탄화 공정확립을 통한 3D 탄소나노구조체를 제조하였음.
- 첨가제 (금속물질, 탄소물질 등)의 도입을 통해 구형의 탄소나노구조체에서 판상의 탄소나노구조체까지 모폴로오지를 조절하였음.
- 용액 공정을 통한 전처리, 후속 열처리를 통해 다양한 바이오매스를 활용하여 탄소 구조를 발달시킬 수 있었음.
- 형광 특성을 띄는 탄소점의 발견은 바이오이미지에 활용될 가능성을 보였고 나노 클레이의 도입을 통한 선택적 제거용 미디어를 제조하는 등의 응용 가능성을 보여주었음.

□ 연구개발결과의 중요성
- 폴리사카라이드의 식품, 의류 등 소비재 산업에 치중되어 있는 응용의 첨단 소재로의 응용으로 전환점을 마련함.
- 현재 많은 연구 집단에서 관심을 가지고 있는 탄소소재를 복잡하고 높은 에너지 소비를 통한 방법이 아닌 간단하고 저에너지소모 공정으로 제조함.
- 고분자량의 폴리사카라이드로부터 탄소나노소재를 획득함으로써 지속성장형의 소재를 제시하였고 특히 비식량자원인 셀룰로오스의 활용은 새로운 산업 패러다임을 제시할 것으로 기대됨.
- 열수탄화공정을 통해 다양한 구조가 제어된 3D 탄소나노구조체를 개발하였고 이는 3D 탄소나노구조체의 다양한 응용 가능성을 확대시킬 수 있음.
- 바이오소재와 나노기술의 융합을 통해 새로운 개념의 탄소소재를 개발하였고 원천 기술을 확보함으로써 가까운 미래의 에너지 및 바이오산업을 선도할 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 가. 1차년도 ... 4
• 나. 2차년도 ... 6
• 다. 3차년도 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 12
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 16
• 대표적 연구실적 ... 20
• 끝페이지 ... 36