초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
○ 본 연구개발에서는 이종재료 간의 접합을 위하여 초고강도의 특성을 가지는 인터페이스 접착 소재의 원천기술을 개발하며, 세부적으로, 높은 접착강도의 고분자를 기반으로 다양한 기능성 입자를 함유하는 초고강도 하이브리드 인터페이스 접착소재 원천기술을 개발하고자 한다.
○ 하이브리드 접착 소재의 성능 최종목표치:
-초고강도 접착제: lap-shear 강도 37 MPa 확보
(1단계 목표: 34 MPa, 2단계 목표: 35.5 MPa)

□ 연구개발성과
○ 본 연구에서는 합성과

□ 연구의 목적 및 내용
○ 본 연구개발에서는 이종재료 간의 접합을 위하여 초고강도의 특성을 가지는 인터페이스 접착 소재의 원천기술을 개발하며, 세부적으로, 높은 접착강도의 고분자를 기반으로 다양한 기능성 입자를 함유하는 초고강도 하이브리드 인터페이스 접착소재 원천기술을 개발하고자 한다.
○ 하이브리드 접착 소재의 성능 최종목표치:
-초고강도 접착제: lap-shear 강도 37 MPa 확보
(1단계 목표: 34 MPa, 2단계 목표: 35.5 MPa)

□ 연구개발성과
○ 본 연구에서는 합성과 접착성능 평가를 통하여 최적화된 성형공중합체와 CSR 등을 적용하여 고강도 접착제를 배합하였으며, 성형공중합체 및 CSR 등의 최적 함량은 12~15wt%이었으며, 이들을 주성분으로 하여 배합된 고강도 구조용 접착제를 시편으로 제작하고 평가한 결과 36MPa의 만족스런 결과를 얻을 수 있었다.
○ 본 과제의 결과물인 고강도 접착제의 원천기술 이전과 사업화를 주요 성과 목표로 설정하였으며, 관련 국내 기업과의 긴밀한 협력으로 기술이전과 사업화를 성공적으로 달성하였다.
○ 구체적으로는, 본 과제의 2단계 기간 동안 2건 이상의 기술이전과 2건 이상의 사업화를 성공적으로 수행하였으며, 특히 글로벌 시장에서 접착제 원자재 공급업체인 독일 스트락톨 기업과의 협업으로 본 과제에서 개발한 중간체에 대한 평가를 수행하여 좋은 성능 평가 결과를 확인하였다.
○ 향후, 추가적인 기술이전을 위하여 현재 관련 기업과 성능 평가를 진행 중에 있으며, 3단계에서도 지속적인 기술이전과 사업화가 가능할 것으로 기대된다.

□ 연구개발성과의 활용계획(기대효과)
○국내에서는 초고강도 접착소재가 아직 국내기업에 의해서 본격적으로 상용화되지 못하고 있는 실정이므로, 본 과제에서 개발된 기술은 국내연구기관과 관련기업체에 실질적인 기술 파급효과가 있을 것으로 판단된다.
○ 본 기술은 접착소재를 활용한 다양한 복합재료에도 활용되어 강도와 고강도 구조체 설계 및 응용 측면에서 기술적인 기여가 클 것으로 판단된다.
○ 최근에는 친환경 자동차 차체에 사용되는 이종재질 접합에 고성능 구조용 접착제가 본격적으로 적용되기 시작하였으며, 이 분야는 국내에서도 초기 적용 단계이기 때문에 향후 수요가 많이 발생할 것으로 기대하고 있다.

(출처 : <1-1 세부> 요약문 3p)

□ 연구의 목적 및 내용
다기능성 복합소재의 물성을 첨단 전자현미경 분석 기술과 융합하여 정밀하게 분석하고, 이를 기반으로 소재의 물성 발현 메커니즘을 해석하여 기존 물성 한계돌파 및 신기능성 인터페이스 소재 개발을 유도하고자 하였다.
- 산화물 다강체, 전/자기 및 기능성 소재, 헤테로 구조 박막 소재, 동합금 및 알루미늄 합금 소재 등과 같은 다양한 다기능성 복합소재의 제조 및 특성 평가
- AI 기반 STEM 이미지 분석법, 실시간 전/자기 도메인 변화 시각화, STEM-EELS 정밀 분석 및 계산과 같은 첨단 현미경 분석 기술을 이용한 특성 평가

□ 연구개발성과
본 연구개발 과제를 통해 다기능성 하이브리드 인터페이스 기반 신소재의 개발 및 해석 기술 개발을 이루어 내었고 다양한 소재의 물성 메커니즘을 규명하는데 성공하였다.
에너지 하베스터용 저손실 압전 단결정 소재의 개발을 통해 기존 하베스팅 출력보다 훨씬 향상된 정도의 전력 생산력 특성을 얻어내었다.
STEM-EELS 분석 및 계산을 통한 격자 변형에 기인하는 산소 공공으로 생기는 NdNiO₃ 산화물 박막의 금속-절연체 전이 현상을 규명, 원자단위 STEM 이미징을 통한 PbTiO₃/SrTiO₃ 초격자 산화물 구조에서의 분극 분석 및 특성 발현 기구 규명 등 STEM을 이용한 다양한 전/자기 및 기능성 소재의 특성 규명을 수행하였다.
또한 이러한 연구를 뒷받침하기 위한 자기장 인가 MEMS 칩 개발, 원자구조 해석용 인공지능 개발, 전/자기 도메인 시각화 및 시뮬레이션 등과 같은 여러 첨단 전자현미경의 해석기법을 개발하였다.
그리고 다기능성 소재인 다강체 산화물 박막소재를 개발하여 특성 발현기구에 대해 규명하였으며, BiFeO3 물질을 이용한 내부 도메인 경계의 광전류 증폭현상 규명, 다강성 삼중점의 발견 및 전기적 자성상태 조정, 휘어진 나노상태에서의 위상학적 구조 연구 등을 진행하였다. 또한 강유전 및 압전 박막 소재 제작 및 물성 측정과 VO₂ 헤테로 구조 박막 성장에서의 변형에 따른 상전이 양상변화 확인 등을 연구하였으며 고강도 동 및 알루미늄 신합금의 분석 평가 및 체계화를 통한 세라믹, 금속 기반의 다기능성 소재 개발의 성과를 이루었다.

□ 연구개발성과의 활용계획(기대효과)
압전-자왜 재료 복합체 기반 미세 자기장 에너지 하베스팅 기술의 기업으로의 기술 이전을 통해 수배전 건전성 감시용 무선 센서 네트워크 모듈로 활용 예정이다. 또한 이를 송배전 분야의 고압선 감시 시스템, IoT 센서의 전력 공급용 모듈로의 활용 확대 연구 개발 및 활용 예정이다. 이와 같은 활용을 통해 아직 상용화 수준에 미치지 못하는 복합전자기 소재의 연구를 촉진시키는 촉진제 역할을 할 것으로 기대된다.
또한 첨단 전자현미경 해석 기법인 초소형 자기장 인가용 MEMS 칩 개발을 통해 렌즈 거리로 인한 향상된 공간분해능을 얻게 하고 자기장의 세기와 방향의 효율적인 인가를 통해 차세대 메모리 소자의 소재 연구에서 자기 물성에 대한 해석을 가능케 하였다. 그와 더불어 원자구조 해석용 인공지능 개발은 인공지능을 기반으로 하여 고정밀의 데이터를 추출하고 분석하며 세계 최초의 표준화, 데이터의 검증 시스템을 구축할 것으로 기대된다.
본 과제에서 수행될 다기능성 소재에 대한 개발 및 특성 평가는 안정한 고품질 다기능성 산화물 제작에의 어려움으로 인해 소수의 그룹만이 가능하며 국내외 최상위 수준의 첨단 전자현미경 분석 기술을 융합해 학술적으로 매우 깊은 연구를 가능하게 하였다. 이러한 10년 이상을 선행할 수 있는 기초/원천연구를 통해 차세대 한계 돌파형 소재기술을 개발해 다양한 신산업이 창출될 수 있는 기반으로 활용될 것이다.

(출처 : <1-2 세부> 요약문 4p)

□ 연구의 목적 및 내용
반도체 기술은 집적 공정 기술의 물리적 한계에 도달하여, 2차원 집적기술에서 3차원 집적기술로 발전해가고 있다. 그러나 3차원 집적기술은 공정의 복잡화와 비용 상승등의 문제를 안고 있어, 향후 3차원 집적이 용이한 2차원 소재를 활용하는 등 새로운 3차원 집적 기술로의 패러다임 전환이 필요하다.
본 과제는 복합 계면을 내재한 대면적 다기능 2차원 기판 소재를 개발하고, 2차원 소재 기판과 절연체, 전극 간 계면 최적화를 달성한 후, 이를 이용하여 RTP (roll to plate) 공정기반의 3차원 집적 기술을 구현함으로써, 미래 3D 집적 반도체 소재 기반기술을 시현하는 것을 최종 목표로 한다.

위의 연구목표를 달성하기 위한 단계별 연구내용은 다음과 같다.

1단계: 3D 집적이 가능한 roll type 대면적 다기능 2D 정보소재 인터페이스에 대한 기초 연구를 수행한다. RTP가 가능한 액상 및 기상 2D 소재 합성 공정을 개발하고, 2D 하이브리드 정보소재 인터페이스의 전산모사 연구를 수행하며, 이를 토대로 2D 하이브리드 정보소재/절연체, 정보소재/전극, 정보소재/2D 기판 집적 공정에 대한 실험 연구를 진행할 것이다.

2단계: 2D 하이브리드 정보소재를 이용, 대면적 RTP 공정 연구와 3D 적층단위공정 연구를 수행한다. 2D 정보소재의 적층수 제어, 2D 정보소재의 적층수와 전기적 특성 간의 상관관계 및 2D 기판 소재, 절연체, 금속 전극간 접촉 특성 및 인터페이스 특성에 관한 연구를 통하여 2D 기판 집적 공정을 최적화할 것이다. 3D 적층 공정시 소자 특성 개선을 위해 플라즈마 처리 기술을 2D 소재 및 3D 집적 공정에 응용하는 연구를 수행할 계획이며, 3D 집적적층 소자를 구현하기 위해 RTP 기술을 이용할 것이다.

3단계: 대면적 다기능 2D 정보소재의 3D 집적기술을 확립하고, 3D 집적기술이 적용된 응용소자를 연구한다. 2D 복합소재 기반의 3D 집적 소자 구현을 통하여 2D 정보소재 공정 및 특성을 최적화하여 상용화의 기반을 확보한다. 또한 소재의 최적화를 통해 소자의 특성도 개선, 소재와 소재를 적용한 소자를 함께 제시하는 통합연구를 수행할 계획이다.

□ 연구개발성과
2단계 3차년도 연구 개발 성과 : 국내외 논문 게재 16건, 학술 발표 20건, 특허 출원 6건, 특허 등록 3건, 학위 배출 인력 4명, 기술 이전 및 표준화 2건

□ 연구개발성과의 활용계획(기대효과)
IT 분야는 국가융합기술지도 (2010년) 상 주요 IT 융합 기술 분야의 핵심위치를 차지하고 있으며, 국내 총생산 및 해외수출에 있어서도 매우 중요한 부분을 차지하고 있다. 본 연구의 성공적인 수행을 통하여, IT 반도체 분야의 지속적인 국가 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 본 과제를 통해 창출되는 원천기술을 통해 60.6조원 규모의 시장선점, 또는 해당시장 내에서의 절대적인 기술 경쟁력 확보가 가능할 것으로 추정된다.
반도체 소재 이외에도 대면적 다기능 2D 정보소재의 RTP 공정 적용이 가능한 다양한 전자소자, 센서 등의 제품에 다기능 부여가 가능하므로, 다양한 파생기술에 적용 가능하다.

(출처 : <1-3 세부> 요약문 5p)

□ 연구의 목적 및 내용
[하이브리드 인터페이스 원천기반공정 및 신기능 소재·부품 개발]
○ Advanced Hard Coating 원천기반 공정기술 개발 (TBRM Model)
- 수처리용 탄소 코팅막 (DLC, BDD)의 표면편차<10%, 면적>∅150, 밀착력: Lc>10N
※ 대상 : 수처리용 탄소 코팅막 (DLC, BDD) (응용 예: 강도 코팅막, 베어링/열교환기)
- 음극재 나노구조 설계
- 열원 및 모재가 포함된 전산해석 및 광학적 진단법 개발
- 실제 장비에 대한 3차원 전산해석

○ Hybrid Bottom-up 원천기반 공정기술 개발 (TRM Model)
- 나노인터페이스 균일도 : 물리적편차 <5%, 전기적편차 <5%
- 블록공중합고분자 자기조립기술 최적화를 통한 패턴미세화 :선폭<10 nm
- 3D 신물질 나노격자 형성 공정 확보 및 에너지 분야 응용
※ 대상 : 자기조립 기반 에너지 소자용 고활성 인터페이스 소재 (응용 예: 연료전지, 에너지 저장체 등)

○ High Risk High Return (HRHR Model)
- 무기산화물 전구체 인터페이스 소재를 이용한 소자 효율상승도 >40%, 소자수명 향상도> 1000%
※ 대상 : 유무기 태양전지, 유무기 광전소자 등
- 알루미나 구형화를 통한 고강도 고전도도 분산동 제조 650 MPa, 92%IACS
※ 대상 : 알루미나 분산동 (응용 예: 고강도/고전도성 동합금 전선)
- 전력생산량 및 비연계 압전 단결성 특성
- 초음속 스프레이 공정을 이용한 전극제작 코팅기술 개발

□ 연구개발성과
○ 2단계 1차년도 연구개발성과
- SCI급 논문 26편 개제
- 특허 출원 8건 (국내 5건, 해외 3건), 등록 5건
- 기술이전 2건, 기술료 3.2억원

○ 2단계 2차년도 연구개발성과
- SCI급 논문 33편 개제
- 특허 출원 14건, 등록 10건 (삼국특허등록 1건 포함)
- 기술이전 4건, 기술료 1.04억원

○ 2단계 3차년도 연구개발성과
- SCI급 논문 56편 개제
- 특허 출원 13건, 등록 5건
- 기술이전 3건, 기술료 1.55억원

□ 연구개발성과의 활용계획(기대효과)
○ 하이브리드 인터페이스 원천기반공정 기술 개발을 통해, Designed Hybrid Interface (DHI) volumn 설계에 의한 혁신 기능성 인터페이스 소재를 개발하고, 이는 국가의 미래 신산업 창출 분야 (수처리, 신소재 산업 등), 세계적으로 기술 한계에 도달한 반도체, 배터리 분야, 신산업창출을 위한 New electronics 소재 등 주력기반산업에 활용되어 미래 핵심이 될 첨단혁신소재 개발 및 구현을 위한 기반공정기술로서 활용될 것으로 예상됨.

(출처 : <1-4세부> 요약문 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 보고서 요약서 ... 2
• 요약문 ... 3
• 목차 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 29
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 302
• 4. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 328
• 끝페이지 ... 339