초록 ▼

□ 연구개요
- 자동차, 항공/우주, 건축소재, 전자기기 부품 등에 사용되는 복합소재의 특성을 향상하기 위한 연구·개발은 현 21세기 산업분야에서 최우선 과제이다. 특히, 저비용 공정 이용, 소재의 내구성 향상과 그에 따른 제품의 수명을 늘릴 수 있는 신소재 개발은 세계적으로 가장 주목 받고 있는 연구 주제이다.
- 자가치유 기술은 해당 소재의 내구성 향상뿐만 아니라, 유지·수리비용을 대폭 줄일 수 있는 신기술로 여겨져 2013년 “세계경제포럼이 뽑은 10대 유망기술” 중 하나로 선정되었다. 그러나 공정의 복잡성과 산업에

□ 연구개요
- 자동차, 항공/우주, 건축소재, 전자기기 부품 등에 사용되는 복합소재의 특성을 향상하기 위한 연구·개발은 현 21세기 산업분야에서 최우선 과제이다. 특히, 저비용 공정 이용, 소재의 내구성 향상과 그에 따른 제품의 수명을 늘릴 수 있는 신소재 개발은 세계적으로 가장 주목 받고 있는 연구 주제이다.
- 자가치유 기술은 해당 소재의 내구성 향상뿐만 아니라, 유지·수리비용을 대폭 줄일 수 있는 신기술로 여겨져 2013년 “세계경제포럼이 뽑은 10대 유망기술” 중 하나로 선정되었다. 그러나 공정의 복잡성과 산업에 사용할만한 성능의 부재 아직 연구개발 단계에만 머물러 있다.
- 내인성(intrinsic) 자가치유 소재의 경우 낮은 치유 효율, 외부자극(열, UV 등) 필요, 고비용 공정 등 치명적 단점들로 인해 산업화는 실적으로는 불가능하다. 이에 대한 대안기술로 마이크로캡슐로 대표되는 외인성(extrinsic) 자가치유 소재가 최근 10년간 주목받고 왔지만, 반복치유 불가능, 미세크랙 대처 불가능, 제조공정 복잡성 등 문제점들이 지속적으로 대두되고 있다.
- 본 제안연구를 통해 마이크로캡슐이 지닌 한계점을 1차원 구조 코어-쉘 나노섬유 및 CNT를 이용하여 극복하고, 마이크로캡슐 자가치유 소재가 지닌 고속치유를 극대화하며 1차원 자가치유 소재들이 지닌 고밀도/고정밀화를 최적화하여 나노에서 마이크로 스케일까지 폭넓게 실시간 자가치유가 가능한 미래형 자가치유 복합소재를 개발하고자 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 에멀전(emulsion) 전기방사 및 동축노즐(co-axial nozzle) 전기방사 기술의 최적화를 통한 생체혈관모사 코어-쉘(core-shell)형 자가치유 나노섬유 개발
- 자가유지확산(self-sustained diffusion) 메커니즘을 이용하여 카본나노튜브(CNT) 내부로 자가치유제 삽입이 가능한 신개념 자가치유 프로세스 개발
- 코어-쉘 나노섬유/CNT와 마이크로캡슐이 복합적이고 최적의 상태로 혼합된 신개념 자가치유 복합소재 개발
- ‘코어-쉘 구조 1차원(1D)형태 자가치유 나노섬유/CNT 기술’ 및 기존 ‘2차원(2D)형태 마이크로캡슐 기술’을 융합하여, 나노에서 마이크로미터에 이르는 폭넓은 스케일에서 실시간 자가치유가 가능한 3차원(3D)/멀티스케일(multi-scale) 미래형 자가치유 복합소재 개발
- 다양한 극한 환경에서도 단시간 내에 자가치유가 가능하며 섬유 매트릭스 구조로 높은 기계적 내구성을 지니고, 대면적/대용량 제조공정을 기반으로 자동차표면/비행기부품/건축물소재/전자장비 등과 같은 첨단 복합 산업 분야에 활용이 가능한 새로운 자가치유 복합소재 개발

□ 연구개발결과의 중요성
- 혈관 모사 시스템을 모사한 독창적인 자가치유 소재는 기존 자가치유 소재보다 훨씬 고성능의 치유 능력을 나타낸다. 따라서 고성능 혈관모사 자가치유 소재는 다양한 산업분야에 적용이 될 수 있고, 여러 산업에 실질적으로 큰 파급효과가 있을 것으로 생각된다. 현재 본 자가치유 기술은 인체의 두골 및 소프트 로봇에 적용되어 해당 분야의 기술 발전에 큰 도움을 줄 계획이다. 또한 이번 연구를 배경으로 형성된 자가치유 관련 연구 네트워크 및 관련 분야의 연구 인력으로 앞으로 더욱 심도있는 자가치유 소재 개발이 가능해졌다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• ◈ 본 연구개발의 필요성 ... 4
• ◈ 최종목표 ... 4
• ◈ 연구범위 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• ◈ 동축노즐 전기방사 기술을 이용한 코어-쉘 자가치유 나노섬유 개발 ... 5
• ◈ 코어-쉘형 자가치유 나노섬유의 인장 실험을 통한 자가치유 성능 확인 ... 6
• ◈ 코어-쉘형 자가치유 나노섬유가 적용된 자가치유 필름의 외력에 따른 기계적 박리현상에 관한 실험·이론적 연구 및 그에 따른 치유 성능에 변화 양상 분석 ... 7
• ◈ 삼중동축노즐 용액 방사 기술을 이용한 코어-쉘형 자가치유 나노섬유 개발 ... 8
• ◈ 코어-쉘 자가치유 나노섬유의 인장피로 파괴 분석 ... 10
• ◈ 인장조건에 따른 자가치유 나노섬유 성능비교 분석 ... 11
• ◈ 벌크(bulk)형태의 자가치유 소재를 통한 3차원 매트릭스 구조를 지닌 자가치유 나노섬유의 치유 성능에 관한 실험 및 이론적 연구 ... 12
• ◈마이크로 채널 시스템을 이용한 생체모방 자가치유 메커니즘에 관한 규격화된 자가치유 분석기술 확립 ... 12
• ◈ 구리 나노섬유의 발열기능을 결합한 자가치유 물질의 치유성능 향상에 대한 실험 ... 13
• ◈ 고분자 나노 섬유를 기반으로 한 자가치유 재료의 발전에 대한 연구 ... 14
• ◈부식 방지를 위한 외적 자가치유 방법에 대한 연구: 캡슐형 자가치유 및 코어-쉘 자가치유 ... 15
• ◈ 나노섬유매트 상 자가치유 물질의 습윤(Wetting) 및 유착(Coalescence) 거동에 대한 연구 ... 16
• ◈ 경사면에서의 자가치유 물질의 습윤(Wetting) 및 유착(Coalescence) 거동에 대한 연구 ... 17
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 24
• 끝페이지 ... 39