초록 ▼

○ 연구개요
탄소나노 소재는 매우 뛰어난 열적, 전기적, 기계적 특성을 가지고 있다. 그러나 단일결정체를 이용할 수 없어 나노튜브 집합체(assembly)나 꼬인 섬유(fiber)를 이용하여야 한다. 이 때, 개별 튜브 사이 계면에서의 접촉저항과 반데르발스(Van der Waals) 힘에 의한 약한 접합력이 탄소나노소자의 물성을 저하시키는 요인으로 작용하며, 나노소재 실용화에 가장 큰 걸림돌이 되어 왔다. 본 과제에서는 탄소나노재료기반 소자의 실용화에 필요한 신개념 기술로서, 극초단 레이저 직접 조사 및 레이저 유기 충격파 처

○ 연구개요
탄소나노 소재는 매우 뛰어난 열적, 전기적, 기계적 특성을 가지고 있다. 그러나 단일결정체를 이용할 수 없어 나노튜브 집합체(assembly)나 꼬인 섬유(fiber)를 이용하여야 한다. 이 때, 개별 튜브 사이 계면에서의 접촉저항과 반데르발스(Van der Waals) 힘에 의한 약한 접합력이 탄소나노소자의 물성을 저하시키는 요인으로 작용하며, 나노소재 실용화에 가장 큰 걸림돌이 되어 왔다. 본 과제에서는 탄소나노재료기반 소자의 실용화에 필요한 신개념 기술로서, 극초단 레이저 직접 조사 및 레이저 유기 충격파 처리를 결합한 신개념 탄소나노소재 접합 기술을 개발하여 (Ⅰ) 탄소나노튜브 사이의 공유결합 접합 형성을 통한 전기적/열적 접촉 저항 제거, (Ⅱ) 초고강도 탄소나노튜브 섬유 제조(인장강도 > 10 GPa), (Ⅲ) 탄소나노튜브-금속 접촉면의 전기적/열적 접촉 저항 제거에 성공하였다.

○ 연구 목표대비 연구결과
▷ CNT 사이의 공유결합 형성을 통한 전기적/열적 접촉 저항 제거 기술 개발
펨토초 레이저 직접 조사를 통해 CNT의 구조적 변화를 야기하고 공유결합(sp1)에 의한 분자 수준 접합 기술 개발하였다. 이를 통해 개별 CNT 사이의 전기적 접촉 저항을 제거하여 전기전도도가 2배 이상 향상되었다. 본 연구에 이용된 CNT의 경우 열전도도가 전기전도도와 대체적으로 비례 관계에 있으므로 본 연구 결과는 펨토초 레이저 처리를 통해 접촉 열저항 역시 크게 줄일 수 있음을 나타낸다.

▷초고강도 탄소나노섬유 제조 기술 개발(인장강도 > 10 GPa)
개발된 레이저 충격파 압착 기술을 이용하여 탄소나노섬유에 존재하던 CNT 사이의 공극을 크게 줄일 수 있었으며, 이를 통해 기존의 2 GPa 수준의 인장강도를 12.2 GPa 까지 큰폭으로 증가 시킬 수 있었다.

▷ CNT-금속 접촉면의 전기적/열적 접촉 저항 제거 기법 개발
레이저 충격파 압착 기술을 이용해 CNT-구리 간 접합 강도를 크게 증진시킬 뿐 아니라 접촉 저항을 크게 감소시킬 수 있었다. 충격파 처리를 통해 전기 접촉 저항을 기존의 1/10 수준으로 줄일 수 있었으며, CNT-구리간 접합 강도 역시 2배 가량 증가하였다.

○ 연구개발결과의 중요성
본 과제를 통해 개발된 CNT-CNT 접합 기술, 초고강도 탄소나노 섬유 제고 기술,CNT-금속 접촉 저항 제거 기술은 개별 나노소재간의 약한 접합 및 접촉 저항을 개선하여 탄소나노소재의 집합체의 물성을 개선할 수 있다. 탄소나노소자의 실용화에 가장 큰 걸림돌인 개별 탄소나노소재 간의 약한 접합 및 접촉 저항을 개선하는 기술을 개발함으로서, 탄소나노 소자의 실용화 가능성을 크게 향상할 수 있었다. 더불어 이러한 레이저 접합 기술은 원리상 다른 나노물질들을 처리하는데에도 적용이 가능하므로, 나노 소자 산업 육성의 시발점이 될 수 있다. 레이저 접합 기술 개발을 통해 다양한 나노 소자들의 상용화를 가능하게하고, 개발된 기술을 고성능/유연 투명전극구현, 임베디드(embedded) 소자 개발 등에도 활용할 수 있을 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 1.1 연구의 목표 및 내용 ... 5
• 1.2 연구의 필요성 ... 6
• 1.3 연구의 추진전략 및 방법 ... 8
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 10
• 2.1 목표달성도 ... 10
• 2.2 연구 최종 목표 ... 10
• 2.3 주요 연구 변경사항 ... 11
• 2.4 연도별 개발 목표 및 결과 ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 19
• 3.1 학술적 의미 ... 19
• 3.2 경제․산업적 측면 ... 19
• 3.3 기반기술의 확장 가능성 ... 19
• 4. 참고문헌 ... 21
• 5. 연구성과 ... 23
• 대표적 연구실적 ... 26
• 끝페이지 ... 36