초록 ▼

■ 연구 목표:
❍ 푸리에 역설계를 통해 각 소재 분야별 최적화된 나노 형상을 디자인
❍ 생산성 높은 나노 모듈라 소재 제작 공정 개발 및 응용
■ 나노 모듈라 소재의 정의:
❍ 최적화된 3차원 나노 구조를 내포하는 양산형 필름 소재
❍ 기존 단일/복합 소재의 한계를 구조 인자 설계를 통해 극복한 물성
❍ 대면적 양산이 가능한 패터닝 기반 공정
■ 선기획 연구 결과:
❍ 역설계를 활용한 2차원 대칭/비대칭 구조 패터닝 방법론 구축을 통한 3차원 패터닝에 대한 가능성 확인
❍ 모듈라 구

■ 연구 목표:
❍ 푸리에 역설계를 통해 각 소재 분야별 최적화된 나노 형상을 디자인
❍ 생산성 높은 나노 모듈라 소재 제작 공정 개발 및 응용
■ 나노 모듈라 소재의 정의:
❍ 최적화된 3차원 나노 구조를 내포하는 양산형 필름 소재
❍ 기존 단일/복합 소재의 한계를 구조 인자 설계를 통해 극복한 물성
❍ 대면적 양산이 가능한 패터닝 기반 공정
■ 선기획 연구 결과:
❍ 역설계를 활용한 2차원 대칭/비대칭 구조 패터닝 방법론 구축을 통한 3차원 패터닝에 대한 가능성 확인
❍ 모듈라 구조소재 제작을 위한 물성별 파라미터 탐색 및 모델 연구를 통한 신물성
탐구와 연구 방향성 확보
❍ 3차원 단순 대칭 형태의 전극 구조를 활용한 리튬-공기 전지 성능 평가 및 디지털 트윈 기법을 활용한 전극소재의 성능-구조 상관관계 탐색
❍ 특허 동향조사를 바탕으로 3차원 구조 인자 설계를 통한 고성능의 구조색/광소자 연구의 필요성 확인에 따른 연구진 보강 및 논문/특허 성과 창출 전략 수립

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results of planning research
❍ Algorithm-based inverse design for 2D nanopatterning:
- Since there is no application of inverse calculation on optical patterning process, we start with 2D inverse design and success for patterning process of symmetric/asymmetric structure, which can be exten

Ⅳ. Results of planning research
❍ Algorithm-based inverse design for 2D nanopatterning:
- Since there is no application of inverse calculation on optical patterning process, we start with 2D inverse design and success for patterning process of symmetric/asymmetric structure, which can be extended to 3D nanopatterning process.
- We integrated adjoint method and FDTD simulation to develop platform of inverse design for 2D target structures.
- The target shapes are edged line and circular patterns. To make the algorithm accept the shapes, they are expressed as figure of merit (FoM) functions, which successfully works. We confirm that the target shapes are generated in photoresist as holographic images.
- Another target shape is square lattice structure in 2D generated by vertically incident light. We optimized diffraction properties of phase mask and this result is applicable for 3D lattice fabrication.
❍ Research for control of structural color and application of optical nano-modular materials:
- We search for lossy metal and high refractive index material groups to realize high purity, chroma, contrast coloration by using couple bloch mode theory. The map of reflection spectra is made and compared with calculation.
- Encoding image method are suggested by color change of stacked pseudo-3D structure as variation of incident angle of light. Colors of reflection and scattering can be applied to encoding.
- Applying stacked pseudo-3D structure with nano particle array, diverse structural colors are designed by combining plasmonic and Mie modes.
- We find that mixed mode is generated by combination of plasmonic and Mie resonances via reflection measurement of the mixed structural colors. It is applicable as sensors.
❍ Selection of nano-modular structural materials and research of stress parameters:
- We develop fabrication process of 3D ceramic nano-architecture of woodpile structure and measured its mechanical properties by pillar compression test. It is confirmed that ultralight, high-strength, and high-toughness are possible, which the properties are mutually exclusive in conventional materials.
- Hard and flexible nano-composite are fabricated by impregnation of epoxy materials on the 3D ceramic architecture, which the epoxy possesses excellent properties of hardness, flexibility, and transparency.
- Atomic layer deposition and electroplating process are applied to fabricate metal-ceramic nano-composite of hard nano-modular structural materials. Its hardness is confirmed to be higher than pure metal through micro pillar compression test.
- Finite elemental analysis simulations are applied to calculate stress distributions in 3D unit cells by structural designs, which has purpose for optimization of 3D mechanical nano-modular materials.
❍ Establishment of prediction database for metal-air battery by simple 3D structures:
- We select diverse 3D electrode structures and found digital twin process using GeoDict 2020 and COMSOL software. Voxel size is controlled to relieve computational workload. The accuracy of calculation is also enhanced.
- Determination factors of properties for non-water lithium-air battery are deduced. And the database is constructed by valid factors in digitally twinned electrodes.
- Mesh protocol is developed to reflect multiple physics in voxelized digital twin electrodes.
- Fabrication process is developed for simple symmetric 3D nanostructures with high conductivity and price competitiveness. To maximize application of 3D electrode nano-modular materials, amount of binders, process temperature, and surface properties are optimized.
- The applicability of nano-modular electrode materials is determined by fabrication and analysis of diverse commercial materials and 3D electrode structures.

(출처 : SUMMARY 10p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 13
• 목차 ... 14
• 제 1 장 先기획연구 개요 ... 15
• 1.1 절. 先기획연구의 목적, 필요성 및 범위 ... 15
• 1.2 절. 대상 소재기술의 정의 및 개념 ... 19
• 제 2 장 기술개발 현황 및 조사·분석 ... 20
• 2.1 절. 국내·외 기술개발 현황 ... 20
• 2.2 절. 선행 연구 조사·분석 및 시사점 ... 27
• 제 3 장 기술개발 목표 및 내용 ... 47
• 3.1 절. 원천특허 포트폴리오 ... 47
• 3.2 절. 연구개발내용 및 범위 ... 57
• 3.3 절. 기존 기술과의 차별성 및 원천성 ... 62
• 3.4 절. 국가 소재 R&D 전략과의 연계성 및 부합성 ... 65
• 3.5 절. 先연구내용 및 결과 ... 68
• 제 4 장 先기획연구 활동 추진 내용 ... 98
• 4.1 절. 先기획연구 추진 체계 ... 98
• 4.2 절. 先기획연구 방법론 ... 101
• 4.3 절. 先기획연구 활동 내용 ... 103
• 제 5 장 기대성과 및 활용 계획 ... 105
• 5.1 절. 기대성과 ... 105
• 5.2 절. 상용화 예상 분야 ... 108
• 5.3 절. 경제성 분석 ... 111
• 제 6 장 참고문헌 ... 114
• 끝페이지 ... 115