초록 ▼

□ 연구개요
1990년대부터 기능성 나노물질 구조화 기술이 발전하면서 나노구조를 이용한 에너지 저장 장치, 에너지 생산 기술, 초미세필터 및 환경 센서 등 다양한 차세대 친환경 응용분야들이 제안되었다. 하지만 그간 국가 차원에서의 전폭적인 연구지원에도 불구하고 이러한 나노기술이 실생활에 응용된 사례는 적었으며 그 대표적인 이유로는 대면적의 3차원 다공성 나노구조체 제작 핵심 기술의 부재를 들 수 있었다. 따라서, 본 연구에서는 3차원 계층적 다공성 나노 구조체를 활용한 차세대 에너지 소자 및 환경 센서 등 다양한 친환경 응용

□ 연구개요
1990년대부터 기능성 나노물질 구조화 기술이 발전하면서 나노구조를 이용한 에너지 저장 장치, 에너지 생산 기술, 초미세필터 및 환경 센서 등 다양한 차세대 친환경 응용분야들이 제안되었다. 하지만 그간 국가 차원에서의 전폭적인 연구지원에도 불구하고 이러한 나노기술이 실생활에 응용된 사례는 적었으며 그 대표적인 이유로는 대면적의 3차원 다공성 나노구조체 제작 핵심 기술의 부재를 들 수 있었다. 따라서, 본 연구에서는 3차원 계층적 다공성 나노 구조체를 활용한 차세대 에너지 소자 및 환경 센서 등 다양한 친환경 응용 소자의 제조를 궁극적 목표로 한다. 특히, 핵심 기술인 신뢰성 있는 광학 기반의 3차원 나노패터닝 공정을 이용하여 대면적 3차원 계층적 다공성 나노 구조체 제작과 이의 친환경 응용 연구를 목표로 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
※ 연차별 연구 목표
- 1차년도: 대면적 3차원 계층적 다공성 나노 구조체 제작을 위한 광학 시스템 설비 및 재료 선정을 통한 계층형 다공성 구조 제작 플랫폼 확립
- 2차년도: i) 도금공정을 포함한 다양한 물질전환 기술 개발을 통한 기능성 물질의 계층적 다공성 나노 구조화, ii) 친환경 응용 연구를 위한 공정 탐색 및 플랫폼 확립
- 3차년도: I) 환경 센서의 핵심 기술요소의 3차원 나노구조 적용을 통한 성능 향상 및 신물성 부여, ii) 차세대 에너지 소자의 기술 요소 적용
- 4차년도: 대면적 3차원 계층적 다공성 나노구조체의 친환경 응용
※ 연구 목표대비 연구 결과
4년 간의 연구기간 동안 목표하는 연구내용과 성과를 충실하게 이행하고 100%의 달성률을 보였다. 본 연구팀은 다중축척 다공성 구조, 다차원 나노구조 및 코어-쉘구조와 같은 계층 나노구조를 전략적으로 설계 및 구현하고 각 친환경 응용별 한계를 파악하여 이를 효과적으로 해결함으로써 우수한 연구실적을 보고하였다. 또한 한정된 응용분야가 아닌 이차전지, 전기화학촉매, 센서 등 넓은 응용 분야의 적용 가능성을 확보하고, 나노패터닝 기술 기반의 다양한 재료와 구조를 창의적으로 개발함으로써 월등한 성능 향상과 신물성을 바탕으로 원천기술을 확보하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구과제를 통해 다양한 친환경 응용분야에 핵심적인 전극소재의 3차원 계층구조화를 성공적으로 수행하였다. 각 응용별 문제점을 파악하고 이를 해결할 수 있는 다양한 소재와 형태의 계층구조를 제작하는 기술을 다방면으로 개발하고 기술 간 연계성, 신물성 창출을 통해 타 응용분야로의 확장 가능성이 확인되었다. 이와 같은 연구 결과들을 바탕으로 현재까지 3차원 나노구조화에 대한 어려움을 극복함으로써 추후 친환경 응용 뿐 아니라, 파생 응용분야로 다양하게 확장이 가능할 것이다. 특히 에너지 분야에서 성능 결정에 가장 핵심적인 전극 기술로의 적용을 통해 원천기술을 확보함으로써 나노소자 산업에서 산업적 파급력을 이끌어 낼 것으로 기대되며 고효율, 경량화 및 집적화와 같은 미래 산업 이슈를 해결할 수 있을 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 본 연구개발의 필요성 ... 4
• 나. 연차별 연구의 목표 및 내용 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 8
• 가. 대면적 3차원 계층적 다공성 나노구조체 제작을 위한 광학 시스템 설계 ... 8
• 나. 대면적 3차원 계층적 다공성 나노구조체 제작을 위한 광학 시스템 설계 ... 9
• 다. 응용1 : 계층 다공성 이산화탄소 촉매 ... 10
• 라. 응용2 : 고효율 이차전지용 음극 개발 ... 11
• 마. 응용3 : 고효율 이차전지용 양극 개발-1 ... 12
• 바. 응용3 : 고효율 이차전지용 양극 개발-2 ... 13
• 사. 응용4 : 고효율 전기화학 촉매 개발-Ni/MoS2 ... 14
• 아. 응용4 : 고효율 전기화학 촉매 개발 ... 15
• 자. 응용5 : 고감도/고성능 환경 센서 개발 ... 16
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 가. 연구 결과의 의미 및 중요성 ... 18
• 나. 연구 결과의 기대효과 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 21
• 대표적 연구실적 ... 43
• 끝페이지 ... 58