초록 ▼

□ 연구개요
웨어러블 디바이스는 신체에 근접하는 방향으로 진화하고 있다. 예전 액세서리 형태로 시계나 목걸이와 같은 형태가 많이 개발되어 왔다면 현재에는 직물/의류일체형의 개발이 많이 이루어지고 있으며 더 나아가서 신체에 부착할 수 있는 형태로 까지 발전되고 있다. 따라서 착용감을 향상 시킬 수 있는 초소형, 유연/신축 전자 소자 제작 기술의 개발이 요구되고 있다. 기능성 나노섬유 필름은 이러한 웨어러블 디바이스 기술의 핵심요구 기술이다.
본 연구는 전기방사 나노섬유 기반의 기능성 필름의 연속제조 공정 개발을 목표로 한다

□ 연구개요
웨어러블 디바이스는 신체에 근접하는 방향으로 진화하고 있다. 예전 액세서리 형태로 시계나 목걸이와 같은 형태가 많이 개발되어 왔다면 현재에는 직물/의류일체형의 개발이 많이 이루어지고 있으며 더 나아가서 신체에 부착할 수 있는 형태로 까지 발전되고 있다. 따라서 착용감을 향상 시킬 수 있는 초소형, 유연/신축 전자 소자 제작 기술의 개발이 요구되고 있다. 기능성 나노섬유 필름은 이러한 웨어러블 디바이스 기술의 핵심요구 기술이다.
본 연구는 전기방사 나노섬유 기반의 기능성 필름의 연속제조 공정 개발을 목표로 한다. 전기방사 나노섬유는 폴리머에서부터 금속까지 다양한 소재로 제작 가능하며 기능화 공정을 통해 나노섬유 필름에 원하는 특성을 부여할 수 있다. 따라서 기능성 필름을 연속적으로 제작하기 위하여 롤투롤(rolltoroll) 공정을 적용하고, 롤투롤 공정에 적합한 전처리 및 전기방사, 기능화 공정 등의 일련의 제작기술 및 공정을 개발하였다.
최종적으로는 PI, PET 등과 같은 폴리머 필름위에 전기방사 된 금속나노섬유 네트워크를 가지는 유연 투명전극 필름의 제작공정을 개발하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 기능성 나노섬유 필름의 연속제조 공정 개발을 목표로 3단계의 연구 체계를 가지고 수행할 계획하고 수행하였다. 1단계, 2단계에서는 단위공정 개발을 목표로 하여 나노섬유 제작과 기능화를 중심으로 연구를 수행하였다. 마지막 3단계에서는 1,2 단계에서 개발된 단위공정을 통합하여 연속제조 공정을 확립하였다.
전기방사는 노즐과 수집전극 사이에 고전압을 인가하여 나노섬유를 제작하는 기술로 일반적으로 수집전극은 전도성을 가지고 있어야 한다. 수집전극이 부도체일 경우 안정적인 전기장을 형성하지 못하여 일정한 품질 및 특성의 나노섬유를 제작할 수 없다. 1차년도 연구에서는 부도체인 폴리머표면에 전기방사 나노섬유를 안정적으로 포집할 수 있는 기술 개발을 목표하였다. 이를 위해 폴리머표면에 전도성 기능을 할 수 있는 물분자막을 형성하는 기술과 폴리머 필름과 나노섬유 사이의 접합력 향상을 위한 표면 처리 기술을 개발하였으며, 관련 기술의 특허출원/등록을 통해 연구성과를 달성하였다.
2차년도에는 1차년도에 개발된 부도체 표면 전기방사 기술을 바탕으로 기능성 나노섬유 제작 연구 및 연속제조가 가능한 롤투롤 공정 개발을 수행한다. 나노섬유의 기능화는 센서 및 투명전극 분야 응용을 위한 금속산화물 및 금속 나노섬유의 제작을 위한 공정 개발을 목표로 하였다. 금속산화물 및 금속은 직접적으로 전기방사 하는 것이 불가능하기 때문에 전구체를 포함한 폴리머 나노섬유의 전기방사 기술과 전구체 나노섬유의 금속화(무전해도금) 및 금속산화물 합성(수열합성) 공정을 개발하였다.
마지막 3차년도에는 1, 2차년도에 개발된 전기방사 나노섬유 필름의 연속제조 공정을 기반으로 유연 투명전극 필름 제작에 최적화된 공정 조건을 확립하고 유연투명전극의 성능을 평가하였다. 제작된 유연 투명전극은 90%이상의 광투과도와 5 ohms/sq 이하의 면저하을 가지며, 기판과의 접합력이 뛰어나 우수한 내구성을 가지고 있다.

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
신축성을 가지는 기능성 나노섬유 필름은 웨어러블 디바이스의 발전과 함께 투명전극, 스마트 섬유등 다양한 분야에 적용될 수 있다. 신축성 투명전극은 플렉서블 디스플레이를 위한 원천 기술이다. 본연구의 금속기반 유연 투명전극 필름은 금속의 높은 전기전도도와 메쉬 형태의 나노섬유 주조로 인한 높은 광 투과도와 신축성을 가진다. 이처럼 우수한 특성을 바탕으로 플렉서블 디스플레이뿐만 아니라 웨어러블 디바이스, 태양전지 등의 다양한 분야에 응용될 수 있다. 또한 롤투롤 기반의 공정이 가능하기 때문에 경제적인 투명전극 제작이 가능하며 기판의 종류에 제한을 받지 않고 적용될 수 있다. 특히 3차원 위치제어 기술과 함께 평면뿐만 아니라 입체 형상을 가지는 기판에도 제작이 가능하다. 따라서 기존의 ITO 기반의 투명전극을 대체하여 향후 새로운 신축성 소자 시장 개척에 크게 이바지 할 것으로 기대된다

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 필요성 ... 4
• 나. 연차별 연구의 목표 및 내용 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 31