초록 ▼

□ 연구개발 목표
본 연구는 나노발전기에 기반하여 자체 전원 공급이 가능한 다양한 분야의 초소형 센서 및 시스템 개발을 목표로 한다. 이를 위해 핵심 요소 기술로써 나노발전기, 에너지 변환 및 저장장치, 센서 및 메모리 소자의 설계 및 제작공정을 개발하고자 한다.
참여하는 각 연구실에서 요소기술별로 1) 나노발전 소자의 고출력화, 2) 에너지변환의 고효율화, 3) 에너지 저장의 대용량화, 4) 센서 및 시스템 동작의 저전력화를 달성하고, 이 요소기술을 융합하여 최종적으로 신뢰도 높고 경제적인 환경 센서 및 시스템을 개발하

□ 연구개발 목표
본 연구는 나노발전기에 기반하여 자체 전원 공급이 가능한 다양한 분야의 초소형 센서 및 시스템 개발을 목표로 한다. 이를 위해 핵심 요소 기술로써 나노발전기, 에너지 변환 및 저장장치, 센서 및 메모리 소자의 설계 및 제작공정을 개발하고자 한다.
참여하는 각 연구실에서 요소기술별로 1) 나노발전 소자의 고출력화, 2) 에너지변환의 고효율화, 3) 에너지 저장의 대용량화, 4) 센서 및 시스템 동작의 저전력화를 달성하고, 이 요소기술을 융합하여 최종적으로 신뢰도 높고 경제적인 환경 센서 및 시스템을 개발하는 것이다.

□ 연구개발 내용
본 연구과제의 기반이 되는 아이디어는 나노발전기 소자 자체의 기계적인 움직임만으로 전기를 생산하고, 통합 혹은 분리된 에너지 저장장치에 직렬로 저장하는 것으로, 외부 전원을 설치하지 않고, 상용 휴대장치의 기동이 가능한 수준의 반영구적인 압전 에너지원 및 생산된 에너지에 의해 동작하는 센서 및 시스템 개발을 시도한다.
이를 위하여, 1) 나노발전기 기반 고출력 및 고에너지 밀도의 에너지 저장장치 개발, 2)고효율 전기화학에너지 변환 및 저장이 가능한 전극, 분리막, 전해질을 통합한 전력소자의 개발, 이를 이용한 3) 저전력으로 구동할 수 있는 센서 및 메모리 소자를 설계하고 관련 공정 기술을 개발하는 것이 필요하며, 구체적인 연구개발 내용은 다음과 같다.
연도별 연구내용으로, 1차년도에는 각 요소기술별로 1) 유연기관상의 나노복합재료의 압전특성 분석 및 분리막소재의 최적화, 2) 대기압 플라즈마 공정 기반 다공성, 다형질 금속산화물 전극소재평가 및 제작, 3) 슈퍼커패시터 충⦁방전 성능 향상을 위한 고출력 슈퍼커패시터의 제작 및 성능평가, 4)저전력으로 동작 가능 및 메모리 구조 설계, 이와 관련된 공정기술 개발; 2차년도에는 각 요소기술을 융합하여 1) 나노발전소자의 제작 및 고출력화, 2) 고기능성 2차원 전이금속 및 탄소전극소재 개발, 3) 자가충전 슈퍼커패시터의 제작 및 성능평가, 4) 저전력 구동센서 및 메모리의 성능향상, 신뢰도 확보를 위한 연구를 수행한다. 최종년도인 3차년도에는 1) 직접 고효율화된 나노발전 소자 및 에너지 저장소자, 2) 금속산화물과 탄소나노소재 복합형 전극, 3) 집적화된 자가충전 슈퍼커패시터, 4) 저전력 동작 가능한 센서 및 메모리 소자를 포함하는 자가구동 뉴로모픽 센서의 프로토타입 구축에 관한 연구를 중점적으로 수행한다.

□ 활용 계획 및 기대 효과
- 학문적 측면 : 본 연구과제는 참여연구진의 선행연구에 기반하고 있으며, 플라즈마 나노가공전극 소재, 자가 구동 센서 및 저전압 메모리 소자, 자체 전력소자, 자가구동 MEMS 분야에 창의적이고 차별성 있는 연구 결과를 도출하게 되며, 그 공동연구 주요성과 목표 18건 중 분야 상위 5% 저널에 9건 이상 게재를 목표로 하고 있다.
- 기술/산업적 측면 : 자가구동 나노센서 및 그 시스템은 기계적 에너지, 진동에너지 등을 동력원으로 전기화학적 과적을 거쳐 가장 효율적인 전기 에너지로 변화시켜줄 수 있으며, 본 연구에서 개발된 발전, 저장 시스템을 분리형 혹은 일체형으로 구축하고 소형화된 자가구동 MEMS는 에너지 수확 및 저장, 환경 모니터링, 헬스케어 등 다양한 차세대 휴대폰 웨어러블/유연 전자기기 분야에 응용 및 활용 가능이 예상됨.
- 인력양성 측면 : 신진연구인력 2명, 박사후 연구원 3명, 박사과정 16명, 석사과정 1명, 학부 과정 4명 등 핵심 연구원 포함 연간 28명의 연구인력이 투입됨. 단기적으로는 관련 연구분야 활성화를 통해 취약부분인 학부생의 석사과정 진학을 2~4명/년 유치하고, 본 과제에 참여하는 신진연구인력 및 박사후 연구원의 역량을 최대한 유도하여 연구환경구축 및 전문연구분야 취업이 가능하도록 유도함. 장기적으로 기초연구실을 통한 융복합 연구를 통해 에너지발생, 변환, 저장 분야의 선도적인 글로벌 특화인재 육성이 가능할 것으로 기대됨.

□ 연구개발성과
제1 세부과제
• 분야 상위 5% 학술지 1건 이상 게재
• 분야 상위 25% 학술지 2건 이상 게재
• 국내특허 1건 출원
• 대학원 인력양성 1명 이상
• 에너지저장전극의 고성능화 및 소자제작

제2 세부과제
• 국제학술지 2건 이상 게재(분야상위 10% 저널 1건 이상)
• 인력양성 (박사) 1명 이상
• 국내특허 1건 출원
• 나노 복합체 전극 제조 방법 확립

제3 세부과제
• 분야 상위 10% 학술지 1건 이상 게재
• 분야 상위 25% 학술지 2건 이상 게재
• 자체축전전력소자 구성 전극고성능화 및 평가

제4 세부과제
• 국제학술지 2건 이상 게재(분야상위 10% 저널 1건 이상)
• 국내특허 1건 출원
• 환경센서 프로토타입 제작

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 국문 요약문 ... 2
• 목차 ... 5
• Ⅰ. 연구과제의 개요 ... 6
• 1. 사업개요 ... 6
• 2. 연구목표 ... 12
• Ⅱ. 연구내용 및 성과 ... 15
• 1. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행내용 ... 15
• 2. 연구개발과제의 목표 달성 정도 및 수행 결과 ... 30
• 3. 연구개발성과 및 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 52
• 4. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 52
• 5. 목표 미달 시 원인분석(필요 시 작성) ... 53
• Ⅲ. 연구인력 현황 ... 54
• 1. 인력현황 ... 54
• Ⅳ. 참고문헌 ... 54
• 첨부1. 대표적 연구실적 요약문 ... 55
• 끝페이지 ... 87