초록 ▼

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
고분자 기반 고 열전특성, 자가치유성 및 신축성 열전소재 제조의 핵심·원천 기술 개발
전체 내용
본 연구에서는 전자주개-전자받개(D-A형) 열전 공액고분자와 열가소성 탄성체(SIS)를 하이브리드 하여 복합체를 제조하고, 공액고분자의 나노구조체 형성 및 도핑에 의한 전기적 특성 제어를 통해 복합체의 열전특성과 기계적 물성을 획기적으로 향상시킬 핵심기술을 개발하였음. 또한, 개발 된 복합체 용액의 대면적 코팅법(스프레이 코팅)으로의 적용성 및 이를 통한 패터닝 특성을 확보 하였으며

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
고분자 기반 고 열전특성, 자가치유성 및 신축성 열전소재 제조의 핵심·원천 기술 개발
전체 내용
본 연구에서는 전자주개-전자받개(D-A형) 열전 공액고분자와 열가소성 탄성체(SIS)를 하이브리드 하여 복합체를 제조하고, 공액고분자의 나노구조체 형성 및 도핑에 의한 전기적 특성 제어를 통해 복합체의 열전특성과 기계적 물성을 획기적으로 향상시킬 핵심기술을 개발하였음. 또한, 개발 된 복합체 용액의 대면적 코팅법(스프레이 코팅)으로의 적용성 및 이를 통한 패터닝 특성을 확보 하였으며, 이를 통해 자가치유 및 신축이 가능한 활성소재에 기반 한 대면적 유기 열전발전기를 구현 완료하였음.

연구개발성과
◼ 1차년도 : 1차년도 연구목표에 따라, P3BT 공액고분자와 SIS 열가소성 탄성체의 하이브리드 복합체를 제조하였고, P3BT의 자가조립 특성을 이용해 용액 내 P3BT 나노와이어를 형성함. 추가적으로 유기 도펀트인 BCF로 P3BT/SIS 복합체 내 P3BT 나노와이어를 성공적으로 도핑하여 상온 출력인자 > 1 μW/mK²를 확보하였음. 이 복합체는 SIS의 우수한 자가치유 및 신축 특성에 기반 하여 상처·절단·신축 상황에서도 우수한 자가치유성 및 신축성을 보였고, 목표한 수치 이상의 열전 출력인자 회복률을 확보하는 등 제시한 모든 목표를 달성하고 대부분의 목표를 100% 이상 초과 달성함.
◼ 2차년도 : 1차년도에서 확보한 P3BT/BCF/SIS 복합체 제조 기술에 기반 하여, 열전특성을 더욱 향상시키기 위해 전기적 특성이 우수한 D-A형 공액고분자(PCDTFBT)를 도입하였고, PCDTFBT/SIS 복합체 제조 및 BCF를 통한 도핑 기술을 확보함. 도핑 비율을 조절함으로써 열전 특성을 극대화하여 매우 높은 상온 출력인자 > 5 μW/mK²를 획득함. 이 복합체는 평면성이 뛰어난 D-A형 고분자를 포함함에도 불구하고 매우 우수한 자가치유성과 신축성을 보였고, 목표한 수치 이상의 열전 출력인자 회복률을 확보하는 등 제시한 모든 목표를 달성하고 대부분의 목표를 100% 이상 초과 달성함.
◼ 3차년도 : 2차년도 종료 후 제출 한 연차실적계획서 상에서 국내·외 관련 분야의 환경변화를 반영하여 수정 제시된 최종 연구방향에 따라, 2차년도에 확보한 PCDTFBT/SIS 복합체 제조 기술에 나아가 전도성필러인 SWCNT를 소량 첨가하는 기술을 확보함으로써 D-A형 공액고분자/SIS 탄성체 열전 복합체의 열전성능을 더욱 향상시키는데 성공함. D-A형 공액고분자의 효과적인 CNT 분산 능력을 이용하여, SIS 탄성체와의 성공적인 열전 복합체를 제조하였으며, 최대 11.1 μW/mK²의 매우 우수한 상온 출력인자를 획득하였음. 개발 된 복합체 용액을 활용, 표면에너지 차이를 이용한 패터닝 공정 또한 개발 하였으며, 이를 통해 집적화된 대면적(5cm*10cm) 열전발전기를 성공적으로 구현하고 온도차 30℃에서 최대 출력 2.3 nW을 달성함. 또한, 개발된 열전발전기 활성층은 뛰어난 내부 전하이동 통로의 연결성을 보여, 자가치유 및 신축 이후에 초기 출력의 90% 이상을 확보하였음. 결과적으로 본 연구과제의 최종목표인 자가치유성 및 신축성 대면적 열전발전기 제조에 성공하였으며 제시한 모든 목표를 달성하고 대부분의 목표를 100% 이상 초과 달성함.

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
본 연구과제를 통해 개발된 요소기술들은 유기 열전소자 분야의 단위소자 최적화에서부터 고성능 열전발전기 제조까지 전범위적으로 활용이 가능할 것으로 예상됨. 용액공정 기반 자가치유성 및 신축성이 가능한 유연 열전발전기는 유기물의 장점을 극대화한 차세대 핵심 열전기술이 될 것으로 예상되며, 국내 기업들과의 협의를 통해 기술이전 혹은 제품화를 추진한다면 급부상하고 있는 세계 열전소자 시장에서 우수한 국가적 경쟁력을 갖출 수 있도록 기여할 것으로 기대함.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 본 연구개발의 필요성 ... 4
• 나. 최종목표 및 연구범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 가. 1차년도 연구수행내용 요약 ... 4
• 나. 2차년도 연구수행내용 요약 ... 5
• 다. 3차년도 연구수행내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 7
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 참고문헌 ... 16
• 끝페이지 ... 17