초록 ▼

[ 1세부 과제 : 신축성 고전도 섬유 집합체 기술 ]
○ 금속 나노와이어 합성 최적화 및 복합구조 전도성 필러 제조기술 확립
▪ 나노 스프링 구조와 유사하게 접촉면이 많은 은 및 구리 나노와이어를 합성 기술 확보
▪ 서로 다른 금속 전구체를 이용하여 지름이 매우 얇은 나노와이어와 함께 작은 구형의 금속 나노입자가 포함된 복합적 전도성 필러를 단일 공정으로 합성할 수 있는 기술 확보
▪ 직경이 균일하게 50 nm 이하이면서 길이가 수백 nm에서 수 μm에 이르는 세 장비가 긴구리 및 은 나노와이어를

[ 1세부 과제 : 신축성 고전도 섬유 집합체 기술 ]
○ 금속 나노와이어 합성 최적화 및 복합구조 전도성 필러 제조기술 확립
▪ 나노 스프링 구조와 유사하게 접촉면이 많은 은 및 구리 나노와이어를 합성 기술 확보
▪ 서로 다른 금속 전구체를 이용하여 지름이 매우 얇은 나노와이어와 함께 작은 구형의 금속 나노입자가 포함된 복합적 전도성 필러를 단일 공정으로 합성할 수 있는 기술 확보
▪ 직경이 균일하게 50 nm 이하이면서 길이가 수백 nm에서 수 μm에 이르는 세 장비가 긴구리 및 은 나노와이어를 합성할 수 있는 기술을 확보
▪ 금속 나노 와이어의 최적화를 통해 고순도 및 특정 용액에서의 높은 분산도 확보
▪ 기존의 20배에 해당하는 스케일업 연구결과, 양질의 구리 나노와이어 제조 기술 확립
▪ 금 나노구체의 사이즈를 일률적으로 제어, 균일 분산된 금 나노구체 클러스터 필름 형성
▪ Thermal Release Tape(TRT)을 활용, 상기 클러스터 필름을 타겟 물질 표면에 전사 성공
○ 전도성 복합 섬유 제조 및 평가
▪ 다양한 형태의 전도성 첨가제 제조 기술 연구 진행
▪ 최대 초기 전기 전도도 41,245 S/cm를 달성함. (Ag-PU fiber, 전도성 첨가제 함량 : 39.5vol%) 신축성 고분자를 사용하여 신축률 50%이상, 직물 신축성 200% 이상을 달성
▪ 고강도 섬유 개발을 통해 32,064 S/cm, 55 MPa 특성을 갖는 Ag-PVA 섬유를 개발
▪ 다양한 고분자 사용하여 고성능 금속 복합/전도성 섬유 제조 (PU, PVDF, PVA, Alginate)
▪ 평균전도도 3,000~3,300 S/cm인 고강도, 고전도성 알지네이트 섬유 제조기술 확보
○ 전도성 복합 섬유 직물형 기판 제조
▪ 전도성 복합 섬유 weft knitted fabric 제조 및 평가 (직물 면저항 30 Ω/□�, 200%이상 신축 가능하고 200% 신축 시 초기저항 대비 5% 이내의 저항변화 관찰)
▪ 금속 이온교환 섬유 직물 제조 및 평가 (면저항 0.1~19.0 Ω/�□)
○ 방수/방오 특성을 위한 LbL 적층방식 기반 계층적 구조체 코팅 기술
▪ 수용성 기반의 LbL 표면막 제작을 위한 유연성 소재 (LPEI/PAA, PU) 확보
▪ 반대 전하를 가진 유기 박막 수용액을 이용한 LbL 자기조립 기술 확보. 이를 통한 다층 나노박막 제작 기술 및 이의 정밀 두께 제어 기술 확립
▪ 섬유 표면상에 균일한 Silver/PU 층을 형성하는 코팅 기술 확보 및 이를 이용한 전도성 박막 소자를 제작 기술 확보
▪ 섬유 머서 기능화 기반 전도성 및 방수/방오 제어기술 개발
▪ LbL을 통한 유연성 고분자와 은나노입자의 계층적 구조를 제작하고 환원 횟수를 통해 계층적 구조체의 형상을 제어하는 조건 확립
▪ 섬유의 표면의 계층적 구조체에 의한 접촉각 143.7도의 초소수성 섬유 제작. 이를 통한 방수 방오 신뢰성 IP66 이상 확보
▪ 초소수성 코팅 직물의 내마모성 5000회의 구부림에도 일정한 전기저항을 확인

[ 2세부 과제 : 에너지 발생/저장 소자 개발 및 집적화 ]
○ 고출력, 고용량 섬유/직물형 에너지 저장소자 개발
▪ 탄소섬유와 폴리아닐린, 금속산화물을 이용하여 10.938 kW/L의 에너지 저장 전력밀도를 갖는 고용량의 해도사 및 직물형 수퍼커패시터 개발
▪ 직물기판을 이용하여 all-solid-state 리튬이온 배터리 제작기술 개발
○ 고출력, 고용량 섬유/직물형 에너지 발생소자 개발
▪ ZnO 나노구조체, PDMS를 이용하여 piezoelectric nanogenerator 및 triboelectric nanogenerator 개발
▪ 다층구조 기반의 직물형 압전-수퍼커패시터 복합응용소자 제작(신축률 30%에서 193.6 μW/cm²의 에너지 생성 전력밀도를 달성)
○ 고주파 수퍼캐패시터용 전극 개발
▪ 원자층 증착법으로 전도성/에너지 저장 능력을 동시에 갖춘 직물형 기판 제작 및 최적화 기술을 개발하여 고주파 수퍼커패시터용 전극을 제작함
○ 에너지 저장/발전 통합소자 개발 및 방오/방수성 구현
▪ 에너지 저장/발전소자의 직물화/집적화를 이용한 통합소자 개발 및 최적화
▪ 에너지 저장/발전 통합소자 표면에 낮은 표면에너지를 갖는 물질을 코팅하여 소자의 방오/방수성 특성 확보

[ 3세부 과제 : 유/무기 에너지 소재 및 소자 설계 최적화 ]
○ 신소재 기계적 물성 및 열/표면 특성 확보
▪ 신소재 기계적 물성 및 상대습도 변화에 따른 응력-변형률 선도 확보
▪ 폴리머 및 산화그래핀 박막의 기계적 물성 및 기법 확보
▪ 소재의 젖음 특성, 표면 증발, 응축 열전달 계수 측정 기법 및 예측 모델 확보
▪ 직물형 소재의 액적 충돌과 투과 현상 규명
○ 중립축 이론과 시뮬레이션 기반 구조 설계
▪ 중립축 이론 기반 수식 및 시뮬레이션 모델 확보
○ 압전소자 거동 특성 분석
▪ 압전소자 응력, 변형률 가시화 및 나노 구조물 기반 기능성 향상 정량화
○ 트리보 소자 거동 특성 예측
▪ 공진 기반 출력 향상 설계 제시 및 출력 거동 예측 이론식 제시
○ 설계된 소자 내구성 및 안정성 평가
▪ 복합 하중 하 소자 안정성 분석 및 표면, 출력 분석 기반 내구성 점검
○ 물성 재평가 및 시뮬레이션을 통한 신뢰성 재점검
▪ 1단계 결과 개발된 소자의 물성 재평가
▪ 소자 내구성 및 기능성 향상을 위한 설계 방향 제시
○ 기계/열적 물성 및 표면 특성 측정방법 표준화
▪ 인장시험 및 나노인덴터 시험 조건 제시
▪ 응축 열전달 모델 및 계수 도출 프로토콜 제시
▪ 표면 복사 특성 해석 시뮬레이션 프로토콜 확보
○ 내구성 및 안정성 설계 최적화
▪ 액적 충돌 및 투과 특성 이론적 검증
▪ 응력-변형률 가시화 프로토콜 및 신뢰성 평가
▪ 모델 간소화 방법 및 이론식 제시
○ 구동 메커니즘 규명 및 이론적 접근
▪ 압전 소재 구조에 따른 변형률 수식화 및 최대화를 위한 구조 제시
▪ 공진 설계 기반 상호 간섭형 트리보 소자의 진동 및 출력 특성 수식화
○ 최적화 설계 및 효율 향상 프로토콜 제시
▪ 압전 및 트리보 소자 개발을 위한 프로토콜 정립
○ 직물형 에너지 발전 소자의 기계적 신뢰성 평가
▪ 압전 및 트리보 구동 원리 기반 출력 향상을 위한 기계적 구조 제시
▪ 실험 및 시뮬레이션 비교를 통한 신뢰성 평가
○ 직물형 에너지 발전 소자의 열전달 특성 평가
▪ 직물-평판 구조의 기계적 변형에 따른 액적 충돌 현상 분석
▪ 나노-마이크로 표면 구조 형성에 따른 열전달 성능 변화 모델 제시
▪ 시뮬레이션을 통한 젖음 특성 예측 및 열저항 모델 확보

(출처 : 보고서 요약서 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 6
• 목차 ... 8
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 9
• 제1절 연구개발 개요 ... 9
• 제2절 연구개발의 필요성 및 경제적․산업적 중요성 ... 11
• 제3절 연구개발의 목표 및 내용 ... 14
• 제4절 연구개발 추진체계 및 전략 ... 23
• 제 2 장 연구수행 내용 및 결과 ... 25
• 제1절 연구수행 내용 및 결과 ... 25
• 제2절 연차별 연구수행 내용 및 결과 ... 37
• 제 3 장 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 68
• 제1절 최종 연구개발목표의 달성도 ... 68
• 제2절 평가의 착안점에 따른 목표 달성도에 대한 자체평가 ... 98
• 제3절 정량적 연구성과 달성도 ... 124
• 제4절 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) ... 152
• 제 4 장 연구개발결과의 활용계획 ... 153
• 제1절 연구개발결과의 활용방안 ... 153
• 제2절 기대성과 ... 155
• 제3절 최종평가 의견에 따른 향후 연구 추진 내용 ... 158
• 붙임 1. 참고문헌 ... 159
• 끝페이지 ... 163