초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
기공 구조 제어 기술의 개발 및 기계적/열적 특성의 최적화를 통해 고강도/고단열성 나노 다공성 에어로겔을 개발하였음. 멀티스케일 전산기법을 기반으로 다양한 기공 구조 시뮬레이션을 통한 에어로겔 구조를 설계하고 그 결과를 기반으로 기계적/열적 특성이 최적화된 에어로겔 형성 기술을 확보하였음.
□ 기계적/열적 특성이 최적화된 에어로겔의 개발
조밀한 구조의 세라믹 물질은 내열성을 위해 사용되어 왔음. 그러나 내열성은 용융 온도, 열용량 등의 재료 특성에 크게 의존하며, 열전도, 대류 및 복사열 등

□ 연구의 목적 및 내용
기공 구조 제어 기술의 개발 및 기계적/열적 특성의 최적화를 통해 고강도/고단열성 나노 다공성 에어로겔을 개발하였음. 멀티스케일 전산기법을 기반으로 다양한 기공 구조 시뮬레이션을 통한 에어로겔 구조를 설계하고 그 결과를 기반으로 기계적/열적 특성이 최적화된 에어로겔 형성 기술을 확보하였음.
□ 기계적/열적 특성이 최적화된 에어로겔의 개발
조밀한 구조의 세라믹 물질은 내열성을 위해 사용되어 왔음. 그러나 내열성은 용융 온도, 열용량 등의 재료 특성에 크게 의존하며, 열전도, 대류 및 복사열 등의 열 전달 방지에 따라 단열성이 달라질 수 있음. 따라서 높은 단열 특성을 위해 제어된 다공성 구조가 고체 부분 감소를 통한 전도를 최소화하고 기공의 분포를 조절하여 대류를 감소시켜야 할 필요가 있음. 그런데 세라믹의 기공률이 증가하면 일반적으로 기계적 특성이 약화되고 내열성이 감소하게 됨.
이러한 이유로 고 내열성 세라믹 재료의 개발이 필요하며 이러한 문제 해결을 위해 시뮬레이션 연구를 병행하여 기공 구조의 제어를 통해 높은 단열성과 기계적 특성을 구현하였음.
□ 시뮬레이션: 멀티스케일 전산기법 기반의 에어로겔 구조 설계 및 물성 예측
□ 소재합성: 에어로겔 기공 구조체 합성과 물성 최적화
기존 재료의 기공 구조를 조절하여 고강도/고단열성 나노 다공성 에어로겔재료를 합성하였음. 한국 팀이 나노 다공성 에어로겔 합성 연구를, 튀니지팀이 기공 구조 시뮬레이션 연구를 진행하였음. 합성 및 시뮬레이션 결과는 기공 구조 및 열 관련 특성을 최적화하기 위해 연계 연구를 진행하였음.

□ 연구개발성과
□ 기공구조 조절을 통한 기계적/열적 특성이 최적화된 기공 구조체 개발을
통한 연구개발성과 창출: SCI(E)급 국외논문 8편 게재 (한국-튀니지 상호
공저자 논문 3편), 학술대회 발표논문 7건, MOU 체결 1건 달성
□ 기공구조 조절 기술이 적용된 유-무기 혼성 에어로겔에 대해 359 m²/g의
비표면적, 12.55 nm의 평균 기공크기, 압축인성 기준 144.94 MPa의 기계적 강도 값을 얻어 최종 차년도 정량적 목표(비표면적 250 m²/g 이상, 평균 기공크기 50 nm 이하, 기계적 강도 10 MPa 이상)를 달성함.
□ 시뮬레이션 부문의 공동 연구를 통해, 특정 구조 구현에 대한 다양한 특성 시뮬레이션 정보를 기반으로 실제 기공소재 합성에 대한 근거를 확보함.
□ 관련 기술 및 공정의 체계화: 기공 구조체의 특성에 따른 구조와 제조공정, 변수조절, 특성개선 조건 탐색 등을 확보하고 이를 체계화함.
□ 기존 기공 구조체가 가지는 구조적 한계 극복 및 신 기능성 나노기공구조체 개발을 통한 연구 기반을 확립하였으며 연구교류를 통해 성과를 확보함.

□ 연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
□ 기공 구조 조절을 통해 기계적 강도, 열 안정성 등을 극대화하여 기존 소재가 가지는 구조적/특성적 한계를 극복한 기공 구조체는 일반적 단열소재부터 최첨단 전자산업, 자동차/선박 산업, 건축산업 및 우주항공산업까지 다양한 응용분야에서 활용이 가능함.
□ 에너지, 환경문제를 해결할 수 있는 극대화된 효율의 신소재이고 재료가 가지는 근본 특성을 조절하는 핵심 원천기술이므로 몇몇 선진국이 주도하고 있는 신소재 분야에서 주도권을 확보하고 우리나라 산업의 차세대 성장동력으로 삼을 수 있음.
□ 본 과제의 전산기법 및 공정기술 연구는 신물질의 디자인 및 이에 소요되는 시간과 비용의 절감을 가능케 하여 신소재 개발의 기반을 제공할 수 있음.
□ 신물질 합성 방법론을 확립하고 변수 조절을 통한 기공구조 최적화 공정기술을 확보함으로써 우리나라 신소재 산업의 잠재력을 극대화함.

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 13
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 61
• 3-1. 목표 ... 61
• 3-2. 목표 달성여부 ... 61
• 3-3. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) ... 62
• 4. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 63
• 붙임. 참고문헌 ... 64
• 끝페이지 ... 65